(57)【要約】【課題】小型で効率良く偏光変換でき、照度の高い照明装置および投射型表示装置を提供する。【解決手段】投射型表示装置１０の光変調手段３１，３２，３３を照明する照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂであって、ランダムな偏光を出射する光源と、その偏光を一方の偏光および他方の偏光に分離する偏光分離手段１７ａ、１７ｂと、光源と偏光分離手段１７ａ、１７ｂとの間に設けられ、所定の位相差を発生させる偏光変換手段１６とを備えてなり、偏光分離手段１７ａ、１７ｂの他方の偏光の出射面には第１の反射手段１８ａ、１８ｂが備えられ、光源には、光を前方に反射する第２の反射手段が備えられ、一方の偏光は偏光分離手段１７ａ、１７ｂから出射され、他方の偏光は第１の反射手段１８ａ、１８ｂにより反射され偏光変換手段１６、第２の反射手段、偏光変換手段１６、偏光分離手段１７ａ、１７ｂに順次入射されることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダムな偏光を有する光を出射する光源と、該光源から出射された光を互いに直交する直線偏光である一方の偏光および他方の偏光に分離する偏光分離手段と、前記光源と前記偏光分離手段との間に設けられ、透過する光の波長に対して所定の位相差を発生させる偏光変換手段とを備えてなり、
前記偏光分離手段における他方の偏光の出射面には、他方の偏光を反射する第１の反射手段が備えられ、
前記光源には、光を前方に反射する第２の反射手段が備えられ、
前記一方の偏光は前記偏光分離手段から出射され、前記他方の偏光は第１の反射手段により反射され偏光変換手段を透過して第２の反射手段に入射され、再び前方に向けて反射され、前記偏光変換手段、前記偏光分離手段に順次入射されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対して１／４波長の位相差を発生させる１／４波長板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対してランダムな位相差を発生させるランダム位相差板であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記偏光変換手段が、入射した偏光の波長に対して所定の位相差を発生させる位相差フィルムであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記偏光分離手段が、偏光ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】
前記光源と前記偏光変換手段との間に、光源からの出射光を平行光化する平行光化手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記第２の反射手段の反射面が、凹曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
前記第２の反射手段の反射面が、平面状に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光源および前記第２の反射手段が、前記偏光変換手段および前記偏光分離手段の光軸からオフセットして配置され、
第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、
前記第３の反射手段に前記第１の反射手段で反射された光が入射するように、前記第３の反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１１】
前記第１の反射手段が、入射する光に対して傾斜角を持つように配置され、
第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、
前記第３の反射手段に前記第１の反射手段に反射された光が入射するように、前記第３の反射手段が配置されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１２】
光源を備えた照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置であって、
前記照明装置が、請求項１から１１のいずれかに記載の照明装置を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置および投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、投射型表示装置などに光変調素子として用いられている液晶ライトバルブは、直線偏光した光の偏光方向を変えることで入射した光の透過率を変えている。そのため、例えば偏光していない光源からの光を単に偏光板を使って直線偏光化すると、液晶ライトバルブに入射される光量が半分になり、表示される画像の明るさが暗くなってしまう。画像の明るさが暗くなるのを防ぐために、さまざまな偏光変換光学系を用いた照明装置が提案されている。
【０００３】
偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ、以下、ＰＢＳと略記する）は、上述した偏光変換光学系の１つである。
ＰＢＳは、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材が、順次張り合わされた形状を有している。透光性部材の界面には、無機物質からなる多層膜で構成された偏光分離膜と、反射膜とが交互に形成されている。偏光分離膜あるいは反射膜の光の出射面の光出射方向の写像部分には、λ／２位相差板が選択的に貼り付けられている。
【０００４】
ＰＢＳの入射面に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分とを含む非偏光（ランダムな偏光方向を有する入射光）が入射されると、この入射光は、まず、偏光分離膜によってｐ偏光とｓ偏光とに分離される。ｐ偏光は偏光分離膜をそのまま透過し、外部へ出射される。
一方、ｓ偏光は偏光分離膜によってほぼ垂直に反射され、反射膜によってさらに反射される。反射膜に反射されたｓ偏光の出射面には、λ／２位相差板が配置されており、このｓ偏光はｐ偏光に変換され、外部へ出射される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第９７／３４１７３号パンフレット  （第１８−２３頁、第４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＰＢＳを用いた照明装置においては、ＰＢＳに入射した非偏光が偏光分離膜により、ｐ偏光は透過されｓ偏光は反射されて分離されていた。ｓ偏光はλ／２位相差板によりｐ偏光に変換され、ＰＢＳから出射されていた。
このＰＢＳの構成上、入射した非偏光をｐ偏光に変換できる入射面とｐ偏光が出射する出射面との面積比は略１対２となっている。そのため、ＰＢＳの全面に非偏光を入射させると、略１／２の非偏光が上記入射面に入射してｐ偏光に変換され、残りの非偏光は変換されずに捨てられていた。つまり、光源から出射された光の変換効率が略５０％であって、利用効率が良くなかったという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型で効率良く偏光変換でき、照度の高い照明装置および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の照明装置は、ランダムな偏光を有する光を出射する光源と、光源から出射された光を互いに直交する直線偏光である一方の偏光および他方の偏光に分離する偏光分離手段と、光源と偏光分離手段との間に設けられ、透過する光の波長に対して所定の位相差を発生させる偏光変換手段とを備えてなり、偏光分離手段における他方の偏光の出射面には、他方の偏光を反射する第１の反射手段が備えられ、光源の後方には、光を前方に反射する第２の反射手段が備えられ、一方の偏光は偏光分離手段から出射され、他方の偏光は第１の反射手段により反射され偏光変換手段を透過して第２の反射手段に入射され、再び前方に向けて反射され、前記偏光変換手段、前記偏光分離手段に順次入射されることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明の照明装置においては、光源から出射されたランダムな偏光を有する光（以後、非偏光と表記する。）が偏光変換手段に入射され、所定の位相差を持つ光に変換されて偏光分離手段に向けて出射される。偏光分離手段に入射された非偏光は、互いに直交する直線偏光である一方の偏光と他方の偏光とに分離され、一方の偏光は偏光分離手段から出射される。他方の偏光は、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射される。偏光変換手段を透過する際に他方の偏光は所定の位相差を持つ偏光に変換され、光源に向けて出射され、第２の反射手段に入射して再び前方に反射される。この前方に反射された光は、上述した光源から出射された非偏光と同じ経路を繰り返し伝搬する。
【００１０】
上記偏光分離手段から出射されなかった他方の偏光は、第１の反射手段および第２の反射手段の間を繰り返し反射される。他方の偏光は反射経路中に配置された偏光変換手段により変換されるため、その一部は一方の偏光に変換され、偏光分離手段で分離されて出射される。つまり、光源から出射された光から分離された一方の偏光と、他方の偏光が変換されて得られた一方の偏光とが同時に出射される。他方の偏光が旋光されて得られた一方の偏光が加わることにより、従来の照明装置の照度よりも高い照度を得ることができ、高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１１】
上記偏光分離手段は、分離した他方の偏光を前方に出射していないので他方の偏光用の出射面を設ける必要がなく、その入射面と出射面とを略同じ面積で形成することができる。つまり、偏光分離手段の面積と入射面の面積と出射面の面積とを略一致させることができ、従来のＰＢＳのようにＰＢＳに入射した光の略１／２がロスされることがない。偏光分離手段に入射された光はロスされることなく一方の偏光および他方の偏光に分離されるので、光源から出射された光を効率よく偏光変換することができる。さらに、従来のＰＢＳのように、光が入射する面に働きをなさない部分がないので、小型化を図ることができる。
【００１２】
また、光源の後方に第２の反射手段が配置されていることにより、偏光分離手段から出射されなかった他方の偏光は、第１の反射手段により反射されて、光源近傍に戻され、光源および第２の反射手段により前方に向けて反射されている。このことにより、光源近傍からは、光源からの非偏光と、光源および第２の反射手段により前方に向けて反射された偏光とが出射されていることになる。つまり、光源近傍の輝度を向上することができ、光源から出射された光の利用効率を向上させることができる。
【００１３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対して１／４波長の位相差を発生させる１／４波長板を備えることが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射した他方の偏光は、１／４波長の位相差を持つ偏光つまり円偏光に変換され、第２の反射手段に向けて出射される。第２の反射手段に入射した偏光は、前方に反射される際に逆回りの円偏光となり、再び偏光変換手段に入射する。偏光変換手段に入射した逆回りの円偏光は１／４波長の位相差を持つ偏光つまり一方の偏光に変換される。つまり、偏光分離手段で分離された他方の偏光は一方の偏光に変換され、偏光分離手段を透過して出射される。
このため、光源から出射された非偏光の略全てを一方の偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１４】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対してランダムな位相差を発生させるランダム位相差板を備えることが望ましい。
この構成によれば、第１の反射手段に反射され偏光変換手段に入射した他方の偏光は、ランダムな位相差を持つ偏光に変換され第２の反射手段に向けて出射される。第２の反射手段に入射した偏光は、前方に反射され、再び偏光変換手段に入射してさらにランダムな位相差を持つ偏光に変換され非偏光となる。つまり、光源から出射された時と同じ状態になり、再び偏光分離手段において一方の偏光および他方の偏光に分離される。
このため、上記過程を繰り返すことにより、光源から出射された非偏光の略全てを一方の偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１５】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光変換手段として、入射した偏光の波長に対して所定の位相差を発生させる位相差フィルムを備えることが望ましい。
この構成によれば、位相差フィルムはその厚さが薄くフィルム状であるため、配置するのにスペースを取らず、小型化を図りやすくなる。
また、偏光分離手段の非偏光が入射する面に、位相差フィルムを貼り付けることができるため、偏光分離手段と位相差フィルムとを同一部品として取り扱うことができ、照明装置を製造しやすくなる。
【００１６】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記偏光分離手段として、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を備えることが望ましい。
この構成によれば、ＰＢＳはもともと平板状の形状を有しているため、配置するのにスペースをとらず照明装置の小型化が図りやすくなる。
【００１７】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源と偏光変換手段との間に、光源からの出射光を平行光化する平行光化手段を備えることが望ましい。
この構成によれば、光源から出射され、平行光化手段を透過した光は平行光となるので、偏光変換手段および偏光分離手段を透過するときに光が漏れることがない。光が漏れることがないので、光源から出射された非偏光がロスされることなく一方の偏光に変換されて出射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１８】
また、上記光平行光化手段は、上記第１の反射手段に反射された光を光源上に集光する。光源の後方には第２の反射手段が配置されているので、光源上に集光された光は前方に反射される。つまり、第１の反射手段で反射された光を漏らすことなく再び前方に反射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００１９】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源として発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、以下ＬＥＤと略記する）を用いることができる。
現在、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の各色光について高出力のＬＥＤが提供されており、この種のＬＥＤをアレイ状に平面的にまたは曲面的に配列することができるため、光源の寸法を小さく収めることができる。そのため、本発明の照明装置に好適な光源を得ることができる。
また、ＬＥＤは、波長帯域の狭い単色の光を出射させることができるので、偏光変換手段は上記波長帯域の光だけを変換すれば良い。広帯域の波長の光を変換させる時と比べて、上記波長帯域の光だけを変換させる場合は、その変換量を調節しやすくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２０】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第２の反射手段の光源側の面が凹曲面状に形成されても良い。
この構成によれば、上記第２の反射手段に入射された光は、光源から出射された光および第１の反射手段に反射された光の区別なく、前方の偏光変換手段に向かって集光するように反射される。そのため、第２の反射手段から偏光変換手段に向かって伝搬する光のうち偏光変換手段に入射しない光の割合が少なくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２１】
上記の構成を実現するために、より具体的には、上記第２の反射手段の光源側の面が平面状に形成されても良い。
この構成によれば、光を反射する面が平面に形成されているので、加工、研磨などの工程に費やす労力が少なくて済み、製作を容易にすることができる。
【００２２】
上記の構成を実現するために、より具体的には、光源および第２の反射手段が、偏光変換手段および偏光分離手段の光軸からオフセットして配置され、第３の反射手段が前記光源の近傍に設けられ、第３の反射手段に第１の反射手段に反射された光が入射するように、第３の反射手段が配置されても良い。
この構成によれば、光源から出射され、第１の反射手段に反射された光は、光源が上記光軸に対してオフセットして配置されているので光源上には戻らず、第３の反射手段に入射される。第３の反射手段に入射された光は、その前方に光源などの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２３】
上記の構成を実現するために、より具体的には、第１の反射手段が、入射する光に対して傾斜角を持つように配置され、第３の反射手段が光源の近傍に設けられ、第３の反射手段に第１の反射手段に反射された光が入射するように、第３の反射手段が配置されても良い。
この構成によれば、光源から出射され、第１の反射手段に反射された光は、第１の反射手段が入射する光に対して傾斜角を持つように配置されているので光源上には戻らず、第３の反射手段に入射される。第３の反射手段に入射された光は、その前方に光源などの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００２４】
光源を備えた照明装置と、該照明装置からの光を変調する光変調手段と、該光変調手段によって変調された光を投射する投射手段とを備えた投射型表示装置の照明装置に、上記本発明の照明装置を備えることができる。
投射型表示装置の照明装置に上記照明装置が用いられることにより、投射型表示装置の小型化を図ることができるとともに、光源からの光を効率良く偏光変換して照度を高めることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
以下、本発明の第１の実施形態について図１および図２を参照して説明する。
図１は、本実施の形態の投射型表示装置１０の全体の概略を示す図である。
本実施の形態の投射型表示装置１０は、図１に示すように、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色光を出射可能な照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂと、照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射されたＲ、Ｇ、Ｂの色光に対応した液晶ライトバルブ（光変調手段）３１、３２、３３と、液晶ライトバルブ３１、３２、３３に変調された各色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３５と、合成された光束をスクリーンＳに投射する投射レンズ（投射手段）４１とから概略構成されている。
【００２６】
図２は、本実施の形態の照明装置１１ｇの概略を示す図であり、図３（ａ）は、ＬＥＤチップ周辺部の構成を示す縦断面の概略図であり、図３（ｂ）は、平面視したときの概略図である。
照明装置１１ｇと照明装置１１ｒ、１１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、まず照明装置１１ｇについて構成を説明する。その後、照明装置１１ｒ、１１ｂの構成のうち照明装置１１ｇと異なる部分の説明をする。
【００２７】
本実施の形態の照明装置１１ｇは、図１から図３に示すように、Ｇの色光を出射するＬＥＤチップ（光源）１２ｇと、光を前方に反射する第２のミラー（第２の反射手段）１３と、ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー１３を封止する樹脂からなる封止部１４と、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された光を略平行光化する非球面コリメータレンズ（平行光化手段）１５と、１／４波長の位相差を発生する１／４波長板（偏光変換手段）１６と、透過する光をｐ偏光およびｓ偏光に分離するＰＢＳ（偏光分離手段）１７ａと、分離されたｓ偏光を反射する第１のミラー（第１の反射手段）１８ａとから概略構成されている。
【００２８】
ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー１３は、その中心軸がシステム光軸Ｃと一致するように配置されている。
第２のミラー１３は、図３（ａ）に示すように、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属で作成され、ＬＥＤチップ１２ｇは第２のミラー１３上に載置されている。第２のミラー１３のＬＥＤチップ１２ｇを載置する面は、凹曲面状に形成されている。また、第２のミラー１３は、図３（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ１２ｇより大きく、かつ封止部１４より小さくなるように形成されている。
【００２９】
封止部１４の前端部は、図２に示すように、半球状に形成され、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された光を非球面コリメータレンズ１５へ集光する半球レンズ１９として構成されている。非球面コリメータレンズ１５および半球レンズ１９の光軸は、システム光軸Ｃと一致するように配置されている。
１／４波長板１６は、非球面コリメータレンズ１５とＰＢＳ１７ａとの間に設けられるとともに、ｐ偏光およびｓ偏光の偏光軸に対して、１／４波長板１６の光軸が略４５度傾くように配置されている。
【００３０】
ＰＢＳ１７ａは、図２に示すように、柱状の透光性部材２０、２０を組み合わせて略直方体となるように構成されている。ＰＢＳ１７ａのＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光が入射する面は、システム光軸Ｃに対して略垂直になるように配置され、柱状の透光性部材２０、２０の組み合わせ面は、システム光軸Ｃに対して略４５°の傾きを持つように構成されている。
この組合せ面には、ｐ偏光を透過してｓ偏光を反射する偏光分離膜２１が設けられている。
ＰＢＳ１７ａのＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光が入射する面に隣接する面であってｓ偏光が出射する面には、第１のミラー１８ａが設けられている。第１のミラー１８ａは、入射するｓ偏光に対して略垂直となるように配置されている。
【００３１】
次に、照明装置１１ｒ、１１ｂについて、照明装置１１ｇと異なる部分について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｂのＰＢＳ（偏光分離手段）１７ｂには、図１に示すように、ＬＥＤチップ（光源）１２ｒ、１２ｂから出射された非偏光が入射する面に対向する面に第１のミラー１８ｂが設けられている。第１のミラー（第１の反射手段）１８ｂは、入射するｐ偏光に対して略垂直となるように配置されている。
【００３２】
液晶ライトバルブ３１、３２、３３は液晶パネルと、入射側偏光板（図示せず）と、出射側偏光板（図示せず）とから構成され、液晶パネルには、画素スイッチング用素子として薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、以下、ＴＦＴと略記する）を用いたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードのアクティブマトリクス方式の透過型の液晶セルが使用されている。
クロスダイクロイックプリズム３５は４つの直角プリズムが貼り合わされ、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に形成されている。
【００３３】
次に、上記の構成からなる投射型表示装置１０における作用について説明する。
照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂからそれぞれ出射された色光Ｒ、Ｇ、Ｂは、図１に示すように、各色光に対応する液晶ライトバルブ３１、３２、３３に入射される。入射された各色光は液晶ライトバルブ３１、３２、３３により変調されてクロスダイクロイックプリズム３５に出射される。変調された各色光は、クロスダイクロイックプリズム３５において合成されて投射レンズ４１に出射される。投射レンズ４１は、合成された各色光をスクリーンＳに向かって拡大投射する。
【００３４】
次に、本発明の特徴部である照明装置１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける作用について説明する。
照明装置１１ｇの作用と照明装置１１ｒ、１１ｂとは略同一であるので、まず照明装置１１ｇの作用につき説明し、照明装置１１ｒ、１１ｂについてはその異なる点について説明する。
【００３５】
図１および図２に示すように、ＬＥＤチップ１２ｇから非偏光の色光Ｇが出射され、前方に伝搬した非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射される。ＬＥＤチップ１２ｇから後方に伝搬した非偏光は、第２のミラー１３の凹曲面状の面に入射し、前方の半球レンズ１９に向けて反射される。半球レンズ１９を透過した非偏光は、非球面コリメータレンズ１５に入射しシステム光軸Ｃと略平行に伝搬する略平行光に変換されて出射される。
【００３６】
略平行光化された非偏光は１／４波長板１６に入射する。入射した非偏光のうち、１／４波長板１６の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は元の偏光の偏光軸から１／４波長の位相差を持つ偏光に変換されて出射される。つまり、１／４波長板１６に入射した非偏光は、非偏光なまま出射される。
１／４波長板１６を出射した非偏光は、ＰＢＳ１７ａに入射し偏光分離膜２１においてｐ偏光およびｓ偏光に偏光分離される。ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。ｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射され、入射方向に対して略９０度方向に出射される。
【００３７】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａに略垂直に入射し、入射方向と略同じ方向に向けて反射される。反射されたｓ偏光は、さらに偏光分離膜２１に反射され、１／４波長板１６に向けて出射される。
１／４波長板１６に入射されたｓ偏光は、その偏光軸が１／４波長板１６の光軸に対して略４５度傾いているので、１／４波長板により偏光軸が回転する円偏光に変換される。
【００３８】
システム光軸Ｃと略平行な平行光である円偏光は、非球面コリメータレンズ１５により、半球レンズ１９を介してＬＥＤチップ１２ｇ近傍に集光される。集光された円偏光は、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。第２のミラー１３に反射されるときに、円偏光は偏光の回転方向が逆転して逆回りの円偏光に変換される。
【００３９】
逆回りの円偏光は、再び、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５を透過してシステム光軸Ｃと略平行に伝搬する平行光に変換され、１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射した逆回りの円偏光は、ｐ偏光に変換されてＰＢＳ１７ａに向けて出射される。ＰＢＳ１７ａに入射したｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。
【００４０】
照明装置１１ｒ、１１ｂは、照明装置１１ｇと比べてＰＢＳ１７ｂおよび第１のミラー１８ｂの配置関係のみが異なるので、ＰＢＳ１７ｂ周辺の作用の説明をする。
ＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｂから出射し、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５により略平行光化された非偏光は、１／４波長板１６を透過しＰＢＳ１７ｂに入射される。ＰＢＳ１７ｂに入射された非偏光は、偏光分離膜２１においてｐ偏光およびｓ偏光に分離偏光される。
【００４１】
ｓ偏光は、偏光分離膜２１より入射方向に対して略９０度方向に反射され、液晶ライトバルブ３１、３３に向けて出射される。ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、第１のミラー１７ｂに略垂直に入射する。第１のミラー１７ｂに入射したｐ偏光は、入射方向と略同じ方向に向けて反射され、偏光分離膜２１を透過して１／４波長板１６に入射される。
１／４波長板１６に入射されたｐ偏光は、その偏光軸が１／４波長板１６の光軸に対して略４５度傾いているので、１／４波長板により円偏光に変換される。
【００４２】
円偏光は、非球面コリメータレンズ１５等を介してＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｂ近傍に集光され、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。円偏光は、第２のミラー１３に反射されるときに、偏光の回転方向が逆転して逆回りの円偏光に変換される。
【００４３】
逆回りの円偏光は、再び非球面コリメータレンズ１５等を透過して平行光化され、１／４波長板１６に入射される。１／４波長板１６に入射した逆回りの円偏光は、ｓ偏光に変換されてＰＢＳ１７ｂに向けて出射される。ＰＢＳ１７ｂに入射したｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射されて液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。
【００４４】
上記の構成によれば、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）は、分離したｓ偏光（ｐ偏光）を液晶ライトバルブ３２（３１、３３）に向けて出射していないのでｓ偏光（ｐ偏光）用の出射面を設ける必要がなく、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）の入射面と出射面とを略同じ面積で形成することができる。
つまり、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）に入射された光はロスされることなくＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）内部に入射され偏光分離膜２１によりｐ偏光およびｓ偏光に分離されるので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された光を効率よく偏光変換することができる。
さらに、従来のＰＢＳのように、ＰＢＳの光入射面側に光が入射しない面がないので、小型化を図りやすくなる。
【００４５】
ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）から出射されなかったｓ偏光（ｐ偏光）は、第１のミラー１８ａ（１８ｂ）により反射されて、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍に戻され、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）および第２のミラー１３により前方に向けて反射されている。このことにより、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍からは、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）からの非偏光と、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）および第２のミラー１３により前方に向けて反射された偏光とが出射されていることになる。
つまり、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）近傍の輝度を向上させることができる。
【００４６】
また、ＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）から出射されなかったｓ偏光（ｐ偏光）は、第１のミラー１８ａ（１８ｂ）および第２のミラー１３により反射される伝搬経路中に配置された１／４波長板１６を２回透過することと、第２のミラー１３に反射されることにより、偏光の偏光軸が１／２波長の位相差を持つｐ偏光（ｓ偏光）に変換される。
このため、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光の略全てをｐ偏光（ｓ偏光）として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４７】
非球面コリメートレンズ１５が配置されているので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光は平行光となるので、１／４波長板１６およびＰＢＳ１７ａ（１７ｂ）を透過するときに光が漏れることがない。光が漏れることがないので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光がロスされることなくｐ偏光（ｓ偏光）に変換されて出射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４８】
また、非球面コリメートレンズ１５は、第１のミラー１８ａ、１８ｂに反射された光をＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）上に集光する。ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）の後方には第２のミラー１３が配置されているので、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）上に集光された光は前方に反射される。つまり、第１のミラー１８ａ、１８ｂで反射された光を漏らすことなく再び前方に反射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００４９】
ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）は、波長帯域の狭い単色の光を出射させることができるので、１／４波長板１６は上記波長帯域の光だけを変換すれば良い。広帯域の波長の光を変換する時と比べて、上記波長帯域の光だけを変換する場合は、所望の偏光変換が行える、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５０】
第２のミラー１３に入射された光は、ＬＥＤチップ１２ｇ（１２ｒ、１２ｂ）から出射された非偏光および第１のミラー１８ａ、１８ｂに反射された偏光の区別なく、前方の１／４波長板１６に向かって集光するように反射される。そのため、第２のミラー１３から１／４波長板１６に向かって伝搬する光のうち１／４波長板１６に入射しない光の割合が少なくなり、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について図４から図６を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図４から図６を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図４は、本実施の形態の照明装置５１ｇの概略を示す図であり、図５は、本実施の形態の照明装置５１ｒ、５１ｂの概略を示す図であり、図６は、本実施の形態のランダム位相差板の拡大断面図である。
照明装置５１ｇと照明装置５１ｒ、５１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置５１ｒ、５１ｂの構成については、図５を示してその説明を省略する。
【００５２】
照明装置５１ｇには、図４に示すように、非球面コリメータレンズ１５とＰＢＳ１７ａとの間にランダム位相差板（偏光変換手段）５２が設けられている。
ランダム位相差板５２は複屈折材料からなり、図６に示すように、非球面コリメータレンズ１５側の面５３ａは平らに形成され、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂ側の面５３ｂには、深さの異なる凹部形状が形成されている。そのため、ランダム位相差板５２の板厚はランダムに形成されている。
【００５３】
次に、上記の構成からなる照明装置５１ｒ、５１ｇ、５１ｂにおける作用について説明する。
照明装置５１ｇの作用と照明装置５１ｒ、５１ｂとは略同一であるので、まず照明装置５１ｇの作用につき説明し、照明装置５１ｒ、５１ｂについては図５を示し、その説明を省略する。
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５に入射し略平行光化されて出射される。
【００５４】
略平行光化された非偏光はランダム波長板５２に入射して、ランダム波長板５２の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は入射した場所の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
ランダム波長板５２を出射した非偏光は、ＰＢＳ１７ａに入射して、ｐ偏光は、偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は、偏光分離膜２１に反射され、入射方向に対して略９０度方向に出射される。
【００５５】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａにより、入射方向と略同じ方向に向けて反射され、偏光分離膜２１に反射されてランダム波長板５２に向けて出射される。ランダム波長板５２に入射されたｓ偏光は、入射した場所の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されてランダムな偏光からなる非偏光に変換される。
【００５６】
変換された非偏光は、非球面コリメータレンズ１５により、半球レンズ１９を介してＬＥＤチップ１２ｒ近傍に集光され、第２のミラー１３に入射して半球レンズ１９方向に反射される。
反射された非偏光は、再び、半球レンズ１９および非球面コリメータレンズ１５を透過して平行光化され、ランダム波長板５２に入射される。ランダム波長板５２に入射した非偏光は、再び入射した地点の板厚に応じた位相差を持つ偏光に変換されてＰＢＳ１７ａに向けて出射される。ＰＢＳ１７ａに入射した非偏光は、偏光分離膜２１により、ｐ偏光およびｓ偏光に偏光分離され、ｐ偏光はＰＢＳ１７ａを透過して液晶ライトバルブ３２に向けて出射される。ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、上述した過程を繰り返す。
【００５７】
上記の構成によれば、第１のミラー１８ａに反射されランダム波長板５２に入射したｓ偏光は、ランダムな位相差を持つ偏光に変換され第２のミラー１３に向けて出射される。第２のミラー１３に入射した偏光は、前方に反射され、再びランダム波長板５２に入射してさらにランダムな位相差を持つ偏光に変換され非偏光となる。つまり、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された時と同じ状態になり、再びランダム波長板５２においてｐ偏光およびｓ偏光に分離される。上記過程を繰り返すことにより、ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光の略全てをｐ偏光として出射させることができるので、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００５８】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について図７および図８を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図７および図８を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
【００５９】
図７（ａ）は、本実施の形態の照明装置６１ｇの概略を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視図であり、図８は、本実施の形態の照明装置６１ｒ、６１ｂの概略を示す図である。
照明装置６１ｇと照明装置６１ｒ、６１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置６１ｒ、６１ｂの構成については、図８を示してその説明を省略する。
【００６０】
照明装置６１ｇは、図７（ａ）に示すように、非球面コリメータレンズ１５および半球レンズ１９が、それらの光軸とシステム光軸Ｃとが一致するように配置されている。
ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー（第２の反射手段）６２は、システム光軸Ｃに対してオフセットされて配置され、ＬＥＤチップ１２ｇおよび第２のミラー６２のシステム光軸Ｃに対して軸対称となる位置に第３のミラー６３が配置されている。
【００６１】
第３のミラー６３は、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属からなり、半球レンズ１９側の面が平らな反射面として形成されているとともに、システム光軸Ｃに対して略直角に配置されている。
ＰＢＳ１７ａの非球面コリメータレンズ１５側の面には、位相差フィルム（偏光変換手段）６４が貼り付けられている。
【００６２】
次に、上記の構成からなる照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂにおける作用について説明する。
照明装置６１ｇの作用と照明装置６１ｒ、６１ｂとは略同一であるので、まず照明装置６１ｇの作用につき説明し、照明装置６１ｒ、６１ｂについては図８を示し、その説明を省略する。
【００６３】
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５に入射される。非球面コリメータレンズ１５に入射された非偏光は、ＬＥＤチップ１２ｇがシステム光軸Ｃに対してオフセットされているため、システム光軸Ｃに対して角度ａ１を持つ平行光として出射される。
【００６４】
非球面コリメータレンズ１５から出射された非偏光は位相差フィルム６４に入射して、位相差フィルム６４の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は偏光の波長に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
位相差フィルム６４から出射された非偏光は、ＰＢＳ１７ａにおいて偏光分離され、ｐ偏光は偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、入射角に応じた出射角で出射される。
【００６５】
ｓ偏光は、第１のミラー１８ａにより、入射角に応じた出射角で反射され、位相差フィルム６４に向けて出射される。位相差フィルム６４に向けて出射されたｓ偏光は、システム光軸Ｃに対して角度ａ２（角度ａ１と同じ角度で逆傾斜）を持つ平行光として出射され、位相差フィルム６４において、偏光の波長に応じた位相差を持つ非偏光に変換されて出射される。
【００６６】
位相差フィルム６４から出射された平行光は、非球面コリメートレンズ１５に入射し、システム光軸Ｃに対して角度ａ２を持つため、球面レンズ１９を介して第３のミラー６３に集光される。
第３のミラー６３に入射した非偏光は、その入射角に応じた反射角度で反射され、球面レンズ１９、非球面コリメートレンズ１５を透過してシステム光軸Ｃに対して角度ａ１を持つ平行光として出射される。
【００６７】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｇから出射され、第１のミラー１８ａに反射された光は、ＬＥＤチップ１２ｇがシステム光軸Ｃに対してオフセットして配置されているのでＬＥＤチップ１２ｇ上には戻らず、第３のミラー６３に入射される。第３のミラー６３に入射された光は、その前方にＬＥＤチップ１２ｇなどの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００６８】
位相差フィルム６４はその厚さが薄くフィルム状であるため、配置するのにスペースを取らず、照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂの小型化を図りやすくなる。
また、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂの非偏光が入射する面に、位相差フィルム６４を貼り付けるため、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂと位相差フィルム６４とを同一部品として取り扱うことができ、照明装置６１ｒ、６１ｇ、６１ｂを製造しやすくなる。
【００６９】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態について図９および図１０を参照して説明する。
本実施の形態の投射型表示装置の基本構成は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形態とは、照明装置が異なっている。よって、本実施の形態においては、図９および図１０を用いて照明装置周辺のみを説明し、液晶ライトバルブ等の説明を省略する。
図９（ａ）は、本実施の形態の照明装置７１ｇの概略を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視図であり、図１０は、本実施の形態の照明装置７１ｒ、７１ｂの概略を示す図である。
照明装置７１ｇと照明装置７１ｒ、７１ｂとは、その構成要素であるＰＢＳと第１のミラーとの配置が異なるだけであるので、照明装置７１ｒ、７１ｂの構成については、図１０を示してその説明を省略する。
【００７０】
照明装置７１ｇは、図９（ａ）に示すように、ＰＢＳ１７ａの非偏光が入射する面に隣接した面に第１のミラー（第１の反射手段）７２ａが設けられ、第１のミラー７２ａは、システム光軸Ｃに対して傾斜角を持つように配置されている。
ＬＥＤチップ１２ｇの周囲には、第３のミラー（第３の反射手段）７３が設けられている。第３のミラー７３は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミ、銀、または金などの反射率の高い金属からなり、半球レンズ１９側の面が平らな反射面として形成されているとともに、システム光軸Ｃに対して略直角に配置されている。
【００７１】
次に、上記の構成からなる照明装置７１ｒ、７１ｇ、７１ｂにおける作用について説明する。
照明装置７１ｇの作用と照明装置７１ｒ、７１ｂとは略同一であるので、まず照明装置７１ｇの作用につき説明し、照明装置７１ｒ、７１ｂについては図１０を示し、その説明を省略する。
ＬＥＤチップ１２ｇから出射された非偏光は、半球レンズ１９を透過して封止部１４の外部に出射され、非球面コリメータレンズ１５により、システム光軸Ｃと略平行な平行光として出射される。
【００７２】
非球面コリメータレンズ１５から出射された非偏光は位相差フィルム６４に入射して、位相差フィルム６４の光軸と偏光軸が一致する偏光はそのまま透過し、それ以外の偏光は偏光の波長に応じた位相差を持つ偏光に変換されて出射される。
位相差フィルム６４から出射された非偏光は、ＰＢＳ１７ａにおいて偏光分離され、ｐ偏光は偏光分離膜２１を透過して、液晶ライトバルブ３２に向けて出射され、ｓ偏光は偏光分離膜２１に反射され、システム光軸Ｃに対して略９０度方向に出射される。
【００７３】
ｓ偏光は、第１のミラー７２ａに入射し、入射角に応じた出射角で反射され、偏光分離膜２１で位相差フィルム６４に向けて反射されて平行光として出射される。ＰＢＳ１７ａから出射されたｓ偏光は、位相差フィルム６４において、偏光の波長に応じた位相差を持つ非偏光に変換されて出射される。
【００７４】
位相差フィルム６４から出射された平行光は、非球面コリメートレンズ１５に入射し、球面レンズ１９を介して第３のミラー７３に集光される。
第３のミラー７３に入射した非偏光は、その入射角に応じた反射角度で反射され、球面レンズ１９、非球面コリメートレンズ１５を透過して位相差フィルム６４に向けて出射される。
【００７５】
上記の構成によれば、ＬＥＤチップ１２ｇから出射され、第１のミラー７２ａに反射された光は、第１のミラー７２ａが入射する光に対して傾斜角を持つように配置されているのでＬＥＤチップ１２ｇ上には戻らず、第３のミラー７３に入射される。第３のミラー７３に入射された光は、その前方にＬＥＤチップ１２ｇなどの光を吸収、散乱する要素がないため、その強度が弱められることなく前方に反射され、より高効率な偏光変換を行うことができる。
【００７６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、光源がＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂより構成されているものに適応して説明したが、このＬＥＤチップ１２ｒ、１２ｇ、１２ｂより構成されているものに限られることなく、レーザや、ランプ等、その他各種の光源に適応することができるものである。
【００７７】
また、上記の実施の形態においては、ランダム位相差板５２をその板厚がランダムな複屈折材料からなるものに適応して説明したが、この板厚がランダムな複屈折材料からなるものに限られることなく、高次の１／４波長板などに適応することができるものである。
高次の１／４波長板は、設計波長の光に対しては１／４波長の位相差を発生させられる。しかし、波長帯域の広い光、つまり設計波長以外の光に対しては、１／４波長の位相差を発生できない。そのため、高次の１／４波長板は、波長帯全体でみるとランダムな偏光状態を作ることができる。
【００７８】
また、上記の実施の形態においては、第１のミラー７２ａ、７２ｂがＰＢＳ１７ａ、１７ｂから離れ独立したミラーから構成されたものに適応して説明したが、このＰＢＳ１７ａ、１７ｂから離れ独立したミラーから構成されたものに限られることなく、ＰＢＳ１７ａ、１７ｂの一面を傾けて研磨してミラーを構成したものなど、その他各種のミラーから構成することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による照明装置の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による照明装置の拡大断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による照明装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１０・・・投射型表示装置、  １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、５１ｒ、５１ｇ、５１ｂ・・・照明装置、  １２ｒ、１２ｇ、１２ｂ・・・ＬＥＤチップ（光源）、  １３・・・第２のミラー（第２の反射手段）、  １５・・・非球面コリメータレンズ（平行光化手段）、  １６・・・１／４波長板（偏光変換手段）、  １７ａ、１７ｂ・・・ＰＢＳ（偏光分離手段）、  １８ａ、１８ｂ・・・第１のミラー（第１の反射手段）、  ３１、３２、３３・・・液晶ライトバルブ（光変調手段）、  ４１・・・投射レンズ（投射手段）、  ５２・・・ランダム位相差板（偏光変換手段）、  ６２・・・第２のミラー（第２の反射手段）、  ６４・・・位相差フィルム（偏光変換手段）、  ７２ａ、７２ｂ・・・第１のミラー（第１の反射手段）、  ７３・・・第３のミラー（第３の反射手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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