(57)【要約】【課題】安価かつ簡易な構成でありながら小型化、薄型化された単板式液晶プロジェクタを提供すること。【解決手段】単板式液晶プロジェクタは、第一の直線偏光状態にある白色光束を照射する光源部と、入射光束を、所定の情報に対応して変調するとともに、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする反射型液晶素子と、反射型液晶素子によって変調された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群と、光源部と反射型液晶素子の間、および反射型液晶素子と投影レンズ群の間に中心を軸として回転自在に配設され、入射する光束を、略均等に分割された少なくとも３つの色分離領域によって、偏光状態を維持しつつ光の三原色に対応する３つの色成分に順次分解し、分解した色成分を反射型液晶素子方向へ偏向するとともに、反射型液晶素子で反射した色成分を透過して投影レンズ群方向に導く回転色分離板と、を有する構成にした。【選択図】      図１
2004272057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の直線偏光状態にある白色光束を照射する光源部と、
入射光束を、所定の情報に対応して変調するとともに、前記第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする反射型液晶素子と、
前記反射型液晶素子によって変調された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群と、
前記光源部と前記反射型液晶素子の間、および前記反射型液晶素子と前記投影レンズ群の間に中心を軸として回転自在に配設され、入射する光束を、略均等に分割された少なくとも３つの色分離領域によって、偏光状態を維持しつつ光の三原色に対応する３つの色成分に順次分解し、分解した色成分を前記反射型液晶素子方向へ偏向するとともに、前記反射型液晶素子で反射した色成分を透過して前記投影レンズ群方向に導く回転色分離板と、を有することを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記回転色分離板は、第一端面に入射した前記白色光束を前記反射型液晶素子に略直角に入射するように該第一端面と異なる第二端面から射出させ、かつ前記反射型液晶素子で反射して前記第二端面に入射した第二の直線偏光状態の光束を、該第二端面における入射角と同一の射出角で該第二端面と略平行でかつ反対側にある第三端面から射出させることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第一端面と前記第三端面は同一面であり、各色分離領域における第一端面には各色分離領域に対応する色成分を分離させる反射特性を持つ光学部材が配設されることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項４】
請求項３に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記光源部と前記回転色分離板は、前記白色光束が前記第一端面に対して所定の入射角θ３（但し０°＜θ３＜９０°）で斜入射するような位置関係にあること、を特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記回転色分離板は、所定の特性をもつ光学膜を塗布された反射面を有する複数の透明基板が、各端面の法線に対して第一の傾斜角だけ傾く状態で両端面の間に所定ピッチで周期的に積層されており、
前記所定の特性とは、第一の直線偏光は略全反射し、第二の直線偏光は略全透過する特性であることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれかに記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記光束分岐部材は、各前記端面と前記反射型液晶素子の液晶面とが、第二の傾斜角θ２をなすように配設されており、該第二の傾斜角θ２は、０°≦θ２＜９０°の範囲内にあることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項７】
請求項６に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第二の傾斜角θ２が０°＜θ２＜９０°の範囲内にあるとき、前記光源部と前記回転色分離板は、第一の直線偏光状態の各色成分が、前記液晶面に対して略平行な方向から前記光束分岐部材に入射するような相対的位置関係にあることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項８】
請求項６に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第二の傾斜角θ２が０°であり、前記光源部と前記回転色分離板は、第一の直線偏光状態の各色成分が、前記液晶面に対して非平行な方向から前記光束分岐部材に入射するような相対的位置関係にあることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項９】
請求項２に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第一端面と、前記第二端面および第三端面とは、略直交する関係にあることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１０】
請求項９に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記光源部と前記回転色分離板は、前記白色光束が前記第一端面に対して略直角に入射するような相対的位置関係にあること、を特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記回転色分離板は、互いに略平行であって、かつ前記第一から第三の各端面に対して所定の角をなす複数の光学膜を有し、
各光学膜は、色分離領域に対応する特定の色成分の第一の直線偏光に対しては全ての光学膜で反射される光束の光量の合計が入射光束の全光量と略等しくなるようにそれぞれ異なる反射率で反射し、該特定の色成分の前記第二の直線偏光に対しては略全透過させる特性を持つことを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第一端面から最も遠い位置に設けられた所定の光学膜から数えてｋ番目の光学膜の前記反射率は、（１００／ｋ）％に設定されることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
互いに隣り合う前記光学膜は、前記第二端面側から見て一部重複するように配設されることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記一部重複によって生じる、前記反射型液晶素子の液晶面における光量のばらつきは、前記所定の変調信号を生成するためのデータを補正処理することにより解消することを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１５】
請求項１３に記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記光源部は、白色光束を照射する光源、および前記白色光束の光束幅を調整する光束幅調整手段を有し、
前記光束幅調整手段は、互いに隣り合う前記光学膜の前記一部重複する領域においては、いずれか一方の光学膜にのみ光束が入射するように前記白色光束の光束幅を調整することを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の単板式液晶プロジェクタにおいて、
前記第一の直線偏光はＳ偏光であり、
前記第二の直線偏光はＰ偏光であることを特徴とする単板式液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反射型液晶素子を使用した単板式のカラー液晶プロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カラー液晶プロジェクタには、光変調手段として使用する液晶素子の種類によって、透過型と反射型との二種類に分けられる。後者は前者に比べ、液晶が薄く構成されておりＯＮ−ＯＦＦスピードが速い、ライフサイクルが長い、光の利用効率が高いなどの利点を有する。従って、反射型カラー液晶プロジェクタは近年の主流となりつつある。
【０００３】
該カラー液晶プロジェクタは、さらに単板式と３板式の二種類に分けることができる。詳しくは、前者は、光変調手段としてＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に対して共通の反射型液晶素子を１枚使用することを特徴とする。後者は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各成分に対応した３つの反射型液晶素子を使用することを特徴とする。前者は後者に比べ、部品点数を削減し、装置全体の小型化を図ることができる。単板式カラープロジェクタとしては例えば、下記の特許文献１に開示される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１３３１９７号公報（図１）
【０００５】
一般に反射型液晶素子を使用して高画質で鮮明な映像を得るためには、光束を該液晶素子の液晶面（入射端面）に対して略直角に入射させる必要がある。そのため、特許文献１の図１に例示されるように、従来の単板式カラープロジェクタは、光路上、光源と反射型液晶素子、および反射型液晶素子と投影レンズとの間にキューブ状の偏向ビームスプリッタを配設する構成にすることより、液晶素子に直角に光束が入射するような光路を確保している。
【０００６】
上記のような構成にすると、投影レンズと液晶素子の間の距離を長く設計することになる。つまり、プロジェクタの奥行き方向の寸法が大きくなる。さらに投影レンズと液晶素子の間の距離を長くすると、バックフォーカスの長い投影レンズを使用しなければならない。しかし、そのような投影レンズは非常に高い精度が要求されるため高価である。結果として、従来の単板式液晶プロジェクタは、大型化、高価化を免れ得なかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は上記の事情に鑑み、安価かつ簡易な構成でありながら小型化、薄型化された単板式液晶プロジェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決すべく、請求項１に記載の単板式液晶プロジェクタは、第一の直線偏光状態にある白色光束を照射する光源部と、入射光束を、所定の情報に対応して変調するとともに、第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする反射型液晶素子と、反射型液晶素子によって変調された光束をスクリーン上に投影する投影レンズ群と、光源部と反射型液晶素子の間、および反射型液晶素子と投影レンズ群の間に中心を軸として回転自在に配設され、入射する光束を、略均等に分割された少なくとも３つの色分離領域によって、偏光状態を維持しつつ光の三原色に対応する３つの色成分に順次分解し、分解した色成分を反射型液晶素子方向へ偏向するとともに、反射型液晶素子で反射した色成分を透過して投影レンズ群方向に導く回転色分離板と、を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の単板式液晶プロジェクタによれば、光束を分岐するための部材として、偏光ビームスプリッタプリズムではなく色分離手段としての回転色分離板を使用する。このように回転色分離板を色分離手段だけでなく光束分岐手段として兼用することにより、液晶プロジェクタ全体の小型化および薄型化に寄与することができる。さらに、各液晶素子と投影レンズ間の距離が短く設定できるため、投影レンズ群の短焦点化が容易になり、安価にプロジェクタを構成することができる。
【００１０】
さらに、従来の単板式液晶プロジェクタは、各偏光ビームスプリッタと合成プリズムの光軸合わせ等、非常に高い精度の組み立て工程が要求されたが、請求項１に記載の発明によれば、構成部材数が減るため、各光学部材の相対的位置決めが容易となる。
【００１１】
請求項１に記載の回転色分離板は、第一端面に入射した白色光束を反射型液晶素子に略直角に入射するように該第一端面と異なる第二端面から射出させ、かつ反射型液晶素子で反射して第二端面に入射した第二の直線偏光状態の光束を、該第二端面における入射角と同一の射出角で該第二端面と略平行でかつ反対側にある第三端面から射出させるように構成にすることが望ましい（請求項２）。
【００１２】
ここで、上記第一端面と第三端面を同一面とすることができる（請求項３）。つまり、光源部からの光束が入射する端面と、該光束が偏向され回転色分離板から射出される端面とを略平行に構成しても良い。この場合、各色分離領域における第一端面に、各色分離領域に対応する色成分を分離させる反射特性を持つ光学部材を配設することにより色分離機能を持たせる。該光学部材としては、ダイクロイックミラーが例示される。
【００１３】
上記のように構成すると、光源部と回転色分離板の位置関係は、白色光束が前記第一端面に対して所定の入射角θ３（但し０°＜θ３＜９０°）で斜入射するようにすることが望ましい（請求項４）。このように入射角を規定することにより、白色光束の径を小さく設計することが可能になる。
【００１４】
上記回転色分離板は、所定の特性をもつ光学膜を塗布された反射面を有する複数の透明基板が、各端面の法線に対して第一の傾斜角だけ傾く状態で両端面の間に所定ピッチで周期的に積層された多層構造を備えると良い。所定の特性とは、第一の直線偏光は略全反射し、第二の直線偏光は略全透過する特性である（請求項５）。このように構成することにより、回転色分離板に光束分岐手段としての機能を持たせることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、光束分岐部材は、各前記端面と前記反射型液晶素子の液晶面とが、第二の傾斜角θ２をなすように配設されており、該第二の傾斜角θ２は、０°≦θ２＜９０°の範囲内にあることが望ましい。そして、第二の傾斜角θ２が０°＜θ２＜９０°の範囲内にあるとき、第一の直線偏光状態の各色成分が液晶面に対して平行な方向から前記光束分岐部材に入射するように光源部と回転色分離板の相対的位置関係を決定することが望ましい（請求項７）。
【００１６】
また特に、第二の傾斜角θ２を０°に設定すれば、反射型液晶素子と光束分岐部材との相対的位置決めが極めて容易になる。但し、この場合、第一の直線偏光状態の各色成分が液晶面に対して非平行な方向から光束分岐部材に入射するように光源部と回転色分離板の相対的位置関係を決定することが望ましい（請求項８）。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明によれば、第一端面と、第二端面および第三端面とを略直交するようにすることもできる。この場合、光源部と回転色分離板は、白色光束が第一端面に対して略直角に入射するような相対的位置関係にするとよい（請求項１０）。
【００１８】
請求項９や請求項１０のような構成にした回転色分離板は、互いに略平行であって、かつ第一から第三の各端面に対して所定の角をなすように配設される、所定の特性の複数の光学膜を有する（請求項１１）。各光学膜の所定の特性とは、色分離領域に対応する特定の色成分の第一の直線偏光に対しては全ての光学膜で反射される光束の光量の合計が入射光束の全光量と略等しくなるようにそれぞれ異なる反射率で反射し、該特定の色成分の第二の直線偏光に対しては略全透過させる特性である。
【００１９】
具体的には、各光学膜の特性は、第一端面から最も遠い位置に設けられた所定の光学膜から数えてｋ番目の光学膜の所定の反射率が、（１００／ｋ）％に設定されることが望ましい（請求項１２）。これにより、各光学膜で反射する各光束を均等な光量にすることができる。
【００２０】
また、各光学膜は、第二端面側から見て一部重複するように配設することが好ましい（請求項１３）。これにより、反射型液晶素子の液晶面の略全域にもれなく光束を入射させることが可能となり、明暗領域のない映像をスクリーン上に表示させることができる。但し、請求項１４のように構成すると、光学膜が重複した領域に対応する液晶面に入射する光束の光量は、他の領域に比べ多くなってしまう。このような光量のムラやばらつきは、所定の変調信号を生成するためのデータを補正処理することにより解消することができる（請求項１４）。
【００２１】
光学膜を一部重複させることに起因して反射型液晶素子上で起こる入射光束の光量の不均一は、光源部に備えられた光束幅調整手段を用いることによっても解消される（請求項１５）。すなわち光束幅調整手段は、互いに隣り合う光学膜の一部重複する領域においては、いずれか一方の光学膜にのみ光束が入射するように白色光束の光束幅を調整する。光束幅調整手段としては、光束の強度を均一にするために用いられるライトトンネルが例示される。ライトトンネルは、光束が通過する四方を鏡面加工された空洞部を有する。該空洞部を形成する一つの鏡面を該鏡面と直交する方向にスライドすることにより前記光束幅を調整することができる。
【００２２】
また、請求項１６に記載の発明によれば、上記第一の直線偏光をＳ偏光として設計することが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は第一実施形態の単板式液晶プロジェクタ１００の概略構成を表す図である。単板式液晶プロジェクタ１００は、光源１から照射される白色光束が入射する順に、ライトトンネル２、照明系レンズ群３、単一偏光板４、回転色分離板１０、反射型液晶素子５、投影レンズ群６を有する。図２は、回転色分離板１０を第一端面１１側から見た概略図である。図２に示すように回転色分離板１０は、略真円形状を有しており、モータＭによって中心Ｏを軸として所定速度で回転している。
【００２４】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂとを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射してライトトンネル２に導かれる。ライトトンネル２は、入射する白色光を、強度分布を均一にしつつ後段にある照明系レンズ群３に導く。照明系レンズ群３は、ライトトンネル２を介して入射する白色光を所定方向に収束させつつ単一偏光板４に導く。具体的には、照明系レンズ群３を透過した白色光は、第一端面１１を含む面での断面形状は中心軸Ｏに向かって収束しており、第一端面１１と直交する面での断面形状は平行光束になっている。これにより、白色光束が含む光線は、第一端面１１上のどの位置においても略同一の入射角で入射する。単一偏光板４は、入射する白色光を後段の回転色分離板１０に対してＳ偏光となるように偏光状態を揃える。
【００２５】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、回転色分離板１０の第一端面１１に入射する。回転色分離板１０は、複数の境界面Ｂによって略均等に分割された光の三原色に対応する３つの色分離領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを有する。従って、白色光束は、各色分離領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの第一端面１１に順次入射する。
【００２６】
図３は、回転色分離板１０の断面と、回転色分離板１０および反射型液晶素子５の配置関係とを示す図である。なお、図３に示す回転色分離板１０の断面は、色分離領域１０Ｒでの断面である。他の色分離領域における断面形状も図３に示すものと略同様である。そのため、以下では主として色分離領域１０Ｒおよび該領域１０Ｒに入射した光束に関する説明を行う。
【００２７】
図３に示すように、回転色分離板１０は透明基板１３、多層構造１４を有する。多層構造１４は、偏光状態に応じた所定の特性を有する反射面１６を有する透明基板１５が、該反射面１６を接合面として複数枚積層されている。詳しくは、多層構造１４は、反射面１６が透明基板１３の法線Ｎに対して第一の傾斜角θ１をなすように傾けられた状態で固着される。つまり、反射面１６は、中心Ｏに対して略同心円状に配設された状態にある。なお多層構造１４は、接合強度を高めるため、透明基板１３の第一端面１１と反対側の面に固着される。また色分離領域１０Ｒは、透明基板１３の第一端面１１と、多層構造１４における該ミラー１３との固着面の反対側の端面（第二端面）１２とが略平行になるように構成される。なお、多層構造１４を構成する透明基板１５は、ガラス製でもプラスチック製でもよい。本実施形態では環境変化による影響が小さいガラス製の基板を使用する。
【００２８】
反射面１６は、図４に示すように各色分離領域に対応する特定の色成分（ここではＲ成分）のＳ偏光に対しては略１００％透過し、該特定の色成分のＰ偏光に対しては略１００％反射する特性を有する。なお、図５に色分離領域１０Ｇに設けられる反射面１６の反射特性に関するグラフを、図６に色分離領域１０Ｂに設けられる反射面１６の反射特性に関するグラフを、それぞれ示す。図４〜図６に示すように、各色分離領域１０Ｒ〜１０Ｂ内にある各反射面１６に入射するＳ偏光の白色光束は、各領域１０Ｒ〜１０Ｂに対応する色成分のみが反射面１６で反射して反射型液晶素子５方向に偏向される。
【００２９】
本実施形態では、図３に示すように、白色光束の光路は反射型液晶素子５の液晶面５ａに対して略平行な関係にある。従って回転用色分離円板１０は、反射型液晶素子５の液晶面５ａと略平行な光路を直進する白色光束全径を取り込めるように液晶面５ａに対して第二の傾斜角θ２（但し、０°＜θ２＜９０°）をなすように傾けて配設される。なお、プロジェクタ１００自体が大型化してしまうため、θ２が９０°を採ることは想定しない。
【００３０】
従って、白色光束は、９０°から第二の傾斜角θ２を引いた値の入射角θ３で第一端面１１に斜入射する。つまり、本実施形態において、入射角θ３も、０°＜θ３＜９０°の範囲内にある。但し、入射角θ３があまりに大きくなりすぎると、第一端面１１で反射する光量が増大するおそれがある。そこで各領域１０Ｒ〜１０Ｂの第一端面１１には、各領域に対応する色成分についての反射防止膜を設けている。
【００３１】
ここで、第一の傾斜角θ１および第二の傾斜角θ２、さらに入射角θ３は、各色分離領域１０Ｒ〜１０Ｂから射出されたＳ偏光状態の各色成分が液晶面５ａに略直角に入射（入射角０°で入射）するように適宜設定される。該設定により、回転色分離板１０の第一端面１１に斜入射した白色光束は、順次色分解され、液晶面５ａに対して直角に入射するように第二端面１２から射出される。なお、図２中矢印線で示すＲ成分の光路は、便宜上、各端面１１、１２での入射／射出時における屈折現象を省略した状態になっている。
【００３２】
反射型液晶素子５は、図示しない制御部が順次入射する色成分に対応する色の映像情報に基づいて生成した変調信号に従って、各色成分を変調する。なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態の色成分は、該液晶素子５で反射して第二端面１２を介して再び回転色分離板１０に入射する。なお、図３では、便宜上、反射型液晶素子５における入射光線と反射光線（射出光線）とを異なる光路で示しているが、実際には反射光線は入射光線と略同一光路を戻る。つまり、Ｐ偏光状態の色成分は、反射型液晶素子５から略直角に射出（射出角０°で射出）される。
【００３３】
上述したように、各反射面１６は、Ｐ偏光は略全透過させる特性をもつ。そのため、回転色分離板１０の第二端面１２に順次入射するＰ偏光状態の各色成分は、光量をほとんど損失することなく第一端面１１から射出される。
【００３４】
第一端面１１から射出されるＰ偏光の各色成分は、投影レンズ群１１によって図示しないスクリーンに順次拡大投影される。これにより該スクリーンには、大画面の明るいフルカラー映像が表示される。
【００３５】
以上が本発明の第一実施形態である。なお、第一実施形態の単板式液晶プロジェクタ１００は、上記の構成に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、光源１から照射された白色光束の光路と反射型液晶素子５の液晶面５ａとが平行になるように構成している。この点につき、第一実施形態の単板式液晶プロジェクタ１００は、回転色分離板１０が第一端面１１によって白色光束全径を取り込むことができるのであれば該構成に限定されるものではない。例えば光源１と反射型液晶素子５を、白色光束の光路と液晶面５ａが非平行になるような配置関係にすればすれば、第二の傾斜角θ２を０°に設定することも可能である。
第二の傾斜角θ２を０°に設定すると、第一端面１１や第二端面１２と液晶面５ａを略平行となる。これにより、回転色分離板１０と反射型液晶素子５の相対的位置決めが図１に示す構成よりも容易になる利点がある。
【００３６】
また、第一実施形態の回転色分離板１０は上記のような構成以外であっても使用することができる。例えば、上述した多層構造１４の代替として、本出願人の出願である特願２００３−２３４１３号に開示する液晶膜を備えた回転色分離板を使用することもできる。但し、この場合、透明基板１３のかわりに各領域１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂに対応した色成分のみを透過させる特性をもつダイクロイックミラーを配設する。これにより、上記出願の開示内容を利用しつつも色分離が可能な回転色分離板が提供される。
【００３７】
図７は本発明の第二実施形態の単板式液晶プロジェクタ２００の概略構成を表す図である。図７に示す単板式液晶プロジェクタ２００において、図１に示すプロジェクタ１００と同一の構成部材には同一符号を付し、ここでの説明は省略する。第二実施形態のプロジェクタ２００に使用される回転色分離板２０は、図８に示すような外観形状を有する。すなわち、回転色分離板２０は、図２に示す回転色分離板１０と同様に略円形状であって、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に対応した３つの色分離領域２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂを有する。各色分離領域は、略均等に分割されている。図７に示すように、回転色分離板２０は、反射型液晶素子５に対向する面（第二端面）２２と該素子５の液晶面５ａとが略平行になるように配設されている。なお、反射型液晶素子５と回転色分離板２０とを略平行に配設させるため、第二実施形態の単板式液晶プロジェクタ２００は、各光学部材の相対的な位置決めが非常に容易になるという利点がある。
【００３８】
図９は、回転色分離板２０の断面および回転色分離板２０および反射型液晶素子５における配置関係を示す図である。なお図９に示す回転色分離板２０の断面は、色分離領域１０Ｒでの断面である。他の色分離領域２０Ｇ、２０Ｂにおける断面形状も図９に示すものと略同様であるため、以下では主として色分離領域２０Ｒおよび該領域２０Ｒに入射した光束に関する説明を行う。回転色分離板２０は、単一偏光板４を介して入射する白色光束の主光線が略直角に入射する第一端面２１、第一端面２１と直交しかつ互いに平行な第二端面２２、第三端面２３を有する。
【００３９】
上述したように、回転色分離板２０と反射型液晶素子５は互いに平行に配設されている。従って、第一端面２１に対して略直角に入射する白色光束の光路は、第二端面２２、第三端面２３、および液晶面５ａと略平行な関係にある。なお第二実施形態の単板式液晶プロジェクタ２００は、白色光束が入射する第一端面２１は、回転色分離板２０の外周面であるため円弧形状である。従って、平行光束を第一端面２１に入射させると、入射位置によって入射角が変動し、後段の反射型液晶素子５に入射する光量が落ちるおそれがある。そこで、第二実施形態の照明系レンズ群３’は、光源１から照射されてライトガイド２を介して入射する白色光束を、各光学膜Ｃ１・Ｃ２・Ｃ３に常に一定の入射角度で入射させる作用を持つ。
【００４０】
図９に示すように、色分離領域２０Ｒの内部は、第一端面２１側から順に三枚の光学膜Ｃ１〜Ｃ３が配設されている。各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、第一〜第三の各端面８１〜８３のそれぞれに対して４５°をなすように配設されている。また、反射型液晶素子５の液晶面５ａの略全域にもれなく光束が入射するようにするため、隣り合う光学膜（例えば、Ｃ１とＣ２）は第二端面８２または第三端面８３から見た場合に、一部が重複するように配設される。
【００４１】
図１０は、光学膜Ｃ１の反射特性を示すグラフである。図１１は、光学膜Ｃ２の反射特性を示すグラフである。光学膜Ｃ３の反射特性は、第一実施形態のダイクロイックミラー１３の反射特性と略同一の特性を有するため図４を参照する。図３から図５にそれぞれ示すように、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、Ｓ偏光状態のＲ成分の光（約６００ｎｍ以上）に対してそれぞれ異なる反射特性を有する。また、該反射特性は、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３をすべて利用することにより、入射光束を略１００％反射するように設定されている。具体的には、第一端面８１から最も遠い光学膜Ｃ３から数えてｋ番目の光学膜は、Ｓ偏光状態のＲ成分の光に対して約（１００／ｋ）％の反射特性を有する。つまり、本実施形態では、各図に示すように、光学膜Ｃ１は約３３％、光学膜Ｃ２は約５０％、光学膜Ｃ３は約１００％の反射特性を有する。これにより、どの光学膜によって反射した光の光量も略等しくなる。なお、各図に示すように、各光学膜は、対応する色成分（ここではＲ成分）のＰ偏光、およびそれ以外の色成分については略全透過する。
【００４２】
従って、色分離領域２０Ｒにおける第一端面２１に入射したＳ偏光状態の光束のうちＲ成分は、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３によって徐々に略直角に反射される。各光学膜Ｃ１〜Ｃ３で反射したＳ偏向状態のＲ成分は、第二端面８２から射出されて、反射型液晶素子５の液晶面５ａに対して略直角に入射する。ここで、上記のように各光学膜の反射率を設定することにより、図９中斜線領域で示す光学膜が一部重複している部分からの光束が入射する領域を除き、液晶面５ａにおけるどの点にも略均一な光量の光が入射する。本実施形態では、液晶面５ａにおけるどの点にも、第一端面２１に入射する光束の光量の約３３％の光が入射する。
【００４３】
なお、Ｇ成分を色分離する色分離領域２０Ｇにおける光学膜Ｃ１の反射特性を図１２に、光学膜Ｃ２の反射特性を図１３に、それぞれ示す。色分離領域２０Ｇにおける光学膜Ｃ３の反射特性は、第一実施形態の色分離領域１０Ｇに設けられるダイクロイックミラー１３の反射特性と略同一の特性を有するため図５を参照する。
【００４４】
同様に、Ｂ成分を色分離する色分離領域２０Ｂにおける光学膜Ｃ１の反射特性を図１４に、光学膜Ｃ２の反射特性を図１５に、それぞれ示す。色分離領域２０Ｂにおける光学膜Ｃ３の反射特性は、第一実施形態の色分離領域１０Ｂに設けられるダイクロイックミラー１３の反射特性と略同一の特性を有するため図６を参照する。
【００４５】
反射型液晶素子５は、第一実施形態と同様に、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビット時に入射したＲ成分を変調する。ここで、図９中、斜線領域で示す光学膜が一部重複している部分からの光は、Ｒ成分が二枚の光学膜によって二度反射されるため、他の領域に比べ液晶面５ａに入射する光の光量が多くなる。例えば、光学膜Ｃ１と光学膜Ｃ２の重複領域を介して入射する光束は、他の領域に比べ、約２２％程光量が多い。このように液晶面５ａに入射する光の光量にムラがあると、生成される映像の質の低下を招く。そのため本実施形態では、光量が多い光束が入射する画素に対しては、予め暗めに補正処理された映像情報に基づいて生成された変調信号を与える。このような変調信号に基づく変調処理を施すことにより、反射型液晶素子５に入射した光束は画素により光量が不均一であっても、該素子５から射出される光束（ＯＮ光）は、どの画素の光量も略均一な光束になっている。
【００４６】
上記の通り、反射型液晶素子５からの反射光束（ＯＮ光）はＰ偏光状態である。Ｒ成分のＯＮ光は、回転色分離板２０の第二端面２２に対して略直角に入射（入射角０°で入射）する。
【００４７】
図４〜図６および図１０〜図１５にそれぞれ示すように、各色分離領域の光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、色成分を問わずＰ偏光に対する反射率が略０に近いという特性を有する。そのため、第二端面２２に入射したＲ成分のＯＮ光は、略全光量が各光学膜Ｃ１〜Ｃ３を透過する。そして該ＯＮ光は、第三端面２３から略直角に射出され、投影レンズ群６に向かう。
【００４８】
なお、変調信号におけるＯＦＦビット時に入射した光束（ＯＦＦ光）は変調されずＳ偏光状態のまま回転色分離板２０に再度入射する。このとき光学膜Ｃ１〜Ｃ３にＯＦＦ光として入射する光束はＳ偏光状態のままである。よって色分離時における色分離領域とは異なる色分離領域にＯＦＦ光が入射した場合、該ＯＦＦ光は、該異なる色分離領域における光学膜Ｃ１〜Ｃ３の反射特性に従ってＯＮ光とともに投影レンズ群６に略直角に入射してしまう。例えば、色分離領域２０Ｒによって分離されたＲ成分のＯＦＦ光が色分離領域２０Ｇに入射する場合を想定する。この場合、図１２、図１３、図５に示すように色分離領域２０Ｇの各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、Ｒ成分については偏光状態を問わず略全透過させる。従って、色分離領域２０Ｇに入射したＲ成分のＯＦＦ光は、ＯＮ光と共に投影レンズ群６に導かれてしまう。
【００４９】
ＯＦＦ光が投影レンズ群６を介してスクリーン上に投影されてしまうと、スクリーンＳ上に表示される映像の質が低下する。そこで第二実施形態の単板式液晶プロジェクタ２００では、回転色分離板２０と投影レンズ群６の間に吸収偏光板７を設けている。吸収偏光板１２は、ＯＦＦ光であるにもかかわらず回転色分離板２０を透過してしまった各色成分を略全てカットし、投影レンズ群１１に入射するのを回避している。
【００５０】
このようにしてＲ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが投影レンズ群１１に順次入射する。投影レンズ群１１から順次拡大投影されるＲ、Ｇ、Ｂの映像によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が表示される。
【００５１】
以上が本発明の第二実施形態である。第二実施形態の単板式液晶プロジェクタ２００は、上記の実施形態に限定されるものではない。
【００５２】
例えば、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３は、光束が液晶面の全域にもれなく入射するように一部を重複させて配設すると説明した。しかし、設計段階において、第二端面２２側から見たときに各光学膜Ｃ１〜Ｃ３が継ぎ目なく配設させることができるのであれば、重複させる必要はない。この場合、液晶面に入射する光束はどこも略同一光量となるため、光量を一致させるための補正処理も行わなくて良い。
【００５３】
また、各光学膜Ｃ１〜Ｃ３を一部重複させたことにより発生する、液晶面５ａでの入射光量の不均一は、変調信号生成用の映像情報を補正処理することにより解消すると説明したが、別の方法による光量の均一化も可能である。例えば、モニタ（不図示）に実際に写し出される画像を参照しつつ、ライトガイド２を形成するミラー面を該ミラー面に対して直交する方向にスライドさせる。これにより、回転色分離板２０に入射する光束の幅が、図９中白抜き矢印線に示すように、変化する。そして、画像の質が最も良好となる位置、つまり液晶面における光量差がなくなる光束幅（図２中破線）が得られた時点で該ミラー面を固定することも可能である。
【００５４】
また、回転色分離板２０はどの色分離領域２０Ｒ〜２０Ｂも各々反射特性の異なる３枚の光学膜Ｃ１〜Ｃ３を備えていると説明した。しかし、光学膜の枚数は、例示であり、少なくとも二枚以上あれば上記第二実施形態と同様の効果を得ることができる。また、反射型液晶素子５に入射する光束の光量にムラがあっても、液晶素子を制御するための変調信号をより柔軟に変化させることにより対応できるのであれば、該光学膜は一枚でも良い。
【００５５】
また、吸収偏光板７は第三端面２３に接合することにより、回転色分離板２０と一体形成することも可能である。
【００５６】
以上、本発明に係る単板式液晶プロジェクタについて好適な実施形態を２例説明した。各実施形態において、光源１からの光束はＳ偏光であると説明したが、Ｐ偏光であってもよい。また、上記の各実施形態では、すべて円形状の回転色分離板を想定しているが、円形状以外の回転色分離板であっても良い。また、上記の各実施形態ではどの回転色分離板もＲ、Ｇ、Ｂに対応する色分離領域をそれぞれ一つずつ備えているが、各色に対応する各色分離領域は、同数ずつであればいくつ備えていても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る単板式液晶プロジェクタは、色分離機能と光束分岐機能を兼ね持つ回転色分離板を反射型液晶素子に対して好適な位置関係をもって配設したことにより、反射型液晶素子と投影レンズ群との間の距離を短くすることができる。これにより、投影レンズ群近傍の構成を小型化することができ、さらには該プロジェクタの奥行き方向の長さを短くすることもできる。つまり従来のプロジェクタよりも簡易な構成でかつ小型化、薄型化された単板式液晶プロジェクタが提供される。
【００５８】
本発明に係る単板式液晶プロジェクタは、回転色分離板に入射する光束の径を絞ることができる。これにより、偏光ビームスプリッタキューブを使用した従来の構成とは異なり、光路として確保すべき空間を小さくすることができる。この点からも、プロジェクタ全体のより一層の小型化が実現される。
【００５９】
また、例えば第二実施形態のように、本発明に係る単板式液晶プロジェクタは、各光学部材を各光路が全て略９０°の整数倍で折り曲げられるように構成されている。これにより、各光学部材を簡易な組み立て工程で高い精度をもった位置に配置することができる。
【００６０】
また、各液晶素子と投影レンズ間の距離を短くすることができたことにより、近距離からスクリーンに映像を投影するプロジェクタ、例えばリアプロジェクタ、のようなものであっても、高性能な投影レンズを使用せずとも十分に広角に鮮明な画像を投影することが可能となる。よってプロジェクタ自体のコストダウンも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態の単板式液晶プロジェクタの概略構成を表す図である。
【図２】第一実施形態の単板式液晶プロジェクタの回転色分離板を表す図である。
【図３】第一実施形態の回転色分離板の断面、回転色分離板および反射型液晶素子の配置関係を示す図である。
【図４】第一実施形態の回転色分離板に設けられるダイクロイックミラーの反射特性を表すグラフである。
【図５】第一実施形態の回転色分離板に設けられるダイクロイックミラーの反射特性を表すグラフである。
【図６】第一実施形態の回転色分離板に設けられるダイクロイックミラーの反射特性を表すグラフである。
【図７】本発明の第二実施形態の単板式液晶プロジェクタの概略構成を表す図である。
【図８】第二実施形態の単板式液晶プロジェクタの回転色分離板を表す図である。
【図９】第二実施形態の回転色分離板の断面、回転色分離板および反射型液晶素子の配置関係を示す図である。
【図１０】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１１】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１２】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１３】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１４】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【図１５】第二実施形態の回転色分離板に設けられる光学膜の反射特性を表すグラフである。
【符号の説明】
１  光源
５  反射型液晶素子
６  投影レンズ群
１０、２０  回転色分離板
１１、２１  第一端面
１２、２２  第二端面
２３  第三端面
１００、２００  単板式液晶プロジェクタ
【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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