(57)【要約】【課題】反射型液晶装置とインテグレータ光学系を組み合わせながら、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現できるプロジェクタを提供する。【解決手段】導光体２０の反射面２４ｂと反射面２４ｄとの間隔を、入射端面２２から射出端面２６に向かうに従って狭くすることにより、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとする。ＳＸは光源像ＳのＸ軸方向の配置間隔、ＳＹは光源像ＳのＹ軸方向の配置間隔、ＭＸは導光体の入射端面のＸ軸方向の長さ、ＭＹは導光体の入射端面のＹ軸方向の長さである。これにより、反射型液晶装置の手前に配置されている偏光ビームスプリッタにおける偏光分離性能を比較的高い状態で維持することができ、明るくコントラスト比の高い投写画像を得ることができる。【選択図】図２
2008203888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、
前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、を備えたプロジェクタにおいて、
前記光束分割光学素子は、入射端面と、射出端面と、少なくとも４つの反射面とを備えた棒状の導光体であり、
前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向とし、前記入射端面のＸ方向の長さをＭＸ、Ｙ方向の長さをＭＹとし、前記複数の光源像のＸ方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ方向の配置間隔をＳＹとしたとき、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の前記電気光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記導光体の、Ｙ方向において対向する一対の前記反射面の間隔は、前記入射端面から前記射出端面に向かうにしたがって広くなることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記導光体の、Ｘ方向において対向する一対の前記反射面の間隔は、前記入射端面から前記射出端面に向かうにしたがって狭くなることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかにおいて、
前記導光体の前記射出端面の形状は、前記電気光学装置の表示領域の形状と略相似形をなすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、
前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、を備えたプロジェクタにおいて、
前記光束分割光学素子は、複数の小レンズを備えたレンズアレイであり、
前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向とし、前記小レンズの輪郭のＸ方向の長さをＭＸ、Ｙ方向の長さをＭＹとし、前記複数の光源像のＸ方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ方向の配置間隔をＳＹとしたとき、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項６において、
前記照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の前記電気光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記複数の小レンズの輪郭は、前記電気光学装置の表示領域の形状と略相似形をなすことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかにおいて、
前記複数の小レンズのうち少なくとも一部が、偏心レンズであることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれかにおいて、
前記照明装置は、前記照明光束の径を縮小する縮小光学系を備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記縮小光学系は、前記光源像の前記Ｙ方向の配置間隔を小さくすることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記縮小光学系は、さらに、前記光源像の前記Ｘ方向の配置間隔を小さくすることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、
前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、
前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、を備えたプロジェクタにおいて、
前記照明装置は、前記照明光束の径を縮小する縮小光学系を備え、
前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向としたとき、前記縮小光学系による前記Ｙ方向の光束の径の縮小率が、前記Ｘ方向の光束の径の縮小率よりも大きいことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の前記電気光学装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反射型の液晶装置を用いたプロジェクタ（液晶プロジェクタ）が注目されている。このような反射型液晶装置においては、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を反射ミラーの下に造り込むことにより、画素密度を高くすることができる。したがって、反射型液晶装置は、透過型の液晶装置を使用した場合よりも解像度が高く鮮明な投写画像を実現できるという利点を有する。
【０００３】
また、液晶装置等の電気光学装置を使用したプロジェクタにおいて、明るく表示ムラのない投写画像を実現しつつ装置全体の小型化を図るため、インテグレータ光学系や偏光変換照明系の使用が提案されている（特開平８−３４１２７号公報、特開平１０−２３２４３０号公報等）。インテグレータ光学系では、光源からの光束を光束分割光学素子により複数の光束に分割して複数の光源像を形成し、それらを疑似光源と見立てて、複数の光源像からの光束を液晶パネル上で重畳させることにより、強度分布が揃った照明光束を得ることができる。また、偏光変換照明系では、複数の光束に分離して偏光変換を行った後、それらの光束を液晶装置上で重畳させることにより、偏光方向が揃った照明光束を得ている。
【０００４】
このため、反射型液晶装置を使用したプロジェクタにインテグレータ光学系や偏光変換照明系を組み合わせて使用すれば、解像度が高くより明るく表示ムラのない投写画像を実現することができると考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３４１２７号公報
【特許文献２】特開平１０−２３２４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、表示モードとして偏光モードを利用する反射型液晶装置をプロジェクタに使用する場合には、一般的に、偏光状態の異なる光束を空間的に分離する偏光ビームスプリッタが使用される。この偏光ビームスプリッタは、その偏光分離特性に大きな入射角依存性を有する。具体的には、入射光の略中心軸と偏光ビームスプリッタの偏光分離面の法線を含んで規定される入射面と直交する平面内において光の入射角が大きくなると、偏光分離性能が著しく低下する入射角依存性を有する。また、インテグレータ光学系や偏光変換照明系では、その光学的プロセス上、照明光束の入射角の拡がりが避けられない。
【０００７】
このため、反射型液晶装置を使用したプロジェクタにインテグレータ光学系や偏光変換照明系を組合せて使用する場合には、偏光ビームスプリッタへの光の入射角が拡がるため、偏光ビームスプリッタの偏光分離性能が低下し、かえって光の利用効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、反射型液晶装置とインテグレータ光学系や偏光変換照明系とを組み合わせながら、光利用効率が高く明るい投写画像を実現できるプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１のプロジェクタは、光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、を備えたプロジェクタにおいて、前記光束分割光学素子は、入射端面と、射出端面と、少なくとも４つの反射面とを備えた棒状の導光体であり、前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向とし、前記入射端面のＸ方向の長さをＭＸ、Ｙ方向の長さをＭＹとし、前記複数の光源像のＸ方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ方向の配置間隔をＳＹとしたとき、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすことを特徴とする。
【００１０】
実用的な偏光分離面は、その偏光分離性能が入射光束に対して大きな入射角依存性を有する。特に、入射面に対して直交するＹ方向に光束の入射角が大きくなると、偏光分離性能が著しく低下する。しかし、本発明によれば、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすため、偏光分離面に入射する光束のＹ方向における入射角の広がりを小さくすることができ、偏光分離面における偏光分離性能を向上させて、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
【００１１】
また、上記の構成に、照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系を追加し、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の電気光学装置を設けるようにすれば、解像度の高いカラー表示を実現することが可能となる。
【００１２】
上記の第１のプロジェクタにおいて、前記導光体の、Ｙ方向において対向する一対の前記反射面の間隔は、前記入射端面から前記射出端面に向かうにしたがって広くすることが好ましい。このような構成とすることにより、容易に複数の光源像のＹ方向の配置間隔を狭くすることができる。このため、偏光分離面に入射する光束のＹ方向における入射角の広がりを小さくすることができ、偏光分離面における偏光分離性能が向上する。さらに、複数の光源像が形成される空間を縮小化することができることから、偏光分離面を小型化でき、照明装置全体の小型化・軽量化を達成できる。
【００１３】
さらに、Ｘ方向において対向する一対の反射面の間隔を、入射端面から射出端面に向かって狭められるように形成しても良い。その場合には、光源像の形成状態をより自在に制御できるため、光学系全体の光利用効率をさらに向上させられる可能性がある。
【００１４】
さらに、上記第１のプロジェクタにおいて、棒状の導光体は、電気光学装置の表示領域の形状と略相似形をなす射出端面を有することが好ましい。これにより、照明効率の向上を図ることが可能となる。
【００１５】
なお、上記第１のプロジェクタにおいて、棒状の導光体は、少なくとも第１及び第２の方向に対向する２組の反射面を備えていれば良く、したがって、その断面形状は４角形以上の多角形であればよい。例えば、断面形状が８角形や１２角形をなしていても良い。しかし、プロジェクタにおける光利用効率を考慮すると、光束分割光学素子は、正方形状の入射端面を有することが好ましい。また、棒状の導光体は、入射光束を反射面で反射させ、反射面における反射位置と反射回数の違いに応じて、射出端面からの射出角度が異なる複数の光束に分割可能である限り、導光性の材料の塊として形成されてもよいし、筒状に形成されてもよい。光束分割光学素子が導光性材料の棒状の塊からなる中実ロッドである場合には、照明光軸に沿って配置された導光性部材の表面が全反射面となるので、入射光は中実ロッドの表面で反射されつつ、導光性材料の内部を入射端面から射出端面へと伝達される。一方、光束分割光学素子が光反射面を有する部材を筒状に形成した中空ロッドである場合には、入射光は中空ロッドの照明光軸に沿って配置された光反射面（表面反射面であることが望ましい）で反射されつつ、中空ロッドの内側に形成された空気層を入射端面から射出端面へと伝達される。前者のような導光性の材料の塊として形成された光束分割光学素子によれば、光損失がほとんど無い全反射により光束を伝達できるので伝達効率が高いという特徴がある。
一方、後者のような反射面を有する筒状の光束分割光学素子によれば、入射端面から射出端面までの寸法を比較的短く設定しても均一な照明光束を実現することができ、さらに、前者の光束分割光学素子よりも製造が容易であることから、前者の場合よりも照明装置の低コスト化を図ることが可能となる。
【００１６】
本発明第２のプロジェクタは、光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、備えたプロジェクタにおいて、前記光束分割光学素子は、複数の小レンズを備えたレンズアレイであり、前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向とし、前記小レンズの輪郭のＸ方向の長さをＭＸ、Ｙ方向の長さをＭＹとし、前記複数の光源像のＸ方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ方向の配置間隔をＳＹとしたとき、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすことを特徴とする。
【００１７】
このように、光束分割光学素子としてレンズアレイを採用する場合でも、第１のプロジェクタの場合と同様、偏光分離面に入射する光束のＹ方向における入射角の広がりを小さくすることができる。よって、偏光分離面における偏光分離性能を向上させつつ、プロジェクタ全体における光利用効率の向上を図ることが可能となる。なお、レンズアレイを構成する小レンズは、表面を曲面状に成形してなる一般的なレンズに加えて、ホログラフィー効果や回折により光を集光するホログラムレンズや回折レンズであっても良い。
【００１８】
また、上記の構成に、照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系を追加し、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の電気光学装置と、前記複数の電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、を設けるようにすれば、解像度の高いカラー表示を実現することが可能となる。
【００１９】
上記第２のプロジェクタにおいて、複数の小レンズの輪郭は、電気光学装置の表示領域の形状と略相似形をなすことが好ましい。小レンズ上に形成されたイメージは１ヶ所の被照明領域である電気光学装置上で重畳されるため、レンズの形状と電気光学装置の形状とを略相似形とすることにより、照明効率を向上させることができる。
【００２０】
さらに、上記第２のプロジェクタにおいて、複数の小レンズのうち少なくとも一部は、偏心レンズであることが好ましい。このような構成によれば，各小レンズの物理的中心以外の位置に光源像を形成できるため、光源像の形成間隔を自在に制御することが可能となる。
【００２１】
また、上記第２のプロジェクタにおいて、前記照明装置は、前記照明光束の径を縮小する縮小光学系を備えることが好ましい。このような構成によれば、縮小光学系によって、照明光束のＹ方向の径をより小さくすることができる。このため、偏光分離面における偏光分離性能をより一層向上させることができると共に、照明装置におけるさらなる光利用効率の向上と小型化とを実現することが可能となる。また、複数の小レンズの集光特性を複雑に設定することも不要となる。
さらにまた、被照明領域を照明する光束全体の径を小さくできるため、電気光学装置（例えば液晶装置）によって変調された後、投写光学系に到達する光束全体の径も小さくすることができる。よって、投写光学系における光利用効率も向上できる効果がある。
【００２２】
もちろん、縮小光学系によって、照明光束のＸ方向の径も同時に縮める構成としても良い。このような構成は、点光源に近い光源を用いる場合に採用し易く、その場合には、照明装置や電気光学装置及び投写光学系における光利用効率をさらに向上できる効果がある。
【００２３】
なお、このような縮小光学系は、アフォーカル光学系によって容易に実現可能である。そして、この縮小光学系において、Ｙ方向の寸法のみを小さくする場合、アフォーカル光学系を構成するレンズには、シリンドリカルレンズをもちいることができる。
【００２４】
本発明第３のプロジェクタは、光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する照明装置と、前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学装置と、前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、備えたプロジェクタにおいて、前記照明装置は、前記照明光束の径を縮小する縮小光学系を備え、前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向としたとき、前記縮小光学系による前記Ｙ方向の光束の径の縮小率が、前記Ｘ方向の光束の径の縮小率よりも大きいことを特徴とする。
【００２５】
このように、照明装置と偏光分離面との間に、照明光束の径を縮小する縮小光学系を配置して、Ｙ方向の光束の径の縮小率をＸ方向の光束の径の縮小率よりも大きくする構成によっても、第１のプロジェクタの場合と同様、偏光分離面に入射する光束のＹ方向における入射角の広がりを小さくすることができる。よって、偏光分離面における偏光分離性能を向上させつつ、プロジェクタ全体における光利用効率の向上を図ることが可能となる。そして、この場合には、第１、第２のプロジェクタのように、照明装置でＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとなるような設計を行なうことなく、偏光分離面に入射する光束のＹ方向における入射角の広がりを小さくすることができるため、照明装置を簡易な構成とすることが可能となる。なお、光束分割素子としては、第１のプロジェクタのように棒状の導光体を用いても良いし、第２のプロジェクタのようなレンズアレイを用いても良い。
【００２６】
また、上記の構成に、照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系を追加し、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の電気光学装置と、前記複数の電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、を設けるようにすれば、解像度の高いカラー表示を実現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】
【００２７】
以下の全ての実施例において、Ｚ軸方向は光の進行方向を、Ｙ軸方向は光の進行方向に向って１２時の方向を、Ｘ軸方向は光の進行方向に向って３時の方向を示すものとする。
［実施例１］
【００２８】
図１は、本発明に係るプロジェクタの第１の実施例を示す概略平面図である。本実施例のプロジェクタは、照明装置１と、偏光ビームスプリッタ６０、偏光板７０，７２、電気光学装置としての反射型の液晶装置８０と、画像をスクリーンなどの投写面９５上に投写する投写レンズ９０とによって大略構成されている。
【００２９】
１−１．照明装置
照明装置１は、光源１０と、光源１０からの光束を複数の光源像を形成する複数の部分光束に分割する光束分割素子としての柱状の導光体２０と、導光体２０の射出端面２６上の像を液晶装置８０に伝達するリレー光学系３０と、そのリレー光学系３０の中に配置されて偏光分離及び偏光変換を行う偏光変換素子４０と、を備えている。これらは、Ｚ軸に平行な仮想の照明光軸Ｌに沿って配置されている。照明装置１は、光源１０から射出された光を導光体２０によって複数の部分光束２に分割し、各部分光束２を偏光変換素子４０によって１種類の偏光光に変換した後、液晶装置８０の被照明領域上に重畳させる。
【００３０】
１−１−１．光源
光源１０は、光を放射する発光管１１と、発光管１１から放射された光を集める楕円リフレクタ１２とを備えている。楕円リフレクタ１２の２つの焦点の内一方は発光管１１内に形成される放電アークの中心付近に位置するように設定されている。また、他方は導光体２０の入射端面２２付近に位置するように設定されている。発光管１１から放射された光束は楕円リフレクタ１２によって導光体２０の入射端面２２付近に集光され、導光体２０に入射する。楕円リフレクタ１２に代えてパラボラリフレクタや球面リフレクタを使用することもできる。但し、その場合には、集光レンズなどにより、リフレクタから射出される略平行な光束を導光体２０の入射端面２２に向けて集光する必要がある。
【００３１】
１−１−２．導光体
導光体２０は、図１および図２（ａ）に示すように、光学ガラス等の透明な導光性材料によって形成された柱状の中実ロッドであり、光束が入射する入射端面２２と、光束を反射させて伝達する少なくとも４つの反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄと、伝達された光束が射出される射出端面２６とを有する。入射端面２２と射出端面２６のＸ−Ｙ平面における断面形状はいずれも矩形状である。
射出端面２６の形状は、液晶装置８０の被照明領域の形状と略相似形としている。
【００３２】
導光体２０に入射した光束は、反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄにおける反射位置と反射回数の違いに応じて、射出端面２６からの射出角度が異なる複数の部分光束に分割される。導光体２０から異なる角度で射出された複数の部分光束２は、集光光学系３１によって集光され、導光体２０から所定の距離を隔てた位置で、照明光軸Ｌと略直交するＸ−Ｙ平面（以下、「仮想面Ｐ」という）内に、複数の光源像Ｓを形成する。
【００３３】
本実施例では、図２（ａ）に示すように、導光体２０の少なくとも４つの反射面２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄのうち、Ｙ軸方向において対向する一対の反射面２４ｂ，２４ｄの間隔は、入射端面２２から射出端面２６に向かうに従って広くなっている。Ｘ軸方向において対向する一対の反射面２４ａ，２４ｃは、互いに平行である。
【００３４】
次に、図２（ａ）、（ｂ）に基づいて、導光体２０の形状と光源像Ｓの配置間隔との関係を説明する。図２（ｂ）は、図２（ａ）の導光体２０を、反射面２０４ａと反射面２０４ｃが平行であり、かつ、反射面２０４ｂと反射面２０４ｄとが平行である導光体２００に置き換えた比較例を示している。図２（ａ），（ｂ）において、導光体２０、２００の入射端面２２、２０２のＸ軸方向の長さをＭＸ、Ｙ軸方向の長さをＭＹ、光源像ＳのＸ軸方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ軸方向の配置間隔をＳＹとすると、図２（ｂ）に示した比較例の場合には、ＳＹ／ＳＸ＝ＭＹ／ＭＸとなる。
【００３５】
ここで、仮想面Ｐ内に形成される光源像Ｓの配置間隔は、導光体の反射面の間隔を調節することによって、任意に制御することができる。入射端面から射出端面に向かって反射面の間隔を狭めていけば、光源像Ｓの配置間隔を広げることができる。逆に、入射端面から射出端面に向かって反射面の間隔を広げていけば、光源像Ｓの配置間隔を狭めることができる。図２（ａ）に示した本実施例の場合には、反射面２４ｂと反射面２４ｄとの間隔が、入射端面２２から射出端面２６に向かうに従って広くなっているので、図２（ｂ）の場合と比較して、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹが狭くなる。したがって、本実施例の場合には、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとなる。
【００３６】
導光体２０をこのような形状とした理由については後述する。
【００３７】
なお、導光体２０としては、本実施例のように光学ガラス等の透明な導光性材料によって形成された柱状の中実ロッドと、光反射面が筒状に形成された中空ロッドがある。本実施例の中実ロッドは、中空ロッドに置き換えることが可能である。反射面には、金属材料による反射ミラーや、反射ミラーの表面に誘電体多層膜により増反射膜を形成したものなどを使用することができる。中空ロッドは中実ロッドよりも製造が容易であることから、中実ロッドを使用する場合よりも照明装置１の低コスト化を図ることが可能となる。さらに、中空ロッドの内部は屈折率がほぼ１に等しい空気であるため、屈折率が１よりも大きい中実ロッドを使用する場合よりも導光体２０のＺ軸方向の寸法を短くでき、照明装置１の小型化を図ることができる。
【００３８】
１−１−３．偏光変換素子
偏光変換素子４０は、偏光方向がランダムな光束（以下、「非偏光光束」という）を１種類の直線偏光光束に変換する機能を有している。偏光変換素子４０は、複数の光源像Ｓが形成される位置付近に配置されているが、図２（ａ）、（ｂ）では、便宜的に、光源像Ｓの形成される位置と偏光変換素子４０の配置される位置とをずらしてある。
【００３９】
図３（ａ）は偏光変換素子４０の構成を説明するための平面図、図３（ｂ）は偏光変換素子４０の外観斜視図である。偏光変換素子４０は、断面形状が平行四辺形である複数の柱状の透光性部材４１と、断面形状が三角形である２つの柱状の透光性部材４１と、透光性部材４１、４３の界面に交互に設けられた複数の偏光分離膜４２及び反射膜４４と、透光性部材４１あるいは透光性部材４３の射出側に一定間隔で設けられた位相差板４８とから大略構成されている。偏光分離膜４２と反射膜４４は、略平行に配置されている。なお、便宜上、偏光変換素子４０の入射側の面において、偏光分離膜４２に直接対応する面を「入射面４５ａ」、反射膜４４に直接対応する面を「入射面４５ｂ」とし、同様に、光束が射出される側の面において、偏光分離膜４２に直接対応する面を「射出面４６ａ」、反射膜４４に直接対応する面を「射出面４６ｂ」とする。
【００４０】
偏光分離膜４２は、非偏光光束を二種類の直線偏光光に分離する。本実施例において、偏光分離膜４２に入射した非偏光光束は、偏光分離膜４２を透過するＰ偏光光束と、偏光分離膜４２で反射されその進行方向を略９０度曲げられるＳ偏光光束とに分離される。本実施例では、偏光分離膜４２は、反射光をＸ軸方向と略平行に反射するような特性及び角度に形成されている。この偏光分離膜４２は、誘電体多層膜によって形成することができる。なお、偏光分離膜４２は、Ｓ偏光光束を透過し、Ｐ偏光光束を反射する特性としても良い。
【００４１】
反射膜４４は、偏光分離膜４２によって反射されたＳ偏光光束を反射して、その進行方向をＰ偏光光束の進行方向と略同一方向に向ける。この反射膜４４は、誘電体多層膜やアルミニウム膜等で形成することができる。
【００４２】
位相差板４８は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光光束が射出される射出面４６ａのみに、選択的に設置されている。本実施例では、位相差板４８として１／２波長板が使用されており、偏光分離膜４２を透過したＰ偏光光束は、位相差板４８を通過することにより、偏光方向が略９０度回転してＳ偏光光に変換される。一方、反射膜４４で反射された第２の偏光光は、位相差板４８の作用を受けることなく、射出面４６ｂからそのまま射出される。その結果、偏光変換素子４０から射出される光束のほとんどが、Ｓ偏光光束となる。なお、偏光分離膜４２にて分離された２つの偏光光束の偏光方向を１種類の偏光光束に統一することが可能である限り、位相差板の種類およびその位置は限定されない。例えば、１／２波長板４８に代えて、入射光束の偏光方向を４５度回転させる１／４波長板を２つ重ねて使用してもよい。また、射出面４６ａ及び射出面４６ｂのそれぞれに位相差の異なる二種類の位相差板を各々配置して、各位相差板を通過する偏光光束の偏光方向を揃えるような構成とすることもできる。また、１／２波長板４８を射出面４６ａのみに設置して、偏光変換素子４０から射出される光束をＰ偏光光束としてもよい。
【００４３】
１−１−４．リレー光学系
リレー光学系３０は、図１に示したように、柱状の導光体２０の射出端面２６に形成された像を液晶装置８０に伝達するための光学系である。本実施例において、リレー光学系３０は、集光光学系３１、第１の伝達レンズ３５、第２の伝達レンズ３７、及び、平行化レンズ３９を含んで構成されている。
【００４４】
集光光学系３１は、導光体２０の射出端面２６の近傍に配置され、導光体２０からの部分光束を第１の伝達レンズ３５に導き入れる機能を有する。本実施例の集光光学系３１は、２つの集光レンズ３１ａ，３１ｂを組合せた組レンズで形成されているが、これに限定されず、１つのレンズを用いても良い。但し、部分光束２を第１の伝達レンズ３５に導く際に発生し易い光学収差を低減するためには、組レンズや非球面レンズの使用が適している。
【００４５】
第１の伝達レンズ３５は、複数の矩形状の小レンズ３５ａを略マトリックス状に組合せたレンズアレイであり、複数の部分光束のそれぞれを偏光変換素子４０の入射面４５ａに効率的に導き入れる機能を有している。小レンズ３５ａの数とその配置は、部分光束により形成される光源像の数とその形成位置に対応するように決定されている。第１の伝達レンズ３５を形成する小レンズ３５ａの形状は限定されないが、本実施例のように、複数の矩形状の小レンズを平面的に配列して板状に形成したものが利用し易い。また、複数の小レンズ３５ａを用いて構成すれば、各々の小レンズ３５ａの集光特性を最適化できるため、光束を伝達する際に発生し易い光学収差を効果的に低減することができる。但し、導光体２０から射出される光束の特性（例えば放射角が小さい場合）によっては、複数の小レンズを用いずに１つのレンズによって第１の伝達レンズ３５を構成しても良く、さらには、省略することも可能である。
【００４６】
第２の伝達レンズ３７は、偏光変換素子４０の射出側に配置され、偏光変換素子４０から射出される複数の部分光束を液晶装置８０上に伝達し、それらの部分光束を一カ所の被照明領域上で重畳させる機能を有する。本実施例の第２の伝達レンズ３７は１つのレンズによって構成された集光レンズであるが、先の第１の伝達レンズ３５と同様に複数の小レンズによって構成されたレンズアレイとしてもよい。
【００４７】
なお、本実施例では、第１の伝達レンズ３５を偏光変換素子４０の入射側に、第２の伝達レンズ３７を偏光変換素子４０の射出側に配置しているが、これらの伝達レンズ３５、３７は、偏光変換素子４０の入射側あるいは射出側に２つまとめて配置しても良く、この場合、２つの伝達レンズ３５、３７の機能をまとめて１つのレンズとしても良い。この場合には、照明装置の低コスト化を図ることができる。また、本実施例では、第１の伝達レンズ３５を偏光変換素子４０の入射側に配置するため、これに複数の部分光束のそれぞれを偏光変換素子４０の入射面４５ａに効率的に導き入れるという機能を持たせており、また、第２の伝達レンズ３７を偏光変換素子４０の射出側に配置しているため、これに複数の部分光束を液晶装置８０上に重畳させるという機能を持たせている。しかしながら、各伝達レンズ３５、３７に持たせる機能は、各伝達レンズ３５、３７が配置される位置によって適宜変更しても良い。
【００４８】
平行化レンズ３９は、液晶装置８０の入射側に配置され、第２の伝達レンズ３７から液晶装置８０に入射する各部分光束を各々の中心軸に平行な光束にして、効率的に液晶装置８０に導き入れる機能を有する。
【００４９】
このようなリレー光学系３０を配置していることから、導光体２０の射出端面２６上に形成された像は、拡大または縮小されて反射型の液晶装置８０上に伝達される。
【００５０】
１−２．偏光ビームスプリッタ、液晶装置、投写レンズ
偏光ビームスプリッタ６０は、２つの直角プリズムの間に偏光分離面６２を挟んで接合したものであり、非偏光光束を偏光方向が略直交する二種類の直線偏光光束に分離する機能を有する光学素子である。偏光分離面６２は偏光変換素子４０を形成する偏光分離膜４２と同様に誘電体多層膜で形成される。
【００５１】
照明装置１から射出されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッタ６０に入射し、偏光分離面６２で反射され、反射型の液晶装置８０に向けて射出される。液晶装置８０は、図示しない外部からの画像信号に応じて光を変調して偏光状態を変化させる。なお、反射型の液晶装置８０は周知であるため、その構造や動作に関する詳細な説明は省略する。
【００５２】
液晶装置８０によって変調された光は、偏光ビームスプリッタ６０に入射する。ここで、液晶装置８０によって変調された光は画像信号に応じて部分的にＰ偏光状態に変換されており、このＰ偏光状態に変換された光束が、偏光分離面６２を透過して、投写レンズ９０に向けて射出される。投写レンズ９０に向けて射出された光は、投写レンズ９０を介してスクリーンなどの投写面９５上に投写される。
【００５３】
偏光ビームスプリッタ６０の入射側及び射出側に配置された２つの偏光板７０、７２は、それらの偏光板を通過する偏光光束の偏光度をさらに高める機能を有している。照明装置１から射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７０を省略することができ、同様に、偏光ビームスプリッタ６０から投写レンズ９０に向けて射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７２を省略することができる。
【００５４】
本実施例では、偏光ビームスプリッタ６０を挟んで投写レンズ９０と対向する位置に液晶装置８０を配置しているが、偏光ビームスプリッタ６０を挟んで照明装置１と対向する位置に液晶装置８０を配置することもできる。その場合には、照明装置１から射出される照明光束の偏光状態を予めＰ偏光状態に揃えておき、液晶装置８０から射出されＳ偏光光束が投写光学系に入射するように構成すればよい。あるいは、偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面６２を、Ｐ偏光光束を反射し、Ｓ偏光光束を透過するような特性にしておけば良い。
【００５５】
１−３．Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹを狭めたことによる作用効果
最後に、本実施例において、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹを狭めたことによる作用効果、すなわち、導光体２０をＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たす形状とした理由について説明する。
【００５６】
図４は、偏光分離面６２と、そこに入射する光束との幾何学的な位置関係を示したものである。図４において、入射面４は、偏光分離面６２に入射する照明光束の中心軸６と偏光分離面６２の法線Ｈとによって規定される仮想的な面であり、Ｘ−Ｚ平面と平行である。
【００５７】
偏光分離面６２の偏光分離性能は、大きな入射角依存性を有する。すなわち、入射面４と平行なＸ軸方向やＹ軸方向において光の入射角が大きくなると、偏光分離性能が低下する。先に説明したように、偏光分離面６２は、照明光束に含まれるＳ偏光光束を反射して液晶装置８０に向けて射出するとともに、液晶装置８０によって変調された光のうちＰ偏光光束を選択して投写レンズ９０に向けて射出している。したがって、偏光分離面６２の偏光分離性能が低下すると、液晶装置８０に導かれるＳ偏光光光束の量が減ることになるため、光の利用効率が低下し、投写画像が暗くなる。しかも、液晶装置８０によって変調された光のうち特定の偏光光を選択するフィルタとしての機能も低下してしまうため、投写画像のコントラスト比も低下してしまう。
【００５８】
ここで、入射面４と平行なＸ軸方向における入射角依存性は、偏光分離面６２の構造（例えば、誘電体膜の種類やその構成の仕方）を工夫することによって、十分低減することが可能である。一方、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角依存性は、偏光分離面６２とそこに入射する光との幾何学的な位置関係によって支配されるため、偏光分離面６２の構造を工夫することでは解消できない。
従って、偏光分離面６２に角度を伴って光を入射させる場合に偏光分離面６２の偏光分離性能を維持するためには、特に、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることが重要となる。
【００５９】
本実施例では、上述したように、導光体２０のＹ軸方向において対向する一対の反射面２４ｂ、２４ｄの間隔が、入射端面２２から射出端面２６に向かうにしたがって広くなる形状、すなわち、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たす形状とした。そのため、図２（ａ）に示すように、Ｙ軸方向に並ぶ光源像Ｓの配置間隔が狭められている。その結果、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、偏光分離面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することが可能となる。よって、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
［実施例２］
【００６０】
次に、図５、図６を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。本実施例では、照明装置１Ａにおいて、偏光変換素子４０Ａの偏光分離膜と反射膜との間隔が、第１の実施例の偏光変換素子４０よりも大きくなっている。そして、偏光変換素子４０Ａの偏光分離膜と反射膜との間隔に合わせて光源像Ｓを形成するために、第１の実施例とは形状が異なる導光体２１０を用いている点に特徴がある。それ以外の点については第１の実施例と同様であり、また、第１の実施例で説明した各構成要素の変形の形態を本実施例に適用することも可能である。図５、図６において、第１実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、図６において、導光体２１０の入射端面２１２のＸ軸方向の長さをＭＸ、Ｙ軸方向の長さをＭＹとし、光源像ＳのＸ軸方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ軸方向の配置間隔をＳＹとする。
【００６１】
本実施例の導光体２１０は、図５、図６に示すように、光学ガラス等の透明な導光性材料によって形成された柱状の中実ロッドであり、光束が入射する入射端面２１２と、光束を反射させて伝達する少なくとも４つの反射面２１４ａ、２１４ｂ、２１４ｃ、２１４ｄと、伝達された光束が射出される射出端面２１６とを有する。入射端面２１２と射出端面２１６のＸ−Ｙ平面における断面形状は、いずれも矩形である。射出端面２１６の形状は、液晶装置８０の被照明領域の形状と略相似形としている。Ｙ軸方向において対向する一対の反射面２１４ｂ，２１４ｄの間隔は、第１の実施例の導光体２０と同様に、入射端面２１２から射出端面２１６に向かうにしたがって広くなっている。一方、Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２１４ａ，２１４ｃの間隔は、第１の実施例の導光体２０と異なり、入射端面２１２から射出端面２１６に向うにしたがって狭くなっている。このような構成により、導光体２１０から射出された複数の部分光束２によって形成される複数の光源像ＳのＹ軸方向における間隔ＳＹは、図２（ｂ）に示した比較例の場合に比べて狭くなり、Ｘ軸方向における間隔ＳＸは、比較例の場合に比べて広くなる。したがって、本実施例の場合にも、第１の実施例の場合と同様、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとなるが、第１の実施例の場合よりもＸ軸方向における光源像Ｓの間隔ＳＸが広くなるため、ＳＹ／ＳＸの値は小さくなる。
【００６２】
なお、本実施例の導光体２１０も、第１の実施例の導光体２０の場合と同様、光反射面が筒状に形成された中空ロッドに置き換えることが可能である。中空ロッドを使用すれば、中実ロッドを使用する場合よりも照明装置１Ａの低コスト化を図ることが可能となる。さらに、中空ロッドの内部は屈折率がほぼ１に等しい空気であるため、屈折率が１より大きい中実ロッドを使用する場合よりも導光体２１０のＺ軸方向の寸法を短くでき、照明装置１Ａの小型化を図ることができる。
【００６３】
偏光変換素子４０Ａは、偏光分離膜と反射膜との間隔が第１の実施例の偏光変換素子４０よりも大きいだけで、その他の点では図３（ａ）、図３（ｂ）に図示した第１の偏光変換素子と異なるところがない。
【００６４】
ここで、偏光変換素子４０Ａの偏光変換効率と光の入射位置との関係について、図３（ａ）、図３（ｂ）を参照して説明する。第１の実施例で説明したように、偏光変換素子４０（４０Ａ）は、入射面４５ａに照射され、偏光分離膜４２に入射した光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離し、Ｓ偏光光を反射膜４４でＰ偏光光と同じ方向に反射するとともに、Ｐ偏光光を位相差板４８によってＳ偏光光光に変換し、最終的にＳ偏光光束を射出するものである。しかしながら、偏光変換素子４０（４０Ａ）の入射面４５ｂに光が照射されると、この光は反射膜４４を経て偏光分離膜４２に入射することになる。したがって、偏光分離膜４２において、第１の偏光光束がＸ軸方向に透過し、第２の偏光光束がＺ軸方向に反射されてしまう。その結果、入射面４５ａを介して偏光分離膜４２に直接入射した場合とは異なる偏光光が射出面４６ａ、４６ｂから射出されてしまうことになる。すなわち、偏光変換素子４０によって、非偏光光束を第２の偏光光束に変換しようとしているのに、第１の偏光光束が射出されてしまい、偏光変換効率が低下することになってしまう。このことから、偏光変換素子４０において高い偏光変換効率を得るためには、入射面４５ａのみに選択的に光束を入射させることが極めて重要であることがわかる。すなわち、光源像Ｓの大きさよりも入射面４５ａの大きさが大きくなるように、偏光分離膜４２と反射膜４４との間隔を設定することが好ましいのである。
【００６５】
本実施例では、光源像Ｓの大きさよりも入射面４５ａの大きさが十分に大きくなるように、偏光変換素子４０Ａの偏光分離膜と反射膜との間隔を設定してある。そして、偏光変換素子４０Ａの偏光分離膜と反射膜との間隔に対応して、導光体２０の形状を、第１の実施例の場合よりもＸ軸方向における光源像Ｓの間隔ＳＸが広くなるように設定している。したがって、導光体２１０からの光束を、偏光変換素子４０Ａの入射面４５ａの部分のみに充分な余裕を持って入射させることができ、偏光分離膜４２への光の入射効率を確実に向上させることができる。その結果、偏光変換素子４０Ａにおける偏光変換効率をさらに確実に向上させつつ、プロジェクタにおける光利用効率を向上させることが可能となる。
【００６６】
なお、光源１０が点光源に近い場合は、光源像Ｓの大きさを比較的小さくすることができるため、その場合は、本実施例のように偏光変換素子４０Ａの偏光分離面４２と反射面４４との間隔を広げる必要がない。すなわち、本実施例は、光源１０が点光源にあまり近くなく、光源像Ｓの大きさが大きくなってしまうような場合に、極めて有効である。
【００６７】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、導光体２１０のＹ軸方向において対向する一対の反射面２１４ｂ、２１４ｄの間隔が、入射端面２１２から射出端面２１６に向かうにしたがって広くなる形状、すなわち、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たす形状としている。したがって、入射面４（図４）と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、偏光分離面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することが可能となる。よって、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
［実施例３］
【００６８】
次に、図７、図８、図９（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の第３の実施例を説明する。
【００６９】
図７は、本発明のプロジェクタの第３の実施例の概略構成を示す平面図である。本実施例では、照明装置１Ｂにおいて、柱状の導光体に代えて、複数の小レンズ２２０ａからなるレンズアレイ２２０を光束分割光学素子として使用している点に特徴を有する。本実施例において、第１の実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７０】
照明装置１Ｂは、光源１５と、レンズアレイ２２０と、第１の伝達レンズ２２２と、偏光変換素子４０Ｂと、第２の伝達レンズ２２４と、平行化レンズ３９と、を備えている。照明装置１Ｂは、光源１５から射出された光をレンズアレイ２２０によって複数の部分光束２に分割し、各部分光束２を偏光変換素子４０Ｂによって一種類の偏光光に変換した後、液晶装置８０の被照明領域上に重畳させる。
【００７１】
光源１５は、光を放射する発光管１１と、発光管１１から放射された光を集めるパラボラリフレクタ１４とを備えている。リフレクタはパラボラに限定されるものではなく、光源１５よりも光路下流側に配置されるレンズアレイ２２０、伝達レンズ２２２、２２４、偏光変換素子４０Ｂなどの構成によっては、楕円リフレクタ、球面リフレクタを使用することも可能である。
【００７２】
レンズアレイ２２０は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２２０ａによって構成される。各小レンズ２２０ａの輪郭Ｔは、液晶装置８０の被照明領域の形状と略相似形をなす。光源１５から射出された光束は、レンズアレイ２２０を構成する各小レンズ２２０ａの集光作用により複数の部分光束２に分割され、照明光軸Ｌと略直交するＸ−Ｙ平面（仮想面Ｐ）内に、小レンズ２２０ａの数と同数の光源像Ｓを形成する。レンズアレイ２２０を構成する各小レンズ２２０ａは、図８に示すように、その光軸Ｑがレンズの幾何学的中心Ｃに対してＹ軸方向にずれた偏心レンズである。
【００７３】
次に、図９（ａ）、（ｂ）に基づいて、レンズアレイ２２０を構成する小レンズ２２０ａの集光特性と光源像Ｓの配置間隔との関係を説明する。図９（ａ）は、本実施例のレンズアレイ２２０を構成する小レンズ２２０ａの集光特性と光源像Ｓの配置間隔との関係を示す図、図８（ｂ）は、図９（ａ）のレンズアレイ２２０を、偏心レンズを用いずに構成したレンズアレイ２３０に置き換えた比較例を示している。図９（ａ）、（ｂ）において、レンズアレイ２２０、２３０を構成する小レンズ２２０ａ、２３０ａの輪郭ＴのＸ軸方向の長さをＭＸ、Ｙ軸方向の長さをＭＹ、光源像ＳのＸ軸方向の配置間隔をＳＸ、Ｙ軸方向の配置間隔をＳＹとする。図９（ｂ）に示した比較例の場合には、ＳＹ／ＳＸ＝ＭＹ／ＭＸとなる。
【００７４】
ここで、仮想面Ｐ内に形成される光源像Ｓの配置間隔は、レンズアレイを構成する各小レンズの集光特性を調節することによって、任意に制御することができる。本実施例では、レンズアレイ２２０を構成する小レンズ２２０ａの光軸Ｑの位置を幾何学的中心Ｃに対してずらすことにより、その集光特性を、図９（ｂ）の場合と比較して、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹが狭くなるように設定している。したがって、本実施例の場合には、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとなる。レンズアレイ２２０の各小レンズ２２０ａをこのような集光特性とした理由については、第１の実施例と同様、偏光分離面６２の偏光分離性能を維持するためである。
【００７５】
偏光変換素子４０Ｂの入射側に配置された第１の伝達レンズ２２２は、第１の実施例における第１の伝達レンズ３５（図１）とほぼ同様の機能を有する。伝達レンズ２２２は、レンズアレイ２２０を形成する小レンズ２２０ａと同数の小レンズ２２２ａによって構成されている。各小レンズ２２２ａの位置は、複数の光源像Ｓが形成される位置に対応するように構成されている。小レンズ２２２ａの輪郭の形状に制約はないが、矩形形状や６角形状などに設定すれば、配列し易いため都合がよい。また、小レンズ２２２ａは、小レンズ２２０ａと同じような偏心レンズであり、各小レンズ２２２ａの集光特性は、レンズアレイ２２０を構成する各小レンズ２２０ａによって集光された各部分光束２を偏光変換素子４０Ｂの入射面４５ａに対して略垂直に入射させるように設定されている。したがって、偏光変換素子４０Ｂの偏光分離膜に対して入射角度０度に近い状態で光を入れることができ、偏光変換効率が良い。なお、第１の伝達レンズ２２２は必ずしも必要なものではない。
【００７６】
偏光変換素子４０Ｂは、第１の実施例における偏光変換素子４０に比べて偏光分離膜、反射膜、及びこれらの間に配置される透光性部材の数が多いだけで、その他の点では第１の実施例の偏光変換素子４０と異なるところがない。したがって、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
偏光変換素子４０Ｂの射出側に配置された第２の伝達レンズ２２４は、第１の実施例における第２の伝達レンズ３７と同様の機能、すなわち、レンズアレイ２２０によって分割された部分光束２を液晶装置８０の被照明領域上で重畳する機能を有する。本実施例において、第２の伝達レンズ２２４は軸対称の球面レンズで形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、レンズアレイや、フレネルレンズや、複数のレンズからなる組レンズなどを使用することもできる。このようなレンズを用いた場合には、各種の光学収差を低減することが可能である。また、フレネルレンズを用いた場合には、レンズの中心厚を薄くすることができるため、照明装置１Ｂを軽量化したい場合に都合がよい。
【００７８】
以上説明したように、本実施例では、レンズアレイ２２０を構成する小レンズ２２０ａの集光特性を、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸとなるように設定することにより、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹが狭くなるようにしている。したがって、本実施例の場合にも、第１の実施例と同様、入射面４（図４）と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、偏光分離面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することが可能となる。よって、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
【００７９】
なお、本実施例では、レンズアレイ２２０を構成するすべての小レンズ２２０ａを偏心レンズとしているが、一部に偏心レンズでないレンズを用いても良い。また、本実施例では、小レンズ２２０ａの集光特性を、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹが狭くなるように設定しているだけであるが、第２の実施例のように、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹが狭くなるように、かつ、Ｘ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸが広くなるように設定しても良い。このように集光特性を設定した場合、第２の実施例と同様、光源１５が点光源にあまり近くない場合であっても、偏光変換素子４０Ｂにおける偏光変換効率を向上させることができ、その結果、プロジェクタにおける光利用効率を向上させることが可能となる。
［実施例４］
【００８０】
次に、図１０を用いて、本発明の第４の実施例を説明する。
【００８１】
図１０は、本発明のプロジェクタの第４の実施例の概略的構成を示す平面図である。本実施例は、先に説明した第３の実施例の変形例であって、照明装置１Ｃにおいて、第１の伝達レンズ２２６が偏光変換素子４０Ｂと第２の伝達レンズ２２４の間に配置されている点が第３の実施例と異なっている。その他の点については第３の実施例と同様である。そして、第３の実施例で説明した各構成要素の変形の形態を本実施例に適用することも可能である。なお、本実施例において、第１の実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。また、第３の実施例と同様の構成要素には、図７〜９で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８２】
第１の伝達レンズ２２６は、第３の実施例における第１の伝達レンズ２２２と同様、複数の小レンズ２２６ａによって構成されたレンズアレイである。第３の実施例における第１の伝達レンズ２２２は、レンズアレイ２２０を構成する各小レンズ２２０ａによって集光された各部分光束２を偏光変換素子４０Ｂの入射面４５ａに対して略垂直に入射させるという機能を有していたが、本実施例の第１の伝達レンズ２２６は偏光変換素子４０Ｂの射出側に配置されるため、このような機能は有していない。本実施例の構成は、実質的に、偏光変換素子４０Ｂの入射側に配置されたレンズを省略することになる。したがって、光源１５から射出される光束の特性、例えば平行性が優れている場合に適している。
【００８３】
本実施例の基本的な作用効果は、第３の実施例の作用効果と同様であるが、本実施例によれば、さらに、第１の伝達レンズ２２６と第２の伝達レンズ２２４とを光学的に一体化することで界面の数を減らすことができるため、光損失を低減できる効果がある。また、第１の伝達レンズ２２６に第２の伝達レンズ２２４の機能を併せ持たせられるため、第２の伝達レンズ２２４を省略し、照明装置１Ｃの低コスト化を図ることも可能である。
【００８４】
なお、本実施例では、偏光変換素子４０Ｂの１組の射出面４６ａ、４６ｂに対して１つの小レンズ２２６が対応する形態となっているが、偏光変換素子４０Ｂの射出面４６ａ、射出面４６ｂの各々に１対１で対応するように小レンズを配置するようにすることも可能である。すなわち、図１０の小レンズ２２６ａの２倍の数の小レンズを用いて第１の伝達レンズ２２６を構成することも可能である。このようにすれば、光利用効率を一層向上させることができる。
［実施例５］
【００８５】
次に、図１１〜１４を用いて、本発明の第５の実施例を説明する。
【００８６】
図１１、図１２は、本発明のプロジェクタの第５の実施例の概略的構成を示し、図１１はＸ−Ｚ平面における概略垂直断面図、図１２はＸ軸方向から見た概略平面図である。
【００８７】
この第５の実施例は、レンズアレイ２４０によってマトリクス状に形成される複数の光源像ＳのＸ軸方向における配置間隔ＳＸを狭くなるようにし、さらに縮小光学系としてのアフォーカル光学系５０によってＹ軸方向における配置間隔ＳＹを狭くなるようにしている点に特徴を有する。本実施例において、第１の実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８８】
照明装置１Ｄは、光源１５と、レンズアレイ２４０と、アフォーカル光学系５０と、第１の伝達レンズ２４２と、偏光変換素子４０Ｄと、第２の伝達レンズ２４４と、平行化レンズ３９と、を備えている。照明装置１Ｄは、光源１５から射出された光をレンズアレイ２４０によって複数の部分光束に分割し、各部分光束を偏光変換素子４０Ｄによって一種類の偏光光に変換した後、液晶装置８０の被照明領域状に重畳させる。
【００８９】
光源１５は、第３の実施例の照明装置１Ｂ（図７）における光源１５と同一である。
【００９０】
レンズアレイ２４０は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２４０ａによって構成される。各小レンズ２４０ａの輪郭Ｔは、液晶装置８０の被照明領域の形状と略相似形をなす。光源１５から射出された光束は、レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａの集光作用により、複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌと略直交するＸ−Ｙ平面（仮想面Ｐ）内に、小レンズ２４０ａの数と同数の光源像Ｓを形成する。レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａは、図１３に示すように、その光軸Ｑがレンズの幾何学的中心Ｃに対してＸ軸方向にずれた偏心レンズである。本実施例では、このようなレンズアレイ２４０を用いているので、図１４に示すように、光源像ＳのＸ軸方向における配置間隔ＳＸが、図９（ｂ）に示す比較例の場合と比較して、小さくなる。
【００９１】
アフォーカル光学系５０は、図１２に示すように、通過する光束の平行性をほぼ維持しつつ、全体の光束径を縮小化する機能を有する。本実施例におけるアフォーカル光学系５０は、Ｙ軸方向のみに曲率を有するシリンドリカル凸レンズ５２及びシリンドリカル凹レンズ５４によって構成されている。なお、それぞれのシリンドリカルレンズ５２、５４と同等の機能を、２枚以上のレンズからなる組レンズによって実現することもでき、その場合には、光学収差を低減できるという効果がある。シリンドリカル凸レンズ５２は、レンズアレイ２４０の射出側に設置され、シリンドリカル凸レンズ５２を通過する光束３をＹ軸方向にのみ屈折させて照明光軸Ｌの方向に内向させる。シリンドリカル凹レンズ５４は、第１の伝達レンズ２４２の入射側に設置され、シリンドリカル凸レンズ５２からの内向した光束を照明光軸Ｌに対して略平行化する。本実施例では、このようなアフォーカル光学系５０を用いているので、図１４に示すように、光源像ＳのＹ軸方向における配置間隔ＳＹが、図９（ｂ）に示す比較例の場合と比較して、小さくなる。
【００９２】
偏光変換素子４０Ｄの入射側に配置された第１の伝達レンズ２４２は、第１の実施例における第１の伝達レンズ３５（図１）とほぼ同様の機能を有する。第１の伝達レンズ２４２は、レンズアレイ２４０を構成する小レンズ２４０ａと同数の小レンズ２４２ａによって構成されている。各小レンズ２４２ａの位置は、複数の光源像Ｓが形成される位置に対応するように構成されている。小レンズ２４２ａの輪郭の形状に制約はないが、矩形形状や六角形状などに設定すれば、配列しやすいため都合が良い。また、小レンズ２４２ａは、小レンズ２４０ａと同じような偏心レンズであり、各小レンズ２４２ａの集光特性は、レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａによって集光された各部分光束を偏光変換素子４０Ｄの入射面４５ａに対して略垂直に入射させるように設定されている。したがって、偏光変換素子４０Ｄの偏光分離膜に対して入射角度０度に近い状態で光を入れることができ、偏光変換効率が良い。なお、第１の伝達レンズ２４２は必ずしも必要なものではない。
【００９３】
偏光変換素子４０Ｄは、第３の実施例における偏光変換素子４０Ｂと比較してサイズが一回り小さいだけで、その他の点では第３の実施例の偏光変換素子４０Ｂと異なるところがない。したがって、その詳細な説明は省略する。
【００９４】
偏光変換素子４０Ｄの射出側に配置された第２の伝達レンズ２４４は、第１の実施例における第２の伝達レンズ３７と同様の機能、すなわち、レンズアレイ２４０によって分割された部分光束を液晶装置８０の被照明領域上で重畳させる機能を有する。本実施例において、第２の伝達レンズ２４４は軸対象の球面レンズで形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、レンズアレイや、フレネルレンズや、複数のレンズからなる組レンズなどを使用することもできる。このようなレンズを用いた場合には、各種の光学収差を低減することが可能である。また、フレネルレンズを用いた場合には、レンズの中心厚を薄くすることができるため、照明装置１Ｄを軽量化したい場合に都合が良い。
【００９５】
本実施例では、レンズアレイ２４０とアフォーカル光学系５０とを用いることにより、Ｘ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸと、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹとを、ともに、図９（ｂ）に示した比較例の場合に比べて狭くしている。しかしながら、レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａの集光特性と、アフォーカル光学系５０を構成するレンズ５２、５４の特性とは、第１〜第４の実施例の場合と同様、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすように設定されている。したがって、本実施例の場合にも、第１の実施例と同様、入射面４（図４）と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、偏光分離面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することが可能となる。よって、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することができる。
【００９６】
さらに、本実施例では、Ｙ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹのみならず、レンズアレイ２４０によってＸ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸをも狭くするようにしているので、レンズアレイ２４０より光路下流側に配置される光学素子のサイズを小さくすることが可能となる。よって、プロジェクタの小型化、軽量化を図ることが可能となる。
【００９７】
なお、本実施例では、レンズアレイ２４０を構成するすべての小レンズ２４０ａを偏心レンズとしているが、一部に偏心レンズでないレンズを用いても良い。また、本実施例では、レンズアレイ２４０によってＸ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸを狭くするようにしているが、必ずしもＸ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸを狭くする必要はない。この場合は、レンズアレイ２４０を構成するすべての小レンズ２４０ａを偏心レンズでない通常のレンズによって構成すれば良い。また、第２の実施例のように、Ｘ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸが広くなるように設定しても良い。この場合は、第２の実施例の場合と同様、光源１５が点光源にあまり近くない場合であっても、偏光変換素子４０Ｄにおける偏光変換効率を向上させることができ、その結果、プロジェクタにおける光利用効率を向上させることが可能となる。
【００９８】
さらにまた、光源像Ｓの寸法が小さい場合には、シリンドリカル凸レンズ５２とシリンドリカル凹レンズ５４の両方を、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の二方向に曲率を有する一般的な凸レンズと凹レンズ、あるいはトーリックレンズに置き換えることができる。
［実施例６］
【００９９】
次に、図１５、図１６を用いて、本発明のプロジェクタの第６の実施例を説明する。
【０１００】
図１５、図１６は、本発明のプロジェクタの第６の実施例の概略的構成を示し、図１５はＸ−Ｚ平面における概略垂直断面図、図１６はＸ軸方向から見た平面図である。本実施例は、先に説明した第５の実施例の変形例であり、照明装置１Ｅにおいて、アフォーカル光学系５０を構成するシリンドリカル凸レンズ５２がレンズアレイ２４０の入射側に配置され、また、シリンドリカル凹レンズ５４が第１の伝達レンズ２４２の射出側に配置されている点が、第５の実施例と異なっている。その他の点については第５の実施例と同様である。
そして、第５の実施例で説明した各構成要素の変形の形態を本実施例に適用することも可能である。なお、本実施例において、第１の実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付している。また、第５の実施例と同様の構成要素には、図１１〜１４で用いたものと同一の符号を付している。
【０１０１】
本実施のように、アフォーカル光学系５０のシリンドリカル凸レンズ５２、シリンドリカル凹レンズ５４の位置を変えても、第５の実施例と同様の作用効果を達成することが可能である。
【０１０２】
なお、アフォーカル光学系５０を挿入する位置は、第４の実施例、並びに、本実施例の位置に限定されず、光源１５と偏光ビームスプリッタ６０の間で任意に選択することが可能である。そして、アフォーカル光学系５０を光源１５と偏光ビームスプリッタ６０の間のいかなる位置に挿入したとしても、レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａの集光特性と、アフォーカル光学系５０を構成するレンズ５２、５４の特性とがＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすように設定されている限り、第５の実施例と同様の作用効果を達成することが可能である。
【０１０３】
さらに、第５の実施例及び本実施例においては、レンズアレイ２４０を構成する各小レンズ２４０ａの集光特性と、アフォーカル光学系５０を構成するレンズ５２、５４の特性を調整することによって、Ｘ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＸとＹ軸方向における光源像Ｓの配置間隔ＳＹとを狭めるようにしているが、このように光源像Ｓの配置間隔ＳＸ、ＳＹを狭める機能をアフォーカル光学系５０のみによって実現することも可能である。このようにすれば、レンズアレイ２４０を偏心レンズを用いることなく構成することが可能となるため、照明装置の簡略化、並びにプロジェクタの小型化、軽量化、及び低コスト化を実現することができる。
［実施例７］
【０１０４】
次に、図１７〜２１を用いて、本発明の第７の実施例を説明する。
【０１０５】
図１７、図１８は、本発明のプロジェクタの第７の実施例の概略的構成を示す図であり、図１７はＸ−Ｚ平面における概略垂直断面図、図１８はＸ軸方向から見た平面図である。
【０１０６】
本実施例は、先に説明した第５、第６の実施例の変形例であり、照明装置１Ｆにおけるレンズアレイ２５０と第１の伝達レンズ２５２とに、第５、第６の実施例におけるアフォーカル光学系５０の機能を持たせたものである。シリンドリカル凸レンズ５２、シリンドリカル凹レンズ５４が存在しないこと、並びに、レンズアレイ２５２と第１の伝達レンズ２５２以外の構成、以外については、第５、第６の実施例と同様である。そして、第５、第６の実施例で説明した各構成要素の変形の形態を本実施例に適用することも可能である。なお、本実施例において、第１の実施例と同様の構成要素には、図１〜４で用いたものと同一の符号を付し、第５、第６の実施例と同様の構成要素には、図１１〜１６で用いたものと同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１０７】
レンズアレイ２５０は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２５０ａによって構成される。レンズアレイ２５０を構成する各小レンズ２５０ａは、図１９に示すように、その光軸Ｑがレンズの幾何学的中心Ｃに対してＸ軸方向およびＹ軸方向、あるいはＸ軸方向のみにずれた偏心レンズである。各小レンズ２５０ａの輪郭Ｔは、液晶装置８０の被照明領域の形状と略相似形をなす。光源１５から射出された光束は、レンズアレイ２５０を構成する各小レンズ２５０ａの集光作用により、複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌと略直交するＸ−Ｙ平面内（仮想面Ｐ）内に、小レンズ２５０ａの数と同数の光源像Ｓを形成する。また、レンズアレイ２５０は、第５、第６の実施例におけるシリンドリカル凸レンズ５２（図１１、１２、１４〜１６）と同様に、光束３をＹ軸方向に屈折させて、照明光束Ｌの方向に内向させる機能も有している。
【０１０８】
第１の伝達レンズ２５２は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２５２ａによって構成される。第１の伝達レンズ２５２を構成する各小レンズ２５２ａは、図２０に示すように、その光軸Ｑがレンズの幾何学的中心Ｃに対してＸ軸方向およびＹ軸方向、あるいはＸ軸方向のみにずれた偏心レンズである。各小レンズ２５２ａの位置は、複数の光源像Ｓが形成される位置に対応するように構成されている。小レンズ２５２ａの輪郭Ｔの形状に制約はないが、矩形形状や六角形状などに設定すれば、配列しやすいため都合が良い。小レンズ２５２ａの集光特性は、レンズアレイ２５０を構成する各小レンズ２５０ａによって集光された各部分光束を偏光変換素子４０Ｄの入射面４５ａに対して略垂直に入射させるように設定されている。また、レンズアレイ２５２は、第５、第６の実施例におけるシリンドリカル凹レンズ５４（図１１、１２、１４〜１６）と同様、光束３を照明光軸Ｌに対して略平行化する機能も有している。
【０１０９】
本実施例においては、図２１に示すように、レンズアレイ２５０を構成する小レンズ２５０ａ、第１の伝達レンズ２５２を構成する小レンズ２５２ａの集光特性が、第１乃至第６の実施例の場合と同様、ＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすように設定されている。
【０１１０】
本実施例の場合にも、第５の実施例の場合と同様の作用効果を達成することが可能である。さらに、本実施例では、レンズアレイ２５０及び第１の伝達レンズ２５２のみによって、第５、第６の実施例におけるアフォーカル光学系５０（図１１、１２、１４〜１６）と同様の機能を実現できることから、部品点数の低減によるプロジェクタの小型化、軽量化、及び低コスト化を実現することが可能となる。
［実施例８］
【０１１１】
次に、図２２、図２３を用いて、本発明のプロジェクタの第８の実施例を説明する。
【０１１２】
図２２、図２３は、本発明のプロジェクタの第８の実施例の概略的構成を示す図であり、図２２は図垂直断面図である。図２２、２３において、先に説明した第１の実施例と同様の構成部分については、図１〜４で用いたのと同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１１３】
照明装置１Ｇは、光源１５と、レンズアレイ２６０と、第１の伝達レンズ２６２と、偏光変換素子４０Ｇと、第２の伝達レンズ２６４と、平行化レンズ３９と、を備えている。照明装置１Ｇは、光源１５から射出された光をレンズアレイ２６０によって複数の部分光束に分割し、各部分光束を偏光変換素子４０Ｇによって一種類の偏光光に変換した後、液晶装置８０の被照明領域上に重畳させる。
【０１１４】
光源１５は、第３の実施例の照明装置１Ｂ（図１７）における光源１５と同一である。
【０１１５】
レンズアレイ２６０は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２６０ａによって構成される。各小レンズ２６０ａの輪郭は、矩形形状である。光源１５から射出された光束は、レンズアレイ２６０ａを構成する各小レンズ２６０ａの集光作用により、複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌと略直交するＸ−Ｙ平面（仮想面）内に、小レンズ２６０ａの数と同数の光源像を形成する。レンズアレイ２６０を構成する各小レンズ２６０ａは、光軸とレンズの幾何学的中心Ｃとが一致した通常のレンズである。
【０１１６】
偏光変換素子４０Ｇの入射側に配置された第１の伝達レンズ２６２は、第１の実施例における第１の伝達レンズ３５（図１）とほぼ同様の機能を有する。第１の伝達レンズ２６２は、マトリクス状に配置された複数の小レンズ２６２ａによって構成されている。第１の伝達レンズ２６２を構成する各小レンズ２６２ａは、光軸とレンズの幾何学的中心Ｃとが一致した通常のレンズである。
各小レンズ２６２ａの位置は、複数の光源像が形成される位置に対応している。
小レンズ２６２ａの輪郭の形状に制約はないが、矩形形状や六角形状などにすれば、配列しやすいため都合が良い。
【０１１７】
偏光変換素子４０Ｇは、第１の実施例における偏光変換素子４０に比べて偏光分離膜、反射膜、及びこれらの間に配置される透光性部材の数が多いだけで、その他の点では第１の実施例の偏光変換素子４０と異なるところがない。したがって、その詳細な説明は省略する。
【０１１８】
偏光変換素子４０Ｇの射出側に配置された第２の伝達レンズ２６４は、第１の実施例における第２の伝達レンズ３７と同様の機能、すなわち、レンズアレイ２６０によって分割された部分光束を、液晶装置８０の被照明領域上で重畳させる機能を有する。本実施例において、第２の伝達レンズ２６４は軸対称の球面レンズで形成されているが、これに限定されるものではない。例えば、レンズアレイや、フレネルレンズや、複数のレンズからなる組レンズなどを使用することもできる。このようなレンズを用いた場合には、レンズの中心圧を薄くすることができるため、照明装置１Ｇを軽量化したい場合に都合が良い。
【０１１９】
第２の伝達レンズ２６４と平行化レンズ３９との間に配置された縮小光学系５５は、第２の伝達レンズ２６４から射出される光束３の径をＸ軸方向及びＹ軸方向に縮小する作用を有する。本実施例の縮小光学系５５は、２つの凹レンズ５５ａ、５５ｂを組み合わせた組レンズによって構成されているが、これに限定されず、１つのレンズを用いても良い。ただし、部分光束を平行化レンズ３９に導く際に発生しやすい光学収差を低減するためには、組レンズや非球面レンズの使用が適している。
【０１２０】
ここで、縮小光学系５５は、Ｘ軸方向の縮小率よりもＹ軸方向の縮小率が高くなるように構成されている。これは、第１の実施例と同様、偏光分離面６２の偏光分離特性を維持するためである。
【０１２１】
このように、本実施例では、第２の伝達レンズ２６４と平行化レンズ３９との間に、第２の伝達レンズ２６４から射出される光束３の径をＸ軸方向及びＹ軸方向に縮小する作用を有する縮小光学系５５を配置し、この縮小光学系５５を、Ｘ軸方向の縮小率よりもＹ軸方向の縮小率が高くなるようにすることで、先に述べた第１〜第７の実施例のように照明装置をＳＹ／ＳＸ＜ＭＹ／ＭＸを満たすような設計としなくても、入射面４（図４）と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることができ、偏光分離面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することができる。よって、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することができる。
【０１２２】
なお、本実施例では、縮小光学系５５によって、第２の伝達レンズ２６４から射出される光束３の径をＸ軸方向及びＹ軸方向に縮小するようにしているが、Ｘ軸方向への縮小は必ずしも必要ではない。すなわち、Ｙ軸方向にのみ縮小するようにしても良い。この場合には、縮小光学系５５を構成する凹レンズ５５ａ、５５ｂを、Ｙ軸方向にのみ曲率を有するレンズ（例えばシリンドリカルレンズ）とすれば良い。
【０１２３】
また、本実施例では、光源からの光束を光束分割素子によって複数の部分光束に分割する光束分割素子としてレンズアレイ２６０を用いているが、棒状の導光体からなる光束分割素子を用いても良い。その場合には、図２（ｂ）の比較例に示したような導光体２００を用い、２次光源像が形成される位置と偏光分離面６２との間に縮小光学系５５を配置すれば良い。例えば、図１の導光体２０を図２（ｂ）に示したような導光体２００にし、第２の伝達レンズ３７と平行化レンズ３９との間に縮小光学系５５を設けることが考えられる。
［実施例９］
【０１２４】
図２４は、本発明に係るプロジェクタの第９の実施例の要部を示す概略平面図である。本実施例は第１〜第８の実施例の変形例であり、偏光ビームスプリッタ６０から射出された照明光束８を、色分離・合成光学系１００を用いて赤色光Ｒ、青色光Ｂ、緑色光Ｇに分離し、各色光毎に対応して設けられた３つの反射型の液晶装置８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂに各色光を入射させてカラー画像を形成する点に特徴を有する。図２４に示す構成部分は、第１〜第８の実施例の平行化レンズ３９以降の構成と置き換える部分である。照明装置１〜１Ｇ、投写面９５については図示、説明ともに省略する。また、図２４において、第１〜第８の実施例と共通の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【０１２５】
図２４において、色分離・合成光学系１００は、３つのプリズム１１０，１２０，１３０を組合せて形成されている。プリズム１１０は、三角形の断面形状を有する柱状のプリズムである。プリズム１１０の後述するプリズム１２０と近接する面１１２上には、赤色光Ｒを反射し他の色光を透過する赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒが形成されている。プリズム１２０は、三角形の断面形状を有する柱状のプリズムである。プリズム１２０の後述するプリズム１３０と接する面１２２上には、青色光Ｂを反射し他の色光を透過する青色反射ダイクロイック膜１００Ｂが形成されている。プリズム１３０は、一辺が斜辺として形成された略台形状の断面形状を有する柱状のプリズムである。プリズム１３０は、その斜辺に相当する面１３２が、プリズム１２０の青色反射ダイクロイック膜１００Ｂに当接するように配置されている。プリズム１１０は、偏光ビームスプリッタ６０との間、及び、プリズム１２０との間に、各々極僅かな隙間を設けるようにして配置されている。
【０１２６】
液晶装置８０Ｒは、赤色光Ｒを変調する反射型電気光学装置であり、プリズム１１０の赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒが形成されず、偏光ビームスプリッタ６０とも近接していない面１１６に対向させて設置されている。また、液晶装置８０Ｂは、青色光Ｂを変調する反射型電気光学装置であり、プリズム１２０の青色反射ダイクロイック膜１２０が形成されず、プリズム１１０とも近接していない面１２６に対向させて設置されている。さらに、液晶装置８０Ｇは、緑色光Ｇを変調する反射型電気光学装置であり、プリズム１３０の青色反射ダイクロイック膜１００Ｂと当接する面１３２と向かい合う面１３６に対向させて設置されている。
【０１２７】
本実施例において、照明装置１〜１Ｇから射出され偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面６２にて反射されたＳ偏光光束は、まず、プリズム１１０に入射し、赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒにて赤色光Ｒとその他の色光とに分離される。ここで、プリズム１１０と偏光ビームスプリッタ６０の間には隙間が形成されていることから、プリズム１１０の偏光ビームスプリッタ６０と対向する面１１４は、赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒにて反射された赤色光Ｒに対して全反射面となる。したがって、赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒによって分離された赤色光Ｒは、面１１４で全反射して液晶装置８０Ｒに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。次に、赤色反射ダイクロイック膜１００Ｒを透過したＳ偏光光は、プリズム１２０に入射する。そして、青色反射ダイクロイック膜１００Ｂにて、青色光Ｂと緑色光Ｇとに分離される。プリズム１２０とプリズム１１０との間にも隙間が形成されていることから、プリズム１２０のプリズム１００と対向する面１２４は、青色反射ダイクロイック膜１００Ｂで反射された青色光Ｂに対して全反射面となる。したがって、青色反射ダイクロイック膜１００Ｂによって反射された青色光Ｂは、面１２４で全反射して液晶装置８０Ｂに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。最後に、青色反射ダイクロイック膜１００Ｂを透過した緑色光Ｇは、プリズム１３０内を直進して液晶装置８０Ｇに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。
【０１２８】
液晶装置８０Ｒ、８０Ｂ、８０Ｇで変調された各色光は、色分離・合成光学系１００に戻り、先に説明した光路を逆にたどって合成される。合成された光は、偏光ビームスプリッタ６０に再度入射する。ここで、外部からの画像情報に基づいて変調された光束は、部分的にＰ偏光光束となっているため、このＰ偏光光束は偏光分離面６２を透過し、投写レンズ９０（図１等参照）によってスクリーンなどの投写面９５（図１等参照）上に拡大投写される。
【０１２９】
なお、本実施例とは異なり、偏光ビームスプリッタ６０を挟んで照明装置１〜１Ｇと対向する位置に色分離・合成光学系１００を配置した構成を採用することもできる。その場合には、照明装置１から射出される照明光束の偏光状態をＰ偏光状態に揃えておけばよい。あるいは、偏光ビームスプリッタ６０の偏光分離面を、Ｐ偏光光束を反射し、Ｓ偏光光束を透過するような特性にしておけば良い。また、本実施例では、図２４に示すように、各液晶装置８０Ｒ、８０Ｂ、８０Ｇの寸法に比べて、偏光ビームスプリッタ６０等の寸法が相対的に大きくなっている。このため、偏光ビームスプリッタ６０の光源側に光束径を小さくするための集光レンズを配置することが好ましい。
【０１３０】
本実施例のプロジェクタにおいても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
本発明の実施例は、上述の例に限定されるものではなく、発明の範囲内において種々変更することができる。例えば、上記各実施例においては、部分光束のそれぞれを１種類の偏光光に変換するための偏光変換光学系を用いているが、これを省略することもできる。ただし、光利用効率の向上という観点からは、上述のように偏光変換光学系を使用した形態の方が、偏光変換光学系を省略した形態よりも優れていると言える。また、プロジェクタは、スクリーンを背面から投写するリア型でも、前面から投写するフロント型でもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】図１は、本発明のプロジェクタの第１の実施例を示す概略平面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施例における導光体の形状と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。図２（ｂ）は、比較例における導光体の形状と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。
【図３】図３（ａ）は、偏光変換光学系の構成を示す概略平面図、図３（ｂ）は外観斜視図である。
【図４】図４は、偏光分離面とそこに入射する光束との幾何学的な位置関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明のプロジェクタの第２の実施例を示す概略平面図である。
【図６】図６は、第２の実施例における導光体の形状と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明のプロジェクタの第３の実施例を示す概略平面図である。
【図８】図８は、第３の実施例におけるレンズアレイの構成を説明するための平面図である。
【図９】図９（ａ）は、第３の実施例におけるレンズアレイを構成する小レンズの集光特性と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。図９（ｂ）は、比較例におけるレンズアレイを構成する小レンズの集光特性と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明のプロジェクタの第４の実施例を示す概略平面図である。
【図１１】図１１は、本発明のプロジェクタの第５の実施例を示す概略垂直断面図である。
【図１２】図１２は、本発明のプロジェクタの第５の実施例を示す概略平面図である。
【図１３】図８は、第５の実施例におけるレンズアレイの構成を説明するための平面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施例におけるレンズアレイを構成する小レンズの集光特性と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。
【図１５】図１５は、本発明のプロジェクタの第６の実施例を示す概略垂直断面図である。
【図１６】図１６は、本発明のプロジェクタの第６の実施例を示す概略平面図である。
【図１７】図１７は、本発明のプロジェクタの第７の実施例を示す概略垂直断面図である。
【図１８】図１８は、本発明のプロジェクタの第７の実施例を示す概略平面図である。
【図１９】図１９は、第７の実施例におけるレンズアレイの構成を説明するための平面図である。
【図２０】図２０は、第７の実施例における第１の伝達レンズの構成を説明するための平面図である。
【図２１】図２１は、第７の実施例におけるレンズアレイを構成する小レンズの集光特性と光源像の配置間隔との関係を説明するための図である。
【図２２】図２２は、本発明のプロジェクタの第８の実施例を示す概略垂直断面図である。
【図２３】図２２は、本発明のプロジェクタの第８の実施例を示す概略平面図である。
【図２４】図２４は、本発明のプロジェクタの第９の実施例の要部を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…照明装置、２…部分光束、４…入射面、６…照明光束の中心軸、８…照明光束、１０，１５…光源、１１…発光管、１２…楕円リフレクタ、１４…パラボラリフレクタ、２０，２００，２１０…導光体、２２，２０２，２１２…入射端面、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…反射面、２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ，２０４ｄ…反射面、２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ…反射面、２５ｂ，２５ｄ…反射面、２６，２０６，２１６…射出端面、２２０，２３０，２４０，２５０，２６０…レンズアレイ、２２０ａ，２３０ａ，２４０ａ，２５０ａ，２６０ａ…小レンズ、２２２，２２６，２４２，２５２，２６２…第１の伝達レンズ、２２２ａ，２２６ａ，２４２ａ，２５２ａ，２６２ａ…小レンズ、２２４，２４４，２６４…第２の伝達レンズ、３０…リレー光学系、３１…集光光学系、３１ａ，３１ｂ…集光レンズ、３５…第１の伝達レンズ、３５ａ…小レンズ、３７…第２の伝達レンズ、３９…平行化レンズ、４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｄ，４０Ｇ…偏光変換素子、４１，４３…透光性部材、４２…偏光分離膜、４４…反射膜、４５ａ，４５ｂ…入射面、４６ａ，４６ｂ…射出面、４８…位相差板、５０…アフォーカル光学系、５２…シリンドリカル凸レンズ、５４…シリンドリカル凹レンズ、５５…光束圧縮光学系、５５ａ，５５ｂ…凹レンズ、６０…偏光ビームスプリッタ、６２…偏光分離面、７０，７２…偏光板、８０，８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ…液晶装置、９０…投写レンズ、９５…投写面、１００…色分離・合成光学系、１００Ｒ…赤色反射ダイクロイック膜、１００Ｂ…赤色反射ダイクロイック膜、１１０，１２０，１３０…プリズム、１１２，１１４，１１６，１２２，１２４，１２６，１３６…プリズムの面、ＭＸ…導光体の入射端面のＸ軸方向の長さ、または、小レンズの輪郭ＴのＸ軸方向の長さ、ＭＹ…導光体の入射端面のＹ軸方向の長さ、または、小レンズの輪郭ＴのＹ軸方向の長さ、ＳＸ…光源像ＳのＸ軸方向の配置間隔、ＳＹ…光源像ＳのＹ軸方向の配置間隔、Ｌ…照明光軸、Ｈ…偏光分離面、６２の法線，Ｐ…仮想面、Ｓ…光源像、Ｔ…小レンズの輪郭、Ｑ…小レンズの光軸、Ｃ…小レンズの幾何学的中心。
【図１】
2008203888.tif 000003
【図２】
2008203888.tif 000004
【図３】
2008203888.tif 000005
【図４】
2008203888.tif 000006
【図５】
2008203888.tif 000007
【図６】
2008203888.tif 000008
【図７】
2008203888.tif 000009
【図８】
2008203888.tif 000010
【図９】
2008203888.tif 000011
【図１０】
2008203888.tif 000012
【図１１】
2008203888.tif 000013
【図１２】
2008203888.tif 000014
【図１３】
2008203888.tif 000015
【図１４】
2008203888.tif 000016
【図１５】
2008203888.tif 000017
【図１６】
2008203888.tif 000018
【図１７】
2008203888.tif 000019
【図１８】
2008203888.tif 000020
【図１９】
2008203888.tif 000021
【図２０】
2008203888.tif 000022
【図２１】
2008203888.tif 000023
【図２２】
2008203888.tif 000024
【図２３】
2008203888.tif 000025
【図２４】
2008203888.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月9日(2008.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光束を複数の部分光束に分割し、前記複数の部分光束によって複数の光源像を形成する光束分割素子と、前記複数の部分光束を重畳する集光レンズと、を有する照明装置と、
前記照明装置から射出された照明光束を変調する反射型液晶装置と、
前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写レンズと、
前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記反射型液晶装置に向けて射出するとともに、前記反射型液晶装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光分離面と、を備えたプロジェクタにおいて、
前記光束分割光学素子は、入射端面と、射出端面と、少なくとも４つの反射面とを備えた導光体であり、
前記照明光束の中心軸と前記偏光分離面の法線とによって規定される面を入射面とし、前記入射面と平行で前記照明光軸と直交する方向をＸ方向、前記入射面と直交する方向をＹ方向とし、
前記導光体の反射面のうち対向する少なくとも一対の前記反射面の間隔が、前記偏光分離面における前記照明光束のＹ方向の入射角が小さくなるように、前記入射端面から前記射出端面に向かうにしたがって広くなることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１において、
前記照明装置から射出された照明光束を複数の色光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された色光をそれぞれ変調する複数の前記反射型液晶装置と、を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記導光体の反射面のうち対向する少なくとも一対の前記反射面の間隔は、前記入射端面から前記射出端面に向かうにしたがって狭くなることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかにおいて、
前記導光体の前記射出端面の形状は、前記反射型液晶装置の表示領域の形状と略相似形をなすことを特徴とするプロジェクタ。