(57)【要約】【課題】  周辺光量比を考慮した投射型映像表示装置又は色分離ユニットを提供する。【解決手段】  投射型映像表示装置または色分離ユニットは、白色光源から入射した白色光を複数の色光に分離する色分離ユニットにおいて、映像表示素子に分離した色光を走査させる走査手段の走査方向に分離した色光を出射する出射面を配置し、少なくとも一色の色光に関し、出射面の中心から両側から出射する。【選択図】  図２
2006317563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像表示素子と前記映像表示素子が形成する光学像をカラー映像として投射する投射装置を有する投射型映像表示装置であって、
白色光源と、
前記白色光源が出射した白色光を入射し、複数の色光として第一の方向に並べて出射する出射面を有する色分離ユニットであって、前記複数の色光の少なくとも一色の色光について前記第一の方向に対し前記出射面の中心を挟んで両側から出射する色分離ユニットと、
前記出射面から出射された前記複数の色光の各々を前記映像表示素子上に前記第一の方向で走査させる走査手段を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
白色光源と、
前記白色光源が出射する白色光を分離し複数色のカラーバーとして出射する分離ユニットと、
前記複数色のカラーバーを写像する写像光学系と、
前記写像光学系により写像された複数色のカラーバーを走査する走査手段と、
走査された複数色のカラーバーから映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、
前記映像表示素子が形成した光学像をカラー映像として投射する投射装置を有する投射型映像表示装置であって、
前記色分離ユニットは、出射する複数色のカラーバーのうち少なくとも１色について、前記写像光学系の光学軸を挟んだ両側から出射することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
映像表示素子と前記映像表示素子が形成する光学像をカラー映像として投射する投射装置を有する投射型映像表示装置であって、
白色光源と、
前記白色光源が出射した白色光を入射する色分離ユニットであって、出射するカラーバーの色の数よりも多く、複数色のカラーバーの各々を出射する複数の出射面を有し、前記複数の出射面を第一の方向に並べて配置した色分離ユニットと、
前記出射面から出射された前記複数色のカラーバーの各々を前記映像表示素子上に前記第一の方向で走査させる走査手段を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一に記載の投射型映像表示装置であって、
前記色分離ユニットは、
ライトパイプと、
ダイクロイック作用を有するカラープリズムまたはダイクロイックミラーを備えることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の投射型映像表示装置であって、
前記走査手段は、表面に反射面を有する回転多面体であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項６】
請求項２記載の投射型映像表示装置であって、
前記色分離ユニットは、前記少なくとも１色について、前記光学軸に対し対称に両側からカラーバーを出射することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項７】
映像表示素子と前記映像表示素子が形成する光学像をカラー映像として投射する投射装置を有する投射型映像表示装置であって、
白色光を出射する光源と、
前記白色光を入射し複数色の色光に分離する色分離ユニットであって、分離した色光を出力する複数の出射面を有し、両端を同じ色光が分離する出射面を配置して前記複数の出射面を第１の方向に並べて有する色分離ユニットと、
前記複数の出射面から出射された色光の各々を前記映像表示素子上に前記第一の方向で走査させる走査手段を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項８】
入射光を複数の色光として第一の方向に並べて出射する出射面を有し、
前記複数の色光の少なくとも一色の色光について前記第一の方向に対し前記出射面の中心を挟んで両側から出射することを特徴とする色分離ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子を使用して、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、色分離ユニットにより分離した色光を、映像表示素子上に走査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光源からの光をインテグレータ手段、偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：以下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短冊形状（帯状）のＲ光、Ｂ光及びＧ光に分離し、分離された各色光をそれぞれ回転多面体を用いて光路を変えて、ライトバルブ（映像表示素子）のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、かつ、各色光の短冊形状の照射領域の場所を順次ライトバルブ（映像表示素子）上で一定方向に移動（「走査」または「スクロ−ル」ともいう）させるようにした単板式の投射型映像表示装置が、例えば特許文献１から特許文献３で知られている。
【０００３】
特許文献１においては、回転多面体を用いた投射型表示装置が開示されている。この特許文献１は、ＲＧＢに色分離した各光路に、走査手段としての回転多面体を配置した構成となっている。
【０００４】
次に、特許文献２においては、色分離ユニットとしてカラープリズムを用いた投射型表示装置が開示されている。この特許文献２は、走査手段としてのレンズアレイホイールを回転駆動する手段を配置した構成となっている。
【０００５】
また、特許文献３においても、回転多面体を用いた投射型表示装置が開示されている。この特許文献３は、ＲＢＧに色分離した各色光を、単板の映像表示素子上に走査する構成となっている。特許文献３は分離した３色を１個の回転多面体で同時に走査する方式であり、特許文献１は分離した３色を各色光に対応したそれぞれの光路上に配置された計３個の回転多面体で個々に走査する方式である。
【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、一つの回転多面体で構成するのが好ましい。この意味では、例えば特許文献３の技術は好適に用いることができる。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、回転多面体からライトバルブまでの光路が独立しており、小型化を図る上で更なる工夫が必要である。
【０００８】
また、これら投射型画像表示装置においては、分離した色別の周辺光量比を考慮していない。
【０００９】
本発明は、周辺光量比を考慮した投写型映像表示装置または色分離ユニットを提供することを目的とする。または、小型化を考慮した投射型映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】
【００１０】
本発明の投射型映像表示装置または色分離ユニットは、白色光源から入射した白色光を複数の色光に分離する色分離ユニットにおいて、映像表示素子に分離した色光を走査させる走査手段の走査方向に分離した色光を出射する出射面を配置し、少なくとも一色の色光に関し、出射面の中心から両側から出射する。
【００１１】
もしくは、本発明の投射型映像表示装置の色分離ユニットは、白色光源から入射した白色光から分離した少なくとも一色の色光に関し、走査手段に色光を写像する写像光学系の光学軸を中心にして両側から出射する。
【００１２】
もしくは、本発明の色分離ユニットは、入射光を分離する色の数よりも多いカラーバーを出射面から出射する。または、少なくとも一色については複数のカラーバーとして出射する色分離ユニットである。
【００１３】
もしくは、本発明の投射型液晶表示装置又は色分離ユニットは、入射光から複数色の色光に分離し、分離した各々の色光を出力する出射面を、両端を同じ色光が分離する出射面を配置して第１の方向に並べて有する。
【発明の効果】
【００１４】
映像表示装置または色分離ユニットにおいて周辺光量比を改善することが可能である。または、映像表示装置の小型化を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の形態について説明する。まず、図１から図１１を用いて、本発明の一形態について説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度述べたものについては、その重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、第一の実施の形態である走査式投射型映像表示装置の構成図である。以下の説明では、説明を容易にするために、各部において、光学軸方向をＺ軸方向とし、光学軸に直交する平面をＸＹ平面とし、図１紙面に垂直な方向をＹ軸方向（例えば紙面裏から紙面表に向かう方向）と定めるものとする。また、光学軸そのものは、Ｚ軸と一致させる（（ｘ,ｙ,ｚ）＝（０,０,±Ｚ））。このように、便宜上光学系の光路が直線的に表示されているものとして説明する。
【００１７】
図１の走査式投射型映像表示装置は、光学ユニット１、色分離ユニット２ａ、第１ＰＢＳ５１、回転多面体４、第２ＰＢＳ５２、映像表示素子６、投射レンズ７、その他各種レンズ、偏光板、ミラー等を有する。
【００１８】
光源ユニット１は、白色光を出射し、ハロゲン化ランプ等の光源１１とリフレクタ１２（この図では楕円リフレクタを採用）を有する。リフレクタ１２が楕円の場合、光源１１は楕円の第１焦点位置近傍に配置される。リフレクタ１２は、光源１１から出射される略白色の光束を、第２焦点位置近傍に配置されている色分離ユニット２aの入射面に集光し、入射する。
【００１９】
図１の色分離ユニット２ａは、偏光変換素子２１、ライトパイプ２４、カラープリズム２５aを有する。偏光変換素子２１は、リフレクタが集光した光源ユニット１からの光束の偏光方向を所定偏光方向に揃える。偏光変換素子２１は偏光分離プリズム２１１と１／２波長板２１２から実現される。ライトパイプ２４は、出射側方向に断面積が次第に大きくなるインテグレータ素子を用いている。なお、図２に示す直方体を用いてよい。カラープリズム２５aは、ライトパイプ２４からの光をＹ軸方向（図１紙面に垂直な方向）に配列された短冊形状（帯状）の異なる色光（例えばＲ光，Ｇ光，Ｂ光の３色）に分離する色分離素子の一例である。以下、短冊形状（帯状）の色光を「カラーバー」と称する。なお、カラープリズム２５aの詳細については、図２を用いて後述する。
【００２０】
色分離ユニット２aに入射した光束は、最初に、偏光変換素子２１で所定の偏光方向（ここではＳ偏光とする）に揃えられる。すなわち、偏光分離プリズム２１１で自然光がＰ偏光とＳ偏光に分離され、一方の偏光、図１ではＰ偏光の出射面に配置された１／２波長板２１２により、偏光状態がＳ偏光に揃えられる。次に、Ｓ偏光に揃えられた光束は、ライトパイプ２４で内面反射を繰り返すことで、光量分布の一様化が図られる。最後に、偏光状態が揃えられ、光量分布の一様化が図られた白色光は、カラープリズム２５aによりＹ軸方向に配列された３色の色光（例えばＲ、Ｇ、Ｂ光）のカラーバーに分離され出射する。カラーバーのうち、少なくとも１色の色光は複数本となっている。カラープリズム２５a自体は、先に説明した特許文献３に記載されているものである。
【００２１】
カラープリズム２５aで分離された３色の色光（偏光状態はＳ偏光）のカラーバーは、縮小光学系３１、光路折り曲げミラー３２を介して、第１ＰＢＳ５１に入射する。第１ＰＢＳ５１に入射したＳ偏光の光束（カラーバー）は、偏光分離面で反射し、回転多面体４に向かう。第１ＰＢＳ５１が出射したＳ偏光の光束は、１／４波長板８２を通過することで、円偏光に変換され、縮小光学系３３を介して回転多面体４に入射する。その過程で、カラープリズム２５aの出射面に形成された３つの色光のカラーバーは、回転多面体４の手前の空間に縮小光学系３１、３３によって写像され、空間像（図示せず）が形成される。
【００２２】
空間像は、回転中心軸を光学軸（Ｚ軸）方向に直交するＸ軸方向に持つ回転多面体４の表面の反射面４１で反射し、光路を折り返す。１／４波長板８２を再び通過することで、円偏光はＰ偏光に変換され、第１ＰＢＳ５１を透過する。第１ＰＢＳ５１を透過した光束は、１／２波長板８３によりＳ偏光に変換される。そして、第２ＰＢＳ５２に入射したＳ偏光の光束は、偏光分離面で反射し、映像表示素子６に入射する。この過程により、回転多面体４の手前の空間に形成された空間像から、回転多面体４の反射面４１で鏡面像（図示せず）が形成され、さらにこの鏡面像が拡大光学系３３（ここでは光線方向が逆となるので拡大光学系として機能する）で拡大されて映像表示素子６上に写像される。
【００２３】
映像表示素子６の各画素で反射する光線は、各画素がＯＮの場合は、偏光状態がＰ偏光に変換されるので、今度は、第２ＰＢＳ５２を透過し投射レンズ７でスクリーン（図示せず）等に拡大投射される。また、各画素がＯＦＦの場合は、偏光状態がＳ偏光のままなので、再び、第２ＰＢＳ５２の偏光面で反射し、光束はスクリーン等に拡大投射されない。
【００２４】
なお、図１において、偏光板８１は、色分離ユニット２ａでＳ偏光に揃えられた光束に対して、Ｐ偏光の光線を遮光して第１ＰＢＳへの入射光の偏光状態の純度を改善するもので、偏光板８４は第２ＰＢＳ５２を透過するＳ偏光を低減してコントラストを改善するものである。
【００２５】
ここで、カラープリズムの色分離作用と、色分離後の周辺光量比について、図１７乃至図２６を用いて説明する。
【００２６】
図１７を用いて、色分離素子のカラープリズムの色分離作用を説明する。本出願人は、色分離素子から回転多面体までの光路と、回転多面体からライトバルブまでの光路を光路分岐手段（例えばＰＢＳ）で切替え、互いの光路が一部共通とする単板式の小型走査式投射型映像表示装置を特願２００４−３３２０４３号として提案済みである。図１７では、特願２００４−３３２０４３号で本出願人が開示している色分離素子２dを用いて説明を行う。なお図１７では、色分離ユニット２ｄを構成する偏光分離プリズムと１／２波長板を有する偏光変換素子の図示を省略している。
【００２７】
図１７において、第１カラープリズム２５１ｄのダイクロイック面は、ライトパイプ２４で光量分布の一様化が行われた白色光のうち、特定の波長域内の第１の色光を透過させ、他の波長域の光束（第２の色光と第３の色光）を反射することで、第１の色光を分離する。次に、第２カラープリズム２５２ｄのダイクロイック面は、第２の波長域の色光を反射し、他の波長域の光束（第３の色光）を透過することで、第２の色光を分離する。第３カラープリズム２５３ｄのダイクロイック面は、第３の波長域の光を反射し、第３の色光として分離される。なお、第１の色光と、第２の色光と、第３の色光の間の波長域で不要な光束を別の手段でカットすることにより、第３カラープリズム２５３ｄのダイクロイック面は全反射ミラーに置換することもできる。以上述べたカラープリズム２５ｄの色分離作用により、Ｙ軸方向に配列された３つの色光のカラーバーがカラープリズム２５ｄの出射面Ｓ２５ｄから出射する。
【００２８】
次に、上記したカラープリズム２５ｄの出射面に形成される３つの色光のカラーバー（物体）の空間像と、図１における回転多面体４の反射面４１による鏡面像と、映像表示素子６上の写像との関係について、図１８を参照して説明する。図１８は、回転多面体４の反射面４１の近傍に写像した空間像と、走査空間像（鏡面像）の関係を模式的に示した図である。なお、回転多面体４の走査作用については、同図を用いて後述する。
【００２９】
図１８において、カラープリズム２５ｄの出射面に形成されたカラーバーの像（縮小像、図示せず）は、第１の光学系としての縮小光学系３１、３３、光路折り曲げミラー３２、さらに第１ＰＢＳ５１を経由して、回転多面体４の手前の空間に空間像２８０として形成される。回転多面体４の反射面４１により空間像２８０の鏡面像２９０が反射面４１の裏側に形成されるが、回転多面体４が回転することで反射面４１も回転し入射角度が変化するので、鏡面像２９０は移動（走査）して走査空間像となる。さらに、第２の光学系としての拡大光学系３３（縮小光学系の一部を兼用）と第２ＰＢＳ５２により、走査空間像の拡大像が映像表示素子６上に形成される。最後に、映像表示素子６で変調作用を受けたカラー映像は投射装置としての投射レンズ７により、スクリーン等の投射面に拡大投射される。
【００３０】
上記説明では、第１の光学系として縮小光学系を、第２の光学系として拡大光学系を用いた例について説明したが、第１の光学系を拡大光学系とし、第２の光学系を縮小光学系とする組合せでも写像関係上は問題ない。ただし、縮小光学系と拡大光学系の組合せとすることで、回転多面体４の反射面４１の近傍にできる空間像を小さくできるので、その結果、回転多面体４を小さくすることが可能である。
【００３１】
次に、走査作用について説明する。
【００３２】
引き続き、図１８において、光学軸上の光線に対する走査量の説明である。反射面４１を光学軸１００に対して垂直に配置した場合は、物体と鏡面像の関係だけに着目すれば良い。図１８において、反射面４１の手前に形成された空間像は、空間像から反射面４１までの距離Ａと同じ距離で、反射面４１の裏側に鏡面像が形成される。反射面の法線が光学軸１００に対してなす角度がθの場合、光学軸上の光線は光学軸に対して角度２θで反射する。このとき反射光線は、図１８の点線で示した鏡面像の箇所から出射した光線と等価となる。従って、この反射面４１の角度を連続して変えることで、鏡面像からの出射位置を連続して変えることが可能となる。これが、走査作用の原理である。先に説明したθとＡを用いて、走査空間像（鏡面像）での位置Ｙは、数１で定まる。
（数１）
Ｙ＝Ａ・ｔａｎ２θ
次に、図１９を用いて光学軸上の光線Ｌ４０１と光学軸外の光線Ｌ４０２での走査作用について説明する。なお、ここでは、回転多面体４が回転１２面体であるものとする。
【００３３】
図１９において、光学軸１００上に回転１２面体の相隣接する面の稜線が位置する場合の回転１２面体４０１を点線で示す。また、反射面４１が光学軸１００に垂直となる位置、すなわち反射面４１の法線が光学軸１００となす角度が０度の場合の回転１２面体４０２を実線で示す。
【００３４】
光学軸１００上の光線Ｌ４０１に対して反射面４１の法線がなす角度が最大となるのは、光線Ｌ４０１が回転１２面体４０１の相隣接する面の稜線近傍に入射する場合、すなわち点線で示した回転１２面体４０１の反射面４１に反射する場合である。実線で示した反射面４１の位置を基準（回転角度０度）とすると、点線で示した回転１２面体４０１の反射面４１の法線と光学軸がなす角度、または回転１２面体４０１の回転角度は±１５度＝{（３６０÷１２）／２}となり、従って、最大反射角度は２倍で±３０度（走査範囲：−３０度〜３０度）となる。
【００３５】
ところで、図１９に示す光学軸外の光線Ｌ４０２は、光線はY軸方向に関して高さＨで回転１２面体に入射するので、光線Ｌ４０１と同じ±３０度の最大反射角度では、光線Ｌ４０１と同じ範囲を走査できない。仮に、光学軸外の光線Ｌ４０２に対しては、図１９に示すように、回転１２面体４０２の光学軸上に位置する反射面の隣接した反射面（反射ミラー）側で光線が反射するものとすると、回転角度が３０度（隣接した反射ミラーなので）となる。最大反射角度は２倍で６０度となり、また、回転１２面体４０２の光学軸上にある反射面側で反射した場合には回転角度が０度なので、反射角度は０度となる。従って走査範囲が０度〜６０度となり、光線Ｌ４０１と同じ範囲の走査が可能となる。
【００３６】
次に、図２０から図２６を用いて、出願人が新たに気付いた上記走査方式での課題について説明する。
【００３７】
図２０と図２１は、光学軸外の光線での走査位置と反射角度の関係を模式的に示した図である。図２０では入射光線Ｌ４０３と同じ側（光学軸１００に対して）の走査空間像部２９０１を走査しており、図示の如く反射面の回転角度及び反射角度が小さくなる。一方で、図２１では入射光線Ｌ４０３と反対側（光学軸１００に対して）の走査空間像部２９０２を走査しており、図示の如く反射面の回転角度及び反射角度が大きくなる。即ち、Y軸方向に関して光学軸からはずれる光線の走査においては、走査範囲の一方での反射角度が小さく、逆の走査箇所では反射角度が大きいという非対称な関係にある。
【００３８】
図２２に、３つの色光に色分離されたカラーバーの空間像の各色光の中心位置（Ｙ軸方向の座標：１．２８５ｍｍ、０ｍｍ、−１．２８５ｍｍ）から出射した光線が、回転多面体４の回転角度に対して走査空間像（鏡面像）形成する範囲を示す。なお、図２２で、縦軸は走査範囲（単位：％）を示しており、±５０％の範囲が、元の空間像の大きさに相当する。つまり、走査範囲は元の空間像の大きさで規格化されている。この規格化されたＹ座標を以下小文字のｙで表すものとする。また、横軸は反射面の回転角度（単位：度）を示し、反射面が光学軸に対して垂直である場合に反射面の回転角度を０度としている。
【００３９】
図２２において、０ｍｍの光線（光学軸上の光線）に対しては、回転角度に対する走査範囲が対称になっているが、それ以外の光線（±１．２８５ｍｍ）の光線に対しては、走査範囲に対して回転角度が、それぞれ片寄った値になっている。すなわち、＋Ｙ軸領域の光線においては−の回転角度よりとなり、−Ｙ軸領域の光線においては、＋の回転角度よりとなっている。
【００４０】
上記の「走査作用の説明」において記述したように、走査範囲は数式１で求めることができる。ところで、回転多面体４は通常、一定の角速度で回転するので、Ｙをθで微分することで光量比を求めることができる。即ち、同じΔθに対して、ΔＹが大きい場合は、速い速度で走査されるので、単位時間あたりの光量が小さく、逆に、ΔＹが小さい場合は、単位時間あたりの光量が大きくなる。
【００４１】
数式２は、数式１のＹをθで微分すると得られる。上述したように逆数を取ることで光量となるが、θ＝０のときの値で割って規格化すると数式３となる。
（数２）
ΔＹ／Δθ＝２Ａ／ｃｏｓ２２θ
（数３）
光束量比＝ｃｏｓ２２θ
図２３（１）は数式３をプロットした図であり、横軸は規格化された走査空間像位置座標ｙ、縦軸は光量比である。また、図２３（２）は実際に照明計算をした結果で、縦軸は映像表示素子上での相対光強度、横軸は映像表示素子上でのＹ軸座標である。図１９から明らかなように、回転角度が大きいと、所定の走査範囲を走査していても周辺光量比が減少してしまう。
【００４２】
そこで、図１７のカラープリズム２５ｄからの第１の色光、第２の色光、第３の色光の出射光についての照明計算の結果を図２４、図２５、図２６に示す。これらの結果から、カラープリズム２５dが映像表示素子６上にどのような光量分布を形成するかがわかる。
【００４３】
図２４は、第１の色光による映像表示素子６上での光量分布を表した図である。図２４（１）は映像表示素子６上でのカラーバーの位置を示す図である。図２４（２）は、映像表示素子６上での光量分布を等高線表示した図である。図２４（３）は映像表示素子６上での光量分布を映像表示素子６のＸ軸（Ｙ＝０ｍ）と映像表示素子６の上下端（Ｙ＝±５ｍｍ）を含む平面で切断した断面図である。図２４（４）は映像表示素子６上での光量分布を映像表示素子６のＹ軸（Ｘ＝０ｍｍ）と映像表示素子６の左右端（Ｘ＝±８．９ｍｍ）を含む平面で切断した断面図である。なお、以下図２５、２６等においても、（２）〜（４）は各々（１）図に示すプリズムの位置での計算結果およびそれらの断面図を示したものである。
【００４４】
図２４（１）において、符号３−１は３分割されたカラーバーの１番目を意味する。第１のカラーバー３−１は光学軸１００に対してＹ軸の＋（プラス）側（以下、「Ｙ＋側」と記す）にある。なお、光学軸に対してＹ軸の逆側を「Ｙ−側」と記す。図２４（３）においても同様に、光学軸中心（Ｘ−Ｙ座標の原点に対してＸ座標の＋側を「Ｘ＋側」、Ｘ座標の−側を「Ｘ−側」と記す。図１の投射型映像表示装置では、一旦、第１の光学系としての縮小光学系で像が反転し、さらに、第２の光学系としての拡大光学系により像が再び反転する。従って、図２４（４）において、Ｙ＋側にあるプリズムによって分離された第１の色光については、第１の色光のカラーバー３−１があるＹ＋側で回転角度θが小さく、光量分布もＹ＋側が大きくなる。逆に、回転角度θが大きくなるＹ−側では、光量分布が小さくなる。
【００４５】
図２５は、第２の色光による映像表示素子６上の光量分布を表した図である。同図において、符号３−２は３分割したカラーバーの２番目を意味する。第２の色光の場合は、カラーバーの中央付近に光学軸があるので、光量分布もＹ＋側とＹ−側で対称になっている。
【００４６】
最後に、図２６は、第３の色光による映像表示素子６上の光量分布を表した図である。同図において、符号３−３は３分割したカラーバーの３番目を意味する。第３の色光の場合は、カラーバーが光学軸１００に対し、ちょうど第１の色光の対称となる位置にあるので、光量分布も第１の色光と逆に、Ｙ＋側が小さく、Ｙ−側が大きくなる。
【００４７】
このように、回転多面体による走査方式においてカラーバーを３分割した場合には、所定の範囲を走査していても、回転角度が大きいと、Ｙ軸に関して＋領域と−領域で光量の減少に違いが生じてしまい、光量比に劣化が生じる。この現象は、回転多面体による反射光を入射光側に反射させる上記した走査式投射型映像表示装置に限定されるものではなく、特許文献１や特許文献３のように、入射光と反射光の光路が異なる走査式投射型映像表示装置においても生じてしまう。
【００４８】
図２は、このような周辺光量比の劣化パターンの特徴に着目し、分割数を３分割から６分割に増加した色分離ユニット２ａの一例である。
【００４９】
色分離ユニット２ａにおける色光の配置方法等の詳細については後述するが、まず、分割したカラーバーの各々の領域における照明結果を図３乃至図８に示す。この照明結果から第１の領域から第６の領域の出射光が、映像表示素子６上にどのような光量分布を形成するかがわかる。第１の領域から第６の領域と記述したのは、第１の領域から第６の領域の中に同じ波長域の色光があるので、混乱を避けるために、色光ではなく領域として記述している。また、図３から図８において、符号６−ｉは映像表示素子６上での６分割されたカラーバーの第ｉの領域を示す。但し、ｉは１乃至６のいずれかの整数である。
【００５０】
図３乃至図８においても、カラーバーの３分割の結果と同様に、Ｙ＋側に配置した第１の色光から第３の色光では周辺光量比はＹ＋側が大きく、逆に、Ｙ−側に配置した第４の色光から第６の色光では周辺光量比はＹ−側が大きくなる。特に、Ｙ＋の端の領域にあたる第１の色光と、Ｙ−の端の領域に当たる第６の色光においてその傾向は顕著である。
【００５１】
各々の領域での特徴を踏まえ、分割したカラーバーに対する色光の配置を行ったものが、図２の色分離ユニット２aである。図２は、本実施の形態による色分離ユニットのＹＺ断面図である。図２は、本実施の形態による色分離ユニット２ａのＹＺ断面図である。なお、図２において、偏光変換素子２１の図示を省略している。
【００５２】
図２において、ライトパイプ２４に入射した光束は光量の一様化作用を受けた後で、カラープリズム２５ａに入射する。カラープリズム２５ａは、Ｙ軸方向に略４５度傾斜した複数の色分離膜２５１ａ，２５２ａ，２５３ａが所定間隔でＹ軸方向に６層に積層されたプリズムであり、光学軸１００に対して前記色分離膜２５１ａ、２５２ａ、２５３ａが対称（詳細に述べるならば光学軸１００を含むＸＺ平面に対して対称）に配置されている。光学軸１００は、図１における第一の写像光学系の光学軸である。または、Ｙ軸方向（すなわち、図１の多面反射体による走査方向）に配置された色分離膜２５１ａ，２５２ａ，２５３ａ等が、その配置の中心を挟んで、Ｙ軸方向の両側に配置されている。このように、図２紙面で光学軸１００に対して、Ｙ＋側では光学軸側から順に偏光分離膜２５３ａ、２５２ａ、２５１ａと配置されており、Ｙ−側では光学軸側から順に偏光分離膜２５３ａ、２５２ａ、２５１ａと配置されている。そして、Ｙ＋側とＹ−側では色分離膜のＹ軸方向に対する傾斜が９０度異なっている。つまり、色分離膜はＹ＋側では光学軸（Ｚ軸）に対して略４５度、Ｙ−側では略−４５度傾斜している。
【００５３】
第３の色分離膜２５３ａは第３の色光（第３の波長域）のみを透過しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を反射する色分離膜である。第２の色分離膜２５２ａは第２の色光（第２の波長域）の色光を反射しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を透過する色分離膜である。第１の色分離膜２５１ａは、第１の色光（第１の波長域）の色光を反射しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を透過する色分離膜である。
【００５４】
カラープリズム２５ａが上記のように構成されているので、ライトパイプ２４からカラープリズム２５ａに入射した白色の光束のうち、第３の色分離膜２５３ａにより、第３の色光が透過して出射し、それ以外の色光は、それぞれＹ＋側（以下、単に「上」と記す）あるいはＹ−側（以下、単に「下」と記す）に反射される。上（下）に反射された光束は、第２の色分離膜２５２ａにより、第２の色光の色光のみが反射して出射し、それ以外の色光は透過する。第２の色分離膜２５２ａを透過した色光のうち、第１の色分離膜２５１ａにより、第１の色光は反射して出射し、それ以外の色光は透過する。なお、第１の色分離膜２５１ａを反射ミラーで構成し、第２の色分離膜２５２ａを透過した残光を反射する構成としてもよい。
【００５５】
このように、図２の光分離ユニット２aでは、６分割した第１番目と第６番目に第１の色光を配置し、第２番目と第５番目に第２の色光を配置し、そして、第３番目と第４番目に第３の色光を配置している。または、光学軸１００を通る第３の色光を出射する出射面を中心に、両側（±Ｙ軸方向）に第２の色光を出射する出射面、第１の色光を出射する出射面を配置している。このような配置により、光学軸１００に対して対称に第３の色光と、第２の色光と、第１の色光とを分離して色分離ユニット２ａから出射することができる。
【００５６】
図２の色分離ユニット２ａを用いた投射型映像表示装置での映像表示素子６での光量分布について図９から図１１を用いて説明する。
【００５７】
図９は、第１番目と第６番目に配置した二つのカラーバーによる光量分布である。カラーバーとして、Ｙ＋側とＹ−側にそれぞれカラーバー６−１，６−６を配置することで、Ｙ軸方向の光量分布が対称となり、図２４の場合に比べ、光量分布における周辺光量比を改善することができる。
【００５８】
図１０は、第２番目と第５番目に配置した二つのカラーバーによる光量分布である。カラーバー６−２，６−５をＹ＋側とＹ−側にそれぞれ配置することで、光量分布における周辺光量比の改善が可能である。同様に、図２４の光量分布と比べればその改善効果は顕著であることが分かる。
【００５９】
最後に図１１は、上から第３番目と第４番目に配置したカラーバーによる光量分布である。６分割の第３番目と第４番目は、３分割での第２番目即ち、図２５と等価になる。図２５は３分割で唯一、Ｙ＋側とＹ−側にカラーバーを配置できていた色光の光量分布であり、図１７の光分離ユニット２dにおいては、周辺光量比が一番良かったものである。即ち、３分割した光分離ユニット２dにおいて一番良かった領域の周辺光量比が、本実施の形態では一番悪い周辺光量比になったわけである。
【００６０】
カラーバーの１周期当たりの色の順番は、第１の色光、第２の色光、第３の色光、第２の色光、第１の色光であり、その繰り返しとなる。従って、映像表示素子６を駆動する制御回路では、５回の色の制御をする必要があるように思えるが、最初の第１の色光と最後の第１の色光は、走査上はちょうど隣り合った配置関係となるので、映像表示素子６を駆動する制御回路では、４回の色の制御を行えば良いという効果が得られる。その構成を図２７に示す。
【００６１】
図２７は、図１７の光分離ユニット２dにおける映像表示素子６を駆動する際の色制御の切替えクロックのタイムチャートを示す。同様に図２８は、図２の光分離ユニット２aにおけるタイムチャートを示す。
【００６２】
図２７（１）は、映像表示素子６上の３分割された領域の１つに対する横軸に制御回路の駆動時間を、縦軸に色別の駆動信号の出力を示す。映像表示素子６の垂直走査を行うために必要な時間を回路制御の１周期とする。図１７の光分離素子を扱う場合、カラーバーが１周する周期（スクロール１周期分）と回路制御の１周期を同じタイミングで実行させている。映像表示素子一画面において、スクロールを３回実行する。図２７（２）は、画面上の色光の変化を示す。例えば、図２７（２）の上部領域に着目すると、回路制御１周期分でＲ⇒Ｂ⇒Ｇの順番で３回の切替えが行われ、１画面全体に対して３色全ての信号で駆動されることになる。
【００６３】
図２８（１）は、図２の光分離ユニット２aを用いた場合の映像表示素子６の駆動を示す図である。光分離分離ユニット２aは出力面が６分割された領域から、例えばＹ軸上からＧ⇒Ｂ⇒Ｒ⇒Ｒ⇒Ｂ⇒Ｇの配置の色光が出力される。カラーバー１周期において、例えば映像表示素子６の一番上の領域では、図２８(２)に示すように、Ｇ⇒Ｂ⇒Ｒ⇒Ｂ⇒Ｇの順で４回の切替えが行われる。しかしながら本実施の形態では、図２７（１）と異なり、カラーバー１周期と、回路制御１周期をずらして行う構成である。
【００６４】
例えば図２の色分離ユニット２aの場合、ユニットの両端が同じ第１の色光である。映像表示素子６として例えば液晶素子を用いた場合、色光の駆動を切替えた場合、制御応答に所定時間が必要となる。即ち、一端の第１のカラーバーで駆動を一旦ＯＦＦにすると、もう一方の端で駆動をＯＮにするまでの時間、液晶での十分な反射性能が得られない。従って、色の切替え制御が少ないほど処理速度を向上させることができる。このような液晶素子の特徴を踏まえ、図２のように両端が同色のカラーバーの配置し、両端のカラーバーに対して１つの駆動サイクルに含まれるように、回路制御の周期をカラーバーの周期に対してずらしている。このような構成によって、回路制御１周期における色切替えの回数を少なし、全体としての制御時間の増加をある程度抑制しつつ、周辺光量比を改善するというトレードオフを実現している。
【００６５】
次に、第２の実施の形態について、図１２を用いて説明する。図１２は図１に適用する色分離ユニット２ａに代えて、色分離ユニット２ｂを用いたものである。従って、写像関係、偏光作用、走査作用は本実施の形態においても、図２に同じであり、その重複する詳細な説明を省略し、以下では、本形態の特徴である色分離ユニットでの色分離作用について、説明する。
【００６６】
図１２において、色分離ユニット２ｂは、偏光変換素子２１（図示省略）と、ライトパイプ２４と、ライトパイプ２４の入射側端面に設けられ、光学的な穴の開いた入射開口２３１、および入射開口２３１以外の領域に対応して設けられた全反射ミラー２３２を有する入射開口板２３と、ライトパイプ２４の出射側端面に設けられ、ライトパイプ２４からの光をＹ軸方向に配列された６つの短冊形状（帯状）の異なる色光のカラーバーに分離する色分離素子であるダイクロイックミラー２６ｂを有する。
【００６７】
ダイクロイックミラー２６ｂは、光学軸（Ｚ軸）１００に対して対称に、かつ光学軸側から順に配置された第３のダイクロイックミラー２６３ｂと、第２のダイクロイックミラー２６２ｂと、第１のダイクロイックミラー２６１ｂとで構成される。
【００６８】
第３のダイクロイックミラー２６３ｂは、第３の色光（第３の波長域）のみを透過しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を反射させ、第２のダイクロイックミラー２６２ｂは、第２の色光（第２の波長域）のみを透過しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を反射させ、第１のダイクロイックミラー２６１ｂは、第１の色光（第１の波長域）のみを透過しそれ以外の色光（それ以外の波長域）を反射させるダイクロイックミラーである。
【００６９】
ライトパイプ２４の入射側端面に配置された入射開口板２３の全反射ミラー２３２は、ダイクロイックミラー２６ｂで反射された光束を再びライトパイプ２４の出射側に反射するものである。
【００７０】
次に、色分離ユニット２ｂの機能について説明する。偏光変換素子２１（図１２での図示省略）で所定偏光方向に揃えられた後、入射開口板２３の入射開口２３１を介してライトパイプ２４に入射した光束は光量の一様化作用を受けた後で、ダイクロイックミラー２６ｂに入射する。ダイクロイックミラー２６ｂを構成する第１のダイクロイックミラー２６１ｂでは、入射した白色光束のうち第１の色光のみを透過して出射し、それ以外の色光を反射する。また、第２のダイクロイックミラー２６２ｂでは、入射した白色光束のうち第２の色光のみを透過して出射し、それ以外の色光を反射する。同様に、第３のダイクロイックミラー２６３ｂでは、入射した白色光束のうち第３の色光のみを透過して出射し、それ以外の色光を反射する。
【００７１】
ところで、本実施の形態においては、ライトパイプ２４の入射側端面には、光学的な入射開口２３１と全反射面２３２を有する入射開口板２３を配置している。従って、上記ダイクロイックミラー２６１ｂからダイクロイックミラー２６３ｂで反射され、ライトパイプ２４の入射側端面に戻った光束の大部分（面積比分）は、再び全反射ミラー２３２で反射される。以下、この繰り返しとなり、ライトパイプ２４に入射した大部分の光束が色分離ユニット２ｂから出射することになる。このように、色分離ユニット２ｂは、ダイクロイックミラー２６ｂで反射された光をリサイクルすることで光利用効率を向上させることができる。
【００７２】
第１の色光から第３の色光の出射位置は、色分離ユニット２aと同様に、光学軸１００に対して対称となるように配置している。従って、色分離ユニット２ｂを用いた投射型映像表示装置における映像表示素子６での光量分布は、色分離ユニット２ａを用いた投射型映像表示装置での光量分布と同様の結果となる。また、色分離ユニット２aの場合と同様に、３分割で一番良かった周辺光量比が、図１７の例での一番悪い周辺光量比にとなる。
【００７３】
また、映像表示素子６を駆動する制御回路では、５回の色の制御をする必要があるように思えるが、最初の第１の色光と最後の第１の色光は、走査上はちょうど隣り合った配置関係となるので、映像表示素子６を駆動する制御回路では、４回の色の制御を行えば良い。
【００７４】
次に、図１３を用いて、色分離ユニットの他の実施の形態について説明する。
【００７５】
図１３の色分離ユニット２cは、図１２の実施の形態と基本的な構成は同じである。但し色分離ユニット２cは、６分割の第１番目と第６番目に第１の色光を配置し、第２番目と第３番目に第２の色光を配置し、そして、第４番目と第５番目に第３の色光を配置している。
【００７６】
色分離ユニット２ｃを用いた投射型映像表示装置での映像表示素子６での光量分布について図１４から図１６を用いて説明する。
【００７７】
図１４は、第１番目と第６番目に配置したカラーバー６−１，６−６による光量分布である。カラーバーをＹ＋側とＹ−側にそれぞれ配置することで、光量分布における周辺光量比を改善することができる。図２０の光量分布と比べればその改善効果は顕著であることが分かる。
【００７８】
また、図１５は、第２番目と第３番目に配置したカラーバーによる光量分布である。カラーバー６−２，６−３をＹ＋側のみに配置しているので大きな改善効果はないが、図２４の光量分布と比べれば改善効果は得られている。これは、図２０での回転角度に比べて、図１０の回転角度を小さくできた効果である。
【００７９】
最後に、図１６は、第４番目と第５番目に配置したカラーバーによる光量分布である。カラーバー６−４，６−５をＹ−側のみに配置しているので大きな改善効果はないが、図２４の光量分布と比べれば改善効果は得られている。図１５と同様に、図２４での回転角度に比べて、図１６の回転角度を小さくできた効果である。
【００８０】
また、カラーバーの１周期当たりの色の順番は、第１の色光、第２の色光、第３の色光、第１の色光であり、その繰り返しとなる。従って、映像表示素子６を駆動する制御回路では、４回の色の制御をする必要があるように思えるが、最初の第１の色光と最後の第１の色光は、走査上はちょうど隣り合った配置関係となるので、映像表示素子６を駆動する制御回路では、３回の色の制御を行えば良い。即ち、図１７の３分割の場合と同じ色の制御で良いという効果がある。
【００８１】
次に、上記図２の光分離ユニット２aの他の色光配置例を説明する。図２９〜図３１、また図３２、３３の配置例では、各々色光の配置を光学軸対称とならない配置としている。前者にでは、光学軸を挟んで±Ｙ軸方向に各々３種類の色光を配置している点では図２の例と同様であるが、配置順がＹ軸上から順に、第１の色光、第２の色光、第３の色光、第１の色光、第２の色光、第３の色光としている。図２９は、第１の色光についてのラスタ性能図であり、図３０は、第２の色光のラスタ性能図、図３１は、第３の色光のラスタ性能図である。
【００８２】
図３２、３３は、色配置をＹ軸上から順に、第１の色光、第２の色光、第３の色光、第３の色光、第１の色光、第２の色光とした場合の、ラスタ性能図であり、具体的には図３２は第１の色光のラスタ性能図、図３３は第２の色光のラスタ性能図である。なお、第３のラスタ性能図については、図１１と同様のため省略する。
【００８３】
図２４乃至２６と比較すると、両者の色配置とも、周辺光量比が向上していることがわかる。特に後者の色配置においては、図２の色配置に近い改善を図ることが可能である。これは、色配置が、図２９乃至３１の配置と比較すると、光学軸に対し略対称の配置となっているからである。このように光学軸に対しＹ軸方向に関して対称に近い色配置にするほど、回転角度を小さくすることができ、さらには周辺光量比を改善することが可能となる。
【００８４】
以上のように各実施の形態について説明したが、本発明は下記の観点から捉えることも可能である。
白色光源と、該白色光源の出射光から映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、該白色光源から放射される可視光束を複数の色光に分離する色分離ユニットと、該色分離ユニットの出射面から出射された各複数色の光を該映像表示素子上で移動（走査）させる走査手段と、該色分離ユニットにより分離したカラーバーを該走査手段の近傍に写像する第１の写像光学系と、該走査手段により走査されたカラーバーを該映像表示素子に写像する第２の写像光学系と、該映像表示素子から出射された光をカラー映像として投射する投射装置を備えた投射型映像表示装置において、該色分離ユニットは、該色分離ユニットの出射面から出射する複数の色光、または複数の色光の少なくとも一部、あるいは、複数の色光の一つを、該第１の写像光学系の光学軸を挟んでそれぞれ両側に配置したことを特徴とする投射型映像表示装置。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】投射型映像表示装置の構成図の一例である。
【図２】色分離ユニットの第１の構成例である。
【図３】６分割カラーバーの第１領域のラスタ性能図である。
【図４】６分割カラーバーの第２領域のラスタ性能図である。
【図５】６分割カラーバーの第３領域のラスタ性能図である。
【図６】６分割カラーバーの第４領域のラスタ性能図である。
【図７】６分割カラーバーの第５領域のラスタ性能図である。
【図８】６分割カラーバーの第６領域のラスタ性能図である。
【図９】図２の色分離ユニットでの第１の色光のラスタ性能図である。
【図１０】図２の色分離ユニットでの第２の色光のラスタ性能図である。
【図１１】図２の色分離ユニットでの第３の色光のラスタ性能図である。
【図１２】色分離ユニットの第２の構成例である。
【図１３】色分離ユニットの第３の構成例である。
【図１４】図１３の色分離ユニットでの第１の色光のラスタ性能図である。
【図１５】図１３の色分離ユニットでの第２の色光のラスタ性能図である。
【図１６】図１３の色分離ユニットでの第３の色光のラスタ性能図である。
【図１７】３分割の色分離ユニットの説明図である。
【図１８】走査方式の原理の説明図である。
【図１９】回転多面体での走査の説明図である。
【図２０】空間像と反射角度の第１の説明図である。
【図２１】空間像と反射角度の第２の説明図である。
【図２２】回転角度と走査量の関係を説明する図である。
【図２３】走査方式におけるｔａｎｇｅｎｔ作用を説明する図である。
【図２４】図１７の３分割色分離ユニットでの第１の色光のラスタ性能図である。
【図２５】図１７の３分割色分離ユニットでの第２の色光のラスタ性能図である。
【図２６】図１７の３分割色分離ユニットでの第３の色光のラスタ性能図である。
【図２７】図１７の色分離ユニットを採用する場合の液晶表示素子の制御回路の制御内容を示す図である。
【図２８】図２の色分離ユニットを採用する場合の液晶表示素子の制御回路の制御内容を示す図である。
【図２９】図２の色分離ユニットでの色光配置に関する第二の例でのラスタ性能図を示す。
【図３０】図２の色分離ユニットでの色光配置に関する第二の例でのラスタ性能図を示す。
【図３１】図２の色分離ユニットでの色光配置に関する第二の例でのラスタ性能図を示す。
【図３２】図２の色分離ユニットでの色光配置に関する第三の例でのラスタ性能図を示す。
【図３３】図２の色分離ユニットでの色光配置に関する第三の例でのラスタ性能図を示す。
【符号の説明】
【００８６】
１…光源ユニット、１１…光源、１２…リフレクタ、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…色分離ユニット、２１…偏光変換素子、２１１…偏光分離プリズム、２１２…１／２波長板、２３…入射開口板、２３１…入射開口、２３２…全反射ミラー、２４…ライトパイプ、２５…カラープリズム、２６…ダイクロイックミラー、３１、３３…縮小光学系、３２…光路折り曲げミラー、３３…拡大光学系（光路共通化による兼用）、４…回転多面体、５１…第１ＰＢＳ、５２…第２ＰＢＳ、６…映像表示素子、７…投射レンズ、８１…偏光板、８２…１／４波長板、８３…１／２波長板、８４…偏光板、１００…光学軸、２８０…空間像、２９０…鏡面像（走査空間像）
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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