(57)【要約】【課題】製造の容易化を図りつつ、小型化および冷却効率の向上を図れる色合成光学装置、光学装置およびプロジェクタを提供する。【解決手段】色合成光学装置４３は、相互に接続され、その接続面が互いに交差することなく配置される４つのプリズム４３１と、３つの色光のうちの青色光を反射し、緑色光および赤色光を透過する反射型偏光板４３４とを備える。この反射型偏光板４３４は、プリズム４３１間の接続面のうち、第１プリズム４３１Ａと第２プリズム４３１Ｂとの接続面に介装される。【選択図】  図２
2005010344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射される複数の色光を合成して一定方向に射出する色合成光学装置であって、
相互に接続され、その接続面が互いに交差することなく配置される複数のプリズムと、前記複数の色光のうち少なくとも１つの色光を反射し、他の色光を透過する反射型偏光板とを備え、
前記反射型偏光板は、前記複数のプリズムの接続面のうち少なくともいずれかの接続面に介装されていることを特徴とする色合成光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の色合成光学装置において、
前記複数のプリズムは、光束射出側に配置され、前記少なくとも１つの色光が入射される光束入射端面と、前記少なくとも１つの色光に対する全反射面および前記複数の色光に対する透過面とを兼ねる光束射出端面とを有する射出側プリズムを含んで構成され、
前記反射型偏光板は、前記射出側プリズムと他のプリズムとの接続面に介装されていることを特徴とする色合成光学装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の色合成光学装置において、
前記反射型偏光板は、前記複数の色光の入射方向に直交する平面に対して傾斜配置されていることを特徴とする色合成光学装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の色合成光学装置において、
前記複数の色光は、赤、緑、および青の３つの色光であり、
前記反射型偏光板は、青の色光を反射し、赤および緑の色光を透過することを特徴とする色合成光学装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の色合成光学装置において、
前記反射型偏光板の前段に位置し、前記複数の色光のうちの少なくともいずれかの色光の位相をずらす１／２波長板を備えていることを特徴とする色合成光学装置。
【請求項６】
光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、請求項１から請求項５のいずれかに記載の色合成光学装置とを備えていることを特徴とする光学装置。
【請求項７】
光源と、この光源から射出された光束を複数の色光に分離する色分離光学装置と、請求項６に記載の光学装置と、前記光学装置にて合成された画像光を拡大投写する投写光学装置とを備えていることを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射される複数の色光を合成して一定方向に射出する色合成光学装置、光学装置およびプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、光源から射出された光束を３色の色光に分離する色分離光学装置と、色光毎に画像情報に応じて変調し、各変調光を合成して光学像を形成する光学装置と、光学像を拡大投写する投写光学装置とを備えたプロジェクタが知られている。
この光学装置は、色分離光学装置にて分離された３つの色光毎に画像情報に応じて変調する光変調装置としての３つの液晶パネルと、各液晶パネルで変調された光束を合成する色合成光学装置とで構成される。
このうち、色合成光学装置としては、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光を合成するクロスダイクロイックプリズムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、このクロスダイクロイックプリズムは、誘電体多層膜が交差するように配置されるため、３つの色光を良好に合成するためには、４つの直角プリズムの端面を精度良く形成する必要があり、製造することが難しい。
そこで、以下に示すような色合成光学装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この色合成光学装置は、４つのプリズムが組み合わされて構成され、これらプリズム間に２つのダイクロイックミラー層がプリズム内で交差することなく配置されている。そして、ダイクロイックミラー層をプリズム内に交差することなく介装できるので、プリズムの端面にそれほど高い精度が要求されず、色合成光学装置の製造が容易となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３３４１４号公報（〔００３４〕〜〔００４４〕段落、図１）
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−２９００１０号公報（〔００６３〕段落、図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光学装置を構成する光変調装置としての液晶パネルとしては、電圧の印加状態の変更により白表示および黒表示を可能にするため、通常、この液晶パネルの入射側および射出側には、入射された光束のうち所定の偏光軸を有する光束のみを透過させ、その他の偏光軸を有する光束を吸収して、所定の偏光光として射出する偏光板がそれぞれ配置される。
このため、上述した特許文献１に記載の光学装置では、射出側偏光板を反射型偏光板とすることを開示しているが、この場合は液晶パネルに戻り光の対策を行う必要がある。また、戻り光が、液晶パネルに入らないように射出側偏光板を液晶パネルに対して斜めに配置することが考えられるが、その場合は液晶パネルが投写レンズから遠ざかり、バックフォーカスが長いレンズを採用しなければならないし、プロジェクタが大型化してしまう。この点は特許文献２に記載のプロジェクタでも同じである。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑みて、製造の容易化を図りつつ、小型化および冷却効率の向上を図れる色合成光学装置、光学装置およびプロジェクタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の色合成光学装置は、入射される複数の色光を合成して一定方向に射出する色合成光学装置であって、相互に接続され、その接続面が互いに交差することなく配置される複数のプリズムと、前記複数の色光のうち少なくとも１つの色光を反射し、他の色光を透過する反射型偏光板とを備え、前記反射型偏光板は、前記複数のプリズムの接続面のうち少なくともいずれかの接続面に介装されていることを特徴とする。
ここで、複数のプリズムとしては、例えば、２つのプリズムで構成してもよく、３つ以上のプリズムから構成してもよい。
また、反射型偏光板としては、例えば、色合成光学装置が３つ以上のプリズムを具備している場合、プリズム間の接続面のうち、いずれか１つの接続面にのみ配置されてもよく、２つ以上の接続面にそれぞれ配置される構成を採用してもよい。
さらに、反射型偏光板は、入射する光束のうち、所定の偏光軸を有する偏光光束を反射し、他の偏光軸を有する光束を透過するものである。例えば、入射される複数の色光を、所定の偏光軸を有する色光と、他の偏光軸を有する色光とに設定しておけば、反射型偏光板は、入射される複数の色光をそれらの偏光軸に応じて反射または透過する。この反射型偏光板としては、例えば、複数の色光が３つ以上の色光から構成されている場合には、１つの色光のみを反射し、他の色光を透過させる構成としてもよく、２つ以上の色光を反射し、他の色光を透過させる構成としてもよい。
【０００８】
本発明によれば、複数のプリズムは、相互に接続され、その接続面が互いに交差することがないので、これら接続面に、複数の反射型偏光板を配置する構成とした場合であっても、複数の反射型偏光板同士が交差することがないので、複数のプリズムの各端面をそれほど高い精度で製造する必要がなく、色合成光学装置を容易に製造できる。また、接続面に反射型偏光板の他、例えば、ダイクロイックミラー層等を介装する場合でも同様である。
また、複数のプリズム間の接続面のうち少なくともいずれかの接続面に反射型偏光板が介装されるので、この反射型偏光板を、従来、光学装置に具備され、色合成光学装置の前段に配置された偏光板の代用とすることができる。したがって、複数の色光のうちの少なくともいずれかに対応する偏光板を反射型偏光板で代用でき、さらにこの反射型偏光板を色合成光学装置内部に具備させることができるので、色合成光学装置をコンパクトにでき、ひいては光学装置の小型化を図れる。
さらに、従来、偏光板に用いられていた吸収型偏光板ではなく反射型偏光板を用いるので、偏光板を色合成光学装置に具備した場合であっても、入射される色光により偏光板に発生する熱を低減でき、冷却効率を向上できる。
したがって、製造の容易化を図りつつ、小型化および冷却効率の向上を図れ、本発明の目的を達成できる。
【０００９】
本発明の色合成光学装置では、前記複数のプリズムは、光束射出側に配置され、前記少なくとも１つの色光が入射される光束入射端面と、前記少なくとも１つの色光に対する全反射面および前記複数の色光に対する透過面とを兼ねる光束射出端面とを有する射出側プリズムを含んで構成され、前記反射型偏光板は、前記射出側プリズムと他のプリズムとの接続面に介装されていることが好ましい。
本発明によれば、反射型偏光板は、射出側プリズムと他のプリズムとの接続面に介装されるので、従来、光学装置に具備され、複数の色光の全てに対応する偏光板の代用とすることができる。したがって、複数の色光の全てに対応する偏光板を反射型偏光板で代用でき、さらにこの反射型偏光板を色合成光学装置内部に具備させることができ、さらなる小型化を図れる。
また、複数のプリズムは、射出側プリズムを含んで構成され、少なくとも１つの色光は、射出側プリズム内部において、光束入射端面〜反射型偏光板〜光束射出端面の光路を進む。このことにより、少なくとも１つの色光におけるプリズム内の光路長を短くできる。したがって、他のプリズムの寸法を、他の色光の光路長が少なくとも１つの色光の光路長に合うように小さく設定でき、さらなる小型化を図れる。
【００１０】
本発明の色合成光学装置では、前記反射型偏光板は、前記複数の色光の入射方向に直交する平面に対して傾斜配置されていることが好ましい。
例えば、反射型偏光板が、複数の色光の入射方向に直交する平面に配置されている場合には、複数の色光が入射された際に反射型偏光板から射出される不要光が複数の色光の光路に沿って戻ることになる。したがって、この不要光は、例えば、光学装置に具備され、色合成光学装置の前段に配置される光変調装置等に入射することとなり、画質の劣化等の不具合が生じるおそれがある。
本発明によれば、反射型偏光板は、複数の色光の入射方向に直交する平面に対して傾斜配置されているので、反射型偏光板から射出される不要光は、複数の色光の光路に沿って戻ることがなく、上述した不具合等が生じるおそれがない。
【００１１】
本発明の色合成光学装置では、前記複数の色光は、赤、緑、および青の３つの色光であり、前記反射型偏光板は、青の色光を反射し、赤および緑の色光を透過することが好ましい。
本発明によれば、反射型偏光板は、複数の色光のうち、青の色光を反射し、赤および緑の色光を透過するので、エネルギ密度の高い青の色光を反射する構成とすることで、反射型偏光板に発生する熱をさらに低減でき、冷却効率のさらなる向上を図れる。
【００１２】
本発明の色合成光学装置では、前記反射型偏光板の前段に位置し、前記複数の色光のうちの少なくともいずれかの色光の位相をずらす１／２波長板を備えていることが好ましい。
ここで、１／２波長板は、所望の色光の位相をずらし、特定の色光の位相をずらさないものを用いることも可能である。また、この１／２波長板としては、例えば、色合成光学装置を構成する複数のプリズムの接続面に介装してもよく、複数のプリズムにおける光束が入射する光束入射端面に貼り付けてもよい。
上述したように、反射型偏光板は、互いに異なる偏光軸を有する複数の光束のうち、一方の偏光軸を有する光束を反射し、他方の偏光軸を有する光束を透過する特性を有しているので、複数の色光が反射型偏光板に入射する前に、複数の色光の偏光軸を互いに異なるように設定する必要がある。
本発明によれば、色合成光学装置は、複数の色光のうちの少なくともいずれかの色光の位相をずらす１／２波長板を備えているので、色合成光学装置内部において、反射型偏光板に入射する複数の色光の偏光軸を互いに異なるように設定できる。例えば、色合成光学装置と別体とされ、該色合成光学装置の前段において、１／２波長板が配置される構成と比較して、１／２波長板を保持する部材が不要となり、部材の省略を図れる。
【００１３】
本発明の光学装置は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調する複数の光変調装置と、上述した色合成光学装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、光学装置は、上述した色合成光学装置を備えているので、上述した色合成光学装置と同様の作用・効果を享受できる。
また、従来、光変調装置と色合成光学装置の間に偏光板が配置される構成と比較して、この偏光板に発生する熱により光変調装置が高温化することを回避でき、光変調装置の機能的信頼性を確保できる。
さらに、例えば、色合成光学装置の光束入射端面に保持部材を介して光変調装置を保持させる構成とすれば、光学装置のさらなる小型化を図れる。
【００１４】
本発明のプロジェクタは、光源と、この光源から射出された光束を複数の色光に分離する色分離光学装置と、上述した光学装置と、前記光学装置にて合成された画像光を拡大投写する投写光学装置とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、プロジェクタは、上述した光学装置を備えているので、上述した光学装置と同様の作用・効果を享受できる。
また、光学装置を冷却する冷却ファンの数量および送風量等を増加させる必要がないので、プロジェクタに具備される冷却ファンの小型化を図れ、プロジェクタの小型化を図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔プロジェクタの構成〕
図１は、本発明に係るプロジェクタ１の光学系を示す模式図である。
プロジェクタ１は、光源から射出された光束を、画像情報に応じて変調して光学像を形成し、スクリーン上に拡大投写する。このプロジェクタ１は、光源装置１０と、均一照明光学系２０と、色分離光学装置としての色分離光学系３０と、リレー光学系３５と、光学装置４０と、投写光学装置としての投写レンズ５０とを備えて構成され、光学系２０〜３５を構成する光学素子は、所定の照明光軸Ａが設定されたライトガイド２内に位置決め調整されて収納されている。
【００１６】
光源装置１０は、光源ランプ１１から放射された光束を一定方向に揃えて射出し、光学装置４０を照明するものであり、図１に示すように、光源ランプ１１と、リフレクタ１２と、平行化凹レンズ１３とを備えている。
そして、光源ランプ１１から放射された光束は、リフレクタ１２により装置前方側に収束光として射出され、平行化凹レンズ１３によって平行化され、均一照明光学系２０に射出される。
なお、光源ランプ１１としては、ハロゲンランプやメタルハライドランプ、高圧水銀ランプが多用される。さらに、リフレクタ１２としては、ここでは楕円面鏡として構成したが、これに限らず、放物面鏡を採用してもよい。
【００１７】
均一照明光学系２０は、光源装置１０から射出された光束を複数の部分光束に分割し、照明領域の面内照度を均一化する。この均一照明光学系２０は、図１に示すように、第１レンズアレイ２１と、第２レンズアレイ２２と、偏光変換素子２３と、重畳レンズ２４とを備えている。
第１レンズアレイ２１は、光源ランプ１１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、照明光軸Ａと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えて構成される。
第２レンズアレイ２２は、前述した第１レンズアレイ２１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ２１と同様に照明光軸Ａに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えた構成であるが、集光を目的としているため、各小レンズの輪郭形状が液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの画像形成領域の形状と対応している必要はない。
【００１８】
偏光変換素子２３は、第１レンズアレイ２１により分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光（例えば、Ｐ偏光光束）に揃える。
この偏光変換素子２３は、照明光軸Ａに対して傾斜配置される偏光分離膜および反射ミラーを交互に配列した構成を具備する。偏光分離膜は、各部分光束に含まれるＰ偏光光束およびＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。反射された他方の偏光光束は、反射ミラーによって曲折され、一方の偏光光束の射出方向、すなわち照明光軸Ａに沿った方向に射出される。射出された偏光光束のいずれかは、偏光変換素子２３の光束射出面に設けられる位相差板によって偏光変換され、略全ての偏光光束の偏光方向が揃えられる。このような偏光変換素子２３を用いることにより、光源ランプ１１から射出される光束を、一方向の偏光光束に揃えることができるため、光学装置４０で利用する光源光の利用率を向上することができる。
重畳レンズ２４は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、および偏光変換素子２３を経た複数の部分光束を集光して液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの画像形成領域上に重畳させる光学素子である。そして、この重畳レンズ２４から射出された光束は、色分離光学系３０に射出される。
【００１９】
色分離光学系３０は、２枚のダイクロイックミラー３１，３２と、反射ミラー３３とを備え、ダイクロイックミラー３１，３２により均一照明光学系２０から射出された複数の部分光束を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を具備する。
ダイクロイックミラー３１，３２は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子であり、光路前段に配置されるダイクロイックミラー３１は、青色光を反射し、その他の色光を透過するミラーである。光路後段に配置あれるダイクロイックミラー３２は、緑色光を反射し、赤色光を透過するミラーである。
【００２０】
リレー光学系３５は、入射側レンズ３６と、リレーレンズ３８と、反射ミラー３７，３９とを備え、色分離光学系３０を構成するダイクロイックミラー３２を透過した赤色光を光学装置４０まで導く機能を有している。なお、赤色光の光路にこのようなリレー光学系３５が設けられているのは、赤色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いため、光の発散等による光の利用効率の低下を防止するためである。本例においては赤色光の光路長が長いのでこのような構成とされているが赤色光をダイクロイックミラー３１で反射させ青色光の光路長を長くする構成も考えられる。
【００２１】
前述したダイクロイックミラー３１により分離された青色光は、反射ミラー３３により曲折された後、フィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。また、ダイクロイックミラー３２により分離された緑色光は、そのままフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。さらに、赤色光は、リレー光学系３５を構成するレンズ３６，３８および反射ミラー３７，３９により集光、曲折されてフィールドレンズ４１を介して光学装置４０に供給される。なお、光学装置４０の各色光の光路前段に設けられるフィールドレンズ４１は、第２レンズアレイ２２から射出された各部分光束を、照明光軸に対して並行な光束に変換するために設けられている。
【００２２】
光学装置４０は、入射した光束を画像情報に応じて変調してカラー画像を形成するものであり、光変調装置としての液晶パネル４２と、色合成光学装置４３とを備えて構成される。なお、フィールドレンズ４１および各液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの間には、色分離光学系３０で分離された各色光のうち、一定方向の偏光光（例えば、Ｐ偏光光束）のみ透過させ、その他の光束（例えば、Ｓ偏光光束）を吸収する入射側偏光板４４が介在配置される。なお、入射側偏光板４４としては、吸収型偏光板に限らず、一定方向の偏光光のみ透過させ、その他の方向の偏光光束を反射する反射型偏光板を採用してもよい。
【００２３】
液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、入射側偏光板４４から射出された偏光光束の偏光方向を変調する。この液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂの変調を行う画像形成領域は、矩形状であり、その対角寸法は、例えば０．７インチである。
色合成光学装置４３は、具体的には後述するが、４つのプリズム４３１が一体化することにより構成され、各液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂにて変調された各変調光を合成して画像光を形成し、一定方向に射出する。そして、色合成光学装置４３から射出される画像光は、投写レンズ５０を介して拡大投写される。
【００２４】
〔色合成光学装置の構造〕
次に、色合成光学装置４３の構造を図面に基づいて説明する。
図２は、第１実施形態に係る色合成光学装置４３の構造を示す図である。
色合成光学装置４３は、図２に示すように、４つのプリズム４３１と、偏光分離膜４３２と、１／２波長板４３３と、反射型偏光板４３４と、光吸収部材４３５とを備える。
４つのプリズム４３１は、それぞれ三角柱状の形状を有し、相互に接続され、その接続面が互いに交差することなく配置される。この４つのプリズム４３１は、射出側から順に射出側プリズムとしての第１プリズム４３１Ａ、第２プリズム４３１Ｂ、第３プリズム４３１Ｃ、および第４プリズム４３１Ｄが配列して構成されている。
第１プリズム４３１Ａは、液晶パネル４２Ｂから射出される青色光の光束入射端面、および色合成光学装置４３全体の光束射出端面となる端面を有する。このうち、光束射出端面となる端面は、液晶パネル４２Ｂから射出される青色光の全反射面として機能するとともに、反射された青色光、および液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇから射出される赤色光、緑色光の透過面としても機能する。
【００２５】
第２プリズム４３１Ｂは、反射型偏光板４３４を介して第１プリズム４３１Ａと接続するものであり、緑色光および赤色光を透過する２つの透過面を有する。
第３プリズム４３１Ｃは、液晶パネル４２Ｒから射出される赤色光の光束入射端面と、赤色光および緑色光の透過面とを有し、該透過面が１／２波長板４３３を介して第２プリズム４３１Ｂと接続する。
第４プリズム４３１Ｄは、液晶パネル４２Ｇから射出される緑色光の光束入射端面と、該緑色光の透過面とを有し、該透過面が偏光分離膜４３２を介して第３プリズム４３１Ｃと接続する。
なお、上述したプリズム４３１は、各液晶パネル４２から投写レンズ５０までの各光路長が同一となるように形成されている。
【００２６】
偏光分離膜４３２は、第３プリズム４３１Ｃおよび第４プリズム４３１Ｄの間に介装され、入射角が入射光束に対するブリュースター角となるように、入射光束に対して傾斜して配置される。そして、入射する光束のうち、Ｓ偏光光束を反射するとともに、Ｐ偏光光束を透過する。
１／２波長板４３３は、入射する光束の位相をπずらすものであり、フィルム状に形成され、第４プリズム４３１Ｄの光束入射端面に貼り付けられる第１波長板４３３Ａと、第２プリズム４３１Ｂおよび第３プリズム４３１Ｃの間に介装される第２波長板４３３Ｂとを備える。ここで、第１波長板４３３Ａは、入射する緑色光のみに作用する緑色光波長選択性の１／２波長板であり、第２波長板４３３Ｂは、入射する赤色光のみに作用する赤色光波長選択性の１／２波長板である。この第２波長板４３３Ｂにより反射型偏光板４３４を透過させる色光の偏光を揃えることが可能となる。なお、反射型偏光板４３４を波長選択性を有する反射型偏光板とすれば、第２波長板４３３Ｂを不要とすることも可能である。
【００２７】
反射型偏光板４３４は、第１プリズム４３１Ａおよび第２プリズム４３１Ｂとの間に入射光束に直交する平面に対して傾斜して配置され、一方の偏光軸成分（例えば、Ｐ偏光光束）の光を主に透過し、他方の偏光軸成分（例えば、Ｐ偏光光束）の光を主に反射する機能を有する延伸形成された多層構造フィルムで構成される。この反射型偏光板４３４としては、例えば、ポリエチレンナフタレートを延伸した層と、ナフサレン・ジ・カルボン酸とテレフタル酸とのコポリエステルの層とを積層した多層構造フィルムで構成できる。なお、反射型偏光板４３４の材質はこれに限定されるものではなく、他の材質を用いてもよい。
【００２８】
上述した色合成光学装置４３において、入射される赤、緑、青色光の合成過程を以下に説明する。なお、本実施形態では、光源装置１０から射出された光束は、偏光変換素子２３にてＰ偏光光束に揃えられ、入射側偏光板４４および液晶パネル４２を介してＳ偏光光束（黒表示の場合はＰ偏光光束）として色合成光学装置４３に入射するものとする。
液晶パネル４２Ｇから射出された緑色光は、第１波長板４３３Ａにて位相がπずらされて、第４プリズム４３１ＤにＰ偏光光束として入射する。第４プリズム４３１Ｄに入射した緑色光は、偏光分離膜４３２、第３プリズム４３１Ｃ、第２波長板４３３Ｂを透過し、第２プリズム４３１Ｂを介して反射型偏光板４３４にＰ偏光光束として入射する。そして、反射型偏光板４３４に入射した緑色光は、反射型偏光板４３４、および第１プリズム４３１Ａを透過し、Ｐ偏光光束のまま色合成光学装置４３から射出される。
【００２９】
また、液晶パネル４２Ｒから射出された赤色光は、第３プリズム４３１Ｃの光束入射端面からＳ偏光光束として入射し、偏光分離膜４３２にて９０°偏向される。そして、偏向された赤色光は、第３プリズム４３１Ｃを透過した後、第２波長板４３３Ｂにて位相がπずらされてＰ偏光光束とされる。Ｐ偏光光束とされた赤色光は、第２プリズム４３１Ｂ、反射型偏光板４３４、および第１プリズム４３１Ａを透過し、Ｐ偏光光束のまま色合成光学装置４３から射出される。
【００３０】
さらに、液晶パネル４２Ｂから射出された青色光は、第１プリズム４３１ＡにＳ偏光光束として入射する。第１プリズム４３１Ａに入射した青色光は、第１プリズム４３１Ａの光束射出端面にて全反射して反射型偏光板４３４に入射し、該反射型偏光板４３４にて反射され、光束射出端面からＳ偏光光束のまま射出される。
以上のように、各色光は、色合成光学装置４３の光束射出端面から射出される際に合成されて画像光を形成する。
【００３１】
次に、３つの色光が色合成光学装置４３に入射された際に、色合成光学装置４３から射出される不要光の光路について説明する。
図３は、不要光の光路を説明するための図である。
赤色光、緑色光、および青色光は、色合成光学装置４３に入射する際、Ｓ偏光光束の直線偏光光束から若干ずれて楕円偏光光束として入射する場合がある。
この際、赤色光は、図３に示すように、偏光変換膜４３２に入射すると、Ｓ偏光成分が９０°偏向され、Ｐ偏光成分が不要光として透過する。
また、緑色光は、図３に示すように、偏光変換膜４３２に入射すると、Ｐ偏光成分が透過し、Ｓ偏光成分が不要光として９０°偏向される。
そして、これら赤，緑色光の不要光は、第４プリズム４３１Ｄから外部に向けて進む。
さらに、青色光は、図３に示すように、反射型偏光板４３４に入射すると、Ｓ偏光成分が反射し、Ｐ偏光成分が不要光として透過する。そして、この不要光は、第２プリズム４３１Ｂから外部に向けて進む。
【００３２】
ここで、第２プリズム４３１Ｂおよび第４プリズム４３１Ｄの外周位置には、図３に示すように、光吸収部材４３５が設けられている。
この光吸収部材４３５は、その表面にテクスチャが施され、さらに多層の反射防止膜がコーティングされて構成されている。
そして、この光吸収部材４３５は、表面による微視的な形状効果と干渉原理により、第２プリズム４３１Ｂおよび第４プリズム４３１Ｄから外部に向けて進む不要光を遮光する。
なお、不要光を遮光する部材としては、光吸収部材４３５の他、光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池等を用いてもよい。このような構成では、太陽電池にて不要光を電気エネルギに変換して発電し、この発電した電力をプロジェクタ１を構成する各部材に供給することができる。
【００３３】
〔第１実施形態の効果〕
上述した第１実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）色合成光学装置４３は、４つのプリズム４３１を具備し、これら４つのプリズム４３１は、相互に接続され、その接続面が互いに交差することがないので、これら接続面に介装される反射型偏光板４３４、１／２波長板４３３（４３３Ｂ）、および偏光分離膜４３２が互いに交差することがない。このことにより、各プリズム４３１の端面をそれほど高い精度で製造する必要がなく、色合成光学装置４３を容易に製造できる。
【００３４】
（２）また、プリズム４３１は、第１プリズム４３１Ａを含んで構成され、反射型偏光板４３４は、第１プリズム４３１Ａと第２プリズム４３１Ｂとの接続面に介装されるので、従来のように光学装置に具備され、複数の色光の全てに対応する射出側偏光板の代用とすることができる。したがって、３つの色光の全てに対応する偏光板を反射型偏光板４３４で代用でき、さらにこの反射型偏光板４３４を色合成光学装置４３内部に具備させることができるので、色合成光学装置４３をコンパクトにでき、ひいては光学装置４０の小型化を図れる。また、このような構成により、投写レンズ５０から液晶パネル４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂまでのバックフォーカス距離を増大させることなく、プロジェクタ１の小型化を図れる。
（３）さらに、従来のように光学装置に具備され、複数の色光の全てに対応する射出側偏光板（吸収型偏光板）を反射型偏光板４３４として用いるので、入射される色光により反射型偏光板４３４に発生する熱を低減でき、冷却効率を向上できる。
【００３５】
（４）青色光は、第１プリズム４３１Ａに入射し、この第１プリズム４３１Ａ内部において、光束入射端面〜反射型偏光板４３４〜光束射出端面の光路を進む。このことにより、青色光における色合成光学装置４３内の光路長を短くできる。したがって、第２プリズム４３１Ｂ、第３プリズム４３１Ｃ、および第４プリズム４３１Ｄの寸法を、赤色光および緑色光の色合成光学装置４３内の光路長が青色光の光路長に合うように小さく設定でき、小型化を図れる。
【００３６】
（５）反射型偏光板４３４は、赤色光、緑色光、および青色光の入射方向に直交する平面に対して傾斜配置されているので、赤色光、緑色光、および青色光が入射された際に反射型偏光板４３４から射出される不要光がこれらの色光の光路に沿って戻ることがない。したがって、不要光が液晶パネル４２に入射することを回避でき、画質の劣化等の不具合が生じるおそれがない。また、液晶パネル４２に、入射される不要光に対応させる処理等を施す必要がなく、簡単な構成で製造コストの低減を図れる。
（６）色合成光学装置４３には、光吸収部材４３５が設けられているので、反射型偏光板４３４から射出される不要光を光吸収部材４３５にて遮光でき、色合成光学装置４３外部に不要光が射出されることを回避できる。
【００３７】
（７）反射型偏光板４３４は、青の色光を反射し、赤および緑の色光を透過するように構成されているので、エネルギ密度の高い青の色光を反射でき、反射型偏光板４３４に発生する熱をさらに低減でき、冷却効率のさらなる向上を図れる。
（８）色合成光学装置４３は、１／２波長板４３３を備えているので、色合成光学装置４３内部において、反射型偏光板４３４に入射する３つの色光の偏光軸を互いに異なるように設定でき、青の色光を反射し、赤および緑の色光を透過する構成を実現できる。また、１／２波長板４３３が色合成光学装置４３内部に配置されているので、色合成光学装置４３外部に配置される構成と比較して、１／２波長板４３３を保持する部材が不要となり、部材の省略を図れる。
【００３８】
（９）光学装置４０は、液晶パネル４２と色合成光学装置４３とを備えるので、従来のように液晶パネルと色合成光学装置との間に偏光板が配置される構成と比較して、この偏光板に発生する熱により液晶パネル４２が高温化することを回避でき、液晶パネル４２の機能的信頼性を確保できる。
（１０）プロジェクタ１は、冷却効率の向上を図れる光学装置４０を備えているので、該プロジェクタ１の構成部材であり、光学装置４０を冷却する冷却ファン等の数量および送風量等を増加させる必要がない。したがって、冷却ファンの小型化を図れ、ひいてはプロジェクタ１の小型化を図れる。
【００３９】
［第２実施形態］
次に、本発明に係る第２実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
前記第１実施形態では、色合成光学装置４３は、４つのプリズム４３１から構成されている。
これに対して第２実施形態では、色合成光学装置５３は、３つのプリズム５３１から構成されている。すなわち、第２実施形態は、色合成光学装置５３を構成するプリズム５３１の形状および数量、偏光分離膜４３２、１／２波長板４３３、反射型偏光板４３４、および光吸収部材４３５の配置位置が第１実施形態と異なるのみであり、その他の構成は、前記第１実施形態と同様のものとする。
【００４０】
具体的に、図４は、第２実施形態に係る色合成光学装置５３の構造を示す図である。
３つのプリズム５３１は、図４に示すように、相互に接続され、その接続面が互いに交差することなく配置される。この３つのプリズム５３１は、射出側から順に、射出側プリズムとしての第１プリズム５３１Ａ、第２プリズム５３１Ｂ、および第３プリズム５３１Ｃが配列して構成されている。
第１プリズム５３１Ａは、第１実施形態で説明した第１プリズム４３１Ａと同様の形状および機能を有するものである。
第２プリズム５３１Ｂは、第１実施形態で説明した第２プリズム４３１Ｂおよび第３プリズム４３１Ｃが一体的に形成されたものと略同様の構造を有し、略四角柱状に形成されている。この第２プリズム５３１Ｂは、液晶パネル４２Ｒから射出される赤色光の光束入射端面と、赤色光および緑色光の２つの透過面とを有し、一方の透過面が反射型偏光板４３４および第２波長板４３３Ｂを介して第１プリズム５３１Ａと接続する。
【００４１】
第３プリズム５３１Ｃは、略四角柱状に形成され、第１実施形態で説明した第４プリズム４３１Ｄと同様に、液晶パネル４２Ｇから射出される緑色光の光束入射端面と、該緑色光の透過面とを有し、該透過面が偏光分離膜４３２を介して第２プリズム５３１Ｂの他方の透過面と接続する。また、この第３プリズム５３１Ｃの光束入射端面には、第１実施形態で説明した第４プリズム４３１Ｄと同様に、第１波長板４３３Ａが貼り付けられている。
なお、上述したプリズム５３１は、各液晶パネル４２から投写レンズ５０までの各光路長が同一となるように形成されている。
この色合成光学装置５３において、入射される赤、緑、青色光の合成過程、および色合成光学装置５３から射出される不要光の光路は、上述した第１実施形態と略同様であり、説明を省略する。
【００４２】
〔第２実施形態の効果〕
上述した第２実施形態によれば、上記（１）〜（１０）と同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１１）プリズム５３１は、３つのプリズム５３１Ａ，５３１Ｂ，５３１Ｃを含んで構成されているので、色合成光学装置５３を構成するプリズムの数量を必要最低限とし、製造を容易に実施できるとともに、製造コストの低減を図れる。
【００４３】
〔第３実施形態〕
次に、本発明に係る第３実施形態を図面に基づいて説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
前記第１実施形態では、色合成光学装置４３には、赤色光および緑色光を反射型偏光板４３４に同一方向で入射させるために、偏光分離膜４３２が用いられている。
これに対して第３実施形態では、偏光分離膜４３２の代わりにダイクロイックミラー層が採用されている。
【００４４】
具体的に、図５は、第３実施形態に係る色合成光学装置６３の構造を示す図である。
色合成光学装置６３は、図５に示すように、第１実施形態で説明した４つのプリズム４３１、１／２波長板４３３、および反射型偏光板４３４の他、ダイクロイックミラー層６３２を備える。
ダイクロイックミラー層６３２は、ダイクロイックミラー３１，３２と同様に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長の光束を透過する波長選択膜であり、赤色光を反射し、緑色光を透過する。
【００４５】
このような色合成光学装置６３において、入射される赤、緑、青色光の合成過程は、以下のように実施される。
液晶パネル４２Ｇから射出された緑色光は、第１実施形態と略同様に、第１波長板４３３ＡにてＰ偏光光束として第４プリズム４３１Ｄに入射し、ダイクロイックミラー層６３２、第３プリズム４３１Ｃ、第２波長板４３３Ｂ、反射型偏光板４３４、および第１プリズム４３１Ａを透過して、Ｐ偏光光束のまま色合成光学装置４３から射出される。
また、液晶パネル４２Ｒから射出された赤色光は、第１実施形態と略同様に、第３プリズム４３１Ｃの光束入射端面からＳ偏光光束として入射し、ダイクロイックミラー層６３２にて９０°偏向され、第２波長板４３３ＢにてＰ偏光光束とされる。Ｐ偏光光束とされた赤色光は、第２プリズム４３１Ｂ、反射型偏光板４３４、および第１プリズム４３１Ａを透過し、Ｐ偏光光束のまま色合成光学装置６３から射出される。
液晶パネル４２Ｂから射出された青色光に関しては、第１実施形態と同様であり説明を省略する。
そして、各色光は、色合成光学装置６３の光束射出端面から射出される際に合成されて画像光を形成する。
【００４６】
次に、３つの色光が色合成光学装置６３に入射された際に、色合成光学装置６３から射出される不要光の光路について図５を参照して説明する。
赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー層６３２に入射する際、全ての赤色光および緑色光は、ダイクロイックミラー層６３２にて９０°偏向、または透過し、色合成光学装置４３から射出される不要光は発生しない。
赤色光および緑色光は、図５に示すように、反射型偏光板４３４に入射すると、Ｐ偏光成分が透過し、Ｓ偏光成分が不要光として反射する。そして、この不要光は、第２プリズム４３１Ｂから外部に向けて進む。
また、青色光は、第１実施形態と同様に、反射型偏光板４３４に入射すると、Ｓ偏光成分が反射し、Ｐ偏光成分が不要光として透過する。そして、この不要光は、第２プリズム４３１Ｂから外部に向けて進む。
そして、これら不要光は、第２プリズム４３１Ｂの外周位置に設けられた光吸収部材４３５により遮光される。
【００４７】
なお、上述した構成では、第１実施形態の色合成光学装置４３にダイクロイックミラー層６３２を具備した構成として説明したが、第２実施形態にダイクロイックミラー層６３２を具備した構成としても採用できる。
【００４８】
〔第３実施形態の効果〕
上述した第３実施形態によれば、上記（１）〜（１０）と同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１２）色合成光学装置６３から射出される３つの色光における不要光は、第２プリズム４３１Ｂから色合成光学装置４３の外部に射出されるので、光吸収部材４３５を、第４プリズム４３１Ｄの外周位置に設ける必要がなく、第２プリズム４３１Ｂの外周位置にのみ設ければよく、部材の省略から色合成光学装置６３の小型化を図れる。
【００４９】
〔実施形態の変形〕
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更が可能である。
前記各実施形態では、色合成光学装置４３，５３，６３において、プリズム４３１，５３１は、３つまたは４つで構成されていたが、これに限らず、２つまたは５つ以上で構成してもよい。
前記各実施形態では、色合成光学装置４３，５３，６３において、反射型偏光板４３４は、第１プリズム４３１Ａ，５３１Ａと第２プリズム４３１Ｂ，５３１Ｂとの接続面に介装されていたが、これに限らない。すなわち、反射型偏光板４３４は、プリズム４３１，５３１間の接続面のうち、少なくともいずれか１つの接続面に介装されればよい。
【００５０】
例えば、反射型偏光板４３４を、第１プリズム４３１Ａ，５３１Ａと第２プリズム４３１Ｂ，５３１Ｂとの接続面ではなく、偏光分離膜４３２の配置位置に配置する。すなわち、第３プリズム４３１Ｃと第４プリズム４３１Ｄとの接続面、または第２プリズム５３１Ｂと第３プリズム５３１Ｃとの接続面に、偏光分離膜４３２またはダイクロイックミラー層６３２ではなく、反射偏光板４３４を配置する。また、第１プリズム４３１Ａと第２プリズム４３１Ｂとの接続面、または第１プリズム５３１Ａと第２プリズム５３１Ｂとの接続面に、青色光を反射し、緑色光および赤色光を透過するダイクロイックミラー層を配置する。さらに、第１プリズム４３１Ａ，５３１Ａと液晶パネル４２Ｂとの間に、入射側偏光板４４における光束の透過する偏光軸と直交する偏光軸を有する光束を透過させ、その他の偏光軸を有する光束を吸収する射出側偏光板を配置する。
また、例えば、プリズム４３１，５３１間の接続面のうち、第１プリズム４３１Ａ，５３１Ａと第２プリズム４３１Ｂ，５３１Ｂとの接続面の他、他の接続面に反射型偏光板をさらに介装する構成を採用してもよい。すなわち、各実施形態において、偏光分離膜４３２、ダイクロイックミラー層６３２の代わりに反射型偏光板を介装する構成としてもよい。
以上のような構成では、色合成光学装置の設計に応じて、様々な構成を採用することができ設計の自由度を拡大できる。
【００５１】
前記各実施形態では、色合成光学装置４３，５３，６３において、反射型偏光板４３４は、青色光を反射して、緑色光および赤色光を透過する。すなわち、反射型偏光板４３４は、１つの色光を反射し、他の色光を透過していたが、これに限らず、少なくとも１つの色光を反射し、他の色光を透過する構成であればよい。このような構成は、プリズムの形状および組み合わせを変更することで実現できる。
【００５２】
前記各実施形態では、光源装置１０から射出された光束が、偏光変換素子２３にてＰ偏光光束に揃えられ、入射側偏光板４４および各液晶パネル４２を介してＳ偏光光束として色合成光学装置４３，５３，６３に入射する構成を説明したが、これに限らず、各液晶パネル４２から射出される光束がそれぞれ異なる偏光軸を有するように構成してもよい。
例えば、液晶パネル４２Ｇから射出される光束の偏光軸を液晶パネル４２Ｒおよび液晶パネル４２Ｂから射出される光束の偏光軸に対して略直交するように設定しておけば、色合成光学装置４３，５３，６３に貼り付けられる第１波長板４３３Ａを省略できる。
【００５３】
また、例えば、偏光変換素子２３にてＳ偏光光束に揃えられ、入射側偏光板４４にてＳ偏光光束が主に透過され、液晶パネル４２を介すことでＰ偏光光束として色合成光学装置４３，５３，６３に入射する構成を採用してもよい。この構成を採用する際には、例えば、図６に示すように、第４プリズム４３１Ｄの光束入射端面に貼り付けられる第１波長板４３３Ａを省略する。また、第１プリズム４３１Ａの光束入射端面に青色光のみに作用する青色光波長選択性の１／２波長板４３３Ｃを貼り付ける。さらに、第３プリズム４３１Ｃの光束入射端面に赤色光のみに作用する赤色光波長選択性の１／２波長板４３３Ｄを貼り付ける。
なお、図６では、第１実施形態の変形例として図示しているが、第２実施形態および第３実施形態でも略同様に実施できる。
【００５４】
前記各実施形態において、１／２波長板４３３の配置位置は、上述した実施形態で説明した配置位置に限らない。
例えば、前記第２実施形態では、第２波長板４３３Ｂは、第１プリズム５３１Ａおよび第２プリズム５３１Ｂの接続面に介装されていたが、これに限らず、第２プリズム５３１Ｂおよび第３プリズム５３１Ｃの接続面であって、偏光分離膜４３２における赤色光の入射側に介装される構成を採用してもよい。
【００５５】
前記各実施形態では、３つの色光を合成する色合成光学装置４３，５３，６３を説明したが、これに限らない。反射型偏光板４３４にて複数の色光のうち少なくとも１つの色光を反射させ、他の色光を透過させる構成であれば、プリズムの形状および数量、偏光分離膜またはダイクロイックミラー層の配置位置を変更して、２つあるいは４つ以上の色光を合成する色合成光学装置として構成してもよい。
前記各実施形態では、スクリーンを観察する方向から投写を行うフロントタイプのプロジェクタの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投写を行うリアタイプのプロジェクタにも適用可能である。
【００５６】
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプロジェクタの光学系を示す模式図。
【図２】第１実施形態に係る色合成光学装置の構造を示す図。
【図３】前記実施形態における不要光の光路を説明するための図。
【図４】第２実施形態に係る色合成光学装置の構造を示す図。
【図５】第３実施形態に係る色合成光学装置の構造を示す図。
【図６】前記各実施形態の変形例を示す図。
【符号の説明】
１・・・プロジェクタ、１０・・・光源装置、３０・・・色分離光学系（色分離光学装置）、４０・・・光学装置、５０・・・投写レンズ（投写光学装置）、４２・・・液晶パネル（光変調装置）、４３，５３，６３・・・色合成光学装置、４３１，５３１・・・プリズム、４３１Ａ，５３１Ａ・・・第１プリズム（射出側プリズム）、４３３・・・１／２波長板、４３４・・・反射型偏光板。
【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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