(57)【要約】【課題】   パネル（映像表示素子）上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させ、表示画像の品質を向上可能な投射装置とその光学ユニットを提供する。【解決手段】  光源１から出射された光をＲ、Ｇ、Ｂの色光に分離し、ポリゴンミラー１３により映像表示素子１２上の異なる領域に入射し、それぞれの領域からの出射光により映像信号に応じた光学像を形成し、投射レンズ２３を介してスクリーン上に拡大・投射する投射装置の光学ユニットにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂに分離された各色光をポリゴンミラー１３の反射面上に導く光路を、当該反射面に対して略垂直に入射するように構成し、もって、映像表示素子上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させる。【選択図】  図１
2006139101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
当該光源から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、
当該色分離手段から出射された各色光が異なる領域に入射され、それぞれの領域からの出射により映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
当該色分離手段から出射された複数の色光を、そのそれぞれの光軸方向を変え、当該複数の色光が照射される領域を所定の方向に移動させながら当該映像表示素子の異なった領域に照射する回転多面体と、
該映像表示素子から出射された光を映像として投射する投射装置とを備えた光学ユニットであって、更に、
前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路を備えており、当該光路は、当該複数の色光の光軸が、所定角度における当該回転多面体を構成する単一の面に対して略垂直に入射もしくは入出射するように構成されていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
【請求項２】
前記請求項１に記載の光学ユニットにおいて、前記回転多面体は、その表面を反射面とした反射型回転多面体であることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
【請求項３】
前記請求項２に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、更に、前記反射型回転多面体の反射面において、当該色分離手段から出射された各色光が略均等の光学長さで入射するように構成されていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
【請求項４】
前記請求項２に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、前記反射型回転多面体の反射面から出射された各色光が、前記映像表示素子上を均一に走査するように構成されていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
【請求項５】
前記請求項２に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、当該色分離手段から出射された少なくとも３色の光を、以下の条件を満たすように、前記反射型回転多面体の反射面において照射するように構成されていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
θ１：−ａ＋α≦θ１≦＋ａ＋α
θ２：−ａ≦θ２≦＋ａ
θ３：−ａ−α≦θ３≦＋ａ−α
但し、θ１〜θ３は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された３色の光のうち、中心の色光の振れ角に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。
【請求項６】
前記請求項２に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路上に、前記反射型回転多面体の反射面の近傍に当該複数の色光を光源像として結像する光学系を備えていることを特徴とする映像表示装置の光学ユニット。
【請求項７】
前記請求項１〜６の何れかに記載された光学ユニットと共に、当該光学ユニットにおける前記光源へ所定の電力を供給するための電源部と、当該光学ユニットにおける前記映像表示素子へ映像信号を供給するための映像信号処理部とを、筐体内に収納してなることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル、又は、映像表示素子などの、所謂、ライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の光学ユニット、投射型映像表示装置に係わり、特に、ライトバルブ素子に入射する複数の色の光を、回転する多面体を用いてライトバルブ素子上の異なった領域に照射し、かつ、その照射領域を順次移動させることによりカラー映像を得て投射する映像表示装置、更には、そのための光学ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ランプからの光を、例えば、第１及び第２のアレイレンズ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、コリメータレンズを通過させた後、複数のダイクロイックミラーを使用してＲ光、Ｂ光及びＧ光に分離し、分離された各々の光を、回転する反射型多面体を用いてそれぞれ光路を変え、もって、各光が１枚のライトバルブ素子（以下、単に「パネル」と言う）上のそれぞれ異なった領域に照射し、かつ、各光の照射領域が、順次、上記パネル上を一定の方向に移動（スクロール）させるようにした投射装置やそのための光学ユニットは、例えば、以下の特許文献により既に知られている。
【特許文献１】特開２００２−３２８３３２号公報
【特許文献２】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】
【０００３】
上記の従来技術になる投射装置や光学ユニットでは、１個の回転する反射型多面体を用いて、分離された各々の光を上記パネル上の異なる位置に照射することにより、複数の光の混色及びコントラスト劣化を改善した、光の利用効率がよい投射装置やそのための光学ユニットを実現している。しかしながら、未だ、その回転する反射型多面体を含む光学系の構成から、上記パネル上での移動（スクロール）に伴う各色光のスキャン量が一致せず、そのため、投射される画像の明るさが場所によって異なり、或いは、その色が変化してしまうなど、表示される投影画像の品質において未だ問題があった。
【０００４】
そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑み、特に、回転する反射型多面体を用いて、分離された各々の光を上記パネル上の異なる領域に照射することにより、複数の光の混色及びコントラスト劣化を改善した、光の利用効率がよい投射装置、又は、そのための光学ユニットにおいて、当該パネル（映像表示素子）上での移動に伴う各色光のスキャン量を一致させることが可能であり、もって、表示画像の品質を向上することの可能な投射装置、更には、そのための光学ユニットを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上述した目的を達成するために、まず、光源と、当該光源から出射された光を複数の色光に分離する色分離手段と、当該色分離手段から出射された各色光が異なる領域に入射され、それぞれの領域からの出射により映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、当該色分離手段から出射された複数の色光を、そのそれぞれの光軸方向を変え、当該複数の色光が照射される領域を所定の方向に移動させながら当該映像表示素子の異なった領域に照射する回転多面体と、該映像表示素子から出射された光を映像として投射する投射装置とを備えた光学ユニットであって、更に、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路を備えており、当該光路は、当該複数の色光の光軸が、所定角度における当該回転多面体を構成する単一の面に対して略垂直に入射もしくは入出射するように構成されている映像表示装置の光学ユニットが提供される。
【０００６】
また、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記回転多面体は、その表面を反射面とした反射型回転多面体であることが好ましく、更には、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、更に、前記反射型回転多面体の反射面において、当該色分離手段から出射された各色光が略均等の光学長さでに入射するように構成されていること、又は、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、前記反射型回転多面体の反射面から出射された各色光が、前記映像表示素子上を均一に走査するように構成されていることが好ましい。
【０００７】
更に、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路は、当該色分離手段から出射された少なくとも３色の光を、以下の条件を満たすように、前記反射型回転多面体の反射面において照射するように構成されていることが好ましい。
θ１：−ａ＋α≦θ１≦＋ａ＋α
θ２：−ａ≦θ２≦＋ａ
θ３：−ａ−α≦θ３≦＋ａ−α
但し、θ１〜θ３は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された３色の光のうち、中心の色光の振れ角に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。
【０００８】
また、本発明では、前記に記載の光学ユニットにおいて、前記色分離手段からの複数の色光を前記回転多面体に導くための光路上に、前記反射型回転多面体の反射面の近傍に当該複数の色光を光源像として結像する光学系を備えていることが好ましい。
【０００９】
加えて、本発明によれば、前記に記載された光学ユニットと共に、当該光学ユニットにおける前記光源へ所定の電力を供給するための電源部と、当該光学ユニットにおける前記映像表示素子へ映像信号を供給するための映像信号処理部とを、筐体内に収納してなる映像表示装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明になる上記光学ユニット、及び、それを利用した上記映像表示装置によれば、回転する多面体を用いて、分離された各々の光を上記映像表示素子上の異なる領域に照射することにより、カラー映像を形成し、当該形成したカラー映像を投射手段により投射する映像表示装置の光学ユニットにおいて、当該映像表示素子上での移動（スキャン又はスクロール）に伴う各色光のスキャン量を一致させることが可能となり、もって、表示画像の品質を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明になる幾つかの実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
まず、図１は、本発明の第１の実施例になる映像表示装置、特に、その主要な構成部分となる光学ユニットの概略を示す構成図である。この図において、符号１は、光源であるランプを示しており、特に、近年における、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の投射装置における光学ユニットでは、投射される映像の明るさを確保するため、例えば、キセノンランプ、メタハライドランプ、超高圧水銀ランプ等、高出力のランプが採用されている。しかしながら、これに限ることなく、本発明では、上記のランプに代えて、例えば、ＬＥＤ、無電極ランプ等の光源を利用することも可能である。また、図中の符号２は、上記光源であるランプ１の周囲に取り付けたリフレクタであり、当該リフレクタ２は、その内部鏡面を、例えば、双曲線状に形成し、もって、上記ランプ（アーク）１から出射された光を反射して集光し（図中の破線を参照）、もって、得られる光を偏光変換素子４の入射窓に照射する。なお、この偏光変換素子４は、偏光ビームスプリッタと１／２λ波長板との組み合わせにより、ランダムな偏光光を、Ｓ偏光光又はＰ偏光光に変換するものである。
【００１２】
上記のように、リフレクタ２を介して集光された光源１からの光は、偏光変換素子４を通して、Ｓ偏光光又はＰ偏光光のいずれかの偏光光に偏光方向が揃えられた後、ライトパイプ３（又は、インテグレータ、ライトファネルとも呼ばれ、ガラスパイプから構成される）を反射・透過して、所定の出射角（Ｆ値）で複数のレンズ（本例では、３枚の凸レンズ６、７、８）から構成される１次結像レンズ群に入射される。更に、これら複数の１次結像レンズ群６、７、８から出射した光は、例えば、複数（本例では３枚）の反射ミラー（ダイクロイックミラー）９Ｒ、９Ｇ、９Ｂを傾斜して張り合わせて構成し、白色光を複数の色光に分離する色分離素子９に入射し、そこでＲ、Ｇ、Ｂの３色に分離される。この色分離素子９は、例えば、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー９Ｒ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー９Ｇ、Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラー９Ｂによって構成されており、出射する白色光を、それぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射する。なお、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー９Ｒは、Ｇ光及びＢ光を透過させる。また、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー９ＧはＢ光を透過させる。このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は色分離素子９で分離、反射される。なお、この色分離素子９は、上述した反射ミラーに代えて、例えば、R、G、B、W（白色）の色光等の複数のカラーフィルタ、カラープリズムによって構成することも可能である。
【００１３】
上述のようにしてＲ、Ｇ、Ｂの３色に分離された光は、例えば図示の例では３枚の凸レンズにより構成された２次結像レンズ群２５、偏光ビームスプリッタ（以下「ＰＢＳ(Polarized Beam Splitter)」と言う）１０、更には、１／４λ波長板５ｂを介して、反射型回転多面体である、所謂、ポリゴンミラー１３の反射面の異なる場所に照射され、その反射面で反射される。なお、この時、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離された光は、上記２次結像レンズ群２５により、ポリゴンミラー１３の反射面の近傍（反射面の前後、数ｍｍ程度）に複数の２次光源像として結像されるように構成されている。この後、各色光の光軸は、ポリゴンミラー１３が所定角度の時に、略垂直に入射するように構成されており、ポリゴンミラー１３の一面で反射された後、入射光軸と同等の略垂直方向に出射される構成となっている。このとき、所定角度は、ポリゴンミラー１３の一面の中心とポリゴンミラー１３の回転中心を通る中心線が、入射光軸に対し水平になる位置の回転角度としている。なお、図では、上記反射型回転多面体であるポリゴンミラー１３として、非球面形状である湾曲面から成る８面の反射面で構成された例を示しているが、しかしながら、その反射面の数は限定されるものではなく、また、その反射面を逆湾曲面や平面に形成したものであってもよい。この場合、非球面形状をパネル上の光の移動速度を一定にするための形状とする場合でも良く、具体的には、ポリゴンミラー１３の一面の形状を中心より端部の曲率を徐々に変化させ、ポリゴンミラー１３の回転と同時に、反射光の角度が変化していくときの光に反射角度の変化量を一定に近づけることが可能である。なお、このポリゴンミラー１３の１つの反射面上で、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が反射された場合、各光の光軸は、一旦、交差される。また、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のいずれか二つの光が、ポリゴンミラー１３の１つの面で反射された場合には、これら光の光軸は交差される。交差位置は、パネルまでの3次結像系の絞りの位置でも良い。
【００１４】
このポリゴンミラー１３の反射面で反射された光は、再度、上記１／４λ波長板５ｂ、ＰＢＳ１０を透過し、更には、３次結像レンズ群を構成する凸レンズ群１４、１５、１６、そして、１／２λ波長板５ａを介して、２つのプリズムの界面に誘電帯多層膜方式のＰＢＳ又は多層フィルム方式のＰＢＳを形成することによって構成されたＰＢＳ１８に入射し、その界面にて反射され（Ｓ偏光光）、入射光の偏光方向を揃える１／４λ波長板又はコントラスト調整素子（例えば、コンベンセーションフィルムやトリムリターダからなる）５ｃを介して、単板反射型映像表示素子１２であるパネル上の異なった場所（領域）に照射される。なお、上記の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８は、ワイヤグリッド等による平板ＰＢＳとすることも、また、ガラスプリズムにてワイヤグリッドを挟み込んだ構成であるＰＢＳとすることも可能である。また、上記単板反射型映像表示素子１２は、例えば、ＬＣＯＳと呼ばれる反射型液晶パネル、又は、反射型マイクロミラーデバイス方式のパネルにより構成することが出来る。その後、上記単板反射型映像表示素子１２にて反射された光（Ｐ偏光光）は、再度、上記１／４λ波長板５ｃ及びＰＢＳ１８、更には、偏光板１７ｂを介して、投射レンズ２３に入射し、当該投射レンズ２３を通してスクリーン（図示せず）上に拡大して投射される。
【００１５】
すなわち、上記にその詳細な構成を説明した、本発明になる映像表示装置の光学ユニットによれば、上記光源１からのランダムな偏光光は、偏光変換素子４、ライトバルブ３によって所定の偏光光（本例では、Ｓ偏光光）に偏光され、複数のレンズ６、７、８から構成される１次結像系を介して、色分離素子９に導かれ、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光に分離される。その後、これら分離され光は、複数のレンズ２５、ＰＢＳ１０、そして、１／４λ波長板５ｂを含む２次結像系を介して、回転するポリゴンミラー１３の反射面上に照射され、これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光を、所定の方向に一定の速度で移動させる。そして、上記１／４λ波長板５ｂ、ＰＢＳ１０に加え、複数のレンズ群１４、１５、１６、更には、１／２λ波長板５ａ、ＰＢＳ１８、１／４λ波長板５ｃからなる３次結像系により、上記により所定の方向に一定の各速度で移動するＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を、上記単板反射型映像表示素子１２上の異なる領域に照射することとなる。その後、上記単板反射型映像表示素子１２上で反射した３色の光は、上記１／４λ波長板５ｃ、ＰＢＳ１８、偏光板１７ｂを透過して投射レンズ２３に入射して拡大・投射され、上記単板反射型映像表示素子１２上に形成された映像を拡大・投射して、スクリーン上に表示することとなる。
【００１６】
そして、本発明になる映像表示装置、特に、その光学ユニットでは、ポリゴンミラー１３の反射面への光路として、上記図１からも明らかなように、上記色分離素子９により分離されたＲ、Ｇ、Ｂの３色の光は、２次結像レンズ群２５を透過した後、ＰＢＳ１０により反射されて、上記反射型回転多面体であるポリゴンミラー１３が、所定角度（この場合０°とする）の位置のとき、ポリゴンミラー13の反射面に対して略垂直に入出射されている。換言すれば、添付の図２（ａ）の左図に示すように、上記色分離素子９により分離されたＲ、Ｇ、Ｂの３色の光は、それぞれ、光路上、略同一の光学距離でポリゴンミラー１３の反射面に至り、そこで反射され、その後、上記３次結像レンズ群、１／２λ波長板５ａ、ＰＢＳ１８、及び、１／４λ波長板５ｃを介して、単板反射型映像表示素子１２のＲ、Ｇ、Ｂの各色の画素領域に至る。そのため、回転するポリゴンミラー１３の反射面上で反射・屈曲される各色光は、ほぼ同一の条件下で反射されて上記単板反射型映像表示素子１２の各色の画素領域に、ほぼ均等に入射することとなると考えられる。
【００１７】
なお、この時の上記Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光が、反射型回転多面体であるポリゴンミラー１３の反射面に対して入射する位置について、添付の図２に示す。この図において、ポリゴンミラー１３の回転中心を「Ｏ」で示し、この回転中心Ｏから水平に引いた点線を「０°」とする。また回転中心から当該反射面に対して下ろした垂線と上記点線とのなす角度を
「θ」で示す。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のポリゴン振れ角度の領域、θＲ、θＧ、θＢは、以下の条件を満足するように設定されている。
図２の（a）、（b）、（c）において
θR：θR1≦θR≦θR2
θG：θG1≦θG≦θG2
θB：θB1≦θB≦θB2
となり、G色の場合はθG1を±ａ°とし、ここで、図の矢印方向へのポリゴンミラー１３の回転に伴って、次の反射面に最初に切り替わるＲ色の光の位置と、G光の次の反射面に切り替わるG色の光の位置との差分角度を「α」とした場合、
θR：−ａ＋α≦θR≦＋ａ＋α
θG：−ａ≦θG≦＋ａ
θB：−ａ−α≦θB≦＋ａ−α
但し、θ１〜θ３は、各色光に対応する前記回転多面体の回転角度の領域を表し、かつ、αは、当該反射面上に照射された３色の光のうち、中心の色光の振れ角（上記の場合は、パネル上の周辺照度比や、色ムラ領域の低減のため、G色光が中心となっているが、これに限るものではない。）に対する他の色光の当該回転多面体の回転角度のズレ量を示す。
【００１８】
以上に述べた光学ユニットにおける設定、特に、ポリゴンミラー１３の反射面とＲ、Ｇ、Ｂの３色の光との間の関係によれば、図３（ａ）に示すように、上記色分離素子９により分離され、その後、反射型回転多面体であるポリゴンミラー１３の反射面に対して略垂直に入射するＲ、Ｇ、Ｂの３色の光は、ほぼ同一の条件下で、その表面で反射・屈曲され、上述した３次結像系を介して単板反射型映像表示素子１２のＲ、Ｇ、Ｂの各色の画素領域に至る。その結果、図３（ｂ）に示すように、上記ポリゴンミラー１３の矢印方向の回転に伴って一定の方向に移動するＲ、Ｇ、Ｂの各色の、上記単板反射型映像表示素子１２の表面上における移動（スキャン）量は、ほぼ均等となる。即ち、単板反射型映像表示素子１２上における利用可能な面積が増大し、もって、その利用効率を高めることが可能となる。なお、図３（ｂ）における横軸は、上記単板反射型映像表示素子１２表面上の位置Ｌを示す。
【００１９】
一方、上述した従来技術に開示される光学ユニットでは、色分離手段によりＲ、Ｇ、Ｂの３色に分離された光は、上記回転するポリゴンミラー１３の反射面上に、傾斜して投射されるが、その場合には、図４（ａ）に示すように、各色光は、その反射面上の位置により、光が反射・屈曲する光路上の位置（図の「ｄＲ」、「ｄＧ」、「ｄＢ」を参照）が異なってしまう。そのため、図４（ｂ）に示すように、その後に上記単板反射型映像表示素子１２の各色の画素領域に入射する場合、その入射領域であるスキャン量が一致せず、そのため、得られる映像における各色の明るさが異なってしまい、バランスが崩れてしまうこととなると考えられる。
【００２０】
すなわち、本発明では、上述したように、分離された光をポリゴンミラー１３の反射面上に導くための、上記２次結像レンズ群２５と上記ＰＢＳ１０を含む２次結像系を、分離されたＲ、Ｇ、Ｂの３色の光が、上記回転するポリゴンミラー１３の反射面上に投射する際、各色光が、当該反射面に対して略垂直（９０°）の角度で入射するように構成したものである。そして、かかる構成によれば、上記単板反射型映像表示素子１２上での画素領域に入射する各色光のスキャン量を均一化し、もって、各色の明るさの相違に起因する不具合を解消し、優れた投射映像を得ることが可能となる。
【００２１】
また、上記の単板反射型映像表示素子１２としては、上述した反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ）に加えて、透過型液晶パネル（ＬＣＤ）、強誘電液晶パネル（ＦＬＣ）、更には、デジタルマイクロミラー型パネル等があるが、本発明では適宜これらパネルのいずれかを使用することができる。特に、本実施例では、この単板反射型映像表示素子１２として、ＬＣＯＳ又はＬＣＤ又はＦＬＣを使用した例を示している。
【００２２】
次に、図５には、本発明の他の実施例になる、映像表示装置の光学ユニットの構成を示している。なお、この他の実施例では、上記図１に示した基本構造において、特に、上記色分離素子９により分離されたＲ、Ｇ、Ｂの３色の光をポリゴンミラー１３へ照射する２次結像系を、上記ポリゴンミラー１３で反射された３色の光を上記単板反射型映像表示素子１２へ導くための３次結像系と共通化することにより、装置全体の小型化や軽量化を図ったものである。
【００２３】
即ち、図５からも明らかなように、リフレクタ２を介して上記光源１から得られるランダムな偏光光は、偏光変換素子４、ライトパイプ３によって所定の偏光光（本例では、Ｓ偏光光）に偏光され、当該ライトパイプ３の出力開口部に直接接続した色分離素子９に導かれ、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光に分離される。その後、複数のレンズ６、７から構成される１次結像系を介して、ＰＢＳ１８へ入射される。なお、これらレンズ６、７から構成される１次結像系を省略することも可能であり、その場合、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利である。
【００２４】
その後、上記色分離素子９により分離された３色の光（Ｓ偏光光）は、ＰＢＳ１８の働きにより反射され、１／４λ波長板４ａ、そして、２次結像系を構成するレンズ１６、１５、１４を介して、上記回転するポリゴンミラー１３の反射面に対して略垂直（９０°）の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー１３の反射面の近傍（反射面の前後、数ｍｍ程度）に複数の２次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。その後、このポリゴンミラー１３の反射面で反射された３色の光は、上記２次結像系を構成するレンズ１４、１５、１６により共通に構成された３次結像系、更には、上記１／４λ波長板４ａを介して、再び、上記ＰＢＳ１８に入射し（Ｐ偏光光）してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子１２上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を、上記単板反射型映像表示素子１２上の異なる領域に入射し、その反射した３色の光（Ｓ偏光光）を、再び、上記ＰＢＳ１８により反射し、偏光板１７ｂを介して投射レンズ２３に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子１２上で変調されたＲ、Ｇ、Ｂの３色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることは上記と同様である。
【００２５】
更に、図６には、上記図５に示した映像表示装置のための光学ユニットの変形例を示している。なお、この変形例では、図からも明らかなように、上記図５に示した構成において、リフレクタ２を介して上記光源１から得られるランダムな偏光光は、一旦、上記偏光変換素子４の入射口に取り付けられた光導手段であるライトパイプ又はライトファネル２７に導かれ、そこで所望のＦ値となるように出射角を調整される。その後、上記と同様に、上記偏光変換素子４によりＳ偏光光又はＰ偏光光のいずれかの偏光光に偏光方向が揃えられた後、上記のライトパイプ３に導かれる。なお、かかる構成によれば、上記リフレクタ２を介して光源１から得られるランダムな偏光光は、一旦、ライトパイプ２７に導かれてその出射角を調整された後、偏光変換素子４に入射して偏光方向が揃えられることから、上記偏光変換素子４における効率を向上することが可能となり、より明るい映像が得られることとなる。
【００２６】
また、この変形例では、上記図５においてライトパイプ３の後端に接続したＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を分離する色分離素子９に代えて、上記Ｒ、Ｇ、Ｂに加え、更に、白色（Ｗ）光をも分離して取り出すことの可能な色分離素子９’を採用することによって、更に明るい映像が得られる。また、この変形例では、上記した色分離素子９’により分離した４色光を、ＰＢＳ１０により反射すると共に、１次結像系を構成する複数のレンズ６、７を介して、ＰＢＳ１８に導く。しかしながら、上記色分離素子９’、ライトパイプ３等の配置によっては、このＰＢＳ１０やそれらレンズ６、７から構成される１次結像系を省略することも可能であり、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利であろう。更に、この変形例では、上記Ｒ、Ｇ、Ｂに加え、白色（Ｗ）光を分離可能な色分離素子９’の採用に伴い、ポリゴンミラー１３で反射されて上記ＰＢＳ１８を透過した４色の光を受光するため、単板反射型映像表示素子１２’は、図に示すように、その受光領域を４つに領域に分離されて形成されている。なお、これら４色（Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗ）の光をポリゴンミラー１３へ照射する２次結像系を、上記ポリゴンミラー１３で反射された４色の光を上記単板反射型映像表示素子１２’へ導くための３次結像系と共通化することによって装置全体の小型化や軽量化を図っていることは、上記と同様である。
【００２７】
即ち、この図６に示す変形例においても、リフレクタ２を介して上記光源１から得られるランダムな偏光光は、光導手段であるライトパイプ２７により効率的に集光され、偏光変換素子４、ライトパイプ３によって所定の偏光光（本例では、Ｓ偏光光）に偏光され、その後、４色光の色分離素子９’に導かれ、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光に分離される。その後、ＰＢＳ１０や１次結像系を構成する複数のレンズ６、７を介して、ＰＢＳ１８へ入射される。その後、上記色分離素子９’により分離された４色の光（Ｓ偏光光）は、上述したように、ＰＢＳ１８の働きにより反射され、１／４λ波長板４ａ、そして、２次結像系を構成するレンズ１６、１５、１４を介して、上記回転するポリゴンミラー１３の反射面に対して略垂直（９０°）の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー１３の反射面の近傍（反射面の前後、数ｍｍ程度）に複数の２次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。
【００２８】
その後、このポリゴンミラー１３の反射面で反射された４色の光は、上記２次結像系を構成するレンズ１４、１５、１６により共通に構成された３次結像系、更には、上記１／４λ波長板４ａを介して、再び、上記ＰＢＳ１８に入射し（Ｐ偏光光）してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子１２’上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光を、上記単板反射型映像表示素子１２’上の異なる領域に入射し、その反射した４色の光（Ｓ偏光光）を、再び、上記ＰＢＳ１８により反射し、偏光板１７ｂを介して投射レンズ２３に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子１２’上で変調されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることは上記と同様である。
【００２９】
なお、この変形例では、上述したように、装置全体の小型化や軽量化と共に、より明るい映像が得られることとなる。
【００３０】
次に、図７には、上記図６に示した光学ユニットの変形例を示している。すなわち、この変形例では、図からも明らかなように、特に、上記図６に示したライトパイプ２７、偏光変換素子４、ライトパイプ３を含む集光部を、そのライトパイプ２７を除き、更に、偏光変換素子４とライトパイプ３との配列を逆転して配置している。すなわち、かかる構成によれば、偏光変換素子４を、発熱源でもある上記光源１から距離を離して配置すると共に、ライトパイプ３によって光源１から集光した光を大きなＦ値で偏光変換素子４に入射する。これにより、熱によってその特性が変化しやすい偏光変換素子４を、光源１による加熱から保護し、もって、当該偏光変換素子４の変換特性を確保すると共に、ライトバルブ３からの光を上記偏光変換素子４に対して大きなＦ値で入射することにより、その変換効率を向上することが可能となる。
【００３１】
なお、この図７に示す変形例においても、リフレクタ２を介して上記光源１から得られるランダムな偏光光は、光導手段であるライトパイプ３により効率的に集光され、偏光変換素子４によって所定の偏光光（本例では、Ｓ偏光光）に偏光され、その後、４色光の色分離素子９’に導かれ、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光に分離される。その後、ＰＢＳ１０や１次結像系を構成する複数のレンズ６、７を介して、ＰＢＳ１８へ入射される。その後、上記色分離素子９’により分離された４色の光（Ｓ偏光光）は、上述したように、ＰＢＳ１８の働きにより反射され、１／４λ波長板４ａ、そして、２次結像系を構成するレンズ１６、１５、１４を介して、上記回転するポリゴンミラー１３の反射面に対して略垂直（９０°）の角度で入射するように構成されていること、また、ポリゴンミラー１３の反射面の近傍（反射面の前後、数ｍｍ程度）に複数の２次光源像として結像されるように構成されていることは、上記と同様である。
【００３２】
また、その後、このポリゴンミラー１３の反射面で反射された４色の光は、上記２次結像系を構成するレンズ１４、１５、１６により共通に構成された３次結像系、更には、上記１／４λ波長板４ａを介して、再び、上記ＰＢＳ１８に入射し（Ｐ偏光光）してこれを透過して上記単板反射型映像表示素子１２’上に照射される。即ち、これにより、所定の方向に一定の各速度で移動するＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光を、上記単板反射型映像表示素子１２’上の異なる領域に入射し、その反射した４色の光（Ｓ偏光光）を、再び、上記ＰＢＳ１８により反射し、偏光板１７ｂを介して投射レンズ２３に入射する。これにより、上記単板反射型映像表示素子１２’上で変調されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は拡大・投射され、スクリーン上に表示されることも上記と同様である。
【００３３】
ところで、上記各種の実施例及びその変形例では、上述したように、光源１からの光を、偏光変換素子４の働きにより、Ｓ偏光光又はＰ偏光光に変換しており、そして、その後の光路においては、偏光素子を利用して当該偏光光の反射や透過を制御し、もって、所定の光路を形成している。しかしながら、本発明は、かかる構成のみに限定されることなく、例えば、以下の他の実施例により示すように、偏光を利用することなく映像表示装置のための光学ユニットを構成することも可能である。
【００３４】
まず、図８には、所謂、全反射プリズム（又はツイン全反射プリズム）２５を採用し、しかしながら、その構成要素として偏光変換素子を用いない光学ユニットの構造の一例が示されている。なお、この他の実施例でも、図示のように、光源１から得られる光は、リフレクタ２を介してライトパイプ３に導かれるが、本例では、当該ライトパイプ３の入射口には、紫外線（ＵＶ）から保護するためのＵＶカットフィルタ１１が設けられている。このライトパイプ３によって集光された光は、ライトパイプ３の出力開口部に直接接続した色分離素子９に導かれ、ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光に分離される。その後、１次結像系を構成するレンズ６を介して、全反射ミラー１０’へ入射されて反射し、やはり１次結像系を構成するレンズ７を介して、上記全反射プリズム２５に入射する。なお、ここでも、当該レンズ６、７により構成される１次結像系を省略することも可能であり、その場合、装置の小型化、軽量化にとっては、更に、有利であろう。
【００３５】
そして、この他の変形例では、上記全反射プリズム２５の第１の境界面（図中、右側）において、分離されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は、その臨界角（例えば、４１°）を僅かに超える入射角度で入射され、そのため、その界面において反射され、更には、２次結像系を構成するレンズ１６、１５、１４を通って、所定の角速度で回転する反射型回転多面体である、ポリゴンミラー１３へ入射する。そして、このポリゴンミラー１３の反射面にて反射したＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は、再度、２次結像系を構成するレンズ１４、１５、１６を通って上記全反射プリズム２５に入射するが、この時の入射角は、上記した臨界角を超えないように設定されており、そのため、図示のように、ポリゴンミラー１３で反射されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は当該全反射プリズム２５（第１の境界面）を透過して、単板反射型映像表示素子１２’上のそれぞれ異なる領域に入射する。その後、上記単板反射型映像表示素子１２’にて反射された４色の光は、再度、上記全反射プリズム２５に入射するが、当該表示素子が僅かに傾斜されて配置されていることから、その第２の境界面（図中、左側）において反射されて、レンズ２３に入射する。その後、当該投射レンズ２３を通してスクリーン（図示せず）上に拡大して投射されることは上記と同様である。
【００３６】
なお、この他の変形例になる光学ユニットにおいても、上記の実施例と同様に、上記全反射プリズム２５の第１の境界面で反射し、上記２次結像系を構成するレンズ１６、１５、１４を通って、ポリゴンミラー１３へ入射するＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗの４色の光は、やはり、反射面に対して略垂直（９０°）の角度で入射するように構成されており、また、当該ポリゴンミラー１３の反射面の近傍（反射面の前後、数ｍｍ程度）に複数の２次光源像として結像されるように構成されている。但し、図からも明らかなように、この他の変形例になる光学ユニットでは、上記ポリゴンミラー１３及び単板反射型映像表示素子１２’の配置方向は、上記の実施例とは角度が９０°異なって配置されている。そして、かかる他の変形例になる光学ユニットの構成によっても、上述したと同様の効果が得られることは、当業者であれば明らかであろう。
【００３７】
更に、図９には、上記図８に示した光学ユニットの変形例を示す。図からも明らかなように、このの変形例では、上記ＵＶカットフィルタ１１とライトパイプ３との間に凹レンズ２４を設けて、上記ライトパイプ３へリフレクタ２を介して光源１から得られる光のＦ値を大きくしてその集光効率を向上すると共に、上記全反射プリズム（又はツイン全反射プリズム）２５において、光路として使用されていない一部（具体的には、図の右上部分）を切除し、もって、当該プリズムの小型化・軽量化を図ったものである。なお、この小型化・軽量化されたプリズム２５’を採用した当該変形例においても、その動作は上記図８におけると同様であり、ここでは、説明を省略する。また、この変形例により得られる効果も、上記したプリズムの小型化・軽量化や更なる集光効率を向上に加え、上述したと同様の効果が得られることも、当業者にとって明らかであろう。
【００３８】
最後に、図１０には、上記に種々説明した本発明になる光学ユニットを備えた映像表示装置の内部構成が示されている。なお、この例では、例えば、プラスチックや金属板により略箱型に形成された筐体１００の内部には、上記図７に示した光学ユニットが、その投射レンズ２３を筐体の側壁の一部に取り付けて、もって、当該投射レンズ２３を通して外部へ映像を投射できるように、取り付けられている。かつ、当該筐体１００の一部には、上記光源１であるランプに電力を供給すると共に、上記ポリゴンミラー１３を回転駆動するための図示しない電動モータを駆動するための電力を供するための電源部２６と共に、上記光源１であるランプの発光量や上記モータへ供給する電力を制御する制御回路、外部からの信号を入力して上記単板反射型映像表示素子１２、１２’へ供給される映像信号を生成する映像信号処理回路、更には、図示しない他の要素をも含めて当該装置全体の制御を行う、例えば、マイクロプロセッサを含むコントロール部２８が内蔵されて構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明になる映像表示装置の主要な構成部分となる光学ユニットの詳細を示す構成図である。
【図２】上記本発明の光学ユニットにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の光がポリゴンミラーの反射面に対して入射する位置を説明するための一部拡大斜視図である。
【図３】上記本発明の光学ユニットにおけるＲ、Ｇ、Ｂの３色の光がポリゴンミラーの反射面で反射される状態を説明すると共に、それによる、単板反射型映像表示素子上での走査（スキャン）の状態を説明する図である。
【図４】従来技術の光学ユニットにおけるＲ、Ｇ、Ｂの３色の光がポリゴンミラーの反射面で反射される状態を説明すると共に、それによる、単板反射型映像表示素子上での走査（スキャン）の状態を説明する図である。
【図５】本発明の他の実施例になる、映像表示装置の光学ユニットの詳細を示す構成図である。
【図６】上記図５に示した映像表示装置の光学ユニットの変形例を示す図である。
【図７】更に、上記図６に示した映像表示装置の光学ユニットの変形例を示す図である。
【図８】本発明の更に他の実施例になる、映像表示装置の光学ユニットの詳細を示す構成図である。
【図９】上記図８に示した映像表示装置の光学ユニットの変形例を示す図である。
【図１０】上記に示した光学ユニットを採用した映像表示装置の全体構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…光源  ２…リルレクタ  ３…ライトバルブ  ４…偏光変換素子  ５ａ…１／２λ波長板  ５ｂ、５ｃ…１／４λ波長板  ６、７、８、１４，１５，１６、２５…レンズ  ９…色分離素子  １０…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）  １２…単板反射型映像表示素子  １３…ポリゴンミラー（反射型回転多面体）  １７ｂ…偏光板  １８…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）  ２３…投射レンズ
【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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