JP2002311382A - Illumination optical device and projection display device - Google Patents
Illumination optical device and projection display deviceInfo
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光源からの白色光を効率よく偏光光に変換
し、均一に画像形成手段を照明できる安価で小型の照明
光学装置とこれを用いた投写型表示装置を提供する。
【解決手段】 ランプ30と、楕円面鏡31と、光が収
束する位置に配置されるワイヤーグリッド偏光分離素子
32と、反射ミラー33と、非球面レンズ34と、第1
のレンズアレイ板35と、第2のレンズアレイ板36
と、第2のレンズアレイ板36近傍に配置される1/2
波長板37とから照明光学装置を構成し、液晶パネル4
1を照明する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive and compact illumination optical device capable of efficiently converting white light from a light source into polarized light and uniformly illuminating an image forming means, and a projection display device using the same. . SOLUTION: A lamp 30, an ellipsoidal mirror 31, a wire grid polarization separation element 32 arranged at a position where light converges, a reflection mirror 33, an aspheric lens 34,
Lens array plate 35 and second lens array plate 36
And 1/2 arranged near the second lens array plate 36
The illumination optical device is constituted by the wave plate 37 and the liquid crystal panel 4.
Light 1
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光源からの光を画像
形成手段に照明する照明光学装置に関する。また、本発
明は、画像形成手段に形成された画像を照明光で照射
し、投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する投写
型表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an illumination optical device for illuminating light from a light source on an image forming means. In addition, the present invention relates to a projection display device that irradiates an image formed on an image forming unit with illumination light and enlarges and projects the image on a screen by a projection lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】映像信号に応じた光学像を小型の画像形
成手段に形成し、これに光源からの光を照明し、投写レ
ンズを介して該光学像をスクリーン上に投写、拡大して
大画面の画像を得る投写型表示装置が用いられている。
画像形成手段には、アクティブマトリクス方式であっ
て、偏光を利用して光を変調する液晶パネルが広く実用
されている。液晶パネルに光源からの光を照明する照明
光学装置には、複数のレンズから構成される2枚のレン
ズアレイ板が用いられる。光源側に配置される一方のレ
ンズアレイ板に入射する光束を多数に分割し、分割され
た各光束を他方のレンズアレイ板を介して液晶パネル上
に重畳することで、液晶パネルを効率よく均一に照明す
ることができる。また、偏光を利用した液晶パネルを用
いた投写型表示装置の照明光学装置として、偏光分離手
段である偏光分離プリズムアレイと、偏光回転手段であ
る1/2波長板とを用いて、自然光を偏光方向が一方向
の光に変換する偏光変換素子を構成することにより、投
写型表示装置の光利用効率を向上させ、投写型表示装置
の高輝度化を図る照明光学装置が知られている(例え
ば、特開平8−304739号公報)。2. Description of the Related Art An optical image corresponding to a video signal is formed on a small-sized image forming means, which is illuminated with light from a light source, and the optical image is projected on a screen via a projection lens, enlarged and enlarged. 2. Description of the Related Art A projection display device for obtaining an image on a screen is used.
As an image forming unit, a liquid crystal panel of an active matrix type, which modulates light using polarized light, is widely used. An illumination optical device that illuminates a liquid crystal panel with light from a light source uses two lens array plates including a plurality of lenses. The light beam incident on one lens array plate arranged on the light source side is divided into many light beams, and each of the split light beams is superimposed on the liquid crystal panel via the other lens array plate, so that the liquid crystal panel is efficiently and uniformly formed. Can be illuminated. Also, as an illumination optical device of a projection type display device using a liquid crystal panel using polarized light, natural light is polarized by using a polarized light separating prism array as a polarized light separating means and a half-wave plate as a polarized light rotating means. 2. Description of the Related Art There is known an illumination optical device that configures a polarization conversion element that converts light into one direction so as to improve the light use efficiency of a projection display device and increase the brightness of the projection display device (for example, an illumination optical device). And JP-A-8-304739).
【0003】図12は、従来の照明光学装置10を導入
した投写型表示装置を示したものである。光源である放
電ランプ1からの放射光は、放物面鏡2により集光さ
れ、略平行光の光束に変換される。平行光束は第1レン
ズアレイ板3、第2レンズアレイ板4に順に入射する。
第1レンズアレイ板3は複数の矩形のレンズ素子から構
成され、第2レンズアレイ板4は第1のレンズアレイ板
3の複数のレンズ素子にそれぞれ対応する複数の矩形の
レンズ素子から構成される。第1レンズアレイ板3は、
各レンズ素子により入射光束を多数に分割し、それぞれ
を第2のレンズアレイ板4の各レンズ素子上に収束させ
る。第2のレンズアレイ板4の各レンズ素子には多数の
微小な光源像が形成される。FIG. 12 shows a projection display device in which a conventional illumination optical device 10 is introduced. Radiation light from the discharge lamp 1 as a light source is condensed by the parabolic mirror 2 and converted into a substantially parallel light beam. The parallel luminous flux enters the first lens array plate 3 and the second lens array plate 4 in order.
The first lens array plate 3 is composed of a plurality of rectangular lens elements, and the second lens array plate 4 is composed of a plurality of rectangular lens elements respectively corresponding to the plurality of lens elements of the first lens array plate 3. . The first lens array plate 3
Each lens element divides the incident light beam into a large number, and converges each light beam on each lens element of the second lens array plate 4. Many minute light source images are formed on each lens element of the second lens array plate 4.
【0004】第2のレンズアレイ板4を出射した光は、
偏光変換光学素子7に入射する。偏光変換光学素子7は
偏光分離プリズムアレイ5と偏光回転手段である1/2
波長板6とからなる。偏光分離プリズムアレイ5は断面
が略平行四辺形の柱状プリズムを偏光分離膜と反射膜と
を交互に介して接合してなるプリズムアレイである。偏
光分離プリズムアレイ5は、第2のレンズアレイ板4の
各レンズ素子を出射した自然光を偏光方向が直交する2
つの偏光光に分離する。分離された一方の偏光光は偏光
分離プリズムアレイ5を出射する際1/2波長板6を通
過して偏光方向を回転させられ、他方の偏光光は1/2
波長板6を通過することなく、偏光分離プリズムアレイ
5を出射する。このようにして、偏光変換素子7は入射
する自然光を偏光方向が一方向に揃った偏光光に変換さ
せて出射する。The light emitted from the second lens array plate 4 is
The light enters the polarization conversion optical element 7. The polarization conversion optical element 7 is composed of a polarization separation prism array 5 and a 回 転
And a wave plate 6. The polarized light separating prism array 5 is a prism array in which columnar prisms having a substantially parallelogram cross section are joined alternately through polarized light separating films and reflective films. The polarization separation prism array 5 converts the natural light emitted from each lens element of the second lens array plate 4 into light beams having polarization directions orthogonal to each other.
Into two polarized lights. One of the separated polarized lights passes through the half-wave plate 6 when the polarized light is emitted from the polarized light separating prism array 5, and the polarization direction is rotated.
The light is emitted from the polarization separation prism array 5 without passing through the wave plate 6. In this way, the polarization conversion element 7 converts the incident natural light into polarized light whose polarization direction is aligned in one direction and emits it.
【0005】出射光は、集光レンズ8を通過後、反射ミ
ラー9で反射され、色分解光学系13を構成するダイク
ロイックミラー11、12により、緑、赤、青の3原色
光に分離される。緑色光はダイクロイックミラー12で
反射されて液晶パネル22に入射し、赤色光は反射ミラ
ー15,16で反射された後液晶パネル24に入射し、
青色光は反射ミラー14で反射された後液晶パネル23
に入射する。第2のレンズアレイ板4と集光レンズ8は
第1レンズアレイ板3の各レンズ素子を液晶パネル2
2、23、24上に重畳結像させる。このように第1レ
ンズアレイ3で分割された多数の光束を液晶パネル2
2、23、24上で重畳することにより液晶パネル2
2、23、24の均一な照明を行う。リレーレンズ1
7、18は、第2のレンズアレイ板4と各液晶パネル2
2、23、24までの距離である照明光路長が色光によ
り異なることより各液晶パネル22、23、24への照
明光に強度差が生じるのを補正している。フィールドレ
ンズ19,20,21はそれぞれ液晶パネル22、2
3、24への照明光を投写レンズ28の瞳面に集光す
る。After passing through the condenser lens 8, the emitted light is reflected by the reflection mirror 9, and separated into three primary colors of green, red and blue by dichroic mirrors 11 and 12 constituting a color separation optical system 13. . The green light is reflected by the dichroic mirror 12 and enters the liquid crystal panel 22, and the red light is reflected by the reflection mirrors 15 and 16 and then enters the liquid crystal panel 24.
After the blue light is reflected by the reflection mirror 14, the liquid crystal panel 23
Incident on. The second lens array plate 4 and the condensing lens 8 connect each lens element of the first lens array plate 3 to the liquid crystal panel 2.
Superimposed images are formed on 2, 23 and 24. A large number of luminous fluxes divided by the first lens array 3 are
The liquid crystal panel 2 is superimposed on 2, 23 and 24.
2, 23, 24 uniform illumination is performed. Relay lens 1
Reference numerals 7 and 18 denote the second lens array plate 4 and each liquid crystal panel 2.
The difference in the intensity of the illumination light to each of the liquid crystal panels 22, 23, and 24 due to the difference in the illumination light path length, which is the distance to 2, 23, and 24, depending on the color light is corrected. The field lenses 19, 20, and 21 are provided with liquid crystal panels 22, 2 respectively.
Illumination light to 3 and 24 is focused on the pupil plane of the projection lens 28.
【0006】液晶パネル22、23、24を出射した
緑、赤、青の3原色光は、青反射のダイクロイックミラ
ー25と赤反射のダイクロイックミラー26とを交差さ
せて形成したダイクロイックプリズム27により合成さ
れた後、投写レンズ28に入射する。投写レンズ28は
液晶パネル22、23、24の画像をスクリーン(図示
せず)上に拡大投写する。The three primary colors of green, red and blue emitted from the liquid crystal panels 22, 23 and 24 are synthesized by a dichroic prism 27 formed by intersecting a blue reflecting dichroic mirror 25 and a red reflecting dichroic mirror 26. After that, the light enters the projection lens 28. The projection lens 28 enlarges and projects the images of the liquid crystal panels 22, 23, and 24 on a screen (not shown).
【0007】自然光を偏光方向が直交する2つの偏光光
に分離する偏光分離手段としては、ブリュースター角を
利用した薄膜により偏光分離を行う偏光分離プリズムが
広く用いられているが、他の手法として金属を微細な格
子状に形成した金属格子により偏光分離を行うワイヤー
グリッド偏光分離素子が知られている(例えば、U.
S.P.6,108,131)。As a polarization separating means for separating natural light into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, a polarization separation prism for performing polarization separation by a thin film utilizing a Brewster angle is widely used. 2. Description of the Related Art A wire grid polarization separation element that performs polarization separation by using a metal grid in which a metal is formed in a fine lattice shape is known (for example, U.S. Pat.
S. P. 6, 108, 131).
【0008】以上のように、2枚のレンズアレイ板と偏
光分離プリズムアレイとを用いて構成した照明光学装置
および投写型表示装置により、明るくて、均一輝度の大
画面画像が得られるようになってきた。As described above, the illumination optical device and the projection display device constituted by using the two lens array plates and the polarization splitting prism array make it possible to obtain a bright, uniform luminance large-screen image. Have been.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】図12に示す従来の投
写型表示装置に用いられる偏光分離プリズムアレイ5
は、一方の面に偏光分離膜を他方の面に反射膜をそれぞ
れ形成した平行平板ガラスと、これらの膜を形成してい
ない平行平板ガラスとを、接着剤により交互に貼り合わ
せた後、ガラス表面に対して45度の方向に切断するこ
とにより製造される。さらに、切断面の一方の面の偏光
方向を回転させる部位に延伸フィルムからなる1/2波
長板6を貼り合わせて、偏光変換素子7を構成してい
る。このような構成の偏光分離プリズムアレイ5は非常
に高価であり、安価な偏光変換光学系が望まれている。The polarization separating prism array 5 used in the conventional projection display device shown in FIG.
After alternately bonding a parallel plate glass having a polarization separation film on one surface and a reflection film on the other surface and a parallel plate glass not having these films alternately with an adhesive, the glass It is manufactured by cutting at 45 degrees to the surface. Further, a half-wave plate 6 made of a stretched film is attached to a portion of one of the cut surfaces where the polarization direction is rotated, thereby constituting a polarization conversion element 7. The polarization separation prism array 5 having such a configuration is very expensive, and an inexpensive polarization conversion optical system is desired.
【0010】一方、偏光分離プリズムアレイ5の各柱状
プリズムの配列ピッチは、第2のレンズアレイ板4の矩
形レンズ素子のピッチの約1/2となるように構成され
ている。第2レンズアレイ板4のレンズ素子ピッチに対
して偏光分離プリズムアレイ5のプリズムの配列ピッチ
がずれると照明光学装置の光利用効率が低下する。した
がって、装置を小型化するために第1,第2レンズアレ
イ板3,4の分割数(レンズ素子数)を一定として、第
1,第2レンズアレイ板3,4を小型化した場合、偏光
分離プリズムアレイ5もこれに対応して精度よく狭ピッ
チ化する必要がある。しかしながら、上記のような手法
で貼り合わせ・切断して得られる偏光分離プリズムアレ
イの配列ピッチ精度は高いとは言えず、狭ピッチ化した
場合に光利用効率が低下するという問題があった。On the other hand, the arrangement pitch of the columnar prisms of the polarization splitting prism array 5 is configured to be about の of the pitch of the rectangular lens elements of the second lens array plate 4. If the arrangement pitch of the prisms of the polarization splitting prism array 5 deviates from the lens element pitch of the second lens array plate 4, the light use efficiency of the illumination optical device decreases. Therefore, when the number of divisions (number of lens elements) of the first and second lens array plates 3 and 4 is fixed and the first and second lens array plates 3 and 4 are miniaturized in order to reduce the size of the apparatus, polarization The pitch of the separation prism array 5 also needs to be precisely narrowed correspondingly. However, the arrangement pitch accuracy of the polarization separation prism array obtained by bonding and cutting by the above-described method cannot be said to be high, and there is a problem that the light use efficiency is reduced when the pitch is narrowed.
【0011】また、開示されているワイヤーグリッド偏
光分離素子を用いた偏光変換光学装置は安価で光利用効
率の高いものではなかった。Also, the disclosed polarization conversion optical device using the wire grid polarization splitting element has not been inexpensive and has high light use efficiency.
【0012】本発明は、上記の従来の問題を解決し、安
価で、光利用効率が高い小型の照明光学装置及び投写型
表示装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a small-sized illumination optical device and a projection display device which are inexpensive and have high light use efficiency.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために以下の構成とする。The present invention has the following configuration to achieve the above object.
【0014】本発明の第1の照明光学装置は、画像を形
成する画像形成手段の照明を行う照明光学装置であっ
て、自然光を放射する光源と、前記光源からの放射光を
集光し収束させる第1の集光手段と、前記第1の集光手
段からの光が入射し、偏光方向が直交する第1の偏光光
と第2の偏光光とに分離して、いずれか一方を反射さ
せ、他方を透過させる偏光分離手段と、前記偏光分離手
段からの前記第2の偏光光が入射して、所定方向に反射
させる反射手段と、前記偏光分離手段からの第1の偏光
光と、前記反射手段で反射した第2の偏光光とが入射
し、それぞれを実質上平行な光に変換して出射させる第
2の集光手段と、前記第2の集光手段からの前記第1の
偏光光及び前記第2の偏光光が入射し、それぞれを複数
の光束に分割して出射する複数のレンズ素子を備えた第
1のレンズアレイ板と、前記第1のレンズアレイ板から
の前記第1の偏光光の複数の光束及び前記第2の偏光光
の複数の光束がそれぞれ入射する複数のレンズ素子を備
えた第2のレンズアレイ板と、前記第2のレンズアレイ
板からの前記第1の偏光光及び前記第2の偏光光が入射
し、前記第1の偏光光及び前記第2の偏光光のうちの少
なくとも一方の偏光方向を回転させて両者の偏光方向を
略一致させる偏光回転手段とを備え、前記偏光分離手段
は、前記第1の集光手段による光の収束位置の近傍に配
置され、金属を可視光の波長よりも十分微細な周期で縞
状に形成した金属格子によって入射光を偏光分離するワ
イヤーグリッド偏光分離素子であり、前記偏光回転手段
は、前記第1のレンズアレイ板からの前記複数の光束が
前記第2のレンズアレイ板上にそれぞれ収束する位置の
近傍に配置されていることを特徴とする。A first illumination optical device according to the present invention is an illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, and comprises a light source for radiating natural light, and a light beam for converging and converging light emitted from the light source. Light from the first condensing means to be made incident, and the first condensing means are split into a first polarized light and a second polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, and one of them is reflected. Polarization separating means for transmitting the other, the second polarized light from the polarized light separating means is incident, reflecting means for reflecting in a predetermined direction, the first polarized light from the polarized light separating means, A second condensing unit that receives the second polarized light reflected by the reflecting unit, converts each of them into substantially parallel light, and emits the light; and the first condensing unit from the second condensing unit. Polarized light and the second polarized light are incident, and each of them is split into a plurality of light beams and emitted. A first lens array plate having a plurality of lens elements, and a plurality of light beams of the first polarized light and the plurality of light beams of the second polarized light from the first lens array plate, respectively. A second lens array plate provided with the first and second lens array plates, and the first polarized light and the second polarized light from the second lens array plate enter, and the first polarized light and the second Polarization rotating means for rotating at least one polarization direction of the polarized light beams so that the polarization directions of the polarized light beams substantially coincide with each other. And a wire grid polarization separating element that polarizes and separates incident light by a metal grid in which a metal is formed in a striped pattern with a period sufficiently smaller than the wavelength of visible light, and wherein the polarization rotating unit is configured to include the first lens. Said from the array plate Wherein the number of light beams is arranged near a position converging each of the second lens array plate.
【0015】また、本発明の第2の照明光学装置は、画
像を形成する画像形成手段の照明を行う照明光学装置で
あって、自然光を放射する光源と、前記光源からの放射
光を集光し収束させる第1の集光手段と、前記第1の集
光手段からの光が入射し、偏光方向が直交する第1の偏
光光と第2の偏光光とに分離して、いずれか一方を反射
させ、他方を透過させる偏光分離手段と、前記偏光分離
手段からの前記第2の偏光光が入射して、所定方向に反
射させる反射手段と、前記偏光分離手段からの第1の偏
光光と、前記反射手段で反射した第2の偏光光とが入射
し、それぞれを実質上平行な光に変換して出射させる第
2の集光手段と、前記第2の集光手段からの前記第1の
偏光光及び前記第2の偏光光が入射し、それぞれを複数
の光束に分割して出射する複数のレンズ素子を備えた第
1のレンズアレイ板と、前記第1のレンズアレイ板から
の前記第1の偏光光の複数の光束及び前記第2の偏光光
の複数の光束がそれぞれ入射する複数のレンズ素子を備
えた第2のレンズアレイ板と、前記第2のレンズアレイ
板からの前記第1の偏光光及び前記第2の偏光光が入射
し、前記第1の偏光光及び前記第2の偏光光のうちの少
なくとも一方の偏光方向を回転させて両者の偏光方向を
略一致させる偏光回転手段とを備え、前記偏光分離手段
は、前記第1の集光手段による光の収束位置の近傍に配
置され、金属を可視光の波長よりも十分微細な周期で縞
状に形成した金属格子によって入射光を偏光分離するワ
イヤーグリッド偏光分離素子であり、前記偏光回転手段
は、前記第1のレンズアレイ板からの前記複数の光束が
前記第2のレンズアレイ板上にそれぞれ収束する位置の
近傍に配置されており、前記反射手段は反射プリズムか
らなり、前記第2の偏光光は前記反射プリズムの媒質中
を透過することを特徴とする。Further, a second illumination optical device of the present invention is an illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, wherein the light source emits natural light and the light emitted from the light source is collected. A first condensing means for converging and converging, and light from the first condensing means is incident thereon and separated into a first polarized light and a second polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. Polarized light separating means for reflecting light and transmitting the other light, reflecting means for receiving the second polarized light from the polarized light separating means and reflecting in a predetermined direction, and first polarized light from the polarized light separating means A second polarized light reflected by the reflecting means is incident, the light is converted into substantially parallel light, and the second polarized light is emitted from the second polarized light. The first polarized light and the second polarized light are incident, and are divided into a plurality of light fluxes. A first lens array plate having a plurality of lens elements for emitting light, and a plurality of light beams of the first polarized light and a plurality of light beams of the second polarized light from the first lens array plate are respectively incident thereon. A second lens array plate having a plurality of lens elements, and the first polarized light and the second polarized light from the second lens array plate are incident, and the first polarized light and the A polarization rotating means for rotating at least one of the second polarized lights to make the two polarization directions substantially coincide with each other, wherein the polarization separating means comprises a light converging position by the first condensing means. And a wire grid polarization separating element that polarizes and separates incident light by a metal grid in which a metal is formed in a striped pattern at a period sufficiently finer than the wavelength of visible light, and wherein the polarization rotating means includes: From the lens array plate The plurality of luminous fluxes are arranged near positions where they converge on the second lens array plate, respectively, and the reflecting means comprises a reflecting prism, and the second polarized light passes through a medium of the reflecting prism. It is characterized by doing.
【0016】更に、本発明の第3の照明光学装置は、画
像を形成する画像形成手段の照明を行う照明光学装置で
あって、自然光を放射する光源と、前記光源からの放射
光を集光し収束させる第1の集光手段と、前記第1の集
光手段からの光が入射し、偏光方向が直交する第1の偏
光光と第2の偏光光とに分離して、前記第1の偏光光を
反射させ、前記第2の偏光光を透過させる偏光分離手段
と、前記偏光分離手段からの前記第2の偏光光が入射し
て、所定方向に反射させる反射手段と、前記偏光分離手
段からの第1の偏光光と、前記反射手段で反射した第2
の偏光光とが入射し、それぞれを実質上平行な光に変換
して出射させる第2の集光手段と、前記第2の集光手段
からの前記第1の偏光光及び前記第2の偏光光が入射
し、それぞれを複数の光束に分割して出射する複数のレ
ンズ素子を備えた第1のレンズアレイ板と、前記第1の
レンズアレイ板からの前記第1の偏光光の複数の光束及
び前記第2の偏光光の複数の光束がそれぞれ入射する複
数のレンズ素子を備えた第2のレンズアレイ板と、前記
第2のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光及び前記
第2の偏光光が入射し、前記第1の偏光光及び前記第2
の偏光光のうちの少なくとも一方の偏光方向を回転させ
て両者の偏光方向を略一致させる偏光回転手段とを備
え、前記偏光分離手段は、前記第1の集光手段による光
の収束位置の近傍に配置され、金属を可視光の波長より
も十分微細な周期で縞状に形成した金属格子によって入
射光を偏光分離するワイヤーグリッド偏光分離素子であ
り、前記偏光回転手段は、前記第1のレンズアレイ板か
らの前記複数の光束が前記第2のレンズアレイ板上にそ
れぞれ収束する位置の近傍に配置されており、前記反射
手段は平行平板ガラスの片面に反射膜を形成した裏面反
射ミラーからなり、前記裏面反射ミラーは、前記反射面
を形成していない側の面で前記ワイヤーグリッド偏光分
離素子に密着されていることを特徴とする。Further, a third illumination optical device of the present invention is an illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, wherein the light source emits natural light and the light emitted from the light source is collected. First condensing means for converging and converging, and light from the first condensing means is incident, and is separated into a first polarized light and a second polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other. Polarization separating means for reflecting the polarized light and transmitting the second polarized light; reflecting means for receiving the second polarized light from the polarized light separating means and reflecting the polarized light in a predetermined direction; The first polarized light from the means and the second polarized light reflected by the reflecting means.
And a second condensing unit for converting each of them into substantially parallel light and emitting the same, and the first and second polarized lights from the second condensing unit. A first lens array plate including a plurality of lens elements into which light is incident, each of which is split into a plurality of light beams, and a plurality of light beams of the first polarized light from the first lens array plate; A second lens array plate including a plurality of lens elements into which a plurality of light beams of the second polarized light are respectively incident; the first polarized light from the second lens array plate and the second polarized light; Polarized light is incident, the first polarized light and the second
Polarization rotating means for rotating at least one polarization direction of the polarized light beams so that the polarization directions of the polarized light beams substantially coincide with each other. And a wire grid polarization separating element that polarizes and separates incident light by a metal grid in which a metal is formed in a striped pattern with a period sufficiently smaller than the wavelength of visible light, and wherein the polarization rotating unit is configured to include the first lens. The plurality of luminous fluxes from the array plate are arranged in the vicinity of positions where they converge on the second lens array plate, respectively, and the reflecting means comprises a back reflection mirror having a reflection film formed on one surface of a parallel plate glass. The back reflection mirror is in close contact with the wire grid polarization separation element on a surface on which the reflection surface is not formed.
【0017】上記第1〜第3の照明光学装置によれば、
小型で、光利用効率が高く、安価な照明光学装置を提供
することができる。According to the first to third illumination optical devices,
An illumination optical device which is small, has high light use efficiency, and is inexpensive can be provided.
【0018】また、第2の照明光学装置では、反射手段
として反射プリズムを用い、偏光分離された第2の偏光
光が反射プリズムの媒質中を透過するので、光利用効率
がより一層向上する。Further, in the second illumination optical device, a reflection prism is used as the reflection means, and the second polarized light separated and transmitted through the medium of the reflection prism, so that the light use efficiency is further improved.
【0019】また、第3の照明光学装置では、反射手段
としてワイヤーグリッド偏光分離素子に密着した裏面反
射ミラーを用いているので、光損失が減少し、光利用効
率がより一層向上する。Further, in the third illumination optical device, since the back reflection mirror closely attached to the wire grid polarization separation element is used as the reflection means, light loss is reduced, and light utilization efficiency is further improved.
【0020】上記第1〜第3の照明光学装置において、
前記第1の集光手段を楕円反射鏡で構成することができ
る。これにより、少ない部品点数で低コストに光源から
の光を収束させることができる。In the first to third illumination optical devices,
The first condensing means may be constituted by an elliptical reflecting mirror. Thus, light from the light source can be converged at a low cost with a small number of parts.
【0021】あるいは、前記第1の集光手段を放物面鏡
とレンズとで構成することもできる。これにより、光の
利用効率の低下を抑えて光源からの光を収束させること
ができる。Alternatively, the first condensing means may be constituted by a parabolic mirror and a lens. Accordingly, it is possible to converge the light from the light source while suppressing a decrease in light use efficiency.
【0022】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記ワイヤーグリッド偏光分離素子の前記金属格
子の周期は約150nm以下であることが好ましい。こ
れにより、偏光分離特性が向上し、光の利用効率の低下
を抑えることができる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the period of the metal grating of the wire grid polarization splitting element is about 150 nm or less. Thereby, the polarization separation characteristics are improved, and a decrease in light use efficiency can be suppressed.
【0023】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記ワイヤーグリッド偏光分離素子の前記金属格
子の高さは約200nm以下であることが好ましい。こ
れにより、偏光分離特性が向上し、光の利用効率の低下
を抑えることができる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the height of the metal grating of the wire grid polarization splitting element is about 200 nm or less. Thereby, the polarization separation characteristics are improved, and a decrease in light use efficiency can be suppressed.
【0024】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記ワイヤーグリッド偏光分離素子の前記金属が
アルミニウムであることが好ましい。これにより、金属
格子を容易かつ安価に形成することができる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the metal of the wire grid polarization splitting element is aluminum. Thereby, the metal grid can be formed easily and inexpensively.
【0025】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記反射手段の反射面はアルミニウム膜又は誘電
体膜によって形成されていることが好ましい。アルミニ
ウム膜で形成すると容易かつ安価に反射手段を製造でき
る。また、誘電体膜で形成すると、反射面の反射率を向
上できるので光損失を少なくでき、また、赤外線を透過
させることができるので、これ以降の光学系を構成する
要素の温度上昇を防止できる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the reflection surface of the reflection means is formed of an aluminum film or a dielectric film. When formed of an aluminum film, the reflection means can be manufactured easily and inexpensively. In addition, when formed of a dielectric film, the reflectance of the reflection surface can be improved, so that light loss can be reduced. In addition, since infrared rays can be transmitted, it is possible to prevent a temperature rise of elements constituting the optical system thereafter. .
【0026】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記第2の集光手段は球面収差を小さくする1枚
の非球面レンズからなることが好ましい。球面収差を小
さくすることで光の損失を少なくし、光の利用効率を向
上させることができる。また、1枚の非球面レンズとす
ることで、部品点数を少なくし、構造を簡素化でき、小
型化、低コスト化が可能になる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the second condensing means comprises one aspherical lens for reducing spherical aberration. By reducing the spherical aberration, the loss of light can be reduced, and the light use efficiency can be improved. In addition, by using one aspherical lens, the number of parts can be reduced, the structure can be simplified, and downsizing and cost reduction can be achieved.
【0027】上記において、前記非球面レンズは成形に
より製造することが好ましい。これにより、所望する形
状の非球面レンズを容易かつ低コストに製造できる。In the above, it is preferable that the aspherical lens is manufactured by molding. Thereby, an aspherical lens having a desired shape can be manufactured easily and at low cost.
【0028】また、前記非球面レンズは樹脂よりなるこ
とが好ましい。これにより、所望する形状の非球面レン
ズを容易かつ低コストに製造できる。Preferably, the aspherical lens is made of a resin. Thereby, an aspherical lens having a desired shape can be manufactured easily and at low cost.
【0029】また、上記第1〜第3の照明光学装置にお
いて、前記偏光回転手段は延伸樹脂フィルムで構成され
た1/2波長板であることが好ましい。これにより、安
価な偏光回転手段を得ることができる。In the first to third illumination optical devices, it is preferable that the polarization rotating means is a half-wave plate made of a stretched resin film. As a result, inexpensive polarization rotating means can be obtained.
【0030】あるいは、前記偏光回転手段を斜方蒸着等
による薄膜で構成することもできる。これにより、耐熱
性に優れた偏光回転手段を、位置精度良く形成すること
ができる。Alternatively, the polarization rotating means may be constituted by a thin film formed by oblique evaporation or the like. This makes it possible to form the polarization rotating means having excellent heat resistance with high positional accuracy.
【0031】次に、本発明の第1の投射型表示装置は、
白色光を放射する光源を含む照明光学手段と、前記光源
からの白色光を青、緑、赤の各色成分の色光に分離する
色分離光学手段と、前記色分離光学手段からの各色光が
入射し、映像信号に応じて光学像を形成する画像形成手
段と、前記画像形成手段上に形成された光学像をスクリ
ーン上に投写する投写レンズとを備えた投写型表示装置
であって、前記照明光学手段が上記第1〜第3のいずれ
かの照明光学装置であることを特徴とする。本発明の第
1〜第3のいずれかの照明光学装置を用いることによ
り、小型で、光利用効率が高く、安価な投射型表示装置
を提供できる。Next, the first projection type display device of the present invention comprises:
An illumination optical unit including a light source that emits white light; a color separation optical unit that separates white light from the light source into color lights of blue, green, and red color components; and each color light from the color separation optical unit is incident. A projection type display device comprising: an image forming unit that forms an optical image in accordance with a video signal; and a projection lens that projects an optical image formed on the image forming unit onto a screen. The optical means is any one of the first to third illumination optical devices. By using any one of the first to third illumination optical devices of the present invention, it is possible to provide a projection display device that is small, has high light use efficiency, and is inexpensive.
【0032】上記第1の投射型表示装置において、前記
画像形成手段が、青、緑、赤の各色光に対応して3つ設
けられ、更に、前記3つの画像形成手段からの青、緑、
赤の出射光を合成する色合成光学手段を備えていても良
い。これにより、光源からの白色光の全スペクトルを利
用することができるので光利用効率が向上し、高輝度の
カラー画像を表示することができる。In the first projection display device, three image forming means are provided corresponding to blue, green, and red light, respectively, and further, blue, green, and blue light from the three image forming means are provided.
A color combining optical unit for combining the red emission light may be provided. Thus, the entire spectrum of white light from the light source can be used, so that the light use efficiency is improved and a high-luminance color image can be displayed.
【0033】あるいは、上記第1の投射型表示装置にお
いて、前記色分離光学手段からの各色光が共通する画像
形成手段に入射し、前記投射レンズは前記画像形成手段
に形成されたカラー画像を投射するように構成すること
もできる。1つの画像形成手段にカラー画像を形成する
ので、色合成光学手段が不要となり、小型、低コストの
投射型表示装置を提供できる。Alternatively, in the first projection type display device, each color light from the color separation optical unit is incident on a common image forming unit, and the projection lens projects a color image formed on the image forming unit. It can also be configured to do so. Since a color image is formed on one image forming unit, a color combining optical unit is not required, and a small-sized and low-cost projection display device can be provided.
【0034】上記第1の投射型表示装置において、画像
形成手段として透過型の液晶パネルを用いることができ
る。In the first projection type display device, a transmission type liquid crystal panel can be used as the image forming means.
【0035】また、本発明の第2の投射型表示装置は、
白色光を放射する光源を含む照明光学手段と、前記光源
からの白色光を青、緑、赤の各色成分の色光に分離する
色分離光学手段と、前記色分離光学手段からの各色光が
それぞれ入射し、入射する色光を偏光方向が直交する2
つの偏光光に分離する3つの偏光分離プリズムと、前記
3つの偏光分離プリズムからの光がそれぞれ入射し、映
像信号に応じて光学像を形成する3つの画像形成手段
と、前記3つの画像形成手段からそれぞれ出射する光が
前記3つの偏光分離プリズムをそれぞれ透過した後に入
射して、入射したこれらの3つの光を合成する色合成光
学手段と、前記画像形成手段上に形成された光学像をス
クリーン上に投写する投写レンズとを備えた投写型表示
装置であって、前記照明光学手段が上記第1〜第3のい
ずれかの照明光学装置であることを特徴とする。本発明
の第1〜第3のいずれかの照明光学装置を用いることに
より、小型で、光利用効率が高く、安価な投射型表示装
置を提供できる。Further, the second projection type display device of the present invention comprises:
Illumination optical means including a light source that emits white light, blue, green, and color separation optical means that separates white light from the light source into color lights of respective color components, and each color light from the color separation optical means is Incoming, the incident color light is polarized in a direction orthogonal to 2
Three polarized light separating prisms for separating into three polarized light beams, three image forming means for receiving light from the three polarized light separating prisms, respectively, and forming an optical image according to a video signal, and the three image forming means The light emitted from each of the three polarization splitting prisms is incident after being transmitted therethrough, and a color combining optical unit that combines these three incident lights, and an optical image formed on the image forming unit is screened. A projection type display device having an upper projection lens, wherein the illumination optical means is any one of the first to third illumination optical devices. By using any one of the first to third illumination optical devices of the present invention, it is possible to provide a projection display device that is small, has high light use efficiency, and is inexpensive.
【0036】上記第2の投射型表示装置において、前記
3つの画像形成手段として反射型の液晶パネルを用いる
ことができる。In the second projection display device, a reflective liquid crystal panel can be used as the three image forming means.
【0037】[0037]
【発明の実施の形態】以下本発明の照明光学装置および
投写型表示装置を図面を参照しながら説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an illumination optical device and a projection display device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【0038】(実施の形態1)図1は本発明の第1の照
明光学装置の構成を示したものである。画像形成手段と
して、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶パネル
を用いる。(Embodiment 1) FIG. 1 shows the configuration of a first illumination optical device of the present invention. As the image forming means, a transmission type liquid crystal panel that modulates light using polarized light is used.
【0039】図1において、30は光源であるランプ、
31はランプ30からの光を集光した後、収束させる第
1の集光手段である楕円面鏡、32はワイヤーグリッド
偏光分離素子、33は反射ミラー、34は第2の集光手
段である非球面レンズ、35は第1のレンズアレイ板、
36は第2のレンズアレイ板、37は偏光回転手段であ
る1/2波長板、38は重畳用レンズ、39は本発明の
第1の照明光学装置、40はフィールドレンズ、41は
画像形成手段である液晶パネル、50は偏光分離素子3
2を透過した偏光光の光軸、51は偏光分離素子32を
反射した偏光光の光軸、52は照明光学装置39の光
軸、53は楕円面鏡31で集光した後、収束する光線、
54は第1,第2のレンズアレイ板35,36を透過し
て液晶パネル41に入射する、偏光分離された2つの偏
光光の一部の光線を示している。In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a lamp as a light source;
Reference numeral 31 denotes an ellipsoidal mirror as a first condensing means for converging and converging light from the lamp 30, 32 a wire grid polarization splitting element, 33 a reflection mirror, and 34 a second condensing means. An aspheric lens, 35 is a first lens array plate,
36 is a second lens array plate, 37 is a half-wave plate as polarization rotating means, 38 is a superimposing lens, 39 is the first illumination optical device of the present invention, 40 is a field lens, and 41 is image forming means. A liquid crystal panel, 50 is a polarization separation element 3
2, the optical axis of the polarized light transmitted through 2, the optical axis 51 of the polarized light reflected by the polarization splitting element 32, the optical axis 52 of the illumination optical device 39, and the light 53 converged by the ellipsoidal mirror 31 and then converged. ,
Numeral 54 indicates a part of the two polarized light beams, which are transmitted through the first and second lens array plates 35 and 36 and enter the liquid crystal panel 41, respectively.
【0040】超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等のラ
ンプ30から放射される光は楕円面鏡31により集光さ
れた後、楕円面鏡の一方の焦点位置に収束される。収束
する位置の近傍に、ワイヤーグリッド偏光分離素子32
が配置される。ワイヤーグリッド偏光分離素子32は、
その入射面に対してP偏光となる光を透過させ、S偏光
となる光を反射させる。従って、ワイヤーグリッド偏光
分離素子32に入射した光は、偏光方向が直交する2つ
の偏光光に分離される。分離されたS偏光光は反射ミラ
ー33により、所定の方向に光の進行方向が変換され
る。分離された2つの偏光光は、楕円面鏡31の一方の
焦点位置であって、照明光学装置39の光軸52近傍に
それぞれ2次光源像を形成する。図1には、ランプ30
からの光が楕円面鏡31で集光され、収束され、ワイヤ
ーグリッド偏光分離素子32で2つの偏光光に分離され
る光線53の様相を示している。Light emitted from a lamp 30 such as an ultrahigh pressure mercury lamp or a xenon lamp is condensed by an ellipsoidal mirror 31 and then converged at one focal position of the ellipsoidal mirror. In the vicinity of the converging position, the wire grid polarization splitting element 32
Is arranged. The wire grid polarization separation element 32
The light that becomes P-polarized light is transmitted through the incident surface, and the light that becomes S-polarized light is reflected. Therefore, the light incident on the wire grid polarization separation element 32 is separated into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. The traveling direction of the separated S-polarized light is changed to a predetermined direction by the reflection mirror 33. The two separated polarized lights form secondary light source images at one focal position of the ellipsoidal mirror 31 and near the optical axis 52 of the illumination optical device 39, respectively. FIG.
The light 53 is collected by the ellipsoidal mirror 31, converged, and split by the wire grid polarization splitting element 32 into two polarized lights.
【0041】分離されたP偏光光及びS偏光光は非球面
レンズ34により実質上平行光に変換された後、第1の
レンズアレイ板35に入射する。第1のレンズアレイ板
35は、多数の微小な矩形レンズ素子が同一平面上に配
列形成されている。第1のレンズアレイ板35に入射し
たそれぞれの偏光光の光束は多数のレンズ素子により多
数の光束に分割される。分割された多数の光束は、第2
のレンズアレイ板36上に配列形成された多数の微小な
矩形レンズ素子上にそれぞれ収束する。第1のレンズア
レイ板35の多数のレンズ素子と、第2のレンズアレイ
板36の多数のレンズ素子とは一対一に対応する。楕円
面鏡31の一方の焦点位置と第2のレンズアレイ板36
とは略共役関係となるように構成している。第2のレン
ズアレイ板36の各レンズ素子上には、偏光分離された
P偏光光による微小な2次光源像とS偏光光による微小
な2次光源像とが異なる位置に形成される。第1のレン
ズアレイ板35のレンズ素子の焦点距離は、第1のレン
ズアレイ板35と第2のレンズアレイ板36との間の距
離と同等としている。第1のレンズアレイ板35のレン
ズ素子は液晶パネル41と相似な矩形開口を有する。第
2のレンズアレイ板36のレンズ素子の焦点距離は、第
1のレンズアレイ板35の面と液晶パネル41の面とが
略共役関係となるように、レンズ素子のパワーを考慮し
て決定されている。The separated P-polarized light and S-polarized light are converted into substantially parallel light by the aspherical lens 34 and then enter the first lens array plate 35. The first lens array plate 35 has a large number of minute rectangular lens elements arrayed on the same plane. The luminous flux of each polarized light incident on the first lens array plate 35 is divided into a number of luminous fluxes by a number of lens elements. A large number of split light beams are
Converge on a large number of minute rectangular lens elements arranged and formed on the lens array plate 36 of FIG. The multiple lens elements of the first lens array plate 35 and the multiple lens elements of the second lens array plate 36 correspond one-to-one. One focus position of the elliptical mirror 31 and the second lens array plate 36
And have a substantially conjugate relationship. On each lens element of the second lens array plate 36, a minute secondary light source image formed by polarization-separated P-polarized light and a minute secondary light source image formed by S-polarized light are formed at different positions. The focal length of the lens element of the first lens array plate 35 is equal to the distance between the first lens array plate 35 and the second lens array plate 36. The lens element of the first lens array plate 35 has a rectangular opening similar to the liquid crystal panel 41. The focal length of the lens elements of the second lens array plate 36 is determined in consideration of the power of the lens elements so that the surface of the first lens array plate 35 and the surface of the liquid crystal panel 41 have a substantially conjugate relationship. ing.
【0042】第2のレンズアレイ板36の出射面には、
その各レンズ素子の開口の約1/2の領域のみに1/2
波長板37が貼付されている。従って、第2のレンズア
レイ板36を出射する多数の光束のうち、P偏光光の光
束は1/2波長板37を通過して、このとき偏光方向が
回転させられ、S偏光に変換される。一方、第2のレン
ズアレイ36のレンズ素子内のP偏光光とは異なる箇所
に2次光源像を形成したS偏光光の光束は、1/2波長
板37を通過することなく第2のレンズアレイ板36を
出射する。このように、ワイヤーグリッド偏光分離素子
32で分離された2つの偏光光は、第2のレンズアレイ
板36および1/2波長板37を出射するときに偏光方
向が揃えられ、共通する一つの偏光方向の偏光光とな
る。On the exit surface of the second lens array plate 36,
Only half the area of the aperture of each lens element is 1 /
A wave plate 37 is attached. Therefore, of the many light beams emitted from the second lens array plate 36, the light beam of the P-polarized light passes through the half-wave plate 37, and at this time, the polarization direction is rotated and converted to S-polarized light. . On the other hand, the luminous flux of the S-polarized light having the secondary light source image formed at a position different from the P-polarized light in the lens element of the second lens array 36 passes through the second lens 37 without passing through the half-wave plate 37. The light exits the array plate 36. As described above, the two polarized lights separated by the wire grid polarization separating element 32 have the same polarization direction when exiting the second lens array plate 36 and the half-wave plate 37, and have one common polarized light. It becomes the polarized light of the direction.
【0043】重畳用レンズ38は第2のレンズアレイ板
36の各レンズ素子からの出射した光を液晶パネル41
上に重畳照明するためのレンズである。第2のレンズア
レイ板36を出射した多数の光束は、重畳用のレンズ3
8、フィールドレンズ40を透過し、屈折した後、液晶
パネル41上に重畳され、液晶パネル41を均一に照明
する。フィールドレンズ40は液晶パネル41上を照明
する光を投写レンズの瞳面(図示せず)に集光するため
のものである。投写レンズの瞳面と第2のレンズアレイ
板36の面とは略共役関係となる。光束54は、ワイヤ
ーグリッド偏光分離素子32で分離された後、第1,第
2のレンズアレイ板35,36を透過して液晶パネル4
1を照明する2つの偏光光の一部の光線の様相を示して
いる。The superimposing lens 38 transmits light emitted from each lens element of the second lens array plate 36 to the liquid crystal panel 41.
This is a lens for superimposing illumination on the top. A large number of light beams emitted from the second lens array plate 36 are
8. After being transmitted through the field lens 40 and refracted, it is superimposed on the liquid crystal panel 41 to illuminate the liquid crystal panel 41 uniformly. The field lens 40 is for condensing light illuminating the liquid crystal panel 41 on a pupil plane (not shown) of the projection lens. The pupil plane of the projection lens and the surface of the second lens array plate 36 have a substantially conjugate relationship. The light flux 54 is separated by the wire grid polarization splitting element 32, and then passes through the first and second lens array plates 35 and 36, and passes through the liquid crystal panel 4.
1 shows the appearance of some light rays of two polarized lights illuminating 1.
【0044】このように本第1の照明光学装置39は、
ランプ30からの自然光の光を効率よく偏光分離した
後、効率よく一つの方向の偏光光に変換し、画像形成手
段41を均一に照明することができる。As described above, the first illumination optical device 39 includes:
After the natural light from the lamp 30 is efficiently polarized and separated, it can be efficiently converted into polarized light in one direction to uniformly illuminate the image forming means 41.
【0045】図2にワイヤーグリッド偏光分離素子の構
成を示している。ワイヤーグリッド偏光分離素子32
は、ガラス基板42上に、アルミニウムなどの金属で相
互に平行な縞状の金属格子43を形成したものである。
金属格子43を構成する個々の金属ストライプの幅を
b、高さをh、その配列周期(ピッチ)をdとする。入
射光の波長に対して約1/5以下の十分小さい周期dで
金属格子を形成すると、グリッド周期方向44と垂直に
振動する電界成分の光は反射し、平行に振動する電界成
分の光は透過し、ほとんど光吸収がなく、効率よく偏光
分離することができる。図2の構成の場合、自然光45
が入射角θで入射すると、ワイヤーグリッド偏光分離素
子32の入射面に対して、反射する光46がS偏光、透
過する光47がP偏光となる。本実施の形態の一実施例
のワイヤーグリッド偏光分離素子32は、ガラス基板4
2上に形成される金属格子43は、幅bが約70nm、
高さhが約150nmの矩形断面状のアルミニウムによ
るストライプを周期dが約140nmで多数形成したも
のである。このようなサブミクロンの微細な金属格子は
例えば次のようにして製造される。ガラス基板上に数n
mの導電性を有するアルミニウム下地膜を形成し、電子
線描画によりレジストパターンを作製する。次に所定の
膜厚のアルミニウムを蒸着し、リフトオフにより選択的
に不要なアルミニウムを除去し、金属格子を形成する。
さらに、金属格子以外に残存する導電性下地膜をエッチ
ングにより除去するか、あるいは熱処理で酸化透明化す
る。近年では、半導体技術の進展により、上記のような
サブミクロンの単純な微細加工は比較的容易に低コスト
で製造できる。FIG. 2 shows the configuration of the wire grid polarization splitting element. Wire grid polarization separation element 32
Is formed by forming a stripe-shaped metal grid 43 parallel to each other with a metal such as aluminum on a glass substrate 42.
The width of each metal stripe constituting the metal grid 43 is b, the height is h, and the arrangement period (pitch) is d. When the metal grating is formed with a sufficiently small cycle d of about 1/5 or less with respect to the wavelength of the incident light, the light of the electric field component oscillating perpendicular to the grid period direction 44 is reflected, and the light of the electric field component oscillating in parallel is It is transmitted, hardly absorbs light, and can be efficiently polarized and separated. In the case of the configuration of FIG.
Is incident at an incident angle θ, the reflected light 46 becomes S-polarized light and the transmitted light 47 becomes P-polarized light with respect to the incident surface of the wire grid polarization separation element 32. The wire grid polarization splitting element 32 according to an example of the present embodiment includes a glass substrate 4
2 has a width b of about 70 nm,
A large number of stripes made of aluminum having a rectangular cross section having a height h of about 150 nm and a period d of about 140 nm are formed. Such a submicron fine metal grating is manufactured, for example, as follows. Number n on glass substrate
An aluminum base film having a conductivity of m is formed, and a resist pattern is formed by electron beam lithography. Next, aluminum having a predetermined thickness is deposited, and unnecessary aluminum is selectively removed by lift-off to form a metal grid.
Further, the conductive base film remaining other than the metal lattice is removed by etching, or oxidized and transparentized by heat treatment. In recent years, with the development of semiconductor technology, simple microfabrication of the submicron as described above can be manufactured relatively easily at low cost.
【0046】ワイヤーグリッド偏光分離素子は、ブリュ
ースター角を利用した薄膜の偏光分離プリズムより、透
過率及び反射率の入射角依存性が小さく、高い効率で偏
光分離できる。また、金属とガラスで構成されているた
め、耐熱、耐光性に優れている。さらに、図12に示し
た偏光分離プリズムアレイ5に比べて、低コストで製造
できる。The wire grid polarization splitting element has a smaller dependency on the incident angle of the transmittance and the reflectance than the thin-film polarization splitting prism utilizing the Brewster angle, and can perform the polarization splitting with high efficiency. Further, since it is made of metal and glass, it has excellent heat resistance and light resistance. Further, it can be manufactured at lower cost than the polarization separation prism array 5 shown in FIG.
【0047】図3にワイヤーグリッド偏光分離素子の分
光透過率を示す。入射角が基準入射角である45度の場
合と30度の場合のそれぞれにおけるP偏光透過率とS
偏光透過率の特性を示している。図3では、入射角が4
5度の場合を実線で、30度の場合を点線で示してい
る。青の波長領域では、P偏光の透過率およびS偏光の
反射率が若干低下するが、入射角が基準入射角である4
5度の場合、平均的に90%以上のP偏光の透過率およ
びS偏光の反射率が得られる。入射角が基準入射角より
−15度小さくなった30度の場合であっても、平均的
に84%以上のP偏光透過率およびS偏光反射率が得ら
れる。ちなみに、偏光分離プリズムの場合には、入射角
が45度の基準入射角より−15度程度小さくなるとP
偏光透過率が40〜50%となってしまう。FIG. 3 shows the spectral transmittance of the wire grid polarization splitting element. The P-polarized light transmittance and S in the case where the incident angle is the reference incident angle of 45 degrees and 30 degrees, respectively.
9 shows characteristics of polarized light transmittance. In FIG. 3, the incident angle is 4
The case of 5 degrees is indicated by a solid line, and the case of 30 degrees is indicated by a dotted line. In the blue wavelength region, the transmittance of P-polarized light and the reflectance of S-polarized light slightly decrease, but the incident angle is the reference incident angle 4.
In the case of 5 degrees, a transmittance of P-polarized light and a reflectance of S-polarized light of 90% or more are obtained on average. Even when the angle of incidence is 30 degrees, which is -15 degrees smaller than the reference angle of incidence, an average of 84% or more of P-polarized light transmittance and S-polarized light reflectance can be obtained. By the way, in the case of the polarization splitting prism, if the incident angle becomes smaller than the reference incident angle of 45 degrees by about -15 degrees, P
The polarization transmittance becomes 40 to 50%.
【0048】上記の照明光学装置39では、入射角によ
らず偏光分離した光の透過率および反射率が高く、耐
熱、耐光性が優れた特性を有するワイヤーグリッド偏光
分離素子32を、ランプ30からの光が収束する位置近
傍に配置している。このため、ワイヤーグリッド偏光分
離素子32を非常に小型にでき、低コストで高効率な偏
光分離素子が構成できる。In the illumination optical device 39 described above, the wire grid polarization separation element 32 having high transmittance and reflectance of the polarized and separated light irrespective of the incident angle, and having excellent heat resistance and light resistance is removed from the lamp 30. Are arranged in the vicinity of the position where the light is converged. For this reason, the wire grid polarization separation element 32 can be made very small, and a low cost and high efficiency polarization separation element can be configured.
【0049】次に、分離された2つの偏光光はそれぞれ
照明光学装置39の光軸52近傍の異なる位置に収束さ
れた後、非球面レンズ34、第1のレンズアレイ板35
で合成される。その後、2つの偏光光は、第2のレンズ
アレイ板36の各レンズ素子上の異なる位置にそれぞれ
収束されて、2次光源像を分離して形成する。第2レン
ズアレイ板36近傍に1/2波長板37を配置してい
る。1/2波長板は、2つの偏光光による2次光源像の
うちのP偏光光による2次光源像の形成位置に対応し
て、第2のレンズアレイ板36の各レンズ素子の開口の
約1/2の領域に貼付している。従って、P偏光光の偏
光方向を1/2波長板37によりS偏光方向に回転させ
て偏光方向を一つに揃えることができる。1/2波長板
37は比較的耐熱性が弱いが、安価な延伸フィルムで構
成されている。1/2波長板37は光束が多数に分割さ
れている位置に配置され、かつ入射する光の広がり角が
小さい位置に配置される。このため、1/2波長板37
を安価に構成でき、信頼性を確保しつつ、高い効率で透
過する偏光光の偏光方向を回転することができる。Next, the separated two polarized lights are respectively converged to different positions near the optical axis 52 of the illumination optical device 39, and then the aspheric lens 34 and the first lens array plate 35
Synthesized by Thereafter, the two polarized lights are respectively converged at different positions on each lens element of the second lens array plate 36 to separate and form a secondary light source image. A 波長 wavelength plate 37 is arranged near the second lens array plate 36. The half-wave plate corresponds to the position of the secondary light source image formed by the P-polarized light in the secondary light source image formed by the two polarized lights, and is formed at about the opening of each lens element of the second lens array plate 36. Affixed to 1/2 area. Accordingly, the polarization direction of the P-polarized light can be rotated to the S-polarization direction by the half-wave plate 37 to make the polarization directions uniform. The half-wave plate 37 has relatively low heat resistance, but is made of an inexpensive stretched film. The half-wave plate 37 is arranged at a position where the light beam is divided into a large number, and at a position where the spread angle of the incident light is small. Therefore, the half-wave plate 37
Can be configured at low cost, and the polarization direction of the polarized light that is transmitted with high efficiency can be rotated while ensuring reliability.
【0050】図1では第1の集光手段を楕円面鏡31と
したが、第1の集光手段を放物面鏡と集光レンズで構成
してもよい。図4は放物面鏡と集光レンズにより構成し
た第1の集光手段を示している。30はランプ、60は
放物面鏡、61は集光レンズである。図1に示す楕円面
鏡31の場合、楕円面鏡31の反射面のうちランプ近傍
の反射面で反射する光束の一部が、ランプ30の先端部
で遮蔽され、収束されず、光利用効率が若干低下すると
いう問題がある。しかしながら、放物面鏡60で略平行
光束を得た後、これを集光レンズ61で収束させる構成
とした場合には、ランプ30の先端部での光の遮蔽がな
く、光利用効率をより高くできる。In FIG. 1, the first condensing means is an ellipsoidal mirror 31. However, the first condensing means may be constituted by a parabolic mirror and a condensing lens. FIG. 4 shows a first condenser means constituted by a parabolic mirror and a condenser lens. Reference numeral 30 denotes a lamp, 60 denotes a parabolic mirror, and 61 denotes a condenser lens. In the case of the ellipsoidal mirror 31 shown in FIG. 1, a part of the light reflected by the reflection surface near the lamp among the reflection surfaces of the ellipsoidal mirror 31 is blocked by the tip of the lamp 30 and is not converged. Is slightly reduced. However, when a substantially parallel light beam is obtained by the parabolic mirror 60 and then converged by the condenser lens 61, there is no light blocking at the tip of the lamp 30 and light use efficiency is improved. Can be higher.
【0051】第2の集光手段は成形で製造された非球面
レンズ34である。レンズ形状を非球面形状にすること
で、球面収差を低減でき、光軸52近傍に収束された2
つの偏光光を、効率よく第1のレンズアレイ板35に入
射させることができる。非球面レンズ34は耐熱性が必
要な場合にはガラス成形品が望ましい。耐熱性が必要で
ない場合には比較的安価な樹脂成形品であってもよい。The second focusing means is an aspheric lens 34 manufactured by molding. By making the lens shape an aspherical shape, spherical aberration can be reduced, and 2 converged near the optical axis 52.
The two polarized lights can be efficiently made incident on the first lens array plate 35. When heat resistance is required, the aspheric lens 34 is desirably a glass molded product. When heat resistance is not required, a relatively inexpensive resin molded product may be used.
【0052】反射ミラー33はガラス基板上にアルミニ
ウム膜もしくは誘電体膜を形成した反射膜である。反射
膜にアルミニウム膜を用いた場合には、比較的安価に反
射ミラーを構成できる。また、反射膜に誘電体膜を用い
た場合には、より高い反射率が得られるとともに、赤外
線を透過させることができるため、熱線をカットでき
る。The reflection mirror 33 is a reflection film formed by forming an aluminum film or a dielectric film on a glass substrate. When an aluminum film is used for the reflection film, the reflection mirror can be constructed relatively inexpensively. In addition, when a dielectric film is used as the reflective film, a higher reflectance can be obtained and infrared rays can be transmitted, so that heat rays can be cut.
【0053】偏光回転手段として、薄膜で構成された薄
膜波長板を用いてもよい。薄膜波長板は斜方蒸着した薄
膜の膜面に、光線を垂直に入射させると複屈折を生じる
という現象を利用したものである。斜方蒸着膜の膜厚を
調整することによりリタデーションを制御できる。薄膜
波長板は延伸樹脂フィルムを用いた波長板よりも高価と
なるが、耐熱性に優れているため、冷却手段が不要とな
る。また、第2レンズアレイ板36に対しての配置精度
を高くできる。As the polarization rotating means, a thin-film wave plate composed of a thin film may be used. The thin film wave plate utilizes a phenomenon that birefringence occurs when a light beam is perpendicularly incident on a film surface of an obliquely deposited thin film. The retardation can be controlled by adjusting the thickness of the obliquely deposited film. Although a thin-film wave plate is more expensive than a wave plate using a stretched resin film, since it has excellent heat resistance, cooling means is not required. Further, the arrangement accuracy with respect to the second lens array plate 36 can be increased.
【0054】なお、上記の例では、偏光回転手段は、偏
光分離したP偏光の光がS偏光の光に変換されるよう
に、P偏光光の通過領域に配置しているが、S偏光の光
がP偏光の光に変換されるように、S偏光光の通過領域
に配置してもよい。In the above example, the polarization rotating means is disposed in the pass region of the P-polarized light so that the P-polarized light separated from the polarized light is converted into the S-polarized light. The light may be disposed in a region where the S-polarized light passes so that the light is converted into the P-polarized light.
【0055】第1、第2のレンズアレイ板35,36
は、分割数(レンズ素子数)が多いほど、より均一な照
明が可能となる。また、第1、第2のレンズアレイ板3
5,36はより小型な方が安価である。図12に示した
偏光分離プリズムアレイ5を用いた従来の照明光学装置
では、偏光分離プリズムの配列ピッチが第2レンズアレ
イ板4のレンズ素子ピッチの約1/2である必要がある
ため、第2レンズアレイ板4を極端に小型化すると、偏
光分離プリズムの配列ピッチをより一層小さくする必要
が生じて配列精度が低下して光利用効率の低下を招く。
本発明の構成でも、第2レンズアレイ板36を小型化す
ると、同様にレンズアレイ板36の近傍に配置される1
/2波長板37も小さくする必要があるという制約を伴
うが、1/2波長板37は単一のフィルムであるため、
その配置は容易である。従って、レンズアレイ板の分割
数が比較的多くても、レンズアレイ板の小型化に伴う効
率低下は生じにくい。したがって、照明光学装置を小型
化できる。First and second lens array plates 35 and 36
As the number of divisions (the number of lens elements) increases, more uniform illumination becomes possible. The first and second lens array plates 3
5, 36 are cheaper if they are smaller. In the conventional illumination optical device using the polarization separation prism array 5 shown in FIG. 12, the arrangement pitch of the polarization separation prism needs to be approximately 1 / of the lens element pitch of the second lens array plate 4. When the size of the two-lens array plate 4 is extremely reduced, it becomes necessary to further reduce the arrangement pitch of the polarization splitting prisms, thereby lowering the arrangement accuracy and lowering the light use efficiency.
Also in the configuration of the present invention, when the second lens array plate 36 is reduced in size, the second lens array plate 36 is similarly disposed near the lens array plate 36.
Although there is a restriction that the half-wave plate 37 also needs to be small, since the half-wave plate 37 is a single film,
Its arrangement is easy. Therefore, even if the number of divisions of the lens array plate is relatively large, a decrease in efficiency due to the downsizing of the lens array plate hardly occurs. Therefore, the illumination optical device can be downsized.
【0056】図5に第1の照明光学装置の別の構成を示
す。図1の構成と異なるのは偏光分離素子を透過した光
に対して反射ミラー73を配置した点である。FIG. 5 shows another configuration of the first illumination optical device. The difference from the configuration of FIG. 1 is that a reflection mirror 73 is arranged for light transmitted through the polarization splitting element.
【0057】ランプ70から放射された光は楕円面鏡7
1により集光された後、楕円面鏡71の一方の焦点位置
に収束する。収束位置近傍には、ワイヤーグリッド偏光
分離素子72が配置される。ワイヤーグリッド偏光分離
素子72に入射した光は、入射面に対してP偏光となる
光は透過し、S偏光となる光は反射して、偏光方向が直
交する2つの偏光光に分離される。分離されたP偏光光
は反射ミラー73に入射し、反射されて、所定の方向に
光の進行方向を変換される。分離された2つの偏光光
は、照明光学装置79の光軸92近傍にそれぞれ2次光
源像を形成する。図5には、ランプ70からの光が楕円
面鏡71で集光され、収束され、ワイヤーグリッド偏光
分離素子72で2つの偏光光に分離される光線93の様
相を示している。図5において、90は偏光分離素子7
2で反射したS偏光光の光軸、91は反射ミラー73を
透過したP偏光光の光軸、92は照明光学装置79の光
軸である。The light emitted from the lamp 70 is transmitted to the elliptical mirror 7.
After being converged by 1, it converges to one focal position of the elliptical mirror 71. Near the convergence position, a wire grid polarization splitting element 72 is arranged. The light incident on the wire grid polarization separation element 72 transmits P-polarized light to the incident surface, reflects S-polarized light, and separates the polarized light into two polarized lights having orthogonal polarization directions. The separated P-polarized light enters the reflection mirror 73, is reflected, and changes the traveling direction of the light to a predetermined direction. The separated two polarized lights form secondary light source images near the optical axis 92 of the illumination optical device 79, respectively. FIG. 5 shows a state of a light beam 93 which is condensed by an ellipsoidal mirror 71 from a lamp 70, converged, and separated into two polarized lights by a wire grid polarization separating element 72. In FIG. 5, reference numeral 90 denotes the polarization separation element 7.
Reference numeral 91 denotes the optical axis of the P-polarized light transmitted through the reflection mirror 73, and reference numeral 92 denotes the optical axis of the illumination optical device 79.
【0058】分離されたP偏光光及びS偏光光は非球面
レンズ74により実質上平行光に変換された後、第1の
レンズアレイ板75に入射する。第1のレンズアレイ板
75に入射したそれぞれの偏光光の光束は、そこに形成
された多数のレンズ素子により多数の光束に分割され
る。分割された多数の光束は、第2のレンズアレイ板7
6上に配列形成された多数の微小なレンズ素子上にそれ
ぞれ収束する。第2のレンズアレイ板76の各レンズ素
子上には、偏光分離されたP偏光光及びS偏光光による
微小な2次光源像が異なる位置に形成される。第2のレ
ンズアレイ板76を出射する多数の光束のうち、P偏光
光の光束は1/2波長板77を通過して、このとき偏光
方向が回転させられ、S偏光に変換される。一方、第2
のレンズアレイ76のレンズ素子内のP偏光光とは異な
る箇所に2次光源像を形成したS偏光光の光束は、1/
2波長板77を通過することなく第2のレンズアレイ板
76を出射する。このように、ワイヤーグリッド偏光分
離素子72で分離された2つの偏光光は、第2のレンズ
アレイ板76及び1/2波長板77を出射するときに偏
光方向が揃えられ、共通する一つの偏光方向の偏光光と
なる。The separated P-polarized light and S-polarized light are converted into substantially parallel light by the aspheric lens 74, and then enter the first lens array plate 75. The luminous flux of each polarized light incident on the first lens array plate 75 is divided into a large number of luminous fluxes by a large number of lens elements formed thereon. A large number of split light beams are supplied to the second lens array plate 7.
The light converges on a large number of minute lens elements arranged and formed on the light emitting element 6. On each lens element of the second lens array plate 76, minute secondary light source images formed by polarization-separated P-polarized light and S-polarized light are formed at different positions. Among the many light beams emitted from the second lens array plate 76, the light beam of the P-polarized light passes through the half-wave plate 77, and at this time, the polarization direction is rotated and converted to S-polarized light. On the other hand, the second
The luminous flux of the S-polarized light having the secondary light source image formed at a position different from the P-polarized light in the lens element of the lens array 76 is 1 /
The light is emitted from the second lens array plate 76 without passing through the two-wavelength plate 77. As described above, the two polarized lights separated by the wire grid polarization separating element 72 have the same polarization direction when exiting the second lens array plate 76 and the half-wave plate 77, and have one common polarized light. It becomes the polarized light of the direction.
【0059】第2のレンズアレイ板76を出射した多数
の光束は、重畳用のレンズ78、フィールドレンズ80
を透過し、屈折した後、液晶パネル81上に重畳され、
液晶パネル81を高効率で均一に照明する。光束94
は、ワイヤーグリッド偏光分離素子72で分離された
後、第1,第2のレンズアレイ板75,76を透過して
液晶パネル81を照明する2つの偏光光の一部の光線の
様相を示している。A large number of light beams emitted from the second lens array plate 76 are passed through a lens 78 for superposition and a field lens 80.
After being transmitted and refracted, it is superimposed on the liquid crystal panel 81,
The liquid crystal panel 81 is uniformly illuminated with high efficiency. Luminous flux 94
Shows the appearance of a part of the two polarized lights that illuminate the liquid crystal panel 81 after passing through the first and second lens array plates 75 and 76 after being separated by the wire grid polarization separating element 72. I have.
【0060】このように図5の照明光学装置79は、ラ
ンプ70からの自然光の光を効率よく偏光分離した後、
効率よく一つの方向の偏光光に変換し、画像形成手段8
1を均一に照明することができる。As described above, the illumination optical device 79 of FIG. 5 efficiently polarizes and separates natural light from the lamp 70,
The light is efficiently converted into polarized light in one direction, and
1 can be uniformly illuminated.
【0061】図1の構成と比べて、ワイヤーグリッド偏
光分離素子72近傍に、ワイヤーグリッド偏光分離素子
72を透過するP偏光の光を反射させる反射ミラーを配
置しているため、新たに反射手段を配置することなく、
照明光学装置をコンパクトに構成できる。As compared with the configuration shown in FIG. 1, a reflection mirror for reflecting P-polarized light transmitted through the wire grid polarization splitting element 72 is arranged near the wire grid polarization splitting element 72. Without placing
The illumination optical device can be made compact.
【0062】以上のように、本発明の第1の照明光学装
置39,79は、光源からの光を集光し、収束させた位
置近傍にワイヤーグリッド偏光分離素子を配置して2つ
の偏光光に分離し、第2レンズアレイ板の近傍の比較的
小さな入射角で偏光光が入射する位置で2つの偏光光の
いずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換するた
め、非常に低コストでかつ小型、高効率の照明光学装置
が構成できる。As described above, the first illumination optical devices 39 and 79 of the present invention collect the light from the light source and arrange the wire grid polarization separation element in the vicinity of the converged position to form two polarized light beams. And converts the polarization direction of one of the two polarized lights to the other at the position where the polarized light is incident at a relatively small incident angle near the second lens array plate. A compact and highly efficient illumination optical device can be configured.
【0063】(実施の形態2)図6は本発明の第2の照
明光学装置の構成を示したものである。画像形成手段と
して、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶パネル
を用いる。(Embodiment 2) FIG. 6 shows the configuration of a second illumination optical device according to the present invention. As the image forming means, a transmission type liquid crystal panel that modulates light using polarized light is used.
【0064】図6において、100は光源である放電ラ
ンプ、101はランプ100からの光を集光した後、収
束させる第1の集光手段である楕円面鏡、102はワイ
ヤーグリッド偏光分離素子、104は第2の集光手段で
ある非球面レンズ、105は第1のレンズアレイ板、1
06は第2のレンズアレイ板、107は偏光回転手段で
ある1/2波長板、108は重畳用レンズ、109は本
発明の第2の照明光学装置、110はフィールドレン
ズ、111は画像形成手段である液晶パネル、120は
偏光分離素子102を透過した偏光光の光軸、121は
偏光分離素子を反射した偏光光の光軸、122は照明光
学装置109の光軸、123は楕円面鏡101で集光し
た後、収束する光線、124は第1,第2のレンズアレ
イ板105,106を透過して液晶パネル111に入射
する、偏光分離された2つの偏光光の一部の光線を示し
ている。In FIG. 6, reference numeral 100 denotes a discharge lamp as a light source; 101, an elliptical mirror as a first light condensing means for condensing light from the lamp 100; and 102, a wire grid polarization separating element; 104 is an aspheric lens as a second light condensing means, 105 is a first lens array plate, 1
Reference numeral 06 denotes a second lens array plate, 107 denotes a half-wave plate serving as a polarization rotating unit, 108 denotes a superimposing lens, 109 denotes a second illumination optical device of the present invention, 110 denotes a field lens, and 111 denotes an image forming unit. 120, the optical axis of the polarized light transmitted through the polarization splitting element 102, 121, the optical axis of the polarized light reflected by the polarization splitting element 102, 122, the optical axis of the illumination optical device 109, and 123, the elliptical mirror 101. The light 124 converged after being condensed by the reference numeral 124 indicates a part of the two polarized light separated by polarization, transmitted through the first and second lens array plates 105 and 106 and incident on the liquid crystal panel 111. ing.
【0065】以上は実施の形態1において図1に示した
第1の構成と同様であるが、異なるのは反射手段とし
て、反射プリズム103を用いている点である。反射プ
リズム103は斜辺に反射膜を形成した直角プリズムで
ある。The above is the same as the first embodiment shown in FIG. 1 in the first embodiment, except that a reflecting prism 103 is used as a reflecting means. The reflection prism 103 is a right-angle prism having a reflection film formed on the oblique side.
【0066】ランプ100から放射された光は楕円面鏡
101により集光された後、楕円面鏡の一方の焦点位置
に収束する。収束位置近傍には、ワイヤーグリッド偏光
分離素子102が配置される。ワイヤーグリッド偏光分
離素子102に入射した光は、入射面に対してP偏光と
なる光は透過し、S偏光となる光は反射して、偏光方向
が直交する2つの偏光光に分離される。ワイヤーグリッ
ド偏光分離素子102で反射され分離されたS偏光光は
反射プリズム103に入射する。入射した光は反射プリ
ズム103中を伝播し、斜辺に形成された反射膜により
反射されて、所定の方向に光の進行方向を変換され、再
度反射プリズム103中を伝播した後、反射プリズム1
03から出射する。分離された2つの偏光光は、楕円面
鏡101の一方の焦点位置であって、照明光学装置10
9の光軸122近傍にそれぞれ2次光源像を形成する。
図6には、ランプ100からの光が楕円面鏡101で集
光され、収束され、ワイヤーグリッド偏光分離素子10
2で2つの偏光光に分離される光線123の様相を示し
ている。また、120は偏光分離素子102を透過した
P偏光光の光軸、121は偏光分離素子102で反射し
たS偏光光の光軸、122は照明光学装置109の光軸
である。The light emitted from the lamp 100 is converged by the ellipsoidal mirror 101 and then converges to one focal position of the ellipsoidal mirror. In the vicinity of the convergence position, a wire grid polarization splitting element 102 is arranged. The light incident on the wire grid polarization splitting element 102 is transmitted as P-polarized light with respect to the incident surface, reflected as S-polarized light, and separated into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. The S-polarized light reflected and separated by the wire grid polarization separation element 102 enters the reflection prism 103. The incident light propagates through the reflecting prism 103, is reflected by the reflecting film formed on the oblique side, changes the traveling direction of the light in a predetermined direction, and propagates through the reflecting prism 103 again.
Emitted from 03. The separated two polarized lights are located at one focal point of the ellipsoidal mirror 101 and the illumination optical device 10
A secondary light source image is formed in the vicinity of each of the optical axes 122 of No. 9.
FIG. 6 shows that the light from the lamp 100 is condensed and converged by the ellipsoidal mirror 101, and
2 shows the appearance of the light beam 123 separated into two polarized lights. Reference numeral 120 denotes an optical axis of the P-polarized light transmitted through the polarization splitter 102, 121 denotes an optical axis of the S-polarized light reflected by the polarization splitter 102, and 122 denotes an optical axis of the illumination optical device 109.
【0067】分離されたP偏光光及びS偏光光は非球面
レンズ104により実質上平行光に変換された後、第1
のレンズアレイ板105に入射する。第1のレンズアレ
イ板105は、多数の微小なレンズ素子が同一平面上に
配列形成されている。第1のレンズアレイ板105に入
射したそれぞれの偏光光の光束は多数のレンズ素子によ
り多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、
第2のレンズアレイ板106上に配列形成された多数の
微小なレンズ素子上にそれぞれ収束する。楕円面鏡10
1の一方の焦点位置と第2のレンズアレイ板106とは
略共役関係となるように構成している。第2のレンズア
レイ板106の各レンズ素子上には、偏光分離されたP
偏光光による微小な2次光源像とS偏光光による微小な
2次光源像とが異なる位置に形成される。After the separated P-polarized light and S-polarized light are converted into substantially parallel light by the aspheric lens 104,
To the lens array plate 105. The first lens array plate 105 has a large number of minute lens elements arrayed on the same plane. The luminous flux of each polarized light incident on the first lens array plate 105 is divided into a number of luminous fluxes by a number of lens elements. Many split luminous fluxes are
Each of the light beams converges on a number of minute lens elements arranged and formed on the second lens array plate 106. Elliptical mirror 10
One focal position of the first lens array plate 106 and the second lens array plate 106 are configured to have a substantially conjugate relationship. On each lens element of the second lens array plate 106, a polarization-separated P
A small secondary light source image by polarized light and a small secondary light source image by S-polarized light are formed at different positions.
【0068】第2のレンズアレイ板106の出射面に
は、その各レンズ素子の開口の約1/2の領域のみに1
/2波長板107が貼付されている。従って、第2のレ
ンズアレイ板106を出射する多数の光束のうち、P偏
光光の光束は1/2波長板107を通過して、このとき
偏光方向が回転させられ、S偏光に変換される。一方、
第2のレンズアレイ106のレンズ素子内のP偏光光と
は異なる箇所に2次光源像を形成したS偏光光の光束
は、1/2波長板107を通過することなく第2のレン
ズアレイ板106を出射する。このように、ワイヤーグ
リッド偏光分離素子102で分離された2つの偏光光
は、第2のレンズアレイ板106および1/2波長板1
07を出射するときに偏光方向が揃えられ、共通する一
つの偏光方向の偏光光となる。The output surface of the second lens array plate 106 has only one half of the aperture of each lens element.
A / 2 wavelength plate 107 is attached. Therefore, among the many light beams emitted from the second lens array plate 106, the light beam of the P-polarized light passes through the half-wave plate 107, and at this time, the polarization direction is rotated and converted to S-polarized light. . on the other hand,
The luminous flux of the S-polarized light, which forms the secondary light source image at a position different from the P-polarized light in the lens element of the second lens array 106, does not pass through the half-wave plate 107, The beam 106 is emitted. As described above, the two polarized lights separated by the wire grid polarization separating element 102 are combined with the second lens array plate 106 and the half-wave plate 1
07 are emitted, the polarization directions are aligned, and the light becomes polarized light in one common polarization direction.
【0069】第2のレンズアレイ板106を出射した多
数の光束は、重畳用のレンズ108、フィールドレンズ
110を透過し、屈折した後、液晶パネル111上に重
畳され、液晶パネル111を高効率で均一に照明する。
光束124は、ワイヤーグリッド偏光分離素子102で
分離された後、第1,第2のレンズアレイ板105,1
06を透過して液晶パネル111を照明する2つの偏光
光の一部の光線の様相を示している。A large number of light beams emitted from the second lens array plate 106 are transmitted through a superimposing lens 108 and a field lens 110, are refracted, and are superimposed on a liquid crystal panel 111. Illuminate evenly.
The light beam 124 is separated by the wire grid polarization splitting element 102, and then the first and second lens array plates 105, 1
6 shows the appearance of a part of the two polarized lights that illuminate the liquid crystal panel 111 by passing through the liquid crystal panel 06.
【0070】このように照明光学装置109は、ランプ
100からの自然光の光を効率よく偏光分離した後、効
率よく一つの方向の偏光に変換し、画像形成手段111
を均一に照明することができる。As described above, the illumination optical device 109 efficiently separates the natural light from the lamp 100 into polarized light, and then efficiently converts the light into polarized light in one direction.
Can be uniformly illuminated.
【0071】次に、第2の照明光学装置109の反射プ
リズム103の効果について、第1の照明光学装置39
(図1)と比較して説明する。Next, the effect of the reflecting prism 103 of the second illumination optical device 109 will be described.
This will be described in comparison with (FIG. 1).
【0072】第1の照明光学装置39(図1)では、ワ
イヤーグリッド偏光分離素子32を透過したP偏光光が
収束して2次光源像を形成する位置と、ワイヤーグリッ
ド偏光分離素子32を反射したS偏光光が収束して2次
光源像を形成する位置とは、非球面レンズ34に対し
て、光の進行方向の光路長が異なる。非球面レンズ34
は、収束したP偏光光及びS偏光光のそれぞれの2次光
源像から射出する光をそれぞれ平行光に変換して出射で
きるように形状を決めている。このため、P偏光光の収
束位置とS偏光光の収束位置との中間の位置で照明光学
装置の光利用効率が最大となるように、非球面レンズ3
4の形状を決めている。従って、光利用効率の観点から
見れば、P偏光光の収束位置及びS偏光光の収束位置は
いずれも最適位置よりわずかにずれており、光利用効率
の低下を招いている。光利用効率は、P偏光光の収束位
置とS偏光光の収束位置との相対距離が大きくなるほど
低下する。図7に、P偏光光の収束位置とS偏光光の収
束位置との相対距離に対する照明光学装置の相対的な光
利用効率を示す。図7中、Ppは第1の照明光学装置3
9(図1)におけるP偏光光の収束位置を、Psは同じ
くS偏光光の収束位置を示している。図示したように、
PpとPsとの光学的な相対距離L0により、P偏光光
及びS偏光光のいずれについても相対効率が低下してい
ることが分かる。In the first illumination optical device 39 (FIG. 1), the position where the P-polarized light transmitted through the wire grid polarization separation element 32 converges to form a secondary light source image, and the position where the P-polarized light is reflected by the wire grid polarization separation element 32 are reflected. The position at which the S-polarized light converges and forms a secondary light source image is different from the aspheric lens 34 in the optical path length in the light traveling direction. Aspheric lens 34
Is determined so that the light emitted from each of the converged P-polarized light and S-polarized light emitted from the secondary light source images can be converted into parallel light and emitted. For this reason, the aspherical lens 3 is designed to maximize the light use efficiency of the illumination optical device at an intermediate position between the convergence position of the P-polarized light and the convergence position of the S-polarized light.
4 shape is decided. Therefore, from the viewpoint of the light use efficiency, the convergence position of the P-polarized light and the convergence position of the S-polarized light are both slightly deviated from the optimum positions, resulting in a decrease in the light use efficiency. The light use efficiency decreases as the relative distance between the convergence position of the P-polarized light and the convergence position of the S-polarized light increases. FIG. 7 shows the relative light use efficiency of the illumination optical device with respect to the relative distance between the convergence position of the P-polarized light and the convergence position of the S-polarized light. In FIG. 7, Pp denotes the first illumination optical device 3.
9 (FIG. 1) shows the convergence position of the P-polarized light, and Ps also shows the convergence position of the S-polarized light. As shown,
It can be seen that the relative efficiency L0 for both P-polarized light and S-polarized light is reduced by the optical relative distance L0 between Pp and Ps.
【0073】これに対して、本第2の照明光学装置10
9では、ワイヤーグリッド偏光分離素子102を反射し
たS偏光光は反射プリズム103に入射する。S偏光光
が反射プリズム103中を透過することにより、光学的
な距離が短縮される。即ち、図7に示すように、S偏光
光の収束位置がPs’に移動する。従って、P偏光光の
収束位置PpとS偏光光の収束位置Ps’との光学的な
相対距離L1が第1の照明光学装置39(図1)の相対
距離L0より短縮され、相対効率を向上させることがで
きる。このように、第2の照明光学装置109は、反射
手段として反射プリズムを用い、偏光分離された一方の
偏光光が反射プリズムの媒質中を透過するように構成す
ることにより、第1の照明光学装置39(図1)よりも
さらに光利用効率が向上する。On the other hand, the second illumination optical device 10
In 9, the S-polarized light reflected by the wire grid polarization splitting element 102 enters the reflecting prism 103. By transmitting the S-polarized light through the reflecting prism 103, the optical distance is reduced. That is, as shown in FIG. 7, the convergence position of the S-polarized light moves to Ps ′. Accordingly, the optical relative distance L1 between the convergence position Pp of the P-polarized light and the convergence position Ps' of the S-polarized light is shorter than the relative distance L0 of the first illumination optical device 39 (FIG. 1), and the relative efficiency is improved. Can be done. As described above, the second illumination optical device 109 uses the reflection prism as the reflection unit, and configures one of the polarization-separated polarized light to pass through the medium of the reflection prism, thereby providing the first illumination optical device 109 with the first illumination optical device. The light use efficiency is further improved as compared with the device 39 (FIG. 1).
【0074】以上のように、第2の照明光学装置109
は、光源からの光を集光し、収束させた位置近傍にワイ
ヤーグリッド偏光分離素子を配置して2つの偏光光に分
離し、反射手段として反射プリズムを用いて一方の偏光
光をプリズム内を透過させ、第2レンズアレイ板の近傍
の比較的小さな入射角で偏光光が入射する位置で2つの
偏光光のいずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変
換するため、非常に低コストでかつ小型、高効率の照明
光学装置が構成できる。As described above, the second illumination optical device 109
Is a method that focuses light from a light source, arranges a wire grid polarization separating element near the converged position, separates the polarized light into two polarized lights, and uses a reflecting prism as a reflection means to pass one polarized light through the prism. At the position where polarized light is incident at a relatively small angle of incidence near the second lens array plate, the polarization direction of one of the two polarized lights is converted to the other polarization direction at the position near the second lens array plate. In addition, a compact and highly efficient illumination optical device can be configured.
【0075】図8に第2の照明光学装置の別の構成を示
す。図6の構成と異なるのは偏光分離素子を透過した光
に対して反射プリズム133を配置した点である。FIG. 8 shows another configuration of the second illumination optical device. 6 is different from the configuration in FIG. 6 in that a reflection prism 133 is disposed for light transmitted through the polarization beam splitter.
【0076】ランプ130から放射された光は楕円面鏡
131により集光された後、楕円面鏡131の一方の焦
点位置に収束する。収束位置近傍には、ワイヤーグリッ
ド偏光分離素子132が配置される。ワイヤーグリッド
偏光分離素子132に入射した光は、入射面に対してP
偏光となる光は透過し、S偏光となる光は反射して、偏
光方向が異なる2つの偏光光に分離される。分離された
P偏光光は反射プリズム133に入射し、斜辺に形成し
た反射膜で反射され、所定の方向に光の進行方向を変換
される。分離された2つの偏光光は、照明光学装置13
9の光軸152近傍にそれぞれ2次光源像を形成する。
図8には、ランプ130からの光が楕円面鏡131で集
光され、収束され、ワイヤーグリッド偏光分離素子13
2で2つの偏光光に分離される光線153の様相を示し
ている。図8において、150は偏光分離素子132で
反射したS偏光光の光軸、151は偏光分離素子102
を透過し、反射プリズム133の反射膜で反射し、反射
プリズム133を出射するP偏光光の光軸、152は照
明光学装置139の光軸である。The light emitted from the lamp 130 is converged by the ellipsoidal mirror 131 and then converges to one focal position of the ellipsoidal mirror 131. In the vicinity of the convergence position, a wire grid polarization separation element 132 is arranged. The light incident on the wire grid polarization separating element 132 has a P
The polarized light is transmitted, and the s-polarized light is reflected and separated into two polarized lights having different polarization directions. The separated P-polarized light enters the reflection prism 133, is reflected by the reflection film formed on the oblique side, and changes the traveling direction of the light to a predetermined direction. The separated two polarized lights are used by the illumination optical device 13.
A secondary light source image is formed in the vicinity of the optical axis 152 of No. 9 respectively.
FIG. 8 shows that the light from the lamp 130 is condensed and converged by the ellipsoidal mirror 131,
2 shows the appearance of a light beam 153 separated into two polarized lights. 8, reference numeral 150 denotes the optical axis of the S-polarized light reflected by the polarization separation element 132, and 151 denotes the polarization separation element 102.
, The optical axis of the P-polarized light that is reflected by the reflection film of the reflection prism 133 and exits the reflection prism 133, and 152 is the optical axis of the illumination optical device 139.
【0077】分離されたP偏光光及びS偏光光は非球面
レンズ134により実質上平行光に変換された後、第1
のレンズアレイ板135に入射する。第1のレンズアレ
イ板135に入射したそれぞれの偏光光の光束は、そこ
に形成された多数のレンズ素子により多数の光束に分割
される。分割された多数の光束は、第2のレンズアレイ
板136上に配列形成された多数の微小なレンズ素子上
にそれぞれ収束する。第2のレンズアレイ板136の各
レンズ素子上には、偏光分離されたP偏光光による微小
な2次光源像とS偏光光による微小な2次光源像とが異
なる位置に形成される。第2のレンズアレイ板136を
出射する多数の光束のうち、P偏光光の光束は1/2波
長板137を通過して、このとき偏光方向が回転させら
れ、S偏光に変換される。一方、第2のレンズアレイ1
36のレンズ素子内のP偏光光とは異なる箇所に2次光
源像を形成したS偏光光の光束は、1/2波長板137
を通過することなく第2のレンズアレイ板136を出射
する。このように、ワイヤーグリッド偏光分離素子13
2で分離された2つの偏光光は、第2のレンズアレイ板
136及び1/2波長板137を出射するときに偏光方
向が揃えられ、共通する一つの偏光方向の偏光光とな
る。After the separated P-polarized light and S-polarized light are converted into substantially parallel light by the aspheric lens 134,
To the lens array plate 135. The luminous flux of each polarized light incident on the first lens array plate 135 is divided into a large number of luminous fluxes by a large number of lens elements formed thereon. A large number of split light fluxes converge on a large number of minute lens elements arranged and formed on the second lens array plate 136, respectively. On each lens element of the second lens array plate 136, a minute secondary light source image formed by polarized P-polarized light and a minute secondary light source image formed by S-polarized light are formed at different positions. Among the many light beams emitted from the second lens array plate 136, the light beam of the P-polarized light passes through the half-wave plate 137, and at this time, the polarization direction is rotated and converted to S-polarized light. On the other hand, the second lens array 1
The luminous flux of the S-polarized light having the secondary light source image formed at a position different from the P-polarized light in the lens element 36 is a half-wave plate 137
Out of the second lens array plate 136 without passing through. Thus, the wire grid polarization splitting element 13
The two polarized lights separated by 2 have the same polarization direction when exiting the second lens array plate 136 and the half-wave plate 137, and become polarized light in one common polarization direction.
【0078】第2のレンズアレイ板136を出射した多
数の光束は、重畳用のレンズ138、フィールドレンズ
140を透過し、屈折した後、液晶パネル141上に重
畳され、液晶パネル141を高効率で均一に照明する。
光束154は、ワイヤーグリッド偏光分離素子132で
分離された後、第1,第2のレンズアレイ板135,1
36を透過して液晶パネル141を照明する2つの偏光
光の一部の光線の様相を示している。A large number of light beams emitted from the second lens array plate 136 are transmitted through the superimposing lens 138 and the field lens 140, are refracted, and are superimposed on the liquid crystal panel 141. Illuminate evenly.
After the light beam 154 is separated by the wire grid polarization separation element 132, the first and second lens array plates 135, 1
The appearance of a part of the two polarized lights that illuminate the liquid crystal panel 141 through the liquid crystal panel 141 is shown.
【0079】このように図8の照明光学装置139は、
ランプ130からの自然光の光を効率よく偏光分離した
後、効率よく一つの方向の偏光に変換し、画像形成手段
141を均一に照明することができる。As described above, the illumination optical device 139 of FIG.
After the natural light from the lamp 130 is efficiently polarized and separated, it can be efficiently converted into polarized light in one direction, and the image forming unit 141 can be uniformly illuminated.
【0080】図6の構成と比べて、ワイヤーグリッド偏
光分離素子132近傍に、ワイヤーグリッド偏光分離素
子132を透過するP偏光の光を反射させる反射プリズ
ムを配置しているため、新たに反射手段を配置すること
なく、照明光学装置をコンパクトに構成できる。As compared with the configuration of FIG. 6, a reflecting prism for reflecting P-polarized light transmitted through the wire grid polarization separating element 132 is arranged near the wire grid polarization separating element 132, so that a reflecting means is newly provided. The illumination optical device can be made compact without disposing the illumination optical device.
【0081】(実施の形態3)図9は本発明の第3の照
明光学装置の構成を示したものである。画像形成手段と
して、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶パネル
を用いる。(Embodiment 3) FIG. 9 shows the configuration of a third illumination optical device of the present invention. As the image forming means, a transmission type liquid crystal panel that modulates light using polarized light is used.
【0082】図9において、160は光源であるラン
プ、161はランプ160からの光を集光した後、収束
させる第1の集光手段である楕円面鏡、162はワイヤ
ーグリッド偏光分離素子、164は第2の集光手段であ
る非球面レンズ、165は第1のレンズアレイ板、16
6は第2のレンズアレイ板、167は偏光回転手段であ
る1/2波長板、168は重畳用レンズ、169は本発
明の第3の照明光学装置、170はフィールドレンズ、
171は画像形成手段である液晶パネル、180は偏光
分離素子162を反射した偏光光の光軸、181は偏光
分離素子162を透過した偏光光の光軸、182は照明
光学装置169の光軸、183は楕円面鏡161で集光
した後、収束する光線、184は第1,第2のレンズア
レイ板165,166を透過して液晶パネル171に入
射する、偏光分離された2つの偏光光の一部の光線を示
している。In FIG. 9, reference numeral 160 denotes a lamp as a light source, 161 denotes an elliptical mirror as a first light condensing means for converging and converging light from the lamp 160, and 162 denotes a wire grid polarization splitting element and 164. Is an aspheric lens as a second light condensing means, 165 is a first lens array plate, 16
6 is a second lens array plate, 167 is a half-wave plate as polarization rotating means, 168 is a superimposing lens, 169 is a third illumination optical device of the present invention, 170 is a field lens,
171 is a liquid crystal panel as an image forming means, 180 is the optical axis of the polarized light reflected by the polarization separation element 162, 181 is the optical axis of the polarized light transmitted through the polarization separation element 162, 182 is the optical axis of the illumination optical device 169, Reference numeral 183 denotes a light beam that converges after being converged by the ellipsoidal mirror 161, and 184 denotes a light beam that is transmitted through the first and second lens array plates 165 and 166 and is incident on the liquid crystal panel 171. Some rays are shown.
【0083】以上は実施の形態1において図5に示した
第1の構成と同様であるが、異なるのは反射手段とし
て、ワイヤーグリッド偏光分離素子162に接合した裏
面反射平板ガラスを163用いて構成している点であ
る。裏面反射平板ガラス163は、平行平板ガラスの片
面にアルミニウムもしくは誘電体膜などの反射膜を形成
してなり、反射膜を形成していない側の面をワイヤーグ
リッド偏光分離素子162に接合している。The above configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 5 in the first embodiment, except that the reflection means is constituted by using a back reflection flat glass plate 163 bonded to a wire grid polarization separation element 162. That is the point. The back reflection flat glass 163 is formed by forming a reflection film such as aluminum or a dielectric film on one surface of a parallel flat glass, and the surface on which the reflection film is not formed is joined to the wire grid polarization separation element 162. .
【0084】ランプ160から放射された光は楕円面鏡
161により集光された後、楕円面鏡の一方の焦点位置
に収束する。収束位置近傍には、ワイヤーグリッド偏光
分離素子162が配置される。ワイヤーグリッド偏光分
離素子162に入射した光は、入射面に対してP偏光と
なる光は透過し、S偏光となる光は反射して、偏光方向
が直交する2つの偏光光に分離される。分離されたP偏
光光はワイヤーグリッド偏光分離素子162を透過後、
裏面反射平板ガラス163に入射し、平板ガラスの反射
面により反射され、所定の方向に光の進行方向を変換さ
れ、再び、ワイヤーグリッド偏光分離素子162に入射
し、これを透過する。分離された2つの偏光光は、楕円
面鏡161の一方の焦点位置であって、照明光学装置1
69の光軸182近傍にそれぞれ2次光源像を形成す
る。図9には、ランプ160からの光が楕円面鏡161
で集光され、収束され、ワイヤーグリッド偏光分離素子
162で2つの偏光光に分離される光線183の様相を
示している。また、180は偏光分離素子162を反射
したS偏光光の光軸、181は偏光分離素子162を透
過し、裏面反射平板ガラス163の反射面で反射した
後、ワイヤーグリッド偏光分離素子162を出射したP
偏光光の光軸、182は照明光学装置169の光軸であ
る。The light emitted from the lamp 160 is condensed by the ellipsoidal mirror 161 and then converges at one focal position of the ellipsoidal mirror. Near the convergence position, a wire grid polarization splitting element 162 is arranged. The light incident on the wire grid polarization separation element 162 transmits P-polarized light with respect to the incident surface, reflects S-polarized light, and is separated into two polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other. The separated P-polarized light passes through the wire grid polarization splitting element 162,
The light enters the back reflection flat glass 163, is reflected by the reflection surface of the flat glass, is changed in the traveling direction of light in a predetermined direction, is again incident on the wire grid polarization separation element 162, and is transmitted therethrough. The separated two polarized lights are located at one focal point of the ellipsoidal mirror 161 and the illumination optical device 1
A secondary light source image is formed near the optical axis 182 of each of the 69 light sources. FIG. 9 shows that the light from the lamp 160 is
The light beam 183 is condensed, converged, and split by the wire grid polarization splitting element 162 into two polarized lights. Reference numeral 180 denotes the optical axis of the S-polarized light reflected by the polarization separation element 162, 181 denotes the light transmitted through the polarization separation element 162, is reflected by the reflection surface of the rear-surface reflection flat glass 163, and is emitted from the wire grid polarization separation element 162. P
The optical axis of the polarized light, 182, is the optical axis of the illumination optical device 169.
【0085】分離されたP偏光光及びS偏光光は非球面
レンズ164により実質上平行光に変換された後、第1
のレンズアレイ板165に入射する。第1のレンズアレ
イ板165は、多数の微小なレンズ素子が同一平面上に
配列形成されている。第1のレンズアレイ板165に入
射したそれぞれの偏光光の光束は多数のレンズ素子によ
り多数の光束に分割される。分割された多数の光束は、
第2のレンズアレイ板166上に配列形成された多数の
微小なレンズ素子上にそれぞれ収束する。第2のレンズ
アレイ板166の各レンズ素子上には、偏光分離された
P偏光光による微小な2次光源像とS偏光光による微小
な2次光源像とが異なる位置に形成される。The separated P-polarized light and S-polarized light are converted into substantially parallel light by the aspheric lens 164,
To the lens array plate 165. The first lens array plate 165 has a large number of minute lens elements arrayed on the same plane. The luminous flux of each polarized light that has entered the first lens array plate 165 is split into a number of luminous fluxes by a number of lens elements. Many split luminous fluxes are
Each of the light beams converges on a number of minute lens elements arranged and formed on the second lens array plate 166. On each lens element of the second lens array plate 166, a minute secondary light source image formed by polarized P-polarized light and a minute secondary light source image formed by S-polarized light are formed at different positions.
【0086】第2のレンズアレイ板166の出射面に
は、その各レンズ素子の開口の約1/2の領域のみに1
/2波長板167が貼付されている。従って、第2のレ
ンズアレイ板166を出射する多数の光束のうち、P偏
光光の光束は1/2波長板167を通過して、このとき
偏光方向が回転させられ、S偏光に変換される。一方、
第2のレンズアレイ166のレンズ素子内のP偏光光と
は異なる箇所に2次光源像を形成したS偏光光の光束
は、1/2波長板167を通過することなく第2のレン
ズアレイ板166を出射する。このように、ワイヤーグ
リッド偏光分離素子162で分離された2つの偏光光
は、第2のレンズアレイ板166および1/2波長板1
67を出射するときに偏光方向が揃えられ、共通する一
つの偏光方向の偏光光となる。The output surface of the second lens array plate 166 has only one half of the aperture of each lens element.
A / 2 wavelength plate 167 is attached. Therefore, among the many light beams emitted from the second lens array plate 166, the light beam of the P-polarized light passes through the half-wave plate 167, and at this time, the polarization direction is rotated and converted to S-polarized light. . on the other hand,
The luminous flux of the S-polarized light having the secondary light source image formed at a position different from the P-polarized light in the lens element of the second lens array 166 passes through the half-wave plate 167 without passing through the second lens array plate. Emit 166. As described above, the two polarized lights separated by the wire grid polarization separating element 162 are combined with the second lens array plate 166 and the half-wave plate 1
When the light is emitted from the light source 67, the polarization directions are aligned, and the light is polarized in one common polarization direction.
【0087】第2のレンズアレイ板166を出射した多
数の光束は、重畳用のレンズ168、フィールドレンズ
170を透過し、屈折した後、液晶パネル171上に重
畳され、液晶パネル171を高効率で均一に照明する。
光束184は、ワイヤーグリッド偏光分離素子162で
分離された後、第1,第2のレンズアレイ板165,1
66を透過して液晶パネル171を照明する2つの偏光
光の一部の光線の様相を示している。A large number of light beams emitted from the second lens array plate 166 are transmitted through the superimposing lens 168 and the field lens 170, are refracted, and are superimposed on the liquid crystal panel 171. Illuminate evenly.
The light beam 184 is separated by the wire grid polarization separation element 162, and then the first and second lens array plates 165, 1
The state of a part of the two polarized lights that illuminate the liquid crystal panel 171 through the light 66 is shown.
【0088】このように第2の照明光学装置169は、
ランプ160からの自然光の光を効率よく偏光分離した
後、効率よく一つの方向の偏光に変換し、画像形成手段
171を均一に照明することができる。As described above, the second illumination optical device 169
After the natural light from the lamp 160 is efficiently polarized and separated, it can be efficiently converted to polarized light in one direction to uniformly illuminate the image forming unit 171.
【0089】次に、第2の照明光学装置169の裏面反
射平板ガラス163の効果について、第1の照明光学装
置39(図1)及び照明光学装置79(図5)及び第2
の照明光学装置109(図6)及び照明光学装置139
(図8)と比較して説明する。Next, regarding the effect of the rear-surface reflecting flat glass 163 of the second illumination optical device 169, the first illumination optical device 39 (FIG. 1), the illumination optical device 79 (FIG. 5) and the second
Illumination optical device 109 (FIG. 6) and illumination optical device 139
This will be described in comparison with (FIG. 8).
【0090】第1,第2の照明光学装置では、ワイヤー
グリッド偏光分離素子と反射手段である反射ミラー又は
反射プリズムとが分離して配置されている。従って、ワ
イヤーグリッド偏光分離素子及び反射ミラー又は反射プ
リズムで光損失を生じる。これに対して、本第3の照明
光学装置169では、ワイヤーグリッド偏光分離素子1
62と反射手段である裏面反射平面ガラス163とを密
着させている。従って、この部分での光損失がなくな
る。よって、より一層高い効率で偏光分離できる。In the first and second illumination optical devices, the wire grid polarization separation element and the reflection mirror or the reflection prism as the reflection means are arranged separately. Accordingly, light loss occurs in the wire grid polarization splitting element and the reflection mirror or the reflection prism. On the other hand, in the third illumination optical device 169, the wire grid polarization separation element 1
62 and the back surface reflection flat glass 163 which is the reflection means are adhered to each other. Therefore, there is no light loss in this portion. Therefore, polarization separation can be performed with higher efficiency.
【0091】以上のように、第3の照明光学装置169
は、光源からの光を集光し、収束させた位置近傍にワイ
ヤーグリッド偏光分離素子を配置して2つの偏光光に分
離し、反射手段として偏光分離素子に接合した裏面反射
平板ガラスを用い、第2レンズアレイ板の近傍の比較的
小さな入射角で偏光光が入射する位置で2つの偏光光の
いずれか一方の偏光方向を他方の偏光方向に変換するた
め、非常に低コストでかつ小型で、非常に高効率の照明
光学装置が構成できる。As described above, the third illumination optical device 169
The light from the light source is condensed, a wire grid polarized light separating element is arranged near the converged position, separated into two polarized lights, and a back reflecting flat glass bonded to the polarized light separating element is used as a reflection means, At the position where the polarized light is incident at a relatively small incident angle near the second lens array plate, one of the two polarized lights is converted to the other polarized light, so that it is very low cost and compact. A very efficient illumination optical device can be constructed.
【0092】(実施の形態4)図10は本発明の第1の
投写型表示装置の構成を示したものである。画像形成手
段として、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶パ
ネルを3枚用いている。(Embodiment 4) FIG. 10 shows a configuration of a first projection display apparatus of the present invention. As the image forming means, three transmissive liquid crystal panels that modulate light using polarized light are used.
【0093】図10において、200は光源であるラン
プ、201はランプ200からの光を集光した後、収束
させる第1の集光手段である楕円面鏡、202はワイヤ
ーグリッド偏光分離素子、203は反射ミラー、204
は第2の集光手段である非球面レンズ、205は第1の
レンズアレイ板、206は第2のレンズアレイ板、20
7は偏光回転手段である1/2波長板、208は重畳用
レンズ、210は光路を折り曲げる反射ミラー、211
は偏光分離素子202を透過した偏光光の光軸、212
偏光分離素子202を反射した偏光光の光軸、213は
照明光学装置209の光軸、214は楕円面鏡201で
集光した後、収束する光線の様相、209は本発明の照
明光学装置である。In FIG. 10, reference numeral 200 denotes a lamp as a light source; 201, an ellipsoidal mirror as a first condensing means for converging and converging light from the lamp 200; 202, a wire grid polarization separation element; Is a reflection mirror, 204
Is an aspheric lens as a second light collecting means, 205 is a first lens array plate, 206 is a second lens array plate, 20
7 is a half-wave plate as a polarization rotating means, 208 is a superimposing lens, 210 is a reflecting mirror for bending the optical path, 211
Is the optical axis of the polarized light transmitted through the polarization separation element 202, 212
The optical axis of the polarized light reflected by the polarization splitting element 202, 213 is the optical axis of the illumination optical device 209, 214 is the form of the light beam converged by the elliptical mirror 201 and then converged, and 209 is the illumination optical device of the present invention. is there.
【0094】また、220は赤透過のダイクロイックミ
ラー、221は緑反射のダイクロイックミラー、222
は赤透過のダイクロイックミラー220及び緑反射のダ
イクロイックミラー221から構成される色分離光学手
段である。223、224、225は反射ミラー、22
6、227はリレーレンズ、228、229、230は
フィールドレンズ、231、232、233は入射側の
偏光板、234、235、236は画像形成手段である
透過型の液晶パネルである。237,238,239は
出射側の偏光板、242は赤反射のダイクロイックミラ
ー240と青反射のダイクロイックミラー241とから
構成される色合成光学手段であるダイクロイックプリズ
ム、243は投写レンズである。Reference numeral 220 denotes a red transmitting dichroic mirror, reference numeral 221 denotes a green reflecting dichroic mirror, and reference numeral 222 denotes a dichroic mirror.
Is a color separation optical unit composed of a red transmitting dichroic mirror 220 and a green reflecting dichroic mirror 221. 223, 224, 225 are reflection mirrors, 22
6, 227 are relay lenses; 228, 229, and 230 are field lenses; 231, 232, and 233 are incident-side polarizing plates; 234, 235, and 236 are transmissive liquid crystal panels that are image forming means. Reference numerals 237, 238, and 239 denote polarizing plates on the emission side; 242, a dichroic prism which is a color combining optical means composed of a dichroic mirror 240 for red reflection and a dichroic mirror 241 for blue reflection; and 243, a projection lens.
【0095】照明光学装置209は、第1の照明光学装
置39(図1)に反射ミラー210を設けて光軸213
を折り曲げている以外は、第1の照明光学装置39と同
様の構成を有する。The illumination optical device 209 is provided with a reflection mirror 210 in the first illumination optical device 39 (FIG. 1) and an optical axis 213.
Has the same configuration as that of the first illumination optical device 39 except that is bent.
【0096】照明光学装置209によりランプ200か
らの自然光を高い効率で偏光変換された偏光光は、色分
離光学手段222に入射する。色分離光学手段222に
入射した光は、赤透過のダイクロイックミラー220、
緑反射のダイクロイックミラー221により、青、緑、
赤の各色光に分離される。緑の色光はフィールドレンズ
228、入射側の偏光板231を透過して、液晶パネル
234に入射する。赤の色光は反射ミラー223で反射
した後、フィールドレンズ229、入射側の偏光板23
2を透過し、液晶パネル235に入射する。青の色光は
リレーレンズ226、227を透過し反射ミラー22
4,225で反射して、フィールドレンズ230、入射
側の偏光板233を透過後、液晶パネル236に入射す
る。3枚の液晶パネル234、235、236はアクテ
ィブマトリックス方式であって、映像信号に応じた画素
への印加電圧の制御により、対応する出射側の偏光板2
37、238、239を透過する光を変調し、それぞれ
緑、赤、青の画像を形成する。液晶パネル234、23
5、236、出射側の偏光板237、238、239を
透過した色光は、色合成光学手段であるダイクロイック
プリズム242により、赤、青の各色光がそれぞれ赤反
射のダイクロイックミラー240、青反射のダイクロイ
ックミラー241によって反射され、緑の色光と合成さ
れた後、投写レンズ243によりスクリーン(図示せ
ず)上に拡大投写される。The polarized light obtained by converting the natural light from the lamp 200 with high efficiency by the illumination optical device 209 is incident on the color separation optical means 222. The light incident on the color separation optical means 222 is a red transmitting dichroic mirror 220,
By the dichroic mirror 221 of green reflection, blue, green,
It is separated into each color light of red. The green light is transmitted through the field lens 228 and the polarizing plate 231 on the incident side, and is incident on the liquid crystal panel 234. After the red color light is reflected by the reflection mirror 223, the field lens 229 and the polarizing plate 23 on the incident side are reflected.
2 and enter the liquid crystal panel 235. The blue light passes through the relay lenses 226 and 227 and is reflected by the reflection mirror 22.
The light is reflected by 4, 225, passes through the field lens 230 and the polarizing plate 233 on the incident side, and then enters the liquid crystal panel 236. The three liquid crystal panels 234, 235, and 236 are of an active matrix type, and control a voltage applied to a pixel according to a video signal to control the corresponding polarizing plate 2 on the emission side.
Light transmitted through 37, 238, and 239 is modulated to form green, red, and blue images, respectively. Liquid crystal panels 234, 23
5, 236, and the dichroic prism 242, which is a color synthesizing optical means, for the color light transmitted through the output side polarizing plates 237, 238, and 239, the red and blue color lights are respectively red-reflected dichroic mirror 240 and blue-reflected dichroic. After being reflected by the mirror 241 and combined with green color light, it is enlarged and projected on a screen (not shown) by the projection lens 243.
【0097】上記第1の投射型表示装置は、自然光を高
効率に一方向の偏光光に変換し、かつ均一な照明ができ
る安価で小型の照明光学装置209と、3枚の液晶パネ
ルを用いるため、非常に明るく、高解像度な投写画像を
構成できる。The first projection display device uses an inexpensive and small-sized illumination optical device 209 capable of converting natural light into one-way polarized light with high efficiency and uniform illumination, and three liquid crystal panels. Therefore, a very bright and high-resolution projected image can be formed.
【0098】以上のように、上記第1の投射型表示装置
は、比較的大きな入射角に対しても偏光分離の効率が高
く、耐熱性、耐光性が優れた小型のワイヤーグリッド偏
光分離素子202と、入射光の入射角が小さい第2のレ
ンズアレイ板206近傍に配置され、偏光方向を回転す
る1/2波長板207とを備えた照明光学装置209を
用いる構成であるため、投写型表示装置の低コスト化、
小型化を図りつつ、光利用効率を向上させ、投写型表示
装置を高輝度化できるという非常に大きな効果がある。As described above, the first projection type display device has a high efficiency of polarization separation even at a relatively large incident angle, and is a small wire grid polarization separation element 202 excellent in heat resistance and light resistance. And a half-wave plate 207 that is arranged near the second lens array plate 206 having a small incident angle of incident light and rotates the polarization direction. Equipment cost reduction,
There is a very great effect that the light use efficiency can be improved while the size is reduced, and the brightness of the projection display device can be increased.
【0099】なお、図10では、図1に示した第1の照
明光学装置と同様の構成を有する照明光学装置209を
用いた例を示したが、照明光学装置としては、これに限
らず上記実施の形態1〜3で説明したいずれの照明光学
装置を用いても良い。FIG. 10 shows an example in which the illumination optical device 209 having the same configuration as the first illumination optical device shown in FIG. 1 is used. Any of the illumination optical devices described in the first to third embodiments may be used.
【0100】(実施の形態5)図11は本発明の第2の
投写型表示装置の構成を示したものである。画像形成手
段として、反射型の液晶パネルを3枚用いている。(Embodiment 5) FIG. 11 shows the configuration of a second projection type display apparatus according to the present invention. As the image forming means, three reflective liquid crystal panels are used.
【0101】図11において、300は光源であるラン
プ、301はランプ300からの光を集光した後、収束
させる第1の集光手段である楕円面鏡、302はワイヤ
ーグリッド偏光分離素子、303は反射ミラー、304
は第2の集光手段である非球面レンズ、305は第1の
レンズアレイ板、306は第2のレンズアレイ板、30
7は偏光回転手段である1/2波長板、308は重畳用
レンズ、310は光路を折り曲げる反射ミラー、311
は偏光分離素子302を透過した偏光光の光軸、312
は偏光分離素子302を反射した偏光光の光軸、313
は照明光学装置309の光軸、314は楕円面鏡301
で集光した後、収束する光線の様相、309は本発明の
照明光学装置である。In FIG. 11, reference numeral 300 denotes a lamp as a light source; 301, an elliptical mirror as a first light condensing means for converging and converging light from the lamp 300; 302, a wire grid polarization separating element; Is a reflection mirror, 304
Is an aspheric lens as a second light condensing means, 305 is a first lens array plate, 306 is a second lens array plate, 30
7 is a half-wave plate which is a polarization rotating means, 308 is a superimposing lens, 310 is a reflecting mirror for bending the optical path, 311
Are the optical axes of the polarized light transmitted through the polarization separation element 302, 312
313 denotes the optical axis of the polarized light reflected by the polarization separation element 302;
, An optical axis of the illumination optical device 309;
The light beam 309 converged after being converged by the illumination optical device 309 of the present invention.
【0102】また、330は青反射のダイクロイックミ
ラー、331は緑反射のダイクロイックミラー、332
は青反射のダイクロイックミラー330及び緑反射のダ
イクロイックミラー331から構成される色分離光学手
段である。333は反射ミラー、334、335、33
6はそれぞれブリュースター角を利用した偏光分離膜3
37、338、339を備えた偏光分離プリズム、34
0、341、342は画像形成手段である反射型の液晶
パネル、345は赤反射のダイクロイックミラー343
と青反射のダイクロイックミラー344とから構成され
る色合成光学手段であるダイクロイックプリズム、34
6は投写レンズ、347、348は1/2波長板であ
る。Reference numeral 330 denotes a blue reflecting dichroic mirror; 331, a green reflecting dichroic mirror;
Is a color separation optical unit composed of a dichroic mirror 330 for reflecting blue and a dichroic mirror 331 for reflecting green. 333 is a reflection mirror, 334, 335, 33
6 is a polarized light separating film 3 using Brewster's angle.
Polarization splitting prism with 37, 338, 339, 34
Reference numerals 0, 341 and 342 denote reflective liquid crystal panels which are image forming means, and 345 denotes a dichroic mirror 343 which reflects red light.
A dichroic prism 34 which is a color combining optical means composed of
Reference numeral 6 denotes a projection lens, and 347 and 348 denote 板 wavelength plates.
【0103】照明光学装置309は、第1の照明光学装
置39(図1)に反射ミラー310を設けて光軸313
を折り曲げている以外は、第1の照明光学装置39と同
様の構成を有する。The illumination optical device 309 is provided with a reflection mirror 310 in the first illumination optical device 39 (FIG. 1) and an optical axis 313.
Has the same configuration as that of the first illumination optical device 39 except that is bent.
【0104】照明光学装置309によりランプ300か
らの自然光を高い効率で偏光変換された偏光光は、色分
離光学手段332に入射する。色分離光学手段332に
入射した光は、青反射のダイクロイックミラー330、
緑反射のダイクロイックミラー331により、青、緑、
赤の各色光に分離される。分離された緑、赤、青の各色
光はそれぞれ偏光分離プリズム334、335、336
に入射する。偏光分離プリズム334、335、336
はそれぞれ誘電体多層膜から構成される偏光分離膜33
7、338、339を有するプリズムである。偏光分離
膜337、338、339への各色光の入射角は45°
となるように設定されており、偏光分離膜は偏光分離膜
面に対してP偏光を透過させS偏光を反射させる。反射
した緑、赤、青の各色光のS偏光光はそれぞれ反射型の
液晶パネル340、341、342に入射する。反射型
の液晶パネル340、341、342は、アクティブマ
トリクス方式であって、液晶層と反射膜とを備えてい
る。液晶には45度ツイストネマチック液晶が用いられ
る。反射型の液晶パネルは、映像信号に応じて電圧が印
加されると液晶の複屈折が変化する。反射型の液晶パネ
ルの駆動された画素への入射光は、液晶を透過し、反射
膜で反射され、再び液晶を透過する過程で、複屈折によ
り光の偏光状態がS偏光からP偏光に変化し、出射す
る。反射型の液晶パネル340から出射した緑のP偏光
の色光は、偏光分離プリズム334を透過した後、色合
成手段であるダイクロイックプリズム345に入射す
る。反射型の液晶パネル341、342からそれぞれ出
射した赤、青のP偏光の各色光は、偏光分離プリズム3
35、336を透過し、それぞれ1/2波長板347、
348により偏光方向を回転させられS偏光に変換され
た後、色合成手段であるダイクロイックプリズム345
に入射する。ダイクロイックプリズム345により緑、
赤、青の各色光は合成され、投写レンズ346によりス
クリーン上に拡大投写される。The polarized light obtained by subjecting the natural light from the lamp 300 to polarization conversion with high efficiency by the illumination optical device 309 enters the color separation optical means 332. The light incident on the color separation optical means 332 is reflected by a blue reflecting dichroic mirror 330,
The blue, green,
It is separated into each color light of red. The separated green, red, and blue light components are respectively separated into polarization separation prisms 334, 335, and 336.
Incident on. Polarization splitting prisms 334, 335, 336
Is a polarization separation film 33 composed of a dielectric multilayer film
It is a prism having 7, 338, 339. The incident angle of each color light on the polarization separation films 337, 338, 339 is 45 °
The polarization separation film transmits P-polarized light and reflects S-polarized light with respect to the polarization separation film surface. The reflected S-polarized light of green, red, and blue light enters the reflective liquid crystal panels 340, 341 and 342, respectively. The reflection type liquid crystal panels 340, 341 and 342 are of an active matrix type and include a liquid crystal layer and a reflection film. As the liquid crystal, a 45-degree twisted nematic liquid crystal is used. In a reflective liquid crystal panel, the birefringence of liquid crystal changes when a voltage is applied in accordance with a video signal. The light incident on the driven pixels of the reflective liquid crystal panel passes through the liquid crystal, is reflected by the reflective film, and changes the polarization state of the light from S-polarized light to P-polarized light due to birefringence in the process of transmitting the liquid crystal again. And emits. The green P-polarized color light emitted from the reflective liquid crystal panel 340 passes through the polarization splitting prism 334 and then enters the dichroic prism 345 serving as a color combining unit. The red and blue P-polarized lights emitted from the reflection type liquid crystal panels 341 and 342 are respectively separated by the polarization separation prism 3.
35, 336, and the half-wave plate 347,
After the polarization direction is rotated by 348 and converted into S-polarized light, the dichroic prism 345 as a color combining means
Incident on. Green by the dichroic prism 345,
The red and blue light components are combined and enlarged and projected on a screen by a projection lens 346.
【0105】一方、反射型の液晶パネル340、34
1、342の駆動されない画素に入射して、偏光状態が
変化されずに出射したS偏光光は、偏光分離プリズム3
34、335、336で反射し、照明光学手段309側
に戻る。On the other hand, reflective liquid crystal panels 340 and 34
The S-polarized light that has entered the undriven pixels 1 and 342 and has been emitted without changing the polarization state is
The light is reflected at 34, 335, and 336, and returns to the illumination optical unit 309 side.
【0106】このようにして、反射型の液晶パネルで光
の偏光状態の変化として形成される光学像がスクリーン
(図示せず)上に拡大投写され、フルカラーの投写画像
が形成される。In this manner, the optical image formed as a change in the polarization state of light in the reflection type liquid crystal panel is enlarged and projected on a screen (not shown), and a full-color projected image is formed.
【0107】上記第2の投射型表示装置は、自然光を高
効率に一方向の偏光光に変換し、かつ均一な照明ができ
る安価で小型の照明光学装置309と、反射型の液晶パ
ネルを用いているため、比較的小型でありながら、超高
解像度であって、明るい投写型表示装置が構成できる。The second projection display device uses an inexpensive and small-sized illumination optical device 309 capable of efficiently converting natural light into one-way polarized light and providing uniform illumination, and a reflective liquid crystal panel. Therefore, a projection display device having a relatively small size, an ultra-high resolution, and a high brightness can be configured.
【0108】以上のように、上記第2の投射型表示装置
は、比較的大きな入射角に対しても偏光分離の効率が高
く、耐熱性、耐光性が優れた小型のワイヤーグリッド偏
光分離素子302と、入射光の入射角が小さい第2のレ
ンズアレイ板306近傍に配置され、偏光方向を回転す
る1/2波長板307とを備えた照明光学装置309を
用いる構成であるため、投写型表示装置の低コスト化、
小型化を図りつつ、光利用効率を向上させ、投写型表示
装置を高輝度化できるという非常に大きな効果がある。As described above, the second projection type display device has a high efficiency of polarization separation even at a relatively large incident angle, and has a small wire grid polarization separation element 302 excellent in heat resistance and light resistance. And a half-wave plate 307 arranged near the second lens array plate 306 having a small incident angle of incident light and rotating the polarization direction. Equipment cost reduction,
There is a very great effect that the light use efficiency can be improved while the size is reduced, and the brightness of the projection display device can be increased.
【0109】なお、図11では、図1に示した第1の照
明光学装置と同様の構成を有する照明光学装置309を
用いた例を示したが、照明光学装置としては、これに限
らず上記実施の形態1〜3で説明したいずれの照明光学
装置を用いても良い。FIG. 11 shows an example in which the illumination optical device 309 having the same configuration as the first illumination optical device shown in FIG. 1 is used. Any of the illumination optical devices described in the first to third embodiments may be used.
【0110】上記実施の形態4,5において、画像形成
手段として、偏光を利用した液晶パネルを3枚用いる例
を示したが、1枚の液晶パネルを用いた投写型表示装置
を構成してもよい。In Embodiments 4 and 5, an example in which three liquid crystal panels using polarized light are used as the image forming means has been described. However, a projection type display apparatus using one liquid crystal panel may be used. Good.
【0111】例えば、1枚の液晶パネルの入射側に、白
色光を赤、緑、青の各色光に分離するカラーフィルター
(色分離光学手段)を配置して、液晶パネル上に形成し
たカラー画像を拡大投射しても良い。For example, a color filter (color separation optical means) for separating white light into red, green, and blue light is arranged on the incident side of one liquid crystal panel, and a color image formed on the liquid crystal panel is formed. May be enlarged and projected.
【0112】あるいは、1枚の液晶パネルの入射側に、
液晶パネルの赤、緑、青を1単位とする画素に対応した
微小なマイクロレンズを多数配列形成したマイクロレン
ズアレイ基板を配置し、図10,図11に示したような
ダイクロイックミラーなどを用いた色分離光学手段から
の赤、緑、青の各色光を、該マイクロレンズアレイ基板
に異なる角度で入射させることにより、液晶パネル上に
カラー画像形成し、これを拡大投射しても良い。マイク
ロレンズアレイを用いて1枚の液晶パネルでカラー画像
を形成する方法は、例えば特開平4−60538号公報
に記載されている。Alternatively, on the incident side of one liquid crystal panel,
A microlens array substrate having a large number of microscopic microlenses corresponding to pixels of one unit of red, green, and blue of a liquid crystal panel is arranged, and a dichroic mirror as shown in FIGS. 10 and 11 is used. By making each color light of red, green, and blue from the color separation optical means incident on the microlens array substrate at a different angle, a color image may be formed on the liquid crystal panel, and this may be enlarged and projected. A method of forming a color image with one liquid crystal panel using a microlens array is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-60538.
【0113】また、本発明の投射型表示装置は、光の投
射側と同じ側からスクリーンを観察するタイプの他に、
透過型のスクリーンに背面投写して、投射側とは反対側
からスクリーンを観察する投写型表示装置のいずれであ
っても良い。Further, the projection type display device of the present invention can be used in addition to the type of observing the screen from the same side as the light projection side.
Any projection display device that projects the rear surface on a transmission screen and observes the screen from the side opposite to the projection side may be used.
【0114】[0114]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、光源から
の光が収束する位置近傍に配置されるワイヤーグリッド
偏光分離素子と、比較的小さな入射角で偏光分離された
光が入射する位置に配置された1/2波長板とを備える
ことにより、安価で、小型な非常に効率のよい照明光学
装置と明るい投写型表示装置を構成することができる。As described above, according to the present invention, the wire grid polarization separation element disposed near the position where the light from the light source converges, and the position where the light polarized and separated at a relatively small incident angle is incident , A low-cost, small and very efficient illumination optical device and a bright projection display device can be configured.
【図1】本発明の第1の照明光学装置の概略構成図FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a first illumination optical device of the present invention.
【図2】ワイヤーグリッド偏光分離素子の構成を示した
斜視図FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a wire grid polarization splitting element.
【図3】ワイヤーグリッド偏光分離素子の偏光分離特性
を示した図FIG. 3 is a diagram showing polarization separation characteristics of a wire grid polarization separation element.
【図4】放物面鏡とレンズを用いた第1の集光手段の概
略構成図FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a first light collecting means using a parabolic mirror and a lens;
【図5】本発明の第1の照明光学装置の別の構成例を示
した概略構成図FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing another configuration example of the first illumination optical device of the present invention.
【図6】本発明の第2の照明光学装置の概略構成図FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a second illumination optical device of the present invention.
【図7】偏光分離された2つの偏光光の収束位置と光利
用効率との関係を示した図FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a convergence position of two polarization-separated polarized lights and light use efficiency.
【図8】本発明の第2の照明光学装置の別の構成例を示
した概略構成図FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing another configuration example of the second illumination optical device of the present invention.
【図9】本発明の第3の照明光学装置の概略構成図FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a third illumination optical device of the present invention.
【図10】本発明の第1の投写型表示装置の概略構成図FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a first projection display device of the present invention.
【図11】本発明の第2の投写型表示装置の概略構成図FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a second projection display device of the present invention.
【図12】従来の投写型表示装置の概略構成図FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a conventional projection display device.
30、70、100、130、160、200、300
ランプ 31、71、101、131、161、201、301
楕円面鏡 32、72、102、132、162、202、303
ワイヤーグリッド偏光分離素子 33、73、203、303、210、223、22
4、225、310、333 反射ミラー 103、133 反射プリズム 163 裏面反射平板ガラス 34、74、104、134、164、204、304
非球面レンズ 35、75、105、135、165、205、305
第1のレンズアレイ板 36、76、106、136、166、206、306
第2のレンズアレイ板 37、77、107、137、167、207、30
7、347、348 1/2波長板 38、78、108、138、168、208、308
重畳用レンズ 39、79、109、139、169、209、309
本発明の照明光学装置 40、80、110、140、170、228、22
9、230 フィールドレンズ 41、81、111、141、171、234、23
5、236 液晶パネル 42 ガラス基板 43 金属格子 44 グリッド周期方向 45 自然光 50、91、120、151、181、211、311
偏光分離素子を透過したP偏光の光軸 51、90、121、150、180、212、312
偏光分離素子を反射したS偏光の光軸 52、92、122、152、182、213、313
照明光学装置の光軸 53、93、123、153、183、214、314
楕円面鏡で集光され収束する光線の様相 54、94、124、154、184 偏光分離された
光が液晶パネルに照明される一部の光線の様相 60 放物面鏡 61 集光レンズ 220 赤透過のダイクロイックミラー 221、331 緑反射のダイクロイックミラー 222、332 色分離光学手段 226、227 リレーレンズ 231、232、233 入射側の偏光板 237、238、239 出射側の偏光板 241、344、330 青反射のダイクロイックミラ
ー 240、343 赤反射のダイクロイックミラー 242、345 ダイクロイックプリズム 243、346 投写レンズ 334、335、336 偏光分離プリズム 337、338、339 偏光分離膜 340、341、342 反射型の液晶パネル30, 70, 100, 130, 160, 200, 300
Lamps 31, 71, 101, 131, 161, 201, 301
Ellipsoidal mirror 32, 72, 102, 132, 162, 202, 303
Wire grid polarization separation element 33, 73, 203, 303, 210, 223, 22
4, 225, 310, 333 Reflecting mirror 103, 133 Reflecting prism 163 Back reflecting flat glass 34, 74, 104, 134, 164, 204, 304
Aspherical lenses 35, 75, 105, 135, 165, 205, 305
First lens array plate 36, 76, 106, 136, 166, 206, 306
Second lens array plate 37, 77, 107, 137, 167, 207, 30
7, 347, 348 1/2 wavelength plate 38, 78, 108, 138, 168, 208, 308
Superimposing lenses 39, 79, 109, 139, 169, 209, 309
Illumination optical device 40, 80, 110, 140, 170, 228, 22 of the present invention
9, 230 Field lens 41, 81, 111, 141, 171, 234, 23
5, 236 Liquid crystal panel 42 Glass substrate 43 Metal lattice 44 Grid periodic direction 45 Natural light 50, 91, 120, 151, 181, 211, 311
Optical axes 51, 90, 121, 150, 180, 212, 312 of P-polarized light transmitted through the polarization splitting element
Optical axes 52, 92, 122, 152, 182, 213, 313 of S-polarized light reflected by the polarization splitting element
Optical axes 53, 93, 123, 153, 183, 214, 314 of the illumination optical device
Aspects of rays converged and converged by an ellipsoidal mirror 54, 94, 124, 154, 184 Aspects of some rays in which polarized light is illuminated on a liquid crystal panel 60 Parabolic mirror 61 Condenser lens 220 Red Transmitting dichroic mirrors 221, 331 Green reflecting dichroic mirrors 222, 332 Color separation optical means 226, 227 Relay lenses 231, 232, 233 Polarizing plates 237, 238, 239 on the input side Polarizing plates 241, 344, 330 on the output side Reflection dichroic mirror 240, 343 Red reflection dichroic mirror 242, 345 Dichroic prism 243, 346 Projection lens 334, 335, 336 Polarization separation prism 337, 338, 339 Polarization separation film 340, 341, 342 Reflective liquid crystal panel
───────────────────────────────────────────────────── 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) G03B 21/00 G03B 21/00 E 33/12 33/12 Fターム(参考) 2H049 BA04 BA06 BB03 BB61 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 EA19 HA06 HA13 HA20 HA24 HA28 2H091 FA05X FA08 FA10 FA19 FA21 FA26 FA41Z FC29 FC30 FD07 FD12 FD22 FD24 LA03 LA04 LA15 MA07 2H099 AA12 BA09 CA11 CA17 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G03B 21/00 G03B 21/00 E 33/12 33/12 F term (Reference) 2H049 BA04 BA06 BB03 BB61 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 EA19 HA06 HA13 HA20 HA24 HA28 2H091 FA05X FA08 FA10 FA19 FA21 FA26 FA41Z FC29 FC30 FD07 FD12 FD22 FD24 LA03 LA04 LA15 MA07 2H099 AA12 BA09 CA11 CA17
Claims (20)
う照明光学装置であって、 自然光を放射する光源と、 前記光源からの放射光を集光し収束させる第1の集光手
段と、 前記第1の集光手段からの光が入射し、偏光方向が直交
する第1の偏光光と第2の偏光光とに分離して、いずれ
か一方を反射させ、他方を透過させる偏光分離手段と、 前記偏光分離手段からの前記第2の偏光光が入射して、
所定方向に反射させる反射手段と、 前記偏光分離手段からの第1の偏光光と、前記反射手段
で反射した第2の偏光光とが入射し、それぞれを実質上
平行な光に変換して出射させる第2の集光手段と、 前記第2の集光手段からの前記第1の偏光光及び前記第
2の偏光光が入射し、それぞれを複数の光束に分割して
出射する複数のレンズ素子を備えた第1のレンズアレイ
板と、 前記第1のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光の複
数の光束及び前記第2の偏光光の複数の光束がそれぞれ
入射する複数のレンズ素子を備えた第2のレンズアレイ
板と、 前記第2のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光及び
前記第2の偏光光が入射し、前記第1の偏光光及び前記
第2の偏光光のうちの少なくとも一方の偏光方向を回転
させて両者の偏光方向を略一致させる偏光回転手段とを
備え、 前記偏光分離手段は、前記第1の集光手段による光の収
束位置の近傍に配置され、金属を可視光の波長よりも十
分微細な周期で縞状に形成した金属格子によって入射光
を偏光分離するワイヤーグリッド偏光分離素子であり、 前記偏光回転手段は、前記第1のレンズアレイ板からの
前記複数の光束が前記第2のレンズアレイ板上にそれぞ
れ収束する位置の近傍に配置されていることを特徴とす
る照明光学装置。1. An illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, comprising: a light source for emitting natural light; a first light collecting means for collecting and converging light emitted from the light source; Light from the first light condensing means is incident thereon, and is separated into first and second polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and one of them is reflected and the other is transmitted. And the second polarized light from the polarized light separating means enters,
A reflecting means for reflecting light in a predetermined direction; a first polarized light from the polarized light separating means; and a second polarized light reflected by the reflecting means are incident, converted into substantially parallel lights, and emitted. A second condensing means for causing the first and second polarized light beams from the second condensing means to enter, and split into a plurality of light fluxes and emitted therefrom, respectively. A first lens array plate comprising: a plurality of lens elements to which a plurality of light beams of the first polarized light and a plurality of light beams of the second polarized light from the first lens array plate respectively enter A second lens array plate provided with the first polarized light and the second polarized light from the second lens array plate, and the first polarized light and the second polarized light By rotating at least one of the polarization directions, the polarization directions of both are substantially reduced. A polarization rotating unit for matching the light, wherein the polarization separating unit is disposed near a convergence position of the light by the first condensing unit, and forms the metal in a stripe shape with a period sufficiently smaller than the wavelength of visible light. A wire grid polarization splitting element for splitting incident light by a metal grid, wherein the polarization rotating unit converges the plurality of light fluxes from the first lens array plate onto the second lens array plate, respectively. An illumination optical device which is arranged near a position.
う照明光学装置であって、 自然光を放射する光源と、 前記光源からの放射光を集光し収束させる第1の集光手
段と、 前記第1の集光手段からの光が入射し、偏光方向が直交
する第1の偏光光と第2の偏光光とに分離して、いずれ
か一方を反射させ、他方を透過させる偏光分離手段と、 前記偏光分離手段からの前記第2の偏光光が入射して、
所定方向に反射させる反射手段と、 前記偏光分離手段からの第1の偏光光と、前記反射手段
で反射した第2の偏光光とが入射し、それぞれを実質上
平行な光に変換して出射させる第2の集光手段と、 前記第2の集光手段からの前記第1の偏光光及び前記第
2の偏光光が入射し、それぞれを複数の光束に分割して
出射する複数のレンズ素子を備えた第1のレンズアレイ
板と、 前記第1のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光の複
数の光束及び前記第2の偏光光の複数の光束がそれぞれ
入射する複数のレンズ素子を備えた第2のレンズアレイ
板と、 前記第2のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光及び
前記第2の偏光光が入射し、前記第1の偏光光及び前記
第2の偏光光のうちの少なくとも一方の偏光方向を回転
させて両者の偏光方向を略一致させる偏光回転手段とを
備え、 前記偏光分離手段は、前記第1の集光手段による光の収
束位置の近傍に配置され、金属を可視光の波長よりも十
分微細な周期で縞状に形成した金属格子によって入射光
を偏光分離するワイヤーグリッド偏光分離素子であり、 前記偏光回転手段は、前記第1のレンズアレイ板からの
前記複数の光束が前記第2のレンズアレイ板上にそれぞ
れ収束する位置の近傍に配置されており、 前記反射手段は反射プリズムからなり、前記第2の偏光
光は前記反射プリズムの媒質中を透過することを特徴と
する照明光学装置。2. An illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, comprising: a light source for emitting natural light; a first light collecting means for collecting and converging light emitted from the light source; Light from the first light condensing means is incident thereon, and is separated into first and second polarized lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and one of them is reflected and the other is transmitted. And the second polarized light from the polarized light separating means enters,
A reflecting means for reflecting light in a predetermined direction; a first polarized light from the polarized light separating means; and a second polarized light reflected by the reflecting means are incident, converted into substantially parallel lights, and emitted. A second condensing means for causing the first and second polarized light beams from the second condensing means to enter, and split into a plurality of light fluxes and emitted therefrom, respectively. A first lens array plate comprising: a plurality of lens elements to which a plurality of light beams of the first polarized light and a plurality of light beams of the second polarized light from the first lens array plate respectively enter A second lens array plate provided with the first polarized light and the second polarized light from the second lens array plate, and the first polarized light and the second polarized light By rotating at least one of the polarization directions, the polarization directions of both are substantially reduced. A polarization rotating unit for matching the light, wherein the polarization separating unit is disposed near a convergence position of the light by the first condensing unit, and forms the metal in a stripe shape with a period sufficiently smaller than the wavelength of visible light. A wire grid polarization splitting element for splitting incident light by a metal grid, wherein the polarization rotating unit converges the plurality of light fluxes from the first lens array plate onto the second lens array plate, respectively. An illumination optical device, which is arranged near a position, wherein the reflection means comprises a reflection prism, and wherein the second polarized light passes through a medium of the reflection prism.
う照明光学装置であって、 自然光を放射する光源と、 前記光源からの放射光を集光し収束させる第1の集光手
段と、 前記第1の集光手段からの光が入射し、偏光方向が直交
する第1の偏光光と第2の偏光光とに分離して、前記第
1の偏光光を反射させ、前記第2の偏光光を透過させる
偏光分離手段と、 前記偏光分離手段からの前記第2の偏光光が入射して、
所定方向に反射させる反射手段と、 前記偏光分離手段からの第1の偏光光と、前記反射手段
で反射した第2の偏光光とが入射し、それぞれを実質上
平行な光に変換して出射させる第2の集光手段と、 前記第2の集光手段からの前記第1の偏光光及び前記第
2の偏光光が入射し、それぞれを複数の光束に分割して
出射する複数のレンズ素子を備えた第1のレンズアレイ
板と、 前記第1のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光の複
数の光束及び前記第2の偏光光の複数の光束がそれぞれ
入射する複数のレンズ素子を備えた第2のレンズアレイ
板と、 前記第2のレンズアレイ板からの前記第1の偏光光及び
前記第2の偏光光が入射し、前記第1の偏光光及び前記
第2の偏光光のうちの少なくとも一方の偏光方向を回転
させて両者の偏光方向を略一致させる偏光回転手段とを
備え、 前記偏光分離手段は、前記第1の集光手段による光の収
束位置の近傍に配置され、金属を可視光の波長よりも十
分微細な周期で縞状に形成した金属格子によって入射光
を偏光分離するワイヤーグリッド偏光分離素子であり、 前記偏光回転手段は、前記第1のレンズアレイ板からの
前記複数の光束が前記第2のレンズアレイ板上にそれぞ
れ収束する位置の近傍に配置されており、 前記反射手段は平行平板ガラスの片面に反射膜を形成し
た裏面反射ミラーからなり、前記裏面反射ミラーは、前
記反射面を形成していない側の面で前記ワイヤーグリッ
ド偏光分離素子に密着されていることを特徴とする照明
光学装置。3. An illumination optical device for illuminating an image forming means for forming an image, comprising: a light source for radiating natural light; a first light condensing means for condensing and converging light emitted from the light source; The light from the first condensing means enters, is separated into a first polarized light and a second polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, reflects the first polarized light, and Polarized light separating means for transmitting polarized light, and the second polarized light from the polarized light separating means is incident,
A reflecting means for reflecting light in a predetermined direction; a first polarized light from the polarized light separating means; and a second polarized light reflected by the reflecting means are incident, converted into substantially parallel lights, and emitted. A second condensing means for causing the first and second polarized light beams from the second condensing means to enter, and split into a plurality of light fluxes and emitted therefrom, respectively. A first lens array plate comprising: a plurality of lens elements to which a plurality of light beams of the first polarized light and a plurality of light beams of the second polarized light from the first lens array plate respectively enter A second lens array plate provided with the first polarized light and the second polarized light from the second lens array plate, and the first polarized light and the second polarized light By rotating at least one of the polarization directions, the polarization directions of both are substantially reduced. A polarization rotating unit for matching the light, wherein the polarization separating unit is arranged near a position where light is converged by the first condensing unit, and forms a metal in a striped pattern with a period sufficiently smaller than the wavelength of visible light. And a polarization rotator that polarizes and separates incident light by using a metal grating, wherein the polarization rotator converges the plurality of light beams from the first lens array plate on the second lens array plate. The reflection means is arranged in the vicinity of a position, and the reflection means comprises a back surface reflection mirror in which a reflection film is formed on one surface of a parallel plate glass, and the back surface reflection mirror is formed by a wire on a surface on which the reflection surface is not formed. An illumination optical device, which is in close contact with a grid polarization separation element.
る請求項1〜3のいずれかに記載の照明光学装置。4. The illumination optical device according to claim 1, wherein said first light-collecting means comprises an elliptical reflecting mirror.
とからなる請求項1〜3のいずれかに記載の照明光学装
置。5. The illumination optical device according to claim 1, wherein said first condensing means comprises a parabolic mirror and a lens.
記金属格子の周期が150nm以下である請求項1〜3
のいずれかに記載の照明光学装置。6. The metal grid of the wire grid polarization splitting element has a period of 150 nm or less.
The illumination optical device according to any one of the above.
記金属格子の高さが200nm以下である請求項1〜3
のいずれかに記載の照明光学装置。7. The height of the metal grid of the wire grid polarization splitting device is 200 nm or less.
The illumination optical device according to any one of the above.
記金属がアルミニウムである1〜3のいずれかに記載の
照明光学装置。8. The illumination optical device according to claim 1, wherein the metal of the wire grid polarization splitting element is aluminum.
膜又は誘電体膜を備える請求項1〜3のいずれかに記載
の照明光学装置。9. The illumination optical device according to claim 1, wherein an aluminum film or a dielectric film is provided on a reflection surface of said reflection means.
くする1枚の非球面レンズからなる請求項1〜3のいず
れかに記載の照明光学装置。10. The illumination optical device according to claim 1, wherein said second light condensing means comprises one aspherical lens for reducing spherical aberration.
れている請求項10に記載の照明光学装置。11. The illumination optical device according to claim 10, wherein the aspheric lens is manufactured by molding.
項10に記載の照明光学装置。12. The illumination optical device according to claim 10, wherein said aspherical lens is made of resin.
で構成された1/2波長板である請求項1〜3のいずれ
かに記載の照明光学装置。13. The illumination optical device according to claim 1, wherein said polarization rotating means is a half-wave plate made of a stretched resin film.
1/2波長板である請求項1〜3のいずれかに記載の照
明光学装置。14. The illumination optical device according to claim 1, wherein said polarization rotating means is a half-wave plate formed of a thin film.
手段と、 前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色成分の色光に
分離する色分離光学手段と、 前記色分離光学手段からの各色光が入射し、映像信号に
応じて光学像を形成する画像形成手段と、 前記画像形成手段上に形成された光学像をスクリーン上
に投写する投写レンズとを備えた投写型表示装置であっ
て、 前記照明光学手段が請求項1〜14のいずれかに記載の
照明光学装置であることを特徴とする投写型表示装置。15. An illumination optical unit including a light source that emits white light, a color separation optical unit that separates white light from the light source into color light components of blue, green, and red, and a color separation optical unit. A projection type display device comprising: an image forming unit that receives each color light, and forms an optical image according to a video signal; and a projection lens that projects an optical image formed on the image forming unit onto a screen. A projection display device, wherein the illumination optical unit is the illumination optical device according to any one of claims 1 to 14.
色光に対応して3つ設けられており、 更に、前記3つの画像形成手段からの青、緑、赤の出射
光を合成する色合成光学手段を備える請求項15に記載
の投写型表示装置。16. The image forming means is provided three in correspondence with blue, green, and red color lights, and further combines blue, green, and red emitted lights from the three image forming means. 16. The projection display device according to claim 15, further comprising a color combining optical unit that performs color synthesis.
通する画像形成手段に入射し、 前記投射レンズは前記画像形成手段に形成されたカラー
画像を投射する請求項15に記載の投写型表示装置。17. The projection display according to claim 15, wherein each color light from said color separation optical means is incident on a common image forming means, and said projection lens projects a color image formed on said image forming means. apparatus.
ある請求項15に記載の投写型表示装置。18. The projection display according to claim 15, wherein the image forming means is a transmission type liquid crystal panel.
手段と、 前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色成分の色光に
分離する色分離光学手段と、 前記色分離光学手段からの各色光がそれぞれ入射し、入
射する色光を偏光方向が直交する2つの偏光光に分離す
る3つの偏光分離プリズムと、 前記3つの偏光分離プリズムからの光がそれぞれ入射
し、映像信号に応じて光学像を形成する3つの画像形成
手段と、 前記3つの画像形成手段からそれぞれ出射する光が前記
3つの偏光分離プリズムをそれぞれ透過した後に入射し
て、入射したこれらの3つの光を合成する色合成光学手
段と、 前記画像形成手段上に形成された光学像をスクリーン上
に投写する投写レンズとを備えた投写型表示装置であっ
て、 前記照明光学手段が請求項1〜14のいずれかに記載の
照明光学装置であることを特徴とする投写型表示装置。19. An illumination optical unit including a light source that emits white light, a color separation optical unit that separates white light from the light source into color light components of blue, green, and red, and a color separation optical unit. And three polarized light separating prisms that separate the incoming colored light into two polarized light beams whose polarization directions are orthogonal to each other. Light from the three polarized light separating prisms respectively enters and according to a video signal Three image forming means for forming an optical image, and light emitted from each of the three image forming means is transmitted after passing through each of the three polarization splitting prisms, and then enters, and a color for combining these three incident lights is provided. A projection display device comprising: a combining optical unit; and a projection lens configured to project an optical image formed on the image forming unit on a screen, wherein the illumination optical unit is a lighting device. A projection display device, which is the illumination optical device according to any of the above.
射型の液晶パネルである請求項19に記載の投写型表示
装置。20. The projection display device according to claim 19, wherein each of said three image forming means is a reflective liquid crystal panel.
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- 2001-04-19 JP JP2001121237A patent/JP2002311382A/en active Pending
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