JPH11249073A - Polarized light illuminating device and projection display device using the same - Google Patents

Polarized light illuminating device and projection display device using the same

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JPH11249073A
JPH11249073A JP10051608A JP5160898A JPH11249073A JP H11249073 A JPH11249073 A JP H11249073A JP 10051608 A JP10051608 A JP 10051608A JP 5160898 A JP5160898 A JP 5160898A JP H11249073 A JPH11249073 A JP H11249073A
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lens
light
light source
plate
lens plate
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a device size and to use the projection lens of a large F number concerning the polarized light illuminating device of high efficiency and high uniformity. SOLUTION: Light flux emitted from a light source part 2 is converged by adopting a single elliptical surface reflecting mirror 101 having a second focal distance less than 200 mm for the light source part 2, at the same time, a concave lens 6 for making the light flux radiated from the light source part 2 into almost parallel light beams is arranged between the light source part 2 and a first lens plate 3 or between the first lens plate 3 and a second lens plate 4, and the angle of light flux is converted to almost parallel light within 5 deg.. The first lens plate 3 is composed of plural rectangular lens arrays, and the light flux is uniformly illuminated through a condenser lens array 201, which consists of the second lens plate 4, to an illuminating area 5. Since the size of the second lens plate is smaller than the opening part of the light source part, concerning this polarized light illuminating device, the size of optical color separating parts and optical color synthesizing parts can be reduced and the F number of the projection lens can be enlarged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は偏光照明装置及びそ
れを用いた投写型液晶表示装置に関し、特に偏光方向を
揃えた偏光光を用いて矩形の照明領域などを均一に照明
する偏光照明装置及びこの偏光照明装置から出射された
偏光光をライトバルブにより変調して映像をスクリーン
に拡大表示する投写型液晶表示装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarized light illuminating device and a projection type liquid crystal display device using the same, and more particularly to a polarized light illuminating device for uniformly illuminating a rectangular illumination area or the like using polarized light having a uniform polarization direction. The present invention relates to a projection type liquid crystal display device in which polarized light emitted from the polarized light illuminating device is modulated by a light valve and an image is enlarged and displayed on a screen.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶等のライトバルブにおいては入射す
る光束の偏光方向を回転させることにより画像情報の変
調を行っている。このため、ライトバルブに入射する光
束の偏光方向を揃える必要がある。しかしながら、液晶
投写型装置等において利用されている光源では偏光方向
がランダムな光を放射するため、そのままでは光源から
放射する光束の半分しか利用できない。この利用効率を
高める方法として光束をS偏光光とP偏光光とに分離
し、一方あるいは両方の偏光光を回転させて同一方向の
偏光光に揃える偏光変換システムが実用化されている。
2. Description of the Related Art In a light valve such as a liquid crystal, image information is modulated by rotating a polarization direction of an incident light beam. For this reason, it is necessary to make the polarization direction of the light beam incident on the light valve uniform. However, since a light source used in a liquid crystal projection type device or the like emits light having a random polarization direction, only half of a light beam emitted from the light source can be used as it is. As a method of increasing the utilization efficiency, a polarization conversion system that separates a light beam into S-polarized light and P-polarized light, and rotates one or both polarized lights to make polarized lights in the same direction has been put to practical use.

【0003】また、光源から放射する光束は光強度が分
布を持っているため、楕円面反射鏡あるいは放物面反射
鏡を通じてライトバルブを照射する場合も、ライトバル
ブは照度分布を持つ。この照度分布を均一にするため
に、光源による照射領域(1次照射領域)を微小区間に
分割し、各微小区間がライトバルブ(2次照射領域)を
照射するインテグレータ技術が実用化されている。
[0003] Further, since the light flux emitted from the light source has a light intensity distribution, the light valve also has an illuminance distribution when the light valve is irradiated through an elliptical reflecting mirror or a parabolic reflecting mirror. In order to make the illuminance distribution uniform, an integrator technique has been put to practical use in which an irradiation area (primary irradiation area) by a light source is divided into minute sections and each minute section irradiates a light valve (secondary irradiation area). .

【0004】従来、この種の偏光照明装置は、例えば特
開平8−304739号公報に示されるように、上記2
つの機能を兼ね備えた光学系として既に実用化されてい
る。図6は当該公報に開示された偏光照明装置の概略図
である。この偏光照明装置は、偏光方向がランダムな光
を出射する光源部2と、複数の矩形状の集光レンズから
構成され、当該光源部2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3と、
これ等複数の2次光源像が形成される位置の近傍に置か
れ、集光レンズアレイ201、偏光分離プリズムアレイ
202、λ/2位相差板203、出射側レンズ204を
備えた第2のレンズ板4とを有する構成が採用されてい
る。
[0004] Conventionally, this type of polarized light illuminating apparatus has been disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-304739.
It has already been put to practical use as an optical system having two functions. FIG. 6 is a schematic diagram of a polarized light illuminating device disclosed in the publication. The polarized light illuminating device includes a light source unit 2 that emits light having a random polarization direction and a plurality of rectangular condenser lenses. A first lens plate 3 for forming a light source image;
A second lens which is placed near a position where a plurality of secondary light source images are formed and includes a condenser lens array 201, a polarization separation prism array 202, a λ / 2 phase plate 203, and an emission side lens 204 A configuration having the plate 4 is adopted.

【0005】さらに、第2のレンズ板4においては、集
光レンズアレイ201が複数の集光レンズからなり、偏
光分離プリズムアレイ202はランダムな偏光光をP偏
光光およびS偏光光との2つの直線偏光に分離するもの
であって、複数の偏光ビームスプリッタあるいは複数の
偏光ビームスプリッタと複数の反射ミラーとの組合わせ
で構成されている。λ/2位相差板203は偏光分離プ
リズムアレイ102の出射面側に配置されており、出射
側レンズ204はλ/2位相差板203の出射面側に配
置された構成を採用している。また、光源部2は放物面
反射鏡102を有している。
Further, in the second lens plate 4, the condenser lens array 201 is composed of a plurality of condenser lenses, and the polarization separation prism array 202 converts the randomly polarized light into two P-polarized lights and two S-polarized lights. It separates into linearly polarized light, and is constituted by a plurality of polarization beam splitters or a combination of a plurality of polarization beam splitters and a plurality of reflection mirrors. The λ / 2 retardation plate 203 is disposed on the exit surface side of the polarization separation prism array 102, and the exit lens 204 adopts a configuration disposed on the exit surface side of the λ / 2 retardation plate 203. The light source section 2 has a parabolic reflector 102.

【0006】次に、かかる構成の照明装置の作用を説明
する。光源部2から出射されるランダムな偏光光を有す
る光は光の強度的な分布を持っている。これが第1のレ
ンズ板3を構成する矩形形状の複数の集光レンズにより
複数の矩形状の微小領域光に分割される。このとき、微
小領域光は名前のとおり微小な領域の光であるので光の
強度分布が比較的均一である。これ等各微小領域光が第
2のレンズ板4を構成する集光レンズアレイ201を介
して照明領域5付近をそれぞれ照射する。このとき、第
2のレンズ板4を構成する出射側レンズ204により、
複数の微小領域光は全て照明領域5を照射する。これに
よって、照明領域5は均一な光の分布で照射される。
Next, the operation of the lighting device having the above-described configuration will be described. Light having randomly polarized light emitted from the light source unit 2 has a light intensity distribution. This is divided into a plurality of rectangular minute area lights by a plurality of rectangular condenser lenses constituting the first lens plate 3. At this time, the minute area light is, as the name implies, light in a minute area, so that the light intensity distribution is relatively uniform. Each of these minute area lights irradiates the vicinity of the illumination area 5 via the condenser lens array 201 constituting the second lens plate 4. At this time, the emission side lens 204 constituting the second lens plate 4
All of the plurality of minute area lights illuminate the illumination area 5. Thereby, the illumination area 5 is irradiated with a uniform light distribution.

【0007】また、第1のレンズ板3を構成する複数の
矩形状の集光レンズアレイ201は第2のレンズ板4を
構成する集光レンズアレイ201付近に複数の2次光源
像を形成する。これ等2次光源像同士の隙間を利用し
て、同じく第2のレンズ板4を構成する偏光分離プリズ
ムアレイ202(平行型)によりS偏光光とP偏光光と
に分離される。この分離された偏光光の一方または双方
は、λ/2位相差板203により偏光面が回転されて偏
光面が揃った状態となって合成される。これによって、
照明領域5は高効率の光利用率で照射される。
The plurality of rectangular condensing lens arrays 201 forming the first lens plate 3 form a plurality of secondary light source images near the condensing lens array 201 forming the second lens plate 4. . Utilizing the gap between the secondary light source images, the secondary light source image is separated into S-polarized light and P-polarized light by a polarization splitting prism array 202 (parallel type) similarly constituting the second lens plate 4. One or both of the separated polarized lights are combined with the polarization plane rotated by the λ / 2 retardation plate 203 so that the polarization planes are aligned. by this,
The illumination area 5 is illuminated with a high efficiency of light utilization.

【0008】ここで、光源部2は放物面反射鏡102に
より構成されているため、第1のレンズ板3および第2
のレンズ板4に入射される光はほぼ平行な光であり、偏
光分離プリズムアレイ202にも同様にほぼ平行な光が
入射する。現在実用化されているシステムでは±3〜5
度程度の最大入射角度を有する光束が入射されるように
設計されている。
Here, since the light source 2 is constituted by the parabolic reflector 102, the first lens plate 3 and the second lens
The light incident on the lens plate 4 is substantially parallel light, and the substantially parallel light similarly enters the polarization splitting prism array 202. ± 3 to 5 for systems currently in practical use
It is designed such that a light beam having a maximum incident angle of about degree is incident.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、投写
レンズのFナンバが小さくなることにある。その理由
は、第1のレンズ板3に入射させる光を±5度以下のほ
ぼ並行な角度にしなければならない。このため、光源部
2が図示の様な放物面反射鏡101の場合は、第1のレ
ンズ板3のサイズが光源部2のリフレクタの開口部サイ
ズとほぼ同じくなり、同時に第1のレンズ板3と第2の
レンズ板4とを同じ大きさにしなければならないため
に、照明系のFナンバが出射側レンズ204と照明領域
5との距離およびサイズで決まるためである。
The first problem is that the F-number of the projection lens becomes small. The reason for this is that the light incident on the first lens plate 3 must be set at substantially parallel angles of ± 5 degrees or less. For this reason, when the light source unit 2 is a parabolic reflector 101 as shown in the figure, the size of the first lens plate 3 is almost the same as the size of the opening of the reflector of the light source unit 2, and at the same time, the first lens plate 3 and the second lens plate 4 must be the same size, so that the F number of the illumination system is determined by the distance and size between the emission side lens 204 and the illumination area 5.

【0010】このことにより、投写レンズのFナンバを
小さくする必要があり、投写レンズの高コスト化にな
る。また、色分離合成系のミラーサイズも大きくなって
装置が大型化する。また、光源部2が楕円面反射鏡の場
合には、反射鏡の開口部が70φ程度の場合で第2焦点
距離が500mm以上、開口部が20φ程度の小型反射
鏡の場合でも第2焦点距離が200mm以上の長楕円面
反射鏡でなければならない。このため楕円面反射鏡を使
う利点がなく、放物面鏡同様に投写レンズのFナンバを
小さくする必要があり、投写レンズの高コスト化にな
る。また色分離合成系のミラーサイズも大きくなって装
置が大型化する。
As a result, it is necessary to reduce the F number of the projection lens, resulting in an increase in the cost of the projection lens. In addition, the size of the mirror of the color separation / combination system increases, and the size of the apparatus increases. When the light source unit 2 is an ellipsoidal reflecting mirror, the second focal length is 500 mm or more when the opening of the reflecting mirror is about 70φ, and the second focal length even when it is a small reflecting mirror whose opening is about 20φ. Must be a long elliptical reflecting mirror of 200 mm or more. For this reason, there is no advantage of using an ellipsoidal reflecting mirror, and it is necessary to reduce the F number of the projection lens as in the case of the parabolic mirror, and the cost of the projection lens is increased. Further, the mirror size of the color separation / combination system is increased, and the size of the apparatus is increased.

【0011】本発明の目的は、単楕円面反射鏡を有する
光源部と大Fナンバの投写レンズとを用いた高効率高均
一な偏光照明装置及びそれを使用した投写型表示装置を
提供することである。
An object of the present invention is to provide a highly efficient and uniform polarized light illuminating device using a light source section having a single ellipsoidal reflecting mirror and a projection lens having a large F number, and a projection display device using the same. It is.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、偏光方
向がランダムな光を出射する光源部と、矩形状の外形を
有する複数の矩形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、これ等複数の2次光源像が形
成される位置の近傍に配置されて前記偏光方向がランダ
ムな光を2つの直線偏光に分離しかつ偏光方向を揃えて
合成する第2のレンズ板とを含む偏光照明装置であっ
て、前記反射鏡の開口部と前記第1のレンズ板との間あ
るいは前記第1のレンズ板と前記第2のレンズ板との間
に設けられた凹面レンズを含むことを特徴とする偏光照
明装置が得られる。
According to the present invention, a light source unit for emitting light having a random polarization direction and a plurality of rectangular condenser lenses having a rectangular outer shape are emitted from the light source unit. A first lens plate for condensing light to form a plurality of secondary light source images, and a light arranged in the vicinity of a position where the plurality of secondary light source images are formed and having a random polarization direction. And a second lens plate that separates the two into two linearly polarized light beams and combines the polarized light beams in the same polarization direction, wherein the second lens plate is disposed between the opening of the reflecting mirror and the first lens plate or the second lens plate. A polarized light illuminating device including a concave lens provided between the first lens plate and the second lens plate is obtained.

【0013】そして、前記第2のレンズ板は、前記2次
光源像の各々に対応する複数の矩形状集光レンズを配列
した集光レンズアレイと、偏光分離プリズムアレイと、
1/2波長位相差板と、出射レンズとをこの順に光の入
射側から配置した構成であることを特徴とし、また、前
記第2のレンズ板は、前記2次光源像の各々に対応する
複数の矩形状集光レンズを配列した集光レンズアレイ
と、前記集光レンズアレイの集光レンズに対応するよう
に配列された複数のスリットを有する反射板と、この反
射板におけるスリット間の反射部を少なくとも覆う1/
4波長位相差板と、平板状の偏光分離器と、出射レンズ
とをこの順に光の入射側から配置した構成であることを
特徴とする。
The second lens plate includes a condensing lens array in which a plurality of rectangular condensing lenses corresponding to the respective secondary light source images are arranged, a polarization separating prism array,
A half-wave retardation plate and an output lens are arranged in this order from the light incident side, and the second lens plate corresponds to each of the secondary light source images. A condenser lens array in which a plurality of rectangular condenser lenses are arranged; a reflector having a plurality of slits arranged to correspond to the condenser lenses of the condenser lens array; and reflection between the slits in the reflector. Cover at least 1 /
It is characterized in that a four-wavelength phase difference plate, a plate-shaped polarization separator, and an emission lens are arranged in this order from the light incident side.

【0014】また、前記光源部は、単楕円面反射鏡であ
ることを特徴とし、また前記単楕円面反射鏡の第2焦点
距離が200mm以下であることを特徴とする。
Further, the light source unit is a single ellipsoidal reflecting mirror, and the second focal length of the single elliptical reflecting mirror is 200 mm or less.

【0015】本発明の作用を述べる。光源部に単楕円面
反射鏡を採用することで、反射鏡の開口部よりも同等以
下の大きさの第1のレンズ板と反射鏡の開口部よりも小
さな第2のレンズ板を利用することができる。しかしな
がら、単純に第2焦点位置が200mm以下の単楕円面
反射鏡を採用しただけでは、第1のレンズ板、第2のレ
ンズ板に入射する光の角度が5度以上の大きさになって
しまう。この角度は第2のレンズ板を構成する偏光プリ
ズムアレイにおける透過率の角度依存を引き起こし、明
るさの低下と色ムラの発生を招来する。
The operation of the present invention will be described. By using a single elliptical reflector for the light source, a first lens plate having a size equal to or smaller than the opening of the reflector and a second lens plate smaller than the opening of the reflector are used. Can be. However, simply employing a single-ellipsoidal reflecting mirror having a second focal position of 200 mm or less results in an angle of light incident on the first lens plate and the second lens plate of 5 degrees or more. I will. This angle causes an angle dependence of the transmittance of the polarizing prism array constituting the second lens plate, resulting in a decrease in brightness and the occurrence of color unevenness.

【0016】ここで、光源部と第1のレンズ板との間、
または第1のレンズ板と第2のレンズ板との間に反射鏡
から放射する光束を略平行光線化する凹面レンズを配置
することで、最終的に第2のレンズ板を構成する偏光分
離プリズムアレイに入射する光束を5度以下にすること
ができ、明るさの低下と色ムラの発生を抑制することが
できる。また、光源部の反射鏡の口径よりも小さい第2
のレンズ板を扱えるので、投写レンズのFナンバを大き
くでき、かつ色分離及び色合成光学部品を小さくするこ
とができる。
Here, between the light source unit and the first lens plate,
Alternatively, by providing a concave lens between the first lens plate and the second lens plate for converting a light beam radiated from the reflecting mirror into a substantially parallel light beam, a polarization splitting prism finally forming the second lens plate The luminous flux incident on the array can be reduced to 5 degrees or less, so that a decrease in brightness and the occurrence of color unevenness can be suppressed. In addition, the second smaller than the diameter of the reflecting mirror of the light source unit.
Can be used, the F-number of the projection lens can be increased, and the color separation and color combining optical components can be reduced.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0018】図1は本発明の一実施の形態の構成を夫々
示す図であり、図6と同等部分は同一符号にて示してい
る。図1を参照すると、光源部2が単楕円面反射鏡10
1で構成され、光源部2と第1のレンズ板3との間に、
光源部から放射する光束を略平行光線化する凹面レンズ
6が備えられている。この光源部2は、第2焦点距離が
200mm以下の単楕円面反射鏡101を有し、光源部
2から発する光は直接凹面レンズ6に集光する。これに
より、凹面レンズ6の開口部は光源部2の反射鏡の開口
部より小さくできる。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention, and portions equivalent to those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. Referring to FIG. 1, the light source unit 2 is a single ellipsoidal reflecting mirror 10.
1, between the light source unit 2 and the first lens plate 3,
A concave lens 6 for converting a light beam emitted from the light source unit into a substantially parallel light beam is provided. The light source unit 2 includes a single elliptical reflecting mirror 101 having a second focal length of 200 mm or less, and the light emitted from the light source unit 2 is directly converged on the concave lens 6. Thereby, the opening of the concave lens 6 can be made smaller than the opening of the reflecting mirror of the light source unit 2.

【0019】凹面レンズ6に入射された光束はこの凹面
レンズ6により平行光に変換されて第1のレンズ板3へ
入射される。第1のレンズ板3に入射された光は第1レ
ンズ板3を構成する複数の矩形状の集光レンズにより第
2のレンズ板4の近傍に2次光源像を作る。そして、第
2のレンズ板4を構成する集光レンズアレイ201を介
して第1のレンズ板3の矩形状の各集光レンズの像を照
射領域5に転写する。
The light beam incident on the concave lens 6 is converted into parallel light by the concave lens 6 and is incident on the first lens plate 3. The light incident on the first lens plate 3 forms a secondary light source image near the second lens plate 4 by a plurality of rectangular condensing lenses constituting the first lens plate 3. Then, the image of each of the rectangular condenser lenses of the first lens plate 3 is transferred to the irradiation area 5 via the condenser lens array 201 constituting the second lens plate 4.

【0020】このとき、第2のレンズ板4を構成する偏
光分離プリズムアレイ202およびλ/2位相差板20
3によってランダムな偏光光を同一方向の偏光光に揃
え、また出射側レンズ204によって第1のレンズ板3
を構成する全ての集光レンズアレイ201上の入射光像
を全て照明領域5に転写することができる。
At this time, the polarization separating prism array 202 and the λ / 2 retardation plate 20 constituting the second lens plate 4
3 aligns the randomly polarized light into polarized light in the same direction, and outputs the first lens plate 3
Can be transferred to the illumination area 5 on all of the incident light images on all the condensing lens arrays 201.

【0021】このとき、第1のレンズ板3、第2のレン
ズ板4の大きさは光源部2の反射鏡の開口部より小さな
凹面レンズ6の開口部サイズとほぼ同じになり、これに
よって投写レンズのFナンバを大きくでき、また色分離
・合成系光学部品を小さくすることが可能となる。
At this time, the size of the first lens plate 3 and the second lens plate 4 becomes almost the same as the size of the opening of the concave lens 6 which is smaller than the opening of the reflecting mirror of the light source unit 2, thereby projecting. The F number of the lens can be increased, and the color separation / synthesis optical components can be reduced.

【0022】図2は本発明の他の実施の形態を示す図で
あり、図1と同等部分は同一符号にて示している。図2
においては、凹面レンズ6が第1のレンズ板3と第2の
レンズ板4との間に配置されている点が図1の例とは相
違しているのみであり、それ以外の構成は図1と同じで
ある。この例でも、第2のレンズ板4は小となり、投写
レンズのFナンバを大きくでき、また色分離・合成系光
学部品を小さくすることが可能となる。
FIG. 2 is a view showing another embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG.
1 is different from the example of FIG. 1 only in that the concave lens 6 is disposed between the first lens plate 3 and the second lens plate 4. Same as 1. Also in this example, the size of the second lens plate 4 becomes small, the F number of the projection lens can be increased, and the size of the color separation / synthesis system optical component can be reduced.

【0023】図3は本発明の別の実施の形態を示す図で
あり、図1,2と同等部分は同一符号にて示している。
図3を参照すると、第2のレンズ板4の構成が図1,2
のそれとは相違しており、この第2のレンズ板の構成
は、本願出願人により出願された特願平9−22945
1号(平成9年8月26日出願)明細書に提案されてい
るものである。図3の第2のレンズ板4の詳細が図4に
示されており、集光レンズアレイ201と、短冊アルミ
ミラー(スリット状反射板)205と、λ/4位相差板
(1/4波長板)207と、偏光分離器である偏光分離
プリズムアレイ206と、出射側レンズ204(図4で
は省略)とが、光の入射方向からこの順に配置されてい
る。
FIG. 3 is a view showing another embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIGS.
Referring to FIG. 3, the configuration of the second lens plate 4 is shown in FIGS.
The configuration of the second lens plate is different from that of Japanese Patent Application No. 9-22945 filed by the present applicant.
No. 1 (filed on August 26, 1997). The details of the second lens plate 4 in FIG. 3 are shown in FIG. 4, and the condenser lens array 201, the strip aluminum mirror (slit-shaped reflection plate) 205, and the λ / 4 phase difference plate (1/4 wavelength A plate 207, a polarization splitting prism array 206 as a polarization splitter, and an emission side lens 204 (omitted in FIG. 4) are arranged in this order from the light incident direction.

【0024】偏光分離器206の基本構成単位の横幅P
1は、第2の集光レンズアレイ201の各集光レンズ1
04の横幅S1と等しい。スリット状反射板205のス
リットは開口部であって、第2の集光レンズアレイ20
1を構成する縦列の集光レンズ104に対応するように
規則的に配列されている。反射板205におけるスリッ
ト間の板部の出射面側部分に1/4波長板207が夫々
配置されている。
The width P of the basic structural unit of the polarization separator 206
1 is each condenser lens 1 of the second condenser lens array 201
04 is equal to the width S1. The slit of the slit-shaped reflection plate 205 is an opening, and the second condenser lens array 20
1 are regularly arranged so as to correspond to the condensing lenses 104 in the column. Quarter-wavelength plates 207 are respectively arranged on the emission surface side of the plate portion between the slits in the reflection plate 205.

【0025】そして、偏光分離器206の各基本構成単
位は、スリット状反射板205の隣り合う反射部及びス
リット部の組に対応するように配置されている。また、
偏光分離器206の基本構成単位の横幅の約半分の幅X
p155と、各1/4波長板207の横幅X154と、
スリット反射板205の各スリット幅X153とは等し
い。尚、152はシステム主光軸である。
Each basic constituent unit of the polarization separator 206 is arranged so as to correspond to a pair of a reflection part and a slit part adjacent to the slit-like reflection plate 205. Also,
Width X about half of the width of the basic constituent unit of the polarization separator 206
p155, the width X154 of each quarter-wave plate 207,
Each slit width X153 of the slit reflection plate 205 is equal. Incidentally, reference numeral 152 denotes a system main optical axis.

【0026】図5に図4の構成の各構成要素を通過する
時の光の様子を模式的に拡大して示している。第2の集
光レンズアレイ板201に入射した偏光方向のランダム
な光は、反射板205のスリット部を通過し1/4波長
板207同士の隙間を通過した後、偏光分離器206に
より偏光方向が異なるP偏光光とS偏光光との2種の直
線偏光光に分離される。すなわち、P偏光光は進行方向
を変えずに偏光分離器206をそのまま通過する。一
方、S偏光光は偏光分離器206の偏光分離膜105で
反射され、その後に偏光分離膜106で反射され(ただ
し、このとき光軸52は約Xp分シフトする)、1/4
波長板207に入射する。
FIG. 5 schematically shows, in an enlarged manner, the state of light when passing through each component of the configuration of FIG. The random light of the polarization direction incident on the second condenser lens array plate 201 passes through the slit portion of the reflection plate 205 and the gap between the quarter-wave plates 207, and then is polarized by the polarization separator 206. Are separated into two types of linearly polarized light, namely, P-polarized light and S-polarized light. That is, the P-polarized light passes through the polarization separator 206 without changing the traveling direction. On the other hand, the S-polarized light is reflected by the polarization splitting film 105 of the polarization splitter 206 and thereafter reflected by the polarization splitting film 106 (however, at this time, the optical axis 52 shifts by about Xp), and
The light enters the wave plate 207.

【0027】ここで、S偏光光はこの1/4波長板20
7により偏光面の回転作用により楕円偏光に変換され、
スリット状の反射板205で反射される。この反射され
た楕円偏光光は再度1/4波長板207へ入射し、偏光
面の回転作用により楕円偏光からP偏光光に変換され、
偏光分離器206をそのまま通過する。最終的には、こ
の2つの光路においてP偏光光がほぼ平行な角度で偏光
分離器206を出射する。
Here, the S-polarized light is applied to the 波長 wavelength plate 20.
7, the light is converted into elliptically polarized light by the rotation of the polarization plane,
The light is reflected by the slit-like reflecting plate 205. The reflected elliptically polarized light enters the quarter-wave plate 207 again, and is converted from elliptically polarized light to P-polarized light by the rotation of the polarization plane.
The light passes through the polarization splitter 206 as it is. Finally, in these two optical paths, the P-polarized light exits the polarization separator 206 at substantially parallel angles.

【0028】こうして、P偏光光に揃えられた光束は出
射側レンズ204により照明領域5へと導かれ、照明領
域5上に重なって結像される。光源部2からの偏光方向
のランダムな光は、一つの直線偏光光に変換されて、ほ
とんど全ての光が照明領域5へと達する。このために、
照明領域5では、ほとんど一つの偏光光で均一に照明さ
れ、光損失がほとんどなく、光利用率が極めて高い。
In this way, the light beam aligned with the P-polarized light is guided to the illumination area 5 by the exit lens 204, and forms an image on the illumination area 5 in an overlapping manner. The random light in the polarization direction from the light source unit 2 is converted into one linearly polarized light, and almost all the light reaches the illumination area 5. For this,
In the illumination area 5, the light is uniformly illuminated with almost one polarized light, there is almost no light loss, and the light utilization is extremely high.

【0029】本例でも、図2と同様に第1の集光レンズ
板3と第2のレンズ板4との間に凹面レンズ6を設けて
も良いものである。
Also in this embodiment, a concave lens 6 may be provided between the first condenser lens plate 3 and the second lens plate 4 as in FIG.

【0030】上記各構成の偏光照明装置は、投写型の液
晶表示装置に使用することが可能であることは容易に類
推できるものであり、その詳細は省略するが、上記の出
願明細書(特願平9−229451号)に開示されてい
るので参照願いたい。
It can be easily inferred that the polarized light illuminating device of each of the above structures can be used for a projection type liquid crystal display device, and details thereof will be omitted. Japanese Patent Application No. 9-229451).

【0031】[0031]

【発明の効果】第1の効果は、小型で低コストの投写型
表示装置を提供できる。その理由は、単楕円面反射鏡と
高効率で均一性のよい偏光照明装置と組み合わせること
で、照明系のFナンバを大きくすることができ、このた
め低コストのFナンバの大きい投写レンズを採用するこ
とが可能になり、また同時に色分離・合成光学部品を小
さくできるため装置サイズを小さくすることが可能にな
るためである。
The first effect is that a small and low-cost projection display device can be provided. The reason is that the F-number of the illumination system can be increased by combining a single ellipsoidal reflecting mirror with a highly efficient and highly uniform polarizing illumination device, and therefore a low-cost, large-number F-number projection lens is used. This is because the size of the device can be reduced because the color separation / synthesis optical components can be reduced at the same time.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施の形態の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施の形態の構成を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の別の実施の形態の構成を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of another embodiment of the present invention.

【図4】図3の第2のレンズ板の詳細を示す構成図であ
る。
FIG. 4 is a configuration diagram showing details of a second lens plate in FIG. 3;

【図5】図4の一部の模式的拡大図である。FIG. 5 is a schematic enlarged view of a part of FIG. 4;

【図6】従来の偏光照明装置の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional polarized light illumination device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 光源部 3 第1のレンズ板 4 第2のレンズ板 5 照明領域 6 凹面レンズ 101 単楕円面反射鏡 201 集光レンズアレイ 202,206 偏光分離プリズムアレイ 203 λ/2位相差板 204 出射側レンズ 205 短冊反射ミラー 207 λ/4位相差板 Reference Signs List 2 light source unit 3 first lens plate 4 second lens plate 5 illumination area 6 concave lens 101 single elliptical reflecting mirror 201 condensing lens array 202, 206 polarization separation prism array 203 λ / 2 phase difference plate 204 emission side lens 205 Strip reflection mirror 207 λ / 4 phase difference plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G02F 1/1335 530 G02F 1/1335 530 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI G02F 1/1335 530 G02F 1/1335 530

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 偏光方向がランダムな光を出射する光源
部と、矩形状の外形を有する複数の矩形集光レンズから
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、これ等
複数の2次光源像が形成される位置の近傍に配置されて
前記偏光方向がランダムな光を2つの直線偏光に分離し
かつ偏光方向を揃えて合成する第2のレンズ板とを含む
偏光照明装置であって、前記反射鏡の開口部と前記第1
のレンズ板との間あるいは前記第1のレンズ板と前記第
2のレンズ板との間に設けられた凹面レンズを含むこと
を特徴とする偏光照明装置。
1. A light source unit that emits light having a random polarization direction, and a plurality of rectangular condenser lenses having a rectangular outer shape. A first lens plate for forming a light source image, and a first lens plate disposed near a position where a plurality of secondary light source images are formed, for separating the light having a random polarization direction into two linearly polarized lights, and A polarized light illuminating device comprising: a second lens plate for synthesizing the light in the same direction;
And a concave lens provided between the first lens plate and the second lens plate.
【請求項2】 前記第2のレンズ板は、前記2次光源像
の各々に対応する複数の矩形状集光レンズを配列した集
光レンズアレイと、偏光分離プリズムアレイと、1/2
波長位相差板と、出射レンズとをこの順に光の入射側か
ら配置した構成であることを特徴とする請求項1記載の
偏光照明装置。
2. The second lens plate comprises: a condenser lens array in which a plurality of rectangular condenser lenses corresponding to each of the secondary light source images are arranged; a polarization separation prism array;
2. The polarized light illuminating device according to claim 1, wherein the wavelength phase difference plate and the output lens are arranged in this order from the light incident side.
【請求項3】 前記第2のレンズ板は、前記2次光源像
の各々に対応する複数の矩形状集光レンズを配列した集
光レンズアレイと、前記集光レンズアレイの集光レンズ
に対応するように配列された複数のスリットを有する反
射板と、この反射板におけるスリット間の反射部を少な
くとも覆う1/4波長位相差板と、平板状の偏光分離器
と、出射レンズとをこの順に光の入射側から配置した構
成であることを特徴とする請求項1記載の偏光照明装
置。
3. The condenser lens array in which a plurality of rectangular condenser lenses corresponding to each of the secondary light source images are arranged, and the second lens plate corresponds to a condenser lens of the condenser lens array. A reflector having a plurality of slits arranged in such a manner as to form a quarter-wave retardation plate that covers at least a reflecting portion between the slits in the reflector, a plate-shaped polarization separator, and an output lens are arranged in this order. The polarized light illuminating device according to claim 1, wherein the polarized light illuminating device is arranged from a light incident side.
【請求項4】 前記光源部は、単楕円面反射鏡であるこ
とを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の偏光照明装
置。
4. The polarization illuminating device according to claim 1, wherein the light source unit is a single ellipsoidal reflecting mirror.
【請求項5】 前記単楕円面反射鏡の第2焦点距離が2
00mm以下であることを特徴とする請求項4記載の偏
光照明装置。
5. The single-ellipsoidal reflecting mirror has a second focal length of 2
The polarized light illuminating device according to claim 4, wherein the distance is not more than 00 mm.
【請求項6】 請求項1〜5いずれか記載の偏光照明装
置を光源として使用した投写型表示装置。
6. A projection display device using the polarized light illumination device according to claim 1 as a light source.
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