(57)【要約】【課題】例えばプロジェクタ等に用いられる１ＰＢＳ方式の光学システムにおいて、出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止する。【解決手段】光学システムは、複数の光のうち、第１波長の第１光を選択反射する第１選択反射面及び第２波長の第２光を選択反射する第２選択反射面を含み、第１及び第２選択反射面は、それらの輪郭線により、第１及び第２光が二つの領域に分断されるように相互に交差して配置されており、入射された複数の光を一つの光に合成して出射する合成手段（２００）と、第１及び第２光が分断された二つの領域を、第１及び第２選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付けるように、第１及び第２光の形状を変形する変形手段（１２０）と、複数の光に対して夫々設けられており、複数の光を合成される前に夫々変調する複数の変調手段（３１０、３２０、３３０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される複数の光のうち少なくとも第１波長の第１光を選択反射する第１選択反射面及び前記入射された複数の光のうち少なくとも前記第１波長と異なる第２波長の第２光を選択反射する第２選択反射面を含み、前記入射される第１光が、その進行方向の背後から見て前記第２選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されると共に、前記入射される第２光が、その進行方向の背後から見て前記第１選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されるように、前記第１及び前記第２選択反射面が相互に交差するように配置されており、前記第１及び第２選択反射面で反射及び透過することで、前記入射された複数の光を一つの光に合成して出射する合成手段と、
前記第１光が分断された二つの領域を、前記第２選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付けると共に、前記第２光が分断された二つの領域を、前記第１選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付けるように、前記合成手段に入射される前段にて前記第１及び第２光の形状を変形する変形手段と、
前記複数の光に対して夫々設けられており、前記複数の光が前記一つの光に合成される前に前記複数の光を夫々変調する複数の変調手段と
を備えることを特徴とする光学システム。
【請求項２】
光源光を出射する光源手段と、
該出射された光源光を前記入射される複数の光へと分離する分離手段と
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記合成手段は、前記第１選択反射面が、前記第１光を、前記第１光の波長に応じて選択的に反射又は透過するのに加えて前記第１光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過し、前記第２選択反射面が、前記第２光を、前記第２光の波長に応じて選択的に反射又は透過するのに加えて前記第２光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過するように、構成されており、
前記複数の変調手段は、前記第１選択反射面で前記第１光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過した段階で前記第１光を変調し、前記第２選択反射面で前記第２光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過した段階で前記第２光を変調する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記合成手段は、前記第１選択反射面及び前記第２選択反射面を接合面として接合された複数の光学部材を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項５】
前記合成手段は、前記第１光が、前記第２選択反射面に平行に前記第１選択反射面に入射し、前記第２光が、前記第１選択反射面に平行に前記第２選択反射面に入射するように、構成されていることを特徴する請求項１から４のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項６】
前記変形手段は、基板上に複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項７】
前記複数のレンズの各々は、前記基板上で平面的に見て十字形であることを特徴とする請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記複数のレンズの各々は、前記基板上に互いに入れ子状に配置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記合成された光の形状を変形するアナモフィックレンズを更に備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記変形手段は、基板上に複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイを含み、
前記複数のレンズの各々は、正方形であることを特徴とする請求項９に記載の光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶ライトバルブを備えたプロジェクタ等に用いられる光学システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光学システムとして、光源から出射する白色光を複数の光に分離した後、分離した複数の光夫々に対して液晶ライトバルブ等を用いて変調を行うカラーの光学システムがある。変調された複数の光は、最終的にプリズム等を用いて１つの光に合成されて出射される。尚、プリズム等の光を合成するために用いられる部材の構成は複雑且つ高い精度が要求されるため、これらの部材の構成を簡単化し、コストの低減や信頼性の向上を図るという技術が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、二つの相交差する選択反射面を内部に含む一つのプリズムによって、３色の光を分離及び合成する１ＰＢＳ（ポラリゼーション・ビーム・スプリッタ）方式の光学システムが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００４／０６８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した技術においては、プリズム内に設けられた一つの選択反射面に入射する光が、プリズム内に設けられた他の選択反射面によって二つの領域に分断される。即ち、一の選択反射面に向かって入射される光は、その進行方向の背後から見て、他方の選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断される。このため、分断された領域で互いに光の量や形状等に違いが生じ、結果的に表示される画像等において輝度の非対称性が生じてしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、１ＰＢＳ光学システムを採用しつつ、投射用或いは表示用に出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止可能である光学システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光学システムは上記課題を解決するために、入射される複数の光のうち少なくとも第１波長の第１光を選択反射する第１選択反射面及び前記入射された複数の光のうち少なくとも前記第１波長と異なる第２波長の第２光を選択反射する第２選択反射面を含み、前記入射される第１光が、その進行方向の背後から見て前記第２選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されると共に、前記入射される第２光が、その進行方向の背後から見て前記第１選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されるように、前記第１及び前記第２選択反射面が相互に交差するように配置されており、前記第１及び第２選択反射面で反射及び透過することで、前記入射された複数の光を一つの光に合成して出射する合成手段と、前記第１光が分断された二つの領域を、前記第２選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付けると共に、前記第２光が分断された二つの領域を、前記第１選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付けるように、前記合成手段に入射される前段にて前記第１及び第２光の形状を変形する変形手段と、前記複数の光に対して夫々設けられており、前記複数の光が前記一つの光に合成される前に前記複数の光を夫々変調する複数の変調手段とを備える。
【０００８】
本発明に係る光学システムによれば、その動作時に、合成手段に対して第１波長の第１光と、第１波長とは異なる第２波長の第２光とを含む複数の光が入射される。そして、入射された複数の光のうち、第１光は第１選択反射面により選択反射され、第２光は第２選択反射面により選択反射される。尚、ここでの「選択反射」とは、例えば波長等に応じて、入射された光に対して反射及び透過のいずれか一方を行うことをいう。
【０００９】
このような第１選択反射面及び第２選択反射面における選択反射により、合成手段に入射された複数の光は一つの光に合成されて出射される。尚、複数の光は、一つの光に合成される前に、複数の光に対して夫々設けられた変調手段によって変調される。変調手段は、典型的には液晶装置等のライトバルブであり、光を変調することによって、例えば合成された光をスクリーン等に投射して、画像を表示することが可能となる。
【００１０】
ここで本発明では特に第１選択反射面は、入射される第２光が、その進行方向の背後から見て第１選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されるように配置されており、第２選択反射面は、入射される第１光が、その進行方向の背後から見て第２選択反射面の輪郭線により二つの領域に分断されるように配置されている。また、第１選択反射面及び第２選択反射面は、相互に交差するように配置されている。
【００１１】
従って、仮に何らの対策も採らねば、第１光について、第２選択反射面の存在によって分断された領域で互いに光の量や形状等に違いが生じ、結果的に表示される画像等において輝度の非対称性が大なり小なり生じてしまう。同様に、第２光について、第１選択反射面の存在によって分断された領域で互いに光の量や形状等に違いが生じ、結果的に表示される画像等において輝度の非対称性が大なり小なり生じてしまう。
【００１２】
しかるに本発明では特に、上述した合成手段に入射される前段にて第１及び第２光の形状を変形する変形手段が備えられている。変形手段において、第１光は、第２選択反射面により分断された二つの領域が、第２選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付くように変形され、第２光は、第１選択反射面により分断された二つの領域が、第１選択反射面の輪郭線を中心線として線対称に近付くように変形される。従って、第１及び第２選択反射面で分断された際に生じる、分断された二つの領域における互いの光の量や形状等の違いを低減或いは無くすことが可能である。従って、例えば合成手段により合成された光を用いて画像等を表示する際に、輝度の非対称性が生じてしまうことを防止することが可能である。
【００１３】
尚、合成手段から出射した光は、使用しない部分を削る等して、最終的に表示される画像の形（例えば、長方形）に更に変形されるようにしてもよい。
【００１４】
以上説明したように、本発明に係る光学システムによれば、変形手段により合成手段に入射する光を変形させておくことで、例えば１ＰＢＳ方式を採用しつつも、出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止することが可能である。
【００１５】
本発明の光学システムの一態様では、光源光を出射する光源手段と、該出射された光源光を前記入射される複数の光へと分離する分離手段とを更に備える。
【００１６】
この態様によれば、上述した合成手段に入射する複数の光は、先ず光源光として光源手段から出射され、分離手段によって複数の光へと分離される。分離手段は、典型的にはダイクロイックミラーであり、入射した光は波長に応じて分離される。尚、光源手段と分離手段とは別々に設けられていなくともよく、例えば、複数の光を個別に出射する複数の光源を備えることで足りる。
【００１７】
分離手段を用いることで、光源手段から出射される光源光を複数の光として合成手段に入射させることができる。従って、上述した出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止するという効果を確実に得ることができる。
【００１８】
本発明の光学システムの他の態様では、前記合成手段は、前記第１選択反射面が、前記第１光を、前記第１光の波長に応じて選択的に反射又は透過するのに加えて前記第１光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過し、前記第２選択反射面が、前記第２光を、前記第２光の波長に応じて選択的に反射又は透過するのに加えて前記第２光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過するように、構成されており、前記複数の変調手段は、前記第１選択反射面で前記第１光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過した段階で前記第１光を変調し、前記第２選択反射面で前記第２光の偏光状態に応じて選択的に反射又は透過した段階で前記第２光を変調する。
【００１９】
この態様によれば、合成手段において、第１選択反射面に入射した第１光及び第２選択反射面に入射した第２光は、波長に応じて選択的に反射又は透過するのに加えて、偏光状態に応じて選択的に反射又は透過される。第１及び第２選択反射面は、典型的には波長選択性を有する偏光ビームスプリッタ（Polarization Beam Splitter：ＰＢＳ）面である。
【００２０】
また第１光は、第１選択反射面で偏光状態に応じて選択的に反射又は透過された段階で変調手段により変調され、第２光は、第２選択反射面で偏光状態に応じて選択的に反射又は透過された段階で変調手段により変調される。
【００２１】
例えば、変調手段が反射型の液晶ライトバルブである場合、第１及び第２光は夫々、第１及び第２選択反射面により偏光状態に応じて選択反射された後、液晶ライトバルブで変調されると共に反射され、再度第１及び第２選択反射面に入射する。この際、第１及び第２光は変調の際に偏光状態が変化しているため、第１及び第２選択反射面において、反射及び透過のうち、最初に入射した際とは異なる挙動を示す。即ち、最初に入射した際に反射されていれば、変調後に入射した際は透過され、最初に入射した際に透過されていれば、変調後に入射した際は反射される。これにより、第１及び第２光は、合成手段に入射した後に、変調されると共に合成手段に対して入射した方向とは異なる方向に出射される。よって、例えば互いに異なる方向から合成手段に対して入射される光を合成することが可能となる。
【００２２】
以上説明したように、本態様に係る光学システムによれば、合成手段に入射する複数の光夫々を、確実に変調及び合成することが可能であり、１ＰＢＳ方式の光学システムで、ＲＧＢ（赤緑青）３色のカラー表示が可能となる。
【００２３】
本発明の光学システムの他の態様では、前記合成手段は、前記第１選択反射面及び前記第２選択反射面を接合面として接合された複数の光学部材を含む。
【００２４】
この態様によれば、合成手段は、例えば複数の透過部材が組み合わされたプリズム等であって、第１選択反射面及び第２選択反射面を接合面として接合されている。よって、比較的簡単に１ＰＢＳ方式の光学システムを構築しつつ、合成手段に入射された複数の光を、接合面である第１及び第２選択反射面によって反射又は透過することで、確実に合成して出射させることが可能である。
【００２５】
本発明の光学システムの他の態様では、前記合成手段は、前記第１光が、前記第２選択反射面に平行に前記第１選択反射面に入射し、前記第２光が、前記第１選択反射面に平行に前記第２選択反射面に入射するように、構成されている。
【００２６】
この態様によれば、第１光は第２選択反射面に平行に入射され、第２光は第１選択反射面に平行に入射される。よって、第１及び第２光の進行方向の背後から見て、第１及び第２選択反射面は直線となり、その直線によって第１及び第２光は夫々二つの領域に分断される。このため、変形手段により合成手段に入射する光を変形させておくことで、分断された二つの領域における互いの光の量や形状等の違いを低減或いは無くすことが可能である。従って、出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止することが可能である。
【００２７】
本発明の光学システムの他の態様では、前記変形手段は、基板上に複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイを含む。
【００２８】
この態様によれば、変形手段は、基板上に複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイを含んでおり、入射した光を複数のレンズの形状に変形して出射する。このため、複数のレンズの形状を上述した線対称となるような形状にすることで、合成手段に入射する光の形状を、より確実に線対称に近付けることができる。従って、出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止するという効果を得ることができる。
【００２９】
上述した変形手段がインテグレータレンズアレイを含む態様では、前記複数のレンズの各々は、前記基板上で平面的に見て十字形であるように構成してもよい。
【００３０】
このように構成すれば、変形手段から出射される光は、十字形に変形される。尚、ここでの「十字形」は、中心に対して９０度回転対称となるような十字形である。よって、光源から出射された光は、合成手段の第１及び第２選択反射面による輪郭線に対し、線対称となる形状で入射する。従って、出射される光に輝度の非対称性が生じてしまうことを防止することができる。
【００３１】
更に、光が十字形であれば、例えば、最終的に長方形として光を出射する場合に、十字形における２箇所の対向する凸部を削るだけで長方形に変形できる。よって、比較的簡単に長方形の光を出射させることが可能である。また、正方形に変形された場合と比較して、削る部分が少ない。よって、光の利用効率が向上し、より明るい光を出射させることが可能である。
【００３２】
或いは変形手段がインテグレータレンズアレイを含む態様では、前記複数のレンズの各々は、前記基板上に互いに入れ子状に配置されているように構成してもよい。
【００３３】
このように構成すれば、複数のレンズの各々が基板上に互いに入れ子状に配置されるため、複数のレンズを効率よく基板上に配置することができる。尚、「入れ子状」とは、複数のレンズにおける互いの凹凸が組み合わさり、相隣接するレンズ間の隙間が殆ど或いは全く無いように配置されている状態をいう。レンズ間の隙間を無くすことにより、変形手段による光の利用効率の低下を防止できる。よって、より明るい光を出射させることが可能となる。
【００３４】
本発明の光学システムの他の態様では、前記合成された光の形状を変形するアナモフィックレンズを更に備える。
【００３５】
この態様によれば、合成された光が合成手段から出射される先にアナモフィックレンズが更に備えられ、入射する合成された光を変形する。よって、変形手段により変形された光の形状を、合成された後に、最終的に出射したい形に変形することが可能となる。
【００３６】
アナモフィックレンズでは、光の形状の比率を変えて変形するため、使用しない光を部分的に削るようなことが無い。よって、光の利用効率を向上させ、より明るい光を出射させることが可能となる。
【００３７】
上述したアナモフィックレンズを更に備えた態様では、前記変形手段は、基板上に複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイを含み、前記複数のレンズの各々は、正方形であるように構成してもよい。
【００３８】
このように構成すれば、光は先ずインテグレータレンズアレイにより正方形に変形され、最終的にアナモフィックレンズにより更に変形される。例えば、アナモフィックレンズで長方形に変形させる場合、もとの形状が正方形であれば、縦と横の比を変化させるだけで済む。よって、アナモフィックレンズの構成を簡単化することができる。従って、装置の複雑化及びコストの増大を防止することが可能である。
【００３９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００４１】
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る光学システムの全体構成について、図１から図３を参照して説明する。ここに図１は、第１実施形態に係る光学システムの全体構成を概略的に示す斜視図である。また図２は、第１実施形態に係るインテグレータの構成を示す拡大平面図であり、図３は、第１実施形態に係る変形された光の利用方法を示す平面図である。
【００４２】
図１において、本実施形態に係る光学システムは、本発明の「光源手段」の一例である光源１１０と、本発明の「変形手段」の一例であるインテグレータ１２０と、偏光板１３０と、本発明の「分離手段」の一例であるダイクロイックミラー１４０及びカラーセレクタ１５０と、反射ミラー１６０及び１７０と、本発明の「合成手段」の一例であるプリズム２００と、本発明の「変調手段」の一例である第１液晶装置３１０、第２液晶装置３２０及び第３液晶装置３３０とを備えて構成されている。
【００４３】
光源１１０は、例えば発光ダイオードや高圧水銀ランプ等であり、例えば比較的強い白色光等を照射する。
【００４４】
インテグレータ１２０は、例えば基板上に同じ形状の複数のレンズが配置されたインテグレータレンズアレイである。インテグレータレンズアレイは、入射する光を複数のレンズと同じ形状に変形させる。以下に、その具体例を示す。
【００４５】
図２において、インテグレータ１２０におけるレンズ１２１は、入射光の光軸方向から平面的に見て、十字形をしており、互いに入れ子状に配置されている。このように構成すれば、インテグレータ１２０に入射した光は、レンズ１２１と同じ十字形に変形する。また、インテグレータ１２０によって光の利用効率が低下してしまうことを防止できる。
【００４６】
図３において、十字形は１２１ａと１２１ｂとに分けることができ、表示の際に１２１ｂの部分の光を削ることにより、１２１ａの形として画像を表示することが可能となる。尚、１２１ａの形状は、典型的には縦横比が４：３或いは１６：９の長方形である。
【００４７】
図１に戻り、偏光板１３０は、例えば特定の偏光方向の光だけを通すようなものであって、入射する光の偏光方向を統一する。
【００４８】
ダイクロイックミラー１４０は、例えばガラスに特定の波長域を反射する薄膜をコーティングしたものであって、入射した光を波長（即ち、色）によって分離する。
【００４９】
カラーセレクタ１５０は、例えば複数の波長の光を含む光に対して、特定波長の光の偏光方向を変化させる。
【００５０】
反射ミラー１６０及び１７０は、例えばガラスにアルミニウム（Ａｌ）等の薄膜をコーティングしたものであり、光に対し比較的高い反射率を有する。
【００５１】
プリズム２００は、１ＰＢＳ方式の光学システムを構築するものであり、複数の透過性部材を接合することにより構成されており、その接合面に、本発明の「選択反射面」の一例である第１ＰＢＳ面２１０及び第２ＰＢＳ面２２０が配置されている。第１ＰＢＳ面２１０及び第２ＰＢＳ面２２０は、互いに平行及び直交しないように交差して配置されている。また、第１ＰＢＳ面２１０は、本発明の「第１光」の一例である赤色光及び緑色光の入射方向に対して平行であり、入射したそれらの光を二つの領域に分断する。第２ＰＢＳ面は、本発明の「第２光」の一例である青色光の入射方向に対して平行であり、入射した青色光を二つの領域に分断する。
【００５２】
次に、液晶装置３１０、３２０及び３３０の構成について、図４及び図５を参照して詳細に説明する。ここに図４は、液晶装置の構成を示す平面図であり、図５は、図４のＨ−Ｈ´線断面図である。尚ここでは、駆動回路内蔵型のＴＦＴ（Thin Film Transistor）アクティブマトリクス駆動方式の液晶装置を例にとって説明する。
【００５３】
図４及び図５において、本実施形態に係る液晶装置では、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とが対向配置されている。ＴＦＴアレイ基板１０は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板等の透明基板である。対向基板２０も、ＴＦＴアレイ基板１０と同様に、透明基板である。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間に液晶層５０が封入されている。ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０とは、複数の画素電極が設けられた画像表示領域１０ａの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材５２により相互に接着されている。
【００５４】
シール材５２は、両基板を貼り合わせるための、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいてＴＦＴアレイ基板１０上に塗布された後、紫外線照射、加熱等により硬化させられたものである。シール材５２中には、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間隔（即ち、基板間ギャップ）を所定値とするためのグラスファイバ或いはガラスビーズ等のギャップ材が散布されている。
【００５５】
シール材５２が配置されたシール領域の内側に並行して、画像表示領域１０ａの額縁領域を規定する遮光性の額縁遮光膜５３が、対向基板２０側に設けられている。但し、このような額縁遮光膜５３の一部又は全部は、ＴＦＴアレイ基板１０側に内蔵遮光膜として設けられてもよい。
【００５６】
周辺領域のうち、シール材５２が配置されたシール領域の外側に位置する領域には、データ線駆動回路１０１及び外部回路接続端子１０２がＴＦＴアレイ基板１０の一辺に沿って設けられている。走査線駆動回路１０４は、この一辺に隣接する２辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして設けられている。更に、このように画像表示領域１０ａの両側に設けられた二つの走査線駆動回路１０４間をつなぐため、ＴＦＴアレイ基板１０の残る一辺に沿い、且つ、額縁遮光膜５３に覆われるようにして複数の配線１０５が設けられている。
【００５７】
ＴＦＴアレイ基板１０上には、対向基板２０の４つのコーナー部に対向する領域に、両基板間を上下導通材１０７で接続するための上下導通端子１０６が配置されている。これらにより、ＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間で電気的な導通をとることができる。
【００５８】
図５において、ＴＦＴアレイ基板１０上には、画素スイッチング用のＴＦＴや走査線、データ線等の配線が形成された後の画素電極９ａ上に、配向膜が形成されている。画素電極９ａは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜などの透明導電膜からなり、配向膜は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。他方、対向基板２０上には、格子状又はストライプ状の遮光膜２３が形成された後に、その全面に亘って対向電極２１が設けられており、更には最上層部分に配向膜が形成されている。対向電極２１は、ＩＴＯ膜などの透明導電膜からなり、配向膜は、ポリイミド膜などの有機膜からなる。このように構成され、画素電極９ａと対向電極２１とが対面するように配置されたＴＦＴアレイ基板１０と対向基板２０との間には、液晶層５０が形成されている。液晶層５０は、例えば一種又は数種類のネマティック液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で所定の配向状態をとる。
【００５９】
次に、本実施形態に係る光学システムの動作及び効果について、図１に加えて図６から図９を参照して説明する。ここに図６は、プリズムに入射する光の形状を示す平面図である。また図７から図９は、プリズム内での光の透過及び反射を示す平面図である。
【００６０】
図１において、光源１１０から出射された白色光（即ち、青色光、赤色光及び緑色光を含む光）は、先ずインテグレータ１２０に入射する。インテグレータ１２０では、上述したように、光の形状が十字形に変形する（図２及び図３参照）。そして、光は偏光板１３０に入射し、偏光方向が図中の矢印Ｐ１方向（即ち、Ｙ方向）に統一される。
【００６１】
続いて、光はダイクロイックミラー１４０に入射し、波長（即ち、色）の違いによって２つの光に分離される。ここでは、青色光のみを反射することで、青色光をＸ方向に分離し、他の光（即ち、赤色光及び緑色光）は透過させＹ方向に進行させている。Ｘ方向に分離された青色光は、反射ミラー１６０によってＺ方向に反射され、プリズム２００に入射する。尚、この際の青色光の偏光方向は矢印Ｐ２方向（即ち、Ｙ方向）である。
【００６２】
他方、ダイクロイックミラー１４０を透過した赤色光及び緑色光は、カラーセレクタ１５０に入射する。カラーセレクタ１５０は、緑色光の偏光方向を９０度変化させ、矢印Ｐ４方向（即ち、Ｘ方向）とする。尚、赤色光の偏光方向は変化されず、矢印Ｐ３方向（即ち、Ｙ方向）のままである。
【００６３】
続いて、赤色光及び緑色光は、反射ミラー１７０によりＸ方向に反射され、プリズム２００に入射する。ここで、赤色光の偏光方向は矢印Ｐ５方向（即ち、Ｙ方向）のままであるが、緑色光の偏光方向は、反射によって矢印Ｐ６方向（即ち、Ｚ方向）となる。
【００６４】
図６（ａ）において、青色光はプリズム２００に対して、図中に鎖線で示す十字形で入射する。この際、青色光の形状は、入射方向に平行である第２ＰＢＳ面２２０がなす直線に対して線対称である。このため、第２ＰＢＳ面２２０を境界面として、プリズム２００の図中の左上部分２００ａと右下部分２００ｂとに入射する光は対称となる。よって、例えば長方形のような線対称とならない形状の光を入射する場合と比較して、プリズム２００出射後の光により表示される画像の輝度の非対称性を改善することが可能となる。
【００６５】
図６（ｂ）において、赤色光及び緑色光も、上述した青色光と同様に、図中に鎖線で示す十字形で入射する。ここでも赤色光及び緑色光の形状は、入射方向に平行である第１ＰＢＳ面２１０がなす直線に対して線対称である。このため、第１ＰＢＳ面２１０を境界面として、プリズム２００の図中の左上部分２００ｃと右下部分２００ｄとに入射する光は対称となる。よって、プリズム２００出射後の光により表示される画像の輝度の非対称性を改善することが可能となる。
【００６６】
次に、プリズム２００内における光の反射及び透過の状態を、青色光、赤色光及び緑色光の夫々について別々に説明する。
【００６７】
図７において、青色光はプリズム２００に対しＺ方向に入射する。青色光は、プリズム２００に入射すると、第１ＰＢＳ面２１０を透過して、第１液晶装置３１０に入射する。そして、第１液晶装置３１０により変調及び反射され、再び第１ＰＢＳ２１０面に入射する。この際、青色光は第１液晶装置３１０により位相が変化させられているため、第１ＰＢＳ面２１０によって反射される。こうして、青色光はプリズム２００からＹ方向へ出射される。
【００６８】
図８において、赤色光はプリズム２００に対しＸ方向に入射する。赤色光は、プリズム２００に入射すると、第２ＰＢＳ面２２０を透過して、第２液晶装置３２０に入射する。そして、第２液晶装置３２０により変調及び反射され、再び第２ＰＢＳ面２２０に入射する。この際、赤色光は第２液晶装置３２０により位相が変化させられているため、第２ＰＢＳ面２１０によって反射される。こうして、赤色光はプリズム２００からＹ方向へ出射される。
【００６９】
図９において、緑色光はプリズム２００に対しＸ方向に入射する。緑色光は、プリズム２００に入射すると、第２ＰＢＳ面２２０によって反射され（即ち、この時点で赤色光と分離される。）、第３液晶装置３３０に入射する。そして、第３液晶装置３３０により変調及び反射され、再び第２ＰＢＳ面２２０に入射する。この際、緑色光は第３液晶装置３３０により位相が変化させられているため、第２ＰＢＳ面２２０を透過する。こうして、緑色光はプリズム２００からＹ方向へ出射される。
【００７０】
上述したように、プリズム２００に入射した光は第１ＰＢＳ面２１０及び第２ＰＢＳ面において透過又は反射されることにより、一旦３色の光に分離され、夫々異なる液晶装置によって変調される。そして、再び第１ＰＢＳ面２１０及び第２ＰＢＳ面において透過又は反射され、１つの光に合成されてプリズム２００からＹ方向に出射する。
【００７１】
プリズム２００から出射された光は、図３を用いて説明したように、不要な部分１２１ｂが削られて１２１ａの光が出射される。このような動作は、例えば図示しない反射ミラー等によって１２１ｂの光が全反射されることで行われる。また、この際反射された１２１ｂの光を、再度光源からの光と合わせて利用するようにしてもよい。
【００７２】
以上説明したように、第１実施形態に係る光学システムによれば、１ＰＢＳ方式を採用しつつも、インテグレータ１２０において、光を十字形とすることで、プリズム２００による光の分断の際に、分断された領域同士での光の量や形状等の違いを低減或いは無くすことが可能である。従って、出射する光によって画像等を表示する際に、輝度の非対称性が生じてしまうことを防止することが可能である。
【００７３】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る光学システムについて、図１０を参照して説明する。ここに図１０は、アナモフィックレンズの動作を示す側面図である。尚、第２実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、アナモフィックレンズが追加されている点で異なり、その他の構成は概ね同様である。このため第２実施形態では、アナモフィックレンズについて詳細に説明し、その他の構成については適宜説明を省略する。
【００７４】
図１０において、アナモフィックレンズ４００はプリズム２００の出射側に設けられる。尚、第２実施形態では、光源から出射される光は、インテグレータ１２０により正方形に変形される。このため、プリズム２００から出射される光も正方形である。光が正方形の場合、第１実施形態で示した十字形と同じく、プリズム２００に入射する際に、第１ＰＢＳ面２１０又は第２ＰＢＳ面に対して線対称となる。よって、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に輝度の非対称性を改善するという効果が得られる。
【００７５】
プリズム２００から出射した正方形の光は、アナモフィックレンズ４００に入射することで長方形に変形する。即ち、光はアナモフィックレンズ４００によって歪曲され、縦横比が変化して長方形となる。アナモフィックレンズ４００を用いる場合、第１実施形態のように使用しない光を削らなくともよいため、光の利用効率が向上する。従って、最終的により明るい光を出射することができる。
【００７６】
以上説明したように、第２実施形態に係る光学システムによれば、アナモフィックレンズを追加することにより、光の利用効率を向上させることができる。
【００７７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光学システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１実施形態に係る光学システムの全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るインテグレータの構成を示す拡大平面図である。
【図３】第１実施形態に係る変形された光の利用方法を示す平面図である。
【図４】第１実施形態に係る液晶装置の全体構成を示す平面図である。
【図５】図１のＨ−Ｈ´線断面図である。
【図６】プリズムに入射する光の形状を示す平面図である。
【図７】青色光のプリズム内での光の透過及び反射を示す平面図である。
【図８】赤色光のプリズム内での光の透過及び反射を示す平面図である。
【図９】緑色光のプリズム内での光の透過及び反射を示す平面図である。
【図１０】アナモフィックレンズの動作を示す側面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１１０…光源、１２０…インテグレータ、１３０…偏光板、１４０…ダイクロイックミラー、１５０…カラーセレクタ、１６０、１７０…反射ミラー、２００…プリズム、２１０…第１ＰＢＳ面、２２０…第２ＰＢＳ面、３１０…第１液晶装置、３２０…第２液晶装置、３３０…第３液晶装置、４００…アナモフィックレンズ
【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１】
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