(57)【要約】【課題】光の利用効率を高く、更なる小型化が可能な光学ユニットを提供する。【解決手段】第１のプリズム体２と第２のプリズム体３とを有して、これらプリズム体２，３が偏光分離膜を挟んで互いの傾斜面を突き合わせてなるＰＢＳ５と、第１のプリズム体２と第２のプリズム体３との突合せ面５ａを挟んで対峙する第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａに対向して配置された第１のλ／４板６と、突合せ面５ａを挟んで対峙する第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａに対向して配置された第２のλ／４板７と、第１のλ／４板６の第１のプリズム体２と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたミラー８と、ミラー８と第１のλ／４板６との間に配置された集光レンズ体９と、第２のλ／４板７の第２のプリズム体３と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたＤＭＤ１０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】
第１のプリズム体と第２のプリズム体とを有して、これらプリズム体が偏光分離膜を挟んで互いの傾斜面を突き合わせてなる偏光分離素子と、
前記第１のプリズム体と前記第２のプリズム体との突合せ面を挟んで対峙する前記第１のプリズム体の一方のプリズム面に対向して配置された第１の１／４波長板と、
前記第１のプリズム体と前記第２のプリズム体との突合せ面を挟んで対峙する前記第２のプリズム体の一方のプリズム面に対向して配置された第２の１／４波長板と、
前記第１の１／４波長板の前記第１のプリズム体と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたミラーと、
前記第２の１／４波長板の前記第２のプリズム体と対向する面とは反対側の面に対向して配置された反射型空間変調素子とを備える光学ユニット。
【請求項２】
前記第１のプリズム体の他方のプリズム面から入射された直線偏光の光が、前記突合せ面で反射することにより、前記第１のプリズム体の一方のプリズム面から出射されて、前記第１の１／４波長板を通過して前記ミラーで反射された戻り光が、再び前記第１の１／４波長板を通過することにより、前記第１のプリズム体の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換されて、この直線偏光の光が前記第１のプリズム体の一方のプリズム面から入射して前記突合せ面にある偏光分離膜を透過することにより、前記第１のプリズム体から前記第２のプリズム体に入射し、前記第２のプリズム体の一方のプリズム面から出射されて、前記第２の１／４波長板を通過して前記反射型空間変調素子で変調されて反射された戻り光が、再び前記第２の１／４波長板を通過することにより、前記第２のプリズム体の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換されて、この直線偏光の光が前記第２のプリズム体の一方のプリズム面から入射して前記突合せ面で反射することにより、前記第２のプリズム体の他方のプリズム面から出射されることを特徴とする請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】
前記ミラーの反射面が凹面からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記ミラーと前記第１の１／４波長板との間に集光レンズ体を配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記ミラーと前記集光レンズ体とが一体に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記集光レンズ体が前記第１の１／４波長板に一体に取り付けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記第１の１／４波長板が前記第１のプリズム体の一方のプリズム面に一体に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第２の１／４波長板が前記第２のプリズム体の一方のプリズム面に一体に取り付けられていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記反射型空間変調素子が前記偏光分離素子の下方に配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記反射型空間変調素子がＤＭＤ(Digital Micro-Mirror Device：登録商標)又はＬＣＯＳ(Liquid crystal on silicon)であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記偏光分離素子が偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
光源から出射された光を集光して照明光を形成する照明光学系と、
前記照明光を変調して画像信号に応じた画像を形成する画像光学系と、
前記画像を投影面上に拡大投影する投射光学系とを備え、
前記画像光学系として、請求項１〜１１の何れか一項に記載の光学ユニットを備えることを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニット及びそのような光学ユニットを備えた画像投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投影装置であるプロジェクタには、ＤＬＰ(デジタル・ライト・プロセッシング：登録商標)方式と液晶方式がある。このうち、ＤＬＰ方式では、ＤＭＤ(デジタル・マイクロミラー・デバイス：登録商標)と呼ばれる反射型の空間光変調素子を使用している。
【０００３】
ＤＭＤは、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術を用いて、ねじれ軸周りに±１２゜の角度範囲で傾きを変えることができる微小な鏡（マイクロミラー）をＣＭＯＳ半導体デバイス上に多数並べて形成したものであり、各ミラーの傾きを画像信号に応じて切り換えながら、光源からの光の反射方向を制御し、各ミラーからの反射光の有無（ＯＮ／ＯＦＦ）によって画像を表示可能としている。
【０００４】
一方、液晶方式では、ＬＣＯＳ(Liquid crystal on silicon)と呼ばれる反射型の空間光変調素子を使用している。このＬＣＯＳは、シリコン基板の上に液晶を形成した反射型液晶素子であり、マイクロミラーの代わりに液晶を使っている点がＤＭＤとは異なる。また、ＬＣＯＳでは、液晶を駆動するための回路等が反射画素電極の下にあるシリコン基板上に半導体製造技術を用いて形成されるため、開口率が高く、高輝度且つ高解像度の画像表示が可能である。
【０００５】
ところで、画像投影装置では、上述した反射型空間光変調素子の他にも、光源から出射された照明光を集光して反射型空間光変調素子に入射させる照明光学系と、反射型空間光変調素子で変調されて反射された照明光を投影面上に拡大投影する投射光学系とを備えている。したがって、この画像投影装置の小型化を図るためには、これらの配置を工夫する必要がある。
【０００６】
例えば、従来の画像投影装置では、内部全反射(ＴＩＲ：Total Internal Reflection)プリズムを用いて、上述した照明光学系と投射光学系との間の光路方向を変更しながら、装置の小型化を図ることが行われている（特許文献１，２を参照。）。
【０００７】
具体的に、下記特許文献１に記載された画像投影装置では、図１１に示すような２つのプリズム体１０１Ａ，１０１Ｂをエアギャップを介して対向配置させたＴＩＲプリズムを用いている。そして、このＴＩＲプリズムでは、一方のプリズム体１０１Ａから入射した照明光を２つのプリズム体１０１Ａ，１０１Ｂの境界面で全反射させて、ＤＭＤ１０２に入射させた後に、このＤＭＤ１０２で変調されて反射された照明光を２つのプリズム体１０１Ａ，１０１Ｂの境界面で透過させて、他方のプリズム体から出射させる。
【０００８】
この図１１に示すＴＩＲプリズムでは、上述した一方のプリズム体１０１Ａから入射した照明光が２つのプリズム体１０１Ａ，１０１Ｂの境界面で全反射されるように、一方のプリズム体１０１Ａの斜面を所定の角度（３３゜程度）に設定している。しかしながら、このＴＩＲプリズムでは、エアギャップを大きくすると、ＤＭＤ１０２で反射された照明光が歪んでしまうため、エアギャップを極力小さくする必要がある。
【０００９】
一方、下記特許文献２に記載された画像投影装置では、図１２に示すような２つのプリズム体２０１Ａ，２０１Ｂをエアギャップを介して対向配置させたＴＩＲプリズムを用いている。そして、このＴＩＲプリズムでは、一方のプリズム体１０１Ａから入射した照明光を２つのプリズム体２０１Ａ，２０１Ｂの境界面で透過させて、ＤＭＤ２０２に入射させた後に、このＤＭＤ２０２で変調されて反射された照明光を２つのプリズム体２０１Ａ，２０１Ｂの境界面で全反射させて、他方のプリズム体から出射させる。
【００１０】
画像投影装置の小型化を図るためには、上述した照明光学系や投射光学系において、よりコンパクトでレンズ径が小さい（Ｆナンバーが大きい）ものが求められる。しかしながら、この図１２に示すＴＩＲプリズムでは、Ｆナンバーの最大値が境界面での全反射角に依存するため、Ｆナンバーを大きくすることが難しく、また、照明光に偏りが発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第５５５２９２２号明細書
【特許文献２】米国特許第６４６１０００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、光の利用効率を高めると共に、更なる小型化を可能とした光学ユニット、並びにそのような光学ユニットを備えた画像投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る光学ユニットは、第１のプリズム体と第２のプリズム体とを有して、これらプリズム体が偏光分離膜を挟んで互いの傾斜面を突き合わせてなる偏光分離素子と、第１のプリズム体と第２のプリズム体との突合せ面を挟んで対峙する第１のプリズム体の一方のプリズム面に対向して配置された第１の１／４波長板と、第１のプリズム体と前記第２のプリズム体との突合せ面を挟んで対峙する第２のプリズム体の一方のプリズム面に対向して配置された第２の１／４波長板と、第１の１／４波長板の第１のプリズム体と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたミラーと、第２の１／４波長板の第２のプリズム体と対向する面とは反対側の面に対向して配置された反射型空間変調素子とを備えることを特徴とする。
【００１４】
以上のような構成を備える光学ユニットでは、第１のプリズム体の他方のプリズム面から入射された直線偏光の光が、突合せ面で反射することにより、第１のプリズム体の一方のプリズム面から出射されて、第１の１／４波長板を通過してミラーで反射された戻り光が、再び第１の１／４波長板を通過することにより、第１のプリズム体の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換されて、この直線偏光の光が第１のプリズム体の一方のプリズム面から入射して突合せ面にある偏光分離膜を透過することにより、第１のプリズム体から第２のプリズム体に入射し、第２のプリズム体の一方のプリズム面から出射されて、第２の１／４波長板を通過して反射型空間変調素子で変調されて反射された戻り光が、再び第２の１／４波長板を通過することにより、第２のプリズム体の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光の光に変換されて、この直線偏光の光が第２のプリズム体の一方のプリズム面から入射して突合せ面で反射することにより、第２のプリズム体の他方のプリズム面から出射される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、光の利用効率を高く、更なる小型化が可能な光学ユニット、並びにそのような光学ユニットを備えた画像投影装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態として示す光学ユニットの斜視図である。
【図２】図１に示す光学ユニットの側面図である。
【図３】図１に示す光学ユニットの正面図である。
【図４】（ａ）凹面ミラーにより入射した光を集光して反射させた場合を示す模式図、（ｂ）平面ミラーにより入射した光を反射させた場合を示す模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態として示す光学ユニットの側面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態として示す光学ユニットの側面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態として示すプロジェクタの平面図である。
【図８】図７に示すプロジェクタの側面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態として示すプロジェクタの平面図である。
【図１０】図９に示すプロジェクタの側面図である。
【図１１】従来の画像投影装置が備えるＴＩＲプリズムの一例を示す模式図である。
【図１２】従来の画像投影装置が備えるＴＩＲプリズムの他例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示されるレンズデータ等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１８】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態として図１、図２及び図３に示す本発明を適用した光学ユニット１Ａについて説明する。なお、図１は、この光学ユニット１Ａの構成を示す斜視図であり、図２は、この光学ユニット１Ａの構成を示す側面図であり、図３は、この光学ユニット１Ａの構成を示す正面図である。
【００１９】
この光学ユニット１Ａは、図１、図２及び図３に示すように、第１のプリズム体２と第２のプリズム体３とを有して、これらプリズム体２，３が偏光分離膜４を挟んで互いの傾斜面を突き合わせてなる偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５と、第１のプリズム体２と第２のプリズム体３との突合せ面（ＰＢＳ面）５ａを挟んで対峙する第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａに対向して配置された第１の１／４波長板（第１のλ／４板）６と、ＰＢＳ面５ａを挟んで対峙する第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａに対向して配置された第２の１／４波長板（第２のλ／４板）７と、第１のλ／４板６の第１のプリズム体２と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたミラー８と、ミラー８と第１のλ／４板６との間に配置された集光レンズ体９と、第２のλ／４板７の第２のプリズム体３と対向する面とは反対側の面に対向して配置されたＤＭＤ１０とを備えている。
【００２０】
ＰＢＳ５は、入射した光をその偏光成分により反射光と透過光とに分離する偏光分離素子であり、第１及び第２のプリズム体２，３は、略三角柱状に形成されたガラス（又は光学プラスチックであってもよい。）からなり、偏光分離膜４は、第１のプリズム体２と第２のプリズム体３との突合せ面に形成された誘電体多層膜や金属薄膜からなる。そして、このＰＢＳ５では、ＰＢＳ面５ａにおいて、一方の直線偏光（例えばＳ偏光）の光を反射し、他方の直線偏光（例えばＰ偏光）の光を透過させることが可能となっている。また、このＰＢＳ５は、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａが上面、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａが下面となるように配置されている。
【００２１】
第１及び第２のλ／４板６，７は、通過する光にπ／２の位相差を与える位相差板であり、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａに第１のλ／４板６が一体に取り付けられ、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａに第２のλ／４板７が一体に取り付けられている。
【００２２】
ミラー８及び集光レンズ体９は、入射した光を集光して反射させるためのものであり、本実施形態では、ミラー８と集光レンズ体９とが一体に形成されている。具体的に、集光レンズ体９は、第１のλ／４板６と対向する面が平面、この面とは反対側の面が凸面（レンズ面）とされたガラス（又は光学プラスチックであってもよい。）からなり、この集光レンズ体９の凸面に形成されたＡｌ等の金属反射膜によって、その反射面が凹面とされたミラー８が集光レンズ体９と一体に形成されている。そして、このミラー８と一体に形成された集光レンズ体９は、第１のλ／４板６の第１のプリズム体２と対向する面とは反対側の面に一体に取り付けられることによって、ＰＢＳ５の上方に配置されている。
【００２３】
ＤＭＤ１０は、入射した光を変調して反射することにより画像信号に応じた画像を形成する反射型空間変調素子であり、その前面には、このＤＭＤ１０を保護するためのカバーガラス１０ａが設けられている。また、ＤＭＤ１０は、ＰＢＳ５の下方に配置されている。
【００２４】
なお、ＤＭＤ１０に光を入射させる際は、マイクロミラーの振れ角に対応させてＤＭＤ１０に対する光の入射角を斜めにする必要がある。また、このＤＭＤ１０により変調されて反射された光がＰＢＳ面５ａ（偏光分離膜４）に対して４５゜で入射することが理想的である。したがって、これらを満足するように、ＰＢＳ５に対するＤＭＤ１０の配置する向き、並びにミラー８の傾き角が設定されている。
【００２５】
以上のような構造を有する光学ユニット１Ａでは、第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂから入射された直線偏光（Ｓ偏光）の光が、ＰＢＳ面５ａで反射することにより、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから出射される。そして、第１のλ／４板６及び集光レンズ体９を通過してミラー８で反射された戻り光が、再び第１のλ／４板６を通過することにより、第１のプリズム体２の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｐ偏光）の光に変換される。このＰ偏光の光は、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから入射してＰＢＳ面５ａ（偏光分離膜４）を透過することにより、第１のプリズム体２から第２のプリズム体３に入射し、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから出射される。そして、第２のλ／４板７を通過してＤＭＤ１０で変調されて反射された戻り光が、再び第２のλ／４板７を通過することにより、第２のプリズム体３の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｓ偏光）の光に変換される。このＳ偏光の光は、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから入射してＰＢＳ面で反射することにより、第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される。
【００２６】
以上のように、本発明を適用した光学ユニット１Ａでは、上述した従来のＴＩＲプリズムで使用できる光学系のＦナンバーが全反射角に依存してしまい、大きなＦナンバーを設定することが困難であったのに対し、偏光を利用することで、従来のＴＩＲプリズムに比べて大きなＦナンバーを容易に設定することが可能である。すなわち、本発明のように偏光を利用した構成では、ＰＢＳ面５ａでの角度依存（±３０゜程度）での影響となるため、Ｆナンバーの際限は偏光分離膜４の性能で決まることになる。したがって、従来のＴＩＲプリズムでは、Ｆナンバーが５程度であるのに対し、本発明を適用した光学ユニット１Ａでは、大きなＦナンバー（２．５程度）を容易に設定することができるため、光の利用効率（明るさ）を向上させることが可能である。
【００２７】
また、本発明を適用した光学ユニット１Ａでは、ＤＭＤ１０をＰＢＳ５の下方に配置した構成とすることで、横置きで使用される画像投影装置（プロジェクタ）に搭載した場合に、この光学ユニット１Ａが搭載される画像投影装置（プロジェクタ）の薄型化（小型化）を図ることが可能である。すなわち、ＤＭＤ１０が実装される配線基板は、図示を省略するものの、このＤＭＤ１０やＰＢＳ５よりも大きい面積を有している。このため、画像投影装置（プロジェクタ）の使用される向きに合わせて、ＤＭＤ１０をＰＢＳ５の下方に配置することで、装置内で配線基板を横置きに配置することができ、画像投影装置の薄型化を図ることが可能である。
【００２８】
また、本発明を適用した光学ユニット１Ａでは、ミラー８及び集光レンズ体９によって入射した光を集光して反射させる構成のため、光の利用効率を高めつつ、この光学ユニット１Ａが搭載される画像投影装置（プロジェクタ）の更なる小型化を図ることが可能である。
【００２９】
具体的に、図４（ａ）に示すように、上記光学ユニット１Ａのように、ミラー８及び集光レンズ体９によって入射した光を集光して反射させた場合には、最終的に第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される光が集束されるため、この光学ユニット１Ａの後段に配置される光学系（投射光学系）の小型化を図ることが可能である。
【００３０】
一方、図４（ｂ）に示すように、上記ミラー８及び集光レンズ体９の代わりに、平行平板のガラス基板９Ａに反射膜を形成することによって、その反射面が平面とされたミラー８Ａを用いた場合は、最終的に第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される光が発散されるため、この光学ユニット１Ａの後段に配置される光学系（投射光学系）の小型化を図ることが困難となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態として図５に示す本発明を適用した光学ユニット１Ｂについて説明する。なお、図５は、この光学ユニット１Ｂの構成を示す平面図である。また、以下の説明では、上記光学ユニット１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００３２】
この光学ユニット１Ｂは、図５に示すように、上記光学ユニット１Ａと同様の構成を有しているものの、ＰＢＳ５は、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａと、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａとが、それぞれ側面を向くように配置されている。これに合わせて、ＤＭＤ１０とミラー８及び集光レンズ体９とが、それぞれＰＢＳ５の側方に配置されると共に、ＤＭＤ１０の配置する向き及びミラー８の傾ける方向が上記光学ユニット１Ａとは異なった設定になっている。
【００３３】
すなわち、上記図１〜図３に示す光学ユニット１Ａでは、ＤＭＤ１０の水平方向ＨがＰＢＳ５の軸線方向と平行となるように、ＤＭＤ１０の配置する向きが設定されている。これに合わせて、マイクロミラーの振れ角に対応させてＤＭＤ１０に対する光の入射角が斜めとなるように、ミラー８の傾ける方向及び傾き角が設定されている。
【００３４】
一方、図５に示す光学ユニット１Ｂでは、ＤＭＤ１０の水平方向ＨがＰＢＳ５の軸線方向と直交するように、ＤＭＤ１０の配置する向きが設定されている。これに合わせて、マイクロミラーの振れ角に対応させてＤＭＤ１０に対する光の入射角が斜めとなるように、ミラー８の傾ける方向及び傾き角が設定されている。
【００３５】
なお、ミラー８の傾ける方向及び傾き角については、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａの傾ける方向及び傾き角を調整することで、任意に設定することが可能である。
【００３６】
以上のような構造を有する光学ユニット１Ｂでは、上記光学ユニット１Ａと同様に、第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂから入射された直線偏光（Ｓ偏光）の光が、ＰＢＳ面５ａで反射することにより、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから出射される。そして、第１のλ／４板６及び集光レンズ体９を通過してミラー８で反射された戻り光が、再び第１のλ／４板６を通過することにより、第１のプリズム体２の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｐ偏光）の光に変換される。このＰ偏光の光は、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから入射してＰＢＳ面５ａ（偏光分離膜４）を透過することにより、第１のプリズム体２から第２のプリズム体３に入射し、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから出射される。そして、第２のλ／４板７を通過してＤＭＤ１０で変調されて反射された戻り光が、再び第２のλ／４板７を通過することにより、第２のプリズム体３の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｓ偏光）の光に変換される。このＳ偏光の光は、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから入射してＰＢＳ面で反射することにより、第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される。
【００３７】
以上のように、本発明を適用した光学ユニット１Ｂでは、上記光学ユニット１Ａと同様の効果を得ることが可能であり、大きなＦナンバーを容易に設定することができるため、光の利用効率（明るさ）を向上させることが可能である。また、この光学ユニット１Ｂでは、ＤＭＤ１０をＰＢＳ５の側方に配置した構成とすることで、縦置きで使用される画像投影装置（プロジェクタ）に搭載した場合に、この光学ユニット１Ｂが搭載される画像投影装置（プロジェクタ）の薄型化（小型化）を図ることが可能である。
【００３８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態として図６に示す本発明を適用した光学ユニット１Ｃについて説明する。なお、図６は、この光学ユニット１Ｃの構成を示す側面図である。また、以下の説明では、上記光学ユニット１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００３９】
この光学ユニット１Ｃは、図６に示すように、上記ＤＭＤ１０の代わりに、反射型空間変調素子として、ＬＣＯＳ１１を配置すると共に、上記ミラー８及び集光レンズ体９の代わりに、平行平板のガラス基板１２に反射膜を形成することによって、その反射面が平面とされたミラー１３を配置した構成となっている。それ以外は、上記光学ユニット１Ａと同様の構成を有している。
【００４０】
ＬＣＯＳ１１を用いた構成では、このＬＣＯＳ１１に対する光の入射角は直角（９０゜）とすることが好ましく、これに合わせて、ＰＢＳ５に対するＬＣＯＳ１１の配置する向きが設定されている。また、ＬＣＯＳ１１を用いた構成では、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａの傾ける方向及び傾き角を調整する必要がなくなるため、直角三角柱状の第１及び第２のプリズム体２Ａ，３Ａを組み合わせた一般的なキューブ型のＰＢＳ５Ａを用いることが可能である。
【００４１】
以上のような構造を有する光学ユニット１Ｃでは、上記光学ユニット１Ａと同様に、第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂから入射された直線偏光（Ｓ偏光）の光が、ＰＢＳ面５ａで反射することにより、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから出射される。そして、第１のλ／４板６及び集光レンズ体９を通過してミラー８で反射された戻り光が、再び第１のλ／４板６を通過することにより、第１のプリズム体２の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｐ偏光）の光に変換される。このＰ偏光の光は、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａから入射してＰＢＳ面５ａ（偏光分離膜４）を透過することにより、第１のプリズム体２から第２のプリズム体３に入射し、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから出射される。そして、第２のλ／４板７を通過してＬＣＯＳ１１で変調されて反射された戻り光が、再び第２のλ／４板７を通過することにより、第２のプリズム体３の入射時とは偏光方向が異なる直線偏光（Ｓ偏光）の光に変換される。このＳ偏光の光は、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａから入射してＰＢＳ面で反射することにより、第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される。
【００４２】
以上のように、本発明を適用した光学ユニット１Ｃでは、上記光学ユニット１Ａと同様の効果を得ることが可能であり、大きなＦナンバーを容易に設定することができるため、光の利用効率（明るさ）を向上させることが可能である。また、この光学ユニット１Ｃでは、ＬＣＯＳ１１をＰＢＳ５の下方に配置した構成とすることで、横置きで使用される画像投影装置（プロジェクタ）に搭載した場合に、この光学ユニット１Ｃが搭載される画像投影装置（プロジェクタ）の薄型化（小型化）を図ることが可能である。
【００４３】
なお、縦置きで使用される画像投影装置（プロジェクタ）の薄型化（小型化）を図る場合には、上記ＰＢＳ５Ａを、第１のプリズム体２の一方のプリズム面２ａと、第２のプリズム体３の一方のプリズム面３ａとが、それぞれ側面を向くように配置し、上記ＬＣＯＳ１１と上記ガラス基板１２及びミラー１３とを、それぞれＰＢＳ５Ａの側方に配置した構成とすると共に、この縦置きで使用される画像投影装置（プロジェクタ）の向きに合わせて、上記ＬＣＯＳ１１の配置する向きを設定すればよい。
【００４４】
なお、本発明を適用した光学ユニットは、上記第１〜３の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４５】
例えば、上記ミラー８は、上記集光レンズ体９と一体に形成されたものに限らず、集光レンズ体９とは別体に形成されたものであってもよい。また、上記ミラー８の反射面を、球面、非球面又は自由曲面とすることで、光の利用効率を向上させると共に、上記光学ユニット１Ａ，１Ｂの更なる小型化を図ることが可能である。
【００４６】
また、上記集光レンズ体９は、上記第１のλ／４板６と上記ミラー８との間に配置した構成に限らず、上記第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂに対向して配置した構成とすることも可能である。
【００４７】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態として図７及び図８に示す上記光学ユニット１Ａを備えたＤＬＰ方式のプロジェクタ（画像投影装置）５０について説明する。なお、図７は、このプロジェクタ５０の構成を示す平面図、図８は、このプロジェクタ５０の構成を示す側面図である。
【００４８】
このプロジェクタ５０は、光源として赤，緑，青の３原色に対応した３つのＬＥＤ(Light Emitting Diode)５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂを使用するものであり、各ＬＥＤ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射された色光を集光して照明光を形成する照明光学系５２と、照明光を変調することにより画像信号に応じた画像を形成する画像光学系５３と、画像をスクリーン（投影面）上に拡大投影する投射光学系５４とを備えている。
【００４９】
照明光学系５２は、各ＬＥＤ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂから出射された色光を平行光とするコリメータレンズ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂと、各コリメータレンズ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂを通過した色光を同一方向に向かって透過又は反射させるダイクロイックミラー（ダイクロイックフィルタ）５６と、ダイクロイックミラー５６により合成される照明光の照度分布を均一化するフライアイレンズ５７と、フライアイレンズ５７を通過した照明光の偏光成分を一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）に変換する偏光変換素子（ＰＣＳ）５８と、偏光変換素子（ＰＣＳ）５８を通過した照明光を集光させるコンデンサレンズ５９とを備えて概略構成されている。
【００５０】
画像光学系５３は、上記光学ユニット１Ａから構成されており、コンデンサレンズ５９を通過した照明光が、上記第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂから入射し、上記第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される間に、上記ＤＭＤ１０により照明光を変調して画像信号に応じた画像を形成する。
【００５１】
投射光学系５４は、複数のレンズを備えて構成されており、上記光学ユニット１Ａから出射された照明光をスクリーンに向かって拡大投影する。
【００５２】
以上のような構造を有するプロジェクタ５０では、上記光学ユニット１Ａを備えることによって、更なる小型化（薄型化）が可能であり、また、高解像度で明るいカラー映像を表示することが可能である。
【００５３】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態として図９及び図１０に示す上記光学ユニット１Ａを備えたＤＬＰ方式のプロジェクタ（画像投影装置）６０について説明する。なお、図９は、このプロジェクタ６０の構成を示す平面図、図１０は、このプロジェクタ６０の構成を示す側面図である。
【００５４】
このプロジェクタ６０は、図９及び図１０に示すように、光源として白色光を照射するランプ６１を使用するものであり、ランプ６１から出射された照明光を集光して照明光を形成する照明光学系６２と、照明光を変調することにより画像信号に応じた画像を形成する画像光学系６３と、画像をスクリーン（投影面）上に拡大投影する投射光学系６４とを備えている。
【００５５】
また、ランプ６１と照明光学系６２との間には、ランプ６１から出射された光を波長の異なる複数の色光に分離するカラーフィルタを周方向に配置して回転駆動されるカラーホイール（回転フィルタ）６５と、カラーホイール６５の各フィルタを通過した色光を照明光学系６２へと導くロッドインテグレータ（導光部材）６６とが配置されている。
【００５６】
照明光学系６２は、複数のレンズを備えて構成されており、ロッドインテグレータ６６から出射された照明光を画像光学系６３に向かって集光させる。
【００５７】
画像光学系６３は、上記光学ユニット１Ａから構成されており、照明光学系６２により集光された照明光が、上記第１のプリズム体２の他方のプリズム面２ｂから入射し、上記第２のプリズム体３の他方のプリズム面３ｂから出射される間に、上記ＤＭＤ１０により照明光を変調して画像信号に応じた画像を形成する。
【００５８】
投射光学系６４は、複数のレンズを備えて構成されており、上記光学ユニット１Ａから出射された照明光をスクリーンに向かって拡大投影する。
【００５９】
以上のような構造を有するプロジェクタ６０では、上記光学ユニット１Ａを備えることによって、更なる小型化（薄型化）が可能であり、また、高解像度で明るいカラー映像を表示することが可能である。
【００６０】
なお、本発明を適用した画像投影装置は、上記第４，５の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００６１】
例えば、上記プロジェクタ５０，６０では、上記光学ユニット１Ａの代わりに、画像光学系５３，６３として、上記光学ユニット１Ｂ，１Ｃを用いた構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…光学ユニット  ２，２Ａ…第１のプリズム体  ３，３Ａ…第２のプリズム体  ４…偏光分離膜  ５，５Ａ…ＰＢＳ（偏光分離素子）  ５ａ…ＰＢＳ面（突合せ面）  ６…第１のλ／４板  ７…第２のλ／４板  ８…ミラー  ９…集光レンズ体  １０…ＤＭＤ（反射型空間変調素子）  １１…ＬＣＯＳ（反射型空間変調素子）  １２…ガラス基板  １３…ミラー  ５０…プロジェクタ（画像投影装置）  ５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ…ＬＥＤ（光源）  ５２…照明光学系  ５３…画像光学系  ５４…投射光学系  ５５Ｒ，５５Ｇ，５５Ｂ…コリメータレンズ  ５６…ダイクロイックミラー（ダイクロイックフィルタ）  ５７…フライアイレンズ  ５８…ＰＣＳ（偏光変換素子）５９…コンデンサレンズ  ６０…プロジェクタ（画像投影装置）  ６１…ランプ（光源）  ６２…照明光学系  ６３…画像光学系  ６４…投射光学系  ６５…カラーホイール（回転フィルタ）  ６６…ロッドインテグレータ（導光部材）
【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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