(57)【要約】【課題】  単板スクロール方式の光学系において、光学ユニット、並びに、液晶表示装置の高輝度化を実現する。【解決手段】  白色光を分離するロッドレンズと赤色光，緑色光，青色光の３色に分離するダイクロイックプリズムとから構成する色分離素子を有し、ライトパイプからの光をロッドレンズの開口部とダイクロイックプリズムの１つの開口部に導くように構成する。この構成により、白色光、赤色光、緑色光、青色光とを同時に使用することが可能となり、光利用効率を向上させることができる。【選択図】  図１
2006138965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光に分離する色分離素子であって、
前記白色光の分離部をロッドレンズで構成すると共に、
赤色光と緑色光と青色光の分離部をダイクロイックプリズムで構成したことを特徴とする色分離素子。
【請求項２】
前記ロッドレンズと前記ダイクロイックプリズムは、その接合面に空気層を設けた一体化構造であることを特徴とする請求項１に記載の色分離素子。
【請求項３】
光源と、
該光源からの光の分布を均一化する導光手段と、
該導光手段からの光を、白色光を含む４色以上の色光に分離する色分離素子と、
映像信号に応じて、該色分離素子にて分離された前記色光から光学像を形成する映像表示素子と、
該映像表示素子から出射された光学像を拡大投射する投射レンズとを有し、
前記導光手段から出射された光を、前記色分離素子の前記白色光の分離部の開口部と他の色光の分離部の１つの開口部とに導くように構成したことを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
前記白色光の分離部をロッドレンズで構成し、前記他の色光の分離部をダイクロイックプリズムで構成したことを特徴とする請求項３に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記ロッドレンズと前記ダイクロイックプリズムは、その接合面に空気層を設けた一体化構造であることを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記導光手段の出射開口部は、前記白色光の分離部の開口部と前記他の色光の分離部の１つの開口部とを合わせた開口部と略同等であることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記導光手段は、入射開口断面積よりも出射開口断面積を大とし、Ｆ値変換機能を有するライトパイプであることを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記白色光の分離部の開口部と、前記他の色光の分離部の１つの開口部との断面積が異なることを特徴とする請求項３乃至請求項７の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記導光手段と前記色分離素子とが、前記光学ユニットから着脱可能な構成としたことを特徴とする請求項３乃至請求項８の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
光を放射する光源と、
該光源から出射された光を複数色の色光に分離する請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の色分離素子と、
映像信号に応じた光学像を形成させる映像表示素子と、
前記色分離素子から出射された各複数色の光が入射され、それぞれの光軸方向を変えて出射し、前記複数色の光の各々を前記映像表示素子の異なった領域に照射すると共に、前記複数色の光の各々が照射される領域を所定方向に移動させる反射型回転多面体と、
前記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レンズとを有することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１１】
請求項３乃至請求項１０の何れかに記載の光学ユニットと、映像処理回路と、電源とを備え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、光源から照射される光を液晶パネルやマイクロミラーアレイパネルなどのライトバルブで光強度変調して光学像を形成し、該光学像をスクリーン上に投影する投射型映像表示装置に係わり、特にライトバルブに照射する複数の色光を光源からの光から空間的に分離する色分離素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光源からの光をインテグレータ素子、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で構成された色分離素子を用いて、Ｒ（赤色）光，Ｇ（緑色）光，Ｂ（青色）光に分離する。そして、分離された各色光をそれぞれ一つの反射型回転多面体を用いて光路を変え、映像表示素子である一つのライトバルブのそれぞれ異なった領域に同時に照射し、かつ、各色光で照射された短冊状（帯状）領域の場所を順次ライトバルブ上で一定方向に移動（スクロール）させるようにした、例えば下記特許文献１に記載の単板式投射型映像表示装置が知られている。
【０００３】
上記単板式投射型映像表示装置に用いられる色分離素子としては、例えば下記特許文献２に記載の複数のダイクロプリズムと反射面を組み合わせたカラープリズムがある。
【０００４】
また、単板式投射型映像表示装置としては、ライトバルブ上にＲ，Ｇ，Ｂ光を時分割して順次投射し、カラー表示を行う色順次表示方式のものも知られている。この種の単板式投射型映像表示装置の色分離素子としては、一般に、周方向に３分割された３つの扇状のＲ，Ｇ，Ｂのカラー領域を有するカラーホイールが用いられる。このカラーホイールを回転させて、光源からの光を例えばＲ，Ｇ，Ｂ光に時分割して分離するが、この際、カラーホイールにＷ（白色）光を透過させる領域を追加すれば、輝度を向上させることができる。このことは周知のことであり、例えば下記特許文献３に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-350112号公報
【特許文献２】特開2003-149738号公報
【特許文献３】特開2004-191685号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者等は輝度向上を目的とし、回転多面体を用いた単板式投射型映像表示装置に使用する色分離素子である、複数のダイクロプリズムと反射面を組み合わせたカラープリズムにおけるＷ光を利用する検討を行った。
【０００７】
図７はＲ，Ｇ，Ｂ，Ｗ光に分離する色分離素子の検討構成図で、図７（ａ）は検討した色分離素子の構成図、図７（ｂ）は従来のカラープリズムである色分離素子の構成図である。
【０００８】
図７（ａ）において、色分離素子５５は、２つの三角柱プリズムの界面に例えばハーフミラー膜が構成され、入射光（Ｗ光）の半分を透過し、半分を反射させるＷ用プリズム５５ａと、Ｗ用プリズム５５ａで反射されたＷ光のうちの第１の色光（ここではＲ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＲ用プリズム５５ｂと、Ｒ用プリズム５５ｂを透過した光のうち第２の色光（ここではＧ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＧ用プリズム５５ｃと、Ｇ用プリズム５５ｃを透過した光のうち第３の色光（ここではＢ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＢ用プリズム５５ｄとからなる。
【０００９】
各プリズムの出射面形状は、それぞれライトバルブ（図示せず）の表示領域を、長辺がライトバルブの長辺に平行な４つの略等しい短冊状（帯状）領域に分割したものに略相似となるようにされている。
【００１０】
そして、図示しない光源からの光は、インテグレータ（図示せず）で光量分布が一様化され、色分離素子５５のＷ用プリズム５５ａに入射され、Ｗ用プリズム５５ａと、Ｒ用プリズム５５ｂと、Ｇ用プリズム５５ｃと、Ｂ用プリズム５５ｄとでＷ，Ｒ，Ｇ，Ｂ光に色分離される。
【００１１】
また、従来の色分離素子５６は、入射光（Ｗ光）のうち第１の色光（Ｒ光）を透過させるダイクロイックプリズムであるＲ用透過プリズム５６ｂと、Ｒ用透過プリズム５６ｂで反射された光のうち第２の色光（Ｇ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＧ用プリズム５６ｃと、Ｇ用プリズム５６ｃを透過した光のうち第３の色光（Ｂ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＢ用プリズム５６ｄとからなる。
【００１２】
各プリズムの出射面形状は、それぞれライトバルブ（図示せず）の表示領域を、長辺がライトバルブの長辺に平行な３つの略等しい短冊状（帯状）領域に分割したものに略相似となるようにされている。
【００１３】
そして、図示しない光源からの光は、インテグレータ（図示せず）で光量分布が一様化され、色分離素子５６のＲ用透過プリズム５６ｂに入射し、Ｒ用透過プリズム５６ｂと、Ｇ用プリズム５６ｃと、Ｂ用プリズム５６ｄとでＲ，Ｇ，Ｂ光に色分離される。
【００１４】
以上述べたように、光源からの光が色分離素子を構成する一つのプリズムに入射される場合、ライトバルブのパネルサイズ１００％に対し、従来の色分離素子５６の入射開口サイズは約３３％となるが、検討した色分離素子５５の入射開口サイズは約２５％となる。
【００１５】
つまり、輝度向上のためにＷ用プリズムを追加したにもかかわらず、光量（透過率）が当初の見積りよりも大きく劣化することが分かった。
【００１６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、Ｗ光の色分離素子（Ｗ光も色の一つと考え、色分離素子と表現する）を追加しても、光の利用効率向上が図れ、映像の高輝度化が可能な色分離素子及びそれを用いた投射型映像表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成する為に、本願発明は光学ユニットを、光を放射する光源と、該光源からの光を赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光に分離する素子であって、前記白色光の分離部をロッドレンズで構成し、赤色光と緑色光と青色光の分離部をダイクロイックプリズムで構成した色分離素子と、映像信号に応じた光学像を形成させる映像表示素子と、前記色分離素子から出射された各複数色の光が入射され、それぞれの光軸方向を変えて出射し、前記複数色の光の各々を前記映像表示素子の異なった領域に照射すると共に、前記複数色の光の各々が照射される領域を所定方向に移動させる反射型回転多面体と、前記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レンズとを有するように構成する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、光の利用効率が向上し、高輝度な投射型映像表示装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図を用いて、本発明の最良の形態について、詳細に説明する。なお、回転多面体（以下の説明では反射型多面体）を用いて、色分離素子で空間的に複数色に色分離された各色光の短冊状（帯状）の出射形状をライトバルブ上のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、該短冊状色光領域の照射場所をライトバルブ上で所定方向に移動（スクロール）させるスクロール技術は特許文献１で詳細に述べられているので、その詳細は省略する。
【実施例１】
【００２０】
図２は、本発明による第１の一実施例を示す光学ユニットの構成図である。
【００２１】
光学ユニットとは、光源と、該光源からの光の光量分布を一様化するインテグレータと、インテグレータで光量分布が一様化された光を入力映像信号に応じて光強度変調して光学象を形成するライトバルブと、該光学像を拡大して投射する投射レンズを少なくとも備える光学系を指すものである。光学ユニットを映像処理回路や電源回路等とともに筐体に収納したものが投射型映像表示装置である。
【００２２】
図２において、１は略白色光を出射するランプ、２はランプ１からの光を反射するリフレクタで、ランプ１とリフレクタ２とで光源が構成されている。３は偏光方向を所定偏光方向（ここではＳ偏光）に揃える偏光変換素子の偏光ビームスプリッタ、４は本発明に係わる出射開口の大きさが入射開口より大きい、光量分布の一様化を行うインテグレータであるライトパイプ、５は本発明に係わるライトパイプ４からの光をＷ，Ｒ，Ｇ，Ｂ光に空間的に分離する色分離素子、６は色分離素子５からの出射光を折り曲げる全反射ミラ―、１０は平板型偏光ビームスプリッタ、１２はライトバルブ（映像表示素子）である反射型液晶パネル、１３は反射型回転多面体、１４，１５，１６は色分離素子５の出射面形状を反射型液晶パネル１２上に結像させる結像レンズ群、１７ａは所定偏光方向の偏光光（ここではＳ偏光）を透過させる入射側偏光板、１７ｂは入射側偏光板１７ａと異なる偏光方向の偏光光（ここではＰ偏光）を透過させる出射側偏光板、１８は偏光ビームスプリッタプリズム、１９は入射側偏光板１７ａの前に配置された偏光方向を変換するλ／２波長板、４ｂは偏光方向を調整するλ／４波長板、４ｃは偏光ビームスプリッタプリズム１８と反射型液晶パネル１２との間に配置されてコントラストの向上を行うλ／４波長板、２３は投射レンズである。
【００２３】
ここで、以下の説明を容易とするために、便宜上、図２に示すような直交座標系を導入する。即ち、ライトパイプ４の光軸方向をＸ軸、反射型回転多面体１３の回転軸方向をＺ軸、Ｘ軸，Ｚ軸に直交する軸をＹ軸とする。
【００２４】
従って、反射型液晶パネル１２の表示面は、図２から明らかなように、ＸＺ平面に平行となる。なお、反射型液晶パネル１２の長辺方向は図２紙面に垂直なＺ軸に平行で、短辺方向はＸ軸に平行とする。
【００２５】
以上のように構成された光学ユニットにおいて、ランプ１から出射された光をリフレクタ２で反射して得られる光源からの白色光は、光の偏光方向を揃える為の偏光変換素子である偏光ビームスプリッタ３に入射される。ここで偏光方向を例えばＳ偏光に揃えられた光は光量分布の一様化を行うインテグレータであるライトパイプ４へ入射される。ライトパイプ４は入射光を内部で多重反射させることにより、光量分布の一様化を行う。ライトパイプ４から出射された光は、色分離素子５の所定領域（詳細は後述）の入射面に同時に照射される。
【００２６】
なお、本発明のライトパイプ４と色分離素子５の構成、及び機能については図１を用いて後から詳細に説明する。
【００２７】
色分離素子５に照射された光は、Ｗ光と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の３色光とにＹ軸方向に空間的に分離される。従って、反射型液晶パネル１２上には、パネルの長辺（Ｚ軸に平行）にその長辺が平行な４本のスクロール帯が照射されることになる。
【００２８】
分離されたそれぞれの色光（Ｗ光を含む）は、全反射ミラー６で光路が折り曲げられ、平板型偏光ビームスプリッタ１０に入射する。入射光はＳ偏光なので反射され、反射型回転多面体１３に向かい、反射型回転多面体１３で反射され、再び平板型偏光ビームスプリッタ１０に入射する。平板型偏光ビームスプリッタ１０と反射型回転多面体１３との間にはλ／４波長板４ｂが挿入されているので、この間を往復する間に偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変換されて、平板型偏光ビームスプリッタ１０にはＰ偏光で入射する。今度は、各色光は平板型偏光ビームスプリッタ１０を透過するが、λ／２波長板１９でＳ偏光に変換された後、入射側偏光板１７ａを透過し、偏光ビームスプリッタプリズム１８で反射され、反射型液晶パネル１２に照射される。この時、図６（ａ）のように、各色光（Ｗ光を含む）のスクロール帯１２Ｗ，１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂはそれぞれ反射型液晶パネル１２の異なった場所に、照射される。そして、各スクロール帯は反射型液晶パネル１２の短辺方向（Ｘ軸方向）に平行にスクロールされる。
【００２９】
反射型液晶パネル１２から出射されたＳ偏光からＰ偏光に変換された光学像（映像）の光は、今度は偏光ビームスプリッタプリズム１８を通過し、更に出射側偏光板１７ｂを透過した後、投射レンズ２３を通してスクリーン（図示せず）に拡大投影される。
【００３０】
尚、ライトバルブとしては、本実施例では反射型液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、透過型液晶パネル、強誘電性液晶パネル、及びマイクロミラーアレイパネル等のいずれかを適宜使用することができる。勿論、用いるライトバルブに合わせて、最適な光学系が選定されるのはいうまでもない。
【００３１】
次に、図１を用いて、色分離素子５について詳細に説明する。図１は図２の色分離素子近傍の要部拡大図で、その（ａ）図は本発明による第１の実施例を示す色分離素子の動作説明図、（ｂ）図は色分離素子の出射面形状を示す図である。なお、図１では説明の都合上偏光ビームスプリッタ３を省略している。
【００３２】
図１において、色分離素子５は、ライトパイプ４から入射した白色光（Ｗ光）をそのまま透過（導光）させる第１の色分離素子（Ｗ光も色の一つと考え色分離素子と表現）であるＷ用ロッドレンズ５ａと、ライトパイプ４から入射した白色光（Ｗ光）から光の３原色に色分離する第２の色分離素子であるカラープリズム５ｆとからなり、該カラープリズム５ｆは入射光（Ｗ光）のうち第１の色光（ここではＲ光）を透過させて分離するダイクロイックプリズムであるＲ用プリズム５ｂと、Ｒ用プリズム５ｂで反射された光のうち第２の色光（ここではＧ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＧ用プリズム５ｃと、Ｇ用プリズム５ｃを透過した光のうち第３の色光（ここではＢ光）を反射させて分離するダイクロイックプリズムであるＢ用プリズム５ｄとからなる。なお、Ｂ用プリズム５ｄとしては、Ｂ光を反射させるダイクロイックプリズムに代えて、色純度が多少劣化するが、例えばアルミコトート面による反射作用を有するプリズムを用いてもよい。
【００３３】
色分離素子５のＷ用ロッドレンズ５ａは、側面の空気界面で全反射して導光するものなので、Ｗ用ロッドレンズ５ａとカラープリズム５ｆ（具体的に言えばＲ用プリズム５ｂ）との対向する側面の間には空気層が形成されるように、色分離素子５のＷ用ロッドレンズ５ａとカラープリズム５ｆは保持固定されている（保持手段は図示せず）。
【００３４】
ライトパイプ４は出射開口の大きさが入射開口より大きい、光量分布の一様化を行うインテグレータで、光源から入射した光はライトパイプ内部で反射を繰り返して、出射開口部で略一様な光量分布になる。また、本発明に用いたライトパイプ４では、出射開口の大きさが入射開口より大きく、その断面積が出射面に向かって次第に大きくなっている為、入射光線のＦ値よりも出射光線のＦ値が大きくなり、光線角度の発散成分を低減することが可能となる。つまりライトパイプ４はＦ値変換機能を有している。
【００３５】
ライトパイプ４と色分離素子５とは図示しない保持手段でほぼ密着されて保持されており、また、ライトパイプ４の出射開口形状は、色分離素子５の第１の色分離素子であるＷ用ロッドレンズ５ａの入射面と第１の色光のＲ用プリズム５ｂの入射面（即ち、第２の色分離素子であるカラープリズム５ｆの入射面）とを合わせた面形状と略等しくされている。ライトパイプ４と色分離素子５とはほぼ密着されているので、ライトパイプ４からの光を無駄なく効率よく色分離素子５の所定領域に導光することができる。
【００３６】
以上述べたように、ライトパイプ４と色分離素子５が構成され、配置されているので、ライトパイプ４で光量分布が一様化された光（Ｗ光）は、図１から明らかなように、色分離素子５のうちのＷ用ロッドレンズ５ａと第１の色光のＲ用プリズム５ｂの入射面（即ち、第２の色分離素子であるカラープリズム５ｆの入射面）に同時に照射される。
【００３７】
色分離素子５のＷ用ロッドレンズ５ａに入射したＷ光はそのまま透過（導光）されて出射する。また、色分離素子５のカラープリズム５ｆのＲ用プリズム５ｂに入射したＷ光は、カラープリズム５ｆつまりＲ用プリズム５ｂと、Ｇ用プリズム５ｃと、Ｂ用プリズム５ｄとでＲ，Ｇ，Ｂ光に色分離され、出射する。
【００３８】
色分離素子５の出射面形状は、図１の（ｂ）図のように、Ｗ用ロッドレンズ５ａとカラープリズム５ｆの各プリズム５ｂ，５ｃ，５ｄのそれぞれの出射面形状である、各短辺がほぼ等しい、４つの短冊状（帯状）領域５ａＷ，５ｂＲ，５ｃＧ，５ｄＢからなり、その全体形状は反射型液晶パネル１２に略相似な形状となっている。
【００３９】
以上述べたように、色分離素子５を構成するＷ用ロッドレンズ５ａとカラープリズム５ｆ（具体的には、本実施例では、Ｗ用ロッドレンズ５ａに隣接する第１の色光の分離プリズムであるＲ用プリズム）に同時に光を入射させることによって、光源からの光（Ｗ光）を直接Ｗ色として利用でき、またライトパイプ４の出射開口形状を、色分離素子５のうちのＷ用ロッドレンズ５ａとＲ用プリズム５ｂの入射面とを合わせた面形状と略等しくすることで開口率を大きくすることができ、光ビームの面積と光ビーム発散の立体角との積であるエタンデュー（Etendue）が向上することから高輝度化を図ることができる。
【００４０】
以上の説明では、色分離素子５のカラープリズム５ｆによって色分離される色は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色であるが、Ｙ（黄色），Ｃ（シアン），Ｍ（マゼンダ）の組み合わせでもよい。また、３色以上の複数色の組み合わせ、例えばＲ，Ｙ，Ｇ，Ｃ，Ｍの組み合わせ、あるいはＲ，Ｏ（オレンジ），Ｇ，Ｂ，Ｖ（紫）の組み合わせでもよく、この場合は、色分離素子のカラープリズムを構成するダイクロイックプリズムの数は４個以上の複数個となり、ライトバルブ上のスクロール帯は５種類以上となる。なお、３色以上の複数色を用いれば、色数を増やすことで、一般的なｘｙ色度図において、３色では三角形に表現されていた色度の表示可能範囲が、四角で表現できるので、色度表現範囲が広がる効果がある。
【００４１】
また、カラープリズム５ｆの各プリズムの出射面に必要に応じて適宜ＩＲカットフィルタ，トリミングフィルタ，ＵＶカットフィルタを貼り付けてもよい。具体的に述べれば、Ｒ用プリズム５ｂにＩＲカットフィルタを、Ｇ用プリズム５ｃにトリミングフィルタ、Ｂ用プリズム５ｄにＵＶカットフィルタを貼り付け、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を分離するようにしても良い。ＩＲカットフィルタを貼り付けることで、赤外線を除去し、赤外線による発熱を防止でき、トリミングフィルタを貼り付けることで、黄色の波長域にあるランプ光源の輝線を除去でき、色目を良くする効果がある。また、ＵＶカットフィルタを貼り付けることで、紫外線を除去し、有機材料からなる光学部品（例えば偏光板）の劣化を防止する効果がある。
【００４２】
また、本実施例では、色分離素子５のＷ用ロッドレンズ５ａとＲ用プリズム５ｂとの間に空気層を設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、Ｗ用ロッドレンズ５ａとＲ用プリズム５ｂの対向するいずれか一方の側面に例えばアルミを蒸着して反射面を形成し、Ｗ用ロッドレンズ５ａとＲ用プリズム５ｂとを図示しない例えば接着剤で接合するようにしてもよい。このようにすれば、Ｗ用ロッドレンズ５ａにおけるＲ用プリズム５ｂ側側面での内面多重反射を確保することができ、また、空気層をなくすことができるので、その分色分離素子５を小型化することができる。
【００４３】
また、図１（ｂ）では、４つの短冊状領域５ａＷ，５ｂＲ，５ｃＧ，５ｄＢは略等しいとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、色度階調を優先した場合には、必要に応じて短冊状領域５ａＷの短辺を短くして、その領域を小さくし、その分、３つの短冊状領域５ｂＲ，５ｃＧ，５ｄＢをそれぞれ略均等に大きくするようにしてもよい。
【００４４】
また、上記では、反射型液晶パネル１２の長辺方向をＺ軸方向として、色分離素子５でＹ軸方向に空間的に分離し、反射型液晶パネルの短辺方向（Ｘ軸方向）に平行にスクロールするようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば反射型液晶パネル１２’の短辺方向をＺ軸方向として、図６（ｂ）に示すように、反射型液晶パネルの長辺方向（Ｘ軸方向）に平行にスクロールするようにしてもよい。このようにすれば、ライトパイプ４の出射開口形状を、本実施例の場合と比較して、正方形に近づけることができ、より光効率を向上させることができる。
【００４５】
また、図２ではインテグレータとして、ライトパイプ４を用いているが、図３のように、マルチレンズアレイによる方式でも同様の効果は得られる。
【００４６】
図３は、インテグレータとして、ライトパイプに代えてマルチレンズアレイ方式を用いた光学ユニットの構成図である。なお、図３において、図２に共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
図３において、３０と３１は周知のマルチレンズアレイ方式インテグレータを構成する第１のレンズアレイと第２のレンズアレイ、３２は偏光方向を所定偏光方向（ここではＳ偏光）に揃える偏光変換素子、３３と３４は第１のレンズアレイ３０を構成する各レンズセルの形状を第２のレンズアレイ３１とともに色分離素子５の所定領域の入射面（即ち、Ｗ用ロッドレンズ５ａとＲ用プリズム５ｂの入射面）に重畳して結像させる集光レンズ群である。なお、一般に、リフレクタ２の反射面形状としては、ロッドレンズの場合は例えば楕円面であるが、マルチレンズアレイ方式の場合は放物面とされる。
【００４８】
光源からの光束は、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイで複数の光束に分割され、偏光変換素子３２でＳ偏光に偏光方向が揃えられ、集光レンズ群３３と３４により上記した色分離素子５の所定領域に重畳して照射される。以降の動作は図２に同じであり、その説明を省略する。
【実施例２】
【００４９】
第１の実施例では、色分離手段のＷ光分離素子としてロッドレンズを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。色分離手段のＷ光分離素子として内面が反射ミラーで構成されたミラー型のライトパイプを用いた第２の実施例について、以下説明する。
【００５０】
図４は本発明による第２の実施例を示す色分離素子の概略構成図で、その（ａ）図は色分離素子の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。なお、図１，図２に同一な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
図４において、本実施例による色分離素子５０は、ライトパイプ４から入射したＷ光をそのまま透過（導光）させるミラー型のライトパイプ５０ａと、ライトパイプ４から入射した白色光（Ｗ光）から光の３原色に色分離するカラープリズム５０ｆとからなり、該カラープリズム５０ｆはＲ光を分離するダイクロイックプリズムであるＲ用プリズム５０ｂと、Ｇ光を分離するダイクロイックプリズムであるＧ用プリズム５０ｃと、Ｂ光を分離するダイクロイックプリズムであるＢ用プリズム５０ｄとからなる。
【００５２】
ミラー型ライトパイプ５０ａは、図４から明らかなように、カラープリズム５０ｆ側側面を除いた側面が全反射ミラー８で、カラープリズム５０ｆ側側面がＲ用プリズム５０ｂの側面５０ｂ１で囲まれた中空のパイプとなっている。また、ミラー型ライトパイプ５０ａのＲ用プリズム５０ｂの側面５０ｂ１は、例えばアルミが蒸着され、金属反射ミラーを構成している。なお、ミラー型ライトパイプ５０ａは図示しない保持手段でカラープリズム５０ｆに固定されている。
【００５３】
従って、ライトパイプ４からミラー型ライトパイプ５０ａに入射したＷ光は、全反射ミラー８とＲ用プリズム５０ｂの側面５０ｂ１の金属反射ミラーで反射されて出射側に導光される。ライトパイプ４からカラープリズム５０ｆに入射したＷ光は、図１と同様に、各プリズム５０ｂ，５０ｃ，５０ｄでＲ，Ｇ，Ｂ光に分離される。
【００５４】
本実施例によれば、第１の実施例と同様に輝度向上が図れるとともに、第１の実施例と異なり、Ｗ光分離素子とカラープリズムとの界面に空気層を必要としないので、その分、各分離素子の積層方向の厚みを薄くすることができ、より小型化できる。
【実施例３】
【００５５】
上記では、Ｗ光以外の色分離素子としてダイクロイックプリズムで構成されたカラープリズムを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。Ｗ光以外の色分離素子として平板型のダイクロイックミラーを用いた第３の実施例について、以下説明する。
【００５６】
図５は、Ｗ光以外の色分離素子として平板型のダイクロイックミラーを用いた第３の実施例を示す色分離素子の概略構成図で、その（ａ）図は色分離素子の斜視図、（ｂ）図は（ａ）図における４２に平行な面での断面図である。
【００５７】
図５において、色分離素子５１は、ライトパイプ４から入射したＷ光をそのまま透過（導光）させる例えばロッドレンズのＷ光分離素子５１ａと、ライトパイプ４から入射した白色光（Ｗ光）から光の３原色に色分離するカラーダイクロイックミラー５１ｆとからなり、該カラーダイクロイックミラー５１ｆはＲ光を分離する平板型のＲ用ダイクロイックミラー５１ｂと、Ｇ光を分離する平板型のダイクロイックミラー５１ｃと、Ｂ光を分離する平板型のダイクロイックミラー５１ｄとからなる。
【００５８】
本実施例はカラープリズムに代えて平板型のダイクロイックミラーで構成されたカラーダイクロイックミラーを用いた点で、第１および第２の実施例と異なっており、その他については同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
なお、図５において、４１，４２は、色分離素子５１を保持する保持部材であり、保持部材４１，４２によって、前記光学部品を高精度に位置決めすることが可能となる。
【００６０】
また、上記では、Ｂ光を分離する素子としてダイクロイックミラーを用いたが、多少色純度が劣化するが、全反射ミラーとしてもよいことはいうまでもない。
【００６１】
また、以上説明した実施例では、導光手段であるライトパイプ４と色分離素子５１は、例えば図２に示す光学ユニットに固定配置された場合で説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、ライトパイプ４と色分離素子５１を着脱可能とする場合においても本願発明が適用可能であることは明らかである。例えば、図８に示すように、ライトパイプ４と色分離素子５１の配置領域をＡ×Ｂとしたとき、明るさを重視する場合には、図８(a)に示すように、白色光(Ｗ光)の開口部をＡの２５％とした色分離素子５１aを装着する。そして、出射側の開口部がＡの５０％となるライトパイプ４aを装着する。また、色再現性を重視する場合には、図８(b)に示すように、白色光(Ｗ光)の開口部をＡの１６％とした色分離素子５１bを装着する。そして、出射側の開口部がＡの４４％となるライトパイプ４bを装着する。
【００６２】
上記したようにライトパイプ４と色分離素子５１を着脱可能な構成とすることにより、使用環境に応じた使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による第１の実施例を示す色分離素子の動作説明図である。
【図２】本発明による第１の一実施例を示す光学ユニットの構成図である。
【図３】本発明による第１の実施例の別の実施例を示すマルチレンズアレイ方式を用いた光学ユニットの構成図である。
【図４】本発明による第２の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図５】本発明による第３の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図６】本発明による反射型液晶パネル上の色光の動作を説明する図である。
【図７】Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ光に分離する色分離素子の検討構成図である。
【図８】使用環境に応じた構成を説明するライトパイプと色分離素子の構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…ランプ、２…リフレクタ、３…偏光ビームスプリッタ、４…ライトパイプ、５…色分離素子、１２…反射型液晶パネル、１３…反射型回転多面体、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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