(57)【要約】  【課題】  投射型画像表示装置において、高画質の明るい画像を確保可能な技術の提供。  【解決手段】  ＰＢＳ等の第１の往復光路形成手段により回転多面体との間に第１の往復光路を形成しかつ第２の往復光路形成手段により映像表示素子との間に第２の往復光路を形成し、該第１の往復光路によっては、光源側からの光から分離した色光を該回転多面体に導くとともに、該回転多面体からの反射光を該第１の往復光路形成手段側に導き、かつ、上記第２の往復光路によっては、上記第１の往復光路形成手段からの色光を映像表示素子側に導くとともに、該映像表示素子で変調された色光を該第２の往復光路形成手段側に導き、該第２の往復光路形成手段で色光を色合成して投射レンズユニット側に出射する構成とする。【選択図】  図１
2006145621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置用の光学ユニットであって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第１の往復光路を形成する第１の往復光路形成手段と、
上記第１の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第１の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第２の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第２の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
上記第１、第２の往復光路形成手段はそれぞれ、偏光ビームスプリッタまたは全反射プリズムで構成される請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
光源側からの白色光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置であって、
上記白色光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第１の往復光路を形成する第１の往復光路形成手段と、
上記第１の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第１の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第２の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第２の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
上記回転多面体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項４】
光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成し、該光学像を拡大投写して画像表示する投射型画像表示装置であって、
上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光光を複数色の光に分離する色分離手段と、
中心軸周りに複数の反射面を有し、該中心軸周りに回転しながら該複数の反射面で順に、上記分離された色光を反射する回転多面体と、
上記色分離手段と上記回転多面体との間に配され、該色分離手段で分離された色光が入射され該回転多面体側に出射するとともに、該回転多面体で反射された色光が入射され該回転多面体との間に色光の第１の往復光路を形成する第１の往復光路形成手段と、
上記第１の往復光路形成手段と上記映像表示素子との間に配され、該第１の往復光路形成手段からの色光が入射され該映像表示素子側に出射するとともに、該映像表示素子で変調された色光が入射され該映像表示素子との間に色光の第２の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で出射する第２の往復光路形成手段と、
上記色合成光による光学像を拡大投射する投写レンズユニットと、
上記回転多面体を中心軸周りに回転駆動するモータと、
上記映像表示素子を映像信号に基づき駆動するとともに、上記モータを駆動する駆動回路と、
上記光源、上記モータ及び上記駆動回路に電力を供給する電源回路と、
を備え、上記回転多面体から上記映像表示素子に照射される各色光が、該回転多面体の回転に基づく上記反射面の切替わりにより、該映像表示素子上で所定方向に移動する構成としたことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項５】
上記映像表示素子は１個のパネルで構成され、上記回転多面体からの各色光が、上記第１の往復光路形成手段及び第２の往復光路形成手段を経てパネル面に順次照射される構成である請求項３または請求項４に記載の投射型画像表示装置。
【請求項６】
上記第１、第２の往復光路形成手段はそれぞれ、偏光ビームスプリッタまたは全反射プリズムで構成され、上記映像表示素子は、反射型液晶パネルまたはマイクロミラーアレイ素子で構成される請求項３または請求項４に記載の投射型画像表示装置。
【請求項７】
上記映像表示素子がマイクロミラーアレイ素子で構成され、少なくとも上記第２の往復光路形成手段が全反射プリズムで構成される請求項６に記載の投射型画像表示装置。
【請求項８】
上記色分離手段は、カラープリズムで構成される請求項３または請求項４に記載の投射型画像表示装置。
【請求項９】
上記回転多面体は、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が９０゜未満または９０゜を超えた値である請求項３または請求項４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、液晶パネルやマイクロミラーアレイ素子などの映像表示素子で光学像を形成しスクリーン等に拡大投射する投射型画像表示装置に係り、特に、映像表示素子上で複数の色光を所定方向に移動可能にする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの白色光は、インテグレータ手段、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）、コリメータレンズを通過した後、複数のダイクロイックミラーによって赤色光（以下、Ｒ光という）、緑色光（以下、Ｇ光という）及び青色光（以下、Ｂ光という）に分離され、各分離された色光はそれぞれの回転多面体により光路方向を変え、各色光がライトバルブ（以下、映像表示素子という）のそれぞれ異なった場所に照射され、かつ、各色光の照射される場所が順次映像表示素子上を一定方向に移動（スクロール）させるようにした投射型画像表示装置が知られている。スクロール技術の詳細については、例えば、特開２００４−１７０５４９号公報（特許文献１）、特開２００３−１４９７３８号公報（特許文献２）及び特開２００３−２５５２５０号公報（特許文献３）に述べられている。以下、スクロール技術における回転多面体と色分離手段について述べる。
【０００３】
特開２００４−１７０５４９号公報（特許文献１）には、複数の回転多面体を用いた投射型画像表示装置について記載されている。特許文献１においては、インテグレータ手段で予め、映像表示素子の有効範囲を、例えば、短辺方向に３分割した縦横比の矩形状の光量分布を形成した上で、色分離手段としてのダイクロイックミラーやプリズムにより色分離した各色光の光路中に、光路折り曲げの反射ミラーとしての作用も兼用した回転多面体を配置した構成となっている。この回転多面体の回転作用により、各色の矩形状光量分布が映像表示素子上を上下方向（短辺方向）に走査する。また、各色光用の回転多面体は、所定の回転位相差を相互に維持しながら回転する。従って、回転多面体で反射された各色光の光束は、映像表示素子上の異なる位置に、矩形状の照明領域を形成する。各色用の回転多面体が同方向に同速度で回転するので、各色光の矩形照明領域は映像表示素子を同方向に移動（走査）する。
【０００４】
特開２００３−１４９７３８号公報（特許文献２）には、色分離手段としてカラープリズムを用いた投射型画像表示装置が記載されている。特許文献２の該投射型画像表示装置は、インテグレータ手段としてのライトトンネルの出射側面に色分離手段としての２つのダイクロイックプリズムと１つの光路変更手段を配置した構成である。ライトトンネルで光量分布の一様化を図り、後続の２つのダイクロイックプリズムと１つの光路変更手段により、赤色、緑色、青色に空間的に分離し、所定領域で赤色，緑色，青色の各矩形状の光量分布を形成する。複数の凸レンズ機能部が円周方向に沿って配置されて成るレンズアレイホイールを回転させることで、複数の凸レンズ機能部は上記所定領域を循環的に通過するので、空間的に分離し隣接する位置関係にある赤色、緑色、青色の各色光の矩形状の照明領域が映像表示素子上を一方向に移動（走査）する。
【０００５】
また、特開２００３−２５５２５０号公報（特許文献３）には、色分離手段としてのカラープリズムと、１つの回転多面体とを用いる投射型画像表示装置が記載されている。該特許文献３には、特許文献１と同様、回転多面体により各色光の矩形照明領域が映像表示素子上で同一方向に移動（走査）される技術も記載されている。なお、本特許文献３記載の技術では、カラープリズムで色分離した各色光の矩形の光量分布をいったん回転多面体の反射面の近くに写像させることで、１つの回転多面体で各色光の矩形照明領域の移動（走査）を行うとしている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７０５４９号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９７３８号公報
【特許文献３】特開２００３−２５５２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
回転多面体を用いた投射型画像表示装置の小型化、コストダウンを考慮すると、複数の回転多面体を用いるより、１つの回転多面体で構成するのが好ましい。例えば特許文献３の技術は、この意味では望ましい技術である。しかし、特許文献３では、色分離手段から回転多面体までの光路と、回転多面体から映像表示素子までの光路が独立しており、小型化を図る上で改善の余地がある。
【０００８】
図７は、従来の投射型画像表示装置の説明図である。
図７において、１０１は光源、１０２はリフレクタ、１０３’は、光源１０１側からの白色光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換素子、１０４は光量分布の一様化を行うためのインテグレータであるライトトンネル、１０５’は、白色光を、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離する色分離手段としてのカラープリズム、１０８は前写像レンズ、１０９は反射ミラー、１１０は入射側偏光板、１１１は１／４波長位相差板、１１２は共通写像レンズ、１１３は回転多面体、１３はＰＢＳ、２０は、例えば反射型液晶パネルを用いた反射型映像表示素子、１１５は出射側偏光板、３０は投射レンズユニットである。
【０００９】
光源１０１をから出射された白色光は、リフレクタ１０２で反射し偏光変換素子１０３’の入射開口に集光する。偏光変換素子１０３’に入射した光束は、例えばＳ偏光光に揃えられる。Ｓ偏光光に偏光変換された光束は、インテグレータとしてのライトトンネル１０４により光量分布が一様化される。光量分布が一様化された光束は、カラープリズム１０５’により、赤色、緑色、青色に分離される。カラープリズム１０５’の出射側面は前写像レンズ１０８と共通写像レンズ１１２により、回転多面体１１３の反射面の近傍に写像される。さらに、この像は回転多面体１１３で反射されて、反射型映像表示素子２０上に写像される。
【００１０】
上記写像関係があるものの、光線の光路は、ＰＢＳ１３を通過する光線の偏光状態による。以下、その説明を行う。
偏光変換素子１０３’でＳ偏光光に揃えられた光線は、ＰＢＳ１３のＰＢＳ面で反射し、回転多面体１１３に向かって進む。ＰＢＳ１３と回転多面体１１３の間の光路には、１／４波長位相差板１１１を配置しているので、回転多面体１１３で反射した光線は１／４波長位相差板１１１を合計２回通過するため、１／２波長位相差板に相当する作用が生じる。従って、回転多面体１１３で反射してきた光線は、Ｐ偏光光に変換されて、今度は、ＰＢＳ１３を透過し、反射型映像表示素子２０に入射する。ここで、反射型映像表示素子２０の各画素がＯＮの場合、偏光状態が変換される（Ｐ偏光光→Ｓ偏光光）。このため、再び、ＰＢＳ１３のＰＢＳ面で反射し、投射レンズユニット３０を経てスクリーンへ投射される。以上が、基本的な光線の光路である。
【００１１】
ところで、ＰＢＳ１３を用いる際に、コントラスト性能を確保するために入射側偏光板１１０と出射側偏光板１１５を配置している。以下、図８を用い、偏光板の作用につき説明する。
図８は、偏光光に対する作用を説明するためのＰＢＳ周りの拡大図である。図８において、入射側偏光板１１０や出射側偏光板１１５がない場合、偏光変換素子１０３でＳ偏光光に変換されなかったＰ偏光光は、ＰＢＳ１３を透過し投射レンズユニット３０側へ出射する。このＰ偏光光は、反射型映像表示素子２０の各画素が黒表示（画素がＯＦＦ）で、反射型映像表示素子２０から投射レンズユニット３０に向かう光がない場合でも、スクリーンへ照射されてしまい、コントラスト性能が劣化する。
これに対して、入射側偏光板１１０や出射側偏光板１１５がある場合には、Ｓ偏光光が透過する入射側偏光板１１０によりＰ偏光光の光線を遮光できる。Ｐ偏光光の一部は、入射側偏光板１１０を、該入射側偏光板１１０の消光比の比率で透過するが、該Ｐ偏光光は、出射側偏光板１１５によって遮光可能である。
【００１２】
図７の構成においても、入射側偏光板１１０や出射側偏光板１１５を配置することで、良好なコントラスト性能が得られるが、偏光板を多用することで偏光板自体の透過率による光束量が低下するおそれがあるし、さらに、低コストの有機型の偏光板の場合は、光線を吸収するため、熱により偏光性能が劣化するおそれがある。
【００１３】
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型画像表示装置において、所定のコントラスト性能を、光束量の低下を抑えた状態で確保できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、高画質の明るい画像を確保可能な投射型画像表示技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題点を解決するために、本発明では、光学ユニットまたは投射型画像表示装置として、光源側からの光から分離した色光を、第１の往復光路形成手段（該当実施例符号１１、４１）が形成した第１の往復光路により、中心軸周りに回転しながら複数の反射面で順に色光を反射する回転多面体（該当実施例符号１１３）に導くとともに、該回転多面体からの反射光を該第１の往復光路形成手段側に導き、かつ、第２の往復光路形成手段（該当実施例符号１２、４２）が形成した第２の往復光路により、上記第１の往復光路形成手段からの色光を映像表示素子（該当実施例符号２０、２１）側に導くとともに、該映像表示素子で変調された色光を該第２の往復光路形成手段側に導き、該第２の往復光路形成手段で色光を色合成して投射レンズユニット側に出射する構成とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、投射型画像表示装置において、入射側偏光板及び出射側偏光板を用いなくとも、コントラスト性能を確保することができる。また、偏光板による光束量の低下も改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１〜図４は、本発明の第１の実施例の説明図である。図１は、本発明の第１の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型画像表示装置の偏光変換素子、ライトトンネル及びカラープリズムの説明図、図３は、偏光変換素子及びカラープリズムの変形例の説明図、図４は、図１の投射型画像表示装置の往復光路形成手段としてのＰＢＳの説明図である。なお、図１〜図４において、図７の装置と同一の構成・機能を有する構成要素には図７の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００１８】
図１において、１０３は、光源１０１側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換素子、１０５は、例えばＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離する色分離手段としてのカラープリズム、１１は、カラープリズム１０５と回転多面体１１３との間に配され、該カラープリズム１０５で分離された各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が入射され該回転多面体１１３側に出射するとともに、該回転多面体１１３で反射された色光が入射され該回転多面体１１３との間に各色光の第１の往復光路を形成する第１の往復光路形成手段としての第１のＰＢＳ、１２は、上記第１のＰＢＳ１１と反射型映像表示素子２０との間に配され、該第１のＰＢＳ１１から出射した各色光が入射され該反射型映像表示素子２０側に出射するとともに、該反射型映像表示素子２０で変調された色光が入射され該反射型映像表示素子２０との間に各色光についての第２の往復光路を形成し、かつ、色光を色合成した状態で投射レンズユニット３０側に出射する第２の往復光路形成手段としての第２のＰＢＳである。第２のＰＢＳ１２は、偏光子・検光子として作用する。第１のＰＢＳ１１は、カラープリズム１０５側からの各色光の偏光光を内部の偏光分離面で反射し光路方向を変更して回転多面体１１３側に導き、該回転多面体１１３の反射面で反射した偏光光を同じ光路を通して入射させその偏光分離面を透過させて、第２のＰＢＳ１２側に導く。すなわち、該第１のＰＢＳ１１は、該第１のＰＢＳ１１と回転多面体１１３との間に、各色光について往路と復路が１つの直線状光路上にあって光学部品（１／４波長位相差板１１１、共通写像レンズ１１２）を共用した構成の第１の往復光路を形成する。また、第２のＰＢＳ１２は、上記第１のＰＢＳ１１側からの各色光の偏光光を内部の偏光分離面で反射し光路方向を変更して反射型映像表示素子２０側に導き、該反射型映像表示素子２０で反射かつ変調された偏光光を同じ光路を通して入射させてその偏光分離面を透過させ、色合成して投射レンズユニット３０側に出射する。すなわち、該第２のＰＢＳ１２は、該第２のＰＢＳ１２と反射型映像表示素子２０との間に、各色光について往路と復路が１つの直線状光路上にある第２の往復光路を形成する。
以下、説明の便宜上、ライトトンネル１０４の光軸方向をＺ軸、回転多面体１１３の回転軸方向をＸ軸、ＸＺ平面（図１紙面に平行）に直交する軸をＹ軸とする。
【００１９】
図１において、光源１０１を出射した光は、リフレクタ１０２で反射し、偏光変換素子１０３の入射開口部に集光する。偏光変換素子１０３は、図２（ａ）に示すように、その入射面（入射光線とその反射光線とで形成される面）がＸＺ平面に平行なＺ軸に対して４５°傾斜した偏光分離面１０３ａ、１０３ｂを有しており、偏光分離面１０３ａを透過したＰ偏光光（その偏光方向がＸＺ平面に平行）は出射側面に配置されている１／２波長位相差板１０６でＳ偏光光に変換される。また、偏光分離面１０３ａを反射したＳ偏光光（その偏光方向がＸＺ平面に直交）は、偏光分離面１０３ｂで反射して出射する。このように、偏光変換素子１０３は、光源１０１からの無偏光状態の光をＳ偏光光に変換する。偏光変換素子１０３でＳ偏光光に揃えられた光は、インテグレータとしてのライトトンネル１０４で一様な光量分布とされ、色分離手段としてのカラープリズム１０５に入射する。カラープリズム１０５は、図２（ｂ）に示すように、その入射面（入射光線とその反射光線とで形成される面）がＹＺ平面に平行なＺ軸に対し４５°傾斜したダイクロイックミラー面である第１の色分離面１０５ａ、第２の色分離面１０５ｂ、第３の色分離面１０５ｃを有している。第１の色分離面１０５ａでは第１の色光を透過し、残りの色光を反射する。次に、第２の色分離面１０５ｂでは、上記残りの色光の中から第２の色光を反射し、残りの色光を透過する。最後に、第３の色分離面１０５ｃでは、上記残りの色光から第３の色光を反射する。つまり、カラープリズム１０５は、第１の色光と第２の色光と第３の色光を、Ｙ軸方向に空間的に分離し同じ方向（Ｚ軸方向）に出射する。なお、第１の色光、第２の色光及び第３の色光の各波長域の間の不要な光は、第３の色分離面１０５ｃで透過させて図の下方へ出射する方法や、光路途中にトリミングフィルタを配置し、これによってカットする方法や、これらの方法を組合せる方法などによって除去することができる。
【００２０】
偏光変換素子１０３の偏光分離面での入射面（ＸＺ断面）と、カラープリズム１０５のダイクロイックミラーの入射面（ＹＺ断面）とは、直交した配置関係（例えば偏光分離面１０３ａと第１色分離面１０５ａとはその入射面が互いに直交している）にあるため、偏光変換素子１０３のＳ偏光光は、カラープリズム１０５に対してはＰ偏光光となる。すなわち、本第１の実施例においては、カラープリズム１０５はＰ偏光光で膜設計を行ってあるものとする。図１から明らかなように、第１のＰＢＳ１１の偏光分離面での入射面（ＸＺ断面）と、偏光変換素子１０３での偏光分離面の入射面（ＸＺ断面）が同じであるため、カラープリズム１０５でのＰ偏光光は、第１のＰＢＳ１１ではＳ偏光光となる。
【００２１】
カラープリズム１０５で色分離された各色光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）は、第１のＰＢＳ１１に入射する。上記のように、各色光の偏光方向は、第１のＰＢＳ１１の偏光分離面に対してはＳ偏光光である。このため、反射されて回転多面体１１３に入射する。このとき、カラープリズム１０５の各色光に対応した出射側面は、それぞれ前写像レンズ１０８と共通写像レンズ１１２により、回転多面体１１３の反射面の近くに写像される。
【００２２】
また、第１のＰＢＳ１１と回転多面体１１３との間の光路には、１／４波長位相差板１１１が配されているため、回転多面体１１３で反射した光（色光）は、１／４波長位相差板１１１を合計２回通過する。１／４波長位相差板１１１を２回通過することで、１／２波長位相差板を１回通過したと同等の効果を生じる。従って、回転多面体１１３で反射してきた光はＰ偏光光に変換され、図４に示すように、今度は、第１のＰＢＳ１１の偏光分離面を透過する。透過したＰ偏光光は、１／２波長位相差板１１４によりＳ偏光光に変換され、第２のＰＢＳ１２のＰＢＳ面（偏光分離面）で反射し、反射型映像表示素子２０に入射する。ここで、反射型映像表示素子２０の各画素がＯＮの場合、偏光状態が変換され、Ｓ偏光光はＰ偏光光とされるため、今度は、第２のＰＢＳ１２のＰＢＳ面（偏光分離面）を透過し、投射レンズユニット３０を経てスクリーン等に拡大投射される。
【００２３】
また、偏光変換素子でＳ偏光光に変換されないＰ偏光光は、第１のＰＢＳ１１を透過するが、透過した先には投射レンズユニット３０が配置されていないため、該Ｐ偏光光は、スクリーン面等に到達してコントラスト性能を劣化させることはない。すなわち、入射側偏光板や出射側偏光板を用いなくとも、所定の良好なコントラスト性能を確保することができる。
【００２４】
上記本発明の第１の実施例によれば、入射側偏光板と出射側偏光板を用いない構成で所定のコントラスト性能を確保することが可能となる。また、これらの偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
【００２５】
なお、上記説明では、偏光変換素子１０３では偏光光をＳ偏光光に揃えたが、これに限定されるものではなく、例えば、図３（ａ）に示すように、偏光変換素子１０３の偏光分離面で分離したＰ偏光光とＳ偏光光の出射側面のうち、Ｓ偏光光の出射側面に１／２波長位相差板１０６を配置し、Ｐ偏光光にするように偏光状態を揃えてもよい。この組合せでは、図３（ｂ）のように、カラープリズム１０５はＳ偏光光で膜設計する。また、カラープリズム１０５の出射側に１／２波長位相差板１０７を配置して、第１ＰＢＳ１１へはＳ偏光光を入射させる。
【００２６】
また、図１では、リフレクタ１０２は楕円リフレクタとしているが、放物面リフレクタと凸レンズを組合せて光束を集光させてもよい。さらに、インテグレータについても、ライトトンネルでなく、マルチレンズを用いて構成しても同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００２７】
図５は、本発明の第２の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
図５において、２１は、マイクロミラーアレイ素子である。該マイクロミラーアレイ素子２１は、２次元状に配列された多数の画素のそれぞれが微小なミラーで構成され、微小ミラーの傾きを制御し、反射光の反射角度を変化させることによってＯＮ／ＯＦＦ状態をつくる変調方式の反射型映像表示素子である。４２は、第２の往復光路形成手段としての第２の全反射プリズムで、入射側プリズム４２ａと出射側プリズム４２ｂとから成る。入射側プリズム４２ａと出射側プリズム４２ｂとの間には空気層が形成されている。なお、図５において、図１の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図１の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第２の実施例と上記第１の実施例との違いは、第２の往復光路形成手段として、第２のＰＢＳ１２に替えて第２の全反射プリズム４２を用い、かつ、映像表示素子としてマイクロミラーアレイ素子２１を用いている点である。
【００２８】
図５で、第１のＰＢＳ１１側から第２の全反射プリズム４２に入射した光（色光）は、該第２の全反射プリズム４２内において入射側プリズム４２ａに入射し、該入射側プリズム４２ａの、出射側プリズム４２ｂと向い合って空気層を形成した面で全反射し、マイクロミラーアレイ素子２１側に出射し、該マイクロミラーアレイ素子２１の面に照射される。該マイクロミラーアレイ素子２１では、各画素がＯＮの場合、基準の反射光が該マイクロミラーアレイ素子２１の有効面全体に対してほぼ垂直になるよう対応した各マイクロミラーの角度が制御される。上記において「基準」としたのは、光束にはＦ値の広がりがあるため、全ての光線が垂直ではないからである。マイクロミラーアレイ素子２１の各画素がＯＮの場合、マイクロミラーアレイ素子２１で反射しかつ変調されて光学像を形成した光は、入射側プリズム４２ａの全反射面に、最初の場合（第１のＰＢＳ１１側からの色光が該入射側プリズム４２ａに入射した場合）よりは小さい入射角度で入射する。このため、該全反射面では光は屈折され、その後該第２の全反射プリズム４２から出て投射レンズユニット３０へ入射する。
【００２９】
上記本発明の第２の実施例によれば、上記第１の実施例の場合と同様、カラープリズム１０５からの光線が第１のＰＢＳ１１をそのまま透過したとしても、投射レンズユニット３０に入射することはない。このため、第１の実施例の場合と同様、偏光板を用いなくとも所定のコントラスト性能を確保することができる。また、偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
【実施例３】
【００３０】
図６は、本発明の第３の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
図６において、４１は、第１の往復光路形成手段としての第１の全反射プリズムであり、入射側プリズム４１ａと出射側プリズム４１ｂとから成る。入射側プリズム４１ａと出射側プリズム４１ｂとの間には空気層が形成されている。なお、図６において、図１、図５の構成と同じ構成・作用を有する要素には、図１、図５の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。本第３の実施例の、上記第２の実施例との構成上の違いは、第１の往復光路形成手段として第１のＰＢＳに替えて第１の全反射プリズム４１を用い、かつ、回転多面体１１３を、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が９０゜未満または９０゜を超えた値となるようにし、該反射面に対する入射光と出射光とが異なる光路上を進むようにした点である。
【００３１】
図６で、第１の全反射プリズム４１に入射した光は、入射側プリズム４１ａに入射し、該入射側プリズム４１ａの、出射側プリズム４１ｂと向い合って空気層を形成した面で全反射し、回転多面体１１３に照射される。回転多面体１１３は、上記のように、その反射面に対する光の入出射方向とその中心軸との成す角が９０゜未満または９０゜を超えた値となるようにしてあるため、該回転多面体１１３からの反射光は、入射光と異なる角度で出射する。回転多面体１１３で反射した光束は、入射側プリズム４１ａの全反射面に、最初の場合（カラープリズム１０５側からの色光が該入射側プリズム４１ａに入射した場合）よりも小さい入射角度で入射する。このため、入射光は、該全反射面で屈折され、その後該第１の全反射プリズム４１を出て第２の全反射プリズム４２へ入射する。第２の全反射プリズム４２に入射した光は、上記第２の実施例の場合と同様にして光学処理され、その後、マイクロミラーアレイ素子２１に照射される。該マイクロミラーアレイ素子２１においても、入射光は、上記第２の実施例の場合と同様にして光学処理され、その後、投射レンズユニット３０側に出射される。
【００３２】
上記第３の実施例では、第１の往復光路形成手段としての第１の全反射プリズム４１が回転多面体１１３との間に形成する第１の往復光路も、第２の往復光路形成手段としての第２の全反射プリズム４２がマイクロミラーアレイ素子２１との間に形成する第２の往復光路もともに、各色光について往路と復路が１つの直線状光路上には形成されず、互いにずれて形成される。このため、本第３の実施例においては、第１の往復光路も第２の往復光路も、偏光状態の違いによる光路分岐を行う必要がなく、上記第１、第２の実施例のような偏光変換素子１０３や偏光板を必要としない。本第３の実施例では、偏光変換素子１０３を用いない構成に対応し、リフレクタ１０２からの集光光束がライトトンネル１０４の入射側の開口部全体に集光するように位置を移動してある。
【００３３】
上記本発明の第３の実施例によっても、上記第１、第２の実施例の場合と同様、投射型画像表示装置において、偏光板を用いなくとも所定のコントラスト性能を確保することができる。また、偏光板を用いないことにより、偏光板があることによる光束量の低減化が改善され、また、偏光板の熱による偏光性能の劣化も回避される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
【図２】図１の投射型画像表示装置の要部の説明図である。
【図３】偏光変換素子及びカラープリズムの変形例の説明図である。
【図４】図１の投射型画像表示装置の往復光路形成手段としてのＰＢＳの説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
【図６】本発明の第３の実施例としての投射型画像表示装置の構成例図である。
【図７】従来の投射型画像表示装置の説明図である。
【図８】本発明の課題点を説明するためのＰＢＳ周りの図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１…第１のＰＢＳ、
１２…第２のＰＢＳ、
１３…ＰＢＳ、
２０…反射型映像表示素子、
２１…マイクロミラーアレイ素子、
３０…投射レンズユニット、
４１…第１の全反射プリズム、
４２…第２の全反射プリズム、
１０１…光源、
１０２…リフレクタ、
１０３…偏光変換素子、
１０４…ライトトンネル、
１０５…カラープリズム、
１０６、１０７、１１４…１／２波長位相差板、
１０８…前写像レンズ、
１０９…反射ミラー、
１１０…入射側偏光板、
１１１…１／４波長位相差板、
１１２…共通写像レンズ、
１１３…回転多面体、
１１５…出射側偏光板。
【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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