(57)【要約】      （修正有）【課題】映像表示装置に採用される、偏光変換ユニットの偏光変換効率を向上させる。【解決手段】液晶パネル６に均一な分布の光を照明する映像表示装置の照明装置は、光源１と、第１ロッドインテグレータ２と、ＰＢＳアレイ３と、第２ロッドインテグレータ４と、１／２波長板５を備える。ＰＢＳアレイ３は、４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３ａ〜ｄからなる。ＰＢＳアレイ３（のＰＢＳ３ｂ、３ｃ）を透過するＰ偏光成分は、第２ロッドインテグレータ４の入射面側に貼り付けられた１／２波長板５によりＳ偏光に変換される。【選択図】図１
2008009118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダム偏光を一方向の偏光に変換する偏光変換ユニットであって、
前記光源からのランダム偏光を第１の偏光と前記第１の偏光に直交する第２の偏光に分離する第１、第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１、第２の偏光ビームスプリッタにより分離された第１偏光をそれぞれ反射して前記第２の偏光と同一方向へ導く第１、第２反射手段と、
少なくとも前記第１及び第２偏光ビームスプリッタの出射側に、前記第１及び第２偏光ビームスプリッタの出射面を合わせた大きさよりも大きな入射面を有する光学部材を備え、
前記第１、第２の偏光ビームスプリッタにより分離された前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換する１／２波長板を、前記光学部材の入射面に貼り付けたことを特徴とする、偏光変換ユニット。
【請求項２】
前記光学部材が、光の分布を均一化させるロッドインテグレータであることを特徴とする、請求項１記載の偏光変換ユニット。
【請求項３】
請求項１又は２記載の偏光変換ユニットを備えた照明装置であって、
ランダム偏光を出射する光源と、
前記光源からの光の分散角を低減させて、前記偏光変換ユニットに入射させるテーパ型ロッドインテグレータを特徴とする、照明装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明装置と、
該照明装置からの光を変調して映像を表示する表示素子と、
前記表示素子の映像を拡大投写する投写光学系を備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射したランダム偏光を一方向の偏光に変換して出射する偏光変換ユニット、及びこれを用いた照明装置、及びこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタからの光源から出射する光の振動方向（偏光方向）は様々（ランダム）である。一方、この光源からの光を変調して映像光を生成する液晶パネルには、特定方向の直線偏光を入射させる必要がある。そのために、液晶パネルの入射側には、ランダム偏光のうち一方向の直線偏光のみを透過する偏光板が設けられている。この入射側偏光板は、一方向の偏光を透過させ、これに直交する偏光を吸収する。そうすると、入射側偏光板においておよそ半分の光が損失し、更には吸収のため入射側偏光板が昇温するという問題があった。
【０００３】
そこで、上記の入射側偏光板の前に、ＰＢＳ（Polarized Beam Splitter：偏光ビームスプリッタ）アレイを用いた偏光変換ユニットを配置することで上記の問題を解消した液晶プロジェクタがある（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。この偏光変換ユニットは、ＰＢＳアレイの一部のＰＢＳの光出射面に１／２波長板を貼り付けた構成のものであり、一方向の偏光に揃える機能を有する。これにより、入射側偏光板に入射する偏光は一方向に揃えられるので、入射側偏光板における光の損失を減らすことができる。
【０００４】
上記の偏光変換ユニットの一例を示す。図３に示すように、この偏光変換ユニットは、偏光ビームスプリッタ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ、及び１／２波長板６３ｅ、６３ｆを備える。偏光ビームスプリッタ６３ｂ、６３ｃは、入射したランダム偏光のうちＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更させる。ｐ偏光とは、電場ベクトルの振動面が入出射光線の形成される面に対して平行な偏光を称し、対してs偏光とは電場ベクトルの振動面が入出射光線の形成される面に対して垂直な偏光を称す。偏光ビームスプリッタ６３ａ、６３ｄは、偏光ビームスプリッタ６３ｂ、６３ｃで分離されたＳ偏光を９０°光路変更させて、偏光ビームスプリッタ６３ｂ、６３ｃを透過したＰ偏光の進行方向と同一方向へ導く。１／２波長板６３ｅ、６３ｆは、偏光ビームスプリッタ６３ｂ、６３ｃを透過したＰ偏光をＳ偏光に変換する。このように偏光変換ユニットは、入射したランダム偏光を特定方向の直線偏光に変換する機能を有する。
【特許文献１】特開平１１−７２７０７号公報
【非特許文献１】情報ディスプレイ研究委員会  報告書（平成10年3月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような、複数の偏光ビームスプリッタを貼り合わせたＰＢＳアレイを構成するとき、製造公差により偏光ビームスプリッタ間に段差が発生してしまうことがある（図４（ａ））。張り合わせ時のズレだけの他、偏光ビームスプリッタの大きさのばらつきに起因して、段差が発生する。
【０００６】
このような段差が発生した偏光ビームスプリッタの出射面全面に１／２波長板６３ｅ、ｆを貼り付けようとすると、偏光ビームスプリッタ６３ｂ、６３ｃの境界部付近６３ｇにおいて、空気が介入した部分が設けられることになり、剥がれが発生しやすくなる（図４（ｂ））。特に、このＰＢＳアレイの出射面側に反射防止膜（ＡＲコート）を塗布する際に高温になるため、１／２波長板が更に剥がれやすくなる。このような剥がれが発生すると、折角特定方向の偏光に変換された光の偏光面が乱れたり、第１ロッドインテグレータ２で低減した分散角が再び大きくなってしまったりするといった不都合が生じる。
【０００７】
この不都合を解消する為に、ＰＢＳアレイの偏光ビームスプリッタの出射側には、偏光ビームスプリッタ６３ｂ及びｃの出射面よりもやや小さい１／２波長板を貼り付けるようなことも考えられる（図４（ｃ））。
【０００８】
しかし図４（ｃ）偏光変換ユニットでは、１／２波長板６３ｅ、６３ｆは、偏光ビームスプリッタ６３ｂ及び６３ｃの出射面よりもやや小さい。そうすると、偏光ビームスプリッタ６３ｂ及び６３ｃを透過したＰ偏光のうち、Ｓ偏光に変換されないものが生じる。Ｓ偏光に変換されない光は、上述した入射側偏光板を透過することができないので、液晶パネルでの光変調に利用することができず、光利用効率を低下させる要因となる。したがって、図４（ｃ）のような構成も好ましいとは言えない。
【０００９】
そこで、本発明は、映像表示装置などに採用される、偏光変換ユニットの偏光変換効率を向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の偏光変換ユニットは、ランダム偏光を一方向の偏光に変換する偏光変換ユニットであって、前記ランダム偏光を第１の偏光と前記第１の偏光に直交する第２の偏光に分離する第１、第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２の偏光ビームスプリッタにより分離された第１偏光をそれぞれ反射して前記第２の偏光と同一方向へ導く第１、第２反射手段と、少なくとも前記第１及び第２偏光ビームスプリッタの出射側に、前記第１及び第２偏光ビームスプリッタの出射面を合わせた大きさよりも大きな入射面を有する光学部材を備え、前記第１、第２の偏光ビームスプリッタにより分離された前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換する１／２波長板を前記光学部材の入射面に貼り付けたことを特徴とする。
【００１１】
上記偏光変換ユニットでは、前記第１、第２の偏光ビームスプリッタから出射されるＰ偏光を受けてＳ偏光に変換する１／２波長板を、上記光学部材の入射面に貼り付ける。この入射面には、前記第１、第２の偏光ビームスプリッタの境界部に生じる段差が無いので、１／２波長板に剥がれが生じたりする恐れがない。
【００１２】
好ましくは前記光学部材は、光の分布を均一化させるロッドインテグレータである。
【００１３】
このロッドインテグレータは、１／２波長板を保持するためのホルダーとしての機能と、光の分布を均一化させる機能と兼用するので、照明装置の部品点数を削減に寄与することができる。
【００１４】
本願発明の照明装置は、上記の偏光変換ユニットを備えた照明装置であって、ランダム偏光を出射する光源と、前記光源からの光の分散角を低減させて、前記偏光変換ユニットに入射させるテーパ型ロッドインテグレータを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、偏光変換ユニットはランダム偏光を特定方向の偏光に変換する機能を有するだけでなく、テーパ型ロッドインテグレータからの出射光を拡大させて、ロッドインテグレータへ入射させることができる。ロッドインテグレータの大きさは液晶パネルの大きさに応じて決定されるものである。よって、上記構成の照明装置によれば、光の分散角を低減させるテーパ型ロッドインテグレータを小型化させることが可能である。
【００１６】
また、本願発明の投写型映像表示装置は、上記照明装置と、該照明装置からの光を変調して映像を表示する表示素子と、前記表示素子の映像を拡大投写する投写光学系を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明によれば、映像表示装置などに採用される偏光変換ユニット（ユニット）の偏光変換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本願発明の偏光変換ユニット及び照明装置の実施形態を説明する。
【００１９】
図１、図２は、本願発明の照明装置の構成を示した図である。図１は正面図であり、図２は斜視図である。この照明装置は、光源１と、第１ロッドインテグレータ２と、ＰＢＳアレイ３と、第２ロッドインテグレータ４と、１／２波長板５を備える。この照明装置は、上記第１及び第２ロッドインテグレータの作用によって、液晶パネル６に対して、照度分布を均一化させた光を照明するものである。
【００２０】
光源１は、例えばＬＥＤ光源である。第１ロッドインテグレータ２は、出射面が入射面よりも大きいテーパ形状である。この第１ロッドインテグレータ２に入射した光束は、第１ロッドインテグレータ２の側面で反射を繰り返しながら光の分散角を低減してゆく。
【００２１】
ＰＢＳアレイ３は、４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３ａ〜ｄからなる。このＰＢＳアレイは、偏光ビームスプリッタ３ｂ及び３ｃの入射面が、第１ロッドインテグレータ２の出射面の対面に来るよう配置される。また、第１ロッドインテグレータ２の出射面は、偏光ビームスプリッタ３ｂと３ｃの入射面の合計とほぼ同じ大きさとなっている。したがって、第１ロッドインテグレータ２からの出射光のほぼ全てが偏光ビームスプリッタ３ｂ若しくは３ｃへ入射する。そして、第１ロッドインテグレータ２からの光（ランダム偏光）は、偏光ビームスプリッタ３ｂ、３ｃにおいてＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離されたＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ３ｂ、３ｃを透過する。
【００２２】
一方、偏光ビームスプリッタ３ｂにて分離されたＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ３ｂの偏光分離膜で反射して偏光ビームスプリッタ３ａへ向かう。そして、偏光ビームスプリッタ３ａで反射して、第２ロッドインテグレータ４へ向かう。偏光ビームスプリッタ３ｃにて分離されたＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ３ｃの偏光分離膜で反射して偏光ビームスプリッタ３ｄへ向かう。そして、偏光ビームスプリッタ３ｄで反射して、第２ロッドインテグレータ４へ向かう。
【００２３】
１／２波長板５は、第２ロッドインテグレータ４の入射面側に貼り付けられ、入射したＰ偏光をＳ偏光に変換して出射する。この１／２波長板５は、偏光ビームスプリッタ３ｂ及び３ｃの出射面の正面となる位置で第２ロッドインテグレータ４貼り付けられる。また、第２ロッドインテグレータ４の入射面の大きさは、偏光ビームスプリッタ３ｂ、３ｃの出射面の合計とほぼ同じ大きさとなっている。したがって、偏光ビームスプリッタ３ｂ及び３ｃから出射されるＰ偏光光のほぼ全てが１／２波長板５に入射してＳ偏光に変換される。
【００２４】
一方、偏光ビームスプリッタ３ａ及び３ｄから出射されるＳ偏光は、そのまま第２ロッドインテグレータ４へ入射する。したがって、偏光ビームスプリッタ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄからの出射光は、全てＳ偏光となって第２ロッドインテグレータ４へ入射する。
【００２５】
第２ロッドインテグレータ４は、入射した光の照度分布を均一化する。この第２ロッドインテグレータ４に入射した光束は、第２ロッドインテグレータ４の側面で反射を繰り返しながら均一な面光源となって出射される。
【００２６】
そして、第２ロッドインテグレータ４を出射した光は、液晶パネル６において変調され、映像光として出力される。本実施形態の照明装置は、このようにして、液晶パネルへ均一分布かつ直線偏光の光を入射させる。
【００２７】
なお、上記の偏光ビームスプリッタ３ｂ及び３ｃは、それぞれ、本願請求項の第１、第２の偏光ビームスプリッタの一例に相当する。偏光ビームスプリッタ３ａ及び３ｄは、それぞれ、本願請求項の第１、第２の反射手段の一例に相当する。第２ロッドインテグレータ４は、本願請求項の光学部材の一例に相当する。
【００２８】
また、本願発明の偏光変換ユニットの一例は、偏光ビームスプリッタ３ａ〜３ｄ、第２ロッドインテグレータ４、１／２波長板５により構成される。
【００２９】
（変形例）
図２において、液晶パネル６は、図のｙ方向が長辺となるよう配置されているが、図のｘ方向が長辺となるよう配置しても良い。なお、液晶パネル６の配置方向に応じて、第１ロッドインテグレータ２、ＰＢＳアレイ３、第２ロッドインテグレータ４の大きさは適宜決定されるべきであることは言うまでもない。
【００３０】
また、Ｓ偏光を反射して第２ロッドインテグレータ４の方向へ導く偏光ビームスプリッタ３ａ、３ｄに代えて、反射面を持ったプリズムや反射ミラーを用いても良い。
【００３１】
また、図１（図２）のような照明装置を３つ用いることで、三板式（３ＬＣＤ方式）の映像表示装置を実現することができる。即ち、光源１として赤色ＬＥＤを用いた上記照明装置及び赤色用の液晶パネルと、緑色ＬＥＤを用いた上記照明装置及び緑色用の液晶パネルと、青色ＬＥＤを用いた上記照明装置及び青色用の液晶パネルと、上記３つの照明装置からの光を合成する色合成手段（例えば、ダイクロイックキューブなどを用いて実現する）を備えることで三板式の映像表示装置を実現することができる。
【００３２】
更に色合成手段の後段に投写レンズを設けることにより投写型映像表示装置（液晶プロジェクタや、リアプロジェクションテレビなど）を実現しても良い。
【００３３】
或いは、上記の照明装置を１つだけ用いた単板式の映像表示装置を実現するのであれば、光源（光源１）としては白色ＬＥＤを用いるか、若しくは赤、緑、青の３色のＬＥＤを１つの基板上に搭載したようなものが用いられる。
【００３４】
なお、上記例では偏光ビームスプリッタを４つ（「第１、第２の偏光ビームスプリッタ」としての偏光ビームスプリッタ３ｂ、３ｃと、「第１、第２反射手段」としての偏光ビームスプリッタ３ａ、３ｄ）備えた構成であるが、偏光ビームスプリッタを４つ以上備えた構成であっても良い。
【００３５】
また、上記実施例では、１／２波長板５を第２ロッドインテグレータ４の光入射面に貼り付けているが、第２ロッドインテグレータ４の光入射面側に透明の板状部材（ガラス板）を設け、この板状部材に１／２波長板を貼り付けても良い。この場合、透明の板状部材が本願請求項の「光学部材」に相当する。
【００３６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本願発明の照明装置の正面図である。
【図２】本願発明の照明装置の斜視図である。
【図３】従来から知られている偏光変換ユニットの一例を示す図である。
【図４】（ａ）偏光ビームスプリッタがずれた状態で貼りあわされた偏光変換ユニットを示す図である。（ｂ）（ａ）の偏光ビームスプリッタに１／２波長板を貼り付けて構成した偏光変換ユニットを示す図である。（ｃ）（ｂ）を改良した偏光変換ユニットを示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  光源
２  第１ロッドインテグレータ
３  ＰＢＳアレイ
４  第２ロッドインテグレータ
５  １／２波長板
６  液晶パネル
【図１】
2008009118.tif 000003
【図２】
2008009118.tif 000004
【図３】
2008009118.tif 000005
【図４】
2008009118.tif 000006