(57)【要約】【課題】本発明は、ランプからの光利用効率の高い偏光照明光学系を提供することを目的する。【解決手段】偏光方向がランダムな光を出射する光源部と、所定のレンズ作用がある光学手段と、偏光分離プリズム手段とから構成され、Ｐ偏光光は偏光分離プリズムから出射し照明光となり、Ｓ偏光光は分離反射されランプ側に戻り、ランプ内の金属ミラーなどの反射を経てＰ偏光光に変換され、再度ランプから出射され自己帰還型の偏光照明配置になっていることを特徴とする偏光照明光学系である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光方向がランダムな光を出射する光源部と、
所定のレンズ作用がある光学手段と、
偏光分離プリズム手段とから構成され、
Ｐ偏光光は偏光分離プリズムから出射し照明光となり、Ｓ偏光光は分離反射されランプ側に戻り、ランプ内の金属ミラーなどの反射を経てＰ偏光光に変換され、再度ランプから出射され自己帰還型の偏光照明配置になっていることを特徴とする偏光照明光学系。
【請求項２】
前記偏光分離プリズム手段は、向かい合った一対の偏光ビームスプリッタを基本単位として構成されることを特徴とする請求項１記載の偏光照明光学系。
【請求項３】
前記所定のレンズ作用がある光学手段は、矩形状の外形を有する複数の矩形形状の集光レンズから構成され、前記光源部から出射される光を集光して複数の２次光源像を形成するための第１のレンズ板と前記複数の２次光源像を形成される位置の近傍におかれた集光レンズからなる第２のレンズ板から構成されることを特徴とする請求項１または２記載の偏光照明光学系。
【請求項４】
前記所定のレンズ作用がある光学手段は、集光レンズとパイプ形状の導光路からなり、偏光分離プリズム手段は一対の偏光分離ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項１または２記載の偏光照明光学系。
【請求項５】
前記第２のレンズ板が、前記２次光源像の大きさおよび形状に対応する寸法形状に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光照明光学系。
【請求項６】
前記第２のレンズ板は、前記第１のレンズ板を構成する矩形集光レンズと相似であることを特徴とする請求項１〜３、５のいずれか１項に記載の偏光照明光学系。
【請求項７】
前記第２の矩形集光レンズは、前記２次光源像の大きさおよび形状に対応する寸法形状に設定されていることを特徴とする請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の偏光照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面投射型画像表示装置などに備えられる光利用効率の高い偏光照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の偏光照明装置として、例えば、特許文献１によると、第５図に示すように、偏光方向がランダムな光１００を出射する光源部１０１と、その光源部から出射される光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第１の集光レンズアレイ板１０２と、上記複数の２次光源像が形成される位置の近傍に置かれる第２の集光レンズ板アレイ板１０５、偏光分離プリズムアレイ１０７、λ／２位相差板１０８、および出射側レンズを備えたレンズ板１０９とを有する構成である。
【０００３】
現実上、光源部１０１からの光はランダムでＰ偏光１０３およびＳ偏光１０４から成り立ち、第１の集光レンズアレイ板１０２と第２のレンズアレイ板１０５を通過後、遮光板（ステンレス製の格子のマスク）１０６を通過する。格子の開口からの光は偏光分離プリズム（ＰＢＳ）に入射してＰ偏光のみが通過する。このＰ偏光はＰＢＳ通過後に設置されているλ／２位相差板を通過することにより、Ｓ偏光に変換されて出射される。一方、Ｓ偏光はＰＢＳのコーティング面１１０で反射したのち、ＰＢＳに隣接して置かれている誘電体反射ミラーを所有するプリズムで反射され、Ｓ偏光で出射される。その結果、すべての出射光はＳ偏光１１１となり、パネルを照明する。
【０００４】
下記に特許文献を記す。
【特許文献１】特開平８−３０４７３９号公報
【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、現在、ほとんどのプロジェクタで利用されているこの形態では、ステンレスの格子で約半分の光量が減少する問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ランプからの光利用効率の高い偏光照明光学系を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
偏光方向がランダムな光を出射する光源部と、
所定のレンズ作用がある光学手段と、
偏光分離プリズム手段とから構成され、
Ｐ偏光光は偏光分離プリズムから出射し照明光となり、Ｓ偏光光は分離反射されランプ側に戻り、ランプ内の金属ミラーなどの反射を経てＰ偏光光に変換され、再度ランプから出射され自己帰還型の偏光照明配置になっていることを特徴とする偏光照明光学系である。
【０００８】
請求項２の発明は、
前記偏光分離プリズム手段は、向かい合った一対の偏光ビームスプリッタを基本単位として構成されることを特徴とする請求項１記載の偏光照明光学系である。
【０００９】
請求項３の発明は、
前記所定のレンズ作用がある光学手段は、矩形状の外形を有する複数の矩形形状の集光
レンズから構成され、前記光源部から出射される光を集光して複数の２次光源像を形成するための第１のレンズ板と前記複数の２次光源像を形成される位置の近傍におかれた集光レンズからなる第２のレンズ板から構成されることを特徴とする請求項１または２記載の偏光照明光学系である。
【００１０】
請求項４の発明は、
前記所定のレンズ作用がある光学手段は、集光レンズとパイプ形状の導光路からなり、偏光分離プリズム手段は一対の偏光分離ビームスプリッタからなることを特徴とする請求項１または２記載の偏光照明光学系である。
【００１１】
請求項５の発明は、
前記第２のレンズ板が、前記２次光源像の大きさおよび形状に対応する寸法形状に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光照明光学系である。
【００１２】
請求項６の発明は、
前記第２のレンズ板は、前記第１のレンズ板を構成する矩形集光レンズと相似であることを特徴とする請求項１〜３、５のいずれか１項に記載の偏光照明光学系である。
【００１３】
請求項７の発明は、
前記第２の矩形集光レンズは、前記２次光源像の大きさおよび形状に対応する寸法形状に設定されていることを特徴とする請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の偏光照明光学系である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の偏光照明光学系によれば、ランプの光をほぼ１００％有効活用できる上、遮光板（ステンレス製の開口部を持つ遮光板）とλ／２波長板を必要としないため、製造コストを安くする効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の偏光照明光学系の一実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第１の実施形態として、これまでのＰＳ変換素子の原理図を図６に示す。ランダム偏光はＰ偏光２１０およびＳ偏光２１１に分離できる。この光は誘電体多層膜コーティング２１３で、Ｓ偏光は反射し、Ｐ偏光は通過する。通過したＰ偏光はλ／２位相板（もしくはフィルム）１０８でＳ偏光に変換される。一方、反射したＳ偏光は誘電体ミラー２１４で反射して、Ｓ偏光のまま出射する。このとき、誘電体ミラーには光が入らないように、マスク１０６で覆っている。通常、このマスクはステンレスの格子が用いられている。ランプからのランダム偏光２０１はこのマスクで遮蔽される。マスクで一部熱となるか、乱反射される（２０２）。このようにして、ランプのランダム偏光はＳ偏光に変換される。
【００１６】
本発明の原理図を第１図に示す。光源部４００はランプ本体３６０と金属ミラーを持つリフレクタ３５０から構成されている。光源３６０からランダム偏光が出射される。このランダム偏光はＰ偏光４０１とＳ偏光４０２から成り立つ。偏光分離プリズム４０５はミラー配置されたもうひとつの偏光分離プリズム４０６と対を成して配置されている。Ｐ偏光４０１は誘電体多層コーティング４０７をそのまま通過して、Ｓ偏光４０２は誘電体多層コーティング４０７で反射される。反射した光４１２は別の偏光分離プリズム４０６の誘電体多層コーティング４０８で再度反射する。その光４１４はそのまま進み、金属膜が蒸着されているリフレクタに届く。リフレクタで反射した光４１５は再度反射などして、再び偏光分離プリズムの方に出射される。金属ミラーなどで反射すると、位相の飛びが生
じ、Ｓ偏光はＰ偏光とＳ偏光の合成光になる。
【００１７】
これより、これまで捨てていたＳ偏光光はランプのリフレクタと偏光分離プリズム間をループすることにより、回収され、しかも、Ｓ偏光光４１４はＳ偏光光とＰ偏光光（両方で４１５）に変換されて有効活用できる。
【００１８】
これを従来の偏光分離プリズムアレイに近い形にしたものが図４である。ランプからのランダム偏光光はＰ偏光４２０およびＳ偏光４２１から成り立つ。Ｐ偏光４２０は対向配置の偏光プリズムアレイ４２４を通過し、Ｐ偏光４２３として出射する。しかし、Ｓ偏光４２２は反射して、ランプにもどる。戻った光４２５はリフレクタで反射して、再び偏光分離プリズムの方に出射する。これの繰り返しで、何回もループを形成すると、ランダム偏光光は原理上、無駄なくすべてＰ偏光に変換される。（自己帰還の原理）
【００１９】
図２は一対のプリズムではなく、４対のプリズムで構成されている。動作原理は全く同じである。実用上の一例を図３に示す。
【００２０】
照明光学系の模式図を図３に示す。光源部３０１はランプ３１１とリフレクタ３１０から成り立ち、そこからの出射光は偏光方向がランダムな光を出射する光源部３０１（ランプ３１１およびリフレクタ３０１）と、前記光源部から出射される光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第１の集光レンズアレイ板３１２と、前記複数の２次光源像が形成される位置の近傍に置かれる第２の集光レンズ板アレイ板３１５、偏光分離プリズムアレイ３１６、その外側に設けられたレンズによって、パネルを照明する手段を有する。
【００２１】
光源から出射されるランダム偏光はＰ偏光およびＳ偏光から成り立ち、対向配置型偏光分離プリズムアレイから出射した光は上記の説明の通り、ほとんどがＳ偏光に変換されて出射される。その後に設けられた集光手段３１７をとおして、パネルに均一に照明される。
【００２２】
また、本発明の第２の実施形態として、光源部５００はランプ５０２とリフレクタ５０１から成り立つ。この光源から出射されたランダム偏光光は集光レンズ５０３で集光され、ライトパイプ５０６に入射する。ここで、ランダム偏光光はＰ偏光５０４とＳ偏光５０５から成り立つ。ライトパイプから出射された光はそれにほとんど密着した状態で対向型偏光分離プリズムが配置されている。第１図と同様の原理で、対向型偏光分離プリズムからはＰ偏光５０８が出射される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の原理を説明する説明図である。
【図２】本発明の原理を説明する説明図である。
【図３】本発明の照明光学系の原理を説明する模式図である。
【図４】従来の偏光分離プリズムアレイに近い形にした本発明の照明光学系の模式図である。
【図５】従来の照明光学系の模式図である。
【図６】従来のＰＳ変換素子の原理を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００・・・ランプ
１０１・・・リフレクタ
１０２・・・第１の集光レンズアレイ板
１０３・・・第２の集光レンズアレイ板
１０４・・・Ｓ偏光
１０５・・・Ｐ偏光
１０６・・・マスク
１０７・・・偏光分離プリズムアレイ
１０８・・・λ／２位相板
１０９・・・レンズ
１１０・・・ＰＢＳコーティング
１１１・・・Ｓ偏光
２０１・・・ランダム偏光
２０２・・・乱反射光
２１０・・・Ｐ偏光
２１１・・・Ｓ偏光
２１３・・・誘電体多層膜コーティング
２１４・・・誘電体ミラー
３０１・・・光源
３１０・・・リフレクタ
３１１・・・ランプ本体
３１２・・・第１の集光レンズアレイ板
３１３・・・Ｐ偏光
３１４・・・Ｓ偏光
３１５・・・第２の集光レンズアレイ板
３１６・・・偏光分離プリズムアレイ
３１７・・・集光手段
３１８・・・Ｐ偏光
３６０・・・ランプ本体
４００・・・光源
Ｐ４０１・・・Ｐ偏光
Ｓ４０２・・・Ｓ偏光
４０５・・・偏光分離プリズムアレイ
４０６・・・偏光分離プリズムアレイ
４０７・・・誘電体多層膜コーティング
４０８・・・誘電体多層膜コーティング
４１４・・・Ｓ偏光
４１５・・・Ｐ偏光
４１６・・・リフレクタ
４２０・・・Ｐ偏光
４２１・・・Ｓ偏光
４２２・・・Ｓ偏光
４２３・・・Ｐ偏光
４２４・・・偏光分離プリズムアレイ
５００・・・ランプ
５０１・・・リフレクタ
５０２・・・光源
５０３・・・レンズ
５０４・・・Ｐ偏光
５０５・・・Ｓ偏光
５０６・・・インテグータ
５０７・・・一対の偏光分離プリズム
５０８・・・Ｐ偏光
【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】
2007121606.tif 000007
【図６】
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