JP4420428B2

JP4420428B2 - Polarized illumination optical system and projection display device using the same

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Publication number: JP4420428B2
Application number: JP2003187403A
Authority: JP
Inventors: 力山本
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005024663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光体およびリフレクタを備えた光源部を用いて被照明体を照明する偏光照明光学系に関するもので、特に、照明光束を液晶表示板等の、偏光を用いて変調を行うライトバルブにより光変調し、この投映光束によりスクリーン上に画像を拡大投映する投写型表示装置に好適な偏光照明光学系、およびこれを用いた投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フライアイよりなるインテグレータ部と偏光方向を揃える偏光ビームスプリッタとを用いた明るい偏光照明光学系は、偏光を用いた投写型表示装置の照明光学系として一般に用いられている。また、近年ではより明るい照明光学系が求められる傾向にある。
【０００３】
明るくする手法としては、発光体のサイズが決まっている場合には、発光体の消費電力を上げ発光体からの全光束を多くする、いわゆるワッテイジの高い光源を使用することができる。しかしこのように消費電力を上げることなく、単位面積あたりの光束密度を増す方法も検討されており、例えば、特許文献１が知られている。この照明装置はリフレクタからの光束の一部を平面反射鏡で反射させ発光体側に光束を戻し、別の経路からの光束と共に出射させるものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２００３−１５２１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された照明装置では、平面反射鏡で反射させ発光体に戻す光量が多いと発光体付近の熱が上がるため、発光体の寿命が短くなるという問題がある。また逆に、戻す光量が少ないと明るくすることができなくなってしまう。
【０００６】
また平面反射鏡で戻された光束には、反射回数の多さや、発光体を包んでいる発光管を通り抜けることで収差が発生するが、特許文献１に記載された照明装置ではそれに関して考慮されておらず、そのため必ずしも利用効率の高い光束が得られるとは限らないものとなっている。
【０００７】
また、明るい偏光照明光学系とするためには光源からの光量を効率よく利用することが重要であるが、フライアイによるインテグレータ部と偏光ビームスプリッタとを用いた偏光照明光学系では、光源の像ができるフライアイや偏光ビームスプリッタの部分で光束の一部がカットされてしまうことにより、光量ロスが発生しやすいことはよく知られている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、発光体寿命に影響する温度上昇を軽減しながら、明るく均一な照明を行ない得る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
また、本発明はインテグレータ板や偏光ビームスプリッタを備えた偏光照明光学系として、簡易な構成で効率よく偏光方向が統一された照明光を得ることのできる偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置を提供することをも目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏光照明光学系は、発光体、およびこの発光体からの照明光束を反射するリフレクタよりなる光源部と、この光源部からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部および該光源部からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部とを備えた照明光学系において、
前記光源部が、前記リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し直接にまたは前記リフレクタを介して、前記発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備えていることを特徴とするものである。
【００１１】
また、前記光源部からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１２】
また、前記光源部の前記反射型偏光板を透過した照明光束の多くが、前記偏光変換部が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１３】
また、前記光源部の前記リフレクタから直接に前記偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くが、前記偏光変換部を介して被照明エリアを照明することが好ましい。
【００１４】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、少なくとも２枚のフライアイより構成され、最も光源部側フライアイに比べ、最も被照明エリア側フライアイの方がサイズが小さいことが好ましい。
【００１５】
また、前記偏光変換インテグレータ部の前記インテグレータ部は、レンズセル分割数が互いに等しい少なくとも２枚のフライアイからなり、最も被照明エリア側フライアイにおいて、前記偏光変換部が設置された領域に対応する領域のレンズセルサイズが、前記偏光変換部が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセルサイズに比べ、大きいことが好ましい。
【００１６】
本発明に係る投写型表示装置は、上記いずれかの偏光照明光学系を備え、この偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて光変調を行なう少なくとも１つのライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系を介し投写することを特徴とするものである。
【００１７】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、本発明の実施例１に係る偏光照明光学系を例として説明する。図１は本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成を示す断面図である。
この偏光照明光学系において、光源部１は、光源の発光点１１が放物面鏡よりなるリフレクタ１２の焦点に配置されたものである。この光源は、発光分布が小さく発光効率の高いものが望ましく、現在では、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの発光管等からなることが一般的である。
【００１９】
また光源部１は、リフレクタ１２の開口側に、リフレクタ１２で反射された照明光束のうちの一部の照明光束の光路上に、反射型偏光板１３を備えている。反射型偏光板１３は、所定の偏光方向の照明光束を透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射するもので、反射型偏光板１３で反射された照明光束は再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光される。
【００２０】
すなわち、図示されるとおり、光束ｂ、ｃはリフレクタ１２で反射され直接に光源部１から出射され、光束ａ、ｄは反射型偏光板１３に入射されて所定の偏光方向の光束ａ_１、ｄ_１は透過され、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の光束ａ_２、ｄ_２は反射される。光束ａ_２、ｄ_２は反射型偏光板１３から逆行し再びリフレクタ１２で反射して、発光点１１の付近に集光され、さらに進行して再度リフレクタ１２で反射して光源部１から出射される。光源部１から出射される照明光束は略平行光とされている。
【００２１】
またこの偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束を複数の照明光束に分割するインテグレータ部２と、光源部１からの照明光束の偏光方向を整える偏光変換部３とからなる偏光変換インテグレータ部とを備えている。
【００２２】
インテグレータ部２は、光源部１からの照明光束の光軸と垂直な断面における光量分布の均一化を図るもので、光源部側から順に第２フライアイ２１および第１フライアイ２２が配設されている。第２フライアイ２１が光源部１からの略平行光束を第２フライアイ２１のレンズセルの数と同数の部分光束に分割し、第１フライアイ２２を構成する各レンズセル近傍に光源１１の２次光源像を形成させることにより光量分布の均一化を図る。２つのフライアイ２１、２２のレンズセル分割数は互いに等しく、第２フライアイ２１の各レンズセル２３と第１フライアイ２２の各レンズセル２４とは、１対１で対応するように構成されている。
【００２３】
偏光変換部３は、インテグレータ部２から出射された光源部１からの照明光束の偏光方向を揃えるもので、従来よく知られた、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）、およびこのアレイの光出射面側に配設され複数のλ／２位相膜３４がストライプ状に配設されたλ／２位相板からなるものである。
【００２４】
ＰＢＳアレイはその内部に、偏光分離膜３１と反射膜３２とが、光軸に対して略４５度の角度を有するように交互に形成されている。ランダムな偏光である光源部１からの照明光束は、第１フライアイ２２のうちの対応するレンズセル２４から入射され、偏光分離膜３１により偏光方向の異なるＰ偏光とＳ偏光の２種類の偏光に分離される。一方の偏光は偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される。他方の偏光は偏光分離膜３１および隣接する反射膜３２で反射されて、最終的には、ＰＢＳアレイを直進透過した光束とほぼ平行な角度でＰＢＳアレイより出射され、λ／２位相膜３４を通過する際に、偏光面の回転作用によりＰＢＳアレイを直進透過した光束と略一致する偏光方向に変換されて出射される。
【００２５】
このようにして本発明に係る偏光照明光学系から出射された照明光束は、明るく均一で偏光方向が統一された照明光束として、後段の集光レンズ６１等を介し画像表示素子等の被照明領域を照明する。
【００２６】
また、図２（ａ）は、この光源部１をＡ方向より見た図であり、図２（ｂ）は偏光変換部３およびフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図２（ｂ）において、ハッチング部分はλ／２位相膜３４が配された部分である。また、図２（ｃ）はフライアイ２２をＡ方向より見た図である。図示のとおり、フライアイ２２は、矩形状の輪郭をした微小な凸レンズによるレンズセル２４が縦横に複数配列されたものである。
【００２７】
上記構成の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うことができる。また、反射型偏光板１３から光源付近へ戻される光量は全反射ミラーの場合と比較し略半減されるので、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００２８】
さらに、反射型偏光板１３の形状および配設位置を適宜設定することにより、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差も考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すような構成が可能である。発光点は、例えばアーク放電光源ならば空間部分となり、放電部材の温度上昇がなされないので光源寿命を長くすることができる。
【００２９】
また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。
【００３０】
なお、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することができる。すなわち、上記以外の照明光束は偏光変換部３を介さずに被照明エリアを照明するように構成することができることになる。
【００３１】
より具体的には、上記一部の照明光束を光源部１のリフレクタ１２から直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束とし、これ以外の照明光束を反射型偏光板１３を透過した照明光束とすることが好ましい。反射型偏光板１３を透過した照明光束は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３により偏光方向を揃える必要がない。したがって、光源部１の反射型偏光板１３を透過した照明光束の多くが、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成することができる。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束の多くは、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することが好ましい。偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部３を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向となるように変換されるような構成とする。
【００３２】
なお、上記「照明光束の多く」とは、照明光束の少なくとも過半であり、望ましくは全てであることを示すものである。理想的には全てであることが望ましいが、製造上の理由等により、そのように厳密に分けることが難しい場合をも許容するものである。
【００３３】
一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成することにより、光利用効率を向上させることができる。ＰＢＳアレイを用いた偏光変換部３は開口に制限があり、光が入射されてもその光を利用できない部分が在ることが知られている。そのためインテグレータ部２から偏光変換部３に至る部分では光量損失が生じやすいが、偏光変換部３が非設置とされた領域からも偏光方向が揃えられた光束を出射し得るこの偏光照明光学系の構成によれば、この領域ではこのような光量損失がない。また、偏光変換部３のサイズを小さくすることができ、低コスト化を図ることができる。
【００３４】
以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、各実施例における符号は、各実施例において同様なものを示す場合はそれぞれ一致させている。また、各断面図において、各部材はその断面形状を重点的に記載したものであって、遠方の端面の記載を省略しているものがある。
【００３５】
＜実施例１＞
上述のとおり、図１は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図２は図１の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。
【００３６】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００３７】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ａ_１、ｄ_１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００３８】
また、第２フライアイ２１と第１フライアイ２２とは、本実施例のように同一形状とすることによりコスト上有利となる。
【００３９】
＜実施例２＞
図３は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。また、図４は図３の、Ａ方向より（ａ）光源部１、（ｂ）偏光変換部３および第１フライアイ２２、（ｃ）第１フライアイ２２を、それぞれ見た図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、リフレクタから出射される光束の光軸近傍部分に反射型偏光板１３が配設されている。
【００４０】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４１】
すなわち、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ_１、ｃ_１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１２から、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４２】
また、この偏光照明光学系は、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００４３】
すなわち、第２フライアイ２１は、反射型偏光板１３を透過した照明光束（例えば、ｂ_１、ｃ_１）が略入射される領域の各レンズセル２３ｂと、反射型偏光板１３を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ａ、ｄ）が略入射される領域の各レンズセル２３ａとからなる。そして、各レンズセル２３ｂの偏心により、偏光が揃った光は光束中心が光軸を中心として互いに近づくように集光される。他方、ランダムな偏光方向の光は、各レンズセル２３ａの偏心により、光束中心が光軸を中心として互いに離れるように集光される。
【００４４】
２つのフライアイ２１、２２のサイズは略等しいが、第１フライアイ２２においては、この第２フライアイ２１の各レンズセル２３a、２３ｂの偏心に対応して、レンズセル２３ａに対応する領域のレンズセル２４ａのサイズ（面積）が、レンズセル２３ｂに対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズ（面積）に比べ、大きくなっている。レンズセル２４ａに入射されたランダムな偏光方向の光は後段に設置された偏光変換部３に入射される。レンズセル２４ｂに入射された光は偏光方向が揃っているので、偏光変換部３を介すことなく偏光照明光学系から出射される。
【００４５】
ランダムな偏光方向の光は第１フライアイ２２の後段の偏光変換部３で偏光方向が揃えられるわけであるが、２つのフライアイ２１、２２のそれ自体のサイズが略等しい場合でも、このように偏心させ、上記所定の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げることにより、照明光束の利用効率を向上させることができる。レンズセル２４ｂから出射される偏光が揃った照明光束についてはそのままの光量が利用できるとともに、レンズセル２４ａから出射されるランダムな偏光方向の照明光束について、このようにしてフライアイの近傍に形成される２次光源像の間隔が広められると、開口制限のあるＰＢＳアレイに効率よく光を入射させることができるので、ランダムな偏光方向の光について照明効率を向上させることができる。
【００４６】
＜実施例３＞
図５は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。図示のとおり、この偏光照明光学系では実施例１のものと異なり、光源部１は楕円面鏡よりなるリフレクタ１４を備え、この光源部１からの光束を略平行光としてインテグレータ部２に入射させるレンズ４１を備えている。また、この反射型偏光板１６は実施例１の平面状のものと異なり、所定の曲面状のものとされている。この曲面形状は、光源の発光体を包むガラス等の管球で発生する収差を考慮して、その収差を補正し反射光の角度を調整して、発光点に戻すように設定されている。
【００４７】
本実施例の光源部１によれば、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。また、この偏光照明光学系はインテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えており、明るく均一な照明を行なうことができる。また、この偏光照明光学系は、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができる。
【００４８】
すなわち、反射型偏光板１６を透過した照明光束（例えば、ａ_１、ｄ_１）は所定の偏光方向の照明光束とされているので、偏光変換部３が非設置とされた領域を通って被照明エリアを照明するように構成されている。また、光源部１のリフレクタ１４から、反射型偏光板１６を介さずに直接に偏光変換インテグレータ部に入射される照明光束（例えば、ｂ、ｃ）は、偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されている。
【００４９】
本実施例では、偏光変換部３のＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されている。これは、偏光変換部３が配された領域と偏光変換部３が非設置とされた領域とから出射された照明光束全体において、光束密度が疎となる部分を極力なくするように配慮されたもので、偏光変換部３の作用としては実施例１のものと略同様である。
【００５０】
また、この偏光照明光学系は、２枚のフライアイ２１、２２より構成されたインテグレータ部２において、光源部側の第２フライアイ２１に比べ、被照明エリア側の第１フライアイ２２の方がサイズが小さくなるように構成されている。２枚のフライアイ２１、２２はそれぞれ１対１に対応するような各レンズセルを備えているが、第２フライアイ２１のレンズセルの偏心により、第１フライアイ２２をこのように小型化することができる。
【００５１】
第２フライアイ２１のレンズセルの偏心は、実施例２のものと同様に、第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように設定されている。これにより、実施例２のものと同様に、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５２】
すなわち本実施例は、第１フライアイ２２と偏光変換部３とを小型化しながら、照明光の利用効率を向上させるものである。
【００５３】
＜実施例４＞
図６は本実施例に係る偏光照明光学系の断面図である。本実施例の光源部１は実施例１のものと同様であり、光源から発生した光量を効率よく利用し明るい照明を行うとともに、光源の温度上昇が軽減され、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００５４】
本実施例の偏光照明光学系は実施例１のものと異なり、インテグレータ部２が、レンズセル分割数が互いに等しい２枚のフライアイ２１、２２からなり、被照明エリア側の第１フライアイ２２において、偏光変換部３が設置された領域に対応する領域のレンズセル２４ａのサイズが、偏光変換部３が非設置とされた領域に対応する領域のレンズセル２４ｂのサイズに比べ、大きくなるように構成されている。
【００５５】
これにより、本実施例の偏光照明光学系は実施例２のものと同様に、インテグレータ部２および偏光変換部３からなる偏光変換インテグレータ部を備えた明るく均一な照明を行ない得るものであるとともに、光源部１からの照明光束のうち、一部の照明光束のみが偏光変換部３を介して被照明エリアを照明するように構成されており、光利用効率を向上させることができ、さらに、ランダムな偏光方向の光束により結像される２次光源像の間隔を拡げ、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００５６】
本実施例の偏光変換部３においてもＰＢＳアレイは光軸を含む所定面に関し対称となるように構成されているが、その作用としては実施例１のものと略同様である。また、本実施例の偏光変換部３は、実施例１〜３のものとλ／２位相膜３４の配設位置が異なっている。本実施例ではλ／２位相膜３４は、偏光分離膜３１を透過しプリズム面３３から出射される偏光の出射面に配設されている。本発明の偏光変換部３としては、このようなタイプのものを用いることも可能である。ただし、本発明に係る偏光照明光学系としては、偏光変換部３から出射される光束は、インテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束と略一致する偏光方向とされていることが好ましい。そのため、本実施例においてはインテグレータ部２から出射され偏光変換部を介さずにこの偏光照明光学系から出射される光束の光路上にもλ／２位相膜３５が配されている。
【００５７】
＜実施例５＞
本実施例は、本発明に係る投写型表示装置の具体的な実施例として説明するものである。本実施例に係る投写型表示装置の概略構成を図７に示す。この装置は、本発明に係る偏光照明光学系を代表したものとしての、上記実施例４に係る偏光照明光学系を用いた装置とされている。
【００５８】
この装置は、本発明に係る偏光照明光学系からの照明光束により、所定の画像情報に基づいて照明光束の光変調を行なう透過型画像表示素子よりなるライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した投映光束を、投写光学系６７を介し投写するものである。照明光束は、光量分布が均一化され偏光方向が揃えられた状態で、本発明の偏光照明光学系から出射される。そしてこの照明光束は、以下に示すとおり、３原色光に分解され、各色光用の透過型画像表示素子である液晶パネル６４ａ〜ｃにより光変調されて、これらの投映光束が合成された後、投写光学系６７により投写されて、スクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、以下に示す第１〜第３色光成分とは、青色、緑色、赤色の３原色光を任意の順に対応させることができる。
【００５９】
すなわち、照明光学系から出射された照明光束は、ダイクロイックミラー６２ａ、６２ｂにより色光分解され、それぞれ第１〜第３色光成分用の画像が表示される液晶パネル６４ａ〜ｃに照射される。ダイクロイックミラー６２ａは、照明光束を第１色光成分光束と第２、第３色光成分の合成光束とに分離し、ダイクロイックミラー６２ｂは、ダイクロイックミラー６２ａにより分離された第２、第３色光成分の合成光束を、第２色光成分と第３色光成分とに分離するものである。照明光束の光路上には、偏向のための全反射ミラー６３〜ｄと、集光レンズ６１ａ〜ｆとが配され、液晶パネル６４ａ〜ｃ上には、光源部１からの光束が重畳される。液晶パネル６４ａ〜ｃを透過し、所定の画像情報に基づいて光変調された投映光束である第１〜第３色光成分光束は、第１色光成分を反射するダイクロイック膜６５ａと第３色光成分を反射するダイクロイック膜６５ｂとを内部に有する、クロスプリズム６６により合成される。
【００６０】
この投写型表示装置は、本発明に係る偏光照明光学系を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【００６１】
なお、本発明の偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置としては、これらの実施例のものに限られず、種々の態様の変更が可能である。
【００６２】
例えば、本発明の偏光照明光学系において、反射型偏光板の開口部の形状およびサイズは上記実施例のものに限られない。開口部の形状およびサイズは、後段の偏光変換部の形状に対応することが望ましく、さらに、反射型偏光板で反射された光束がより少ない反射回数で開口部から出射されるように適宜設定し、光量損失を少なくすることが好ましい。また、開口部のサイズが大きくなることは偏光変換部の大型化を招く場合もあるので、光利用効率の低下ならびにコスト増とならないように適宜設定することが好ましい。
【００６３】
また、光源部において、反射型偏光板の形状は平面に限られず曲面とされていてもよい。また、その形状および配置は、反射型偏光板で反射した光が再度リフレクタで反射されて光源部から出射されるように構成されていてもよいし、反射型偏光板で反射した光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。前者の構成は反射型偏光板を平面状に形成することができるので製造が容易である。また、後者の構成は、リフレクタでの反射回数が少なくなるので光量損失を少なくすることができる。また、反射型偏光板で反射した光のうち、一部が再度リフレクタで反射されて光源部から出射され、それ以外の光がリフレクタに当たらずに直接に光源部から出射されるように構成されていてもよい。
【００６４】
また、本発明の投写型表示装置としては、本発明の偏光照明光学系を任意に用いることができる。
【００６５】
また、本発明の投写型表示装置においてライトバルブは実施例のものに限られない。例えば、反射型画像表示素子よりなるライトバルブを備えた投写型表示装置にも、本発明の照明光学系を適用することができる。また、本発明の投写型表示装置は必ずしもカラー画像表示装置に限られず、モノクロ画像表示装置とされていてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る偏光照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置によれば、光源部に、リフレクタで反射された照明光束の一部について、所定の偏光方向の照明光束は透過するとともに、この所定の偏光方向と垂直な偏光方向の照明光束は反射し発光体付近に集光させるように作用する、反射型偏光板を備え、インテグレータ部および偏光変換部からなる偏光変換インテグレータ部を備えていることにより、簡易な構成で光源から発生した光量を効率よく利用し、明るく均一な偏光方向が統一された照明を行うことができるとともに、発光体寿命を長く持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図２】実施例１のＡ方向から見た図
【図３】本発明の実施例２に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図４】実施例２のＡ方向から見た図
【図５】本発明の実施例３に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図６】本発明の実施例４に係る偏光照明光学系の概略構成図
【図７】本発明の実施例５に係る投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
１光源部
２インテグレータ部
３偏光変換部
１１発光点
１２放物面リフレクタ
１３、１６反射型偏光板
１４楕円面リフレクタ
２１第２フライアイ
２２第１フライアイ
２３、２４レンズセル
３１偏光分離膜
３２反射膜
３３プリズム面
３４ λ／２位相膜
４１レンズ
６１集光レンズ
６２ダイクロイックミラー
６３全反射ミラー
６４透過型液晶パネル
６５ダイクロイック膜
６７投写光学系[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization illumination optical system that illuminates an object to be illuminated using a light source unit including a light emitter and a reflector, and in particular, a light valve that modulates an illumination light beam using polarized light, such as a liquid crystal display panel. The present invention relates to a polarization illumination optical system suitable for a projection display device that modulates light by the projection light and projects an enlarged image on a screen with the projected light beam, and a projection display device using the polarization illumination optical system.
[0002]
[Prior art]
A bright polarization illumination optical system using an integrator unit made of fly-eye and a polarization beam splitter that aligns the polarization direction is generally used as an illumination optical system of a projection display device using polarized light. In recent years, a brighter illumination optical system tends to be required.
[0003]
As a method of brightening, when the size of the light emitter is determined, a so-called highly wavy light source that increases the power consumption of the light emitter and increases the total luminous flux from the light emitter can be used. However, a method for increasing the light flux density per unit area without increasing the power consumption has been studied, and for example, Patent Document 1 is known. In this illumination device, a part of the light beam from the reflector is reflected by a plane reflecting mirror, the light beam is returned to the light emitter, and is emitted together with the light beam from another path.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-15219
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the illumination device described in Patent Document 1 has a problem that the life of the light emitter is shortened because the heat in the vicinity of the light emitter increases when the amount of light reflected by the plane reflecting mirror and returned to the light emitter is large. Conversely, if the amount of light to be returned is small, it cannot be brightened.
[0006]
In addition, the light flux returned by the plane reflecting mirror is subject to many reflections and aberrations due to passing through the arc tube that encloses the illuminant. However, the illumination device described in Patent Document 1 takes this into consideration. Therefore, a light beam with high utilization efficiency is not always obtained.
[0007]
In order to achieve a bright polarization illumination optical system, it is important to efficiently use the amount of light from the light source. However, in the polarization illumination optical system using the fly-eye integrator unit and the polarization beam splitter, the image of the light source is used. It is well known that a part of the light beam is cut at the fly-eye or polarizing beam splitter that can cause a loss of light quantity.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a polarization illumination optical system capable of performing bright and uniform illumination while reducing a temperature rise that affects the lifetime of a light emitter, and a projection display device using the polarization illumination optical system. It is for the purpose.
[0009]
Further, the present invention provides a polarization illumination optical system that can obtain illumination light with a simple configuration and a uniform polarization direction efficiently as a polarization illumination optical system including an integrator plate and a polarization beam splitter, and a projection type using the polarization illumination optical system. Another object is to provide a display device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A polarized illumination optical system according to the present invention includes a light source unit including a light emitter, a reflector that reflects an illumination light beam from the light emitter, an integrator unit that divides the illumination light beam from the light source unit into a plurality of illumination light beams, and the light source unit. In an illumination optical system comprising a polarization conversion integrator unit comprising a polarization conversion unit that adjusts the polarization direction of the illumination light beam from the light source unit,
The light source unit transmits an illumination light beam having a predetermined polarization direction with respect to a part of the illumination light beam reflected by the reflector, and reflects and directly reflects an illumination light beam having a polarization direction perpendicular to the predetermined polarization direction. Nima Alternatively, a reflective polarizing plate is provided, which acts so as to collect light near the light emitter through the reflector.
[0011]
Moreover, it is preferable that only a part of the illumination light beam from the light source unit illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit.
[0012]
In addition, it is preferable that most of the illumination light beam transmitted through the reflective polarizing plate of the light source unit illuminate the illuminated area through a region where the polarization conversion unit is not installed.
[0013]
Further, it is preferable that most of the illumination light beam that is directly incident on the polarization conversion integrator unit from the reflector of the light source unit illuminates the illuminated area through the polarization conversion unit.
[0014]
Further, it is preferable that the integrator unit of the polarization conversion integrator unit includes at least two fly eyes, and the size of the illuminated area side fly eye is smaller than that of the light source unit side fly eye.
[0015]
The integrator unit of the polarization conversion integrator unit includes at least two fly eyes having the same number of lens cell divisions, and corresponds to a region where the polarization conversion unit is installed in the most illuminated area side fly eye. It is preferable that the lens cell size of the region is larger than the lens cell size of the region corresponding to the region where the polarization converter is not installed.
[0016]
A projection display device according to the present invention includes any one of the above-described polarized illumination optical systems, and illuminates at least one light valve that performs light modulation based on predetermined image information with an illumination light beam from the polarized illumination optical system. The projection light beam carrying image information from the light valve is projected through a projection optical system.
[0017]
Note that “the majority of the illumination light beam” indicates at least a majority of the illumination light beam, preferably all.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described by taking the polarization illumination optical system according to Example 1 of the present invention as an example. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a polarization illumination optical system according to Embodiment 1 of the present invention.
In this polarized illumination optical system, the light source unit 1 is one in which the light emitting point 11 of the light source is arranged at the focal point of a reflector 12 made of a parabolic mirror. The light source preferably has a small light emission distribution and high light emission efficiency. At present, the light source is generally made of an arc tube such as an ultra-high pressure mercury lamp, a metal halide lamp, or a xenon lamp.
[0019]
In addition, the light source unit 1 includes a reflective polarizing plate 13 on the optical path of a part of the illumination light beam reflected by the reflector 12 on the opening side of the reflector 12. The reflective polarizing plate 13 transmits an illumination light beam having a predetermined polarization direction and reflects an illumination light beam having a polarization direction perpendicular to the predetermined polarization direction. The illumination light beam reflected by the reflective polarizing plate 13 is The light is reflected again by the reflector 12 and collected near the light emitting point 11.
[0020]
That is, as shown in the figure, the light beams b and c are reflected by the reflector 12 and directly emitted from the light source unit 1, and the light beams a and d are incident on the reflective polarizing plate 13 and have a predetermined polarization direction. ₁ , D ₁ Is transmitted, and a light flux a having a polarization direction perpendicular to the predetermined polarization direction. ₂ , D ₂ Is reflected. Luminous flux a ₂ , D ₂ Goes backward from the reflective polarizing plate 13, is reflected again by the reflector 12, is condensed near the light emitting point 11, travels further, is reflected again by the reflector 12, and is emitted from the light source unit 1. The illumination light beam emitted from the light source unit 1 is substantially parallel light.
[0021]
The polarization illumination optical system also includes a polarization conversion integrator including an integrator unit 2 that divides the illumination light beam from the light source unit 1 into a plurality of illumination light beams, and a polarization conversion unit 3 that adjusts the polarization direction of the illumination light beam from the light source unit 1. Department.
[0022]
The integrator unit 2 is for uniformizing the light amount distribution in a cross section perpendicular to the optical axis of the illumination light beam from the light source unit 1, and a second fly eye 21 and a first fly eye 22 are arranged in order from the light source unit side. ing. The second fly eye 21 divides the substantially parallel light beam from the light source unit 1 into the same number of partial light beams as the number of lens cells of the second fly eye 21, and the light source 11 is arranged near each lens cell constituting the first fly eye 22. By forming a secondary light source image, the light quantity distribution is made uniform. The lens cell division numbers of the two fly eyes 21 and 22 are equal to each other, and each lens cell 23 of the second fly eye 21 and each lens cell 24 of the first fly eye 22 are configured to correspond one-to-one. ing.
[0023]
The polarization conversion unit 3 aligns the polarization direction of the illumination light beam emitted from the light source unit 1 emitted from the integrator unit 2, and is a well-known polarization beam splitter array (hereinafter referred to as a PBS array), and this array. And a plurality of λ / 2 phase films 34 arranged on the light emitting surface side of the λ / 2 phase plate.
[0024]
In the PBS array, polarization separation films 31 and reflection films 32 are alternately formed so as to have an angle of about 45 degrees with respect to the optical axis. The illumination light beam from the light source unit 1 that is randomly polarized light is incident from the corresponding lens cell 24 in the first fly-eye 22 and is polarized by two types of polarized light of P-polarized light and S-polarized light having different polarization directions by the polarization separation film 31. Separated. One polarized light passes through the polarization separation film 31 and is emitted from the prism surface 33. The other polarized light is reflected by the polarization separation film 31 and the adjacent reflection film 32, and finally emitted from the PBS array at an angle substantially parallel to the light beam that has been transmitted straight through the PBS array. When passing, the light is converted into a polarization direction substantially coincident with the light beam that has been transmitted through the PBS array by the rotation of the polarization plane, and is emitted.
[0025]
In this way, the illumination light beam emitted from the polarization illumination optical system according to the present invention is a bright and uniform illumination light beam with a uniform polarization direction, and the illuminated area of the image display element or the like via the subsequent condenser lens 61 or the like. Illuminate.
[0026]
2A is a diagram of the light source unit 1 viewed from the A direction, and FIG. 2B is a diagram of the polarization conversion unit 3 and the fly eye 22 viewed from the A direction. In FIG. 2B, the hatched portion is a portion where the λ / 2 phase film 34 is disposed. FIG. 2C is a view of the fly eye 22 as viewed from the A direction. As shown in the figure, the fly eye 22 has a plurality of lens cells 24 formed by minute convex lenses having a rectangular outline, arranged vertically and horizontally.
[0027]
According to the light source unit 1 configured as described above, bright illumination can be performed by efficiently using the amount of light generated from the light source. Further, since the amount of light returned from the reflective polarizing plate 13 to the vicinity of the light source is substantially halved compared to the case of the total reflection mirror, the temperature rise of the light source can be reduced and the lifetime of the light emitter can be extended.
[0028]
Further, by appropriately setting the shape and arrangement position of the reflective polarizing plate 13, the aberration occurring in the tube of glass or the like surrounding the light emitter of the light source is taken into consideration, and the aberration is corrected and the angle of the reflected light is adjusted. A configuration in which the light is adjusted and returned to the light emitting point is possible. For example, in the case of an arc discharge light source, the light emission point becomes a space portion, and since the temperature of the discharge member is not increased, the life of the light source can be extended.
[0029]
In addition, the polarization illumination optical system includes a polarization conversion integrator unit including an integrator unit 2 and a polarization conversion unit 3, and can perform bright and uniform illumination.
[0030]
The polarization illumination optical system can be configured such that only a part of the illumination light beam from the light source unit 1 illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit 3. That is, the illumination light beam other than the above can be configured to illuminate the illuminated area without passing through the polarization conversion unit 3.
[0031]
More specifically, the part of the illumination light beam is an illumination light beam that is directly incident on the polarization conversion integrator unit from the reflector 12 of the light source unit 1, and the other illumination light beam is transmitted through the reflective polarizing plate 13. It is preferable that Since the illumination light beam transmitted through the reflective polarizing plate 13 is an illumination light beam having a predetermined polarization direction, the polarization conversion unit 3 does not need to align the polarization direction. Therefore, it can be configured such that most of the illumination light beam transmitted through the reflective polarizing plate 13 of the light source unit 1 illuminates the illuminated area through a region where the polarization conversion unit 3 is not installed. In addition, most of the illumination light beam that is directly incident on the polarization conversion integrator without passing through the reflective polarizing plate 13 from the reflector 12 of the light source unit 1 illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit 3. It is preferable to configure. The light beam emitted from the polarization conversion unit 3 is converted so as to have a polarization direction substantially coincident with the light beam emitted from the polarization illumination optical system without going through the polarization conversion unit 3 and from the integrator unit 2. The configuration.
[0032]
Note that “the majority of the illumination light beam” indicates at least a majority of the illumination light beam, preferably all. Ideally, all of them are desirable, but the case where it is difficult to categorize such strictly for manufacturing reasons or the like is allowed.
[0033]
By configuring so that only a part of the illumination light beam illuminates the illuminated area via the polarization converter 3, the light utilization efficiency can be improved. It is known that the polarization conversion unit 3 using the PBS array has a limited opening, and there is a portion where the light cannot be used even if the light is incident. For this reason, light loss is likely to occur in the part from the integrator unit 2 to the polarization conversion unit 3, but the polarization illumination optical system capable of emitting a light beam with the polarization direction aligned from an area where the polarization conversion unit 3 is not installed. According to the configuration, there is no such light loss in this region. In addition, the size of the polarization conversion unit 3 can be reduced, and the cost can be reduced.
[0034]
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described. In addition, the code | symbol in each Example is made to correspond, respectively, when showing the same thing in each Example. Further, in each cross-sectional view, each member mainly describes its cross-sectional shape, and there are some members that omit the description of the far end face.
[0035]
<Example 1>
As described above, FIG. 1 is a cross-sectional view of the polarized illumination optical system according to the present embodiment. 2 is a view of (a) the light source unit 1, (b) the polarization conversion unit 3 and the first fly eye 22, and (c) the first fly eye 22 from the direction A of FIG.
[0036]
According to the light source unit 1 of the present embodiment, it is possible to efficiently use the light amount generated from the light source to perform bright illumination, reduce the temperature rise of the light source, and extend the lifetime of the light emitter. In addition, the polarization illumination optical system includes a polarization conversion integrator unit including an integrator unit 2 and a polarization conversion unit 3, and can perform bright and uniform illumination. In addition, this polarization illumination optical system is configured such that only a part of the illumination light beam from the light source unit 1 illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit 3, and the light use efficiency is improved. Can be improved.
[0037]
That is, the illumination light flux (for example, a ₁ , D ₁ ) Is an illumination light beam having a predetermined polarization direction, and is configured to illuminate the illuminated area through a region where the polarization conversion unit 3 is not installed. Further, the illumination light flux (for example, b, c) that is directly incident on the polarization conversion integrator unit without passing through the reflective polarizing plate 13 from the reflector 12 of the light source unit 1 is illuminated via the polarization conversion unit 3. Is configured to illuminate.
[0038]
Further, the second fly eye 21 and the first fly eye 22 are advantageous in terms of cost by having the same shape as in this embodiment.
[0039]
<Example 2>
FIG. 3 is a cross-sectional view of the polarized illumination optical system according to the present embodiment. 4 is a view of (a) the light source unit 1, (b) the polarization conversion unit 3 and the first fly eye 22, and (c) the first fly eye 22 from the direction A of FIG. 3. As shown in the figure, in this polarization illumination optical system, unlike the first embodiment, a reflective polarizing plate 13 is disposed in the vicinity of the optical axis of the light beam emitted from the reflector.
[0040]
According to the light source unit 1 of the present embodiment, it is possible to efficiently use the light amount generated from the light source to perform bright illumination, reduce the temperature rise of the light source, and extend the lifetime of the light emitter. In addition, the polarization illumination optical system includes a polarization conversion integrator unit including an integrator unit 2 and a polarization conversion unit 3, and can perform bright and uniform illumination. In addition, this polarization illumination optical system is configured such that only a part of the illumination light beam from the light source unit 1 illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit 3, and the light use efficiency is improved. Can be improved.
[0041]
That is, the illumination light flux (for example, b) transmitted through the reflective polarizing plate 13. ₁ , C ₁ ) Is an illumination light beam having a predetermined polarization direction, and is configured to illuminate the illuminated area through a region where the polarization conversion unit 3 is not installed. Further, the illumination light flux (for example, a, d) that is directly incident on the polarization conversion integrator unit without passing through the reflective polarizing plate 13 from the reflector 12 of the light source unit 1 passes through the polarization conversion unit 3 to be illuminated area. Is configured to illuminate.
[0042]
In this polarization illumination optical system, the integrator unit 2 is composed of two fly eyes 21 and 22 having the same number of lens cell divisions, and the polarization conversion unit 3 is installed in the first fly eye 22 on the illuminated area side. The size of the lens cell 24a in the region corresponding to the region thus formed is configured to be larger than the size of the lens cell 24b in the region corresponding to the region where the polarization converter 3 is not installed.
[0043]
That is, the second fly's eye 21 transmits the illumination light beam (for example, b) transmitted through the reflective polarizing plate 13. ₁ , C ₁ ) Of each region where the illumination light flux (for example, a, d) that is directly incident on the polarization conversion integrator section without passing through the reflective polarizing plate 13 is substantially incident. It consists of a lens cell 23a. Then, due to the eccentricity of each lens cell 23b, the light having the same polarization is condensed so that the centers of the light beams approach each other about the optical axis. On the other hand, light having a random polarization direction is condensed so that the centers of the light beams are separated from each other about the optical axis due to the eccentricity of each lens cell 23a.
[0044]
The sizes of the two fly eyes 21 and 22 are substantially equal. However, in the first fly eye 22, the region corresponding to the lens cell 23 a corresponds to the eccentricity of the lens cells 23 a and 23 b of the second fly eye 21. The size (area) of the lens cell 24a is larger than the size (area) of the lens cell 24b in the region corresponding to the lens cell 23b. The light having a random polarization direction incident on the lens cell 24a is incident on the polarization conversion unit 3 installed in the subsequent stage. Since the light incident on the lens cell 24b has the same polarization direction, it is emitted from the polarization illumination optical system without passing through the polarization conversion unit 3.
[0045]
The light having a random polarization direction is aligned in the polarization direction by the polarization conversion unit 3 subsequent to the first fly eye 22. Even when the sizes of the two fly eyes 21 and 22 are substantially equal, this is the case. The utilization efficiency of the illumination light beam can be improved by increasing the distance between the secondary light source images formed by the predetermined light beam. The illumination light beam having the same polarized light emitted from the lens cell 24b can be used as it is, and the illumination light beam having a random polarization direction emitted from the lens cell 24a is formed in the vicinity of the fly eye in this way. When the interval between the secondary light source images is widened, light can be efficiently incident on the PBS array having the aperture limitation, so that the illumination efficiency can be improved with respect to light having a random polarization direction.
[0046]
<Example 3>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the polarization illumination optical system according to the present embodiment. As shown in the figure, in this polarized illumination optical system, unlike the first embodiment, the light source unit 1 includes a reflector 14 made of an ellipsoidal mirror, and the light beam from the light source unit 1 is incident on the integrator unit 2 as substantially parallel light. A lens 41 is provided. Further, the reflective polarizing plate 16 is different from the planar one of the first embodiment, and has a predetermined curved surface. This curved surface shape is set so as to return to the light emitting point by correcting the aberration and adjusting the angle of the reflected light in consideration of the aberration generated in a tube of glass or the like enclosing the light emitter of the light source.
[0047]
According to the light source unit 1 of the present embodiment, it is possible to efficiently use the light amount generated from the light source to perform bright illumination, reduce the temperature rise of the light source, and extend the lifetime of the light emitter. In addition, the polarization illumination optical system includes a polarization conversion integrator unit including an integrator unit 2 and a polarization conversion unit 3, and can perform bright and uniform illumination. In addition, this polarization illumination optical system is configured such that only a part of the illumination light beam from the light source unit 1 illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit 3, and the light use efficiency is improved. Can be improved.
[0048]
That is, the illumination light flux (for example, a ₁ , D ₁ ) Is an illumination light beam having a predetermined polarization direction, and is configured to illuminate the illuminated area through a region where the polarization conversion unit 3 is not installed. Further, the illumination light flux (for example, b, c) that is directly incident on the polarization conversion integrator unit without passing through the reflective polarizing plate 16 from the reflector 14 of the light source unit 1 passes through the polarization conversion unit 3 to be illuminated area. Is configured to illuminate.
[0049]
In the present embodiment, the PBS array of the polarization conversion unit 3 is configured to be symmetric with respect to a predetermined plane including the optical axis. This is considered to minimize the portion where the light flux density is sparse in the entire illumination light beam emitted from the region where the polarization conversion unit 3 is disposed and the region where the polarization conversion unit 3 is not installed. Thus, the action of the polarization converter 3 is substantially the same as that of the first embodiment.
[0050]
In addition, the polarization illumination optical system is configured such that the first fly eye 22 on the illuminated area side in the integrator unit 2 including the two fly eyes 21 and 22 is compared with the second fly eye 21 on the light source unit side. Is configured to be small in size. The two fly eyes 21 and 22 each have a lens cell corresponding to one-to-one, but the first fly eye 22 is thus downsized due to the eccentricity of the lens cell of the second fly eye 21. can do.
[0051]
As in the second embodiment, the lens cell 24a in the region corresponding to the region where the polarization conversion unit 3 is installed is polarized in the first fly eye 22 in the same way as in the second embodiment. It is set to be larger than the size of the lens cell 24b in the region corresponding to the region where the conversion unit 3 is not installed. Thereby, similarly to the second embodiment, the interval between the secondary light source images formed by the light beams having random polarization directions can be widened, and the utilization efficiency of the illumination light can be improved.
[0052]
That is, the present embodiment improves the utilization efficiency of the illumination light while reducing the size of the first fly eye 22 and the polarization conversion unit 3.
[0053]
<Example 4>
FIG. 6 is a cross-sectional view of the polarized illumination optical system according to the present embodiment. The light source unit 1 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and efficiently uses the amount of light generated from the light source to perform bright illumination, reduces the temperature rise of the light source, and extends the lifetime of the light emitter. Can do.
[0054]
The polarization illumination optical system of the present embodiment is different from that of the first embodiment, and the integrator unit 2 includes two fly eyes 21 and 22 having the same number of lens cell divisions, and the first fly eye 22 on the illuminated area side. The size of the lens cell 24a in the area corresponding to the area where the polarization converter 3 is installed is larger than the size of the lens cell 24b in the area corresponding to the area where the polarization converter 3 is not installed. It is configured.
[0055]
Thereby, the polarization illumination optical system of the present embodiment can perform bright and uniform illumination including the polarization conversion integrator section composed of the integrator section 2 and the polarization conversion section 3, as in the second embodiment. Of the illumination light beam from the light source unit 1, only a part of the illumination light beam is configured to illuminate the illuminated area via the polarization conversion unit 3, and the light use efficiency can be improved. It is possible to widen the interval between secondary light source images formed by light beams having different polarization directions, and improve the utilization efficiency of illumination light.
[0056]
In the polarization converter 3 of the present embodiment as well, the PBS array is configured to be symmetric with respect to a predetermined plane including the optical axis, but its operation is substantially the same as that of the first embodiment. In addition, the polarization conversion unit 3 of the present embodiment is different from the first to third embodiments in the arrangement position of the λ / 2 phase film 34. In this embodiment, the λ / 2 phase film 34 is disposed on the exit surface of the polarized light that passes through the polarization separation film 31 and exits from the prism surface 33. Such a type can be used as the polarization converter 3 of the present invention. However, in the polarization illumination optical system according to the present invention, the light beam emitted from the polarization conversion unit 3 is substantially the same as the light beam emitted from the integrator unit 2 and emitted from the polarization illumination optical system without going through the polarization conversion unit. It is preferable that the polarization direction is the same. Therefore, in this embodiment, the λ / 2 phase film 35 is also disposed on the optical path of the light beam emitted from the integrator unit 2 and emitted from the polarization illumination optical system without passing through the polarization conversion unit.
[0057]
<Example 5>
This embodiment will be described as a specific embodiment of a projection display device according to the present invention. FIG. 7 shows a schematic configuration of the projection display apparatus according to the present embodiment. This apparatus is an apparatus using the polarized illumination optical system according to the fourth embodiment, which is representative of the polarized illumination optical system according to the present invention.
[0058]
This apparatus illuminates a light valve composed of a transmissive image display element that performs light modulation of an illumination light beam based on predetermined image information with an illumination light beam from a polarization illumination optical system according to the present invention. A projection light beam carrying image information is projected through a projection optical system 67. The illumination light beam is emitted from the polarization illumination optical system of the present invention in a state where the light quantity distribution is uniform and the polarization direction is aligned. Then, as shown below, the illumination light beam is decomposed into three primary color lights, light-modulated by the liquid crystal panels 64a to 64c which are transmissive image display elements for the respective color lights, and after the projection light beams are synthesized, The projection optical system 67 projects and forms a full color image on a screen (not shown). The first to third color light components shown below can correspond to the three primary color lights of blue, green and red in any order.
[0059]
That is, the illumination light beam emitted from the illumination optical system is subjected to color light decomposition by the dichroic mirrors 62a and 62b, and irradiated to the liquid crystal panels 64a to 64c on which images for the first to third color light components are displayed, respectively. The dichroic mirror 62a separates the illumination light beam into the first color light component light beam and the combined light beam of the second and third color light components, and the dichroic mirror 62b combines the second and third color light components separated by the dichroic mirror 62a. The light beam is separated into a second color light component and a third color light component. On the optical path of the illumination light beam, total reflection mirrors 63 to d for deflection and condenser lenses 61a to 61f are arranged, and the light beam from the light source unit 1 is superimposed on the liquid crystal panels 64a to 64c. . The first to third color light component light beams, which are projection light beams that are transmitted through the liquid crystal panels 64a to 64c and light-modulated based on predetermined image information, are divided into a dichroic film 65a that reflects the first color light component and the third color light component. It is synthesized by a cross prism 66 having a reflecting dichroic film 65b inside.
[0060]
This projection display device includes the polarization illumination optical system according to the present invention, and thus efficiently uses the amount of light generated from the light source with a simple configuration, and performs illumination with a uniform and uniform polarization direction. In addition, the lifetime of the light emitter can be extended.
[0061]
The polarized illumination optical system of the present invention and the projection display apparatus using the same are not limited to those of the embodiments, and various modifications can be made.
[0062]
For example, in the polarized illumination optical system of the present invention, the shape and size of the opening of the reflective polarizing plate are not limited to those of the above embodiments. It is desirable that the shape and size of the opening correspond to the shape of the polarization conversion section in the subsequent stage, and further set appropriately so that the light beam reflected by the reflective polarizing plate is emitted from the opening with a smaller number of reflections. It is preferable to reduce the light loss. In addition, an increase in the size of the opening may lead to an increase in the size of the polarization conversion unit. Therefore, it is preferable to set appropriately so as not to reduce the light use efficiency and increase the cost.
[0063]
In the light source unit, the shape of the reflective polarizing plate is not limited to a flat surface and may be a curved surface. Further, the shape and arrangement may be such that the light reflected by the reflective polarizing plate is reflected again by the reflector and emitted from the light source unit, or the light reflected by the reflective polarizing plate is applied to the reflector. You may be comprised so that it may radiate | emit directly from a light source part, without hitting. The former configuration is easy to manufacture because the reflective polarizing plate can be formed flat. In the latter configuration, the number of reflections by the reflector is reduced, so that the light amount loss can be reduced. In addition, part of the light reflected by the reflective polarizing plate is reflected again by the reflector and emitted from the light source unit, and other light is emitted directly from the light source unit without hitting the reflector. It may be.
[0064]
In addition, as the projection display device of the present invention, the polarization illumination optical system of the present invention can be arbitrarily used.
[0065]
In the projection display device of the present invention, the light valve is not limited to that of the embodiment. For example, the illumination optical system of the present invention can also be applied to a projection display device having a light valve made of a reflective image display element. The projection display device of the present invention is not necessarily limited to a color image display device, and may be a monochrome image display device.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the polarized illumination optical system and the projection display apparatus using the polarized illumination optical system according to the present invention, illumination in a predetermined polarization direction is applied to a part of the illumination light beam reflected by the reflector on the light source unit. Polarized light consisting of an integrator unit and a polarization conversion unit, which has a reflective polarizing plate that transmits the light beam and reflects and condenses the illumination light beam in the polarization direction perpendicular to the predetermined polarization direction. Equipped with a conversion integrator unit, which can efficiently use the amount of light generated from the light source with a simple configuration, can provide illumination with a uniform and uniform polarization direction, and has a long light emitter lifetime. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a polarization illumination optical system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram of Example 1 as viewed from the direction A.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a polarization illumination optical system according to a second embodiment of the present invention.
4 is a diagram of Example 2 as viewed from the direction A. FIG.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a polarization illumination optical system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a polarization illumination optical system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a projection display apparatus according to a fifth embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
1 Light source
2 Integrator section
3 Polarization converter
11 luminous points
12 Parabolic reflector
13, 16 Reflective polarizing plate
14 Ellipsoidal reflector
21 Second Fly Eye
22 First Fly Eye
23, 24 Lens cell
31 Polarized light separation membrane
32 Reflective film
33 Prism surface
34 λ / 2 phase film
41 lens
61 Condensing lens
62 Dichroic Mirror
63 Total reflection mirror
64 transmissive LCD panel
65 Dichroic membrane
67 Projection optics

Claims

A light source unit comprising a light emitter, a reflector for reflecting the illumination light beam from the light emitter, an integrator unit for dividing the illumination light beam from the light source unit into a plurality of illumination light beams, and a polarization direction of the illumination light beam from the light source unit In an illumination optical system comprising a polarization conversion integrator unit comprising a polarization conversion unit to be arranged,
Said light source unit, the part of the illumination light flux reflected by the reflector, the illumination light beam of a predetermined polarization direction as well as transmitted illumination light beam of the predetermined polarization direction perpendicular polarized direction was Nima directly reflected A polarization illumination optical system comprising a reflective polarizing plate that acts to collect light near the light emitter through the reflector.

The polarized illumination optical system according to claim 1, wherein only a part of the illumination light beam from the light source unit illuminates the illuminated area via the polarization conversion unit.

The illumination area is illuminated through a region where the polarization conversion unit is not installed, with most of the illumination light beam transmitted through the reflective polarizing plate of the light source unit. Polarized illumination optical system.

4. The illumination area is illuminated by the majority of the illumination light beam that is directly incident on the polarization conversion integrator section from the reflector of the light source section. The polarized illumination optical system according to claim 1.

The integrator part of the polarization conversion integrator part is composed of at least two fly eyes, and the size of the illuminated area side fly eye is smaller than the light source part side fly eye. The polarized illumination optical system according to any one of 1 to 4.

The integrator unit of the polarization conversion integrator unit is composed of at least two fly eyes having the same number of lens cell divisions. The polarization illumination optical system according to claim 1, wherein a lens cell size is larger than a lens cell size in a region corresponding to a region where the polarization conversion unit is not installed. .

A polarization illumination optical system according to any one of claims 1 to 6, and at least one light valve that performs light modulation based on predetermined image information is illuminated by an illumination light beam from the polarization illumination optical system. A projection display device that projects a projected light beam carrying image information from the light valve through a projection optical system.