特許 7052644 投射型画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-04

(45)【発行日】2022-04-12

(54)【発明の名称】投射型画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G03B 21/14 20060101AFI20220405BHJP

   G03B 21/00 20060101ALI20220405BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20220405BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20220405BHJP

   F21V 9/14 20060101ALI20220405BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20220405BHJP

【ＦＩ】

G03B21/14 A

G03B21/00 E

F21S2/00 330

F21S2/00 340

F21V5/04 350

F21V9/14

H04N5/74 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018160324

(22)【出願日】2018-08-29

(65)【公開番号】P2020034678

(43)【公開日】2020-03-05

【審査請求日】2021-02-26

(73)【特許権者】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(72)【発明者】

【氏名】在原 康貴

(72)【発明者】

【氏名】相崎 隆嗣

【審査官】武田 悟

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第９８／０１９２１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－２１５４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００５１０９３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｂ ２１／００ ， ２１／１４

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４ ， ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向と前記第１の方向と直交する第２の方向に複数の第１のレンズセルが配列され、入射された光束を前記第１のレンズセルごとの部分光束に分割する第１のフライアイレンズと、
前記第１の方向と前記第２の方向に複数の第２のレンズセルが配列され、それぞれの前記第１のレンズセルより射出した各部分光束をそれぞれの前記第２のレンズセルによって個別に集光する第２のフライアイレンズと、
前記第２のフライアイレンズより入射された光に含まれる第１の偏光と第２の偏光とのうち、照明光として用いられる前記第１の偏光を射出し、照明光として用いられない前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換して射出する偏光変換素子と、
を備え、
前記偏光変換素子には、前記第２のフライアイレンズより入射された光の入射面に対して所定の角度を有して、入射した光を反射する反射面と、前記所定の角度を有して、入射した光に含まれる第１の偏光を反射させて第２の偏光を透過させる偏光分離面とが、前記第２のレンズセルの前記第１の方向の大きさの１／２の間隔で前記第１の方向に交互に形成され、
前記偏光変換素子の光の射出面における前記反射面と前記偏光分離面とで挟まれた領域は、前記第１の方向に交互に、１／２波長板が貼り付けられた偏光変換領域と、１／２波長板が貼り付けられていない非偏光変換領域とされており、
前記１／２波長板は、前記第２の方向に配列した前記複数の第２のレンズセルと対向しており、
前記複数の第２のレンズセルは、前記第１及び第２の方向それぞれに偏心しており、
前記複数の第２のレンズセルのうち、前記第１の方向に互いに隣接する各レンズセルは厚さ方向に同じ高さを有しており、前記第１の方向における中央に対して一方の側に位置するレンズセルは前記一方の側の端部に向かうほど他方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、前記第１の方向における中央に対して前記他方の側に位置するレンズセルは前記他方の側の端部に向かうほど前記一方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、
前記複数の第２のレンズセルのうち、前記第２の方向に互いに隣接する各レンズセルは前記第２の方向の両端部から中央に向けて厚さ方向に高さが順に高くなっており、前記第２の方向における中央に対して一方の側に位置するレンズセルは前記一方の側の端部に向かうほど他方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、前記第２の方向における中央に対して前記他方の側に位置するレンズセルは前記他方の側の端部に向かうほど前記一方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、
前記第１の方向に隣接する２つの第２のレンズセルの第１の境界における前記２つの第２のレンズセルの端部は前記第２のフライアイレンズの厚さ方向にずれて、前記第１の境界には段差が存在し、
前記第２の方向に隣接する２つの第２のレンズセルの第２の境界における前記２つの第２のレンズセルの端部は前記第２のフライアイレンズの厚さ方向に一致して、前記第２の境界には段差が存在せず、
前記第２のレンズセルの前記第１の方向の中央部を透過する中心光は前記偏光分離面に入射し、前記偏光分離面は前記中心光に含まれる前記第１の偏光を反射させて前記第２の偏光を透過させ、
前記偏光分離面で反射した前記中心光に含まれる前記第１の偏光が入射される反射面は、前記中心光に含まれる前記第１の偏光を反射して前記偏光変換素子より射出させ、前記偏光分離面を透過した前記中心光に含まれる前記第２の偏光が入射される１／２波長板は、前記中心光に含まれる前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換して前記偏光変換素子より射出させ、
前記第２のレンズセルの前記第１の境界近傍の周辺部を透過する周辺光は前記反射面に入射し、前記反射面は前記周辺光を反射し、前記反射面で反射した前記周辺光が入射される偏光分離面は、前記周辺光に含まれる前記第１の偏光を反射させて前記第２の偏光を透過させ、
前記偏光分離面で反射した前記周辺光に含まれる前記第１の偏光が入射される１／２波長板は、前記周辺光に含まれる前記第１の偏光を前記第２の偏光に変換して前記偏光変換素子より射出させ、前記偏光分離面を透過した前記周辺光に含まれる前記第２の偏光が入射される他の反射面は、前記周辺光に含まれる前記第２の偏光を反射して前記偏光変換素子より射出させる
投射型画像表示装置。

【請求項2】

前記複数の第２のレンズセルは、それぞれの前記第２のレンズセルより射出した各部分光束を互いに重畳させるように前記第１及び第２の方向それぞれに偏心している請求項１に記載の投射型画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一対のフライアイレンズを備える投射型画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

投射型画像表示装置は、照明光学系に一対のフライアイレンズを備えることがある。各フライアイレンズは、矩形状の複数のレンズセルを備える。照明光学系の性能を向上させるために、フライアイレンズが備える各レンズセルは偏心していることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－２３１０８号公報

【文献】特開２００７－７８７３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

フライアイレンズの各レンズセルの偏心の程度は、フライアイレンズ内のレンズセルの位置によって異なり、隣接する２つのレンズセルの境界に段差が存在する（特許文献１または２参照）。境界に段差のあるフライアイレンズを製造すると、各レンズセルの端部に、“だれ”または“かけ”と称される設計上の形状とは異なる形状誤差が発生する。この種の形状誤差は投射される画像品質に悪影響を及ぼす。

【0005】

そこで、レンズセルの境界の段差をなくすようにフライアイレンズを設計して製造することが考えられる。しかしながら、境界の段差をなくすようにフライアイレンズの形状を補正すると、各レンズセルによる照明範囲の大きさが変わってしまい、各レンズセルから射出して重畳された光の明るさが面内で不均一になってしまう。

【0006】

本発明は、フライアイレンズの各レンズセルによる照明範囲の大きさの変化を最小限に抑えつつ、隣接するレンズセルの境界に存在する段差が及ぼす画像品質への悪影響を回避することができる投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、第１の方向と前記第１の方向と直交する第２の方向に複数の第１のレンズセルが配列され、入射された光束を前記第１のレンズセルごとの部分光束に分割する第１のフライアイレンズと、前記第１の方向と前記第２の方向に複数の第２のレンズセルが配列され、それぞれの前記第１のレンズセルより射出した各部分光束をそれぞれの前記第２のレンズセルによって個別に集光する第２のフライアイレンズと、前記第２のフライアイレンズより入射された光に含まれる第１の偏光と第２の偏光とのうち、照明光として用いられる前記第１の偏光を射出し、照明光として用いられない前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換して射出する偏光変換素子とを備える投射型画像表示装置を提供する。

【0008】

前記偏光変換素子には、前記第２のフライアイレンズより入射された光の入射面に対して所定の角度を有して、入射した光を反射する反射面と、前記所定の角度を有して、入射した光に含まれる第１の偏光を反射させて第２の偏光を透過させる偏光分離面とが、前記第２のレンズセルの前記第１の方向の大きさの１／２の間隔で前記第１の方向に交互に形成されている。

【0009】

前記偏光変換素子の光の射出面における前記反射面と前記偏光分離面とで挟まれた領域は、前記第１の方向に交互に、１／２波長板が貼り付けられた偏光変換領域と、１／２波長板が貼り付けられていない非偏光変換領域とされており、前記１／２波長板は、前記第２の方向に配列した前記複数の第２のレンズセルと対向している。

【0010】

前記複数の第２のレンズセルは、前記第１及び第２の方向それぞれに偏心している。前記複数の第２のレンズセルのうち、前記第１の方向に互いに隣接する各レンズセルは厚さ方向に同じ高さを有しており、前記第１の方向における中央に対して一方の側に位置するレンズセルは前記一方の側の端部に向かうほど他方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、前記第１の方向における中央に対して前記他方の側に位置するレンズセルは前記他方の側の端部に向かうほど前記一方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心している。前記複数の第２のレンズセルのうち、前記第２の方向に互いに隣接する各レンズセルは前記第２の方向の両端部から中央に向けて厚さ方向に高さが順に高くなっており、前記第２の方向における中央に対して一方の側に位置するレンズセルは前記一方の側の端部に向かうほど他方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心し、前記第２の方向における中央に対して前記他方の側に位置するレンズセルは前記他方の側の端部に向かうほど前記一方の側に偏心の程度が大きくなるように偏心している。前記第１の方向に隣接する２つの第２のレンズセルの第１の境界における前記２つの第２のレンズセルの端部は前記第２のフライアイレンズの厚さ方向にずれて、前記第１の境界には段差が存在する。前記第２の方向に隣接する２つの第２のレンズセルの第２の境界における前記２つの第２のレンズセルの端部は前記第２のフライアイレンズの厚さ方向に一致して、前記第２の境界には段差が存在しない。

【0011】

前記第２のレンズセルの前記第１の方向の中央部を透過する中心光は前記偏光分離面に入射し、前記偏光分離面は前記中心光に含まれる前記第１の偏光を反射させて前記第２の偏光を透過させる。前記偏光分離面で反射した前記中心光に含まれる前記第１の偏光が入射される反射面は、前記中心光に含まれる前記第１の偏光を反射して前記偏光変換素子より射出させ、前記偏光分離面を透過した前記中心光に含まれる前記第２の偏光が入射される１／２波長板は、前記中心光に含まれる前記第２の偏光を前記第１の偏光に変換して前記偏光変換素子より射出させる。

【0012】

前記第２のレンズセルの前記第１の境界近傍の周辺部を透過する周辺光は前記反射面に入射し、前記反射面は前記周辺光を反射し、前記反射面で反射した前記周辺光が入射される偏光分離面は、前記周辺光に含まれる前記第１の偏光を反射させて前記第２の偏光を透過させる。前記偏光分離面で反射した前記周辺光に含まれる前記第１の偏光が入射される１／２波長板は、前記周辺光に含まれる前記第１の偏光を前記第２の偏光に変換して前記偏光変換素子より射出させ、前記偏光分離面を透過した前記周辺光に含まれる前記第２の偏光が入射される他の反射面は、前記周辺光に含まれる前記第２の偏光を反射して前記偏光変換素子より射出させる。

【発明の効果】

【0013】

本発明の投射型画像表示装置によれば、フライアイレンズの各レンズセルによる照明範囲の大きさの変化を最小限に抑えつつ、隣接するレンズセルの境界に存在する段差が及ぼす画像品質への悪影響を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】一実施形態の投射型画像表示装置の全体的な構成例を示す図である。

【図2】第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を側面から見た側面図である。

【図3】第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を上面から見た上面図である。

【図4】第２のフライアイレンズ３と偏光変換素子４とを、第２のフライアイレンズ３側から見た状態を示す平面図である。

【図5】偏光変換素子４の作用を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、一実施形態の投射型画像表示装置について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、一実施形態の投射型画像表示装置の構成例である投射型画像表示装置１００の全体的な構成及び動作を説明する。

【0016】

図１において、光源１は白色光を射出する。一例として、光源１は超高圧水銀ランプである。白色光はＰ偏光とＳ偏光とを含む不定偏光である。光源１の種類は限定されず、光源１として発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードが用いられてもよい。光源１の種類によって、光源１は白色以外の色の光を射出することがある。

【0017】

白色光は、第１のフライアイレンズ２に照射される。第１のフライアイレンズ２は、面内の第１の方向と第１の方向と直交する第２の方向に、矩形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配列された構造を有する。第１及び第２の方向は、それぞれ、投射型画像表示装置１００が投射する画像の水平方向（Ｘ方向）及び垂直方向（Ｙ方向）に相当する。第１のフライアイレンズ２は、入射された白色光の光束をレンズセルごとの部分光束に分割する。

【0018】

第１のフライアイレンズ２より射出した各部分光束は、第２のフライアイレンズ３に照射される。第２のフライアイレンズ３は、第１のフライアイレンズ２と同様に、面内のＸ方向とＹ方向に、矩形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配列された構造を有する。第２のフライアイレンズ３の各レンズセルは、第１のフライアイレンズ２の各レンズセルと１対１で対応している。第２のフライアイレンズ３の各レンズセルは、第１のフライアイレンズ２の各レンズセルより射出した各部分光束を個別に集光する。

【0019】

第２のフライアイレンズ３の各レンズセルより射出した部分光束が集光して各部分光束を重畳させるために、各レンズセルは偏心している。第２のフライアイレンズ３の各レンズセルの偏心の程度は、レンズセルの位置によって異なる。第２のフライアイレンズ３は、Ｘ方向とＹ方向とのうち、一方の方向には隣接するレンズセルの境界に段差が存在し、他方の方向には隣接するレンズセルの境界に段差が存在しないように構成されている。

【0020】

図１においては、第１のフライアイレンズ２と第２のフライアイレンズ３のレンズセルの数を少なくして、図を簡略化している。第１のフライアイレンズ２及び第２のフライアイレンズ３のレンズセルの数及び形状については後に詳述する。

【0021】

第２のフライアイレンズ３の各レンズセルより射出した部分光束は、偏光変換素子４に入射される。偏光変換素子４は、各部分光束に含まれているＰ偏光とＳ偏光とのうちの一方の第１の偏光を照明光として用いるために、照明光として用いられない他方の第２の偏光を第１の偏光に変換する。例えば、本実施形態においては、第１の偏光をＳ偏光、第２の偏光をＰ偏光とする。

【0022】

偏光変換素子４は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換して射出される偏光を主としてＳ偏光とするものの、Ｓ偏光をＰ偏光に変換してＰ偏光を射出することがある。

【0023】

偏光変換素子４の具体的構成及び作用については後述する。本実施形態においては、第２のフライアイレンズ３に入射された時点の偏光としてのＳ偏光を照明光として用いるが、Ｐ偏光が照明光として用いられるように構成されてもよい。

【0024】

偏光変換素子４より射出したＳ偏光を主とする光は、第２のフライアイレンズ３による集光作用によって集光して各部分光束が互いに重畳した状態で、クロスダイクロイックミラー６に入射される。第２のフライアイレンズ３の各レンズセルが偏心せず、各レンズセルが集光作用を奏しないと、偏光変換素子４の後段に、二点鎖線にて示すようなコンデンサレンズ５が必要となる。第２のフライアイレンズ３の各レンズセルを偏心させることによって、コンデンサレンズ５を省略した構成とすることができる。

【0025】

クロスダイクロイックミラー６は、入射した光を赤色光（以下、Ｒ光）及び緑色光（以下、Ｇ光）と、青色光（以下、Ｂ光）とに分離する。Ｒ光及びＧ光は、反射ミラー７で反射して進行方向が９０度曲げられて、ダイクロイックミラー９に向かう。Ｂ光は、反射ミラー８で反射して進行方向が９０度曲げられて、フィールドレンズ１６に向かう。

【0026】

Ｒ光及びＧ光のうちＲ光はダイクロイックミラー９を透過してフィールドレンズ１０に向かう。Ｇ光はダイクロイックミラー９で反射して進行方向が９０度曲げられて、フィールドレンズ１３に向かう。フィールドレンズ１０、１３、及び１６は、視野の周辺部の光の進行方向を揃えるためのレンズである。

【0027】

フィールドレンズ１０を透過したＲ光は偏光板１１を透過して、赤色画像表示素子１２に入射される。一例として、偏光板１１と後述する偏光板１４及び１７は、ワイヤグリッド偏光板である。一例として、赤色画像表示素子１２と後述する緑色画像表示素子１５及び青色画像表示素子１８は、反射型液晶表示素子である。典型的には、反射型液晶表示素子はＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）と称される空間光変調素子である。

【0028】

赤色画像表示素子１２は、投射しようとする画像の赤色成分に応じてＲ光を変調して反射する。赤色画像表示素子１２がＲ光を変調することによって、Ｓ偏光がＰ偏光に変換される。よって、赤色画像表示素子１２で反射したＲ光の変調光は偏光板１１で反射して進行方向が９０度曲げられて、色合成プリズム２２に貼り付けられた偏光板１９に向かう。

【0029】

Ｇ光はフィールドレンズ１３及び偏光板１４を透過して、緑色画像表示素子１５に入射される。緑色画像表示素子１５は、投射しようとする画像の緑色成分に応じてＧ光を変調して反射する。緑色画像表示素子１５がＧ光を変調することによってＳ偏光がＰ偏光に変換される。よって、緑色画像表示素子１５で反射したＧ光の変調光は偏光板１４で反射して進行方向が９０度曲げられて、色合成プリズム２２に貼り付けられた偏光板２０に向かう。

【0030】

Ｂ光はフィールドレンズ１６及び偏光板１７を透過して、青色画像表示素子１８に入射される。青色画像表示素子１８は、投射しようとする画像の青色成分に応じてＢ光を変調して反射する。青色画像表示素子１８がＢ光を変調することによってＳ偏光がＰ偏光に変換される。よって、青色画像表示素子１８で反射したＢ光の変調光は偏光板１７で反射して進行方向が９０度曲げられて、色合成プリズム２２に貼り付けられた偏光板２１に向かう。一例として、偏光板１９、２０、及び２１はワイヤグリッド偏光板である。

【0031】

偏光板１９、２０、及び２１は、それぞれ入射したＲ光、Ｇ光、及びＢ光に含まれる不要なＳ偏光を除去する。よって、色合成プリズム２２には、必要なＰ偏光のみが入射される。色合成プリズム２２は、Ｒ光、Ｇ光、及びＢ光を色合成して、合成光を投射レンズ２３に向けて射出する。投射レンズ２３は、合成光を図示していないスクリーンに拡大して投射する。以上のようにして、投射型画像表示装置１００はスクリーンに画像を表示する。

【0032】

図２及び図３を用いて、第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、及び偏光変換素子４の構造、第２のフライアイレンズ３と偏光変換素子４との関係について説明する。図２は、第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を側面から見た状態を示している。本実施形態においては、第２のフライアイレンズ３の各レンズセルより射出して互いに重畳した光は９０度回転してスクリーンに投射されるように構成されている。よって、第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を側面から見たときの高さ方向がＸ方向である。

【0033】

図２に示すように、第１のフライアイレンズ２において、Ｘ方向に例えば８個のレンズセル２０１（第１のレンズセル）が配列している。レンズセル２０１は凸レンズであり、偏心していない。８個のレンズセル２０１は同じ高さを有する。第２のフライアイレンズ３において、各レンズセル２０１に対応するように、Ｘ方向に８個のレンズセル３０１（第２のレンズセル）が配列している。レンズセル３０１は凸レンズであり、Ｘ方向に偏心している。

【0034】

詳細には、一点鎖線で示すＸ方向の中央より上方に位置するレンズセル３０１は下方に偏心し、中央より下方に位置するレンズセル３０１は上方に偏心している。即ち、上方に位置するレンズセル３０１と下方に位置するレンズセル３０１とは互いにＸ方向の中央側に偏心している。中央から上方または下方の端部に向かうに従って、レンズセル３０１の偏心の程度が大きくなっている。８個のレンズセル３０１は同じ高さを有する。

【0035】

Ｘ方向に並んだ複数のレンズセル３０１の各レンズセル３０１の表面の下方側の端部を３０１ａ、上方側の端部を３０１ｂとする。Ｘ方向に互いに隣接する２つのレンズセル３０１の端部３０１ａと端部を３０１ｂとは一致しておらず、第２のフライアイレンズ３の厚さ方向にずれている。即ち、隣接する２つのレンズセル３０１の境界には段差が存在する。なお、一点鎖線で示すＸ方向の中央を挟む２つのレンズセル３０１の境界には段差は存在しない。

【0036】

図３は、第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を上面から見た状態を示している。第１のフライアイレンズ２、第２のフライアイレンズ３、偏光変換素子４を上面から見たときの幅方向がＹ方向である。

【0037】

図３に示すように、第１のフライアイレンズ２において、Ｙ方向に例えば１４個のレンズセル２０１が配列している。第２のフライアイレンズ３において、各レンズセル２０１に対応するように、Ｙ方向に１４個のレンズセル３０１が配列している。レンズセル３０１はＹ方向に偏心している。

【0038】

詳細には、一点鎖線で示すＹ方向の中央に対して一方の側（図３の上方）に位置するレンズセル３０１は他方の側（図３の下方）に偏心し、中央に対して他方の側（図３の下方）に位置するレンズセル３０１は一方の側（図３の上方）に偏心している。即ち、一方の側に位置するレンズセル３０１と他方の側に位置するレンズセル３０１とは互いにＹ方向の中央側に偏心している。中央からＹ方向の端部に向かうに従って、レンズセル３０１の偏心の程度が大きくなっている。１４個のレンズセル３０１は、Ｙ方向の端部から中央に向けて高さが順に高くなっている。

【0039】

Ｙ方向に並んだ複数のレンズセル３０１の各レンズセル３０１の表面の図３の下方側の端部を３０１ｃ、上方側の端部を３０１ｄとする。Ｙ方向に互いに隣接する２つのレンズセル３０１の端部３０１ｃと端部３０１ｄとは一致しており、第２のフライアイレンズ３の厚さ方向にずれていない。即ち、Ｙ方向においては、隣接する２つのレンズセル３０１の境界には段差が存在しない。

【0040】

図２に戻り、偏光変換素子４の内部には、Ｘ方向に、実線にて示す反射面４１と破線にて示す偏光分離面４２とが交互に形成されている。反射面４１及び偏光分離面４２は、偏光変換素子４の光の入射面に対して所定の角度を有するように形成されている。所定の角度は４５度が好適である。本実施形態においては、反射面４１は入射した光を反射し、偏光分離面４２はＰ偏光を透過させてＳ偏光を反射させる。

【0041】

反射面４１と偏光分離面４２とで挟まれた領域を領域４３及び４４とする。領域４３と領域４４とのＸ方向の距離は同じである。各レンズセル３０１のＸ方向の大きさは、領域４３と領域４４とを合わせたＸ方向の距離と同じである。偏光変換素子４の光の射出面における各領域４４の部分には、１／２波長板４５が貼り付けられている。１／２波長板４５のＸ方向の距離は、レンズセル３０１のＸ方向の大きさの１／２である。

【0042】

偏光変換素子４の光の射出面における各領域４４の部分には１／２波長板４５が貼り付けられており、領域４４を偏光変換領域４４と称することとする。偏光変換素子４の光の射出面における各領域４３の部分には１／２波長板４５が貼り付けられておらず、領域４３を非偏光変換領域４３と称することとする。偏光変換素子４には、非偏光変換領域４３と偏光変換領域４４とが、レンズセル３０１のＸ方向の大きさの１／２の間隔でＸ方向に交互に形成されている。

【0043】

図４は、第２のフライアイレンズ３と偏光変換素子４とを、第２のフライアイレンズ３側から見た状態を示している。図４における偏光変換素子４の非偏光変換領域４３及び偏光変換領域４４の位置は、偏光変換素子４の射出面における位置を示している。１／２波長板４５は、Ｙ方向に配列した複数のレンズセル３０１と対向している。

【0044】

図４において、Ｘ方向に隣接する２つのレンズセル３０１の境界である端部３０１ａ及び３０１ｂは段差となっており、段差となっている状態を太実線で表している。太実線で示す境界の段差は、１／２波長板４５が貼り付けられていない非偏光変換領域４３に対向している。一方、Ｙ方向に隣接する２つのレンズセル３０１の境界である端部３０１ｃ及び３０１ｄは段差となっておらず、１／２波長板４５と交差している。

【0045】

図５を用いて、偏光変換素子４の作用を説明する。図５において、第２のフライアイレンズ３の各レンズセル３０１には、第１のフライアイレンズ２の各レンズセル２０１より射出したＰ偏光及びＳ偏光を含む部分光束が入射する。レンズセル３０１に入射する光のうち、レンズセル３０１のＸ方向の中央部を透過する中心光Ｌ１と、境界近傍の周辺部を透過する周辺光Ｌ２とに分けて考える。

【0046】

レンズセル３０１のＸ方向のどの範囲を中央部、どの範囲を周辺部とするかは決定的な事項とすることができる。

【0047】

図５に示すように、中心光Ｌ１に含まれるＰ偏光とＳ偏光とのうちのＰ偏光は、偏光分離面４２を透過して１／２波長板４５に入射する。１／２波長板４５はＰ偏光をＳ偏光に変換するので、偏光変換領域４４よりＳ偏光が射出される。中心光Ｌ１に含まれるＰ偏光とＳ偏光とのうちのＳ偏光は、偏光分離面４２で反射して進行方向が９０度曲げられ、さらに、反射面４１で反射して進行方向が９０度曲げられて、非偏光変換領域４３より射出される。

【0048】

周辺光Ｌ２に含まれるＰ偏光及びＳ偏光は、反射面４１で反射して進行方向が９０度曲げられて偏光分離面４２に入射する。偏光分離面４２に入射したＰ偏光とＳ偏光とのうちのＰ偏光は偏光分離面４２を透過して、他の反射面４１に入射する。他の反射面４１は、偏光分離面４２を透過したＰ偏光が入射する次の反射面４１である。反射面４１に入射したＰ偏光は反射面４１で反射して進行方向が９０度曲げられて、非偏光変換領域４３より射出される。

【0049】

偏光分離面４２に入射したＰ偏光とＳ偏光とのうちのＳ偏光は偏光分離面４２で反射して進行方向が９０度曲げられて、１／２波長板４５に入射する。１／２波長板４５はＳ偏光をＰ偏光に変換するので、偏光変換領域４４よりＰ偏光が射出される。

【0050】

以上のように、第２のフライアイレンズ３は、Ｘ方向に隣接する２つのレンズセル３０１の境界（第１の境界）には段差が存在するものの、Ｙ方向に隣接する２つのレンズセル３０１の境界（第２の境界）には段差が存在しない。Ｙ方向に隣接するレンズセル３０１の境界のみ段差をなくしているので、各レンズセル３０１による照明範囲の大きさの変化を最小限に抑えることができる。

【0051】

よって、各レンズセル３０１による照明範囲の大きさは、Ｘ方向及びＹ方向双方の境界に段差を有する形状における照明範囲の大きさと比較してほとんど変わらず、各レンズセル３０１から射出して重畳された光の明るさが面内で不均一となることはほとんどない。

【0052】

図５で説明したように、偏光変換素子４は、Ｘ方向のレンズセル３０１の境界近傍の周辺部を透過する周辺光Ｌ２に基づいてＰ偏光を射出する。ところが、Ｐ偏光は照明光として用いられないため、レンズセル３０１の端部に“だれ”または“かけ”の形状誤差があったとしても、スクリーンに投射される画像の品質に悪影響を及ぼすことがない。

【0053】

図４に示すように、Ｙ方向のレンズセル３０１の境界は１／２波長板４５と交差するように対向しているものの、Ｙ方向に隣接するレンズセル３０１の境界には段差が存在しない。従って、Ｙ方向のレンズセル３０１の境界近傍の周辺部を透過する周辺光がスクリーンに投射される画像の品質に悪影響を及ぼすこともない。

【0054】

本実施形態においては、複数のレンズセル３０１は、それぞれのレンズセル３０１より射出した各部分光束を互いに重畳させるようにＸ方向及びＹ方向双方に偏心している。よって、投射型画像表示装置１００は、偏光変換素子４の後段に各部分光束を重畳させるためのコンデンサレンズ５を必要としない。コンデンサレンズ５を省略した構成とすることにより、部品点数を減らすことができ、光がコンデンサレンズ５を透過することによって明るさが低減することもない。

【0055】

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。本発明の投射型画像表示装置は、一対のフライアイレンズと偏光変換素子とを備える構成であればよく、偏光変換素子より後段の構成は特に限定されない。

【符号の説明】

【0056】

１ 光源
２ 第１のフライアイレンズ
３ 第２のフライアイレンズ
４ 偏光変換素子
４１ 反射面
４２ 偏光分離面
４３ 非偏光変換領域
４４ 偏光変換領域
４５ １／２波長板
２０１，３０１ レンズセル
３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ 端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】