(57)【要約】【課題】  液晶表示装置では、照明光学装置により所定方向の偏光を生成し、該偏光を利用して映像を液晶表示しているが、従来の照明光学装置は、複数個のレンズアレイや、そのアレイに対応させたアレイ状偏光変換素子で構成していたので、構成が複雑でありコストが高かった。【解決手段】  光源１の光を反射鏡２や集光レンズ５１により点状に集光し、その集光点の近くに四角注状のロッドレンズ５２の一方の端面（入射面５３）を位置せしめる。その中を全反射しつつ通過した光は、偏光分離膜５６，反射膜５７を具えたＰＢＳプリズム５５で偏光され、一方を位相差板５９を通すことにより同種の偏光に揃えられる。２つの光路による像は、光路長補正レンズおよび重ね合せレンズの作用により、液晶表示素子の位置においては像がズレないようにされる。この構成は従来より単純で、コストも安い。【選択図】        図１
2005062636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光学装置より得た所定方向の偏光を、信号に応じて映像を生成する透過型液晶表示素子に供給し、スクリーンに映像を投射する液晶表示装置において、
前記照明光学装置を、
光源と、
該光源からの光を点状に集める集光手段と、
一方の端面が前記集光手段により光が集められた集光点近傍に位置せしめられて入射面とされ、他方の端面が出射面とされ、該出射面の縦と横の比が前記透過型液晶表示素子の有効面の縦と横の比に略等しくされた四角柱の形状をし、該四角柱の中心軸方向が前記光源と前記集光点とを結ぶ方向となるよう配設されたロッドレンズと、
該ロッドレンズからの光を第１の種類の偏光は透過させ、それと直交する第２の種類の偏光は反射する偏光分離膜と、該偏光分離膜から反射される第２の種類の偏光を受け、前記第１の種類の偏光が透過して行く方向と同方向へ反射する反射膜とを具備するＰＢＳプリズムと、前記偏光分離膜からの透過光または前記反射膜からの反射光のいずれか一方の光路中に挿設され、偏光の種類を他方の光路の種類と同じものにする位相差板とから成る偏光生成手段と、
該偏光生成手段から出て来る２つの光路の光の像が、前記透過型液晶表示素子上にて重ね合わされるよう調整する像位置調整手段と
を具えるよう構成したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記集光手段を、
前記光源からの光を反射する反射鏡と、
該反射鏡からの光を集光する集光レンズと
を具えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記集光手段を、
鏡面が回転楕円体とされ、前記光源からの光を反射光が一点に集まるよう反射する反射鏡を具えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記ロッドレンズの支持を、
該ロッドレンズの両方の端面に接着した、該端面より面積大なる透明平板材を支持することにより行うようにした
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記ＰＢＳプリズムを、
前記偏光分離膜および前記反射膜を間隔を置いて透明部材で挟持し一体となる
よう構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記位相差板として、
水晶で出来たものを用いる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記像位置調整手段を、
前記偏光生成手段から出て来る２つの光の光路長を補正する光路長補正手段と、
該光路長補正手段からの光が入射される重ね合せレンズと
を具えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記像位置調整手段を、
前記偏光生成手段から出て来る２つの光路長を補正するため、２つの光路あるいはいずれか一方の光路に挿設した光路長補正レンズと、
該光路長補正レンズをその光軸に対して垂直な面内に移動し得るレンズ移動機構と、
重ね合せレンズをその光軸に対して垂直な面内に移動し得るレンズ移動機構と
を具えるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】
透明部材として屈折率Ｎｄが１．５以上で且つ１．５５以下のガラスを使用すると共に、ロッドレンズの中心軸の方向と偏光分離膜に対する法線とのなす角度を４７度以上で且つ５３度以下となるように構成したことを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を偏光し、該偏光を利用して映像を液晶表示する液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像表示素子として偏光方向の揃った偏光を利用する液晶表示素子を用いている液晶表示装置では、液晶表示素子の照明領域を均一に照明するために２枚のレンズアレイを用いると共に、光源から１種類の偏光を効率よく取り出すために、レンズアレイのアレイに対応させたアレイ状の偏光変換素子を用いた照明光学装置が用いられている。
このような照明光学装置に関する文献としては、例えば特開平８−３０４７３９号公報がある。
【０００３】
図２は、そのような照明光学装置を用いた従来の液晶表示装置を示す図である。図２において、１は光源、２は反射鏡、３Ａは第１レンズアレイ、３Ｂは第２レンズアレイ、４は偏光変換素子、５は重ね合せレンズ、６はスクリーン、７は投射レンズ、８は色合成プリズム、９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは出射側偏光板、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは液晶表示素子、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは入射側偏光板、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはコンデンサレンズ、１３〜１５は全反射ミラー、１６，１７はダイクロイックミラー、１８は第１リレーレンズ、１９は第２リレーレンズ、５０は照明光学装置、１００は液晶表示装置である。
液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、信号に応じて映像を生成する透過型液晶表示素子である（なお、以後の説明において、液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを代表して指す場合、単に液晶表示素子１０と表示することもある。）。
【０００４】
光源１，反射鏡２，第１レンズアレイ３Ａ，第２レンズアレイ３Ｂ，偏光変換素子４および集光レンズ５は、照明光学装置５０を構成している。この照明光学装置５０は、液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを均一に照射するような偏光を供給する。
光源１から出射し、反射鏡２で反射した光は、第１レンズアレイ３Ａに入射する。第１レンズアレイ３Ａは、入射した光束をマトリックス状に配置された複数のレンズセルで複数の光束に分割して、効率よく第２レンズアレイ３Ｂと偏光変換素子４とを通過するように導く。
【０００５】
第２レンズアレイ３Ｂは、第１レンズアレイ３Ａと同様に、マトリックス状に配置された複数のレンズセルを持っており、各レンズセルは、対応する第１レンズアレイ３Ａのレンズセルの形状を、液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ側に重畳して投影する。これにより、第１レンズアレイ３Ａと第２レンズアレイ３Ｂは、均一照明を行う。
偏光変換素子４は偏光変換ユニットがアレイ状に配列された素子であるが、第２レンズアレイ３Ｂからの光を、所定の直線偏光に揃える。そして、第１レンズアレイ３Ａの各レンズセルの投影像（即ち光源像）は、重ね合せレンズ５の作用により、液晶表示素子１０上で重ね合わされる。
照明光学装置５０を出た光は、その後コンデンサレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ、第１リレーレンズ１８，第２リレーレンズ１９を経て、各液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ上に供給され、均一照明の映像とされる。
【０００６】
この過程で、光源１により出射された白色光は、ダイクロイックミラー１６，１７により、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３原色に分離され、それぞれ対応する液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに照射される。なお、ここでは、ダイクロイックミラー１６は赤反射緑青透過特性のミラーであり、ダイクロイックミラー１７は緑反射青透過特性のミラーである。
各液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂには、入射側に入射側偏光板１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂが、出射側に出射側偏光板９Ｒ，９Ｇ，９Ｂが備えられている。これらは、映像信号に応じて画素ごとに光の濃淡を変える光強度変調を行い、映像（光学像）を形成する。
【０００７】
液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにより形成された映像（光学像）は、色合成プリズム８によって色合成され、更に、投射レンズ７によってスクリーン６上へと投射され、大画面映像を得ることが出来る。
なお、第１リレーレンズ１８と第２リレーレンズ１９は、光路長の差を補正するために介挿される。なぜなら、照明光学装置５０から液晶表示素子１０Ｂまでの光路長は、液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇまでの光路長に比し長くなっているので、それを補正する必要があるからである。
【０００８】
コンデンサレンズ１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂは、液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ通過後に光線が広がらないように事前に抑え、投射レンズ７によって効率のよい投射を実現するためのものである。全反射ミラー１３は、Ｒ光を折り曲げて液晶表示素子１０Ｒに導き、全反射ミラー１４と１５は、Ｂ光を折り曲げて液晶表示素子１０Ｂに導く。
以上のように構成された液晶表示装置は、小型であることとか、明るい画像が得られること等が特に要求される。従って、近年、液晶表示素子自体の小型化が進むとともに、光源から出射される光量も増加され、各光学部品に入射する単位面積当たりの光量が増加している。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−３０４７３９号公報
【特許文献２】特開２０００−３４７１５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
（問題点）
しかしながら、前記した従来の液晶表示装置には、それに組み込まれる照明光学装置の構成が複雑であり、製造コストが高いという問題点があった。
（問題点の説明）
液晶表示装置では、投射された画像が高輝度で、且つ画面の周辺部まで明るいことが要求される。それを実現するために、反射鏡で反射された段階では略円形で強度分布が均一ではない光を、液晶表示素子の有効面と略同サイズで且つ面内光強度が均一な矩形照射光に変換することや、反射鏡で反射された状態の光（これは無偏光の光）を、所定の直線偏光に変換することが必要とされる。
従来の液晶表示装置における照明光学装置では、第１，第２のレンズアレイや、偏光変換素子等を用いることにより、それらのことを実現していたわけであるが、これらの構成部品は、アレイ状に形成されるなどして形状が複雑であり、必然的に製造コストが高いものとなっていた。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明では、照明光学装置より得た所定方向の偏光を、信号に応じて映像を生成する透過型液晶表示素子に供給し、スクリーンに映像を投射する液晶表示装置において、前記照明光学装置を、光源と、該光源からの光を点状に集める集光手段と、一方の端面が前記集光手段により光が集められた集光点近傍に位置せしめられて入射面とされ、他方の端面が出射面とされ、該出射面の縦と横の比が前記透過型液晶表示素子の有効面の縦と横の比に略等しくされた四角柱の形状をし、該四角柱の中心軸方向が前記光源と前記集光点とを結ぶ方向となるよう配設されたロッドレンズと、該ロッドレンズからの光を第１の種類の偏光は透過させ、それと直交する第２の種類の偏光は反射する偏光分離膜と、該偏光分離膜から反射される第２の種類の偏光を受け、前記第１の種類の偏光が透過して行く方向と同方向へ反射する反射膜とを具備するＰＢＳプリズムと、前記偏光分離膜からの透過光または前記反射膜からの反射光のいずれか一方の光路中に挿設され、偏光の種類を他方の光路の種類と同じものにする位相差板とから成る偏光生成手段と、該偏光生成手段から出て来る２つの光路の光の像が、前記透過型液晶表示素子上にて重ね合わされるよう調整する像位置調整手段とを具えるよう構成することとした。
【００１２】
前記集光手段は、前記光源からの光を反射する反射鏡と、該反射鏡からの光を集光する集光レンズとを具えるよう構成することも出来るし、鏡面が回転楕円体とされ、前記光源からの光を反射光が一点に集まるよう反射する反射鏡を具えるよう構成することも出来る。
前記ロッドレンズの支持は、その両方の端面に接着した、該端面より面積大なる透明平板材を支持することにより行うようにすることが望ましい。
前記ＰＢＳプリズムは、前記偏光分離膜および前記反射膜を間隔を置いて透明部材で挟持し一体となるよう構成することが出来る。
前記位相差板としては水晶で出来たものを用いる。
【００１３】
また、前記像位置調整手段は、前記偏光生成手段から出て来る２つの光の光路長を補正する光路長補正手段と、該光路長補正手段からの光が入射される重ね合せレンズとを具えるよう構成することも出来るし、前記偏光生成手段から出て来る２つの光路長を補正するため、２つの光路あるいはいずれか一方の光路に挿設した光路長補正レンズと、該光路長補正レンズをその光軸に対して垂直な面内に移動し得るレンズ移動機構と、重ね合せレンズをその光軸に対して垂直な面内に移動し得るレンズ移動機構とを具えるよう構成することも出来る。
更に、前記したＰＢＳプリズムを構成するに際しては、透明部材として屈折率Ｎｄ（＝波長５８９．２９ｎｍの光での屈折率）が１．５以上で且つ１．５５以下のガラスを使用すると共に、ロッドレンズの中心軸の方向と偏光分離膜に対する法線とのなす角度を、４７度以上で且つ５３度以下となるような構成にすることが出来る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液晶表示装置によれば、その照明光学装置の部分を、四角柱状のロッドレンズとか、偏光分離膜と反射膜とを１組だけ具えたＰＢＳプリズム等を用いて構成するようにしているので、高価な２つのレンズアレイやアレイ状の偏光変換素子を用いて構成していた従来例に比べ、コストが安くなる。また、構成も単純なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置を示す図である。符号は図２のものに対応し、２０は集光手段、２１は集光点、２２は偏光生成手段、２３は像位置調整手段、５１は集光レンズ、５２はロッドレンズ、５３は入射面、５４は出射面、５５はＰＢＳプリズム、５６は偏光分離膜、５７は反射膜、５８は透明部材、５９は位相差板、６０，６１は光路長補正レンズ、６２は重ね合せレンズである。
図２と同じ符号の部分は、図２のものと同様の動作をし同様の機能を果たすので、それらの説明は省略する。
【００１６】
ロッドレンズ５２は、四角柱状のガラスで出来たレンズである。その一方の端面（入射面５３）から入射した光は、内部で反射を繰り返しつつ進行し、他方の端面（出射面５４）から出射する。
ＰＢＳプリズム５５（ＰＢＳ…Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）は、透明部材５８でそれぞれ挟まれた偏光分離膜５６と反射膜５７とを具備し、光を直線偏光に変換するものである。
位相差板５８は、入射された偏光を９０度回転させる機能を有するものである。
光路長補正レンズ６０，６１は、光路長差を補正するためのレンズである。
重ね合せレンズ６２は、２つの光路の像を、液晶表示素子１０上では重なるようにするためのものである。
【００１７】
さて、本発明の液晶表示装置の照明光学装置５０では、光源１と反射鏡２の次段に集光レンズ５１が配置され、以下、ロッドレンズ５２，ＰＢＳプリズム５５，位相差板５９，光路長補正レンズ６０，６１，重ね合せレンズ６２の順に配置される。
光源１から発した光は、反射鏡２と集光レンズ５１とで構成される集光手段２０により、集光される。即ち、先ず反射鏡２で集光レンズ５１側に反射され、その反射光は、集光レンズ５１により集光される。２１はその集光点である。その集光点２１が、ロッドレンズ５２の入射面５３上に位置するよう、集光レンズ５１の曲率，ロッドレンズ５２との間隔等が決定される。
なお、集光手段としては、他の手段を用いることも出来る。例えば、楕円回転体の反射鏡を用いてもよい。その場合には、楕円の焦点に相当する位置に集光されるので、そこにロッドレンズ５２の入射面５３を位置せしめればよい。
【００１８】
図３は、ロッドレンズ５２を示す図である。４角柱状のガラスの一方の端面である入射面５３から所定範囲の角度で入射した光は、４角柱の内壁面で全反射を繰り返しつつ進行し、他方の端面である出射面５４から出射する。全反射するか否かは、周知のように、ロッドレンズ５２の屈折率や壁面に接している部材（例、空気）の屈折率にも依存している（屈折率の差が大であることが必要）。内壁面での反射には、ロッドレンズ５２の支持の仕方も影響して来る。
【００１９】
ロッドレンズ５２の入射面５３と出射面５４とは、同じ大きさにされない場合もある。即ち、入射面５３の方が少し大きくされたり、出射面５４の方が少し大きくされたりすることがある（つまり、側面はテーパが付いたものとされる）。そのような場合は、厳密に言えば四角柱とは言えないかも知れないが全体として一見した場合四角柱と見えるので、本発明ではそのような場合の形状をも含めて「四角柱」と言うことにする。
入射面５３の方を少し大きくする場合の狙いの１つは、集光手段２０からの光を出来るだけ受容しようという点にある。集光手段２０では一応点状に集光するわけであるが、その点が入射面５３内にすっぽりと入ってくれないことも考えられる。もし点の大きさが大きいと、入射面５３よりはみ出す部分が出て来て、その部分の光は失うことになるが、入射面５３を少し大にしておくと、それをも受容することが出来る。
一方、出射面５４の方を少し大きくした場合、反射面である内壁面は、先に進むにつれて中心軸から離れるようなテーパが付けられていることになるので、出射光の角度は小さくなる。これをうまく利用して設計に生かした場合には、関連する部品を小型化出来たり、ＰＢＳプリズム５５での変換効率が向上出来たりすることもある。
なお、ロッドレンズ５２の出射面５４の縦と横の比は、照射することになる液晶表示素子１０の有効面の縦と横の比に略等しいものとしておく（液晶表示素子の有効面とは、液晶表示素子の面の内、入射して来た光を変調することが出来る範囲の面のことである。）。
【００２０】
図４は、ロッドレンズ５２の悪い支持例を示す図である。図３において、６３はホルダー、６４は支持材、６５は入射光線、６６は反射光線、６７は透過光線、Ｐ，Ｑは反射点である。この例の場合、ロッドレンズ５２は、その両端側面に支持材６４が当てがわれ、該支持材６４を介してホルダー６３に支持されている。即ち、ロッドレンズ５２の両端側面は支持材６４に接しており、それ以外の側面は空気に接している。
【００２１】
全反射し得るところの所定範囲の角度で入射し、右方から左方へ反射しながら進行して来た光は、反射点ＰやＱで反射する。反射点Ｐが位置する境界面は、ロッドレンズ５２の材質であるガラスと外界の空気とが接している面であるので全反射する。しかし、反射点Ｑが位置する境界面は、ガラスと支持材６４とが接している面であるので、支持材６４の屈折率によっては全反射しないことがある。
支持材６４としては、例えば合成樹脂材等が考えられるが、その屈折率は空気の屈折率とは異なる。ガラスの屈折率との差が小であると全反射しなくなり、図４に示すように、入射光線６５の一部は透過光線６７となって支持材６４中に透過して行き、残りが反射光線６６となる。これでは、光が途中で一部失われてしまうことになるから、好ましくない。
【００２２】
図５は、ロッドレンズ５２の良い支持例を示す図である。符号は図４のものに対応し、６８は支持用ガラスである。この例の場合、ロッドレンズ５２は、その両端面に、ロッドレンズ５２と同じガラス材であって、且つロッドレンズ５２の断面よりも大きい断面の支持用ガラス６８を接着し、その支持用ガラス６８を介してホルダー６３に支持されている。従って、ロッドレンズ５２の側面は全て空気に接している。
このようにされているから、全反射し得るところの所定範囲の角度で入射し、右方から左方へ反射しながら進行して来た光は、内壁面のどの点でも（反射点Ｐでも反射点Ｑでも）全反射する。よって、光が途中で一部失われてしまうことがなく、好ましい支持の仕方である。
【００２３】
なお、出射面５４に到達するまでの全反射回数が多いほど、出射面５４における光線密度は均一になるが、液晶表示装置での実際の使用上差し支えない程度の均一性を得る反射回数は、実験等によって求めることが出来る。ロッドレンズ５２の長さは、そのようなことも考慮に入れて決定される。
【００２４】
図１に戻るが、ロッドレンズ５２から出た光は、偏光生成手段２２に入射される。偏光生成手段２２は、ＰＢＳプリズム５５，位相差板５９により構成され、無偏光の光より同じ種類の偏光を生成する。
ロッドレンズ５２から出て来る光は無偏光の光であるので、先ずこれをＰＢＳプリズム５５に入射させ、液晶表示素子１０に対して必要とされる偏光に変換する。なお、鉛直方向に振動する偏光をＳ偏光と定義し、水平方向に振動する偏光をＰ偏光と定義する。
偏光分離膜５６と反射膜５７は、ＰＢＳプリズム５５の表面に対して傾斜して設置され、且つ間隔をおいて平行に配置される。ＰＢＳプリズム５５の表面は、ロッドレンズの中心軸と同方向に進んで来た光を直角に受けるような位置関係にされるから、言い換えれば、偏光分離膜５６や反射膜５７はロッドレンズの中心軸方向に対して傾斜して設置されると言うことも出来る。
なお、偏光分離膜５６と反射膜５７は、それぞれガラス等の透明部材５８で挟まれ、一体の構造とされる。
【００２５】
ロッドレンズ５２から出て来た光は、先ず偏光分離膜５６に入射される。偏光分離膜５６は、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射するという性質を持った膜である。従って、透過したＰ偏光はＰＢＳプリズム５５から出射して位相差板５９へ入るし、反射したＳ偏光はＰＢＳプリズム５５中を進んで反射膜５７へと至る。反射膜５７は、反射するだけの性質を持つ膜である。反射膜５７に入射して来たＳ偏光は反射され、そのままＰＢＳプリズム５５から出射して行く。
かくして、ＰＢＳプリズム５５から出射した段階の光は、偏光分離膜５６を透過して来るＰ偏光と、反射膜５７で反射されて来るＳ偏光との２種となり、偏光の種類が揃ってはいない。
【００２６】
液晶表示素子１０に対して使用する偏光は種類の揃った偏光であることが望まれるから、いずれか一方の偏光を９０度回転させる必要がある。図１の例では、偏光分離膜５６を透過して来るＰ偏光を、９０度回転させてＳ偏光にしている。
位相差板５９は、そのために挿入されたものである。位相差板５９に入射して来たＰ偏光は、Ｓ偏光に変換されるから、その段階で全てＳ偏光に揃えられたことになる（もし、Ｐ偏光に揃えたければ、位相差板５９を反射膜５７側に設置すればよい。）。
ところで、出射面５４からの光は、光線密度が大になっているので、位相差板５９を通過する光線密度も大である。そのため、通常の樹脂フィルム製の位相差板では極めて短時間で劣化してしまい、使いものにならない。従って、位相差板５９としては、耐熱性に優れた水晶製のものを使用する必要がある。
【００２７】
偏光生成手段２２の次段には、像位置調整手段２３が設けられる。像位置調整手段２３は、光路長補正レンズ６０，６１と重ね合せレンズ６２とで構成される。光路長補正レンズ６０，６１は、偏光分離膜５６を透過して来た光の光路と、反射膜５７で反射されて来た光の光路とでは長さが相違しているので、その差による影響を補正するためのものである。この補正は、レンズの位置や曲率等を調節して行われる。図１に示した例では、２つの光路にレンズを使用しているが、１つの光路にのみレンズを使用することにより補正することも可能である。
【００２８】
さて、重ね合せレンズ６２には２つの光路の光が入射され、それぞれの光路の像が形成されるわけであるが、液晶表示素子１０に至った段階で、それらの像がズレているようでは好ましくない。レンズ位置は動かすことなくズレが生じないように像位置を調整しようとすると、光路長補正レンズ６０，６１および重ね合せレンズ６２等のレンズ類や、それらレンズの保持部品を、極めて高精度に加工することが必要となってくる。
しかし、そのように高精度に加工すると、コストが高くなる。
【００２９】
２つの光路の像位置を調整する方法として、レンズ移動機構を使用する方法もある。これは光路長補正レンズ６０，６１や重ね合せレンズ６２を、レンズ移動機構によって移動させ、その移動量を調整することにより、液晶表示素子１０の位置において各光路の像が重なるようにするというものである。この方法によれば、各レンズを高精度に加工する必要もなくなり、コストが安くて済む。
図６は、レンズ移動機構の１例を示す図である。図６において、７０はレンズ移動機構、７１，７２は光学ケース、７３はレンズホルダー、７４は固定ねじ、７５はスペーサ、７６はレンズ、７７は長穴、Ａ，Ｂは矢印であり、図６（１）は平面図（上方から見た図）、図６（２）は該平面図におけるＸ−Ｘ線での断面図である。
【００３０】
レンズホルダー７３は逆Ｌ字型とされ、光学ケース７１の内部に入れられた部分には、レンズ７６が取り付けられる。レンズ７６が、移動されるレンズである。レンズホルダー７３の部分のうち外部に出されている部分には、幾つかの（図では２つだが）長穴７７が開けられ、固定ねじ７４が挿通される。固定ねじ７４は光学ケース７１にねじ込まれるが、それに先立ち、レンズ７６をその光軸方向に対し垂直な面内で移動させ、位置の調節を行なった後に固定する。垂直な面内での調節とは、言い換えれば図６中に記した矢印Ａ方向，Ｂ方向での調節である。
【００３１】
矢印Ａ方向での調節は、長穴７７により行う。
固定ねじ７４を緩めている状態では、レンズホルダー７３は長穴７７の長さ方向（つまり矢印Ａ方向）に動かすことが出来るから、その方向に適宜動かすことにより、矢印Ａの位置が調節される。
矢印Ｂ方向での調節は、スペーサ７５により行う。
スペーサ７５は、レンズホルダー７３の固定ねじ７４が挿通される部分と、光学ケース７１との間に入れられる。スペーサ７５の厚みを選定することにより、レンズホルダー７３の矢印Ｂ方向の位置が調節される。
このような調節を行なった後、固定ねじ７４を光学ケース７１にねじ込むことにより、レンズホルダー７３を固定する。それにより、レンズ７６の位置も固定される。
図示したようなレンズ移動機構は、それほど高精度の加工をしなくてもよいものであるから、コストが安くて済む。
【００３２】
図１に戻る。重ね合せレンズ６２を出た光（偏光）は、ダイクロイックミラー１６に入射するが、それ以降の動作は図２で説明した従来例と同様であり、最終的にはスクリーン６に映像が投射される。
ところで、光源より発せられた光を出来るだけ有効に使うということは、光を扱う装置においては言うまでもないことであるが、そのためには途中の過程で光をロスしないようにする必要がある。そのような観点から、無偏光の光を偏光に変換する過程においても、その変換効率（偏光変換効率）が高くなるような部材を使用したり、高くなるような使用の仕方をする必要がある。
【００３３】
本発明での偏光変換効率は、次のような各種の率に関係している。即ち、偏光分離膜５６におけるＰ偏光透過率（Ｐ効率），偏光分離膜５６におけるＳ偏光反射率（Ｓ効率），反射膜５７における反射率，位相差板５９における偏光回転効率等である。
仮に、反射率と偏光回転効率を理想的な値（１００％）とした場合、偏光変換効率は、Ｐ効率とＳ効率との平均値となる。
【００３４】
図７は、本発明におけるＰＢＳプリズムの偏光分離膜への入射角度と偏光変換効率との関係の１例を示す図である。横軸は入射角度であり、縦軸は偏光変換効率である。Ｃ，Ｄは曲線、ＥC ，ＥD は入射角範囲、Ｈは所要偏光変換効率である。
曲線ＣとＤとでは、使用したＰＢＳプリズム５５が少し異なっている。曲線Ｃは、透明部材５８として、一般的なガラス（白板ガラス、屈折率Ｎｄ＝１．５程度）を使用して作ったＰＢＳプリズム５５を用いた場合の曲線である。
曲線Ｄは、それよりも屈折率が大（屈折率Ｎｄ＝１．６程度）なるガラスを、透明部材５８として使用して作ったＰＢＳプリズム５５を用いた場合の曲線である。
【００３５】
所要偏光変換効率Ｈは、液晶表示装置に使用する場合に、少なくともこれ以上の偏光変換効率であることが望まれる効率である（一般的に９２，３％程度以上であることが望まれる）。
入射角範囲ＥC は、曲線Ｃにおいて所要偏光変換効率Ｈ以上となってくれる入射角の範囲を示し、入射角範囲ＥD は、曲線Ｄにおいて所要偏光変換効率Ｈ以上となってくれる入射角の範囲を示している。
【００３６】
図７で言う入射角度とは偏光分離膜５６への光の入射角度のことであるが、ここでこの入射角度を、それに関連する角度と共に説明しておく。
図８は、各種の角度の定義を説明する図である。図８において、５６は偏光分離膜、Ｔは法線、Ｌ0 は主入射光、Ｌ1 は入射光、Ｌ01は主反射光、Ｌ11は反射光、Ｌ02は主透過光、Ｌ12は透過光、αは入射角度、βは膜面角度、θは光線角度である。
法線Ｔは、偏光分離膜５６に対して直角な線である。
主入射光Ｌ0 は、図１のロッドレンズ５２の中心軸（仮想光軸）と平行に進行して来る光である。偏光分離膜５６は、この主入射光Ｌ0 に対して或る角度を成すよう配設されている（偏光分離膜５６の法線Ｔに対して、或る角度を成すよう配設されていると言ってもよい。法線Ｔに対する角が、この後で説明する膜面角度βである。）。主反射光Ｌ01は、主入射光Ｌ0 の反射光であり、主透過光Ｌ02は主入射光Ｌ0 の透過光である。
【００３７】
ロッドレンズ５２から偏光分離膜５６へ入射して来る光は、主入射光Ｌ0 と同方向の光ばかりではなく、それに対して幾らかの角を成して入射して来る光もある（そのような光の方が多い）。入射光Ｌ1 は、そのような光の１例を示している。反射光Ｌ11は、入射光Ｌ1 の反射光であり、透過光Ｌ12は入射光Ｌ1 の透過光である。
図８からも分かるように、各角度の意味は次の通りである。
入射角度α…法線Ｔと入射光Ｌ1 との成す角度
膜面角度β…法線Ｔと主入射光Ｌ0 （仮想光軸）との成す角度
光線角度θ…入射光Ｌ1 と主入射光Ｌ0 （仮想光軸）との成す角度
図７で言う入射角度は、上記のような角度αである。
【００３８】
さて図７に戻るが、液晶表示装置に使用して実用上差し支えない効率であるところの、所要偏光変換効率Ｈ以上の効率となる入射角範囲は、曲線Ｃの場合ではＥC の範囲である。この入射角範囲ＥC は、入射角度４９度位のところを中心（曲線Ｃ上の丸印部分）として、その前後１５度位の範囲となっている。一方、曲線Ｄの場合で効率が所要偏光変換効率Ｈ以上である入射角範囲ＥD は、入射角度４５度位のところを中心（曲線Ｄ上の丸印部分）として、その前後１５度位の範囲となっている。
これらの角度範囲で入射して来る光は、所要偏光変換効率Ｈ以上の高効率で変換されるわけであるが、±１５度位の範囲というのは、図２に示したようなレンズアレイを用いた従来の場合に高効率で変換される範囲が±５度位であるのに比べ、相当に広い。
【００３９】
ところで、入射角範囲ＥD の方が、入射角範囲ＥC より角度小の方に位置している。曲線Ｄの場合は、ＰＢＳプリズム５５に使用しているガラス（透明部材５８）の屈折率が曲線Ｃのものより大の場合であるが、その場合の入射角範囲ＥD の方が、入射角小の範囲に位置することが分かる。ここでは２つの例しか示してないが、透明部材５８の屈折率が大のものほど、高効率の範囲は入射角小の方に位置する傾向が認められる。
これらのことより、ＰＢＳプリズム５５を設計する際、仮想光軸に対する偏光分離膜５６の角度（言い換えれば図８の膜面角度β）は、ＰＢＳプリズム５５に使用する透明部材５８の屈折率に応じ、決定すべきであることが判明する（屈折率が異なれば、図７で示した曲線に相当する曲線も異なったものになるから、それに応じて決める。）。
このような事実を踏まえ、透明部材として安価な屈折率Ｎｄ（＝波長５８９．２９ｎｍの光での屈折率）が１．５以上で且つ１．５５以下のガラスを使用した場合について点検してみたところ、ロッドレンズの中心軸の方向と偏光分離膜に対する法線とのなす角度を、４７度以上で且つ５３度以下となるようにすれば、所要の効率を得ることが出来た。
【００４０】
なお図１では、光源からの光を三原色に分離し、各色毎に対応する液晶表示素子（板）を通過させ、最後に色合成するといういわゆる三板式（色分離式）の液晶表示装置に適用した場合を示したが、本発明は、カラー映像の液晶表示装置のみならず、モノクロ映像の液晶表示装置にも適用することが出来ることは言うまでもない。
また、液晶表示素子には、１枚だけでカラー表示し得るものがあるが（単板式）、そのような液晶表示素子を用いた液晶表示装置にも、同様に適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の液晶表示装置を示す図
【図２】従来の液晶表示装置を示す図
【図３】ロッドレンズを示す図
【図４】ロッドレンズの悪い支持例を示す図
【図５】ロッドレンズの良い支持例を示す図
【図６】レンズ移動機構の１例を示す図
【図７】本発明におけるＰＢＳプリズムの偏光分離膜への入射角度と偏光変換効率との関係の１例を示す図
【図８】各種の角度の定義を説明する図
【符号の説明】
【００４２】
１…光源、２…反射鏡、３Ａ…第１レンズアレイ、３Ｂ…第２レンズアレイ、４…偏光変換素子、５…重ね合せレンズ、６…スクリーン、７…投射レンズ、８…色合成プリズム、９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ…出射側偏光板、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…液晶表示素子、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ…入射側偏光板、１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂ…コンデンサレンズ、１３〜１５…全反射ミラー、１６，１７…ダイクロイックミラー、１８…第１リレーレンズ、１９…第２リレーレンズ、２０…集光手段、２１…集光点、２２…偏光生成手段、２３…像位置調整手段、５０…照明光学装置、５１…集光レンズ、５２…ロッドレンズ、５３…入射面、５４…出射面、５５…ＰＢＳプリズム、５６…偏光分離膜、５７…反射膜、５８…透明部材、５９…位相差板、６０，６１…光路長補正レンズ、６２…重ね合せレンズ、６３…ホルダー、６４…支持材、６５…入射光線、６６…反射光線、６７…透過光線、６８…支持用ガラス、７０…レンズ移動機構、７１，７２…光学ケース、７３…レンズホルダー、７４…固定ねじ、７５…スペーサ、７６…レンズ、７７…長穴、１００…液晶表示装置、α…入射角度、β…膜面角度、θ…光線角度、Ｌ0 …主入射光、Ｌ1 …入射光、Ｌ01…主反射光、Ｌ11…反射光、Ｌ02…主透過光、Ｌ12…透過光、Ｐ，Ｑ…反射点
【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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