(57)【要約】【課題】光利用効率が良好なプロジェクターを提供する。【解決手段】プロジェクター１は、ＲＧＢの各色光を変調する光変調装置２４，３４、および各光変調装置２４，３４で変調された色光を合成する色合成する色合成光学装置２５,３５を有する第一および第二光学装置２，３と、各光学装置２，３から射出される射出光を合成し、合成した光を投射方向に射出する合成光学装置６と、を具備し、合成光学装置６を挟み、投射方向に正対する位置に配置される第一光学装置２および合成光学装置６の間に、第一光学装置２の射出光の偏光方向をＰ偏光に揃える第一偏光変換装置４が設けられ、合成光学装置６に対向するとともに、射出光の射出方向が投射方向に対して直交するように配置される第二光学装置３および合成光学装置６の間に、射出光の偏光方向をＳ偏光に揃える第二偏光変換装置５が設けられる。【選択図】図１
2010204333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の色光を変調する第一光変調素子、および各第一光変調素子で変調された色光を合成する第一色合成光学装置を有する第一光学装置と、
複数の色光を変調する第二光変調素子、および各第二光変調素子で変調された色光を合成する第二色合成光学装置を有する第二光学装置と、
前記第一光学装置および前記第二光学装置から射出される射出光を合成し、合成した光を投射方向に射出する合成光学装置と、
前記第一光学装置および前記合成光学装置の間に設けられ、前記第一光学装置の射出光の偏光方向を第一偏光方向に揃える第一偏光変換装置と、
前記第二光学装置および前記合成光学装置の間に設けられ、前記第二光学装置の射出光の偏光方向を第二偏光方向に揃える第二偏光変換装置と、
を備えることを特徴とするプロジェクター。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクターにおいて、
前記第一光学装置は、前記合成光学装置に対して前記投射方向に正対する位置に配置され、前記投射方向と同一方向に前記射出光を射出し、
前記第二光学装置は、前記合成光学装置に対向するとともに、前記射出光の射出方向が前記投射方向に対して直交する位置に配置される
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクターにおいて、
前記合成光学装置は、偏光方向がＰ偏光である光の透過率、および偏光方向がＳ偏光である光の反射率が高い偏光ビームスプリッターであり、
前記第一偏光変換装置は、前記第一光学装置の射出光の偏光方向をＰ偏光に揃え、
前記第二偏光変換装置は、前記第二光学装置の射出光の偏光方向をＳ偏光に揃える
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項４】
請求項３に記載のプロジェクターにおいて、
前記色光は、偏光方向がＳ偏光である赤色光、偏光方向がＰ偏光である緑色光、および偏光方向がＳ偏光である青色光であり、
前記色合成光学装置は、前記赤色光および前記青色光を反射し、前記緑色光を透過することで、各色光を合成するクロスダイクロイックプリズムである
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクターにおいて、
前記第一偏光変換装置は、緑色光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子と、この波長選択性偏光回転素子から射出される各色光の偏光方向をＰ偏光に変換する偏光変換素子と、を備え、
前記第二偏光変換装置は、緑色光に対してＰ偏光をＳ偏光に選択的に変換する波長選択性偏光回転素子を備える
ことを特徴とするプロジェクター。
【請求項６】
請求項４に記載のプロジェクターにおいて、
前記第一偏光変換装置は、赤色光および青色光の偏光方向をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子を備え、
前記第二偏光変換装置は、緑色光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子を備える
ことを特徴とするプロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つ以上の光学装置を備え、それぞれの光学装置から射出される光を合成して画像を表示させるプロジェクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から射出される光を赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）の３つの色光に分光し、これらの色光をそれぞれ液晶パネルにより光変調し、光変調した各色光を再び合成して射出する光学装置を備えるプロジェクターがある。また、このような光学装置を２機搭載し、これらの光学装置から射出される光を合成して射出するプロジェクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のプロジェクターは、３板液晶パネルを有する光学装置を２つ組み合わせた６板液晶パネルプロジェクターである。このプロジェクターでは、光源からの光を偏光スプリットによりＳ偏光光と、Ｐ偏光光とに分離し、Ｓ偏光光を一方の光学装置、Ｐ偏光光を他方の光学装置に導く。そして、各光学装置では、入射した偏光光をそれぞれＲＧＢの各色光に分離し、それぞれの光を液晶パネルで光変調し、光変調した色光をダイクロイックミラーで合成して、各偏光光に対して画像光を生成する。そして、各光学装置で合成された画像光を偏光スプリットで合成し、スクリーンなどの投射対象に向かって射出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５２２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プロジェクターのダイクロイックミラーなどの色合成光学系では、一般的に、赤色、青色を反射させ、緑色を透過させることで、各色光を合成し、画像光を形成する。したがって、色合成光学系に対する赤色および青色の反射率を高くし、緑色の透過率を高くする、すなわち、赤色および青色を反射性が良好なＳ偏光光とし、緑色を透過性が良好なＰ偏光光することで、効率よく色光を合成して画像光を形成することができる。
しかしながら、上記特許文献１のプロジェクターでは、ダイクロイックミラーで各色光を合成する際の偏光方向が考慮されておらず、各色光を適切に合成して画像光を形成することができない。例えば、Ｓ偏光光が入射される光学装置では、全色光がＳ偏光光となり、これらのＳ偏光光の色光を合成すると、緑色光の透過性が悪くなり、良好な画像光を形成できない。
一方、上記のような問題を解決するために、色合成光学系に光が入射する前に、１／２波長位相差板を用いて、偏光方向を変化させ、緑色光をＰ偏光光に、赤色光および青色光をＳ偏光光にする構成も考えられる。しかしながら、このような場合、各光学装置で合成された光は、Ｐ偏光光とＳ偏光光との混合光となり、偏光ビームスプリットなどの光学部品により各画像光を合成する際に、光量損失が生じる。例えば、上記特許文献１で用いられる偏光スプリットなどの光学部品では、Ｐ偏光光の透過率が大きく、Ｓ偏光光の反射率が大きくなる。このような光学部品にＰ偏光とＳ偏光との混合光を入射させる場合、投射方向に対して正対する側から入射した光は、Ｓ偏光の透過率が悪く、投射方向に対して直交する側から入射した光は、Ｐ偏光の反射率が悪くなる。すなわち、光学部品で光量損失が生じ、光利用効率が低下する。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑み、光利用効率が良好なプロジェクター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】
本発明のプロジェクターは、複数の色光を変調する第一光変調素子、および各第一光変調素子で変調された色光を合成する第一色合成光学装置を有する第一光学装置と、複数の色光を変調する第二光変調素子、および各第二光変調素子で変調された色光を合成する第二色合成光学装置を有する第二光学装置と、前記第一光学装置および前記第二光学装置から射出される射出光を合成し、合成した光を投射方向に射出する合成光学装置と、前記第一光学装置および前記合成光学装置の間に設けられ、前記第一光学装置の射出光の偏光方向を第一偏光方向に揃える第一偏光変換装置と、前記第二光学装置および前記合成光学装置の間に設けられ、前記第二光学装置の射出光の偏光方向を第二偏光方向に揃える第二偏光変換装置と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、第一光学装置から射出される射出光は、第一偏光変換装置により第一偏光方向に揃えられ、光の射出方向が投射方向に対して直交するように配置される第二光学装置から射出される射出光は、第二偏光変換装置により第二偏光方向に揃えられる。ここで、各第一および第二光学装置の第一および第二色合成光学装置では、各色合成を実施する際、各色光を反射または透過させて合成させるが、この際、透過率が良いＰ偏光光を透過させ、反射率が良いＳ偏光光を反射させることで各色光の合成を実施する。このような場合、第一および第二光学装置から射出光は、Ｓ偏光光とＰ偏光光とが混在することになり、合成光学装置で第一光学装置から入射する光と、第二光学装置から入射光とを合成する際に合成効率が低下する。これに対して、上記発明では、上記のように第一偏光変換装置および第二偏光変換装置を設けることで、合成光学装置に入射する各光の偏光方向を揃えることができるため、合成光学装置にて一部の波長光のみの合成効率が悪化するなどの問題がなく、各光学装置からの射出光が、効率よく投射方向に導かれる。したがって、合成光学装置における合成効率が向上し、射出光の光量損失を防止できる。また、光利用効率が向上するため、より少ない光量で、所望明るさの画像を表示させることができるため、光源の省エネルギー化を図ることもできる。
【０００９】
本発明のプロジェクターでは、前記第一光学装置は、前記合成光学装置に対して前記投射方向に正対する位置に配置され、前記投射方向と同一方向に前記射出光を射出し、前記第二光学装置は、前記合成光学装置に対向するとともに、前記射出光の射出方向が前記投射方向に対して直交する位置に配置されることが好ましい。
【００１０】
この発明では、第一光学装置は、投射方向に対して正対する位置に配置され、第二光学装置は、射出光の射出方向が投射方向に対して直交する位置に配置される。これにより、第一偏光変換装置では、第一光学装置からの射出光の偏光方向を合成光学装置での透過率が高い第一偏光方向に揃え、第二偏光変換装置では、第二光学装置からの射出光の偏光方向を合成光学装置での反射率が高い第二偏光方向に揃えることで、合成光学装置では、各入射光を効率よく合成して投射方向に射出することができる。したがって、合成光学装置での光量損失を抑えることができ、光源の省エネルギー化を図ることができる。
【００１１】
本発明のプロジェクターでは、前記合成光学装置は、偏光方向がＰ偏光である光の透過率、および偏光方向がＳ偏光である光の反射率が高い偏光ビームスプリッターであり、前記第一偏光変換装置は、前記第一光学装置の射出光の偏光方向をＰ偏光に揃え、前記第二偏光変換装置は、前記第二光学装置の射出光の偏光方向をＳ偏光に揃えることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、第一偏光変換装置は、射出光の射出方向が投射方向と同一である第一光学装置から射出される射出光の偏光方向をＰ偏光に変換し、第二偏光変換装置は、射出光の射出方向が投射方向に対して直交する第二光学装置から射出される射出光の偏光方向をＳ偏光に変換する。また、偏光ビームスプリッターは、第一光学装置からの射出光をそのまま投射方向に透過させ、第二光学装置から射出される射出光を投射方向に向かって反射させることで、各射出光を合成する。すなわち、偏光ビームスプリッターは、各射出光を良好に投射方向に導くことができ、射出光の光量損失を抑えることができる。
【００１３】
本発明のプロジェクターでは、前記色光は、偏光方向がＳ偏光である赤色光、偏光方向がＰ偏光である緑色光、および偏光方向がＳ偏光である青色光であり、前記色合成光学装置は、前記赤色光および前記青色光を反射し、前記緑色光を透過することで、各色光を合成するクロスダイクロイックプリズムであることが好ましい。
【００１４】
この発明では、色合成光学装置は、クロスダイクロイックプリズムであり、偏光方向がＰ偏光の緑色光を良好に透過させ、偏光方向がＳ偏光である赤色光および青色光を良好に反射させて色合成を実施することができる。したがって、クロスダイクロイックプリズムにおける光量損失を抑えることができ、より光利用効率を良好にできる。
【００１５】
本発明のプロジェクターでは、前記第一偏光変換装置は、緑色光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子と、この波長選択性偏光回転素子から射出される各色光の偏光方向をＰ偏光に変換する偏光変換素子と、を備え、前記第二偏光変換装置は、緑色光に対してＰ偏光をＳ偏光に選択的に変換する波長選択性偏光回転素子を備えることが好ましい。
【００１６】
すなわち、上記のように、クロスダイクロイックプリズムにおいて、Ｐ偏光光である緑色光を透過させ、Ｓ偏光光である赤色光および青色光を反射させる場合、射出光は、偏光方向がＰ偏光である光（Ｇ）と、偏光方向がＳ偏光である光（Ｒ、Ｂ）とが混合する混同光となる。このような場合でも、第一偏光変換装置では、波長選択性偏光回転素子により、Ｐ偏光である緑色光（Ｇ）の偏光方向のみを９０deg回転させ、偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換することができる。これにより、射出光の偏光方向をＳ偏光に揃えることができる。また、波長変換素子により、赤色光、緑色光、および青色光の各偏光方向がＳ偏光から、透過率が大きいＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッターを良好に透過することができる。一方、第二偏光変換装置では、波長選択性偏光回転素子により、Ｐ偏光光である緑色光の偏光方向をＳ偏光に回転させ、射出光の偏光方向をＳ偏光に揃える。これにより、赤色光、緑色光、および青色光の各偏光方向がＳ偏光に揃えられ、偏光ビームスプリッターで良好に反射させることができる。したがって、各光学装置から射出される射出光を、光量損失なく、偏光ビームスプリッターで合成することができる。
【００１７】
また、本発明のプロジェクターでは、前記第一偏光変換装置は、赤色光および青色光の偏光方向をＳ偏光からＰ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子を備え、前記第二偏光変換装置は、緑色光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に選択的に回転させる波長選択性偏光回転素子を備える構成としてもよい。
【００１８】
この発明では、第一偏光変換装置は、波長選択性偏光回転素子により、Ｓ偏光である赤色光および青色光を選択的に偏光回転させて、Ｓ偏光からＰ偏光に変換して、射出光の偏光方向をＰ偏光に揃えることができる。したがって、上記発明のような偏光変換手段が不要となり、より構成を簡単にできる。また、射出光を透過させる光学部品の数が減ることで、光量損失をより抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る第一の実施の形態のプロジェクターの光学系の概略構成を示すブロック図。
【図２】色合成光学装置を構成するクロスダイクロイックプリズムに、偏光方向がＳ偏光である赤色光、緑色光、および青色光を入射させた際の各波長に対する透過率を示す図。
【図３】図２のクロスダイクロイックプリズムに偏光方向がＳ偏光である赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）、偏光方向がＰ偏光である緑色光（Ｇ）を入射させた場合の各波長に対する透過率を示す図。
【図４】第一の実施の形態の第一偏光変換装置の波長選択性偏光回転素子の特性を示す図。
【図５】本発明に係る第二の実施の形態のプロジェクターの光学系の概略構成を示すブロック図。
【図６】第二の実施の形態の第一偏光変換装置の波長選択性偏光回転素子の特性を示す図。
【図７】本発明に係る第三の実施の形態のプロジェクターの光学系の概略構成を示すブロック図。
【図８】本発明に係る第四の実施の形態のプロジェクターの光学系の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第一の実施の形態〕
以下、本発明に係る第一の実施の形態のプロジェクターについて、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る第一の実施の形態のプロジェクターの光学装置の概略構成を示す図である。
【００２１】
［プロジェクターの構成］
図１において、プロジェクター１は、第一光学装置２と、第二光学装置３と、第一偏光変換装置４と、第二偏光変換装置５と、合成光学装置６と、投射光学装置７と、を備えて、これらの光学素子は、１つの図示しない筐体内に収納されている。また、筐体内部において、第一光学装置２は、合成光学装置６を挟んで投射光学装置７に対向する位置、すなわち、光学像の投射方向に正対する位置に設けられている。一方、第二光学装置３は、合成光学装置６に対向するとともに、投射方向に対して直交する位置に設けられている。そして、第一偏光変換装置４は、第一光学装置２および合成光学装置６の間に配置され、第二偏光変換装置５は、第二光学装置３および合成光学装置６の間に配置される。
そして、このプロジェクター１は、例えば画像信号源などから入力される画像信号に応じて、第一光学装置２および第二光学装置３のそれぞれで光学像を形成し、合成光学装置６にて各光学装置２、３で形成された光学像を合成し、投射光学装置７により合成された光学像を投射するものである。このようなプロジェクター１では、第一光学装置２および第二光学装置３から出力される光学像を例えば斜め方向に半画素分ずらして高解像度画像を表示させることや、第一光学装置２および第二光学装置３から出力される光学像の各画素を一致させて高輝度画像を表示させることが可能となる。
【００２２】
第一光学装置２は、照明光学装置２１、色分離光学装置２２、リレー光学装置２３、光変調装置２４、および本発明の第一色合成光学装置を構成する色合成光学装置２５を備えている。そして、この第一光学装置２は、照明光学装置２１から射出された光を、光変調装置２４によって画像情報に応じて変調して光学像を形成する装置である。
【００２３】
照明光学装置２１は、光源装置２１１、第一レンズアレイ２１２、第二レンズアレイ２１３、偏光変換素子２１４、および重畳レンズ２１５を備えている。
光源装置２１１は、光源ランプおよびリフレクターを備え、光源ランプから射出された放射光をリフレクターによって一定方向に揃えて射出する。
【００２４】
第一レンズアレイ２１２および第二レンズアレイ２１３は、それぞれ対応する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有し、第一レンズアレイ２１２は、光源装置２１１から入射した光を複数の部分光束に分割して、第二レンズアレイ２１３近傍に結像させる。
第二レンズアレイ２１３は、光路後段に位置する重畳レンズ２１５とともに、後述する第一光学装置２を構成する液晶パネルの画像形成領域に第一レンズアレイ２１２で分割された複数の部分光束を重畳させる。
偏光変換素子２１４は、第二レンズアレイ２１３から射出された光束を、略１種類の直線偏光光束、すなわちＳ偏光光束に変換する光学素子である。
この偏光変換素子２１４は、一方の対角が４５deg、他方の対角が略１３５degとされた断面平行四辺形状の複数のプリズムを、斜面同士を接合して形成された板状体であり、接合される界面には、偏光分離膜と全反射ミラーが交互に蒸着形成されている。また、偏光変換素子２１４の光束射出面には、所定のピッチで複数の１／２波長位相差板が設けられている。
【００２５】
色分離光学装置２２は、入射したＳ偏光光束を赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の三色光に分離する機能を有し、ダイクロイックミラー２２１，２２２、及び反射ミラー２２３，２２４，２２５を備える。
ダイクロイックミラー２２１，２２２は、光源装置２１１から射出された光束の光路中心軸に対して略４５deg傾斜して配置され、例えばＢＫ７、石英ガラス等の透明基板上に誘電体多層膜を形成した光学素子であり、特定の波長域の光束を反射し、それ以外の光束を透過して、複数の色光に分離する機能を有する。光路前段に配置されるダイクロイックミラー２２１は、赤色光（Ｒ）を透過反射し、それ以外の緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）を反射する。一方、光路後段に配置されるダイクロイックミラー２２２は、緑色光（Ｇ）を反射し、青色光（Ｂ）を透過する。
この色分離光学装置２２で分離された青色光（Ｂ）の光路中には、リレー光学装置２３が設けられ、リレー光学装置２３は、光路中に配置される２つの集光レンズ２３１、２３２により構成され、青色光（Ｂ）を青色光側の液晶パネル２４Ｂまで導く機能を有する。
【００２６】
光変調装置２４は、３つの第一光変調素子である液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂと、各液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの光路前段に配置される３つの入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｇ，２４１Ｂと、入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｂの光路前段に配置される１／２波長位相差板２４３Ｒ，２４３Ｂと、各液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの光路後段に配置される３つの射出側偏光板２４２Ｒ，２４２Ｇ，２４２Ｂと、を備える。
３つの入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｇ，２４１Ｂは、ＢＫ７、石英ガラス等の透明基板上に偏光膜を形成して構成され、光路途中のダイクロイックミラー２２１，２２２等で位相が偏光された光束を吸収する。この時、入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｂの光路前段には、１／２波長位相差板２４３Ｒ，２４３Ｂが設けられるため、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）の偏光方向が回転され、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。そして、入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｂは、偏光方向がＰ偏光の光束のみを透過させ、その他の偏光方向の光束を吸収する。一方、入射側偏光板２４１Ｇは、偏光方向がＳ偏光の光束のみを透過させ、その他の偏光方向の光束を吸収する。
【００２７】
液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶が密閉封入された構成を有し、入力される画像情報に応じて液晶の配向状態が制御されることで、入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｇ，２４１Ｂから射出された偏光光の偏光方向を変調する。
３つの射出側偏光板２４２Ｒ，２４２Ｇ，２４２Ｂは、液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂを介して射出された光束のうち、所定偏光方向の光束のみを透過させる。ここで、射出側偏光板２４２Ｒ，２４２Ｂは、液晶パネル２４Ｒ，２４Ｂから射出される赤色光（Ｒ）、青色光（Ｂ）のうち、偏光方向がＳ偏光である光束のみを透過し、その他の光束を吸収する。一方、射出側偏光板２４２Ｇは、液晶パネル２４Ｇから射出される緑色光（Ｇ）のうち、偏光方向がＰ偏光である光束のみを透過し、その他の光束を吸収する。
【００２８】
色合成光学装置２５は、各射出側偏光板２４２Ｒ，２４２Ｇ，２４２Ｂから射出された変調光束を合成してカラー画像を形成する機能を有し、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状を有し、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されたクロスダイクロイックプリズムとして構成される。２つの誘電体多層膜は、一方が赤色光（Ｒ）を反射し、緑色光（Ｇ）を透過する性質を有し、他方が青色光（Ｂ）を反射し、緑色光（Ｇ）を透過する性質を有し、これら誘電体多層膜によって赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）が合成されてカラー画像が形成される。
【００２９】
ここで、図２に、本実施形態の色合成光学装置２５を構成するクロスダイクロイックプリズムに赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）としてそれぞれＳ偏光光束を入射させた場合の各波長に対する透過率を示す図を示す。また、図３に、このクロスダイクロイックプリズムにＳ偏光光束である赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）、Ｐ偏光光束である緑色光（Ｇ）を入射させた場合の各波長に対する透過率を示す図を示す。
図２に示すように、緑色光としてＳ偏光光束を入射させた場合、透過効率が悪く、色合成光学装置２５における光量損失が大きくなる。特に、５００ｎｍ近傍および６００ｎｍ近傍の波長域の透過率が悪くなるため、色再現性も悪化するおそれがあり、これを補うための色補正を実施する必要があるなど、構成および処理が複雑化する。一方、図３に示すように、緑色光としてＰ偏光光束を入射させた場合、緑色光の透過効率も向上し、光量損失が小さくなる。また、全波長域の光に対して略同一透過率を有するため、色再現性の悪化などの不都合がない。
本実施の形態では、射出側偏光板２４２Ｒ，２４２Ｂから入射する赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）は、Ｓ偏光光束であり、射出側偏光板２４２Ｇから入射する緑色光（Ｇ）は、Ｐ偏光光束である。したがって、上述のように、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）は、誘電体多層膜における反射効率が向上し、緑色光（Ｇ）は、誘電体多層膜における透過効率が向上する。したがって、図３に示すように、各色光の光量損失が生じず、良好に光学像を形成して射出することが可能となる。
【００３０】
第二光学装置３は、基本的には第一光学装置２と同様に、照明光学装置３１、色分離光学装置３２、リレー光学装置３３、光変調装置３４、及び第二色合成光学装置を構成する色合成光学装置３５を備え、各装置３１，３２，３３，３４，３５の構成、機能、及び作用も第一光学装置２と同様である。なお、光変調装置３４に、本発明の第二光変調素子である３つの液晶パネルが組み込まれるが、上記第一光変調素子である液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂと同一構成のものを用いるため、ここでの説明を省略する。
【００３１】
第一偏光変換装置４は、第一光学装置２から射出される光学像（射出光）の偏光方向を、合成光学装置６を透過しやすいＰ偏光方向に揃える。この第一偏光変換装置４は、図１に示すように、光路前段に配置される波長選択性偏光回転素子４１と、光路後段に配置される偏光変換素子としての１／２波長位相差板４２と、を備えている。そして、第一偏光変換装置４は、これらの光学素子を例えば５ｍｍ程度のＢＫ７、石英ガラス等の透明基板４３により挟み込むことで、波長選択性偏光回転素子４１および１／２波長位相差板４２が面内均一に保持されている。
【００３２】
波長選択性偏光回転素子４１は、第一光学装置２から入射する光学像のうち、緑色光（Ｇ）の偏光方向を９０deg回転させる光学素子である。この波長選択性偏光回転素子４１としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン、トリアセテート、ポリメチルメタクリレートなどの高分子材料により形成される延伸高分子フィルムにより形成される光学素子であり、複数の延伸高分子フィルムを積層することで形成される。
ここで、図４に、波長選択性偏光回転素子４１の特性を表す図を示す。図４において、Ｃ特性（クロス特性）とは、入射光に対して偏光方向を回転させる特性であり、Ｐ特性（パラレル特性）とは、入射光の偏光方向を回転させずそのまま透過させる特性である。図４に示すように、第一偏光変換装置４の波長選択性偏光回転素子４１は、第一光学装置２から射出される光学像のうち、波長域が５００近傍から６００近傍の緑色光（Ｇ）を選択し、その偏光方向を９０deg回転させることで、Ｐ偏光光束からＳ偏光光束に変換する。これにより、緑色光（Ｇ）は、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）と同様に偏光方向がＳ偏光となり、光学像を形成する各色光の偏光方向がＳ偏光に揃えられる。
【００３３】
１／２波長位相差板４２は、光学像の偏光方向をさらに回転させ、Ｓ偏光からＰ偏光に変換する。このようなＰ偏光の直線偏光を有する光学像は、後述の合成光学装置６の透過率が大きく、合成光学装置６を透過して投射光学装置７に導光される。
【００３４】
第二偏光変換装置５は、第二光学装置３から射出される光学像（射出光）の偏光方向を、合成光学装置６に反射されやすいＳ偏光方向に揃える。この第二偏光変換装置５は、第一偏光変換装置４と同様に、波長選択性偏光回転素子４１を備え、この波長選択性偏光回転素子４１を例えば５ｍｍ程度のＢＫ７、石英ガラス等の透明基板４３により挟み込んで構成される。第二偏光変換装置５では、光学像をＳ偏光に揃えればよいため、１／２波長位相差板４２などの偏光変換素子は設けられず、波長選択性偏光回転素子４１によりＳ偏光光束に揃えられた光学像は、そのまま合成光学装置６に向かって射出される。
【００３５】
合成光学装置６は、第一光学装置２及び第二光学装置３で形成された光学像を合成するものであり、２つの三角形状のプリズムを貼り合わせた平面視略正方形状を有し、プリズム同士を貼り合わせた界面に誘電体多層膜が形成される偏光ビームスプリッターである。この誘電体多層膜は、偏光方向がＰ偏光である光束を透過し、偏光方向がＳ偏光である光束を反射する偏光分離膜とされ、第一光学装置２で形成された光学像を透過し、第二光学装置３で形成された光学像を反射することにより、各光学像を合成する。
投射光学装置７は、図１では図示を略したが、鏡筒内に複数のレンズが光軸を合わせて配列された組レンズから構成され、合成光学装置６で合成された光学像をスクリーン上に投射する。
【００３６】
［第一の実施の形態のプロジェクターの作用効果］
上述のような第一の実施の形態のプロジェクター１では、合成光学装置６を挟んで、投射光学装置７に正対する位置に第一光学装置２が配置され、この第一光学装置２および合成光学装置６の間に第一偏光変換装置４が配置される。そして、この第一偏光変換装置４は、第一光学装置２から射出される光学像の偏光方向をＰ偏光に揃える。また、合成光学装置６の側面に対向し、投射方向に対して直交する位置に第二光学装置３が配置され、この第二光学装置３および合成光学装置６の間に第二偏光変換装置５が配置される。そして、この第二偏光変換装置５は、第二光学装置３から射出される光学像の偏光方向をＳ偏光に揃える。
このため、合成光学装置６では、第一光学装置２から入射する、透過率が大きいＰ偏光光束の光学像を投射方向に透過させて射出することができ、第二光学装置３から入射する、反射率が大きいＳ偏光光束の光学像を投射方向に反射させて射出することができる。すなわち、第一光学装置２から射出される光学像が合成光学装置６で反射される光量、第二光学装置３から射出される光学像が合成光学装置６を透過する光量をそれぞれ減少し、各光学像を合成して効率よく投射方向に射出することができる。したがって、合成光学装置６における光量損失を減少させることができ、少ない光量で高輝度画像や高解像度画像を表示させることができる。
【００３７】
また、合成光学装置６は、偏光方向がＰ偏光である光束に対する透過率、偏光方向がＳ偏光である光束に対する反射率がそれぞれ高い偏光ビームスプリッターであり、投射光学装置７に正対する第一光学装置２から合成光学装置６に向かってＰ偏光の光束の光学像が射出され、投射方向に対して直交する方向から第二光学装置３からの合成光学装置６に向かってＳ偏光の光束の光学像が射出される。したがって、合成光学装置６は、光量損失なく、これらの光学像を良好に投射光学装置７に射出させることができる。
【００３８】
また、各光学装置２，３の色合成光学装置２５は、クロスダイクロイックプリズムであり、緑色光（Ｇ）を透過させ、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）を反射させることで、光学像を形成する。この時、色合成光学装置２５には、偏光方向がＰ偏光である緑色光（Ｇ）が入射し、偏光方向がＳ偏光である赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）が入射する。したがって、色合成光学装置２５において、各色光の光量損失がなく、画像情報に応じた光学像を忠実に形成することができる。
【００３９】
上記のようなクロスダイクロイックプリズムから射出される光学像では、緑色光（Ｇ）のみがＰ偏光となり、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）がＳ偏光となる。ここで、第一偏光変換装置４は、波長選択性偏光回転素子４１により、緑色光（Ｇ）の偏光方向のみを回転させてＳ偏光にすることができる。これにより、第一光学装置２から射出される各色光の偏光方向がＳ偏光に揃えられ、さらに１／２波長位相差板４２により、偏光方向がＰ偏光に変換される。したがって、第一光学装置２からの光学像として、合成光学装置６に、Ｐ偏光光束を入射させることができる。一方、第二偏光変換装置５は、波長選択性偏光回転素子４１により、緑色光（Ｇ）の偏光のみを回転させてＳ偏光光束にすることができ、これにより、全色光の偏光方向がＳ偏光に揃えられる。したがって、第二光学装置３からの光学像として、合成光学装置６に、Ｓ偏光光束を入射させることができる。すなわち、各光学装置２，３の色合成光学装置の光量損失、および合成光学装置６の光量損失の双方を低下させることができ、省エネルギー化をより促進させることができる。
【００４０】
［第二の実施の形態］
次に本発明に係る第二の実施の形態のプロジェクターについて、図面に基づいて説明する。図５は、第二の実施の形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。図６は、第二の実施の形態の第一偏光変換装置を構成する波長選択性偏光回転素子の光学特性を示す図である。なお、以降の実施の形態の説明にあたり、第一の実施の形態と同様の構成については同符号を付し、その説明を省略または簡略する。
【００４１】
［プロジェクターの構成］
この第二の実施の形態は、上記した第一の実施の形態のプロジェクター１における第一偏光変換装置４を改良したプロジェクター１Ａであり、その他の構成、すなわち、第一光学装置２と、第二光学装置３と、第二偏光変換装置５と、合成光学装置６と、投射光学装置７と、は第一の実施の形態のプロジェクター１と同様の構成を有する。
【００４２】
第二の実施の形態のプロジェクター１Ａの第一偏光変換装置４Ａは、図５に示すように、透明基板４３と、これら透明基板４３に挟持される波長選択性偏光回転素子４１Ａとにより構成される。
上記第一の実施の形態では、波長選択性偏光回転素子４１として、緑色光（Ｇ）に対して偏光方向を回転させてＳ偏光とし、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）に対して、そのまま透過させる光学素子であった。これに対して、この波長選択性偏光回転素子４１Ａは、図６に示すように、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）の波長域に対して、クロス特性を有し、緑色光（Ｇ）の波長域に対してパラレル特性を有している。したがって、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）は、Ｓ偏光からＰ偏光に偏光方向を回転され、緑色光（Ｇ）は、偏光方向が回転されずそのまま透過される。これにより、第一光学装置２から射出される光学像は、第一偏光変換装置４ＡによりＰ偏光光束に揃えられる。
【００４３】
［第二の実施の形態の作用効果］
上記したように、第二の実施の形態のプロジェクター１Ａにおいて、合成光学装置６を挟んで、投射光学装置７に正対する位置に第一光学装置２が配置され、この第一光学装置２および合成光学装置６の間に第一偏光変換装置４Ａが配置される。そして、この第一偏光変換装置４Ａは、第一光学装置２から射出される光学像をＰ偏光光束に揃える。また、合成光学装置６の側面に対向し、投射方向に対して直交する位置に第二光学装置３が配置され、この第二光学装置３および合成光学装置６の間に第二偏光変換装置５が配置される。そして、この第二偏光変換装置５は、第二光学装置３から射出される光学像を、Ｓ偏光光束に揃える。
したがって、上記第一の実施の形態と同様、第一光学装置２から射出される光学像が合成光学装置６で反射される光量、第二光学装置３から射出される光学像が合成光学装置６を透過する光量をそれぞれ減少させ、各光学像を合成して効率よく投射方向に射出することができる。したがって、合成光学装置６における光量損失を減少させることができ、少ない光量で高輝度画像や高解像度画像を表示させることができる。
【００４４】
また、第一偏光変換装置４Ａは、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）に対して偏光方向を９０degだけ回転させる波長選択性偏光回転素子４１Ａを備え、この波長選択性偏光回転素子４１Ａを一対の透明基板４３により挟持することで構成されている。
このため、第一光学装置２から射出される光学像の偏光方向を、波長選択性偏光回転素子４１ＡのみによりＰ偏光方向に揃えることができ、第一の実施の形態で用いた１／２波長位相差板４２などの光学素子が不要で、構成をより簡単にできる。また、光路内に配置される光学素子が減少することで、光学素子に吸収または反射される光もなくなり、より光量損失を抑えることができ、プロジェクターの省エネルギー化をも促進できる。
【００４５】
［第三の実施の形態］
次に、本発明に係る第三の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図７は、本発明に係る第三の実施の形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
上記第一および第二の実施の形態のプロジェクター１，１Ａでは、第一光学装置２および第二光学装置３のそれぞれに光源装置２１１を設ける構成としたが、第三の実施の形態では、１つの照明光学装置１１を用いる。
【００４６】
すなわち、第三の実施の形態のプロジェクター１Ｂは、図７に示すように、照明光学装置１１と、偏光分離装置１２と、第一光学装置２Ａと、第二光学装置３Ａと、第一偏光変換装置４Ａと、第二偏光変換装置５と、合成光学装置６と、投射光学装置７と、を備えている。
照明光学装置１１は、上記第一および第二の実施の形態のプロジェクター１，１Ａにて用いられる照明光学装置２１と略同様の構成を用いることができる。この照明光学装置１１は、第一光学装置２Ａおよび第二光学装置３Ａの間に設けられており、照明光学装置１１から射出された光は、偏光分離装置１２により、Ｓ偏光光束と、Ｐ偏光光束に分離される。なお、第三の実施の形態では、偏光分離装置１２によりＳ偏光方向およびＰ偏光方向の直線偏光光に分離するため、光源装置２１１には、偏光変換素子２１４は設けられない。
【００４７】
偏光分離装置１２は、光合成光学装置６と同一構成を有する偏光ビームスプリッターであり、誘電体多層膜の透過効率が高いＰ偏光光を透過し、誘電体多層膜の反射効率が高いＳ偏光光を反射させる。ここで、分離した各直線偏光光が、それぞれ第一光学装置２Ａの光変調装置２４および第二光学装置３Ａの光変調装置３４まで導光されるが、これらの光路長が等しくなるように、偏光ビームスプリッターおよび光源装置２１１の位置が設定されている。
そして、偏光ビームスプリッターの第一光学装置２Ａ側の射出面に対向して、１／２波長位相差板１２１が設けられている。この１／２波長位相差板１２１により、偏光ビームスプリッターを透過して第一光学装置２Ａに向かう光の偏光方向が９０deg回転され、Ｐ偏光からＳ偏光に変換される。
【００４８】
第一光学装置２Ａは、光源装置２１１が設けられていないこと以外は、上記第一および第二の実施の形態の第一光学装置２と同様の構成であり、色分離光学装置２２、リレー光学装置２３、光変調装置２４、および色合成光学装置２５を備えている。
また、第二光学装置３Ａは、第一光学装置２Ａと同様の構成であり、色分離光学装置３２、リレー光学装置３３、光変調装置３４、及び色合成光学装置３５を備え、各装置３２，３３，３４，３５の構成、機能、及び作用も第一光学装置２Ａと同様である。
このような第一および第二光学装置２Ａ，３Ａでは、上記した第一および第二光学装置２，３と同様に、赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）がＳ偏光であり、緑色光（Ｇ）がＰ偏光である光学像を射出する。
【００４９】
第一偏光変換装置４Ａおよび第二偏光変換装置５は、第二の実施の形態のプロジェクター１Ａで用いられる構成と同様である。すなわち、第一偏光変換装置４Ａは、波長選択性偏光回転素子４１Ａにより、第一光学装置２Ａから射出される光のうち赤色光（Ｒ）および青色光（Ｂ）の偏光方向を回転させ、Ｐ偏光光とし、合成光学装置６に向かって射出する。第二偏光変換装置５は、第二光学装置３Ａから射出される光のうち、緑色光（Ｇ）のみの偏光方向を回転させてＳ偏光光とする。これにより、各色光の偏光方向がＳ偏光に揃えられる。
なお、ここでは、第一偏光変換装置４Ａを用いる構成を例示するがこれに限定されず、例えば第一の実施の形態の第一偏光変換装置４を用いる構成としてもよい。
【００５０】
［第三の実施の形態の作用効果］
上述したように、上記第三の実施の形態のプロジェクター１Ｂは、上記第一の実施の形態の作用効果に加え、次の効果を奏することができる。
すなわち、プロジェクター１Ｂは、光源として単一の照明光学装置１１を用い、この照明光学装置１１から射出される光を偏光分離装置１２により２つの直線偏光光束に分離する。そして、これらの２つの直線偏光光のうちＰ偏光の光束を第一光学装置２Ａ側に射出し、Ｓ偏光の光束を第二光学装置３Ａ側に射出し、これらの第一および第二光学装置２Ａ，３Ａにより光学処理を実施する。
このため、上記した第一および第二の実施の形態に対して、光源の数を減らすことができるため、光源を点灯させるための消費電力も少なくなる。したがって、省エネルギー化をさらに促進させることができる。また、照明光学装置１１が１つでよいため、２つの光源が設けられる場合に比べて、プロジェクター１Ｂのサイズを小型化することができる。
【００５１】
［第四の実施の形態］
次に本発明に係る第四の実施の形態のプロジェクター１Ｃについて説明する。
図８は、第四の実施の形態のプロジェクターの概略構成を示す図である。
第四の実施の形態のプロジェクター１Ｃは、光源として、各液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに対向して設けられ、それぞれの液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに対応した色光を射出可能な面状光源装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを用いる。
【００５２】
これらの面状光源装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、例えば矩形状の基板に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザーなどの発光素子をマトリクス状に配置し、面内均一な色光を射出する装置である。これら面状光源装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは、各光学装置２Ｃ，３Ｃの各液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂの入射面に対向する位置、より具体的には、各入射側偏光板２４１Ｒ，２４１Ｇ，２４１Ｂの前段に配置される。
【００５３】
［第四の実施の形態の作用効果］
第四の実施の形態のプロジェクター１Ｃでは、液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂに対向して、各色に対応した色光を射出する面状光源装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが固定されている。このため、第一、第二、および第三の実施の形態のプロジェクター１，１Ａ，１Ｂで用いた色分離光学装置２２、リレー光学装置２３などの構成が不要となり、構成をより簡単にできる。また、光源から各液晶パネル２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｂまでの光路長も短くなるため、光路内での光量損失などをも抑えることができ、面状光源装置８Ｒ，８Ｇ，８Ｂから射出される光をより有効活用することができる。
【００５４】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明は、以上説明した実施の形態に限定されず、本発明の目的を達せられる範囲で種々の改良、変形が可能である。
【００５５】
例えば、上記実施の形態では、第一光学装置２（２Ａ、２Ｃ）および第二光学装置３（３Ａ、３Ｃ）の一対の光学装置から射出される光学像を合成光学装置６で合成する構成としたが、これに限らない。例えば、合成光学装置６を挟んで、第二光学装置３（３Ａ、３Ｃ）と対向する位置に、第三光学装置を設け、３つの光学装置から射出される光学像を合成する構成としてもよい。この場合、第三光学装置と合成光学装置６との間にも、第二偏光変換装置５を配置することで、第三光学装置から射出される光学像の各色光をＳ偏光光に揃えることができ、光量損失を抑えることができる。
【００５６】
第四の実施の形態において、第一偏光変換装置４Ａを設ける構成を図示したが、これに限定されず、第一の実施の形態と同様に、第一偏光変換装置４を用いる構成としてもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態において、各光学装置２，３（２Ａ，３Ａ，２Ｃ，３Ｃ）で、Ｓ偏光の赤色光および青色光と、Ｐ偏光の緑色光を合成した光学像を形成し、これに対応して第一偏光変換装置４は、緑色光のみに対応した波長選択性偏光回転素子４１および１／２波長位相差板４２を備え、第一偏光変換装置４Ａは、赤色光および青色光に対応した波長選択性偏光回転素子４１Ａを備え、第二偏光変換装置５は、緑色光のみに対応した波長選択性偏光回転素子４１により構成される例を示したが、これに限らない。すなわち、これらの偏光変換装置４，４Ａ，５は、各光学装置２，３（２Ａ，３Ａ，２Ｃ，３Ｃ）から射出される光学像における各色光の偏光方向により適宜設定されればよく、例えば、赤色光がＰ偏光光で、緑色光および青色光がＳ偏光光である光学像が射出された場合は、赤色光の偏光方向のみを回転させる波長選択性回転素子、または青色光および緑色光の偏光方向を回転させる波長選択性回転素子を用いることができる。
【００５８】
以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形及び改良を加えることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、２つ以上の光学装置を備え、それぞれの光学装置から射出される光を合成して画像を表示させるプロジェクターに利用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…プロジェクター、２，２Ａ…第一光学装置、３，３Ａ…第二光学装置、４，４Ａ…第一偏光変換装置、５…第二偏光変換装置、６…合成光学装置、７…投射光学装置、２４Ｒ，２４Ｇ，２４Ｇ…第一光変調素子である液晶パネル、２５…第一色合成光学装置である色合成光学装置，３５…第二色合成光学装置である色合成光学装置、４１，４１Ａ…波長選択性偏光回転素子。
【図１】
2010204333.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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