(57)【要約】【課題】装置を大型化させることなく、リレー光学系を用いずに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光路長をほぼ等しくするプロジェクタを提供する。【解決手段】照明光学系から射出された光は、色光分離部で第１の色成分の光と、第２および第３の色成分の光に分離され、さらに、第２および第３の色成分の光は、色光分離偏光変換部で第２の色成分の光と第３の色成分の光に分離され、その後、３つの電気光学装置にそれぞれ入射する。照明光学系と３つの電気光学装置との間に、第１、第２および第３の色光成分の光が、３つの電気光学装置にそれぞれ入射する第１、第２および第３の光路を形成する。これらの光路中のいずれかに第１および第２の偏光分離部と、第１、第２、および第３偏光変換部と、２枚の反射ミラーと、を配置し、第１、第２および第３の光路の長さをそれぞれ等しくするようにしている。【選択図】        図１
2005049373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を備え、該光源から射出される光を偏光方向のそろった第１の直線偏光光に変換して射出する照明光学系と、該照明光学系から射出される光を、第１ないし第３の色成分の光に分離する色光分離光学系と、前記第１ないし第３の色成分の光を、それぞれに対応する画像情報に応じて変調し、変調光として射出する第１ないし第３の電気光学装置と、前記３つの電気光学装置からそれぞれ射出される変調光を合成して、その合成光を射出する色合成光学系と、前記色合成光学系から射出される合成光を投写して、スクリーン上にカラー画像を表示させる投写光学系と、を備えたプロジェクタであって、
前記色光分離光学系は、
前記照明光学系から射出された前記第１の直線偏光光を入射し、色分離して、前記第１の色成分の光を第１の方向へ射出させると共に、前記第２および第３の色成分の光を前記第１の方向に垂直な方向である第２の方向へ射出する色光分離部と、
前記第１の直線偏光光を透過し、前記第１の直線偏光光に対して偏光方向が垂直な第２の直線偏光光を反射する性質を有し、少なくとも、前記色光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、透過して、前記第１の方向に射出する第１の偏光分離部と、
前記第１の偏光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光に偏光変換して、前記第１の方向とは、逆方向である第３の方向に射出することにより、前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光を、前記第１の偏光分離部において、前記第２の方向とは逆方向である第４の方向に反射させる前記第１の偏光変換部と、
前記第１の偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光に偏光変換して、前記第２の方向に射出することにより、前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を、前記第１の偏光分離部において、前記第２の方向に透過させ、前記第１の電気光学装置に入射させる第２の偏光変換部と、
前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を反射する性質を有し、少なくとも、前記色光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を入射し、透過して、第２の方向に射出する第２の偏光分離部と、
前記第２の偏光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を入射し、少なくとも、色分離により、前記第３の色成分の光を透過して、前記第２の方向に射出すると共に、前記第２の色成分の光を反射して、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向に射出することにより、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光を、前記第２の偏光分離部において、前記第３の方向に反射させる色光分離偏光変換部と、
前記第２の偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光を入射し、前記第１の直線偏光光である前記第２の色成分の光に変換して、前記第１の方向に射出することにより、前記第１の直線偏光光である前記第２の色成分の光を前記第２の偏光分離部を前記第１の方向に透過させ、前記第２の電気光学装置に入射させる第３の偏光変換部と、
前記色光分離偏光変換部により前記第２の方向へ射出された前記第３の色成分の光を入射し、反射して、前記第１の方向へ射出する第１の反射部と、
前記第１の反射部により前記第１の方向へ射出された前記第３の色成分の光を入射し、反射して、前記第４の方向へ射出することにより、前記第３の色成分の光を、前記第３の電気光学装置に入射させる第２の反射部と、を備え、
前記照明光学系から前記第１の電気光学装置までの前記第１の色成分の光がたどる第１の光路と、前記照明光学系から前記第２の電気光学装置までの前記第２の色成分の光がたどる第２の光路と、前記照明光学系から前記第３の電気光学装置までの前記第３の色成分の光がたどる第３の光路は、それぞれ、互いの光路長が等しいことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記照明光学系は、前記第１の直線偏光光を前記第１の方向または前記第２の方向へ射出することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の偏光変換部、前記第２の偏光変換部若しくは前記第３の偏光変換部の少なくとも１つは、
λ／４位相差板と、反射ミラーと、を備え、
入射された前記直線偏光光を、前記λ／４位相差板で透過し、前記反射ミラーで反射し、再度、前記λ／４位相差板で透過することにより、偏光方向を変化させ、前記直線偏光光に対して偏光方向が垂直な直線偏光光に偏光変換して、入射方向とは逆方向へ反射することを特徴とするプロジェクタ。を
【請求項４】
請求項１ないし請求項３にいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記色光分離偏光変換部は、
色光分離素子と、第１のλ／４位相差板と、を備え、
入射された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を、前記第１のλ／４位相差板で透過し、それらのうち、前記第２の色成分の光を、前記色光分離素子で反射し、再度、前記第１のλ／４位相差板で透過することにより、偏光方向を変化させ、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向へ反射すると共に、前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第３の色成分の光を、前記色光分離素子で透過することにより、前記第２の方向に射出することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクタであって、
前記第３の光路中において、前記色光分離偏光変換部から前記第３の電気光学装置までの間に配置され、
入射される前記第３の色成分の光を、前記第２の直線偏光光に変換する第２のλ／４位相差板、または、前記第１の直線偏光光に変換する３λ／４位相差板をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記色光分離偏光変換部は、波長選択性位相差板を備え、
入射された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第２の色成分の光を、前記波長選択性位相差板で反射することにより、偏光方向を変化させ、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向へ射出すると共に、前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第３の色成分の光を、前記波長選択性位相差板で透過することにより、前記第２の方向へ射出することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記色光分離部は、ダイクロイックミラーであることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記色合成光学系は、クロスダイクロイックミラーまたは、クロスダイクロイックプリズムであることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の色成分は、赤、前記第２の色成分は、緑、前記第３の色成分は、青であ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、小型で高画質なプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタの光学系は、一般的にリレー光学系を使った、例えば、図４に示すような構造をしている。図４は、リレー光学系を備えたプロジェクタの光学系を示す概略構成平面図である。この図４を用いてリレー光学系について簡単に説明する。このプロジェクタ８００の光学系は、照明光を射出する照明光学系８１０と、反射ミラー８２３と２枚のダイクロイックミラー８２１，８２２とを備え、照明光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の照明光に分離する色光分離光学系８２０と、リレー光学系８３０と、３色の照明光をそれぞれに対応する色信号に応じた光に変調する３つの液晶ライトバルブ８４０，８４１，８４２と、３つの液晶ライトバルブ８４０，８４１，８４２から射出される３色の変調光を合成して、その合成光を射出するクロスダイクロイックプリズム８５０と、クロスダイクロイックプリズム８５０から射出される合成光を投写して、スクリーン上にカラー画像を表示させる投写光学系８６０と、を備えている。色光分離光学系８２０とリレー光学系８３０の各構成要素は、クロスダイクロイックプリズム８５０を中心に凹状に配置されており、その配置スペースは、主にダイクロイックミラー８２１，８２２、反射ミラー８２３および反射ミラー８３２，８３４の５つの構成要素が占有する。
【０００３】
次に、リレー光学系８３０について説明する。リレー光学系８３０は、照明光学系８１０から各液晶ライトバルブ８４０，８４１，８４２までの３つの照明光の経路のうち、他に比べて長さの長い経路に設けられる。照明光学系８１０より射出され、色光分離光学系８２０により分離された３色のうちの１つの色成分の照明光は、リレー光学系８３０の入射側レンズ８３１に入射し、反射ミラー８３２、リレーレンズ８３３、反射ミラー８３４および射出側レンズ８３５を通って液晶ライトバルブ８４２に入射する。この場合、入射側レンズ８３１に入射した照明光は、リレーレンズ８３３付近で、像が反転されるようになっている。このようにすることで、液晶ライトバルブ８４０，８４１，８４２に入射する照明光量がほぼ同じになるように調整される。
【０００４】
上記のようなリレー光学系８３０を用いるメリットとして、色光分離光学系８２０とリレー光学系８３０の各構成要素が、クロスダイクロイックプリズム８５０を中心に凹状に配置されており、小型化に有利であるという特徴がある。しかし、上記のようにリレー光学系８３０を用いた場合、入射側レンズ８３１により照明光の像が反転してしまい、液晶ライトバルブ８４２と、液晶ライトバルブ８４０，８４１との照度分布を比較すると液晶ライトバルブ８４２における照明光の入射面に対する照度分布も、液晶ライトバルブ８４０，８４１におけるそれらに対して反転した状態となる。その結果、これらの液晶ライトバルブ８４０，８４１，８４２から射出される３色の変調光をクロスダイクロイックプリズム８５０で合成すると、照度分布の反転に起因して色むらを生じ、画質が低下するという問題があった。このような問題を解決するためには、リレー光学系を用いずに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光路長がほぼ等しくなっている必要があり、下記に示す特許文献１のような解決方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−６６５０５号公報
【０００６】
特許文献１に記載のプロジェクタでは、色光分離光学系において、２枚のダイクロイックミラーと、５枚の反射ミラー（うち１枚は両面反射ミラー）の７つが主たる構成要素として配置され、リレー光学系を用いずに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光路長がほぼ等しくなるように調整されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、色むらが生じて、画質が低下するという問題は解決されているが、図４に示した、色光分離光学系８２０などの各構成要素が、クロスダイクロイックプリズム８５０を中心に凹状に配置されるリレー光学系を備えたプロジェクタ８００に比べて、色光分離光学系の構成要素が多くそのため装置が大型になるという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、上述の従来技術の問題点を解決し、装置を大型化させることなく、リレー光学系を用いずに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光路長をほぼ等しくするプロジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のプロジェクタは、光源を備え、該光源から射出される光を偏光方向のそろった第１の直線偏光光に変換して射出する照明光学系と、該照明光学系から射出される光を、第１ないし第３の色成分の光に分離する色光分離光学系と、前記第１ないし第３の色成分の光を、それぞれに対応する画像情報に応じて変調し、変調光として射出する第１ないし第３の電気光学装置と、前記３つの電気光学装置からそれぞれ射出される変調光を合成して、その合成光を射出する色合成光学系と、前記色合成光学系から射出される合成光を投写して、スクリーン上にカラー画像を表示させる投写光学系と、を備えたプロジェクタであって、
前記色光分離光学系は、
前記照明光学系から射出された前記第１の直線偏光光を入射し、色分離して、前記第１の色成分の光を第１の方向へ射出させると共に、前記第２および第３の色成分の光を前記第１の方向に垂直な方向である第２の方向へ射出する色光分離部と、
前記第１の直線偏光光を透過し、前記第１の直線偏光光に対して偏光方向が垂直な第２の直線偏光光を反射する性質を有し、少なくとも、前記色光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、透過して、前記第１の方向に射出する第１の偏光分離部と、
前記第１の偏光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光に偏光変換して、前記第１の方向とは、逆方向である第３の方向に射出することにより、前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光を、前記第１の偏光分離部において、前記第２の方向とは逆方向である第４の方向に反射させる前記第１の偏光変換部と、
前記第１の偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光光である前記第１の色成分の光を入射し、前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光に偏光変換して、前記第２の方向に射出することにより、前記第１の直線偏光光である前記第１の色成分の光を、前記第１の偏光分離部において、前記第２の方向に透過させ、前記第１の電気光学装置に入射させる第２の偏光変換部と、
前記第１の直線偏光光を透過し、前記第２の直線偏光光を反射する性質を有し、少なくとも、前記色光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を入射し、透過して、第２の方向に射出する第２の偏光分離部と、
前記第２の偏光分離部から射出された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を入射し、少なくとも、色分離により、前記第３の色成分の光を透過して、前記第２の方向に射出すると共に、前記第２の色成分の光を反射して、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向に射出することにより、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光を、前記第２の偏光分離部において、前記第３の方向に反射させる色光分離偏光変換部と、
前記第２の偏光分離部で反射された前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光を入射し、前記第１の直線偏光光である前記第２の色成分の光に変換して、前記第１の方向に射出することにより、前記第１の直線偏光光である前記第２の色成分の光を前記第２の偏光分離部を前記第１の方向に透過させ、前記第２の電気光学装置に入射させる第３の偏光変換部と、
前記色光分離偏光変換部により前記第２の方向へ射出された前記第３の色成分の光を入射し、反射して、前記第１の方向へ射出する第１の反射部と、
前記第１の反射部により前記第１の方向へ射出された前記第３の色成分の光を入射し、反射して、前記第４の方向へ射出することにより、前記第３の色成分の光を、前記第３の電気光学装置に入射させる第２の反射部と、を備え、
前記照明光学系から前記第１の電気光学装置までの前記第１の色成分の光がたどる第１の光路と、前記照明光学系から前記第２の電気光学装置までの前記第２の色成分の光がたどる第２の光路と、前記照明光学系から前記第３の電気光学装置までの前記第３の色成分の光がたどる第３の光路は、それぞれ、互いの光路長が等しいことを要旨とする。
【００１０】
このように構成することにより、本発明のプロジェクタにおいて、色光分離光学系は、色合成光学系に対して凹状に配置されうるので、リレー光学系を備えたプロジェクタの色光分離光学系およびリレー光学系を合わせた配置スペースと類似する。従って、プロジェクタを小型化できる。しかも、リレー光学系を用いることなく、第１の成分の光、第２の成分の光、第３の成分の光の光路長をほぼ等しくしているので、色むらが生じず、高画質な画像を投写表示させることができる。
【００１１】
また、前記照明光学系は、前記第１の直線偏光光を前記第１の方向または前記第２の方向へ射出するようにしてもよい。
【００１２】
上述の本発明のプロジェクタにおいて、前記第１の偏光変換部、前記第２の偏光変換部若しくは前記第３の偏光変換部の少なくとも１つは、
λ／４位相差板と、反射ミラーと、を備え、
入射された前記直線偏光光を、前記λ／４位相差板で透過し、前記反射ミラーで反射し、再度、前記λ／４位相差板で透過することにより、偏光方向を変化させ、前記直線偏光光に対して偏光方向が垂直な直線偏光光に偏光変換して、入射方向とは逆方向へ反射するようにしてもよい。
【００１３】
このようにすれば、前記第１の偏光変換部、前記第２の偏光変換部若しくは前記第３の偏光変換部の少なくとも１つは、入射された直線偏光光の偏光方向を、その直線偏光光に対して偏光方向が垂直な直線偏光光に偏光変換して、入射した光の進行方向とは逆の方向へ反射することできる。
【００１４】
上述の本発明のプロジェクタにおいて、前記色光分離偏光変換部は、
色光分離素子と、第１のλ／４位相差板と、を備え、
入射された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光を、前記第１のλ／４位相差板で透過し、それらのうち、前記第２の色成分の光を、前記色光分離素子で反射し、再度、前記第１のλ／４位相差板で透過することにより、偏光方向を変化させ、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向へ反射すると共に、前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第３の色成分の光を、前記色光分離素子で透過することにより、前記第２の方向に射出してもよい。
【００１５】
このようにすれば、色光分離偏光変換部は、入射した第１の直線偏光光である第２および第３の成分の光のうち、第２の色成分の光を、第１の直線偏光光に対して偏光方向が垂直な第２の直線偏光光に偏光変換し、第２の方向とは逆の方向へ反射すると共に、第３の色成分の光を、透過して、第２の方向に射出することができる。
【００１６】
上述の本発明のプロジェクタにおいて、前記第３の光路中において、前記色光分離偏光変換部から前記第３の電気光学装置までの間に配置され、
入射される前記第３の色成分の光を、前記第２の直線偏光光に変換する第２のλ／４位相差板、または、前記第１の直線偏光光に変換する３λ／４位相差板をさらに備えてもよい。
【００１７】
このようにすれば、第３の色成分の光は、偏光方向が第１若しくは第２の直線偏光光として、第３の電気光学装置に入射することができる。
【００１８】
上述の本発明のプロジェクタにおいて、前記色光分離偏光変換部は、波長選択性位相差板を備え、
入射された前記第１の直線偏光光である前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第２の色成分の光を、前記波長選択性位相差板で反射することにより、偏光方向を変化させ、前記第２の直線偏光光である前記第２の色成分の光に偏光変換して、前記第４の方向へ射出すると共に、前記第２および前記第３の色成分の光のうち、前記第３の色成分の光を、前記波長選択性位相差板で透過することにより、前記第２の方向へ射出してもよい。
【００１９】
このようにすれば、色光分離偏光変換部は、入射した第１の直線偏光光である第２および第３の成分の光のうち、第２の色成分の光を、第１の直線偏光光に対して偏光方向が垂直な第２の直線偏光光に偏光変換し、第２の方向とは逆の方向へ反射すると共に、第３の色成分の光を、透過して、第２の方向に射出することができる。
【００２０】
また、前記色光分離部は、ダイクロイックミラーであってもよい。色合成光学系は、クロスダイクロイックミラーまたは、クロスダイクロイックプリズムであってもよいし、色光分離素子は、ダイクロイックフィルタであってもよい。さらに、第１の色成分は、赤、第２の色成分は、緑、第３の色成分は、青であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施例としてのプロジェクタの光学系の要部を示す概略構成平面図である。このプロジェクタ１００は、照明光学系２００と、色光分離光学系３００と、３つの液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写光学系６００と、を備えている。各光学系の構成要素は、クロスダイクロイックプリズム５００を中心に略水平方向に配置されている。
【００２２】
照明光学系２００から射出された光は、色光分離光学系３００において赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離される。分離された各色光は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおいて画像情報に応じて変調される。液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにおいて画像情報に応じて変調された各変調光は、クロスダイクロイックプリズム５００で合成され、投写光学系６００によってスクリーンＳＣＲ（図示せず）に投写される。これにより、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像が表示される。以下に、これらの各光学系について説明する。
【００２３】
まず、照明光学系２００について説明する。
図２は、図１の照明光学系２００を拡大して示す説明図である。この照明光学系２００は、光源装置２０５と、第１のレンズアレイ２４０と、第２のレンズアレイ２５０と、偏光変換素子２６０と、重畳レンズ２７０と、を備えている。各光学部品は、システム光軸１００ａｘを基準として配置されている。ここで、システム光軸１００ａｘは、光源装置２０５から射出される光線束の中心軸である。また、図２において、照明光学系２００が照明する照明領域ＬＡは、図１の液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに対応する。
【００２４】
光源装置２０５は、ランプ２１０と、回転楕円面形状の凹面を有するリフレクタ２１５と、平行化レンズ２３０と、を備えている。ランプ２１０は、リフレクタ２１５の回転楕円面の第１焦点近傍に配置されている。ランプ２１０から射出された光は、リフレクタ２１５によって反射され、反射光は、リフレクタ２１５の第２焦点に向かって集光されつつ進む。平行化レンズ２３０は、入射する集光光をシステム光軸１００ａｘにほぼ平行な光に変換する。
【００２５】
光源装置２０５は、さらに、平行化レンズ２３０の光入射面側に設けられた紫外線除去フィルタ２２０を備えている。紫外線除去フィルタ２２０は、光源装置２０５のランプ２１０から射出された光から、紫外光を除去するためのフィルタである。これにより、有機材料を用いた光学部品（例えば、液晶ライトバルブに備えられた偏光板）の紫外線による劣化を低減させることが可能となる。
【００２６】
第１のレンズアレイ２４０および第２のレンズアレイ２５０は、マトリクス状に配列された複数の小レンズ２４５，２５５をそれぞれ有している。第１のレンズアレイ２４０は、光源装置２０５から射出された略平行な光線束を複数の部分光線束に分割して射出する機能を有している。そして、第２のレンズアレイ２５０は、第１のレンズアレイ２４０から射出された部分光線束のそれぞれの中心軸をシステム光軸１００ａｘとほぼ平行に揃える機能を有している。また、第２のレンズアレイ２５０は、重畳レンズ２７０とともに、第１のレンズアレイ２４０の各小レンズの像を照明領域ＬＡ上に結像させる機能を有している。
【００２７】
第１のレンズアレイ２４０の各小レンズ２４５から射出された部分光線束は、図２に示すように、第２のレンズアレイ２５０の各小レンズ２５５を介して、その近傍位置、すなわち、偏光変換素子２６０内において集光される。
【００２８】
偏光変換素子２６０内において集光された偏りのない複数の部分光線束は、偏光変換素子２６０によって、各部分光線束ごとに２つの部分光線束に分離されるとともに、それぞれ、偏光方向の揃ったほぼ１種類の直線偏光光（以下、Ｓ偏光光とする）に変換される。このＳ偏光の複数の部分光線束は、図２に示す重畳レンズ２７０によって照明領域ＬＡ上で重畳される。このとき、照明領域ＬＡを照射する光の強度分布は、ほぼ均一となっている。なお、上記の偏光変換素子２６０についての詳細は、特開２００２−１３９７９５号公報に開示されているので、省略する。
【００２９】
以上のように、照明光学系２００（図１）は、偏光方向の揃ったＳ偏光光を射出し、色光分離光学系３００を介して、液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを照明する。
【００３０】
なお、照明光学系としては、本実施例の照明光学系２００に限定されるものではなく、３つの液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを照明できる照明光学系であればどのような構成であってもよい。
【００３１】
次に、色光分離光学系３００について説明する。
色光分離光学系３００（図１）は、ダイクロイックミラー３１０と、ダイクロイックフィルタ３２０と、各色光を反射させる５枚の反射ミラー（Ｒ光反射ミラー３０１、Ｒ光反射ミラー３０２、Ｇ光反射ミラー３０３、Ｂ光反射ミラー３０４、Ｂ光反射ミラー３０５）と、２枚の反射型偏光素子３３０，３４０と、λ／４位相差板３５０、３５１，３５２，３５３及び３λ／４位相差板３５４と、を備えており、照明光学系２００から射出された光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する機能を有している。図３を用いて、これらの色光分離光学系３００の各光学部品の配置を説明する。
【００３２】
なお、本実施例におけるダイクロイックミラー３１０が、本請求項における色光分離部に相当する。また、本実施例における反射型偏光素子３３０が、本請求項における第１の偏光分離部に相当し、Ｒ光反射ミラー３０１とλ／４位相差板３５０とが第１の偏光変換部に相当し、Ｒ光反射ミラー３０２とλ／４位相差板３５１とが第２の偏光変換部に相当する。さらに、本実施例における反射型偏光素子３４０が、本請求項における第２の偏光分離部に相当し、ダイクロイックフィルタ３２０とλ／４位相差板３５２とが、色光分離偏光変換部に相当し、Ｇ光反射ミラー３０３とλ／４位相差板３５３とが第３の偏光変換部に相当する。本実施例における液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂが、それぞれ本請求項における第１、第２及び第３の電気光学装置に相当する。
【００３３】
図３は、図１における色光分離光学系３００のうち主要な各光学部品の概略配置図である。色光分離光学系３００は、図３に示すように、ダイクロイックミラー３１０、反射型偏光素子３３０、反射型偏光素子３４０、Ｂ光反射ミラー３０４、Ｂ光反射ミラー３０５がそれぞれ対角線上に配置された立方形の５つのブロックに分けられる。これらの五つのブロックはクロスダイクロイックプリズム５００を取り囲むように凹状に配置されている。クロスダイクロイックプリズム５００に対して−ｘ方向には、反射型偏光素子３３０があるブロック３３０ＢＬが配置されており、そのブロック３３０ＢＬに対して−ｙ方向には、ダイクロイックミラー３１０があるブロック３１０ＢＬが配置されており、そのブロック３１０ＢＬのｘ方向には、反射型偏光素子３４０があるブロック３４０ＢＬが配置されており、さらにそのブロック３４０ＢＬのｘ方向には、Ｂ光反射ミラー３０４があるブロック３０４ＢＬが配置されており、そして、そのブロック３０４ＢＬのｙ方向には、Ｂ光反射ミラー３０５があるブロック３０５ＢＬが配置されている。なお、色光分離光学系３００の主要な光学部品の配置スペースは、上記のようにクロスダイクロイックプリズム５００を取り囲むように凹状に配置されており、色光分離光学系およびリレー光学系を同様に凹状に配置する図４に示すプロジェクタと、類似している。
【００３４】
本実施例において、これらの五つのブロックの一辺の長さは、すべて約８０ｍｍであり、これらのブロック間の距離は、約４０ｍｍである。また、照明光学系２００の光源装置２０５の平行化レンズ２３０と、ブロック３１０ＢＬとの距離は、約４０ｍｍである。ブロック３３０ＢＬと、Ｒ光反射ミラー３０１若しくはＲ光反射ミラー３０２との距離、又は、ブロック３４０ＢＬと、ダイクロイックフィルタ３２０若しくはＧ光反射ミラー３０３との距離、又は、ブロック３０４ＢＬと、ダイクロイックフィルタ３２０との距離は、すべて約２０ｍｍである。さらに、ブロック３３０ＢＬと、液晶ライトバルブ４００Ｒとの距離、又は、ブロック３４０ＢＬと、液晶ライトバルブ４００Ｇとの距離、又は、ブロック３０５ＢＬと、液晶ライトバルブ４００Ｂとの距離も、すべて約２０ｍｍである。
【００３５】
色光分離光学系３００の機能について、図１を用いて説明する。照明光学系２００から射出されたＳ偏光の光線束は、ダイクロイックミラー３１０によって、赤色光Ｒ成分と、青色光Ｂ成分及び緑色光Ｇ成分に分離される。すなわち、ダイクロイックミラー３１０は、照明光学系２００から射出された赤色光Ｒ成分の光線束を反射させるとともに、青色光Ｂ成分と緑色光Ｇ成分の光線束を透過させる。
【００３６】
ダイクロイックミラー３１０で反射した赤色光Ｒの光線束は、反射型偏光素子３３０に向かう。この反射型偏光素子３３０は、Ｓ偏光の光線束は透過させ、Ｐ偏光の光線束は反射させる。従って、反射型偏光素子３３０に入射した赤色光Ｒ成分の光線束は、Ｓ偏光光であるので透過する。反射型偏光素子３３０を透過した赤色光Ｒ成分の光線束は、Ｒ光反射ミラー３０１手前に配置されたλ／４位相差板３５０を透過し、Ｒ光反射ミラー３０１に反射され、再びλ／４位相差板３５０を透過する。この過程において、赤色光Ｒ成分の光線束は、偏光方向が９０度回転され、Ｓ偏光光からＰ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換された赤色光Ｒ成分の光線束は、再び反射型偏光素子３３０に向かい、今度はＰ偏光光であるため、反射型偏光素子３３０で反射される。反射された赤色光Ｒ成分の光線束は、Ｒ光反射ミラー３０２手前に配置されたλ／４位相差板３５１を透過し、Ｒ光反射ミラー３０２に反射され、再びλ／４位相差板３５１を透過する。この過程において、赤色光Ｒ成分の光線束は、偏光方向が９０度回転され、Ｐ偏光光からＳ偏光光に変換される。Ｓ偏光光に変換された赤色光Ｒ成分の光線束は、再び反射型偏光素子３３０に向かい、今度はＳ偏光光であるため、反射型偏光素子３３０を透過し、フィールドレンズＲ３６０を通ってｘ方向から赤色光Ｒ用の液晶ライトバルブ４００Ｒに入射する。フィールドレンズＲ３６０は、照明光学系２００から射出された各部分光線束をシステム光軸１００ａｘに対してほぼ平行な光線束に変換する機能を有している。なお、他の液晶ライトバルブ４００Ｇ，４００Ｂの光入射面側に設けられたフィールドレンズ３６１Ｇ，３６２Ｂについても同様である。
【００３７】
上記のように、光源装置２０５の平行化レンズ２３０からの光の射出面を基準とすると、赤色光Ｒ成分の液晶ライトバルブ４００Ｒまでの光路長は、４０＋８０＋４０＋８０＋２０×２＋８０＋２０×２＋８０＋２０＝５００で、約５００ｍｍとなる。
【００３８】
また、ダイクロイックミラー３１０を透過した青色光Ｂ成分および緑色光Ｇ成分の光線束は、反射型偏光素子３４０に向かう。この反射型偏光素子３４０は、Ｓ偏光光の光線束は透過させ、Ｐ偏光光の光線束は反射させる。従って、反射型偏光素子３４０に入射する青色光Ｂ成分および緑色光Ｇ成分の光線束は、上記のようにＳ偏光光であるので透過する。反射型偏光素子３４０を透過した青色光Ｂ成分および緑色光Ｇ成分の光線束は、ダイクロイックフィルタ３２０の手前に配置されたλ／４位相差板３５２を透過し、ダイクロイックフィルタ３２０に向かう。ダイクロイックフィルタ３２０は、緑色光Ｇ成分の光線束を反射させるとともに、青色光Ｂ成分の光線束を透過させる。ダイクロイックフィルタ３２０で、反射された緑色光Ｇ成分は、再びλ／４位相差板３５２を透過する。緑色光Ｇ成分の光線束は、上記のようにλ／４位相差板３５２を２度透過する過程において、偏光方向が９０度回転され、Ｓ偏光光であったのがＰ偏光光に変換される。Ｐ偏光光に変換された緑色光Ｇ成分の光線束は、再び反射型偏光素子３４０に向かい、今度はＰ偏光光であるため、反射型偏光素子３４０で反射される。さらに、反射された緑色光Ｇ成分の光線束は、Ｇ光反射ミラー３０３手前に配置されたλ／４位相差板３５３を透過し、Ｇ光反射ミラー３０３に反射され、再びλ／４位相差板３５３を透過する。この過程において、緑色光Ｇ成分の光線束は、再度、偏光方向が９０度回転され、再度Ｐ偏光光からＳ偏光光に変換される。Ｓ偏光光に変換された緑色光Ｇ成分の光線束は、再び反射型偏光素子３４０に向かい、今度はＳ偏光光であるため、反射型偏光素子３４０を透過し、フィールドレンズＧ３６１を通ってｙ方向から緑色光Ｇ用の液晶ライトバルブ４００Ｇに入射する。
【００３９】
上記のように、光源装置２０５の平行化レンズ２３０からの光の射出面を基準とすると、緑色光Ｇ成分の液晶ライトバルブ４００Ｇまでの光路長は、４０＋８０＋４０＋８０＋２０×２＋８０＋２０×２＋８０＋２０＝５００で、約５００ｍｍとなる。
【００４０】
一方、ダイクロイックフィルタ３２０を透過した青色光Ｂ成分の光線束は、Ｂ光反射ミラー３０４手前に配置された３λ／４位相差板３５４を透過し、Ｂ光反射ミラー３０４およびＢ光反射ミラー３０５に反射されて進行方向が１８０度回転され、フィールドレンズＢ３６２を通って−ｘ方向から青色光Ｂ用の液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する。なお、青色光Ｂ用の液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する青色光Ｂ成分の光線束は、上述のようにλ／４位相差板３５２を透過し、さらに３λ／４位相差板３５４を透過するので、偏光方向が１８０度回転して、元のＳ偏光光のままである。
【００４１】
上記のように、光源装置２０５の平行化レンズ２３０からの光の射出面を基準とすると、青色光Ｂ成分の液晶ライトバルブ４００Ｂまでの光路長は、４０＋８０＋４０＋８０＋４０＋８０＋４０＋８０＋２０＝５００で、約５００ｍｍとなる。
【００４２】
従って、以上のことから、照明光学系２００から光線束が射出されて、色光分離光学系３００で赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光線束に分離され、それら３色の光線束がそれぞれ液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに入射されるまでの光路長は等しい。
【００４３】
一方、３つの液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、与えられた画像情報（画像信号）に従って、入射した３色の色光をそれぞれ変調して変調光を生成する。各液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂは、液晶パネル（図示せず）と、その光入射面側および光射出面側に配置された偏光板（図示せず）と、をそれぞれ備えている。本実施例において、これらの液晶パネルは、内部の液晶を光の入射面側の偏光板の偏光方向（ここでは、Ｓ偏光方向）を基準としてツイスト配向させたＴＮ型液晶パネルであり、各液晶パネルは、画素配列が同一で、液晶の配向方向も同一な液晶パネルとなっている。また、光射出面側の偏光板の偏光方向は、Ｐ偏光方向となっている。さらに、液晶ライトバルブ４００Ｒ、および液晶ライトバルブ４００Ｂの近傍には、光射出面側の偏光板を透過したＰ偏光の光線束を、Ｓ偏光の光線束に変えるλ／２位相差板（図示せず）が備えられている。
【００４４】
従って、液晶ライトバルブ４００Ｒまたは液晶ライトバルブ４００Ｂに入射されたＳ偏光光は、液晶パネルで偏光方向が調整され、Ｐ偏光光のみが光射出面側の偏光板を透過する。透過したＰ偏光光は、さらに、上記したλ／２位相差板を透過し、Ｓ偏光光に変換され、クロスダイクロイックプリズム５００へ入射する。
また、液晶ライトバルブ４００Ｇに入射されたＳ偏光光は、液晶パネルで偏光方向が調整されて、Ｐ偏光光のみが光射出面側の偏光板を透過する。透過したＰ偏光光は、そのままクロスダイクロイックプリズム５００へ入射する。
【００４５】
クロスダイクロイックプリズム５００は、液晶ライトバルブ４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂによって変調された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光（変調光）を合成してカラー画像を表す合成光を生成する。クロスダイクロイックプリズム５００は、４つの直角プリズム（柱状プリズム）を備えており、４つの直角プリズムの略Ｘ字状の界面には赤色光反射膜（図示せず）と青色光反射膜（図示せず）とが形成されている。赤色光反射膜は、赤色光Ｒ成分を選択して反射する誘電体多層膜によって形成されており、青色光反射膜は、青色光Ｂ成分を選択して反射する誘電体多層膜によって形成されている。赤色光反射膜と青色光反射膜とによって３つの色光が合成されて、カラー画像を表す合成光が生成される。
【００４６】
赤色光反射膜若しくは青色光反射膜に対して、Ｓ偏光光はＰ偏光光に比べて、反射しやすく、Ｐ偏光光はＳ偏光光に比べて、透過しやすいという性質がある。そこで、本実施例では、赤色光Ｒ成分および青色光Ｂ成分の光については、赤色光反射膜若しくは青色光反射膜で効率よく反射させるために、クロスダイクロイックプリズム５００へＳ偏光光で入射させ、緑色光Ｇ成分については、赤色光反射膜若しくは青色光反射膜で効率よく透過させるためにクロスダイクロイックプリズム５００へＰ偏光光で入射させるようにしている。
【００４７】
投写光学系６００は、クロスダイクロイックプリズム５００から射出された合成光をスクリーンＳＣＲ上に投写する。これにより、スクリーンＳＣＲ上にカラー画像が表示される。
【００４８】
以上のように本実施例のプロジェクタ１００では、色光分離光学系３００を形成する、ダイクロイックミラー３１０や反射型偏光素子３３０，３４０、各反射ミラー３０１〜３０５、各位相差板３５０〜３５４などの各光学部品を、図３に示すようにクロスダイクロイックプリズム５００を取り囲むように凹状に配置している。このように配置することにより、本実施例における配置スペースは、図４に示すリレー光学系を備えたプロジェクタ８００における色光分離光学系８２０とリレー光学系８３０とを合わせた配置スペースと類似し、プロジェクタを小型化することができる。しかも、リレー光学系を用いることなく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の光路長をほぼ等しくすることができるので、色むらが生じず、高画質な画像を投写表示させることができる。
【００４９】
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【００５０】
上記実施例では、色光分離光学系３００の各光学部品を図３に示すように配置し、上記のようにブロックの長さや、そのブロック間の長さ等を規定して、３色の光路長を等しくしているが、本発明は、これに限られるものではない。各ブロックの長さ、各ブロック間の距離、また、照明光学系２００の光源装置２０５の平行化レンズ２３０とブロック３１０ＢＬとの距離、ブロック３３０ＢＬとＲ光反射ミラー３０１及びＲ光反射ミラー３０２との距離、ブロック３４０ＢＬとダイクロイックフィルタ３２０及びＧ光反射ミラー３０３との距離、さらには、Ｂ光反射ミラー３０４とダイクロイックフィルタ３２０との距離、を相対的に決めて、３色の光路長を等しくすることもできる。
【００５１】
上記実施例では、図１に示すように照明光学系２００は、ダイクロイックミラー３１０にｘ方向から光を射出させているが、本発明は、これに限られるものではない。ダイクロイックミラー３１０にｙ方向から光を射出するようにしてもよい。この場合には、ダイクロイックミラー３１０は、赤色光Ｒ成分の光線束を透過し、緑色光Ｇ成分および青色光Ｂ成分の光線束を反射する特性のものを用いる。
【００５２】
上記実施例では、図１に示すように３／４λ位相差板３５４は、ダイクロイックフィルタ３２０とブロック３０４ＢＬとの間に配置されているが、本発明はこれに限られるものではない。３／４λ位相差板３５４は、青色光Ｂ成分の光線束の光路上であれば、ブロック３０４ＢＬとブロック３０５ＢＬの間、ブロック３０５ＢＬと液晶ライトバルブ４００Ｂとの間に配置されていてもよい。
【００５３】
上記実施例では、ダイクロイックフィルタ３２０を通過した青色光Ｂ成分の光線束は、３λ／４位相差板３５４を透過させるようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。３λ／４位相差板３５４の代わりにλ／４位相差板を用いてもよい。この場合は、液晶ライトバルブ４００Ｂに入射する青色光Ｂ成分の光線束は、Ｐ偏光光となるので、液晶パネルの光入射面側に、Ｐ偏光光の光線束を透過させる偏光板を、光射出面側に、Ｓ偏光光の光線束を透過させる偏光板を備える液晶ライトバルブ４００Ｂを用いる。
【００５４】
上記実施例では、プロジェクタ１００は、ダイクロイックフィルタ３２０を備えているが、本発明は、これに限られるものではない。ダイクロイックフィルタ３２０の代わりに、青色光Ｂ成分の光線束を透過させ、緑色光Ｇ成分の光線束の偏光成分を９０度回転させて反射させる波長選択性位相差板を備えるようにしてもよい。このようにすれば、λ／４位相差板３５２および３λ／４位相差板３５４を用いなくともよい。
【００５５】
上記実施例では、プロジェクタ１００の偏光変換素子２６０では、直線偏光光として、Ｓ偏光の光線束を射出しているが、本発明は、これに限られるものではない。偏光変換素子２６０で射出する光線束の偏光方向を、Ｓ偏光に代えてＰ偏光として射出してもよい。このような場合には、反射型偏光素子３３０，３４０は、Ｐ偏光の光線束は透過させ、Ｓ偏光の光線束は反射させるものを用いる。例えば、このような反射型偏光素子３３０，３４０として、偏光ビームスプリッタなどを用いてもよい。
【００５６】
上記実施例では、照明光学系２００から射出された光は、ダイクロイックミラー３１０により、赤色光Ｒ成分の光線束は反射され、緑色光Ｇ成分および青色光Ｂ成分の光線束は透過するようにしている。また、ダイクロイックミラー３１０を透過した緑色光Ｇ成分および青色光Ｂ成分の光線束は、ダイクロイックフィルタ３２０により、緑色光Ｇ成分の光線束は反射され、青色光Ｂ成分の光線束は透過するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。ダイクロイックミラー３１０およびダイクロイックフィルタ３２０を反射若しくは透過する色成分の組み合わせを入れ替えてもよい。その場合には、ダイクロイックミラー３１０およびダイクロイックフィルタ３２０は、反射若しくは透過特性の適したものを適宜選択して使用すればよい。
例えば、照明光学系２００から射出された光は、ダイクロイックミラー３１０により、青色光Ｂ成分の光線束は反射され、赤色光Ｒ成分および緑色光Ｇ成分の光線束は透過するようにしてもよい。また、ダイクロイックミラー３１０を透過した赤色光Ｒ成分および青色光Ｂ成分の光線束は、ダイクロイックフィルタ３２０により、緑色光Ｇ成分の光線束は反射され、赤色光Ｒ成分の光線束は透過するようにしてもよい。この場合には、ダイクロイックミラー３１０は、青色光Ｂ成分の光線束を反射し、赤色光Ｒ成分および緑色光Ｇ成分の光線束を透過する特性のものを使用し、ダイクロイックフィルタ３２０は、緑色光Ｇ成分の光線束を反射し、赤色光Ｒ成分の光線束を透過する特性のものを使用する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例としてのプロジェクタの光学系の要部を示す概略構成平面図である。
【図２】図１の照明光学系２００を拡大して示す説明図である。
【図３】図１における色光分離光学系３００のうち主要な各光学部品の概略配置図である。
【図４】リレー光学系を備えたプロジェクタの光学系を示す概略構成平面図である。
【符号の説明】
１００・・・プロジェクタ
２００・・・照明光学系
２０５・・・光源装置
２１０・・・ランプ
２１５・・・リフレクタ
２２０・・・紫外線除去フィルタ
２３０・・・平行化レンズ
２４０・・・第１のレンズアレイ
２４５・・・小レンズ
２５０・・・第２のレンズアレイ
２５５・・・小レンズ
２６０・・・偏光変換素子
２７０・・・重畳レンズ
３００・・・色光分離光学系
３０１・・・Ｒ光反射ミラー
３０２・・・Ｒ光反射ミラー
３０３・・・Ｇ光反射ミラー
３０４・・・Ｂ光反射ミラー
３０５・・・Ｂ光反射ミラー
３１０・・・ダイクロイックミラー
３２０・・・ダイクロイックフィルタ
３３０・・・反射型偏光素子
３４０・・・反射型偏光素子
３５０〜３５３・・・λ／４位相差板
３５４・・・３λ／４位相差板
３６０・・・フィールドレンズＲ
３６１・・・フィールドレンズＧ
３６２・・・フィールドレンズＢ
４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ・・・液晶ライトバルブ
５００・・・クロスダイクロイックプリズム
６００・・・投写光学系
ＬＡ・・・照明領域
３１０ＢＬ・・・ダイクロイックミラー３１０があるブロック
３３０ＢＬ・・・反射型偏光素子３３０があるブロック
３４０ＢＬ・・・反射型偏光素子３４０があるブロック
３０４ＢＬ・・・Ｂ光反射ミラー３０４があるブロック
３０５ＢＬ・・・Ｂ光反射ミラー３０５があるブロック
８００・・・プロジェクタ
８１０・・・照明光学系
８２０・・・色光分離光学系
８２１，８２２・・・ダイクロイックミラー
８２３・・・反射ミラー
８３０・・・リレー光学系
８３１・・・入射側レンズ
８３２・・・反射ミラー
８３３・・・リレーレンズ
８３４・・・反射ミラー
８３５・・・射出側レンズ
８４０，８４１，８４２・・・液晶ライトバルブ
８５０・・・クロスダイクロイックプリズム
８６０・・・投写光学系
【図１】
2005049373.tif 000003
【図２】
2005049373.tif 000004
【図３】
2005049373.tif 000005
【図４】
2005049373.tif 000006