(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】  光源からの光を白色光分離部の開口部に入射させ、分離された色光以外の光を赤色光分離部の開口部に入射させ、分離された色光以外の光を緑色光分離部の開口部に入射し、分離された色光以外の光を分離部の開口部に入射するように構成する。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
2006162635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を、白色光を含む４色以上の複数の色光に分離する色分離素子であって、
前記各色光毎に分離部を有し、
前記光源からの光は、前記分離部の内の第１の分離部の開口部に入射し、該第１の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第２の分離部の開口部に入射し、該第２の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第３の分離部の開口部に入射し、該第３の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第４の分離部の開口部に入射するように構成したことを特徴とする色分離素子。
【請求項２】
前記第１、第２及び第３の分離部で分離された色光以外の光の出射光軸が、前記光源からの光の光軸と略同じ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】
前記第１、第２及び第３の分離部で分離された色光以外の光の出射光軸が、前記光源からの光の光軸に対して略９０°異な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４】
前記複数の色光は、赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光であって、
前記第１の分離部により前記白色光を、前記第２の分離部により前記赤色光を、前記第３の分離部により前記緑色光を、前記第４の分離部により前記青色光を分離するように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の色分離素子。
【請求項５】
前記複数の色光は、赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光であって、
前記第１の分離部により前記赤色光を、前記第２の分離部により前記緑色光を、前記第３の分離部により前記青色光を、前記第４の分離部により前記白色光を分離するように構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の色分離素子。
【請求項６】
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、各色光毎に分離部を有する色分離素子と、
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、前記分離部の内の第１の分離部の開口部に入射し、該第１の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第２の分離部の開口部に入射し、該第２の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第３の分離部の開口部に入射し、該第３の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第４の分離部の開口部に入射するように構成したことを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
前記第１、第２及び第３の分離部で分離された色光以外の光の出射光軸が、前記光源からの光の光軸と略同じであることを特徴とする請求項６に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第１、第２及び第３の分離部で分離された色光以外の光の出射光軸が、前記光源からの光の光軸に対して略９０°異なることを特徴とする請求項６に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記複数の色光は、赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光であって、
前記第１の分離部により前記白色光を、前記第２の分離部により前記赤色光を、前記第３の分離部により前記緑色光を、前記第４の分離部により前記青色光を分離するように構成したことを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか１項に記載の色分離素子。
【請求項１０】
前記複数の色光は、赤色光と緑色光と青色光と白色光の４色光であって、
前記第１の分離部により前記赤色光を、前記第２の分離部により前記緑色光を、前記第３の分離部により前記青色光を、前記第４の分離部により前記白色光を分離するように構成したことを特徴とする請求項６乃至請求項８の何れか１項に記載の色分離素子。
【請求項１１】
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５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１２】
請求項６乃至請求項１１の何れか１項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され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、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、  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】
また、反射型多面体を用いた単板式投射型映像表示装置において、色分離素子で分離する色光にＷ光を追加するアイデアが例えば下記特許文献４の段落[００６１]で提案されている。
【０００６】
【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
【特許文献４】特開2004-70095号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、上前記特許文献４の反射型回転多面体を用いた単板式投射型映像表示装置には、輝度を向上させるために、色分離素子で分離する色光にＷ光を追加するアイデアが開示されてはいるが、その具体的構成については十分言及されていない。
【０００８】
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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、光源からの光を、白色光を含む４色以上の複数の色光に分離する色分離素子であって、前記各色光毎に分離部を有し、前記光源からの光は、前記分離部の内の第１の分離部の開口部に入射し、該第１の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第２の分離部の開口部に入射し、該第２の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第３の分離部の開口部に入射し、該第３の分離部で分離された色光以外の光が前記分離部の内の第４の分離部の開口部に入射するように構成する。
【発明の効果】
【００１０】
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】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。尚、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、上記特許文献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】
【００１２】
図１は、本発明による第１の実施例を示す光学ユニットの構成図である。
【００１３】
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図示しない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。
【００１４】
図１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、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位相差板、１１ｂは偏光方向を調整するλ／４位相差板、１１ｃ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位相差板、２３は投射レンズである。
【００１５】
ここで、以下の説明を容易とするために、便宜上、図１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。
【００１６】
従って、反射型液晶パネル１２の表示面は、図１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１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。
【００１７】
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。ここで偏光方向が例えば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から出射された光（Ｗ光）は、色分離素子５に入射される。
【００１８】
なお、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３を用いて詳細に後述する。
【００１９】
色分離素子５に入射された光（Ｗ光）は、Ｗ光と、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光の３色光とにＸＺ平面内でＸ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。
【００２０】
分離されたそれぞれの色光（Ｗ光を含む）は、平板型偏光ビームスプリッタ１０に入射する。入射光はＳ偏光なので平板型偏光ビームスプリッタ１０で反射し、反射型回転多面体１３に向かい、各色光（Ｗ光を含む）はそれぞれ反射型回転多面体１３の異なる場所に照射され、反射型回転多面体１３で反射される。なお、本実施例では、この反射型回転多面体１３は８面体で構成されているが、面の数は限定されるものではない。
【００２１】
反射型回転多面体１３で反射されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光，Ｗ光は再び平板型偏光ビームスプリッタ１０に入射する。この際、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位相差板１１ｂ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。従って、今度は、各色光は平板型偏光ビームスプリッタ１０を透過し、結像レンズ群１４，１５，１６を透過し、λ／２波長板１９でＰ偏光がＳ偏光に変換され、入射側偏光板１７ａを透過して、偏光ビームスプリッタプリズムで反射された後、λ/４位相差板１１ｃを通過して反射型液晶パネル１２に照射される。
【００２２】
この時、図２（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、反射型回転多面体１３の回転にともない、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。
【００２３】
反射型液晶パネル１２でスクロール帯毎にそれぞれ対応した図示しない映像信号によって光強度変調されて形成され、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されて出射された光学像（映像）の光は、今度は偏光ビームスプリッタプリズム１８を透過し、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。
【００２４】
なお、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。
【００２５】
次に、図３を用いて、本発明による第１の実施例である色分離素子５について詳細に説明する。図３は、図１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である。また、（ｂ）図は色分離素子の出射面形状を示す図で、分離された色光の出射光側から見たものである。
【００２６】
図３において、色分離素子５は、Ｚ軸方向に長い複数の四角柱の分離プリズムがライトパイプ４の光軸方向（Ｘ軸方向）に配列されたもので、２つの三角柱プリズムの界面に例えば入射光（Ｗ光）の内の所定量（例えば３／４）を透過し、残り（例えば１／４）を反射させて分離するビームスプリッタ（Beam  Splitter）膜が形成された第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用分離プリズム５ａと、Ｗ用分離プリズム５ａを透過した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とからなる。そして、該カラープリズム５ｆは、Ｗ用分離プリズム５ａを透過してカラープリズム５ｆに入射した入射光（Ｗ光）のうち、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用分離プリズム５ｂと、Ｒ用分離プリズム５ｂ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用分離プリズム５ｃと、Ｇ用分離プリズム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用分離プリズム５ｄとからなる。
【００２７】
各分離プリズム５ａ〜５ｄの分離膜は互いに平行となるように形成され、ライトパイプ４の光軸に対して略４５°傾斜しており、色分離素子５の入射光側（ライトパイプ４側）からＷ用分離プリズム５ａ、カラープリズム５ｆの順で配設されている。
【００２８】
なお、カラープリズム５ｆの色順次はここではＲ，Ｇ，Ｂとしたが、これに限定されるものではないことはいうまでもない。また、Ｂ用分離プリズム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。
【００２９】
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。
【００３０】
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用分離プリズム５ａの入射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。
【００３１】
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、色分離素子５の第１の色分離素子であるＷ用分離プリズム５ａの入射面に照射され、まず、Ｗ用分離プリズム５ａでＷ光が分離され、Ｗ用分離プリズム５ａを透過してカラープリズム５ｆに入射したＷ光は、Ｒ用分離プリズム５ｂと、Ｇ用分離プリズム５ｃと、Ｂ用分離プリズム５ｄとでそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ光に色分離される。そして、Ｘ軸方向に空間的に分離されたＷ，Ｒ，Ｇ，Ｂ光はライトパイプ４からの入射光方向（Ｘ軸方向）に対して直交するＹ軸方向に出射する。
【００３２】
色分離素子５の出射面形状は、図３（ｂ）のように、Ｗ用分離プリズム５ａとカラープリズム５ｆの各分離プリズム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。
【００３３】
以上述べたように、本実施例によれば、色分離素子として、従来用いられていたＷ光から複数の色光に色分離する色分離素子であるカラープリズムに、Ｗ光を分離するＷ用分離プリズムを加えた構成としているので、Ｗ光が利用でき、スクリーン上に投影される映像の明るさを向上させることができる。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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Ｘ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２（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、ライトパイプの出射開口形状を、より正方形に近づけることができ、更に光効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本実施例では、色分離素子を複数の分離プリズムで構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｗ用分離プリズムに代えて、透光性の平板に入射光（Ｗ光）の内の所定量（例えば３／４）を透過し、残り（例えば１／４）を反射させて分離するビームスプリッタ膜が形成されたＷ用分離ミラーを用い、複数のダイクロイックプリズムで構成されたカラープリズムに代えて、複数のダイクロイックミラーで構成されたカラーミラーを用いたものであってもよい。
【実施例２】
【００３８】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
【００３９】
上記した第１の実施例では、色分離素子５の入射光側（ライトパイプ４側）にＷ用分離プリズム５ａを配置したが、これとは逆に、第２の実施例では、色分離素子の入射光側にカラープリズムを配置し、Ｗ光からＲ，Ｇ，Ｂ光が除かれた残光（紫＋シアン＋黄の合成光である略白色）を輝度向上の目的で用いる。
【００４０】
図４は、本発明による第２の実施例を示す色分離素子の構成図である。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側に配置されたＷ光から光の３原色（ここではＲ，Ｇ，Ｂ）に色分離するカラープリズム５０ｆと、カラープリズム５０ｆでＲ，Ｇ，Ｂ光が除かれた残光を全反射させるＷ用分離プリズム５０ａとからなる。そして、カラープリズム５０ｆは、ライトパイプ４から入射したＷ光のうち第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用分離プリズム５０ｂと、Ｒ用分離プリズム５０ｂ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用分離プリズム５０ｃと、Ｇ用分離プリズム５０ｃ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用分離プリズム５０ｄとからなる。
【００４１】
図５は、カラープリズム５０ｆを構成する各分離プリズムの一反射率特性を示す図である。図５において、１００ＲはＲ用分離プリズム５０ｂの反射率特性、１００ＧはＧ用分離プリズムの反射率特性、１００ＢはＢ用分離プリズムの反射率特性である。図５の反射率特性から明らかなように、Ｗ光からカラープリズム５０ｆでＲ，Ｇ，Ｂ光を分離しても、僅かであるがマゼンタ（紫）とシアンと黄の光が残っており、残光は略白色となる。つまり、Ｗ用分離プリズム５０ａで全反射された（分離された）残光は略白色となる。
【００４２】
以上のように、色分離素子が構成されているので、ライトパイプ４から色分離素子５０に入射したＷ光は、カラープリズム５０ｆでＲ，Ｇ，Ｂ光に分離され、残りの残光（略白色）がＷ用分離プリズム５０ａで分離される。従って、図１の光学ユニットにおいて、色分離素子５に代えて、本実施例の色分離素子５０を用いても、スクリーン上に投影される映像の明るさを向上させることができる。
【００４３】
なお、本実施例のカラープリズム５０ｆでは、ライトパイプからの入射光側にＲ用分離プリズムを配置したが、これに限定されるものではなく、他の色光の分離プリズムを配置してもよいことはいうまでもない。また、本実施例では、カラープリズム５０ｆを透過したＷ光の内の残光をＷ用分離プリズム５０ａで全反射するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第２の実施例の色分離素子５０を構成するＷ用分離プリズム５０ａに代えて、図６に示すように、平面ミラーである全反射ミラー５０ａ’を用いてもよく、その効果は同じある。
【実施例３】
【００４４】
次に、第３の実施例について説明する。第１及び第２の実施例では、ライトバルブから色分離素子への入射光方向は、色分離素子からの出射光方向とは直交していたが、色分離素子からの出射光方向をライトバルブから色分離素子への入射光方向に平行となるようにすることもできる。
【００４５】
図７は第３の実施例である色分離素子を用いた光学ユニットの構成図で、図８は図７の色分離素子近傍の要部拡大図である。第３の実施例である色分離素子は、色分離素子からの出射光方向を色分離素子への入射光方向と平行となるように構成している。なお、図７，図８において、図１に共通な機能を有する部分には同一符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図７，図８において、色分離素子５１は、Ｚ軸方向に長い複数の四角柱の分離プリズムがライトパイプ４の光軸方向（Ｘ軸方向）に対して直交するようにＹ軸方向に配列されたもので、２つの三角柱プリズムの界面に例えば入射光（Ｗ光）の内の所定量（例えば１／４）を透過し、残り（例えば３／４）を反射させて分離するビームスプリッタ（Beam  Splitter）膜が形成された第１の色分離素子であるＷ用分離プリズム５１ａと、Ｗ用分離プリズム５１ａを反射した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５１ｆとからなる。そして、該カラープリズム５１ｆは、Ｗ用分離プリズム５１ａを反射してカラープリズム５１ｆに入射した入射光（Ｗ光）のうち、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用分離プリズム５１ｂと、Ｒ用分離プリズム５１ｂ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用分離プリズム５１ｃと、Ｇ用分離プリズム５１ｃ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用分離プリズム５１ｄとからなる。
【００４７】
各分離プリズム５１ａ〜５１ｄの分離膜は互いに平行となるように形成され、色分離素子５１の入射光側（ライトパイプ４側）からＷ用分離プリズム５１ａ、カラープリズム５１ｆの順で配設されている。
【００４８】
ライトパイプ４の光軸方向（Ｘ軸方向）に対して直交するように配置された色分離素子５１では、ライトパイプ４からのＷ光はＷ用分離プリズム５１ａの入射面５１ａ１に入射し、色分離素子５１でＷ，Ｒ，Ｇ，Ｂ光に分離された色光は入射したＷ光と同一方向（Ｘ軸方向）に出射する。
【００４９】
以上述べたように、色分離素子５１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、色分離素子５１のＷ用分離プリズム５１ａの入射面５１ａ１に照射され、まず、Ｗ用分離プリズム５１ａでＷ光が分離され、Ｗ用分離プリズム５１ａを反射してカラープリズム５１ｆに入射したＷ光は、Ｒ用プリズム５１ｂと、Ｇ用プリズム５１ｃと、Ｂ用プリズム５１ｄとでそれぞれＲ，Ｇ，Ｂ光に色分離される。つまり、色分離素子５１に入射された光（Ｗ光）は、Ｗ光と、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光の３色光とにＹＺ平面内でＹ軸方向に空間的に分離される。
【００５０】
本実施例の色分離素子５１では、分離された色光は入射光（Ｗ光）と同一方向に出射されるので、出射光は全反射ミラー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に入射される。
【００５１】
本実施例では、ライトパイプ４からのＷ光は色分離素子のＷ用分離プリズムに入射するが、これに限定されるものではなく、第２の実施例と組み合わせ、カラープリズムの例えばＲ用分離プリズムに入射させ、分離したＲ，Ｇ，Ｂ光と残光のＷ光を入射光（Ｗ光）と同一方向に出射させるようにしてもよい。但し、この時、Ｒ用分離プリズムはＷ光の内のＲ光を透過させ、その他の色光を反射させるもの（例えばダイクロイックプリズム）である。
【実施例４】
【００５２】
上記した実施例では、インテグレータとして、ライトパイプ４を用いているが、マルチレンズアレイ方式を用いた第４の実施例について以下説明する。
【００５３】
図９は、第１の実施例において、ライトパイプに代えてマルチレンズアレイ方式のインテグレータを用いた光学ユニットの構成図である。なお、第２，第３の実施例でも、ライトパイプに代えてマルチレンズアレイ方式のインテグレータを用いることができるのはいうまでもない。また、図９において、図１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。
【００５４】
図９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のアレイレンズと第２のアレイレンズ、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、ライトパイプ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。
【００５５】
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光は、光量分布の一様化を行うインテグレータの第１のアレイレンズ３０に入射される。第１のアレイレンズ３０は、入射した光をマトリクス状に配設された複数のレンズセルで複数の光に分割して、複数の２次光源像を形成する。第１のアレイレンズ３０と同様に、マトリクス状に配設された複数のレンズセルで構成され、前記２次光源像が形成される近傍に配置された第２のアレイレンズ３１は、集光レンズ群３３，３４とともに、第１のアレイレンズ３０の各レンズセルの形状を、対応するレンズセルで色分離素子５のＷ用分離プリズム５ａの入射面に重畳して照射する。この過程で、第２のアレイレンズ３１を通過したＰ偏光とＳ偏光が混在した光は偏光変換素子３２で、所定偏光方向に例えばＳ偏光に揃えられる。色分離素子５は第１の実施例で述べたように入射したＷ光をＷ，Ｒ，Ｇ，Ｂ光に分離する。以降の動作は図１に同じであり、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明による第１の実施例を示す光学ユニットの構成図である。
【図２】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３】図１の色分離素子近傍の要部拡大図である。
【図４】本発明による第２の実施例を示す色分離素子の構成図である。
【図５】カラープリズムを構成する各分離プリズムの反射率特性を示す図である。
【図６】本発明による第２の別の実施例を示す色分離素子の構成図である。
【図７】第３の実施例である色分離素子を用いた光学ユニットの構成図である。
【図８】図７の色分離素子近傍の要部拡大図である。
【図９】第４の実施例を示すマルチレンズアレイ方式のインテグレータを用いた光学ユニットの構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
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、６・・・全反射ミラー、１０・・・平板型偏光ビームスプリッタ、１１ｂ，１１ｃ・・・λ／４位相差板、１２・・・反射型液晶パネル、１３・・・反射型回転多面体、１４，１５，１６・・・結像レンズ群、１７ａ・・・入射側偏光板、１７ｂ・・・出射側偏光板、１８・・・偏光ビームスプリッタプリズム、１９・・・λ／２位相差板、２３・・・投射レンズ、３０・・・第１のアレイレンズ、３１・・・第２のアレイレンズ、３２・・・偏光変換素子、３３，３４・・・集光レンズ群、１００・・・反射率特性。
【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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