(57)【要約】【課題】  テーパ付きライトパイプの形状を改善することで、光束のリサイクルによる反射の効率を改善した投射型映像表示装置を提供する。【解決手段】  ライトパイプの相互に対向する少なくとも二つの側面の各々が、ライトパイプの入射側に配置される第１の面S23aと、ライトパイプの出射側に配置される第２の面S23bを有する。第１の面S23aと第２の面S23bは、相互に、または光軸100に対して各々角度をなして配置され、第１の面と光軸のなす角度は第２の面と光軸のなす角度よりも小さい。【選択図】  図２
2007078901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を入射する開口部が形成され、内面の前記開口部以外の領域に反射面が形成された入射開口板と、
光を出射する出射面であって一部の光束を反射する反射手段を有する出射面と、
前記入射開口板と前記出射面で挟まれ、相互に対向する第１の側面と第２の側面を有する導光部を有し、
前記第１の側面および前記第２の側面の各々は、
光軸に対して第１の角度をなして前記入射開口板側に配置される第１の面と、
前記光軸に対して前記第１の角度よりも大きい第２の角度をなして前記出射面側に配置される第２の面を有することを特徴とするライトパイプユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のライトパイプユニットであって、
前記入射開口板と前記出射面は相互に相似形の矩形形状を有し、
前記第１の面の各々は前記入射開口板の短辺と前記出射面の短辺に隣接して配置されることを特徴とするライトパイプユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のライトパイプユニットであって、
前記第１の角度または前記第３の角度のすくなくともいずれか一方は略０度であることを特徴とするライトパイプユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか一に記載のライトパイプユニットと、
白色光源と、
前記白色光を複数の色光として第一の方向に並べて出射する出射面を有する色分離ユニットと、
映像表示素子と、
前記映像表示素子が形成する光学像をカラー映像として投射する投射装置と、
前記出射面から出射された前記複数の色光の各々を前記映像表示素子上に前記第一の方向で走査させる走査手段を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射型映像表示装置に係わり、光量分布の一様化作用を有し、且、Ｆ値変換作用を有するテーパ付きライトパイプの光束のリサイクル技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、白色光源からの光をインテグレータ手段としてのライトパイプ（ロッドレンズ，ロッドインテグレータともいう）に入射させライトパイプで光量分布の一様化を行い、複数のダイクロイックミラーを使用して短冊形状（帯状）のＲ光，Ｂ光及びＧ光に分離し、分離された各色光をそれぞれ回転多面体を用いて光路を変えて、映像表示素子のそれぞれ異なった場所に同時に照射し、かつ、各色光の短冊形状の照射領域の場所を順次映像表示素子上で一定方向に移動（「走査」または「スクロ−ル」ともいう）させるようにした単板式の投射型表示装置が知られている。この種の技術は例えば特開２００４−７００９５号公報に記載されている。以下では、この走査を「スクロール走査」と称する。
【０００３】
上記の従来技術では、ライトパイプの形状を入射側から出射側に向けて断面積が大きくなるテーパ付きの形状として、Ｆ値変換作用を持たせている。
【０００４】
また、ライトパイプの出射側に反射型偏光板とカラーフィルタ（ダイクロイックミラー）とを設け、ライトパイプの光源側の入射端面に、光源からの光を入射させる開口部と、開口部の周辺に反射部とを設けた構成により、反射型偏光板あるいはカラーフィルタで反射した光束を、再度ライトパイプに入射させ、前記反射部で再び反射させることで、リサイクルする技術が知られている。この技術は、例えば特開２００５−２５０６４号公報に記載されている。前述の従来技術においても、反射型偏光板で反射させてリサイクルを行っている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７００９５号公報
【特許文献２】特開２００５−２５０６４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、上記従来技術を用いて、スクロール走査方式で、特許文献２のようなリサイクルを行う場合では、パネルのアスペクト比と比べ、縦横比で約１：４〜１：５のライトパイプが必要となる。しかしながら、横入射サイズが大きい場合、横側面が入射端面から相当な長さでＦ値変換に寄与しないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、テーパ付きライトパイプのＦ値変換作用に寄与していないライトパイプの側面部分を利用することで、光利用率を改善したライトパイプユニット及びそれを用いた投射型映像表示を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施の形態では、ライトパイプの相互に対向する少なくとも二つの側面の各々が、ライトパイプの入射側に配置される第１の面と、ライトパイプの出射側に配置される第２の面を有する。第１の面と第２の面は、相互に、または光軸に対して各々角度をなして配置され、第１の面と光軸のなす角度は第２の面と光軸のなす角度よりも小さい。
【発明の効果】
【０００９】
光利用率を改善したライトパイプユニット及びそれを用いた投射型映像表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについてはその説明を省略する。また、以下、説明を容易とするために、右手直交座標系を導入する。図示しない光軸方向をＺ軸方向とし、入射端面，出射端面の矩形の長辺に平行な方向（以下、「横方向」ともいう）をＸ軸方向とし、短辺に平行な方向（以下、「縦方向」ともいう）をＹ軸方向とする。
【００１１】
実施例の説明に入る前に、従来のライトパイプにおける課題について、図６から図１０を用いて説明する。
【００１２】
図６は、従来のテーパ付きライトパイプの斜視図である。図６から明らかなように、ライトパイプ２３'は、入射端面Ｓ'２３ｉの面積より出射端面Ｓ'２３ｏの面積が大きくなるテーパが付いている。
【００１３】
従来のテーパ付きライトパイプの作用について、図７と図８を用いて説明する。図７は、テーパ付きライトパイプのＦ値変換作用の説明図である。図７の（１）図はテーパ付きライトパイプのＸＺ平面での断面図で、（２）図は側面での反射を示すものである。図７（２）に示すように、側面に角度θの勾配を付けると、側面の法線も角度θ回転する。従って、側面で反射する光線は、その倍の角度２θ回転する。従って、図７（１）のように、互いに向い合う面が離れるテーパの付いた側面での反射の場合は、反射のたびに、Ｚ軸で表した光軸１００に対する光線の角度が緩和される。このことは、Ｆ値で言い換えると、ライトパイプに入射したＦ値の小さな光束が、ライトパイプからＦ値の大きな光束として出射すると表現できる。
【００１４】
ところで、実際の設計においては、最終的にはライトパイプを用いた照明系での光線追跡を行い、ライトパイプの長さを決定する。しかし、各光学要素の機能と配置を決める概略設計の段階では、光線１本１本の光線追跡を実施しなくても、ライトパイプでの入射Ｆ値と出射Ｆ値の関係を把握できることが必要である。
【００１５】
図８に、入射スポットサイズと出射スポットサイズに着目した、Ｆ値変換の見積り方法を示す。図８の（１）図はライトパイプのＸＺ平面での断面図で、（２）図はライトパイプの等価光学系を示すものである。
【００１６】
図８において、入射端面Ｓ'２３ｉ，出射端面Ｓ'２３ｏの矩形の横の長さ（サイズ）をそれぞれ横入射サイズＡ，横出射サイズＢとし、テーパ付きライトパイプの等価レンズ２３１'が入射端面Ｓ'２３ｉ，出射端面Ｓ'２３ｏからそれぞれａ，ｂの距離にあるものとする。
【００１７】
横入射サイズＡで横出射サイズＢのライトパイプは、マクロ的には、物サイズＡで像サイズＢの写像関係（倍率はＢ／Ａ）に相当する。ここで、物体側のＦ値をＦＡ、像面側のＦ値をＦＢ、等価レンズ２３１'の口径をＤとすると、ＦＡ＝ａ／Ｄと、ＦＢ＝ｂ／Ｄから、ＦＡ／ＦＢ＝ａ／ｂが得られる。また、三角形の相似より、ａ／ｂ＝Ａ／Ｂを代入して、ＦＡ／ＦＢ＝Ａ／Ｂとなる。
【００１８】
ところで、ライトパイプにおけるリサイクル技術においては、ライトパイプの入射端面に設ける「開口部」と「反射部」の面積比が重要な要素となる。例えば、開口部が大きく反射部が小さければ、光源からライトパイプに入射する光量は増加するが、リサイクル光が反射部で反射する割合が減り、大部分が、開口部を再び通過して光源側に戻り、リサイクルすることができない。一方、開口部が小さく反射部が大きければ、リサイクル光が反射部で反射する割合が増え、大部分が、反射部で再び反射しリサイクルすることができるが、ライトパイプに入射する光量自体は減少する。
【００１９】
一方、有効サイズが縦横比（アスペクト比ともいう）３：４の映像表示素子上にＲ光，Ｂ光及びＧ光のカラーバーで例えば縦方向に前記スクロール走査を行う場合には、走査方向に１／３に圧縮したカラーバー、即ち、縦横比１：４の各色のカラーバーを生成する必要がある。スクロール走査方式にライトパイプを用いる場合、ライトパイプの出射端面（面形状は矩形）はカラーバーに略相似とするので、ライトパイプの出射端面における縦（矩形の短辺に平行な方向）の長さを基準にすると、横（矩形の長辺に平行な方向）幅は約４倍である。
同様に、有効サイズが縦横比９：１６の映像表示素子の場合は、各色のカラーバーは縦横比３：１６となり、ライトパイプの縦の長さを基準にすると横幅は約５倍以上になる。
【００２０】
以上述べたように、スクロール走査方式ではカラーバーを横長（横幅を縦幅の４〜５倍）にできるので、ライトパイプの出射端面も横長となる。従って、ライトパイプの入射端面も横長とすることができ、リサイクル方式での「開口部」と「反射部」を合わせた全体面積に対する「反射部」の面積比を大きくできる。このことは、ライトパイプの入出射端面の形状から、スクロール走査方式とリサイクル方式は、方式として相性が良いと言える。
【００２１】
すなわち、スクロール走査方式で、特許文献２のようなリサイクルを行う場合では、縦横比で約１：４〜１：５のライトパイプが必要となる。
この横長のライトパイプで、Ｆ値変換作用の見積りを実施したが、実際の照明系での計算では大きく異なる結果となった。図９と図１０を用いて、この内容について説明する。
【００２２】
図９は、ＸＺ平面でのライトパイプの断面図である。図９では、ライトパイプの入射端面に点光源像が形成された場合における光線を模式的に示している。図９の（１）は、ライトパイプ中での光線の広がりを入射端面における横入射サイズが小さい場合（非走査方式に相当）の光線図で、図９の（２）は入射端面における横入射サイズが大きい場合（スクロール走査方式に相当）の光線図である。
【００２３】
図９において、ライトパイプの入射面に所定のＦ値の光束が入射した場合、Ｆ値に対応した広がり角の光束が入射する。横入射サイズが小さい場合は、図９（１）に示すように、横方向（Ｘ方向）に広がった光線の内、最も外側の光線Ｌ５０は直ぐにライトパイプの側面のＰ１点に到達する。しかし、横入射サイズが大きい場合は、図９（２）に示すように、なかなかライトパイプの側面に到達できず、入射端面から遠く離れたＰ２点で到達することになる。すなわち、横サイズの大きいライトパイプでは、入射端面からＰ２点までのＦ値変換に寄与しない部分がかなりの長さで存在することになる。
【００２４】
なお、ライトパイプが中実の構成の場合、入射端面で屈折作用が起こり入射後の光線角度は変化するが、Ｆ値変換の説明を簡易とするために、ここでは、ライトパイプを中空の構成（ミラータイプ）として取り扱う。また、Ｐ１点，Ｐ２点での横方向の長さをそれぞれＡ１，Ａ２とする。
【００２５】
前記したように図８のＦ値変換モデルでの倍率はＢ／Ａである。しかし、図９の光線図では、テーパ付きライトパイプの入射端面側にＦ値変換に寄与しない部分が存在することによって、実際に側面で反射が起きた箇所（Ｐ１点，Ｐ２点）での倍率は、Ｂ／Ａ１とＢ／Ａ２となる。
【００２６】
ところで、光源は点光源ではないので、ライトパイプの入射端面に集光した光源の像も大きさを持っている。図１０に光源像の大きさを考慮した、ライトパイプでの光束の広がりの様子を示す。横入射サイズが小さい場合は、図１０（１）に示すように、直ぐにライトパイプの側面のＰ３点に到達する。しかし、やはり、横入射サイズが大きい場合は、図１０（２）に示すように、入射端面から離れたＰ４点で到達し、入射端面からＰ４点までのＦ値変換に寄与しない部分が長く存在することになる。なお、図１０において、Ｐ３点，Ｐ４点での横方向の長さをそれぞれＡ３，Ａ４とする。
【００２７】
図９と図１０を見比べると、Ａ＜Ａ３＜Ａ１＜Ａ４＜Ａ２となっている。従って、光源像の大きさを考慮すると、広がりを持つ光線が側面に最初に到達する点は幾分入射端面側に近づく。しかし、横入射サイズが大きい場合、入射端面から相当な長さでＦ値変換に寄与しない。
【００２８】
そこで、以下の実施の形態においては、ライトパイプの相互に対向する少なくとも二つの側面の各々が、ライトパイプの入射側に配置される第１の面S23aと、ライトパイプの出射側に配置される第２の面S23bを有する。第１の面S23aと第２の面S23bは、相互に、または光軸100に対して各々の角度で配置する。第１の面と光軸のなす角度は第２の面と光軸のなす角度よりも小さい。実施例１においては、第１の面S23aと第２の面S23bを相互に平行に配置した例であり、光軸１００との角度は略０度である。
【実施例１】
【００２９】
次に、図１から図４を用いて、実施例１によるライトパイプユニットと、該ライトパイプユニットを用いた投射型映像表示装置について説明する。
【００３０】
図１は本実施例によるライトパイプユニットを構成するテーパ付きライトパイプの構成図、図２は本実施例によるライトパイプユニットの基本構成図、図３は本実施例によるライトパイプユニットの要部構成図、図４は本実施例によるライトパイプユニットを用いた照明光学系の基本構成図である。
【００３１】
まず、図１を用いてライトパイプの基本作用について説明する。次に、図２を用いてライトパイプユニットの基本作用について説明し、そして、図３，図４を用いてライトパイプユニットを用いた投射型映像表示装置について説明する。
【００３２】
図１において、図１（１）はライトパイプの斜視図で、図１（２）はＸＺ平面およびＹＺ平面での断面図である。本実施例によるライトパイプ２３は、入射端面Ｓ２３ｉと、出射端面Ｓ２３ｏと、側面Ｓ２３ａ，Ｓ２３ｂ，Ｓ２３ｃで構成される。
【００３３】
ここで、１００方向をＺ軸方向とし、入射端面Ｓ２３ｉ，出射端面Ｓ２３ｏの矩形の長辺に平行な方向（横方向）をＸ軸方向とし、短辺に平行な方向（縦方向）をＹ軸方向とする。なお、横方向は後述する矩形形状の映像表示素子の長辺に平行であり、縦方向は短辺に平行な方向である。
【００３４】
ライトパイプ２３の側面には、入射側から出射側に向けて縦方向に互いに離れていくテーパ付き側面Ｓ２３ｃ（縦方向の上側面，下側面）と、平行な側面Ｓ２３ａと、入射側から出射側に向けて横方向に互いに離れていくテーパ付き側面Ｓ２３ｂの３種類がある。すなわち、縦方向の対向する側面は所定のテーパを有するが、横方向の対向する側面は、平行平面とテーパを有する平面とからなる。
【００３５】
図１（２）の断面図において、このテーパ付きライトパイプの機能的特徴を光束との関係で説明する。ＹＺ断面での入射サイズ（入射端面Ｓ２３ｉでのライトパイプの縦幅を指し、以下「縦入射サイズ」と称する）Ｈ２３は小さいので、入射光束はすぐにライトパイプ２３の側面で反射する（光束は図示せず）。一方、ＸＺ断面での入射サイズ（入射端面Ｓ２３ｉでのライトパイプの横幅を指し、以下「横入射サイズ」と称する）Ｗ２３は大きいので、入射光束は直ぐにはライトパイプ２３の側面で反射できない。入射端面Ｓ２３ｉからかなり離れたＰ点で反射することになる。ＸＺ断面に光束を模式的に示したが、入射端面Ｓ２３ｉからＰ点までの間の側面部分では反射が起きていない。つまり、入射端面Ｓ２３ｉからＰ点までの間の側面部分ではＦ値変換機能を有しない。従って、該側面部分にはＦ値変換作用のためのテーパは必要ではない。そこで、本実施例によるライトパイプでは、入射端面Ｓ２３ｉから略Ｐ点近傍までの長手方向の対向する側面を平行にして、側面２３ａとしている。なお、比較のために、従来例による側面Ｓ'２３ａの形状を点線で示す。
【００３６】
上記の事を入射端面Ｓ２３ｉでの横入射サイズで言い換えると、従来例と同じＦ値変換作用を与えた場合に、本実施例のテーパ付きライトパイプ２３では、従来例の横入射サイズｗ２３に比べて横入射サイズＷ２３を大きしていると言える。なお、横入射サイズＷ２３は側面Ｓ２３ａと側面Ｓ２３ｂの交点（上記Ｐ点に対応）における横方向の長さに略等しい。
【００３７】
次に、上記したテーパ付きライトパイプを構成要素とするライトパイプユニット２による光通過率の改善作用について、図２を用いて説明する。
【００３８】
図２の（１）図は、図１で述べたテーパ付きライトパイプを構成要素とするライトパイプユニットを示している。図２の（２）図は、図１とは異なるテーパ付きライトパイプを用いたライトパイプユニットを示している。ライトパイプユニットの機能は同様であり、まず図２（１）を用いて説明する。
【００３９】
図２（１）において、ライトパイプユニット２は、テーパ付きライトパイプ２３の出射側に、出射光束の部分光束を反射する出射側反射手段２０が配置され、また、テーパ付きライトパイプ２３の入射側に、入射開口板２１が配置されている。入射開口板２１は、光学的な穴である開口部２１１を有し、且、開口部２１１以外には該出射側反射手段２０で反射した光束の部分光束を再び出射側反射手段２０側に反射する反射部２１２を有する。
【００４０】
以上のように構成されたライトパイプユニット２では、入射開口板２１の開口部２１１を通過し、テーパ付きライトパイプ２３に入射した光束Ｌ１は、テーパ付きライトパイプ２３で一様化作用を受けた後で、テーパ付きライトパイプ２３から出射する。出射した光束の一部は、光束Ｌ２ａとして出射側反射手段２０を通過するが、残りの光束Ｌ２ｂは、出射側反射手段２０で反射して、再びテーパ付きライトパイプ２３に入射する。光束Ｌ２ｂのうち、入射開口板２１の開口部２１１に到達した光束Ｌ３ｂは、開口部２１１から光源側に抜けてしまう。一方、入射開口板２０の反射部２１２に到達した残りの光束は、反射部２１２で再度反射し光束Ｌ３ａとなる。この光束Ｌ３ａがリサイクルされた光束であり、出射側反射手段２０で、先に述べた作用が再び繰り返される。
【００４１】
ここで、テーパ付きライトパイプ２３の出射端面で光量分布の一様化が達成されている、即ち、テーパ付きライトパイプ２３に十分な長さ（Ｌとする）が確保されているとする。出射側反射手段２０で反射した光束Ｌ２ｂが再び入射開口板２１に戻るまでの距離は２倍の２Ｌとなるので、入射開口板２１に戻った状態での光量分布も一様化されていることとなる。
【００４２】
従って、入射開口板２１での反射の効率Ｒｅｆ（数１で規定）は、入射開口板２１の全面積に対する反射部２１２の面積比とすることができる。
【００４３】
Ｒｅｆ＝Ｌ３ａ／（Ｌ３ａ＋Ｌ３ｂ）…（数１）
図１で説明したように、本実施例によるテーパ付きライトパイプ２３では、長手方向（横方向）のＦ値変換機能を有しない側面部分を平行な側面Ｓ２３ａとすることで、入射端面の反射部２１２の横幅を大きくできる。つまり、反射部２１２の面積を大きくできる。すなわち、反射部２１２で反射された光束Ｌ３ａの割合を増やすことができることとなる。
【００４４】
従って、従来例と同じＦ値変換作用を与えた場合に、本実施例のテーパ付きライトパイプ２３は、従来例に比べて入射開口板２０でのリサイクルのための反射率を改善しているといえる。
【００４５】
図２（１）は、図１と同じテーパ付きライトパイプ２３をライトパイプユニット２に用いたものである。しかし、このテーパ付きライトパイプ２３は、入射側の対向する２組の側面のうち、長手方向の組の側面は平行で、短手方向の組の側面はテーパを有しており、製造し難い点がある。そこで、このテーパ付きライトパイプ２３を製作しやすいように修正したものが図２（２）である。
【００４６】
図２（２）のテーパ付きライトパイプ２３Ｂは、ライトパイプ２３の長手方向においてＦ値変換機能を有しない入射端面Ｓ２３ｉから略Ｐ点近傍までの対向する２組の側面を平行として、直方体の形状としたものである。それ以降の出射側の側面を、それぞれ入射側から出射側に向けて互いに離れていく２組のテーパ付き側面で構成した。すなわち、横方向の側面Ｓ２３ａ，Ｓ２３ｂと同様に、縦方向（Ｙ軸方向）の側面は、平行平面の側面Ｓ２３ｄと、テーパを有する側面Ｓ２３ｅとからなる。なお、短手方向の縦方向では、入射端面近傍でもＦ値変換機能を有しているので、縦方向の倍率を変えないために、前記直方体部分の縦方向の長さは、ライトパイプ２３の入射端面における長さと同じである。図２（２）においても、Ｆ値変換作用に影響せずに、リサイクルの光束の反射率を改善している。
【００４７】
次に、本実施例によるライトパイプユニットを用いた投射型映像表示装置について図３と図４を用いて説明する。
【００４８】
図３において、ライトパイプユニット２ｂは、図２で述べた基本構成を有し、テーパ付きライトパイプ２３の出射側に出射側反射手段２０としての反射型偏光板２４を配置し、反射型偏光板２４と入射開口板２１の間の光路に１／４波長板２２を配置した構成である。また、反射型偏光板２４の出射側には色分離作用を有するカラープリズム２５が配置されている。
【００４９】
反射型偏光板２４は、平板状の偏光板であり、例えばガラス基板上にＡｌ（アルミ）の微細なグリッドが周期的に配列されたワイヤーグリッド型偏光板である。反射型偏光板２４は、ライトパイプ２３から出射した特定の偏光光である光束Ｌ２ａ（ここでは後述のＰＢＳに対してＳ偏光）を出射し、他の偏光光である光束Ｌ２ｂ（同、Ｐ偏光）を反射する。反射型偏光板２４で反射されたＰ偏光の光束Ｌ２ｂは、入射開口板２１で、開口部２１１に到達した光束Ｌ３ｂが光源側に抜けてしまうが、反射部２１２に到達した光束は反射し光束Ｌ３ａとなる。この光束Ｌ３ａは、反射型偏光板２４に再び戻ってくるまでに、１／４波長板２２を２回通過するので、Ｐ偏光はＳ偏光に変換され、今度は反射型偏光板２４を通過することができる。即ち、偏光光に関するリサイクル方式となる。
【００５０】
リサイクルした光束も含め、反射型偏光板２４を通過した光束は、カラープリズム２５に入射する。
【００５１】
カラープリズム２５は、Ｘ軸方向に細長いダイクロイックプリズムがＹ軸方向に積層されたもので、第１の色光を透過しそれ以外の色光を反射する第１ダイクロイック面２５１と、第２の色光を透過しそれ以外の色光を反射する第２ダイクロイック面２５２と、第３の色光を透過しそれ以外の色光を反射する第３ダイクロイック面２５３とからなる。ライトパイプ２３で一様化された白色光は、第１ダイクロイック面２５１により短冊形状（帯状）の第１の色光が分離される。次に、第１ダイクロイック面で反射した色光は、第２ダイクロイック面２５２により短冊形状の第２の色光が分離される。さらには、第２ダイクロイック面で反射した色光は、第３ダイクロイック面２５３により短冊形状の第３の色光が分離される。以下、短冊形状の色光を「カラーバー」と称する。このようにして、カラープリズム２５の出射面には３つの色光のカラーバーが形成される。
【００５２】
カラープリズム２５の入射サイズは、ライトパイプ２３の出射サイズと同じである。しかし、カラープリズム２５から出射する出射光（３つの色光のカラーバー）のサイズは、横方向は入射サイズと同じであるが、縦方向が入射サイズの３倍の長さとなる。カラープリズム２５の出射光は映像表示素子（図示せず）上に照射されるので、カラープリズム２５の出射サイズは映像表示素子に相似となる。このことから、ライトパイプ２３の出射サイズは、アスペクト比が４：３の場合には横幅が縦幅の約４倍となり、またアスペクト比が１６：９の場合には横幅が縦幅の約５倍以上となる。
【００５３】
次に、このライトパイプユニット２ｂを用いた投射型映像表示装置について図４を用いて説明する。
【００５４】
図４において、光源１１とリフレクタ１２（この図では楕円リフレクタ）からなる光源ユニット１から出射した略白色の光束は、リフレクタ１２の第２焦点位置近傍に配置されているライトパイプユニット２ｂの入射開口板２１の開口部２１１に集光し入射する。ライトパイプユニット２ｂは、入射した略白色光の光量分布の一様化を行うとともに、ランダムな偏光状態を所定偏光状態（ここでは後述のＰＢＳに対してＳ偏光）に揃え、３つの色光のカラーバーに分離する。
【００５５】
ライトパイプユニット２ｂの出射側に分離形成された３つの色光のカラーバーは、縮小光学系３１，光路折り曲げミラー３２を介して、更にＳ偏光を透過する偏光板８１でＳ偏光状態の純度が改善されて、第１ＰＢＳ５１に入射する。第１ＰＢＳ５１に入射したＳ偏光の光束（カラーバー）は、偏光分離面で反射し、回転多面体４に向かう。第１ＰＢＳ５１を出射したＳ偏光の光束は、１／４波長板８２を通過することで、円偏光に変換され、縮小光学系３３を介して回転多面体４に入射する。その過程で、カラープリズム２５の出射面に形成された３つの色光のカラーバーは、回転多面体４の手前の空間に縮小光学系３１，３３によって写像され、空間像（図示せず）が形成される。
【００５６】
該空間像は、回転多面体４の表面の反射面４１で反射し、光路を折り返す。１／４波長板８２を再び通過することで、円偏光はＰ偏光に変換されるので、今度は、第１ＰＢＳ５１を透過する。第１ＰＢＳ５１を透過した光束は、１／２波長板８３によりＳ偏光に変換される。そして、第２ＰＢＳ５２に入射したＳ偏光の光束は、偏光分離面で反射し、映像表示素子６に入射する。この過程で、回転多面体４の手前の空間に形成された空間像は、回転多面体４の反射面４１で鏡面像（図示せず）が形成され、該鏡面像が拡大光学系３３（ここでは光線方向が逆となるので拡大光学系として機能する）で拡大されて映像表示素子６上に写像される。
【００５７】
なお、ここで縮小光学系と拡大光学系と説明したが、拡大光学系と縮小光学系の組合せでも写像関係上は問題ないが、縮小光学系と拡大光学系の組合せとすることで、回転多面体４の反射面４１の近傍にできる空間像を小さくできるので、その結果、回転多面体４を小さくできる利点がある。
【００５８】
次に、映像表示素子６の各画素で反射する光線は、各画素が白表示の場合は、偏光状態がＰ偏光に変換されるので、今度は、第２ＰＢＳ５２を透過し投射レンズ７でスクリーン（図示せず）等に拡大投射される。また、各画素が黒表示の場合は、偏光状態がＳ偏光のままなので、再び、第２ＰＢＳ５２の偏光面で反射し、光束はスクリーン等に拡大投射されない。なお、８４はＰ偏光を透過させる偏光板である。
【００５９】
次に、カラープリズム２５の出射面に形成されたカラーバーと映像表示素子６上の写像関係について、簡単に説明する。図４に図１の直交座標系をそのまま導入すると、映像表示素子６の矩形有効表示領域（図示せず）の長辺に平行な方向は、Ｚ軸に平行で、矩形の短辺に平行な方向はＹ軸方向で図４紙面に直交している。従って、カラープリズム２５の出射面に形成され、Ｙ軸方向に配列された３つの色光のカラーバーは、映像表示素子６上でＹ軸方向（図４紙面に直交する方向）にスクロールされることになる。
【実施例２】
【００６０】
次に、実施例２によるライトパイプユニット２ｃについて図５を用いて説明する。
【００６１】
図５は、本実施例によるライトパイプユニットの要部構成図である。図５において、ライトパイプユニット２ｃは、図２で述べた基本構成を有し、テーパ付きライトパイプ２３の出射側に出射側反射手段２０としての色分離作用を有するダイクロイックミラー２７を配置した構成である。また、テーパ付きライトパイプ２３とダイクロイックミラー２７の間には、偏光変換素子２６が配置されている。
【００６２】
光源ユニット１から入射開口板２１の光学的な開口部２１１に入射した略白色の自然光である光束は、ライトパイプ２３の側面で反射を繰り返すことで光量分布の一様化がなされる。そして、ライトパイプ２４で一様化された光束は偏光変換素子２６に入射し、その偏光状態が所定偏光状態（ここではＰ偏光）に揃えられる。
【００６３】
偏光変換素子２６は、Ｘ軸方向に伸びた細長い第１偏光分離プリズム２６１，第２偏光分離プリズム２６２と、１／２波長板２６３からなる。第１偏光分離プリズム２６１はライトパイプ２３からの光束が入射する側に配置され、第２偏光分離プリズム２６２は第１偏光分離プリズム２６１のＹ軸の負方向側（図５紙面では下側）に配置されている。１／２波長板２６３は、第２偏光分離プリズム２６２の出射側にダイクロイックミラー２７を介して設けられている。
【００６４】
ライトパイプ２３から偏光変換素子２６に入射した光束Ｌ１は、そのうちのＰ偏光の光束は第１偏光分離プリズム２６１を透過し、そのうちのＳ偏光の光束は第１偏光分離プリズム２６１で反射して、偏光分離する。反射したＳ偏光は第２偏光分離プリズム２６２で再び反射し、進行方向を先に分離したＰ偏光方向（Ｚ軸方向）に変え、１／２波長板２６３を通過する。１／２波長板２６３を通過することで、Ｓ偏光はＰ偏光に変換されるので、全ての光がＰ偏光に変換される。なお、ここで言うＰ偏光は、ＹＺ平面内に法線を有する偏光分離面で分離されたＰ偏光であり、図４のＸＺ平面に法線を有する第１ＰＢＳ５１や第２ＰＢＳ５２の偏光分離面にとってはＳ偏光となる。
【００６５】
次に、ダイクロイックミラー２７による色分離作用について説明する。ダイクロイックミラー２７は、第１偏光分離プリズム２６１と第２偏光分離プリズム２６２の出射側に配置されている。そして、偏光分離プリズム毎にそれぞれＹ軸方向に３つのダイクロイックミラー領域に区分されている。本実施例では、第１偏光分離プリズム２６１出射側（Ｐ偏光側）のダイクロイックミラーは、上側から順に、第１ダイクロイックミラー２７１と、第２ダイクロイックミラー２７２と、第３ダイクロイックミラー２７３とに区分されている。また、第２偏光分離プリズム２６２出射側（Ｓ偏光側）のダイクロイックミラーは、第１偏光分離プリズム２６１出射側のダイクロイックミラー区分とは逆順に構成されている。勿論、本実施例はこれに限定されるものではなく、同一順であってもよい。
【００６６】
第１ダイクロイックミラー２７１は、第１の色光のみを透過しそれ以外の色光を反射させ、第２ダイクロイックミラー２７２は、第２の色光のみを透過しそれ以外の色光を反射させ、第３ダイクロイックミラー２７３は、第３の色光のみを透過しそれ以外の色光を反射させるダイクロイックミラーである。
【００６７】
ダイクロイックミラー２７の各色光用のダイクロイックミラー２７１、２７２、２７３では、それぞれ異なる特定波長域の色光Ｌ２ａのみを透過し、それ以外の色光Ｌ２ｂは反射される。ライトパイプユニット２ｃの入射側に戻った反射光Ｌ２ｂは、入射開口板２１で、開口部２１１に到達した光束Ｌ３ｂが光源側に抜けてしまうが、反射部２１２に到達した光束は反射し光束Ｌ３ａとなる。この光束Ｌ３ａは、一様化作用を有するテーパ付きライトパイプ２３を往復することで、再び、上述したような作用を受けることとなる。即ち、色光に関するリサイクル方式となる。
【００６８】
このように、ライトパイプユニット２ｃは、ダイクロイックミラー２７で反射された光をリサイクルすることで光利用効率を向上させることができる。
【００６９】
この際、ライトパイプ２３は、入射側の長手方向の対向する側面が平行なので、入射開口板の面積を大きく、つまり、反射部２１２の面積を大きくでき、リサイクルのための反射率を改善している。
【００７０】
このライトパイプユニット２ｃを用いた投射型映像表示装置については、実施例１とその構成及び作用は同じなので説明を省略する。
【００７１】
但し、本実施例では、ライトパイプユニット２ｃの出射面に形成されたカラーバー形状と映像表示素子の矩形形状が相似なので、ライトパイプ２３の出射端面形状の縦方向サイズは１／２に圧縮されることになる。従って、映像表示素子のアスペクト比が１６：９の場合には、ライトパイプの出射端面における縦（矩形の短辺に平行な方向）の長さを基準にすると、横（矩形の長辺に平行な方向）幅は約３．６倍となる。また、映像表示素子のアスペクト比が４：３の場合には、横（矩形の長辺に平行な方向）幅は約２．７倍になる。しかし、縦幅に対して十分な横幅を有しているので、長手方向である横方向においてＦ値変換機能を有しない側面部分が存在することになり、本発明を適用できる。すなわち、ライトパイプの入射側の長手方向の対向する側面を平行として、入射開口板の反射部の面積を大きくし、リサイクルのための反射率を改善することができる。
【００７２】
以上述べた実施例では、ライトパイプの入射端面からの平行側面領域を、長手方向の対向する側面のＦ値変換機能を有しない領域の略端点（Ｐ点）近傍までとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。ライトパイプの入射端面から前記端点（Ｐ点）までの間の任意点まで平行平面としてもよいことはいうまでもない。例えば、入射端面から前記端点（Ｐ点）までの長さの１／２まで平行平面としても、反射部の面積を増大させることができ、リサイクル利用効率を向上させることができる。勿論、この場合、平行平面の長手方向の長さは、元々のテーパ側面と該平行平面の交点における長さとするのはいうまでもない。
【００７３】
また、上記では、映像表示素子として液晶表示素子を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、映像表示素子として微小ミラーを２次元状に配列した微小ミラーアレイであってもよい。勿論、映像表示素子として微小ミラーアレイを用いた場合には、照明光学系にこれに対応した光学系が採用されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１によるテーパ付きライトパイプの構成図である。
【図２】実施例１によるライトパイプユニットの基本構成図である。
【図３】実施例１によるライトパイプユニットの要部構成図である。
【図４】実施例１のライトパイプユニットを用いた照明光学系の基本構成図である。
【図５】実施例２のライトパイプユニットの要部構成図である。
【図６】従来例のテーパ付きライトパイプの構成図である。
【図７】テーパ付きライトパイプのＦ値変換作用の模式説明図である。
【図８】テーパ付きライトパイプの結像作用による模式説明図である。
【図９】ライトパイプでの点光源による光線図である。
【図１０】ライトパイプでの光線図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…光源ユニット、１１…光源、１２…リフレクタ、２…ライトパイプユニット、２０…出射側反射手段、２１…入射開口板、２２…１／４波長板、２３…ライトパイプ、２４…反射型偏光板、２５…カラープリズム、２６…偏光変換素子、２７…ダイクロイックミラー、３１，３３…縮小光学系、３２…光路折り曲げミラー、３３…拡大光学系（光路共通化による兼用）、４…回転多面体、５１…第１ＰＢＳ、５２…第２ＰＢＳ、６…映像表示素子、７…投射レンズ、８１…偏光板、８２…１／４波長板、８３…１／２波長板、８４…偏光板、１００…光軸、２１１…開口部、２１２…反射部、２５１…第１ダイクロイック面、２５２…第２ダイクロイック面、２５３…第３ダイクロイック面、２６１…第１偏光分離プリズム、２６２…第２偏光分離プリズム、２６３…１／２波長板、２７１…第１ダイクロイックミラー、２７２…第２ダイクロイックミラー、２７３…第３ダイクロイックミラー
【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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