JPWO1997045768A1 - Projection display device - Google Patents

Projection display device

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Abstract

(57)【要約】 投写型表示装置1は、偏光照明装置100、偏光ビームスプリッタ200、反射型液晶装置、投写光学系500から概略構成される。偏光照明装置100には、光源部110、第1の光学要素120、第2の光学要素130が含まれており、光源部110から出射された光は第1の光学要素120により複数の中間光束に分割された後、第2の光学要素130によってほぼ一種類の偏光方向を有する偏光光束に変換される。この偏光光束は、偏光ビームスプリッタ200により反射され、反射型液晶装置300により変調された後、投写光学系500を介して投写面600に投写される。このような投写型表示装置によれば、光路の長さを短くして光の損失を防ぐとともに、被照明領域に対する照度ムラを低減し、明るさが均一で、明るく質の良い投写画像を得ることができる。 (57) [Abstract] A projection display device (1) is generally composed of a polarized lighting device (100), a polarized beam splitter (200), a reflective liquid crystal device, and a projection optical system (500). The polarized lighting device (100) includes a light source unit (110), a first optical element (120), and a second optical element (130). Light emitted from the light source unit (110) is split into multiple intermediate beams by the first optical element (120), and then converted into a polarized beam having approximately one polarization direction by the second optical element (130). This polarized beam is reflected by the polarized beam splitter (200), modulated by the reflective liquid crystal device (300), and then projected onto a projection surface (600) via the projection optical system (500). This projection display device shortens the length of the optical path to prevent light loss and reduces uneven illuminance across the illuminated area, resulting in a bright, high-quality projected image with uniform brightness.

Description

【発明の詳細な説明】 投写型表示装置 技術分野 本発明は反射型液晶装置のような反射型変調素子により形成された表示画像を 投写面に投写表示する、投写型表示装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] Projection Display Device Technical Field The present invention relates to a projection display device that projects and displays an image formed by a reflective modulation element, such as a reflective liquid crystal device, onto a projection surface.

背景技術 今日、大画面の画像を表示する方法としては、液晶装置をライトバルブとして 用いた投写型表示装置が良く知られている。このような投写型表示装置の例とし て、3枚の液晶装置を用いた投写型表示装置の代表的な構成例を第14図に示す 。光源部110は光源ランプ111と放物面リフレクター112とから構成され ており、光源ランプ111から出射された光は放物面リフレクター112により 反射されてダイクロイックミラー401へ入射する。そして、波長選択性のある 2枚のダイクロイックミラー401、402により赤色光、緑色光、青色光の3 色の色光に分離された後、それぞれの色光に対応した透過型液晶装置301R、 301G、301Bに照射され、それぞれの透過型液晶装置を透過してきた光が クロスダイクロイックプリズム420により合成され、投写光学系500を介し て投写面600上に投写表示される。なお、赤色光の光路と、青色光の光路には 、光束を反射する反射ミラー403、404、405が設けられている。BACKGROUND ART Today, projection display devices using liquid crystal devices as light valves are well known as a method for displaying large-screen images. Figure 14 shows a typical configuration of a projection display device using three liquid crystal devices. The light source unit 110 is composed of a light source lamp 111 and a parabolic reflector 112. Light emitted from the light source lamp 111 is reflected by the parabolic reflector 112 and incident on a dichroic mirror 401. The light is then separated into three colors—red, green, and blue—by two wavelength-selective dichroic mirrors 401 and 402. The light then strikes the corresponding transmissive liquid crystal devices 301R, 301G, and 301B. The light transmitted through each transmissive liquid crystal device is combined by a cross dichroic prism 420 and projected onto a projection surface 600 via a projection optical system 500. The red light path and the blue light path are provided with reflecting mirrors 403, 404, and 405 that reflect the light beams.

ここで、色光合成手段として用いるクロスダイクロイックプリズム420には 、ダイクロイック膜がX字状に配置されている。3つの液晶装置を用いた投写型 表示装置の色光合成手段は、クロスダイクロイックプリズム420の代わりに2 枚のダイクロイックミラーを平行に配置しても実現できる。しかしながら、クロ スダイクロイックプリズム420を用いた方が、2枚のダイクロイックミラーを 平行に配置した場合に比べて液晶装置301R、301G、301Bと投写光学 系500との間の距離を短くできるため、大口径の投写レンズを用いなくとも明 るい投写画像が得られるという特徴がある。Here, the cross dichroic prism 420 used as the color light combining means has dichroic films arranged in an X-shape. The color light combining means of a projection display device using three liquid crystal devices can also be achieved by arranging two dichroic mirrors in parallel instead of the cross dichroic prism 420. However, using the cross dichroic prism 420 shortens the distance between the liquid crystal devices 301R, 301G, and 301B and the projection optical system 500 compared to arranging two dichroic mirrors in parallel, which has the advantage of producing a bright projected image without using a large-diameter projection lens.

しかしながら、従来の投写型表示装置では、光合成の部分についてはクロスダ イクロイックプリズム420を用いることにより光路を短くすることができるも の、光分離の部分については、ダイクロイックミラー401、402、および、 反射ミラー403、404、405を用いているため、光路の長さがかなり長い ものとなっている。よって、従来の投写型表示装置では光を分離する過程におけ る光損失が多く、クロスダイクロイックプリズム420の持つ特性を十分に活か すことができなかった。However, in conventional projection display devices, although the light path can be shortened by using cross dichroic prism 420 in the light combining section, the light separation section uses dichroic mirrors 401 and 402 and reflecting mirrors 403, 404, and 405, resulting in a fairly long light path. As a result, conventional projection display devices experience significant light loss in the light separation process, and are unable to fully utilize the characteristics of cross dichroic prism 420.

また、光源ランプ111と放物面リフレクター112とから構成される光源部 110からの出射光束は、光束の断面内で不均一な光強度分布を有しており、光 源光軸近傍の照明光の光強度は大きく、光軸から離れるにしたがって照明光の光 強度は小さくなるという特性を持つ。したがって、第14図に示した従来の投写 型表示装置においては、被照明領域である液晶装置301R、301G、301 Bにおける照明光の光強度分布が不均一となり、投写面600に投写される画像 に明るさムラや色ムラが生じてしまうという問題点がある。Furthermore, the light beam emitted from the light source unit 110, which is comprised of the light source lamp 111 and the parabolic reflector 112, has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the light beam, with the light intensity of the illumination light being high near the optical axis of the light source and decreasing with increasing distance from the optical axis. Therefore, in the conventional projection display device shown in Figure 14, the light intensity distribution of the illumination light in the illuminated areas (liquid crystal devices 301R, 301G, and 301B) is non-uniform, resulting in uneven brightness and color in the image projected onto the projection surface 600.

そこで、本発明は、光路の長さを短くして光の損失を防ぐことにより、大口径 の投写レンズを用いなくともより明るい投写画像を得ることができる投写型表示 装置を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a projection display device that can obtain brighter projected images without using a large-diameter projection lens by shortening the length of the optical path and preventing light loss.

また、被照明領域における照明光の光強度分布の不均一性を低減し、明るさが 均一で、画質の良い投写型表示装置を提供することを目的とする。Another object of the present invention is to provide a projection display device that reduces the non-uniformity of the light intensity distribution of illumination light in an illuminated area, thereby achieving uniform brightness and high image quality.

発明の開示 本発明第1の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を集光し、複数 の中間光束に分割する第1の光学要素と、前記第1の光学要素の光出射面側に配 置された第2の光学要素と、前記第2の光学要素から出射された光を変調する唯 一の反射型変調素子とを有する投写型表示装置であって、前記第2の光学要素は 、前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに分離し、前記P偏光光 束、S偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃 えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記 中間光束のそれぞれを前記反射型変調素子上に重畳結合させる重畳結合素子とを 有し てなり、前記第2の光学要素と前記反射型変調素子との間の光路上に、前記第2 の光学要素から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達 させるとともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させ て投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられたことを特徴とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION A first projection display device of the present invention comprises a light source, a first optical element that condenses a light beam from the light source and splits it into multiple intermediate light beams, a second optical element disposed on the light-exiting surface side of the first optical element, and a single reflective modulation element that modulates the light emitted from the second optical element. The second optical element splits each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and aligns the polarization direction of one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam with the polarization direction of the other polarized light beam. a polarization conversion element that outputs the intermediate beams on the light output surface of the polarization conversion element, and a superposition combining element that is disposed on the light output surface side of the polarization conversion element and superposes and combines each of the intermediate beams onto the reflective modulation element; and a polarized beam selecting element is provided on the optical path between the second optical element and the reflective modulation element, which reflects or transmits the light output from the second optical element to reach the reflective modulation element, and transmits or reflects the light modulated by the reflective modulation element to reach the projection optical system.

本発明第1の投写型表示装置の上記構成によれば、光路の長さをきわめて短く することができ、光の損失を最小限にとどめることが可能となる。よって、大口 径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる 。The above-described configuration of the first projection display device of the present invention allows the optical path to be extremely short, minimizing light loss. This makes it possible to obtain extremely bright projected images without using a large-diameter projection lens.

第1の光学要素としては、例えば複数の光束分割レンズがマトリックス状に配 置されたレンズアレイを用いることができる。このようなレンズアレイによって 光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で 重畳結合することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することがで きる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有し ていた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプ と放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように 、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有してい る場合には、上記の第1の光学要素を用いることにより、被照明領域における照 明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。The first optical element can be, for example, a lens array consisting of multiple beam-splitting lenses arranged in a matrix. By using such a lens array to split the light beam from the light source into multiple intermediate beams and then superimposing and combining these intermediate beams on the illuminated area, it is possible to reduce unevenness in illuminance compared to a single beam. Therefore, even if the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within its cross section, it is possible to obtain illumination light with uniform brightness. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not completely random but has a consistent tendency, as is the case with a light beam emitted from a light source consisting of a light source lamp and a reflector such as a parabolic surface, the use of the first optical element can achieve extremely uniform light intensity distribution and angular distribution of the illumination light in the illuminated area.

第2の光学要素は、中間光束をP偏光光束、S偏光光束に分離した後、どちら か一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上に重 畳結合させるものである。従来の投写型表示装置においては、P偏光光束、S偏 光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが 、本発明の第2の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いること が可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数 の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源から の出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさ が均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光 特性で中間光束をP偏光光束とS偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の 偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合 においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることが で きる。The second optical element splits the intermediate beam into a P-polarized beam and an S-polarized beam, aligns the polarization direction of one beam with the polarization direction of the other, and ultimately superimposes and combines them onto a single illuminated area. Conventional projection display devices can only use either the P-polarized beam or the S-polarized beam, resulting in significant light loss. However, the second optical element of the present invention makes it possible to use both polarized beams without waste, resulting in a brighter image. Furthermore, because the split multiple intermediate beams are ultimately superimposed and combined onto a single illuminated area, a polarized beam with uniform brightness can be obtained as illumination light even if the beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the beam. In particular, even when the intermediate light beam cannot be separated into P-polarized and S-polarized light beams with uniform light intensity or spectral characteristics, or when the light intensity or spectral characteristics of one of the polarized light beams changes during the process of aligning the polarization directions of the two polarized light beams, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.

第2の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分離面と反射面とを備えた 偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層 が規則的に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素子を採用するこ とができる。このような偏光変換素子を採用することにより、光源からの出射光 束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができる。The polarization conversion element of the second optical element can be a plate-shaped polarization conversion element consisting of a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units, each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface, are arranged, and a selective retardation plate on which λ/2 retardation layers are regularly formed. By employing such a polarization conversion element, polarization conversion can be performed in a small space without widening the light beam emitted from the light source.

なお、上記構成の第2の光学要素を備えた本発明第1の投写型表示装置におい て、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていること により、第1の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、集光力の大きい光束 分割レンズからなる第1の光学要素の使用を可能にする。その結果、各光束分割 レンズによって形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束のそれぞれを、 それと対応する偏光分離面上にのみ入射させ、反射面に直接光束が入射するのを 防ぐことができる。したがって、光の利用効率をより高めることができ、さらに 明るい投写画像を得ることが可能となる。In the first projection display device of the present invention equipped with the second optical element having the above-described configuration, the superposition-combining element is positioned away from the polarization conversion element, thereby shortening the distance between the first optical element and the polarization conversion element and enabling the use of a first optical element consisting of a beam-splitting lens with high light-gathering power. As a result, the size of the image formed by each beam-splitting lens can be reduced, and each intermediate beam can be incident only on its corresponding polarization splitting surface, preventing the beam from directly striking a reflecting surface. This improves light utilization efficiency and enables the production of brighter projected images.

また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選択素子の光入射面に取り 付けるようにすれば、重畳結合素子と反射透過素子との界面において発生する光 損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。In this case, if the superimposing/coupling element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selecting element, it is possible to prevent light loss that occurs at the interface between the superimposing/coupling element and the reflection/transmission element, and further increase the light utilization efficiency.

また、本発明第1の投写型表示装置において、前記重畳結合素子と前記偏光光 束選択素子との間の光路上や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の 光路上に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束 選択素子に入射する偏光光束、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏 光度を高めることができる。後者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束選択素 子から出射する偏光光束、結果的には投写光学系を介して表示面、あるいは投写 面上に投写される画像の偏光度を高めることができる。したがって、このように 偏光板を配置することにより、投写画像のコントラストを高めることができ、き わめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。Furthermore, in the first projection display device of the present invention, a polarizing plate may be disposed on the optical path between the superposition-combining element and the polarized beam selection element, or on the optical path between the polarized beam selection element and the projection optical system. Placing a polarizing plate in the former position can increase the polarization of the polarized beam incident on the polarized beam selection element, and ultimately the illumination light illuminating the reflective modulation element. Placing a polarizing plate in the latter position can increase the polarization of the polarized beam exiting the polarized beam selection element, and ultimately the image projected onto the display surface or projection surface via the projection optical system. Therefore, by disposing a polarizing plate in this manner, the contrast of the projected image can be increased, making it possible to obtain an extremely high-quality projected image.

本発明第2の投写型表示装置は、光源と、前記光源からの光束を集光し、複数 の中間光束に分割する第1の光学要素と、前記第1の光学要素の光出射面側に配 置された第2の光学要素と、前記第2の光学要素から出射された光束を3色の色 光に分離するとともに、前記3色の色光をれぞれ変調する3つの反射型変調素子 によって変調された色光を合成する色光分離合成素子とを有する投写型表示装置 であって、前記第2の光学要素は、前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏 光光束とに分離し、前記P偏光光束、S偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向 を他方の偏光光束の偏光方向と揃えて出射する偏光変換素子と、前記偏光変換素 子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記反射型変調素子上に 重畳結合させる重畳結合素子とを有してなり、前記第2の光学要素と前記色光分 離合成素子との間の光路上に、前記第2の光学要素から出射された光を反射また は透過させて前記色光分離合成素子に到達させるとともに、前記色光分離合成素 子により合成された光を透過または反射させて投写光学系へ到達させる偏光光束 選択素子が設けられたことを特徴とする。A second projection display device of the present invention is a projection display device comprising a light source, a first optical element that condenses a light beam from the light source and splits it into a plurality of intermediate light beams, a second optical element disposed on the light exit surface side of the first optical element, and a color light splitting/combining element that splits the light beam emitted from the second optical element into three color lights and combines the color lights modulated by three reflective modulation elements that modulate the three color lights, respectively. The second optical element splits each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, and combines any one of the P-polarized light beam and the S-polarized light beam. a polarization conversion element that aligns the polarization direction of one of the polarized light beams with the polarization direction of the other polarized light beam and outputs the intermediate light beam; and a superposition/combination element that is arranged on the light output surface side of the polarization conversion element and superposes and combines each of the intermediate light beams onto the reflective modulation element; and a polarized light beam selection element is provided on the optical path between the second optical element and the color light separation/combination element, which reflects or transmits the light output from the second optical element to reach the color light separation/combination element and transmits or reflects the light combined by the color light separation/combination element to reach the projection optical system.

本発明第2の投写型表示装置においては、光を分離する機能と、光を合成する 機能とを同一手段で達成しているため、前述した従来の投写型表示装置ようにダ イクロイックミラー401、402や反射ミラー403、404、405を配置 する必要がなくなる。よって、光路の長さをきわめて短くすることができ、光の 損失を最小限にとどめることが可能となる。よって、大口径の投写レンズを用い なくともきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる。In the second projection display device of the present invention, the functions of separating and combining light are achieved using the same means, eliminating the need for dichroic mirrors 401 and 402 and reflecting mirrors 403, 404, and 405 as in the conventional projection display device described above. This allows the length of the optical path to be significantly shortened, minimizing light loss. This makes it possible to obtain extremely bright projected images without using a large-diameter projection lens.

第1の光学要素としては、例えば複数の光束分割レンズがマトリックス状に配 置されたレンズアレイを用いることができる。このようなレンズアレイによって 光源からの光束を複数の中間光束に分割し、それらの中間光束を被照明領域上で 重畳結合することにより、単一光束の場合よりも照度のムラを低減することがで きる。よって、光源からの出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有し ていた場合でも、明るさが均一な照明光を得ることができる。特に、光源ランプ と放物面等のリフレクターとからなる光源から出射される光束に見られるように 、光束の光強度分布が全く無秩序ではなく、光強度分布に一定の傾向を有してい る場合には、上記の第1の光学要素を用いることにより、被照明領域における照 明光の光強度分布やその角度分布をきわめて均一なものとすることができる。The first optical element can be, for example, a lens array consisting of multiple beam-splitting lenses arranged in a matrix. By using such a lens array to split the light beam from the light source into multiple intermediate beams and then superimposing and combining these intermediate beams on the illuminated area, it is possible to reduce unevenness in illuminance compared to a single beam. Therefore, even if the light beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within its cross section, it is possible to obtain illumination light with uniform brightness. In particular, when the light intensity distribution of the light beam is not completely random but has a consistent tendency, as is the case with a light beam emitted from a light source consisting of a light source lamp and a reflector such as a parabolic surface, the use of the first optical element can achieve extremely uniform light intensity distribution and angular distribution of the illumination light in the illuminated area.

第2の光学要素は、中間光束をP偏光光束、S偏光光束に分離した後、どちら か一方の偏光方向を他方の偏光方向と揃え、最終的に一箇所の被照明領域上で重 畳結合させるものである。従来の投写型表示装置においては、P偏光光束、S偏 光光束のいずれか一方しか用いることができず、光損失が大きなものもあったが 、本発明の第2の光学要素を用いれば、どちらの偏光光束も無駄なく用いること が可能となるため、明るい画像を得ることが可能となる。また、分割された複数 の中間光束を、最終的に一箇所の被照明領域上で重畳結合させるため、光源から の出射光束が光束の断面内で不均一な光強度分布を有していた場合でも、明るさ が均一な偏光光束を照明光として得ることができる。特に、均等な光強度や分光 特性で中間光束をP偏光光束とS偏光光束に分離できない場合や、両偏光光束の 偏光方向を揃える過程で一方の偏光光束の光強度やその分光特性が変化した場合 においても、明るさが均一で色ムラの少ない偏光光束を照明光として得ることが できる。The second optical element splits the intermediate beam into a P-polarized beam and an S-polarized beam, aligns the polarization direction of one beam with the polarization direction of the other, and finally superimposes and combines them on a single illuminated area. Conventional projection display devices can only use either the P-polarized beam or the S-polarized beam, resulting in significant light loss. However, the second optical element of the present invention makes it possible to use both polarized beams without waste, resulting in a brighter image. Furthermore, because the split multiple intermediate beams are finally superimposed and combined on a single illuminated area, a polarized beam with uniform brightness can be obtained as illumination light even if the beam emitted from the light source has a non-uniform light intensity distribution within the cross section of the beam. In particular, even when the intermediate light beam cannot be separated into P-polarized and S-polarized light beams with uniform light intensity or spectral characteristics, or when the light intensity or spectral characteristics of one of the polarized light beams changes during the process of aligning the polarization directions of the two polarized light beams, a polarized light beam with uniform brightness and little color unevenness can be obtained as illumination light.

第2の光学要素の偏光変換素子として、一対の偏光分離面と反射面とを備えた 偏光分離ユニットが複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層 が規則的に形成された選択位相差板とからなる板状の偏光変換素子を採用するこ とができる。このような偏光変換素子を採用することにより、光源からの出射光 束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができる。The polarization conversion element of the second optical element can be a plate-shaped polarization conversion element consisting of a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units, each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface, are arranged, and a selective retardation plate on which λ/2 retardation layers are regularly formed. By employing such a polarization conversion element, polarization conversion can be performed in a small space without widening the light beam emitted from the light source.

なお、上記構成の第2の光学要素を備えた本発明第2の投写型表示装置におい て、前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていること により、第1の光学要素と偏光変換素子との距離を短くし、集光力の大きい光束 分割レンズからなる第1の光学要素の使用を可能にする。その結果、各光束分割 レンズによって形成される像の大きさを小さくでき、各中間光束のそれぞれを、 それと対応する偏光分離面上にのみ入射させ、反射面に直接光束が入射するのを 防ぐことができる。したがって、光の利用効率をより高めることができ、さらに 明るい投写画像を得ることが可能となる。In the second projection display device of the present invention equipped with the second optical element having the above-described configuration, the superposition-combining element is positioned away from the polarization conversion element, thereby shortening the distance between the first optical element and the polarization conversion element and enabling the use of a first optical element consisting of a beam-splitting lens with high light-gathering power. As a result, the size of the image formed by each beam-splitting lens can be reduced, and each intermediate beam can be incident only on its corresponding polarization splitting surface, preventing the beam from directly striking a reflecting surface. This improves light utilization efficiency and enables the production of brighter projected images.

また、この場合、前記重畳結合素子を前記偏光光束選択素子の光入射面に取り 付けるようにすれば、重畳結合素子と反射透過素子との界面において発生する光 損失を防ぐことができ、さらに光の利用効率を高めることが可能となる。In this case, if the superimposing/coupling element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selecting element, it is possible to prevent light loss that occurs at the interface between the superimposing/coupling element and the reflection/transmission element, and further increase the light utilization efficiency.

さらに、上記構成の第2の光学要素を備えた本発明第2の投写型表示装置にお いて、前記光源と前記偏光光束選択素子との間に光の進行方向を約90度変える 反射ミラーを配置すれば、光学系をコンパクトにすることが可能となる。Furthermore, in the second projection display device of the present invention equipped with the second optical element having the above-described configuration, if a reflecting mirror that changes the direction of light propagation by approximately 90 degrees is disposed between the light source and the polarized light beam selecting element, it is possible to make the optical system compact.

さらに、この反射ミラーを前記偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束 のみを選択的に反射する誘電体ミラーとし、前記偏光変換素子と前記重畳結合素 子との間に配置することにより、偏光光束選択素子に入射する偏光光束の偏光度 を、結果的には反射型変調素子を照明する照明光の偏光度を高めることができる 。したがって、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い 投写画像を得ることが可能となる。Furthermore, by using a dielectric mirror that selectively reflects only the specific polarized light beam obtained by the polarization conversion element and placing it between the polarization conversion element and the superposition coupling element, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarization beam selection element, and ultimately the degree of polarization of the illumination light illuminating the reflective modulation element, can be increased. This increases the contrast of the projected image, making it possible to obtain extremely high-quality projected images.

また、第2の光学要素の偏光変換素子として、斜面に偏光分離膜が形成された 三角柱のプリズムと、一方の面に反射膜が形成された板状のプリズムとが、前記 偏光分離膜と前記反射膜とが略平行になるように組み合わされた偏光分離プリズ ムと、λ/2位相差層が規則的に形成された選択位相差板とからなる偏光変換素 子を採用することができる。このような偏光変換素子によっても、光源からの出 射光束を拡幅させることなく、かつ少ないスペースで偏光変換を行うことができ る。さらに、このような偏光変換素子を採用すれば、偏光変換を行うと同時に光 の進行方向が約90度変えられるため、光の進行方向を変える反射ミラーを配置 することなく光学系をコンパクトにすることが可能となる。Furthermore, the polarization conversion element of the second optical element can be a polarization conversion prism consisting of a triangular prism with a polarization separation film formed on its oblique surface and a plate-like prism with a reflective film formed on one surface, the polarization separation film and the reflective film being combined so that they are approximately parallel, and a selective retardation plate with a regularly-spaced λ/2 retardation layer. This polarization conversion element can also perform polarization conversion without widening the light beam emitted from the light source and in a small space. Furthermore, by employing this polarization conversion element, the light's direction of travel can be changed by approximately 90 degrees while performing polarization conversion, thereby enabling a compact optical system without the need for a reflecting mirror to change the light's direction of travel.

本発明第2の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を2つのプリズ ム部品の間にダイクロイック膜が挟持されたダイクロイックプリズムで構成し、 前記偏光光束選択素子を2つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された 偏光ビームスプリッタで構成し、前記ダイクロイックプリズムを構成する前記プ リズム部品の一方と、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記プリズム部品の 一方とが一体化された構成としても良い。In the second projection display device of the present invention, the color separation/combination element may be configured as a dichroic prism having a dichroic film sandwiched between two prism components, and the polarized light beam selection element may be configured as a polarized beam splitter having a polarized light beam selection film sandwiched between two prism components, and one of the prism components constituting the dichroic prism and one of the prism components constituting the polarized beam splitter may be integrated.

また、本発明第2の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子は、2つ のプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持された第1、第2のダイクロイッ クプリズムを備え、前記第1のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム 部品の一方と、前記第2のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品 の一方とが一体化された構成としても良い。Furthermore, in the second projection display device of the present invention, the color light separation/combining element may include first and second dichroic prisms each having a dichroic film sandwiched between two prism components, and one of the prism components constituting the first dichroic prism and one of the prism components constituting the second dichroic prism may be integrated.

さらに、前記色光分離合成素子にさらに導光プリズムを設け、前記第1または 第2のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と前記導光プ リズムとが一体化された構成としても良い。Furthermore, the color light separation/combination element may further include a light-guiding prism, and one of the prism components constituting the first or second dichroic prism may be integrated with the light-guiding prism.

このように、プリズム部品を一体構成とすることにより、プリズム部品どうし の境界部分において発生する光損失を防ぐことができる。したがって、より一層 光の利用効率を高めることができ、さらに明るい投写画像を得ることが可能とな る。By integrating the prism components in this way, light loss at the boundaries between the prism components can be prevented, resulting in even greater light utilization efficiency and a brighter projected image.

本発明第2の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を4つのプリズ ム部品の間にダイクロイック膜がX字状に配置されたクロスダイクロイックプリ ズムで構成し、前記3つの反射型変調素子を前記クロスダイクロイックプリズム の隣り合う3辺に沿って配置するようにしても良い。In the second projection display device of the present invention, the color light separation/combination element may be configured as a cross dichroic prism having four prism components with dichroic films arranged in an X-shape, and the three reflective modulation elements may be arranged along three adjacent sides of the cross dichroic prism.

このような構成とすれば、色光の分離、合成を1つのクロスダイクロイックプ リズムで行うことができる。したがって、反射型変調素子を3つ使用した場合で も光路の長さが長くなることが無く、光の損失を防ぐことが可能となる。よって 、3つの反射型変調素子を用いた場合でも、表示面、あるいは投写面全体に渡っ て明るさムラや色ムラが無く、かつ大口径の投写レンズを用いなくてもきわめて 明るい投写画像を得ることができる。With this configuration, the separation and combination of color light can be performed using a single cross dichroic prism. Therefore, even when three reflective modulation elements are used, the optical path length is not increased, and light loss can be prevented. Therefore, even when three reflective modulation elements are used, there is no unevenness in brightness or color across the entire display or projection surface, and an extremely bright projected image can be obtained without the use of a large-diameter projection lens.

このクロスダイクロイックプリズムを用いた投写型表示装置において、前記偏 光光束選択素子を2つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持された偏光ビ ームスプリッタで構成し、前記偏光ビームスプリッタを構成する前記2つのプリ ズム部品の一方と、前記クロスダイクロイックプリズムを構成する4つのプリズ ム部品のうちいずれか1つとを一体化するようにしても良い。In a projection display device using this cross dichroic prism, the polarized light beam selection element may be configured as a polarized beam splitter having a polarized light beam selection film sandwiched between two prism components, and one of the two prism components constituting the polarized beam splitter may be integrated with any one of the four prism components constituting the cross dichroic prism.

このように、プリズム部品を一体構成とすることにより、クロスダイクロイッ クプリズムと偏光ビームスプリッタとの境界部分において発生する光損失を防ぐ ことができる。したがって、より一層光の利用効率を高めることができ、さらに 明るい投写画像を得ることが可能となる。By integrating the prism components in this way, it is possible to prevent light loss at the interface between the cross dichroic prism and the polarizing beam splitter, thereby further improving light utilization efficiency and enabling the production of brighter projected images.

本発明第2の投写型表示装置において、前記色光分離合成素子を、3色の色光 をそれぞれ分離、合成する2つのダイクロイック膜を互いに光軸に対して異なる 角度で配置したダイクロイックプリズムで構成することもできる。In the second projection display device of the present invention, the color light separation/combining element may be configured as a dichroic prism having two dichroic films that separate and combine three color lights, respectively, arranged at different angles relative to the optical axis.

前述したクロスダイクロイックプリズムを用いた場合には、プリズムの中央部 にダイクロイック膜が直交する部分が存在し、この部分が投写画像に影として現 れる場合がある。2つのダイクロイック膜を互いに光軸に対して異なる角度で配 置したダイクロイックプリズムを採用すれば、この現象を防止することが可能で ある。When using the cross dichroic prism mentioned above, there is a portion in the center of the prism where the dichroic films intersect at right angles, which can appear as a shadow in the projected image. This phenomenon can be prevented by using a dichroic prism in which the two dichroic films are positioned at different angles relative to the optical axis.

また、本発明第2の投写型表示装置において、前記重畳結合素子と前記偏光光 束選択素子との間の光路上や、前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の 光路上に偏光板を配置しても良い。前者の位置に偏光板を配置すれば、偏光光束 選択素子に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反射型変調素子を照 明する照明光の偏光度を高めることができる。後者の位置に偏光板を配置すれば 、偏光光束選択素子から出射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には投写光 学系を介して表示面、あるいは投写面上に投写される画像の偏光度を高めること ができる。したがって、このように偏光板を配置することにより、投写画像のコ ントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能と なる。Furthermore, in the second projection display device of the present invention, a polarizing plate may be disposed on the optical path between the superposition-combining element and the polarized beam selection element, or on the optical path between the polarized beam selection element and the projection optical system. Placing a polarizing plate in the former position can increase the degree of polarization of the polarized beam incident on the polarized beam selection element, and thus the degree of polarization of the illumination light illuminating the reflective modulation element. Placing a polarizing plate in the latter position can increase the degree of polarization of the polarized beam exiting the polarized beam selection element, and thus the degree of polarization of the image projected onto the display surface or projection surface via the projection optical system. Therefore, by arranging a polarizing plate in this manner, the contrast of the projected image can be increased, making it possible to obtain extremely high-quality projected images.

図面の簡単な説明 第1図は、第1実施例の投写型表示装置1の要部を示す概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 1 according to a first embodiment.

第2図は、偏光照明装置100における第1の光学要素120の構成を示す斜 視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the first optical element 120 in the polarized illumination device 100.

第3図は、偏光照明装置100における第2の光学要素130の機能を説明す るための図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the function of the second optical element 130 in the polarized illumination device 100.

第4図(A)は、偏光照明装置100における偏光分離ユニットアレイ141 の構成を示す斜視図、第4図(B)は、偏光照明装置100における選択位相差 板147の構成を示す斜視図である。FIG. 4(A) is a perspective view showing the configuration of the polarization separation unit array 141 in the polarized illumination device 100, and FIG. 4(B) is a perspective view showing the configuration of the selective retardation plate 147 in the polarized illumination device 100.

第5図は、反射型液晶装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a reflective liquid crystal device.

第6図は、第2実施例の投写型表示装置2の要部を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 2 according to the second embodiment.

第7図は、第3実施例の投写型表示装置3の要部を示す概略構成図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 3 according to the third embodiment.

第8図は、第4実施例の投写型表示装置4の要部を示す概略構成図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 4 according to the fourth embodiment.

第9図は、第5実施例の投写型表示装置5の要部を示す概略構成図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 5 according to the fifth embodiment.

第10図は、偏光照明装置100Aと偏光照明装置100とを比較した図であ る。FIG. 10 is a diagram comparing polarized illumination device 100A with polarized illumination device 100.

第11図は、第6実施例の投写型表示装置6の要部を示す概略構成図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing the main components of a projection display device 6 according to the sixth embodiment.

第12図(A)は、偏光照明装置100Bにおける偏光分離プリズム820の 構成を示す斜視図、第12図(B)は、偏光分離プリズム820のうち、底面が 直角二等辺三角形である三角柱のプリズム821の構成を示す斜視図、第12図 (C)は、偏光分離プリズム820のうち、板状のプリズム823の構成を示す 斜視図である。Figure 12(A) is a perspective view showing the configuration of the polarization separation prism 820 in the polarized illumination device 100B, Figure 12(B) is a perspective view showing the configuration of a triangular prism 821 of the polarization separation prism 820, whose base is a right-angled isosceles triangle, and Figure 12(C) is a perspective view showing the configuration of a plate-shaped prism 823 of the polarization separation prism 820.

第13図は、偏光照明装置100Bにおける出射側レンズ840の構成を示す 斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the exit lens 840 in the polarized illumination device 100B.

第14図は、従来の投写型表示装置の要部を示す概略構成図である。FIG. 14 is a schematic diagram showing the main components of a conventional projection display device.

発明を実施するための最良の形態 以下に、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態(実施例)を説明 する。以下の各実施例においては、互いに直交する3つの方向を、便宜的にX方 向、Y方向、Z方向とし、Z方向を光の進行方向とした。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode (embodiment) for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following embodiments, the three mutually orthogonal directions are conveniently referred to as the X, Y, and Z directions, with the Z direction being the light propagation direction.

(第1実施例) 第1図は、第1実施例の投写型表示装置1の要部を平面的に見た概略構成図で ある。なお、第1図は、後に詳しく述べる第1の光学要素120の中心を通るX Z平面における断面図である。(First Embodiment) Figure 1 is a schematic plan view of the main components of a projection display device 1 according to a first embodiment. Note that Figure 1 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of a first optical element 120, which will be described in detail later.

本例の投写型表示装置1は、システム光軸Lに沿って配置した光源部110、 第1の光学要素120、第2の光学要素130から概略構成される偏光照明装置 100、偏光照明装置100からの光を反射させて反射型液晶装置300に到達 させるとともに、反射型液晶装置300により変調された光を透過させて投写光 学系500へ到達させるS偏光光束反射膜201を備えた偏光ビームスプリッタ 200、偏光ビームスプリッタ200から出射された光を変調する反射型液晶装 置300、反射型液晶装置300にて変調された光を投写面600に投写する投 写光学系500から大略構成されている。The projection display device 1 of this example is broadly composed of a light source unit 110 arranged along a system optical axis L, a polarized illumination device 100 roughly composed of a first optical element 120 and a second optical element 130, a polarized beam splitter 200 equipped with an S-polarized light beam reflecting film 201 that reflects light from the polarized illumination device 100 to a reflective liquid crystal device 300 and transmits light modulated by the reflective liquid crystal device 300 to a projection optical system 500, a reflective liquid crystal device 300 that modulates the light emitted from the polarized beam splitter 200, and a projection optical system 500 that projects the light modulated by the reflective liquid crystal device 300 onto a projection surface 600.

光源部110は、光源ランプ111と、放物面リフレクター112とから大略 構成されている。光源ランプ111から放射された光は、放物面リフレクター1 12によって一方向に反射され、略平行な光束となって第1の光学要素120に 入射する。ここで、光源ランプ111としては、メタルハライドランプ、キセノ ンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等が、また、リフレクターとしては 本例に挙げた放物面リフレクター112の他に、楕円リフレクター、球面リフレ クター等が使用できる。The light source unit 110 is generally composed of a light source lamp 111 and a parabolic reflector 112. Light emitted from the light source lamp 111 is reflected in one direction by the parabolic reflector 112, becoming a substantially parallel beam of light that enters the first optical element 120. Here, the light source lamp 111 may be a metal halide lamp, a xenon lamp, a high-pressure mercury lamp, a halogen lamp, or the like, and the reflector may be an elliptical reflector, a spherical reflector, or the like, in addition to the parabolic reflector 112 mentioned in this example.

第1の光学要素120は、その外観を第2図に示す様に、マトリックス状に配 列された複数の矩形の光束分割レンズ121を備えたレンズアレイである。光源 部110と第1の光学要素120との位置関係は、光源光軸Rが第1の光学要素 120の中心に来るように設定されている。第1の光学要素120に入射した光 は、光束分割レンズ121により複数の中間光束122に分割され、同時に光束 分割レンズの集光作用により、システム光軸Lと垂直な平面内(第1図ではXY 平面)の中間光束が集束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像123を 形成する。尚、光束分割レンズ121のXY平面上における断面形状は反射型液 晶装置300の表示領域(被照明領域)の形状とほぼ相似形をなすように設計す ると良い。本例では、XY平面上でX方向に長い長方形の被照明領域を想定して いるため、光束分割レンズ121のXY平面上における断面形状もX方向に長い 長方形としてある。The first optical element 120, as shown in FIG. 2, is a lens array comprising a plurality of rectangular beam-splitting lenses 121 arranged in a matrix. The positional relationship between the light source unit 110 and the first optical element 120 is set so that the light source optical axis R is centered on the first optical element 120. Light incident on the first optical element 120 is split into a plurality of intermediate beams 122 by the beam-splitting lenses 121. At the same time, the beam-splitting lenses 121 focus the intermediate beams to form a number of focused images 123 equal to the number of beam-splitting lenses at positions where the intermediate beams converge within a plane perpendicular to the system optical axis L (the XY plane in FIG. 1). It is preferable to design the cross-sectional shape of the beam-splitting lenses 121 in the XY plane to be approximately similar to the shape of the display area (illuminated area) of the reflective LCD device 300. In this example, the illuminated area is assumed to be a rectangle whose long sides are in the X direction on the XY plane, so the cross-sectional shape of the beam splitter lens 121 on the XY plane is also a rectangle whose long sides are in the X direction.

次に、第3図に基づいて第2の光学要素130の機能について説明する。Next, the function of the second optical element 130 will be described with reference to FIG.

第2の光学要素130は、集光レンズアレイ131、偏光分離ユニットアレイ 141と選択位相差板147とからなる板状の偏光変換素子140、偏光変換素 子140から出射された中間光束を所定の被照明領域160上に重畳させる出射 側レンズ150から大略構成される複合体である。第2の光学要素130は、第 1の光学要素の光出射面側に、システム光軸Lに対してほぼ垂直となるように配 置される。この第2の光学要素130は、中間光束122のそれぞれをP偏光光 束とS偏光光束とに分離した後、一方の偏光光束の偏光方向と他方の偏光光束の 偏光方向とを揃え、偏光方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を一箇所の被照明領域 160に導くという機能を有している。The second optical element 130 is a composite roughly composed of a condenser lens array 131, a plate-shaped polarization conversion element 140 consisting of a polarization separation unit array 141 and a selective retardation plate 147, and an exit lens 150 that superimposes the intermediate light beams emitted from the polarization conversion element 140 onto a predetermined illuminated area 160. The second optical element 130 is disposed on the light exit surface side of the first optical element so as to be approximately perpendicular to the system optical axis L. This second optical element 130 has the function of separating each intermediate light beam 122 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, aligning the polarization direction of one polarized light beam with the polarization direction of the other polarized light beam, and guiding each light beam with approximately aligned polarization directions to a single illuminated area 160.

集光レンズアレイ131は、第1の光学要素120と同様に、第1の光学要素 120を構成する光束分割レンズ121と同数の集光レンズ132が、マトリッ クス状に複数配列されたものである。集光レンズアレイ131は、中間光束12 2のそれぞれを偏光分離ユニットアレイ141の特定の場所に集光しながら導く とともに、中間光束122の光軸をシステム光軸Lと平行にするという機能を有 している。したがって、各集光レンズのレンズ特性は、第1の光学要素120に より分割された中間光束122の特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレ イ141に入射する光の主光線の傾きがシステム光軸Lと平行となるように、各 々最適化されることが望ましい。但し、光学系の低コスト化および設計の容易さ を考慮して、第1の光学要素120と全く同じレンズアレイを用いるか、あるい は、XY平面における断面形状が、第1の光学要素120を構成する光束分割レ ンズ121とほぼ相似形をなす集光レンズで構成したレンズアレイを用いても良 い。本例の場合には、第1の光学要素120と同じレンズアレイを集光レンズア レイ131として用いている。尚、第1の光学要素120に入射する光束の平行 性がきわめて高い場合には、第2の光学要素から集光レンズアレイ131を省略 しても良い。Similar to the first optical element 120, the condenser lens array 131 comprises a plurality of condenser lenses 132 arranged in a matrix, the same number as the beam splitting lenses 121 constituting the first optical element 120. The condenser lens array 131 has the function of focusing and directing each of the intermediate beams 122 to a specific location on the polarization separation unit array 141, and aligning the optical axis of the intermediate beams 122 parallel to the system optical axis L. Therefore, it is desirable to optimize the lens characteristics of each condenser lens to match the characteristics of the intermediate beams 122 split by the first optical element 120 and to ensure that the inclination of the chief ray of light incident on the polarization separation unit array 141 is parallel to the system optical axis L. However, in consideration of reducing the cost and easing the design of the optical system, it is also possible to use a lens array identical to that of the first optical element 120, or to use a lens array composed of condenser lenses whose cross-sectional shape in the XY plane is approximately similar to that of the beam splitter lens 121 that constitutes the first optical element 120. In this example, the same lens array as that of the first optical element 120 is used as the condenser lens array 131. Note that if the beams incident on the first optical element 120 are highly parallel, the condenser lens array 131 may be omitted from the second optical element.

偏光分離ユニットアレイ141は、第4図(A)に示されたように、X方向に 配列された複数の偏光分離ユニット142から構成されている。偏光分離ユニッ ト142は、光学ガラス等からなるプリズム内に一対の偏光分離面143と反射 面144とを備えた四角柱状の構造体であり、入射する中間光束122のそれぞ れをP偏光光束とS偏光光束とに分離する機能を有している。尚、偏光分離ユニ ットアレイ141は、交互に繰り返し配列した偏光分離面143と反射面144 とをその内部に有する構造体であれば良く、必ずしも、複数の偏光分離ユニット 142によって構成される必要はない。偏光分離ユニットアレイの機能の理解を 容易にするために、偏光分離ユニット142という概念を導入したに過ぎない。As shown in FIG. 4(A), the polarization separation unit array 141 is composed of multiple polarization separation units 142 arranged in the X direction. Each polarization separation unit 142 is a rectangular prism-shaped structure that includes a pair of polarization separation surfaces 143 and a reflecting surface 144 within a prism made of optical glass or the like, and functions to separate each of the incident intermediate light beams 122 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam. Note that the polarization separation unit array 141 need only be a structure that has alternatingly arranged polarization separation surfaces 143 and reflecting surfaces 144 therein, and does not necessarily need to be composed of multiple polarization separation units 142. The concept of the polarization separation unit 142 has been introduced merely to facilitate understanding of the function of the polarization separation unit array.

偏光分離面143と反射面144とはX方向に交互に並ぶように配置されてい おり、それぞれシステム光軸Lに対して約45度の傾きをなしている。また、偏 光分離面143と反射面144とは互いに重なり合わないように配置されている 。また、偏光分離面143をXY平面上に投影した面積と反射面144をXY平 面上に投影した面積とはそれぞれ等しい。偏光分離面143は誘電体多層膜等で 、また、反射面144は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成することができ る。The polarization separation surfaces 143 and the reflection surfaces 144 are arranged alternately in the X direction, and are each tilted at approximately 45 degrees with respect to the system optical axis L. The polarization separation surfaces 143 and the reflection surfaces 144 are arranged so that they do not overlap each other. The area of the polarization separation surface 143 projected onto the XY plane is equal to the area of the reflection surface 144 projected onto the XY plane. The polarization separation surface 143 can be formed of a dielectric multilayer film or the like, and the reflection surface 144 can be formed of a dielectric multilayer film, an aluminum film, or the like.

偏光分離ユニット142に入射した光は、偏光分離面143を透過するP偏光 光束と、偏光分離面143で反射されて反射面144の方向に進行方向を変える S偏光光束とに分離される。P偏光光束は偏光分離ユニット142のP偏光光束 出射面145から出射される。一方、S偏光光束は反射面144で反射され、P 偏光光束とほぼ平行な状態となって、偏光分離ユニット142のS偏光光束出射 面146から出射される。すなわち、偏光分離ユニット142に入射したランダ ムな偏光方向を有する中間光束122は、偏光分離ユニット142によりP偏光 光束とS偏光光束とに分離され、それぞれ偏光分離ユニット142のP偏光光束 出射面145、S偏光光束出射面146からほぼ同じ方向に向けて出射される。Light incident on polarization separation unit 142 is separated into a P-polarized light beam that passes through polarization separation surface 143 and an S-polarized light beam that is reflected by polarization separation surface 143 and changes direction toward reflecting surface 144. The P-polarized light beam exits from P-polarized light beam exit surface 145 of polarization separation unit 142. Meanwhile, the S-polarized light beam is reflected by reflecting surface 144, becomes approximately parallel to the P-polarized light beam, and exits from S-polarized light beam exit surface 146 of polarization separation unit 142. In other words, intermediate light beam 122, which has a random polarization direction and enters polarization separation unit 142, is separated by polarization separation unit 142 into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam, which exit in approximately the same direction from P-polarized light beam exit surface 145 and S-polarized light beam exit surface 146 of polarization separation unit 142, respectively.

なお、本例の偏光照明装置100では、偏光分離ユニット142の偏光分離面 143上にそれぞれの中間光束122を導く必要がある。したがって、本例では 、偏光分離面143の中央部に中間光束123が集光されるように、集光レンズ アレイ131が偏光分離ユニット142の横幅Wの1/4に相当する距離Dだけ 、偏光分離ユニットアレイ141に対してX方向にずらした状態で配置されてい る。また、その結果、光源部110も、その光源光軸Rがシステム光軸Lに対し て距離DだけX方向に平行シフトした状態となるように配置されている(第3図 参照)。In the polarized lighting device 100 of this example, it is necessary to guide each intermediate light beam 122 onto the polarization separation surface 143 of the polarization separation unit 142. Therefore, in this example, the condenser lens array 131 is positioned with a shift in the X direction relative to the polarization separation unit array 141 by a distance D equivalent to 1/4 of the width W of the polarization separation unit 142 so that the intermediate light beam 123 is focused at the center of the polarization separation surface 143. As a result, the light source unit 110 is also positioned so that its light source optical axis R is shifted parallel to the system optical axis L by the distance D in the X direction (see Figure 3).

偏光分離ユニットアレイ141の光出射面側には、λ/2位相差層148が規 則的に形成された選択位相差板147が設置されている。第4図(B)に選択位 相差板147の例を示す。A selective retardation plate 147 having λ/2 retardation layers 148 regularly formed thereon is disposed on the light exit surface side of the polarization separation unit array 141. An example of the selective retardation plate 147 is shown in FIG. 4(B).

選択位相差板147は、偏光分離ユニット142のP偏光光束出射面145の 部分にのみλ/2位相差層148が形成され、S偏光光束出射面146の部分に はλ/2位相差層148が形成されていない光学素子である。したがって、偏光 分離ユニット142から出射されたP偏光光束は、選択位相差板147を通過す る際にλ/2位相差層148によって偏光方向の回転作用を受け、S偏光光束へ と変換される。一方、S偏光光束出射面146の部分にはλ/2位相差層148 が形成されていないので、偏光分離ユニット142のS偏光光束出射面146か ら出射されたS偏光光束はS偏光のまま選択位相差板147を通過する。The selective retardation plate 147 is an optical element in which a λ/2 retardation layer 148 is formed only on the P-polarized light beam exit surface 145 of the polarization separation unit 142, but not on the S-polarized light beam exit surface 146. Therefore, the P-polarized light beam exiting the polarization separation unit 142 is rotated in polarization direction by the λ/2 retardation layer 148 as it passes through the selective retardation plate 147, and is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, because a λ/2 retardation layer 148 is not formed on the S-polarized light beam exit surface 146, the S-polarized light beam exiting the S-polarized light beam from the polarization separation unit 142 passes through the selective retardation plate 147 as S-polarized light.

すなわち、第1の光学要素から出射されたランダムな偏光方向を有する中間光 束は、偏光分離ユニットアレイ141によりP偏光光束とS偏光光束とに分離さ れ、選択位相差板147により、偏光方向が揃った一種類の偏光光束(本例の場 合はS偏光光束)に変換されたことになる。That is, the intermediate light beams having random polarization directions emitted from the first optical element are separated into P-polarized light beams and S-polarized light beams by the polarization separation unit array 141, and then converted by the selective phase difference plate 147 into a single type of polarized light beam (in this example, an S-polarized light beam) with a uniform polarization direction.

偏光変換素子140の光出射面側に配置された出射側レンズ150(第3図) は、偏光変換素子140によりS偏光光束に揃えられたそれぞれの中間光束を、 被照明領域160上で重畳結合する重畳結合素子としての機能を有している。す なわち、第1の光学要素120により分割された中間光束122(つまり、光束 分割レンズ121により切り出されたイメージ面)のそれぞれが、偏光変換素子 140によって偏光方向の揃った一種類の偏光光に変換され、出射側レンズ15 0によって一箇所の被照明領域160上で重畳結合される。この場合、第1の光 学素子120に入射する光束の光強度分布がその入射断面内で均一でなくとも、 複数の分割された中間光束が重畳結合される過程で光強度は平均化されるため、 被照明領域上における照明光の光強度分布は殆ど均一である。よって、被照明領 域160を、一種類の偏光光束でほぼ均一に照明することができる。なお、出射 側レンズ150は1つのレンズ体である必要はなく、第1の光学要素120のよ うに、複数のレンズから構成されたレンズアレイとしても良い。The exit lens 150 (Figure 3), located on the light exit surface side of the polarization conversion element 140, functions as a superposition/combining element that superimposes and combines the intermediate beams, which have been aligned into S-polarized beams by the polarization conversion element 140, on the illuminated area 160. That is, each of the intermediate beams 122 split by the first optical element 120 (i.e., the image planes cut out by the beam splitting lens 121) is converted by the polarization conversion element 140 into a single type of polarized light with a uniform polarization direction, and then superimposed and combined on a single illuminated area 160 by the exit lens 150. In this case, even if the light intensity distribution of the beam incident on the first optical element 120 is not uniform across its incident cross section, the light intensity is averaged during the superposition/combination process of the multiple split intermediate beams, resulting in a nearly uniform light intensity distribution of the illumination light on the illuminated area. Therefore, the illuminated area 160 can be illuminated nearly uniformly with a single type of polarized beam. The exit lens 150 does not have to be a single lens body, but may be a lens array composed of multiple lenses, like the first optical element 120.

以上をまとめると、偏光照明装置100によって、明るさが均一で偏光方向が ほぼ揃った照明光を得ることができる。In summary, the polarized illumination device 100 can provide illumination light with uniform brightness and a nearly uniform polarization direction.

偏光照明装置100では、第1の光学要素120により微小な複数の集光像1 23を形成し、それらの形成過程で生じた光の存在しない空間を上手く利用し、 その空間に偏光分離ユニット142の反射面144を配置している。したがって 、光源からの出射光束を2種類の偏光光束に分離する際に生じる光束の拡幅を抑 えることができ、少ないスペースで偏光変換を行うことができるという特徴があ る。In the polarized illumination device 100, the first optical element 120 forms multiple tiny condensed light images 123, and the light-free space created during the formation process is effectively utilized to locate the reflective surface 144 of the polarization separation unit 142 in that space. This minimizes the broadening of the light beam that occurs when the light beam emitted from the light source is separated into two types of polarized light beam, enabling polarization conversion in a small space.

なお、X方向に長い長方形である被照明領域160の形状に合わせて、第1の 光学要素120を構成する光束分割レンズ121の断面形状をX方向に長い長方 形にするとともに、偏光分離ユニットアレイ141から出射された二種類の偏光 光束がX方向に交互に並ぶようにしている。このため、長方形の被照明領域16 0を照明する場合でも、光量を無駄にすることなく、光の利用効率を高めること ができる。In addition, the cross-sectional shape of the beam splitting lens 121 constituting the first optical element 120 is rectangular in the X direction to match the shape of the illuminated area 160, which is rectangular in the X direction, and the two types of polarized beams emitted from the polarization separation unit array 141 are arranged alternately in the X direction. Therefore, even when illuminating the rectangular illuminated area 160, light utilization efficiency can be improved without wasting any light.

また、第2の光学要素130を構成する集光レンズアレイ131、偏光分離ユ ニットアレイ141、選択位相差板147、および出射側レンズ150を光学的 に一体化することにより、それらの界面において発生する光損失を低減し、光の 利用効率を一層高めるようにしている。しかしながら、これらの光学素子は必ず しも光学的に一体化する必要はない。Furthermore, by optically integrating the focusing lens array 131, polarization separation unit array 141, selective retardation plate 147, and output lens 150 that constitute the second optical element 130, optical loss occurring at their interfaces is reduced, thereby further increasing the light utilization efficiency. However, these optical elements do not necessarily need to be optically integrated.

再び第1図に戻って説明する。Returning to FIG. 1, the explanation will be given.

偏光ビームスプリッタ200は、2つのプリズム部品202、203の接合面 に、S偏光光束反射膜201が形成されたものである。S偏光光束反射膜201 は誘電体多層膜等で構成され、S偏光光束を反射し、かつP偏光光束を透過させ る偏光光束選択素子として機能する。先に説明したように、偏光照明装置100 から出射される光束は、そのほとんどが一種類の偏光光束に変換されている。し たがって、偏光照明装置100から出射された光束のほとんどすべてがS偏光光 束反射膜201によって反射あるいは透過されることとなる。本例では、第2の 光学要素130から出射される光束はS偏光光束である。よって、偏光ビームス プリッタ200に入射した光束は、その殆どがS偏光光束反射膜201によって 反射されて反射型液晶装置300に到達することになる。The polarizing beam splitter 200 has an S-polarized light beam reflecting film 201 formed on the interface between two prism components 202 and 203. The S-polarized light beam reflecting film 201 is composed of a dielectric multilayer film or the like and functions as a polarized light beam selection element that reflects S-polarized light beams and transmits P-polarized light beams. As described above, most of the light beams emitted from the polarized lighting device 100 are converted into one type of polarized light beam. Therefore, almost all of the light beams emitted from the polarized lighting device 100 are reflected or transmitted by the S-polarized light beam reflecting film 201. In this example, the light beams emitted from the second optical element 130 are S-polarized light beams. Therefore, most of the light beams incident on the polarizing beam splitter 200 are reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 and reach the reflective liquid crystal device 300.

なお、第2の光学要素130から出射される光束がP偏光光束である場合には 、偏光ビームスプリッタ200に入射した光束はS偏光光束反射膜201を透過 する。したがって、この場合には、偏光ビームスプリッタ200を挟んで第2の 光学要素と対向するように反射型液晶装置300を配置すれば良い。If the light beam emitted from the second optical element 130 is a P-polarized light beam, the light beam incident on the polarizing beam splitter 200 will be transmitted through the S-polarized light beam reflecting film 201. Therefore, in this case, the reflective liquid crystal device 300 may be disposed so as to face the second optical element across the polarizing beam splitter 200.

反射型液晶装置300に入射した光束は、反射型液晶装置300により所定の 画像情報に基づいた変調を受ける。The light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 is modulated by the reflective liquid crystal device 300 based on predetermined image information.

ここで、反射型液晶装置300の一例を第5図に示す。反射型液晶装置300 は、マトリックス状に配置された反射画素電極319に、薄膜トランジスタから なるスイッチング素子が接続されたアクティブマトリックス型液晶装置であり、 一対の基板310、330間に液晶層320が挟持された構造となっている。基 板310は珪素からなり、その一部にソース311、ドレイン316が形成され ている。また、基板310上には、アルミニウムからなるソース電極312およ びドレイン電極317、二酸化珪素からなるチャネル313、珪素層314およ びタンタル層315とからなるゲート電極、層間絶縁膜318、アルミニウムか らなる反射画素電極319が形成され、ドレイン電極317と反射画素電極31 9とはコンタクトホールHを介して電気的に接続されている。反射画素電極31 9は不透明であるため、ゲート電極、ソース電極312、ドレイン電極317の 上に層間絶縁膜318を介して積層することができる。したがって、隣り合う反 射画素電極319間の距離Xをかなり小さくすることができ、開口率を大きく取 ることができる。An example of a reflective liquid crystal device 300 is shown in Figure 5. The reflective liquid crystal device 300 is an active matrix liquid crystal device in which switching elements consisting of thin film transistors are connected to reflective pixel electrodes 319 arranged in a matrix. The device has a structure in which a liquid crystal layer 320 is sandwiched between a pair of substrates 310 and 330. The substrate 310 is made of silicon, and a source electrode 311 and a drain electrode 316 are formed on a portion of the substrate 310. Also formed on the substrate 310 are a source electrode 312 and a drain electrode 317 made of aluminum, a channel 313 made of silicon dioxide, a gate electrode made of a silicon layer 314 and a tantalum layer 315, an interlayer insulating film 318, and a reflective pixel electrode 319 made of aluminum. The drain electrode 317 and the reflective pixel electrode 319 are electrically connected via a contact hole H. Because the reflective pixel electrode 319 is opaque, it can be stacked on top of the gate electrode, source electrode 312, and drain electrode 317 via the interlayer insulating film 318. Therefore, the distance X between adjacent reflective pixel electrodes 319 can be made considerably small, and the aperture ratio can be made large.

なお、本例においては、ドレイン316、二酸化珪素層340、珪素層341 、タンタル層342から構成される保持容量部を設けている。In this example, a storage capacitor is provided, which is composed of a drain 316, a silicon dioxide layer 340, a silicon layer 341, and a tantalum layer 342.

一方、対向する基板330には、液晶層320側の面にITOからなる対向電 極331が形成されており、他方の面には反射防止層332が形成されている。On the other hand, the opposing substrate 330 has an opposing electrode 331 made of ITO formed on the surface facing the liquid crystal layer 320, and an anti-reflection layer 332 formed on the other surface.

この対向電極331とそれぞれの画素電極319との間に電圧を印加することに よって、液晶層320の駆動が行われる。The liquid crystal layer 320 is driven by applying a voltage between the counter electrode 331 and each pixel electrode 319.

液晶層320は、電圧無印加(OFF)時には液晶分子321が垂直に配向し ており、電圧印加(ON)時には液晶分子321が90度ねじれるスーパーホメ オトロピックタイプのものである。よって、第5図に示したように、電圧無印加 (OFF)時に偏光ビームスプリッタ200から反射型液晶装置300に入射し たS偏光光束は、その偏光方向を変えること無く反射型液晶装置300から偏光 ビームスプリッタ200へ戻される。よって、S偏光光束反射膜201によって 反射されて投写光学系500の方へ到達することはない。一方、電圧印加(ON )時に偏光ビームスプリッタ200から反射型液晶装置300に入射したS偏光 光束は、液晶分子321のねじれによりその偏光方向が変えられてP偏光光束と なり、S偏光光束反射膜201を透過した後、投写光学系500を介して投写面 600に投写されることとなる。The liquid crystal layer 320 is of the super homeotropic type, in which the liquid crystal molecules 321 are vertically aligned when no voltage is applied (OFF), and are twisted 90 degrees when a voltage is applied (ON). Therefore, as shown in Figure 5, when no voltage is applied (OFF), the S-polarized light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 from the polarizing beam splitter 200 is returned from the reflective liquid crystal device 300 to the polarizing beam splitter 200 without changing its polarization direction. Therefore, the S-polarized light beam is reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 and does not reach the projection optical system 500. On the other hand, when voltage is applied (ON), the S-polarized light beam incident on the reflective liquid crystal device 300 from the polarizing beam splitter 200 has its polarization direction changed by the twisting of the liquid crystal molecules 321, becoming a P-polarized light beam. After passing through the S-polarized light beam reflecting film 201, the P-polarized light beam is projected onto the projection surface 600 via the projection optical system 500.

以上述べたように、本例の投写型表示装置1は、光路の長さがきわめて短い。As described above, the projection display device 1 of this embodiment has an extremely short optical path.

また、液晶装置の開口率を大きくすることができるため、光の損失を最大限に防 ぐことが可能となる。よって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明る い投写画像を得ることが可能となる。Furthermore, the aperture ratio of the liquid crystal device can be increased, minimizing light loss, making it possible to obtain extremely bright projected images without using a large-diameter projection lens.

さらに、第1の光学要素、第2の光学要素を用いたことにより、明るさが均一 な偏光光束を照明光として得ることができる。したがって、表示面、あるいは投 写面全体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明るい投写画像を得 ることが可能となる。Furthermore, by using the first and second optical elements, a polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. This makes it possible to obtain an extremely bright projected image without uneven brightness or color across the entire display or projection surface.

なお、反射型液晶装置300の構造、その各構成要素の材料、並びに液晶層3 20の動作モードについては上述の例に限られるものではない。The structure of the reflective liquid crystal device 300, the materials of its components, and the operating mode of the liquid crystal layer 320 are not limited to the above examples.

また、上述した反射型液晶装置300はモノクロ画像表示用であるが、反射型 液晶装置300と偏光ビームスプリッタ200との間に、或いは反射型液晶装置 300の内部にカラーフィルタを設ければ、カラー画像を表示することも可能で ある。Furthermore, although the above-described reflective liquid crystal device 300 is designed for monochrome image display, it is also possible to display color images by providing a color filter between the reflective liquid crystal device 300 and the polarizing beam splitter 200 or within the reflective liquid crystal device 300.

(第2実施例) 第6図は、第2実施例の投写型表示装置2の要部を平面的に見た概略構成図で ある。なお、第2図は、第1の光学要素120の中心を通るXZ平面における断 面図である。本例の投写型表示装置2において、前に説明した第1実施例の投写 型表示装置1の構成要素と同様の構成要素については、第1図〜第5図で用いた ものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略する。(Second Embodiment) Figure 6 is a schematic plan view of the main components of a projection display device 2 of a second embodiment. Note that Figure 2 is a cross-sectional view taken along the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 2 of this embodiment, components that are similar to those of the projection display device 1 of the first embodiment described above are assigned the same reference numerals as those used in Figures 1 through 5, and detailed descriptions of these components will be omitted.

本例の投写型表示装置2は、システム光軸Lに沿って配置した光源部110、 第1の光学要素120、第2の光学要素130から概略構成される偏光照明装置 100、偏光照明装置100からの光を反射させて、ダイクロイックプリズム4 11、413と導光プリズム412とからなる色光分離合成素子に到達させると ともに、色光分離合成素子により合成された光を透過させて投写光学系500へ 到達させるS偏光光束反射膜201を備えた偏光ビームスプリッタ200、偏光 ビームスプリッタ200から出射された光を赤色光(R)、緑色光(G)、青色 光(B)に分離するとともに、反射型液晶装置300R、300G、300Bに よって変調された色光を合成する色光分離合成素子(ダイクロイックプリズム4 11、413、および導光プリズム412)、3色の色光をそれぞれ変調する反 射型液晶装置300R、300G、300G、3つの反射型液晶装置300R、 300G、300Bによって変調された光を投写面600に投写する投写光学系 500から大略構成されている。The projection display device 2 of this example includes a light source unit 110 arranged along a system optical axis L, a polarized illumination device 100 roughly composed of a first optical element 120 and a second optical element 130, a polarized beam splitter 200 equipped with an S-polarized light beam reflecting film 201 that reflects light from the polarized illumination device 100 to a color light separation/combination element composed of dichroic prisms 411, 413 and a light-guiding prism 412, and transmits the light combined by the color light separation/combination element to the projection optical system 500, and a polarized beam splitter The projection optical system 500 is generally composed of a color light separation/combination element (dichroic prisms 411, 413 and light guide prism 412) that separates the light emitted from the three reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B into red light (R), green light (G), and blue light (B) and combines the colored light modulated by the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B; reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B that modulate the three colored light beams; and a projection optical system 500 that projects the light modulated by the three reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B onto a projection surface 600.

本例の投写型表示装置2では、第1実施例とまったく同じ構成の偏光照明装置 100が用いられている。第1実施例で説明したように、偏光照明装置100に おいて、光源部110から出射されたランダムな偏光光束は、第1の光学要素1 20により複数の中間光束に分割された後、第2の光学要素130により偏光方 向がほぼ揃った一種類の偏光光束(本例ではS偏光光束)に変換される。そして 、偏光照明装置100から出射されたS偏光光束は、偏光ビームスプリッタ20 0のS偏光光束反射膜201によって反射される。The projection display device 2 of this example uses a polarized lighting device 100 with exactly the same configuration as in the first example. As described in the first example, in the polarized lighting device 100, a randomly polarized light beam emitted from the light source unit 110 is split into multiple intermediate light beams by the first optical element 120, and then converted into a single type of polarized light beam (S-polarized light beam in this example) with a substantially uniform polarization direction by the second optical element 130. The S-polarized light beam emitted from the polarized lighting device 100 is then reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 of the polarizing beam splitter 200.

S偏光光束反射膜201によって反射された光束は、2つのダイクロイックプ リズム411、412によって赤色光(R)、緑色光(G)、青色光(B)の三 色の色光に分離される。The light beam reflected by the S-polarized light beam reflecting film 201 is separated into three colored lights, red light (R), green light (G), and blue light (B), by two dichroic prisms 411 and 412.

ダイクロイックプリズム411は、2つのプリズム部品414、414の接合 面に、誘電体多層膜等からなる青色光反射ダイクロイック膜418が形成された ものである。S偏光光束反射膜201で反射されたS偏光光束のうち、青色光( B)はこの青色光反射ダイクロイック膜418にて反射され、導光プリズム41 2を経て反射型液晶装置300Bに入射する。そして、反射型液晶装置300B によって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。なお、導光プリズム41 2は青色光(B)の色光の光路の長さを、他の色光の光路の長さと等しくするた めに用いられているものである。The dichroic prism 411 has a blue-light-reflecting dichroic film 418, made of a dielectric multilayer film or the like, formed on the interface between two prism components 414, 414. Of the S-polarized light reflected by the S-polarized light reflecting film 201, blue light (B) is reflected by the blue-light-reflecting dichroic film 418 and enters the reflective liquid crystal device 300B via the light-guiding prism 412. The reflective liquid crystal device 300B then modulates the blue light (B) based on predetermined image information. The light-guiding prism 412 is used to equalize the optical path length of the blue light (B) with the optical path lengths of the other colored lights.

ダイクロイックプリズム413は、2つのプリズム部品416、417の接合 面に、誘電体多層膜等からなる赤色反射ダイクロイック膜419が形成されたも のである。ダイクロイックプリズム411の青色光反射ダイクロイック膜418 を透過した色光のうち、赤色光(R)は、この赤色光反射ダイクロイック膜41 9にて反射され、反射型液晶装置300Rに入射する。そして、反射型液晶装置 300Rによって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。The dichroic prism 413 has a red-reflecting dichroic film 419 made of a dielectric multilayer film or the like formed on the interface between the two prism components 416 and 417. Of the colored light transmitted through the blue-reflecting dichroic film 418 of the dichroic prism 411, red light (R) is reflected by the red-reflecting dichroic film 419 and enters the reflective liquid crystal device 300R, where it is modulated based on predetermined image information.

さらに、ダイクロイックプリズム413の赤色光反射ダイクロイック膜を透過 した緑色光(G)は、反射型液晶装置300Gに入射する。そして、反射型液晶 装置300Gによって、所定の画像情報に基づいた変調が施される。Furthermore, the green light (G) transmitted through the red-light-reflecting dichroic film of the dichroic prism 413 enters the reflective liquid crystal device 300G, where it is modulated based on predetermined image information.

このようにして、それぞれの反射型液晶装置300R、300B、300Gに よって変調された赤、青、緑の色光は、再びダイクロイックプリズム413、4 11にて合成され、投与光学系500を介して投写面600へ投写される。In this way, the red, blue, and green color lights modulated by the reflective liquid crystal devices 300R, 300B, and 300G are combined again by the dichroic prisms 413 and 411, and projected onto the projection surface 600 via the projection optical system 500.

本例の投写型表示装置2も、前述した投写型表示装置1と同様、液晶装置の開 口率が大きいため、光の損失を最大限に防ぐことが可能となる。よって、きわめ て明るい投写画像を得ることが可能となる。Like the projection display device 1 described above, the projection display device 2 of this example also has a large aperture ratio of the liquid crystal device, making it possible to minimize light loss, thereby enabling an extremely bright projected image to be obtained.

さらに、第1の光学要素、第2の光学要素を用いたことにより、明るさが均一 な偏光光束を照明光として得ることができる。よって、表示面、あるいは投写面 全体に渡って明るさムラや色ムラが無く、かつきわめて明るい投写画像を得るこ とが可能となる。Furthermore, by using the first and second optical elements, a polarized light beam with uniform brightness can be obtained as illumination light. This makes it possible to obtain an extremely bright projected image without uneven brightness or color across the entire display or projection surface.

なお、本例の投写型表示装置2において、偏光ビームスプリッタ200を構成 するプリズム部品202とダイクロイックプリズム411を構成するプリズム部 品414とは、一体のプリズムにて構成することが可能である。また、同様に、 プリズム部品415とプリズム部品416、プリズム部品414と導光プリズム 412とを一体のプリズムにて構成することも可能である。これらのプリズム部 品を一体構成とすることにより、プリズム部品どうしの境界部分において発生す る光の損失を防ぐことができ、より一層光の利用効率を高めることが可能となる 。In the projection display device 2 of this example, the prism component 202 that constitutes the polarizing beam splitter 200 and the prism component 414 that constitutes the dichroic prism 411 can be configured as an integrated prism. Similarly, the prism components 415 and 416, and the prism component 414 and the light-guiding prism 412 can also be configured as an integrated prism. By configuring these prism components as an integrated component, light loss that occurs at the boundaries between the prism components can be prevented, further improving light utilization efficiency.

(第3実施例) 前述した第2実施例の投写型表示装置2においては、色光分離合成素子として 2つのダイクロイックプリズム411、413を用い、また、他の色光との光路 の長さを等しくするために青色光の光路には導光プリズム412を設けている。(Third Embodiment) In the projection display device 2 of the second embodiment described above, two dichroic prisms 411 and 413 are used as color light separation/combination elements, and a light-guiding prism 412 is provided in the blue light path to equalize the optical path lengths of the other color lights.

この色分離合成素子を、1つのクロスダイクロイックプリズムによって構成する ことも可能である。このような投写型表示装置の例を第7図に示す。This color separation/combination element can also be constructed using a single cross dichroic prism. An example of such a projection display device is shown in Figure 7.

第7図は、第3実施例の投写型表示装置3の要部を平面的に見た概略構成図で ある。なお、第7図は、第1の光学要素120の中心を通るXZ平面における断 面図である。本例の投写型表示装置3において、前に説明した第1実施例の投写 型表示装置1の構成要素と同様の構成要素については、第1図〜第5図で用いた ものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。Figure 7 is a schematic plan view of the main components of the projection display device 3 of the third embodiment. Note that Figure 7 is a cross-sectional view taken along the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. In the projection display device 3 of this embodiment, components that are the same as those in the projection display device 1 of the first embodiment described above are assigned the same reference numerals as those used in Figures 1 to 5, and detailed descriptions thereof will be omitted.

本例の投写型表示装置3は、前述した投写型表示装置2の色光分離合成素子を 構成するダイクロイックプリズム411、412の代わりに、4つのプリズム部 品421、422、423、424の間に赤色光反射ダイクロイック膜425、 426と青色光反射ダイクロイック膜427、428とがX字状に配置されたク ロスダイクロイックプリズム420を用いている。このような、クロスダイクロ イックプリズム420を用いることにより、光路の長さをきわめて短縮化するこ とができる。したがって、大口径の投写レンズを用いなくともきわめて明るい投 写画像を得ることができる。In place of the dichroic prisms 411 and 412 that constitute the color light separation/combining elements of the projection display device 2 described above, the projection display device 3 of this example uses a cross dichroic prism 420 in which red light-reflecting dichroic films 425 and 426 and blue light-reflecting dichroic films 427 and 428 are arranged in an X-shape between four prism components 421, 422, 423, and 424. By using this cross dichroic prism 420, the length of the optical path can be significantly shortened. Therefore, an extremely bright projected image can be obtained without using a large-diameter projection lens.

また、本例の投写型表示装置3において、偏光ビームスプリッタ200を構成 するプリズム部品202とクロスダイクロイックプリズム420を構成するプリ ズム部品421とは一体のプリズムにて構成することが可能である。プリズム部 品202、421を一体構成とすることにより、プリズム部品202と421と の境界部分において発生する光の損失を防ぐことができ、より一層光の利用効率 を高めることが可能となる。Furthermore, in the projection display device 3 of this example, the prism component 202 that constitutes the polarizing beam splitter 200 and the prism component 421 that constitutes the cross dichroic prism 420 can be constructed as an integrated prism. By constructing the prism components 202 and 421 as an integrated component, it is possible to prevent light loss that occurs at the boundary between the prism components 202 and 421, thereby further improving light utilization efficiency.

なお、本例の投写型表示装置3は、投写型表示装置2と同様の効果も有してい る。The projection display device 3 of this example also has the same effects as the projection display device 2.

(第4実施例) 第3実施例における投写型表示装置3のように、色光分離合成素子としてクロ スダイクロイックプリズム420を用いた場合、プリズムの中央部にダイクロイ ック膜が直交する部分が存在し、この部分が投写画像に影として現れる場合があ る。クロスダイクロイックプリズム420の代わりに、第8図に示したようなダ イクロイックプリズム430を採用すれば、この現象を完全に防止することが可 能である。(Fourth Embodiment) When using a cross dichroic prism 420 as a color light separation/combination element, as in the projection display device 3 of the third embodiment, there is a portion in the center of the prism where the dichroic films intersect at right angles, and this portion may appear as a shadow in the projected image. By using a dichroic prism 430, as shown in Figure 8, instead of the cross dichroic prism 420, this phenomenon can be completely prevented.

第8図は、第4実施例の投写型表示装置4の要部を平面的に見た概略構成図で ある。なお、第8図は、第1の光学要素120の中心を通るXZ平面における断 面図である。本例の投写型表示装置4は、第3実施例の投写型表示装置3のクロ スダイクロイックプリズム420を、2つのダイクロイック膜が互いに光軸に対 して異なる角度で配置されたダイクロイックプリズム430に代えたものである 。その他の構成については第4実施例と同様であるため、詳細な説明については 省略する。Figure 8 is a schematic plan view of the main components of the projection display device 4 of the fourth embodiment. Note that Figure 8 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. The projection display device 4 of this embodiment replaces the cross dichroic prism 420 of the projection display device 3 of the third embodiment with a dichroic prism 430 in which two dichroic films are arranged at different angles relative to the optical axis. The remaining configuration is the same as that of the fourth embodiment, so detailed description will be omitted.

ダイクロイックプリズム430は、互いに形状が異なる3つのプリズム部品4 31、432、433と、プリズム部品431とプリズム部品432との接合面 に形成された緑色光反射ダイクロイック膜434、および、プリズム部品432 とプリズム部品433との接合面に形成された赤色光反射タイクロイック膜43 5から構成されている。ここで、緑色光反射ダイクロイック膜434と赤色光反 射ダイクロイック膜436とは互いに光軸に対して異なる角度で配置されている 。したがって、クロスダイクロイックプリズムを用いた場合のように、ダイクロ イック膜が直交する部分が投写画像に影として現れることが無く、きわめて質の 良い投写画像を得ることができる。Dichroic prism 430 is composed of three prism components 431, 432, and 433, each with a different shape; a green-light-reflecting dichroic film 434 formed on the interface between prism components 431 and 432; and a red-light-reflecting dichroic film 435 formed on the interface between prism components 432 and 433. Here, green-light-reflecting dichroic film 434 and red-light-reflecting dichroic film 436 are positioned at different angles relative to the optical axis. Therefore, unlike when a cross dichroic prism is used, shadows do not appear in the projected image where the dichroic films intersect, resulting in an extremely high-quality projected image.

なお、本例の投写型表示装置4は、第3実施例の投写型表示装置3と同様の効 果も有している。The projection display device 4 of this embodiment also has the same effects as the projection display device 3 of the third embodiment.

(第5実施例) 第9図は、第5実施例の投写型表示装置5の要部を平面的に見た概略構成図で ある。なお、第9図は、第1の光学要素120の中心を通るXZ平面における断 面図である。本例の投写型表示装置5は、前述した第3実施例の投写型表示装置 3の変形例である。前述した第3実施例の投写型表示装置3と同様の構成につい ては第7図で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略 する。(Fifth Embodiment) Figure 9 is a schematic plan view of the main components of a projection display device 5 of the fifth embodiment. Note that Figure 9 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 120. The projection display device 5 of this embodiment is a modification of the projection display device 3 of the third embodiment described above. Components similar to those of the projection display device 3 of the third embodiment described above are designated by the same reference numerals as those used in Figure 7, and detailed descriptions thereof will be omitted.

まず第1に、本例の投写型表示装置5は、前述した第3実施例の投写型表示装 置3と偏光照明装置の構成が相違している。本例の投写型表示装置5における偏 光照明装置100Aは、出射側レンズ150が偏光変換素子140から離れた位 置に設けられている点、偏光分離ユニットアレイ141と出射側レンズ150と の間に反射ミラー700が設けられている点で、前述した偏光照明装置100と 相違している。First, the projection display device 5 of this embodiment differs from the projection display device 3 of the third embodiment in the configuration of the polarized illumination device. The polarized illumination device 100A in the projection display device 5 of this embodiment differs from the polarized illumination device 100 described above in that the exit lens 150 is located away from the polarization conversion element 140 and a reflecting mirror 700 is provided between the polarization separation unit array 141 and the exit lens 150.

第10図は、偏光照明装置100Aと偏光照明装置100とを比較した図であ る。説明の便宜上、関係のない部分は省略してある。図中実線は、本例の投写型 表示装置5における第1の光学要素120、集光レンズアレイ131、偏光変換 素子140、出射側レンズ150の位置関係を示している。図中点線は、偏光変 換素子140と出射側レンズ150とが分離されていない状態、すなわち前述し た偏光照明装置100における第1の光学要素120と出射側レンズ150を示 している。なお、図中160は、偏光照明装置100または100Aによって照 明される被照明領域である。FIG. 10 compares polarized lighting device 100A with polarized lighting device 100. For ease of explanation, irrelevant portions have been omitted. Solid lines in the figure indicate the relative positions of the first optical element 120, condenser lens array 131, polarization conversion element 140, and output lens 150 in the projection display device 5 of this example. Dotted lines in the figure indicate a state in which the polarization conversion element 140 and output lens 150 are not separated, i.e., the first optical element 120 and output lens 150 in the polarized lighting device 100 described above. Note that 160 in the figure indicates the illuminated area illuminated by polarized lighting device 100 or 100A.

光源部110から出射される光束の平行性が極めて高く、かつ第1の光学要素 120を構成する光束分割レンズ121の精度が極めて高い場合には、先の第3 図に示したように、各中間光束122は偏光分離ユニット142の偏光分離面1 43上の極めて微小な領域に集光される。しかしながら、実際は光源ランプ11 1の発光点が有限の大きさを有していること、放物面リフレクター112の面精 度や光束分割レンズ121のレンズ精度にばらつきがあることから、各中間光束 122によって偏光分離面143上に形成される像はある程度の大きさを有する こととなる。この像の大きさは偏光分離面143の開口断面の大きさよりも小さ いことが望ましいが、そうでない場合には、偏光分離面143を経ずに偏光分離 面143と隣接して配置されている反射面144に直接入射する光が発生するこ とになる。ある偏光分離ユニット(これを、「第1の偏光分離ユニット」とする )の反射面に直接入射した光は、反射面で反射されて、隣接する偏光分離ユニッ ト(これを、「第2の偏光分離ユニット」とする)に侵入し、第2の偏光分離ユ ニットの偏光分離面で2種類の偏光光束に分離される。但し、第1の偏光分離ユ ニットの反射面で反射されて第2の偏光分離ユニットに侵入した光束と、第2の 偏光分離ユニットの偏光分離面に直接入射した光束とでは、第2の偏光分離ユニ ットの偏光分離面に入射する方向が90度異なることとなる。よって、第2の偏 光分離ユニットのP偏光光束出射面から出射される光束には、第1の偏光分離ユ ニットから侵入して第2の偏光分離ユニットの偏光分離面で反射されたS偏光光 束が混入することとなる。また、第2の偏光分離ユニットのS偏光光束出射面か ら出射される光束には、第1の偏光分離ユニットから侵入して第2の偏光分離ユ ニットの偏光分離面を透過したP偏光光束が混入することとなる。このように、 ある偏光分離ユニットの反射面に直接入射した光は、隣接する偏光分離ユニット において、直接偏光分離面に入射した光束とは異なる状態で偏光分離されてしま い、P偏光光束出射面、S偏光光束出射面から本来出射されるべき偏光光束とは 異なる偏光方向を有する偏光光束となって出射されるため、偏光照明装置から出 射される光束の偏光度を低下させる原因となる。偏光照明装置から出射された光 束のうち、反射型液晶装置300R、300G、300Bの照明光として有効な 光は一種類の偏光光のみであるため、偏光照明装置から出射される光束の偏光度 の低 下は、光の利用効率の低下、ひいては投写画像の明るさを低下させてしまうこと となり、好ましくない。If the light beams emitted from the light source unit 110 are highly parallel and the beam splitter lens 121 constituting the first optical element 120 has extremely high precision, each intermediate beam 122 will be focused onto an extremely small area on the polarization splitter surface 143 of the polarization splitter unit 142, as shown in Figure 3 above. However, in reality, the light-emitting point of the light source lamp 111 has a finite size, and there is variation in the surface precision of the parabolic reflector 112 and the lens precision of the beam splitter lens 121. Therefore, the image formed on the polarization splitter surface 143 by each intermediate beam 122 will have a certain size. It is desirable for the size of this image to be smaller than the cross-sectional size of the opening of the polarization splitter surface 143. However, if this is not the case, some light will be generated and will directly enter the reflecting surface 144 adjacent to the polarization splitter surface 143 without passing through the polarization splitter surface 143. Light directly incident on the reflective surface of a certain polarization separation unit (hereinafter referred to as the "first polarization separation unit") is reflected by the reflective surface and enters an adjacent polarization separation unit (hereinafter referred to as the "second polarization separation unit"), where it is separated into two polarized beams by the polarization separation surface of the second polarization separation unit. However, the beam reflected by the reflective surface of the first polarization separation unit and entering the second polarization separation unit and the beam directly incident on the polarization separation surface of the second polarization separation unit enter the polarization separation surface of the second polarization separation unit in directions that differ by 90 degrees. Therefore, the beam emerging from the P-polarized beam exit surface of the second polarization separation unit is mixed with the S-polarized beam that entered from the first polarization separation unit and reflected by the polarization separation surface of the second polarization separation unit. Furthermore, the light beam emitted from the S-polarized light beam exit surface of the second polarization splitter unit is mixed with the P-polarized light beam that entered through the first polarization splitter unit and passed through the polarization splitter surface of the second polarization splitter unit. Thus, light directly incident on the reflective surface of one polarization splitter unit is polarized and split differently in the adjacent polarization splitter unit than the light beam that directly entered the polarization splitter surface. The resulting polarized light beam has a different polarization direction than the polarized light beam that should have been emitted from the P-polarized light beam exit surface or the S-polarized light beam exit surface, which reduces the degree of polarization of the light beam emitted from the polarized lighting device. Because only one type of polarized light is effective as illumination light for the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B, a reduction in the degree of polarization of the light beam emitted from the polarized lighting device undesirably reduces light utilization efficiency and ultimately reduces the brightness of the projected image.

そこで、前述した偏光照明装置100では、第2の光学要素130に集光レン ズアレイ131を設け、この集光レンズアレイ131の集光力によって第1の光 学要素120から出射される光を偏光分離面に導き、反射面に直接入射する光が なるべく少なくなるようにしている。Therefore, in the polarized illumination device 100 described above, a condenser lens array 131 is provided in the second optical element 130, and the light emitted from the first optical element 120 is guided to the polarization separation surface by the condensing power of this condenser lens array 131, thereby minimizing the amount of light that directly strikes the reflecting surface.

一方、反射面144に直接光束が入射するのを防ぐには、集光力が大きいレン ズを用いて各中間光束122によって偏光分離面143上に形成される像の大き さを小さくする方法も有効である。On the other hand, in order to prevent the light beams from being directly incident on the reflecting surface 144, it is also effective to use a lens with a large light-gathering power to reduce the size of the image formed on the polarization separation surface 143 by each intermediate light beam 122.

第10図から解るように、出射側レンズ150を偏光変換素子140から離れ た位置に設ければ、第1の光学要素120と偏光分離ユニットアレイ141との 距離を小さくして、偏光照明装置100における光束分割レンズ121よりも焦 点距離の短い、すなわち集光力のより大きい光束分割レンズ121を使用するこ とができる。したがって、各中間光束122によって偏光分離面143上に形成 される像の大きさを小さくすることができ、反射面144に直接光束が入射する のを防ぐことが可能となる。As can be seen from Figure 10, by locating the exit lens 150 at a position away from the polarization conversion element 140, the distance between the first optical element 120 and the polarization separation unit array 141 can be reduced, making it possible to use a beam splitting lens 121 with a shorter focal length, i.e., a greater light-gathering power, than the beam splitting lens 121 in the polarized lighting device 100. Therefore, the size of the image formed on the polarization separation surface 143 by each intermediate beam 122 can be reduced, making it possible to prevent the beam from being directly incident on the reflecting surface 144.

ここで、偏光分離面143は光が入射する角度によってその偏光分離性能が変 化するため、光束分割レンズ121の集光力をむやみに高めることはできない。Here, since the polarization separation performance of the polarization separation surface 143 changes depending on the angle of incidence of light, the light-gathering power of the beam splitting lens 121 cannot be increased excessively.

したがって、光源部100から出射される光の平行性があまり高くない場合には 、本例の投写型表示装置5のように、出射側レンズ150を偏光分離ユニットア レイ141から離れた位置に設けるだけでなく、集光レンズアレイ131を併用 することが好ましい。Therefore, when the parallelism of the light emitted from the light source unit 100 is not very high, it is preferable to not only locate the exit lens 150 at a position away from the polarization separation unit array 141, as in the projection display device 5 of this example, but also to use the condenser lens array 131 in combination.

また、本例の投写型表示装置5のように、出射側レンズ150を偏光ビームス プリッタ200の光入射面204に取り付けることにより、出射側レンズ150 と偏光ビームスプリッタ200との界面における光反射を低減することができ、 より一層光の利用効率を高めることが可能となる。Furthermore, by attaching the exit lens 150 to the light incident surface 204 of the polarizing beam splitter 200, as in the projection display device 5 of this example, it is possible to reduce light reflection at the interface between the exit lens 150 and the polarizing beam splitter 200, thereby further improving the light utilization efficiency.

さらに、本例の投写型表示装置5における偏光照明装置100Aでは、偏光分 離ユニットアレイ141と出射側レンズ150との間に、光の進行方向を約90 度変える反射ミラー700を設けている。このような反射ミラー700を設ける ことにより、偏光ビームスプリッタ200とクロスダイクロイックプリズム42 0とからなる部分と、偏光照明装置100Aとを並べて配置することができるた め、光学系をコンパクトにすることが可能となる。Furthermore, in the polarized lighting device 100A of the projection display device 5 of this example, a reflecting mirror 700 that changes the direction of light propagation by approximately 90 degrees is provided between the polarization separation unit array 141 and the output lens 150. By providing such a reflecting mirror 700, the portion consisting of the polarized beam splitter 200 and the cross dichroic prism 420 can be arranged side by side with the polarized lighting device 100A, thereby making it possible to make the optical system more compact.

この反射ミラー700は、全反射ミラーで構成することができる。しかしなが ら、この反射ミラー700を、偏光分離ユニットアレイ141と選択位相差板1 47とからなる偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束(本例ではS偏光 光束)のみを選択的に反射する誘電体ミラーとすれば、偏光ビームスプリッタ2 00に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反射型液晶装置300R 、300G、300Bを照明する照明光の偏光度を高めることができる。したが って、投写画像のコントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像 を得ることが可能となる。The reflecting mirror 700 can be constructed as a total reflection mirror. However, if the reflecting mirror 700 is constructed as a dielectric mirror that selectively reflects only a specific polarized light beam (S-polarized light beam in this example) obtained by the polarization conversion element consisting of the polarization separation unit array 141 and the selective retardation plate 147, the degree of polarization of the polarized light beam incident on the polarizing beam splitter 200, and therefore the degree of polarization of the illumination light illuminating the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B, can be increased. This increases the contrast of the projected image, making it possible to obtain extremely high-quality projected images.

さらに、この反射ミラー700に、可視光のみを反射させ、赤外線や紫外線は 透過させる機能を持たせれば、反射ミラー700以降の光学素子が赤外線や紫外 線によって劣化してしまうのを防ぐことができる。Furthermore, if the reflecting mirror 700 is given the function of reflecting only visible light and transmitting infrared and ultraviolet rays, it is possible to prevent the optical elements following the reflecting mirror 700 from being deteriorated by infrared and ultraviolet rays.

また、反射ミラー700を設ける位置は、第9図に示された位置には限られず 、光源部110と偏光ビームスプリッタ200との間のどの位置に設けても良い 。例えば、前述した偏光照明装置100のように、第2の光学要素130を構成 する集光レンズアレイ131、偏光分離ユニットアレイ141、選択位相差板1 47、および出射側レンズ150が一体化されている場合には、出射側レンズ1 50と偏光ビームスプリッタ200との間に反射ミラー700を配置することも 可能である。Furthermore, the location of the reflecting mirror 700 is not limited to the location shown in Figure 9, and it may be located anywhere between the light source unit 110 and the polarizing beam splitter 200. For example, as in the polarized lighting device 100 described above, if the condenser lens array 131, polarization separation unit array 141, selective retardation plate 147, and output lens 150 constituting the second optical element 130 are integrated, the reflecting mirror 700 can also be located between the output lens 150 and the polarizing beam splitter 200.

なお、本例の偏光照明装置100Aは、前述した第1実施例〜第4実施例の投 写型表示装置1〜4における偏光照明装置100と置き換えることが可能である 。The polarized illumination device 100A of this embodiment can be substituted for the polarized illumination device 100 in the projection display devices 1 to 4 of the first to fourth embodiments described above.

第2に、本例の投写型表示装置5は、偏光ビームスプリッタ200の光入射面 204と光出射面205にそれぞれ偏光板210、211が設けられている点で 、前述した第3実施例の投写型表示装置3と相違している。偏光板210は、偏 光ビームスプリッタ200に入射する偏光光束の偏光度を、つまり結果的には反 射型液晶装置300R、300G、300Bを照明する照明光の偏光度を高める ものである。また、偏光板211は、偏光ビームスプリッタ200から出射した 偏 光光束の偏光度を、つまり結果的には投写光学系500を介して表示面、あるい は投写面上に投写される画像の偏光度を高めるものである。本例の投写型表示装 置5では、これらの偏光板210、211を配置することにより、投写画像のコ ントラストを高めることができ、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能と なる。Second, the projection display device 5 of this embodiment differs from the projection display device 3 of the third embodiment in that polarizers 210 and 211 are provided on the light entrance surface 204 and light exit surface 205 of the polarizing beam splitter 200, respectively. The polarizer 210 increases the polarization of the polarized light beam incident on the polarizing beam splitter 200, thereby ultimately increasing the polarization of the illumination light illuminating the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B. The polarizer 211 also increases the polarization of the polarized light beam exiting the polarizing beam splitter 200, thereby ultimately increasing the polarization of the image projected onto the display surface or projection surface via the projection optical system 500. The provision of these polarizers 210 and 211 in the projection display device 5 of this embodiment increases the contrast of the projected image, enabling the production of extremely high-quality projected images.

ここで、偏光板210、211を必ずしも偏光ビームスプリッタ200の面に 取り付ける必要はなく、出射側レンズ150と偏光ビームスプリッタ200との 間の光路土、偏光ビームスプリッタ200と投写光学系500との間の光路上に 配置すれば良い。しかしながら、偏光板210、211を偏光ビームスプリッタ 200の面に取り付けることにより、偏光板210、211と偏光ビームスプリ ッタ200との界面における光反射を低減することができ、光の利用効率を向上 させることが可能となる。Here, polarizing plates 210 and 211 do not necessarily need to be attached to the surface of polarizing beam splitter 200; they may be placed on the optical path between output lens 150 and polarizing beam splitter 200, or on the optical path between polarizing beam splitter 200 and projection optical system 500. However, by attaching polarizing plates 210 and 211 to the surface of polarizing beam splitter 200, it is possible to reduce light reflection at the interface between polarizing plates 210 and 211 and polarizing beam splitter 200, thereby improving light utilization efficiency.

なお、前述した第1実施例〜第4実施例の投写型表示装置1〜4において、本 例のように偏光板210、211を配置するようにしても良い。In the projection display devices 1 to 4 of the first to fourth embodiments described above, the polarizing plates 210 and 211 may be arranged as in this example.

本例の投写型表示装置5は、上述した点以外の部分は第3実施例の投写型表示 装置3と同一であるため、第3実施例における投写型表示装置3と同様の効果も 有している。The projection display device 5 of this embodiment is identical to the projection display device 3 of the third embodiment except for the points mentioned above, and therefore has the same effects as the projection display device 3 of the third embodiment.

(第6実施例) 第11図は、第6実施例の投写型表示装置6の要部を平面的に見た概略構成図 である。なお、図11は、第1の光学要素800の中心を通るXZ平面における 断面図である。本例の投写型表示装置6は、前述した第3実施例の投写型表示装 置3の変形例である。前述した第3実施例の投写型表示装置3と同様の構成につ いては図7で用いたものと同じ参照番号を付し、その詳細な説明については省略 する。(Sixth Embodiment) Figure 11 is a schematic plan view of the main components of a projection display device 6 of the sixth embodiment. Note that Figure 11 is a cross-sectional view in the XZ plane passing through the center of the first optical element 800. The projection display device 6 of this embodiment is a modification of the projection display device 3 of the third embodiment described above. Components similar to those of the projection display device 3 of the third embodiment described above are designated by the same reference numerals as those used in Figure 7, and detailed descriptions thereof will be omitted.

まず第1に、本例の投写型表示装置6は、前述した第3実施例の投写型表示装 置3と偏光照明装置の構成が相違している。First, the projection display device 6 of this embodiment differs from the projection display device 3 of the third embodiment described above in the configuration of the polarized illumination device.

本例の投写型表示装置6における偏光照明装置100Bは、システム光軸Lに 沿って配置した光源部110、第1の光学要素800、第2の光学要素850か ら概略構成されている。The polarized illumination device 100B in the projection display device 6 of this example is generally composed of a light source unit 110, a first optical element 800, and a second optical element 850, which are arranged along the system optical axis L.

第1の光学要素800は、図2に示した第1の光学要素120と同様に、マト リックス状に配列された複数の矩形の光束分割レンズ801からなるレンズアレ イである。光源部110は、光源111の光軸が第1の光学要素120の中心と 一致するように配置されている。光源部110から出射され、第1の光学要素8 00に入射した光は、光束分割レンズ801により複数の中間光束に分割されて 第2の光学要素850へ入射する。The first optical element 800 is a lens array consisting of multiple rectangular beam-splitting lenses 801 arranged in a matrix, similar to the first optical element 120 shown in FIG. 2. The light source unit 110 is disposed so that the optical axis of the light source 111 coincides with the center of the first optical element 120. Light emitted from the light source unit 110 and incident on the first optical element 800 is split by the beam-splitting lens 801 into multiple intermediate beams, which then enter the second optical element 850.

なお、各光束分割レンズ801の特性は、後に詳しく述べる偏光分離プリズム 820の板状のプリズム823の厚み等に応じて各々最適化される。The characteristics of each beam splitting lens 801 are optimized depending on the thickness of the plate-shaped prism 823 of the polarization splitting prism 820, which will be described in detail later.

第1の光学要素800の光出射面側に配置されている第2の光学要素850は 、偏光分離プリズム820と選択位相差板830とからなる偏光変換素子810 、偏光変換素子810から出射された中間光束を被照明領域である反射型液晶装 置300R、300G、300B上に重畳させる出射側レンズ840から大略構 成される複合体である。The second optical element 850, which is disposed on the light exit surface side of the first optical element 800, is a composite roughly composed of a polarization conversion element 810, which is composed of a polarization separation prism 820 and a selective retardation plate 830, and an exit-side lens 840, which superimposes the intermediate light beams exiting from the polarization conversion element 810 onto the illuminated areas of the reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B.

偏光分離プリズム820は、第12図(A)〜(C)に示したように、斜面に 偏光分離膜822が形成され、底面の形状が直角二等辺三角形である三角柱のプ リズム821と、三角柱プリズム821と接合しない面に反射膜824が形成さ れた板状のプリズム823とが組み合わされたものである。偏光分離膜822と 反射膜824とはほぼ平行になるように配置されている。偏光分離膜822は誘 電体多層膜等で、反射膜824は誘電体多層膜、アルミニウム膜等で形成するこ とができる。As shown in Figures 12(A) to (C), polarization separation prism 820 is a combination of a triangular prism 821 with a polarization separation film 822 formed on its slanted surface and a right-angled isosceles triangle-shaped base, and a plate-like prism 823 with a reflective film 824 formed on the surface not joined to triangular prism 821. Polarization separation film 822 and reflective film 824 are arranged approximately parallel to each other. Polarization separation film 822 can be formed of a dielectric multilayer film or the like, and reflective film 824 can be formed of a dielectric multilayer film, an aluminum film, or the like.

偏光分離プリズム820に入射した光は、偏光分離膜822を透過するP偏光 光束と、偏光分離膜822で反射されて選択位相差板830の方向に進行方向を 変えるS偏光光束とに分離される。P偏光光束は、板状のプリズム823に入射 し、反射膜824で反射されることにより、その進行方向を変えS偏光光束とほ ぼ平行な状態となる。すなわち、偏光分離プリズム820に入射したランダムな 偏光方向を有する中間光束は、偏光分離プリズム820の偏光分離膜822によ りS偏光光束とP偏光光束とに分離される。そして、S偏光光束は第12図(A )に右上がりの斜線で示すS偏光光束出射面825から、P偏光光束は第12図 (A)に右下がりの斜線で示すP偏光光束出射面826から、それぞれほぼ同じ 方向に向けて出射される。Light incident on the polarization separation prism 820 is separated into a P-polarized beam that passes through the polarization separation film 822 and an S-polarized beam that is reflected by the polarization separation film 822 and changes its direction of travel toward the selective phase difference plate 830. The P-polarized beam enters the plate-shaped prism 823 and is reflected by the reflection film 824, changing its direction of travel and becoming approximately parallel to the S-polarized beam. In other words, the intermediate beam having a random polarization direction that enters the polarization separation prism 820 is separated into an S-polarized beam and a P-polarized beam by the polarization separation film 822 of the polarization separation prism 820. The S-polarized beam then exits from the S-polarized beam exit surface 825, indicated by the upward-sloping diagonal line in Figure 12(A), and the P-polarized beam exits from the P-polarized beam exit surface 826, indicated by the downward-sloping diagonal line in Figure 12(A), in approximately the same direction.

なお、第12図(A)におけるS偏光光束出射面825、P偏光光束出射面8 26のX方向の幅は、板状のプリズム822のZ方向およびX方向の厚みに対応 している。ここで、本例では、板状のプリズム822のZ方向およびX方向の厚 みが第1の光学要素を構成する光束分割レンズ801のX方向の大きさ(第2図 参照)の約1/2となっている。したがって、S偏光光束出射面825、P偏光 光束出射面826のX方向の幅も光束分割レンズ801のピッチの約1/2とな っている。Note that the X-direction widths of the S-polarized light beam exit surface 825 and the P-polarized light beam exit surface 826 in Figure 12(A) correspond to the Z-direction and X-direction thicknesses of the plate-like prism 822. In this example, the Z-direction and X-direction thicknesses of the plate-like prism 822 are approximately half the X-direction size of the beam splitter lens 801 (see Figure 2), which constitutes the first optical element. Therefore, the X-direction widths of the S-polarized light beam exit surface 825 and the P-polarized light beam exit surface 826 are also approximately half the pitch of the beam splitter lens 801.

偏光分離プリズム820の光出射面側には、第11図に示すように、λ/2位 相差層831が規則的に形成された選択位相差板830が設置されている。選択 位相差板830は、偏光分離プリズムのP偏光光束出射面826の部分にのみλ /2位相差層831が形成され、S偏光光束出射面825の部分にはλ/2位相 差層831が形成されていない光学素子である。したがって、第11図に示すよ うに、偏光分離プリズム820から出射されたP偏光光束は、選択位相差板83 0を通過する際にλ/2位相差層831によって偏光方向の回転作用を受け、S 偏光光束へと変換される。一方、S偏光光束出射面825の部分にはλ/2位相 差層831が形成されていないので、偏光分離プリズム820のS偏光光束出射 面825から出射されたS偏光光束は、S偏光のまま選択位相差板830を通過 する。As shown in Figure 11, a selective retardation plate 830 having a regularly-spaced λ/2 retardation layer 831 is provided on the light exit surface side of the polarization separation prism 820. The selective retardation plate 830 is an optical element in which the λ/2 retardation layer 831 is formed only on the P-polarized light beam exit surface 826 of the polarization separation prism, and the λ/2 retardation layer 831 is not formed on the S-polarized light beam exit surface 825. Therefore, as shown in Figure 11, the P-polarized light beam exiting the polarization separation prism 820 is rotated in polarization direction by the λ/2 retardation layer 831 as it passes through the selective retardation plate 830, and is converted into an S-polarized light beam. On the other hand, since the λ/2 retardation layer 831 is not formed on the S-polarized light beam exit surface 825, the S-polarized light beam emitted from the S-polarized light beam exit surface 825 of the polarization separation prism 820 passes through the selective retardation plate 830 while remaining S-polarized.

すなわち、第1の光学要素800から出射されたランダムな偏光方向を有する 中間光束は、偏光分離プリズム820によりP偏光光束とS偏光光束とに分離さ れ、選択位相差板830により、偏光方向が揃ったほぼ一種類の偏光光束(本例 の場合はS偏光光束)に変換されたことになる。That is, the intermediate light beam having random polarization directions emitted from the first optical element 800 is separated into P-polarized light beam and S-polarized light beam by the polarization separation prism 820, and then converted by the selective phase difference plate 830 into a light beam of substantially one type of polarization (in this example, S-polarized light beam) with a uniform polarization direction.

偏光変換素子810の光出射面側に配置された出射側レンズ840は、第13 図に示すように、マトリックス状に配列された複数の矩形レンズ841からなる レンズアレイである。図13において、十字の交点はレンズ光軸を示している。The exit lens 840, located on the light exit surface side of the polarization conversion element 810, is a lens array consisting of multiple rectangular lenses 841 arranged in a matrix, as shown in Figure 13. In Figure 13, the intersections of the crosses indicate the lens optical axes.

この図から解るように、矩形レンズ841は偏心レンズとなっている。出射側レ ンズ840は、偏光照明装置100における出射側レンズ150と同様に、偏光 変換素子810により揃えられたそれぞれの中間光束を、被照明領域である反射 型液晶装置300R、300G、300B上で重畳結合する重畳結合素子として の機能を有している。すなわち、第1の光学要素800により分割された中間光 束(つまり、光束分割レンズ801により切り出されたイメージ面)のそれぞれ が、偏光変換素子810によって一箇所の被照明領域上に重畳結合される。よっ て、被照明領域である反射型液晶装置300R、300G、300B上を、一種 類の偏光光束で、ほぼ均一に照明することができる。As can be seen from this diagram, rectangular lens 841 is a decentered lens. Like output lens 150 in polarized illumination device 100, output lens 840 functions as a superposition/combination element that superposes and combines the intermediate light beams aligned by polarization conversion element 810 onto the illuminated area of reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B. That is, the intermediate light beams split by first optical element 800 (i.e., the image planes separated by beam splitting lens 801) are superposed and combined onto a single illuminated area by polarization conversion element 810. This allows the illuminated area of reflective liquid crystal devices 300R, 300G, and 300B to be illuminated almost uniformly with a single type of polarized light beam.

なお、矩形レンズ841のX方向の配列ピッチは、偏光分離プリズム820の S偏光光束出射面825、P偏光光束出射面826のX方向の幅とほぼ同じであ る。また、本例では、矩形レンズ841のY方向の配列ピッチを、第1の光学要 素の光束分割レンズ801のY方向の配列ピッチとほぼ同じにしてある。The arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the X direction is approximately the same as the width in the X direction of the S-polarized light beam exit surface 825 and the P-polarized light beam exit surface 826 of the polarization splitting prism 820. In this example, the arrangement pitch of the rectangular lenses 841 in the Y direction is approximately the same as the arrangement pitch in the Y direction of the light beam splitting lenses 801 of the first optical element.

しかしながら、矩形レンズのX方向の配列ピッチは、偏光分離プリズム820 のS偏光光束出射面825のX方向の幅とP偏光光束出射面826のX方向の幅 の和とほぼ同じにしても良い。この場合は、出射側レンズ840として、第1の 光学要素800と同じレンズアレイを用いることが可能となる。或いは、矩形レ ンズのX方向の配列ピッチを、偏光分離プリズム820のS偏光光束出射面82 5のX方向の幅とP偏光光束出射面826のX方向の幅の和よりも小さくしても 良い。同様に、矩形レンズ841のY方向の配列ピッチについても光束分割レン ズ801のY方向の配列ピッチよりも小さくすることが可能である。以上の状態 は、第1の光学要素800を構成する光束分割レンズ801を偏心レンズとする ことによって実現できる。それにより、偏光ビームスプリッタ200に入射する 光束の断面積を小さくできるため、結果として、偏光ビームスプリッタ200を 小型化できる効果がある。However, the X-direction arrangement pitch of the rectangular lenses may be approximately the same as the sum of the X-direction width of the S-polarized light beam exit surface 825 and the X-direction width of the P-polarized light beam exit surface 826 of the polarization splitter prism 820. In this case, the same lens array as that of the first optical element 800 can be used as the exit lens 840. Alternatively, the X-direction arrangement pitch of the rectangular lenses may be smaller than the sum of the X-direction width of the S-polarized light beam exit surface 825 and the X-direction width of the P-polarized light beam exit surface 826 of the polarization splitter prism 820. Similarly, the Y-direction arrangement pitch of the rectangular lenses 841 can also be smaller than the Y-direction arrangement pitch of the beam splitter lens 801. This can be achieved by using a decentered lens as the beam splitter lens 801 constituting the first optical element 800. This reduces the cross-sectional area of the light beam incident on the polarizing beam splitter 200, which results in a smaller size of the polarizing beam splitter 200.

以上をまとめると、偏光照明装置100Bによっても、偏光照明装置100の 場合と同様、明るさが均一で、偏光方向がほぼ揃った照明光を得ることができる 。In summary, polarized illumination device 100B can produce illumination light with uniform brightness and a nearly uniform polarization direction, just like polarized illumination device 100.

偏光照明装置100Bでは、第1の光学要素800により光源部110からの 出射光を複数の中間光束に分割し、それぞれの中間光束の断面積とほぼ同じ断面 積内で、中間光束をP偏光光束とS偏光光束とに分離するようにしている。した がって、光束の拡幅を殆ど伴うことなく、光源からの出射光束を2種類の偏光光 束に分離することができ、少ないスペースで偏光変換を行うことができるという 特徴がある。In the polarized lighting device 100B, the first optical element 800 splits the light emitted from the light source unit 110 into multiple intermediate beams, and separates the intermediate beams into P-polarized and S-polarized beams within a cross-sectional area approximately equal to the cross-sectional area of each intermediate beam. Therefore, the beam emitted from the light source can be separated into two types of polarized beams with almost no beam widening, and polarization conversion can be performed in a small space.

なお、反射型液晶装置300の表示領域、即ち、被照明領域(X方向に長い長 方形状)の形状に合わせて、第1の光学要素800を構成する光束分割レンズ8 01の断面形状をX方向に長い長方形にするとともに、偏光分離プリスム820 から出射された2種類の偏光光束がX方向に交互に並ぶようにしている。このた め、長方形の被照明領域を照明する場合でも、光を無駄にすることなく、光の利 用効率を高めることができる。The cross-sectional shape of the beam splitter lens 801 constituting the first optical element 800 is rectangular with its long sides in the X direction to match the shape of the display area of the reflective liquid crystal device 300, i.e., the illuminated area (a rectangular shape elongated in the X direction), and the two types of polarized beams emitted from the polarization splitter prism 820 are arranged alternately in the X direction. This makes it possible to increase the light utilization efficiency without wasting light, even when illuminating a rectangular illuminated area.

また、第1の光学要素と、第2の光学要素を構成する偏光分離プリズム820 、選択位相差板830、出射側レンズ840を光学的に一体化することにより、 それらの界面において発生する光損失を低減し、光の利用効率を一層高めるよう にしている。しかしながら、これらの光学要素を必ずしも光学的に一体化する必 要はない。Furthermore, by optically integrating the polarization separation prism 820, selective retardation plate 830, and output lens 840, which constitute the first optical element and the second optical element, optical loss occurring at their interfaces is reduced, further increasing the light utilization efficiency. However, these optical elements do not necessarily need to be optically integrated.

本例の投写型表示装置6は、以上述べたような偏光照明装置100Bを用いた ことにより、明るさが均一な光束を照明光として得ることができる。したがって 、表示面、あるいは投写面全体にわたってきわめて均一であり、かつきわめて明 るい投写画像を得ることが可能となる。By using the polarized illumination device 100B described above, the projection display device 6 of this example can obtain a light beam with uniform brightness as illumination light. Therefore, it is possible to obtain a very uniform and very bright projected image across the entire display or projection surface.

さらに、偏光照明装置100Bでは偏光変換を行うと同時に光の進行方向が約 90度変えられるため、前述した第5実施例の投写型表示装置5のように、光の 進行方向を変える反射ミラーを配置することなく光学系をコンパクトにすること が可能となる。Furthermore, since the polarized illumination device 100B changes the direction of light propagation by approximately 90 degrees while performing polarization conversion, it is possible to make the optical system compact without using a reflecting mirror that changes the direction of light propagation, as in the projection display device 5 of the fifth embodiment described above.

なお、本例の投写型表示装置6においても、前述した第5実施例の投写型表示 装置5のように、偏光ビームスプリッタ200の光入射面や光出射面に、偏光度 を高めるための偏光板を配置すれば、投写画像のコントラストを高めることがで き、きわめて質の高い投写画像を得ることが可能となる。In the projection display device 6 of this example, as in the projection display device 5 of the fifth embodiment described above, by placing polarizing plates to increase the degree of polarization on the light entrance surface and light exit surface of the polarizing beam splitter 200, the contrast of the projected image can be increased, making it possible to obtain a projected image of extremely high quality.

(その他) 上述した実施例においては、いずれも偏光照明装置でS偏光光束を得る構成と しているが、勿論、P偏光光束を得る構成としても良い。この場合は、選択位相 差板147、830のλ/2位相差層148、831を偏光分離ユニットアレイ 141、あるいは偏光分離プリズム820のS偏光光束出射面146、825に 形成するようにすれば良い。(Other) In the above-described embodiments, the polarized illumination device is configured to obtain an S-polarized light beam. However, it may also be configured to obtain a P-polarized light beam. In this case, the λ/2 retardation layer 148, 831 of the selective retardation plate 147, 830 may be formed on the polarization separation unit array 141 or the S-polarized light beam exit surface 146, 825 of the polarization separation prism 820.

また、投写型表示装置としては、投写面600のうち、投写光学系500の側 の面から投写画像を観察するフロント型、あるいは投写光学系500の反対側の 面から投写画像を観察するリア型のものがあるが、本発明はいずれのタイプにも 適用可能である。Furthermore, projection display devices include a front type in which the projected image is observed from the projection surface 600 on the side of the projection optical system 500, and a rear type in which the projected image is observed from the side opposite the projection optical system 500, and the present invention is applicable to either type.

以上述べたように、本発明の投写型表示装置によれば、従来の投写型表示装置 と比較して光路の長さを短縮化することが可能となるため、大口径の投写レンズ を用いなくとも明るい投写画像を得ることが可能である。また、被照明領域に対 する照度のムラを低減することが可能であり、表示面、あるいは投写面全体に渡 ってきわめて均一であり、かつきわめて明るい投写画像を得ることが可能となる 。As described above, the projection display device of the present invention allows for a shorter optical path length compared to conventional projection display devices, making it possible to obtain bright projected images without using a large-diameter projection lens. Furthermore, it is possible to reduce unevenness in illuminance across the illuminated area, making it possible to obtain extremely bright, uniform projected images across the entire display or projection surface.

産業上の利用可能性 本発明の投写型表示装置は、例えばコンピュータから出力された画像やビデオ レコーダから出力された画像をスクリーン上に投写して表示するために適用可能 である。INDUSTRIAL APPLICABILITY The projection display device of the present invention can be used to project and display images, for example, output from a computer or a video recorder, onto a screen.

───────────────────────────────────────────────────── (注)この公表は、国際事務局(WIPO)により国際公開された公報を基に作 成したものである。 なおこの公表に係る日本語特許出願(日本語実用新案登録出願)の国際公開の 効果は、特許法第184条の10第1項(実用新案法第48条の13第2項)に より生ずるものであり、本掲載とは関係ありません。───────────────────────────────────────────────────── (Note) This publication is based on the publication published internationally by the International Bureau of Patents (WIPO). The effect of the international publication of the Japanese patent application (Japanese utility model registration application) related to this publication arises pursuant to Article 184-10, Paragraph 1 of the Patent Act (Article 48-13, Paragraph 2 of the Utility Model Act) and is unrelated to this publication.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. 光源と、 前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第1の光学要素と、 前記第1の光学要素の光出射面側に配置された第2の光学要素と、 前記第2の光学要素から出射された光を変調する唯一の反射型変調素子とを有 する投写型表示装置であって、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに分離し、前記P偏光光 束、S偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃 えて出射する偏光変換素子と、 前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記反 射型変調素子上に重畳結合させる重畳結合素子とを有してなり、 前記第2の光学要素と前記反射型変調素子との間の光路上に、前記第2の光学 要素から出射された光を反射または透過させて前記反射型変調素子に到達させる とともに、前記反射型変調素子により変調された光を透過または反射させて投写 光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられたことを特徴とする投写型表示 装置。1. A projection display device comprising: a light source; a first optical element that collects a light beam from the light source and splits it into multiple intermediate light beams; a second optical element arranged on the light exit surface side of the first optical element; and a single reflective modulation element that modulates the light emitted from the second optical element, wherein the second optical element comprises: a polarization conversion element that separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam and outputs the P-polarized or S-polarized light beam with the polarization direction of either the P-polarized or S-polarized light beam aligned with the polarization direction of the other polarized light beam; and a superposition/coupling element arranged on the light exit surface side of the polarization conversion element that superposes and combines each of the intermediate light beams onto the reflective modulation element; A projection display device characterized in that a polarized beam selection element is provided on the optical path between the second optical element and the reflective modulation element, which reflects or transmits light emitted from the second optical element to reach the reflective modulation element, and transmits or reflects light modulated by the reflective modulation element to reach the projection optical system. 2. 請求項1において、 前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニット が複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層が規則的に形成さ れた選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。2. A projection display device according to claim 1, characterized in that the polarization conversion element comprises a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units, each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface, are arranged, and a selective retardation plate in which λ/2 retardation layers are regularly formed. 3. 請求項2において、 前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを 特徴とする投写型表示装置。3. The projection display device according to claim 2, wherein the superposition-combining element is provided at a position separate from the polarization conversion element. 4. 請求項3において、 前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面に取り付けられているこ とを特徴とする投写型表示装置。4. A projection display device according to claim 3, wherein the superposition-coupling element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element. 5. 請求項2において、 前記重畳結合素子と前記偏光光束選択素子との間の光路上に、偏光板が設けら れていることを特徴とする投写型表示装置。5. The projection display device according to claim 2, wherein a polarizing plate is provided on the optical path between the superposition-combining element and the polarized light beam selection element. 6. 請求項2において、 前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上に、偏光板が設けられて いることを特徴とする投写型表示装置。6. The projection display device according to claim 2, wherein a polarizing plate is provided on the optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system. 7. 光源と、 前記光源からの光束を集光し、複数の中間光束に分割する第1の光学要素と、 前記第1の光学要素の光出射面側に配置された第2の光学要素と、 前記第2の光学要素から出射された光束を3色の色光に分離するとともに、前 記3色の色光をそれぞれ変調する3つの反射型変調素子によって変調された色光 を合成する色光分離合成素子とを有する投写型表示装置であって、 前記第2の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをP偏光光束とS偏光光束とに分離し、前記P偏光光 束、S偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と揃 えて出射する偏光変換素子と、 前記偏光変換素子の光出射面側に配置され、前記中間光束のそれぞれを前記反 射型変調素子上に重畳結合させる重畳結合素子とを有してなり、 前記第2の光学要素と前記色光分離合成素子との間の光路上に、前記第2の光 学要素から出射された光を反射または透過させて前記色光分離合成素子に到達さ せるとともに、前記色光分離合成素子により合成された光を透過または反射させ て投写光学系へ到達させる偏光光束選択素子が設けられたことを特徴とする投写 型表示装置。7. A projection display device comprising: a light source; a first optical element that condenses a light beam from the light source and splits it into multiple intermediate light beams; a second optical element arranged on the light exit surface side of the first optical element; and a color light separation/combination element that separates the light beam emitted from the second optical element into three colored light beams and combines the colored light beams modulated by three reflective modulation elements that modulate the three colored light beams, respectively; wherein the second optical element comprises: a polarization conversion element that separates each of the intermediate light beams into a P-polarized light beam and an S-polarized light beam and outputs the P-polarized or S-polarized light beam with the polarization direction of either the P-polarized or S-polarized light beam aligned with the polarization direction of the other polarized light beam; and a superposition/combination element arranged on the light exit surface side of the polarization conversion element that superposes and combines each of the intermediate light beams onto the reflective modulation element; A projection display device is characterized in that a polarized light beam selection element is provided on the optical path between the second optical element and the color light separation/combining element, which reflects or transmits light emitted from the second optical element to reach the color light separation/combining element, and transmits or reflects light combined by the color light separation/combining element to reach the projection optical system. 8. 請求項7において、 前記偏光変換素子は、一対の偏光分離面と反射面とを備えた偏光分離ユニット が複数配列された偏光分離ユニットアレイと、λ/2位相差層が規則的に形成さ れた選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。8. A projection display device according to claim 7, characterized in that the polarization conversion element comprises a polarization separation unit array in which a plurality of polarization separation units, each having a pair of polarization separation surfaces and a reflection surface, are arranged, and a selective retardation plate in which λ/2 retardation layers are regularly formed. 9. 請求項8において、 前記重畳結合素子が前記偏光変換素子から離れた位置に設けられていることを 特徴とする投写型表示装置。9. The projection display device according to claim 8, wherein the superposition-combining element is provided at a position separate from the polarization conversion element. 10. 請求項9において、 前記重畳結合素子が前記偏光光束選択素子の光入射面に取り付けられているこ とを特徴とする投写型表示装置。10. A projection display device according to claim 9, wherein the superposition-combining element is attached to the light incident surface of the polarized light beam selection element. 11. 請求項8において、 前記光源と前記偏光光束選択素子との間に光の進行方向を約90度変える反射 ミラーを設けたことを特徴とする投写型表示装置。11. The projection display device according to claim 8, characterized in that a reflecting mirror that changes the direction of light propagation by approximately 90 degrees is provided between the light source and the polarized light beam selection element. 12. 請求項11において、 前記反射ミラーは、前記偏光変換素子によって得られる特定の偏光光束のみを 選択的に反射する誘電体ミラーからなり、前記偏光変換素子と前記重畳結合素子 との間に配置されることを特徴とする投写型表示装置。12. A projection display device according to claim 11, wherein the reflecting mirror is a dielectric mirror that selectively reflects only the specific polarized light beam obtained by the polarization conversion element, and is disposed between the polarization conversion element and the superposition-coupling element. 13. 請求項7において、 前記偏光変換素子は、斜面に偏光分離膜が形成された三角柱のプリズムと、一 方の面に反射膜が形成された板状のプリズムとが、前記偏光分離膜と前記反射膜 とが略平行になるように組み合わされた偏光分離プリズムと、λ/2位相差層が 規則的に形成された選択位相差板とからなることを特徴とする投写型表示装置。13. A projection display device according to claim 7, characterized in that the polarization conversion element comprises a polarization separation prism formed by combining a triangular prism with a polarization separation film formed on its oblique surface and a plate-shaped prism with a reflective film formed on one surface, the polarization separation film and the reflective film being approximately parallel to each other, and a selective retardation plate on which λ/2 retardation layers are regularly formed. 14. 請求項8または13において、 前記色光分離合成素子は2つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持さ れたダイクロイックプリズムからなり、 前記偏光光束選択素子は2つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持され た偏光ビームスプリッタからなり、 前記ダイクロイックプリズムを構成する前記2つのプリズム部品の一方と、前 記偏光ビームスプリッタを構成する前記2つのプリズム部品の一方とが一体化さ れてなることを特徴とする投写型表示装置。14. A projection display device according to claim 8 or 13, wherein the color separation/combination element comprises a dichroic prism having a dichroic film sandwiched between two prism components, the polarized light beam selection element comprises a polarized beam splitter having a polarized light beam selection film sandwiched between two prism components, and one of the two prism components constituting the dichroic prism and one of the two prism components constituting the polarized beam splitter are integrated together. 15. 請求項8または13において、 前記色光分離合成素子は2つのプリズム部品の間にダイクロイック膜が挟持さ れた第1、第2のダイクロイックプリズムを有し、 前記第1のダイクロイックプリズムを構成する前記2つのプリズム部品の一方 と、前記第2のダイクロイックプリズムを構成する前記2つのプリズム部品の一 方とが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。15. A projection display device according to claim 8 or 13, wherein the color light separation/combination element includes first and second dichroic prisms with a dichroic film sandwiched between two prism components, and wherein one of the two prism components constituting the first dichroic prism and one of the two prism components constituting the second dichroic prism are integrated together. 16. 請求項15において、 前記色光分離合成素子にはさらに導光プリズムが設けられ、前記第1または第 2のダイクロイックプリズムを構成する前記プリズム部品の一方と前記導光プリ ズムとが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。16. A projection display device according to claim 15, wherein the color light separation/combination element further includes a light-guiding prism, and one of the prism components constituting the first or second dichroic prism is integrated with the light-guiding prism. 17. 請求項8または13において、 前記色光分離合成素子は4つのプリズム部品の間にダイクロイック膜がX字状 に配置されたクロスダイクロイックプリズムからなり、 前記3つの反射型変調素子は前記クロスダイクロイックプリズムの隣り合う3 辺に沿って配置されてなることを特徴とする投写型表示装置。17. A projection display device according to claim 8 or 13, wherein the color light separation/combination element comprises a cross dichroic prism with dichroic films arranged in an X-shape between four prism components, and the three reflective modulation elements are arranged along three adjacent sides of the cross dichroic prism. 18. 請求項17において、 前記偏光光束選択素子は2つのプリズム部品の間に偏光光束選択膜が挟持され た偏光ビームスプリッタからなり、 前記偏光ビームスプリッタを構成する前記2つのプリズム部品の一方と、前記 クロスダイクロイックプリズムを構成する4つのプリズム部品のうちいずれか1 つとが一体化されてなることを特徴とする投写型表示装置。18. A projection display device according to claim 17, wherein the polarized light beam selection element comprises a polarized beam splitter having a polarized light beam selection film sandwiched between two prism components, and wherein one of the two prism components constituting the polarized beam splitter is integrated with any one of the four prism components constituting the cross dichroic prism. 19. 請求項8または13において、 前記色光分離合成素子は、3色の色光をそれぞれ分離、合成する2つのダイク ロイック膜を、互いに光軸に対して異なる角度で配置したダイクロイックプリズ ムからなることを特徴とする投写型表示装置。19. A projection display device according to claim 8 or 13, characterized in that the color light separation/combining element comprises a dichroic prism in which two dichroic films that separate and combine three colors of light are arranged at different angles relative to the optical axis. 20. 請求項8または13において、 前記光源と前記偏光光束選択素子との間の光路上に、偏光板が設けられている ことを特徴とする投写型表示装置。20. The projection display device according to claim 8 or 13, wherein a polarizing plate is provided on the optical path between the light source and the polarized light beam selection element. 21. 請求項8または13において、 前記偏光光束選択素子と前記投写光学系との間の光路上に、偏光板が設けられ ていることを特徴とする投写型表示装置。21. The projection display device according to claim 8 or 13, wherein a polarizing plate is provided on the optical path between the polarized light beam selecting element and the projection optical system.
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