(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光束を受光するフライアイインテグレータであって、該フライアイインテグレータは、各々複数のレンズエレメントを有する第１、第２フライアイインテグレータを有し、前記第１フライアイインテグレータの各レンズエレメントによる光源のスポット像が、前記第２フライアイインテグレータの対応する各レンズエレメントの上に結像されるようになっているものと、
前記フライアイインテグレータからの光線を受光し、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタからのＳ偏光を受光し、画像信号が入力されていない部位では当該Ｓ偏光をそのまま反射し、画像信号が入力されている部位では、Ｐ偏光を含む楕円偏光を前記偏光ビームスプリッタ方向へ出射する液晶素子と、
前記液晶素子から前記偏光ビームスプリッタへ入射され、該偏光ビームスプリッタにより選択されたＰ偏光に基づく光をスクリーン上へ投射する投射レンズと、
を有する反射型プロジェクタであって、
前記投射レンズの光軸と前記偏光ビームスプリッタの法線とで定まる主入射面に対して傾斜した入射光線による、スクリーン上でのコントラスト低下を防止するための１／４波長板が、前記偏光ビームスプリッタと液晶素子の間に、光軸が前記主入射面に直交するように配置され、かつ、
前記液晶素子から光源側を見たときの、開口絞りとしてのフライアイインテグレータによる瞳の、前記主入射面方向の開口角をＰＩとし、該主入射面に垂直な方向の開口角をＰＰとするとき、
ＰＰ＞ＰＩ
であることを特徴とする反射型プロジェクタ。
【請求項２】
前記第１フライアイインテグレータは、円形に近い外形形状を有し、第２フライアイインテグレータの外形は、前記主入射面に平行な方向の巾に比べて、当該主入射面に垂直な方向の巾が大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の反射型プロジェクタ。
【請求項３】
光源と、
前記光源からの光束を絞る開口絞りと、
前記開口絞りからの光線を受光し、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタからのＳ偏光を受光し、画像信号が入力されていない部位では当該Ｓ偏光をそのまま反射し、画像信号が入力されている部位では、Ｐ偏光を含む楕円偏光を前記偏光ビームスプリッタ方向へ出射する液晶素子と、
前記液晶素子から前記偏光ビームスプリッタへ入射され、該偏光ビームスプリッタにより選択されたＰ偏光に基づく光をスクリーン上へ投射する投射レンズと、
を有する反射型プロジェクタであって、
前記投射レンズの光軸と前記偏光ビームスプリッタの法線とで定まる主入射面に対して傾斜した入射光線による、スクリーン上でのコントラストの低下を防止するための１／４波長板が、前記偏光ビームスプリッタと液晶素子の間に、光軸が前記主入射面に直交するように配置され、かつ、
前記液晶素子から光源側を見たときの、前記開口絞りによる瞳の、前記主入射面方向の開口角をＰＩとし、該主入射面に垂直な方向の開口角をＰＰとするとき、
ＰＰ＞ＰＩ
であることを特徴とする反射型プロジェクタ。
【請求項４】
前記開口角ＰＰ及び開口角ＰＩは、ＰＰ／ＰＩ＞１．２及びＰＰ＜６０°の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射型液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光ビームスプリッタと１／４波長板及び投射レンズを備えた反射型液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶素子上に表示される画像に対して平面偏光を照射し、当該液晶素子上の画像に対応する画素により反射される楕円偏光から所定の方向の平面偏光を取り出し、これを投射レンズによりスクリーン上に投射する反射型液晶プロジェクタが知られている。図１は、このような反射型液晶プロジェクタの１例を示す。このプロジェクタは、光源手段（図示せず）及び、偏光ビームスプリッタ２１、液晶素子２３及び投射レンズ２５を備える。図１において、前記光源手段は、光軸がＹ軸に平行なレンズ（図示せず）を備え、前記偏光ビームスプリッタ２１は、その法線ｎがＹ―Ｚ平面内に存在し且つＹ軸・Ｚ軸に対して４５°の角度を成すように配置されている。また、前記液晶素子２３はその表面がＺ軸に直交するようにされ、前記投射レンズ２５はその光軸がＺ軸と平行になるように配置されている。
【０００３】
前記光源手段からの光線Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２のうち、Ｙ軸に平行な光線（主入射光線）Ｒ０は、偏光ビームスプリッタ２１に対して４５°の角度で入射される。前記偏光ビームスプリッタ２１は、（入射光線が白色光の場合）前記入射光線Ｒ０のエネルギーのうち、Ｙ軸と偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎで定義される主入射面２７に平行に振動するＰ波（Ｐ偏光成分）は当該偏光ビームスプリッタ２１を透過させ、前記主入射面に直交する方向に振動するＳ波（Ｓ偏光成分）は前記偏光ビームスプリッタ２１により反射し、Ｚ軸に沿って液晶素子２３へ向かうように構成されている。前記液晶素子２３により反射された光線は再びＺ軸に沿って前記偏光ビームスプリッタ２１へ向かう。
【０００４】
その際、前記液晶素子２３が鏡面として作用する部位から反射された光線は再びＳ波の直線偏光となる。従ってこの光線は前記偏光ビームスプリッタ２１により反射され、光源手段側へ向かう。一方、前記液晶素子２３内の所定の画像を生ずる部位で反射された光線は、前記部位における複屈折により楕円偏光となり、前記偏光ビームスプリッタ２１に入射された後、  そのＳ波成分は前記偏光ビームスプリッタ２１により反射され前記光源手段側へ向かい、そのＰ波成分は偏光ビームスプリッタ２１を透過し投射レンズ２４を介して図示しないスクリーンへ投射され、所定の画像を形成する。
【０００５】
前記光源手段からの光は、光束として前記偏光ビームスプリッタ２１へ入射される。従って、前記光源手段からの光線は前記光線Ｒ０のみならず光線Ｒ１及び光線Ｒ２を含む。前記光線Ｒ１は、前記主入射面（Ｙ―Ｚ面）２７内でＹ軸に対して傾斜した角度で、前記偏光ビームスプリッタ２１へ入力される。この光線Ｒ１は、入射光軸がレンズ光軸Ｌと前記法線ｎとで定義される主入射面にあるため、前記偏光ビームスプリッタ２１により反射された反射光（Ｓ波）は前記主入射面に垂直に振動する。従って、この反射光は、前記液晶素子２３のうち鏡面として作用する部位に入射される場合、これによりそのまま反射され再び前記主入射面２７に直交する方向の直線偏光を有し前記偏光ビームスプリッタ２１により反射され光源手段側へ向かう。
【０００６】
これに対して、前記光源手段からの光線のうち前記主入射面２７に対して傾斜した入射方向（これは、例えばＸ―Ｚ面内にあるとする。）に沿って入射する光線Ｒ２は、前記偏光ビームスプリッタ２１により分離されると、当該スプリッタ２１による反射光は前記光線Ｒ２の入射方向と前記法線ｎにより定まる入射面に直交する方向へ振動する直線偏光となる。この直線偏光の方向は、図２においてＳ２で示される。図示の如く、この振動方向Ｓ２は前記主入射面２７に直交する軸（Ｘ軸）に対して、進行方向を向いて時計回りにずれた角度αを有する。この振動方向Ｓ２を有するＳ波が前記液晶素子２３により反射されると（より詳細には前記液晶素子２３のうち鏡面として作用する部位で反射されると）、当該液晶素子による反射光は図２においてＸ軸に対して同じ角度αだけずれた偏光方向Ｓ２´を有する。この偏光方向Ｓ２´の直線偏光が前記偏光ビームスプリッタ２１へ入力される。
【０００７】
ところで前述した通り、前記偏光ビームスプリッタ２１は、光線の入射方向と偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎとで定義される入射面と垂直な振動方向を有する直線偏光を完全に反射し、前記入射面に平行な振動成分を完全に透過する機能を有する。前記液晶素子２３からの反射光（光線Ｒ２の反射光）が、前記偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎとで作る入射面に直交する方向は、図２に示すように、Ｘ軸に対して（―α）の角度を有する方向Ｓ４である。従って、前記反射光の直線偏光Ｓ２´のうちＳ４と平行な成分は前記偏光ビームスプリッタ２１により反射されるが、Ｓ４と直交する方向の成分は前記偏光ビームスプリッタ２１を透過しスクリーン上へ投射される。これによりスクリーン上で、例えば黒くあるべきところが薄明るくなりコントラストが低下する。
【０００８】
図３は、図１に示す反射型液晶プロジェクタにおいて、前記ビームスプリッタ２１から、意図することなく漏れ出る光の量を表す。ここに開口角は±６°に設定されている。図３において、それぞれの数字（％）は、それぞれ数字が位置する場所において、光量分布が均一である場合に漏れ出る光の量を表す。すなわち１％と記載されている場所では１％の光が漏れることを表す。すなわちこれによれば開口角が±６°に設定されているにも拘わらず、コントラストは０．０１以下に低下する。
【０００９】
図４は、前記コントラストの低下を防止するために、前記偏光ビームスプリッタ２１と前記液晶素子２３との間に、進相軸あるいは遅相軸を前記主入射面２７の方向に合わせた１／４波長板３１を置いた構成を示す。この構成においては、前記液晶素子２３で反射される光線は前記１／４波長板を２回通過する。従って、前記１／４波長板３１は、実質的に１／２波長板として作用する。このため、前記入射光線Ｒ２からの光線は前記液晶素子２３で反射された後、（前記１／２波長板が存在しない場合は、前記偏光面Ｓ２´を有するが、前記１／４波長板３１が存在する場合は）偏光面Ｓ４（図２）を有する直線偏光となり、前記偏光ビームスプリッタ２１へ入力されると当該スプリッタ２１これにより完全に反射され、前記投射レンズ２５の側へ透過することがない。より詳細には以下の通りである。すなわち、前記光線Ｒ２が前記偏光ビームスプリッタ２１に反射されて生成された反射光線において偏光方向の前記主入射面の直交方向からのずれ角度をαとする（図２）と、前記反射光線のジョーンズベクトルは
【数１】
0003596322.tif 000002
で表される。すると、前記液晶素子２３で反射され１／４波長板３１を通過した後のジョーンズベクトルは、
【数２】
0003596322.tif 000003
で表わされる。ここで前記１／４波長板３１の進相軸あるいは遅相軸（光軸）は、前記主入射面２７に直交するように配置されている（即ちＸ軸と平行に配置されている。）。従って、前記１／４波長板を通過して出てきた光線の偏光方向は前記入射光線の偏光方向Ｓ２から−２α回転し、偏光方向Ｓ４を有することとなる。前述の通り、この偏光方向Ｓ４は、前記偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎと反射光線の入射方向で定義される入射面に垂直であり、前記偏光ビームスプリッタ２１を通過する率は零であり、スクリーン上には光が達することはなく高いコントラストが得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の反射型液晶プロジェクタでは、偏光ビームスプリッタの特性のために、前記１／４波長板からのＰ波（Ｐ波偏光成分）が依然として偏光ビームスプリッタを透過することがあり、これにより画像のコントラストが低下するという問題点があった。また、この画像コントラストの低下を防止するためにレンズ系に絞りを設けると、画像の明るさが低下するという問題点が有った。
【００１１】
この発明の目的は、上記のごとき問題点を解決する反射型液晶プロジェクタを提供することである。より詳細には、高いコントラストを保ちながら光源の発する光を高い効率で取り込み、明るい画像を形成することができる反射型液晶プロジェクタを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、例えば液晶面から光源側を見た時の瞳の形状を、偏光ビームスプリッタの表面の法線と前記投射レンズの光軸とで作られる主入射面方向の開口角をＰＩとし、該主入射面に垂直な方向の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとすることにより達成される。ここに主入射面とは、ビームスプリッタへ入射される入射光束の内、当該入射光束を射出する光学要素の光学軸に沿って進む光線とビームスプリッタの法線とで作られる面である。この面は本願発明のプロジェクタの場合、前記法線と投射レンズの光軸とで作られる面と同一である。また、前記において瞳の開口角は、液晶面の位置から見た場合の開口角である。
【００１３】
前記構成により前記課題が達成されることを説明するために、まず前記問題点の発生原因である偏光ビームスプリッタの特性を説明する。
【００１４】
図５に示すように、偏光ビームスプリッタ２１の面は、その法線ｎに対して入射光線ｉが略θ＝４５°で入射する場合、入射光線のＳ波を完全に反射しＰ波を完全に透過するように設計されている。しかし、その入射角度が４５°から著しくずれた場合当該機能が低下する。例えば図５に示すように、入射光の光束が太くなった場合、当該光束のうちの周辺光の光線ｉ’では、前記法線ｎに対する入射角度θ±φが４５°から所定角度（例えば±６°）以上にずれ、ビームスプリッタ２１を透過するＳ波の振幅及び、ビームスプリッタ２１で反射されるＰ波の振幅が増大するおそれがある。この事情をより詳細に説明すると以下の通りである。
【００１５】
図６は、前記ビームスプリッタの特性の一例を示すものである。図６において横軸は入射光の波長λ（単位はｎｍ）を示し、縦軸はビームスプリッタの透過率Ｔ（％）を表す。図６に示される４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの波長は緑色光線に対応する。図６においてＳ（４５°）で示される曲線は、入射光線と前記偏光ビームスプリッタ２１の法線とが４５°をなす場合のＳ波の透過率を表す。すなわち、この場合には前記４５０ｎｍ〜６００ｎｍで、Ｓ波は前記偏光ビームスプリッタにより完全に反射される。また曲線Ｐ（４５°）で示すように、ビームスプリッタ２１の法線ｎに対して４５°の角度で入射した光線のＰ波は当該ビームスプリッタを完全に透過する。
【００１６】
これに対して、曲線Ｓ（５１°）で示されるように、ビームスプリッタ２１へその法線ｎに対して例えば５１°の入射角度で入射するＳ波は短波長では完全に反射されるが、６００ｎｍ前後の波長で、そのエネルギーの一部が前記偏光ビームスプリッタ２１を透過してしまう。
【００１７】
また、曲線Ｐ（３９°）で示されるように、偏光ビームスプリッタ２１へその法線ｎに対して例えば３９°の入射角度で入射するＰ波は、４５０ｎｍ乃至５００ｎｍの波長で、そのエネルギーの一部が反射されてしまい明るさが減少する。
【００１８】
なお、上記では緑色の波長の光線に対する偏光ビームスプリッタの特性を説明したが、赤色・青色の波長の光線に対する偏光ビームスプリッタの特性も同様である。すなわち、偏光ビームスプリッタ２１へその法線ｎに対して４５°からずれた角度で入射される光線では、Ｐ波とＳ波が所望の通りに完全に分離されない。
【００１９】
従って、入射光と偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎの成す角度が４５°から著しくずれる（例えば±６°ずれる）と、前記１／４波長板の設置にも拘わらず前記ビームスプリッタ２１から光の漏れが発生しコントラストが低下したり明るさが減少したりする。
【００２０】
図７及び図８は、入射光と偏光ビームスプリッタ２１の法線ｎの成す角度がほぼ４５°であり（例えば４５°との差違が±６°以内であり）前記ビームスプリッタ２１からの光の漏れが発生しない入射光の入射範囲を表す。ここに図７はポアンカレ球を示し、前記偏光ビームスプリッタは番号２１で表される。図６を参照して説明したように、偏光ビームスプリッタ２１へ入力される光線のうち前記法線ｎに対して４５°をなす光線を中心として、例えばその前後±６°の光線については、前記偏光ビームスプリッタが正常に機能し、Ｓ方向の直線偏光とＰ方向の直線偏光が正しく分離される。図７における斜線部分（リング状部分）４１は、そのような光線が存在する範囲（即ち前記法線ｎに対する入射光線の角度が例えば３９°乃至５１°である範囲）を示す。すなわち、この斜線部分４１から入射される光線は、偏光ビームスプリッタ２１によりそのＳ方向直線偏光とＰ方向直線偏光が正しく分離され、Ｓ方向直線偏光は前記偏光ビームスプリッタ２１により完全に反射されＰ方向直線偏光は偏光ビームスプリッタ２１を完全に通過する。
【００２１】
図８は、液晶素子２３の側から見た場合の、前記斜線部分（リング状部分）４１の形状を表す。すなわち、図８において番号４１で示されるものは、図７における斜線部分４１のＸ―Ｙ面への射影である。すなわち前記偏光ビームスプリッタ２１を使用する反射型液晶プロジェクタでは、前記液晶素子２３の側から見て、円管部分４１を通る光線は、前記偏光ビームスプリッタ２１により正しくＳ波直線偏光とＰ波直線偏光が分離されるが、この領域の外側を通る光線はＳ波直線偏光とＰ波直線偏光が正しく分離されない。即ちＳ波でもビームスプリッタを透過する成分が存在し、Ｐ波でもビームスプリッタにより反射される成分が存在する。
【００２２】
更に、前記偏光ビームスプリッタ２１と反射型液晶素子２３とを組み合わせた本願発明のプロジェクタでは、前記液晶面２３での反射後、反射光線が偏光ビームスプリッタ２１へ入射する際にその入射角度が逆転する。図９において番号４２は、前記液晶素子２３からの反射光線が前記偏光ビームスプリッタ２１へ入射する際に、前記法線ｎに対する入射角度が例えば３９°乃至５１°となる反射光線の存在範囲を示す。
【００２３】
従って最終的に、前記偏光ビームスプリッタ２１によりＳ波直線偏光とＰ波直線偏光が正しく分離されるためには、光線は図９における領域４１と領域４２の交叉する細長範囲（細長領域）４３を通る必要がある。換言すれば当該細長範囲４３の外側を通る光線はＳ波偏光とＰ波偏光とが正しく分離されずコントラストの劣化を招く。なお、前記細長範囲４３のＸ軸方向の長さｂは、Ｙ軸方向の長さａに比較して５倍以上の長さを有する。
【００２４】
上記に鑑みて、本願発明は、前記細長範囲４３に対応する形状の瞳が形成されるように構成した。即ち、液晶面から光源側を見た時の瞳の形状を、偏光ビームスプリッタの表面の法線と前記投射レンズの光軸とで作られる主入射面方向の開口角をＰＩとし、該主入射面に垂直な方向の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとした。
【００２５】
これにより、前記細長範囲４３の外側を通る光線は遮断され、高いコントラストの映像を実現することができる。また、前記細長範囲４３を通る光線は効率良く使用され、明るいプロジェクタを実現することができる。
【００２６】
前記において開口角ＰＰは、開口角ＰＩの１．２倍より大きいことが望ましい。これにより極めて明るいプロジェクタが実現できる。
【００２７】
上記の如く細長範囲４３の長巾ｂは、短巾ａの５倍以上の長さを有する。従って、この範囲に比例する開口角ＰＰと開口角ＰＩの比率の瞳を使用することにより極めて明るいプロジェクタを使用することができる。
【００２８】
更に、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ２１がガラスプリズム４４で作られている場合、ガラスプリズム４４の入射出面で入射光が屈折する。従ってこの場合には、図１１に示すように、Ｘ軸方向に更に細長い細長範囲４５が形成される。なお図１１の領域は、より詳細にはプリズムの屈折率が１．８である場合を示す。図１０に示すように、この場合ビームスプリッタの法線に対する主入射光線の光軸（Ｙ軸）の成す角度θは４５°であり、許容ずれ角度φは３．３２°となる。
【００２９】
なお、前記垂直方向開口角ＰＰは、６０°より小さいのが望ましい。これによりレンズの収差補正が容易となる。すなわち前記開口角が６０°であることは、Ｆナンバーで１に相当する。従ってこの角度を越える明るさの投射レンズの実現は一般的には困難である。
【００３０】
本願発明の他の側面は、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板及び投射レンズを備えた反射型液晶プロジェクタにおいて、投射レンズの前方（スクリーン側）から光源側を見た時の瞳の形状を、偏光ビームスプリッタの表面の法線と前記投射レンズの光軸とで作られる主入射面方向の開口角をＰＩとし、該主入射面に垂直な方向の開口角をＰＰとするとき、ＰＰ＞ＰＩとすることである。前記において開口角ＰＰは、開口角ＰＩの１．２倍より大きいことが望ましい。
【００３１】
前記瞳は、好ましくは、ビームスプリッタと光源との間に置かれた絞りを、液晶面又は投射レンズのスクリーン側から見た場合の、当該絞りのレンズ系による像である。前記絞りは、好ましくはフライアイインテグレータ（後述する実施態様における第２フライアイインテグレータ）である。
【００３２】
本願発明の他の側面は、偏光ビームスプリッタ及び１／４波長板及び投射レンズを備えた反射型液晶プロジェクタにおいて、光学系を通過する光線を定める機能を有する絞り手段の形状を、前記偏光ビームスプリッタの表面の法線と前記投射レンズの光軸とで作られる主入射面に平行な方向の巾に比べて、当該方向に垂直な方向の巾が大きいものとしたことである。前記において主入射面に垂直な方向の幅は、平行な方向の幅の１．２倍より大きいことが望ましい。
【００３３】
前記絞り手段の機能は、例えば光源と偏光ビームスプリッタの間に配置されるフライアイインテグレータにより果たされる。この場合前記絞りの形状は、前記フライアイインテグレータの外形形状である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１２乃至図１５を参照して、本願発明の反射型液晶プロジェクタの一実施形態を説明する。
【００３５】
この実施形態には光源としてのランプ１０１が設けてある。このランプ１０１から射出された光線はリフレクタ１０３により反射された後、コンデンサレンズ１０５により集束され、第１フライアイインテグレータ１０７へ入射される。ここに前記リフレクタ１０３により反射され、コンデンサレンズ１０５により集束される光線はリフレクタ軸１０９に対して回転対称に分布する。従って、前記第１フライアイインテグレータ１０７は、図１３に示すように光線を最大限取り込めるように円形に近い外形形状に成形されている。
【００３６】
図１３に示すように、前記第１フライアイインテグレータ１０７は多数のレンズエレメント１１１から構成されている。そして、前記第１フライアイインテグレータ１０７の各レンズエレメント１１１による光源のスポット像が第２フライアイインテグレータ１１３の対応する各々のレンズエレメント１１５（図１４）の上に結像される。
【００３７】
前記第２フライアイインテグレータ１１３からの光線は、ダイクロイックミラー１１７及び１１９により例えば赤、青、緑の波長の光線に分光される。分光された各光線は、フィールドレンズ１２１，１２３，１２５（及び場合によってはリレーレンズ１２７，反射ミラー１２８、リレーレンズ１２９）を介してそれぞれの波長についての像形成を行う像形成装置１３１，１３３，１３５へ入射される。ここに、前記像形成装置１３１，１３３，１３５は、例えば図４に示したものと同様な構成を有し、それぞれ、偏光ビームスプリッタ２１及び１／４波長板３１及び液晶素子２３を備えている。前記像形成装置１３１，１３３，１３５からのそれぞれの波長を有する光線は色合成プリズム１３７で合成され、前記投射レンズ２５と同様の投射レンズ１３９を介して図示しないスクリーン上へ投射される。
【００３８】
図１５は、前記投射レンズ１３９をスクリーン側（図１２において左側）から覗いてみた時に当該レンズ１３９の中に見える像であり、レンズ１３９の瞳１３９ａの中に、前記第２フライアイインテグレータ１１３の像１１３’が見える。従って、この反射型液晶プロジェクタでは、前記第２フライアイインテグレータ１１３が実質的に開口絞りとして機能する。すなわち、前記第１フライアイインテグレータ１０７からのスポット像は光源１０１の広がりにより前記第２フライアイインテグレータ１１３のエレメントからはみ出す場合があるが、はみ出した光線は前記液晶素子２３あるいは投射レンズ１３９により蹴られてしまい実質的にこの反射型液晶プロジェクタの光学系を通過することができない。従ってこのプロジェクタの光学系では前記第２フライアイインテグレータ１１３の外形形状のレンズ系による像が光学系全体の瞳形状となる。
【００３９】
ところで、すでに図７乃至図９を参照して説明したように、前記偏光ビームスプリッタ２１の特性のため、前記ビームスプリッタ２１の法線ｎと投射レンズの光軸で作られる主入射面と垂直な方向（図１２においてＸ軸方向）に細長い範囲４３を通過する光線では前記ビームスプリッタ２１により、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とが正しく分離されるが前記範囲４３の外側を通る光線ではＰ偏光成分とＳ偏光成分とが正しく分離されず、コントラストの低下を招く。
【００４０】
従って、前記ビームスプリッタ２１の法線ｎと投射レンズの光軸で作られる主入射面と平行な方向（図１２においてＹ軸方向）における前記第２フライアイインテグレータ１１３の巾１１３ａ（図１４）は、比較的短く設計され、この第２フライアイインテグレータ１１３を通過してビームスプリッタ２１へ到達した光線が前記細長範囲４３のＹ軸方向の巾ａの中に入るように設定されている。これによりコントラストの高い画像をスクリーン上に形成できる。すなわち、Ｙ軸方向の幅１１３ａを大きくすれば無駄になる光線の割合を少なくすることができるが、この幅１１３ａの外側を通る光線を使用すると、スクリーン上において画像のコントラストの低下を招く。
【００４１】
一方、前記ビームスプリッタ２１の法線ｎと投射レンズの光軸で作られる主入射面と垂直な方向（図１２においてＸ軸方向）における前記第２フライアイインテグレータ１１３の巾１１３ｂ（図１４）は、比較的長く設計され、この第２フライアイインテグレータ１１３を通過してビームスプリッタ２１へ到達した光線が前記細長範囲４３のＸ軸方向の巾ｂの中に入るように設定されている。Ｘ軸方向の幅１１３ｂをＹ軸方向の幅１１３ａに比べて大きく設定することにより、ランプ１０１から射出された光線を効率良く液晶素子２３へ導きスクリーンをコントラスト良く照らすことができる。
【００４２】
要するに、Ｘ軸方向の幅１１３ａを短くし、Ｙ軸方向の幅１１３ｂを長くすることにより、はみ出して無駄になる光線の割合を減らし、ランプ１０１から射出された光線を効率良く液晶素子２３へ導きスクリーンをコントラスト良く照らすことができる。尚、前記Ｘ軸方向幅１１３ｂを長くすることに対応して、光学系の他のエレメントの形状も対応する方向において大きくする必要があることはもちろんである。
【００４３】
このように、偏光ビームスプリッタと１／４波長板を組み合わせて使用する反射型液晶プロジェクタでは、前記瞳の形状を横長の形状にする（例えば前記主入射面と平行な方向の開口角に対して主入射面と垂直な方向の開口角を大きくする）ことによりコントラストを低下させずに明るいプロジェクタを実現することができる。即ち、光源系及び投射系の瞳形状を円形ではなく主入射面に垂直方向に伸ばすことにより、広い開口角で光源からの光をより多く取り込むことができ、以て明るいプロジェクタを実現することができる。
【００４４】
垂直方向に伸ばす割合は主入射面方向の開口角をＰＩとし、これと垂直な方向の開口角をＰＰとする場合、ＰＰはＰＩの１．２倍より大きいのが好ましい。さもないと、垂直方向に広げた効果が小さく輝度の向上が望めない。
【００４５】
また投射レンズを構成する一枚一枚のレンズの外形は一般に円形でありＰＰをＰＩよりもあまり大きくすると投射像の形成に寄与しない無駄なレンズ領域が多くなる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、上記のように構成することにより、高いコントラストを保ちながら光源の発する光を高い効率で取り込み、もって明るい画像を形成することができる反射型液晶プロジェクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の第１反射型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図２】前記第１反射型液晶プロジェクタに設けた液晶素子への入射光・反射光の偏光方向を示す模式図である。
【図３】前記第１反射型液晶プロジェクタにおけるスクリーン上での光の漏れ量を示す模式図である。
【図４】従来の第２反射型液晶プロジェクタの構成を示す模式図である。
【図５】本願発明の作用を示すための説明図であり、偏光ビームスプリッタに対する入射光線の入射角度を示す図である。
【図６】本願発明の作用を示すための説明図であり、図５の入射角度に応じるＳ波・Ｐ波の透過率の変動を示す。
【図７】Ｓ波・Ｐ波の透過率が所望の値を有する範囲に存在する入射光線の（偏光ビームスプリッタに対する）入射角度範囲を表す模式図である。
【図８】図７の入射角度範囲をＸ−Ｙ面へ投影した範囲を示す模式図である。
【図９】図８の範囲及び液晶素子面での反射後の光線についての使用可能範囲を示す模式図である。
【図１０】偏光ビームスプリッタがガラスプリズムで作られている場合の、光線の入射経路を示す模式図である。
【図１１】偏光ビームスプリッタがガラスプリズムで作られている場合の、本願発明の瞳の形状を表す模式図である。
【図１２】本願発明の実施形態を示す模式図である。
【図１３】図１２に於けるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿って見た第１フライアイインテグレータの正面図である。
【図１４】図１２に於けるＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿って見た第２フライアイインテグレータの正面図である。
【図１５】図１２におけるＸＶ−ＸＶ線に沿って見た投射レンズの中の像の模式図である。
【符号の説明】
２１：    偏光ビームスプリッタ
２３：    液晶素子
２５：    投射レンズ
３１：    １／４波長板
１０７：  第１フライアイインテグレータ
１１３：  第２フライアイインテグレータ
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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