(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を複数の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、
それぞれの前記部分光束を第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離し、第１色の部分光束と第２色の部分光束をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、
複数の偏光分離膜と複数の反射膜とが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記偏光分離膜を透過した光が射出される位置または前記反射膜によって反射された光が射出される位置に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光ビームスプリッタアレイにおける前記偏光分離膜が配列される入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜を反射した後前記反射膜を反射する前記第１色の部分光束を第１の偏光方向に揃え、前記偏光ビームスプリッタアレイにおける前記反射膜が配列される入射側端面に入射し、前記反射膜を反射した後前記偏光分離膜を反射する前記第２色の部分光束と、前記反射膜を反射した後前記偏光分離膜を透過し前記反射した反射膜とは別の反射膜を反射する前記第２色の部分光束を第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、
前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、
を有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
光源からの光を第１の色光と第２の色光とに分離し、第１の色光と第２の色光をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、
前記第１の色光を複数の第１色の部分光束に分割し、前記第２の色光を複数の第２色の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、
複数の偏光分離膜と複数の反射膜とが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記偏光分離膜を透過した光が射出される位置または前記反射膜によって反射された光が射出される位置に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光ビームスプリッタにおける前記偏光分離膜が配列される入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜を反射した後前記反射膜を反射する前記第１色の部分光束を第１の偏光方向を有する偏光光に揃え、前記偏光ビームスプリッタにおける前記反射膜が配列される入射側端面に入射し、前記反射膜を反射した後前記偏光分離膜を反射する前記第２色の部分光束と、前記反射膜を反射した後前記偏光分離膜を透過し前記反射した反射膜とは別の反射膜を反射する前記第２色の部分光束を第２の偏光方向を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、
前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、
を有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
光源からの光を複数の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、
それぞれの前記部分光束を第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離し、第１色の部分光束と第２色の部分光束をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、
複数の偏光分離膜が所定の間隔で配列された偏光ビームスプリッタアレイと、一つおきの前記偏光分離膜に対応するように配列され、前記偏光ビームスプリッタアレイの射出側に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、
前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられていない入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射されて前記偏光方向回転素子を透過する前記第１色の部分光束とを第１の偏光方向に揃え、
前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられている入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過した後前記偏光方向回転素子を透過する前記第２色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射される前記第２色の部分光束とを第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、
前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、
を有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
光源からの光を第１の色光と第２の色光とに分離し、第１の色光と第２の色光をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、
前記第１の色光を複数の第１色の部分光束に分割し、前記第２の色光を複数の第２色の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、
複数の偏光分離膜が所定の間隔で配列された偏光ビームスプリッタアレイと、一つおきの前記偏光分離膜に対応するように配列され、前記偏光ビームスプリッタアレイの射出側に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、
前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられていない入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射されて前記偏光方向回転素子を透過する前記第１色の部分光束とを第１の偏光方向に揃え、
前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられている入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過した後前記偏光方向回転素子を透過する前記第２色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射される前記第２色の部分光束とを第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、
前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、
を有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記色光分離光学素子は第１のミラーと第２のミラーを備えており、前記第１のミラーは色分離を行うダイクロイックミラーであり、前記第２のミラーは反射ミラーであることを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記色光分離光学素子は、板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に設けられたダイクロイックミラーと、他方の面に設けられた反射ミラーと、を備えた光学部品により構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記色光分離光学素子は、板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に固着された直角プリズムと、他方の面に設けられた反射ミラーと、前記透光性部材と前記直角プリズムとの間に設けられたダイクロイックミラーと、を備えた光学部品により構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記色光分離光学素子は、板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に固着された複数個の小寸法直角プリズムと、他方の面に設けられた反射ミラーと、前記透光性部材と前記直角プリズムとの間に設けられたダイクロイックミラーと、を備えた光学部品により構成されていることを特徴とする照明光学系。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つにおいて、
前記偏光ビームスプリッタアレイの入射側に不要な色光の入射を遮るためのダイクロイックフィルターアレイが設けられていることを特徴とする照明光学系。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一つにおいて、
前記色光分離光学素子は、緑色光と赤および青色光とを分離する色分解特性を有していることを特徴とする照明光学系。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の照明光学系と、
前記照明光学系から射出された光を変調する光変調装置と、
前記光変調装置によって変調された光を投写する投写レンズと、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の照明光学系と、
前記照明光学系から射出された前記第１色の光を変調する第１の反射型光変調装置と、
前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第３の色光を変調する第２の反射型光変調装置と、
前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第４の色光を変調する第３の反射型光変調装置と、
前記照明光学系から射出された光を前記第１色の光と前記第２色の光とに分離する偏光ビームスプリッタと、
前記第２色の光を前記第３の色光と前記第４の色光とに分離するとともに前記第２の反射型光変調装置から射出された光と前記第３の反射型光変調装置から射出された光を合成して前記偏光ビームスプリッタに向けて射出する色光分離・合成素子と、を有し、
前記第１の反射型光変調装置から射出された光と前記色光分離・合成素子から射出された光のうち、前記偏光ビームスプリッタによって選択された光を投写する投写レンズと、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の照明光学系と、
前記照明光学系から射出された光に含まれる前記第１色の光を変調する第１の反射型光変調装置と、
前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第３の色光を変調する第２の反射型光変調装置と、
前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第４の色光を変調する第３の反射型光変調装置と、
第１〜第４の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタとの間に設け
られた第１の波長選択位相差板と、
前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタとの間に設けられた第２の波長選択位相差板と、
前記第４の偏光ビームスプリッタから射出された光を投写する投写レンズと、を備え、
前記第１の偏光ビームスプリッタは前記照明光学系から射出された光を前記第１色の光と前記第２色の光とに分離し、
前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記第１の偏光ビームスプリッタによって分離された前記第１色の光を前記第１の反射型光変調装置に導くと共に、前記第１の反射型光変調装置によって変調された前記第１色の色光を前記第４の偏光ビームスプリッタに導き、
前記第１の波長選択位相差板は、前記第１の偏光ビームスプリッタによって分離された前記第２色の光に含まれる前記第３の色光と前記第４の色光のうち、前記第３の色光の偏光方向のみを約９０°回転させ、
前記第３の偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長選択位相差板から射出された前記第３の色光と前記第４の色光を前記第２の反射型光変調装置と前記第３の反射型光変調装置に導くと共に、前記第２の反射型光変調装置および前記第３の反射型光変調装置によって変調された前記第３の色光および前記第４の色光を前記第２の波長選択位相差板に導き、
前記第２の波長選択位相差板は、前記第３の偏光ビームスプリッタから射出された前記第３の色光と前記第４の色光のうち、前記第３の色光の偏光方向のみを約９０°回転させ、
前記第４の偏光ビームスプリッタは、前記第２の偏光ビームスプリッタから射出された前記第１色の光と、前記第２の波長選択位相差板から射出された前記第３の色光と前記第４の色光とを合成して前記投写レンズに向けて射出すること、
を特徴とするプロジェクタ。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載の照明光学系と、
前記照明光学系から射出された光を第１色の光と第２色の光と第３色の光とに分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系により分離された前記第１色の光を画像信号に応じて変調する第１の透過型光変調装置と、
前記色分離光学系により分離された前記第２色の光を画像信号に応じて変調する第２の透過型光変調装置と、
前記色分離光学系により分離された前記第３色の光を画像信号に応じて変調する第３の透過型光変調装置と、
前記第１の透過型光変調装置、前記第２の透過型光変調装置、及び前記第３の透過型光変調装置によりそれぞれ変調された前記第１色の光、前記第２色の光、及び前記第３色の光を合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系により合成された光を投写する投写レンズと、
を有することを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光源から射出された光の面内照度分布を均一化する照明光学系、および、そのような光学系を有するプロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタとして、３個の反射型液晶パネルを使用するいわゆる３板式の反射型液晶プロジェクタが知られている。３板式の反射型液晶プロジェクタは、光源から発せられた光を、色分離系によって光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色光に分光し、分光した色光によって色光毎の３個の反射型液晶パネルを照明し、各反射型液晶パネルによって変調された３原色の光を色合成し、それにより得られるカラー画像を投写レンズによってスクリーン上に拡大投写する。
【０００３】
上述の反射型液晶プロジェクタでは、装置の小型化を重視して、光軸に対して４５°に配置したダイクロイック面を備えた光学素子を色分離や色合成に用いる場合が多い。しかし、このようなプロジェクタでは、ダイクロイック面の分光特性の偏光依存性によって色ムラを発生しやすく、高画質化が難しいと云う問題がある。
【０００４】
そこで、ダイクロイック面の特性を考慮して、色ムラが発生し難く、高画質化を実現する光学系が幾つか提案されている。例えば、特開平７−８４２１８号公報、特開平１１−６４７９４号公報には、ダイクロイック面に代えて、波長選択位相差板や分光機能を備えた偏光ビームスプリッタを使用して分光を行う光学系が提案されている。しかしながら、波長選択位相差板や分光機能を備えた偏光ビームスプリッタにおいて、急峻に変化する分光特性を実現することは難しく、高価なものになってしまうという課題があった。
【０００５】
従って、この発明は、特定の色光の偏光方向が他の色光のそれに対して約９０°異なる照明光を効率よく生成し、その様な照明光で被照明領域を均一な照度分布で照明できる照明光学系を提供することを目的とする。さらに、その様な照明光学系を適用することによって、色分離・合成光学系を構成するダイクロイック面における分光特性の偏光依存性を軽減し、高画質な投写画像を表示するプロジェクタを提供することを目的としている。
【発明の開示】
この発明による第１の照明光学系は、光源からの光を複数の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、それぞれの前記部分光束を第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離し、第１色の部分光束と第２色の部分光束をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、複数の偏光分離膜と複数の反射膜とが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記偏光分離膜を透過した光が射出される位置または前記反射膜によって反射された光が射出される位置に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光分離膜に入射する前記第１色の部分光束を第１の偏光方向に揃え、前記反射膜に入射する前記第２色の部分光束を第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、を有しているものである。
【０００６】
この構成によれば、光源からの光が、まず、光束分割光学素子によって複数の部分光束に分割および集光され、その複数の部分光束のそれぞれが、色光分離光学素子によって第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離される。分離された第１色、第２色の色光は、偏光ビームスプリッタアレイと偏光方向回転素子とを備えた偏光変換素子に入射し、色光毎に所望の偏光状態を有する第１色の部分光束と第２色の部分光束とに変換される。ここで、偏光ビームスプリッタアレイは一対の偏光分離膜と反射膜とを複数対配置した構造を有しており、偏光分離膜或いは反射膜の位置に対応させて偏光方向回転素子が、偏光ビームスプリッタアレイの射出側に位置選択的に配置されている。例えば、偏光分離膜の射出側にのみ偏光方向回転素子が配置される。したがって、第１色の部分光束と第２色の部分光束のうち、一方は偏光分離膜に入射し、他方は反射膜に選択的に入射する。さらに、第１色、第２色の部分光束は、それぞれ、偏光ビームスプリッタアレイにおいて２種類の偏光光束、すなわち、偏光分離膜を透過する第１の偏光方向を有する部分光束と偏光分離膜で反射される第２の偏光方向を有する部分光束とに分離される。この２種類の偏光光束のうち、一方の偏光光束の偏光方向がλ／２波長板のような位相差板（偏光方向回転素子）を通過することによって約９０°回転される。第１色の部分光束と第２色の部分光束は異なる膜（偏光分離膜と反射膜）に入射するため、第１色の部分光束は第１の偏光方向に、第２色の部分光束は第２の偏光方向にという具合に、第１色の部分光束と第２色の部分光束とは異なる偏光方向に揃えられることになる。
【０００７】
たとえば、第１色の部分光束はすべてＳ偏光、第２色の部分光束はすべてＰ偏光の光に揃えられる。そして、これらの部分光束は、重畳光学素子を介して被照明領域で重畳される。伝達光学素子は、各部分光束を被照明領域に伝達する機能を有している。この伝達光学素子は、偏光変換素子の入射側に配置することも、射出側に配置することも可能である。伝達光学素子を偏光変換素子の入射側に配置すれば、各部分光束を偏光変換素子に対して所定の角度で入射することが可能となり、偏光分離膜における偏光分離性能を高めやすい。よって、照明効率の点では、伝達光学素子を偏光変換素子の入射側に配置した方が有利である。一方、伝達光学素子を偏光変換素子の射出側に配置すれば、伝達光学素子に重畳光学素子の機能を持たせることにより、重畳光学素子と伝達光学素子とを一体の光学素子で構成することも可能である。よって、部品点数を削減したい場合には、伝達光学素子を偏光変換素子の射出側に配置した方が有利である。本発明による第１の照明光学系は、以上説明した通り、光源からの非偏光な光を、予め色光毎に偏光方向が揃った偏光光束に  変換しているため、照明光学系よりも光路下流側に配置されるダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタなどの光学要素の偏光依存性を軽減することができる。よって、照明効率を高めることが可能となる。
【０００８】
また、この発明による第２の照明光学系は、光源からの光を第１の色光と第２の色光とに分離し、第１の色光と第２の色光をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、前記第１の色光を複数の第１色の部分光束に分割し、前記第２の色光を複数の第２色の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、複数の偏光分離膜と複数の反射膜とが交互に配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記偏光分離膜を透過した光が射出される位置または前記反射膜によって反射された光が射出される位置に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光分離膜に入射する前記第１色の部分光束を第１の偏光方向を有する偏光光に揃え、前記反射膜に入射する前記第２色の部分光束を第２の偏光方向を有する偏光光に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、を有しているものである。
【０００９】
この構成によれば、光源からの光が、まず、色光分離光学素子によって第１の色光と第２の色光とに分離される。第１の色光と第２の色光は、光束分割光学素子によってそれぞれ複数の部分光束に分割および集光される。すなわち、第１の色光は第１色の部分光束に分割され、第２の色光は第２色の部分光束に分割される。これらの各部分光束は、偏光ビームスプリッタアレイと偏光方向回転素子とを備えた偏光変換素子に入射し、色光毎に所望の偏光状態を有する第１色の部分光束と第２色の部分光束に変換される。ここで、偏光ビームスプリッタアレイの構成は上述の第１の照明光学系と同じである。したがって、第１色の部分光束と第２色の部分光束のうち、一方は偏光分離膜に入射し、他方は反射膜に入射する。その後の作用は、先の第１の照明光学系と同じである。
【００１０】
第２の照明光学系の場合も、光源からの非偏光な光を、予め色光毎に偏光方向が揃った偏光光束に変換しているため、第１の照明光学系と同様の効果を得ることが可能である。さらに、第２の照明光学系では、色光分離光学素子が光源と光束分割素子との間に配置されるため、色光分離光学素子に平行性の高い光を入射させることができる。よって、色光分離光学素子において、色光の分離を一層高い効率で、確実に行うことが可能となる。なお、第２の照明光学系においても、第１の照明光学系の場合と同様、伝達光学素子を、偏光変換素子の入射側に配置することも、射出側に配置することも可能である。
【００１１】
また、この発明による第３の照明光学系は、光源からの光を複数の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、それぞれの前記部分光束を第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離し、第１色の部分光束と第２色の部分光束をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、複数の偏光分離膜が所定の間隔で配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記所定の間隔で配列され、前記偏光ビームスプリッタアレイの射出側に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられていない入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射されて前記偏光方向回転素子を透過する前記第１色の部分光束とを第１の偏光方向に揃え、前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられている入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過した後前記偏光方向回転素子を透過する前記第２色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射される前記第２色の部分光束とを第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、
前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、を有しているものである。
【００１２】
この構成によれば、光源からの光が、まず、光束分割光学素子によって複数の部分光束に分割および集光され、その複数の部分光束のそれぞれが、色光分離光学素子によって第１色の部分光束と第２色の部分光束とに分離される。分離された第１色、第２色の色光は、偏光ビームスプリッタアレイと偏光方向回転素子とを備えた偏光変換素子に入射し、色光毎に所望の偏光状態を有する第１色の部分光束と第２色の部分光束とに変換される。ここで、偏光ビームスプリッタアレイは偏光分離膜を複数配置した構造を有しており、偏光方向回転素子が、特定の偏光分離膜の位置に対応して偏光ビームスプリッタアレイの射出側に位置選択的に配置されている。例えば、一つ置きの偏光分離膜の射出側にのみ偏光方向回転素子が配置される。今、射出側に偏光方向回転素子を備えた偏光分離膜を偏光分離膜Ａ、射出側に偏光方向回転素子を備えない偏光分離膜を偏光分離膜Ｂと、便宜的に呼称する。したがって、第１色の部分光束と第２色の部分光束のうち、一方は偏光分離膜Ｂ入射し、他方は偏光分離膜Ａに選択的に入射する。偏光分離膜Ａ、Ｂでは、上述の偏光分離膜と同様に、入射した部分光束を透過する第１の偏光方向を有する部分光束と反射する第２の偏光方向を有する部分光束とに分離する。偏光分離膜Ｂを透過した部分光束は第１の偏光方向を有する部分光束として偏光変換素子から射出される。また、偏光分離膜Ｂで反射された部分光束は第２の偏光方向を有する部分光束であるが、隣接する偏光分離膜Ａで再度反射された後、λ／２波長板のような位相差板（偏光方向回転素子）を通過することで偏光方向を約９０°回転され、第１の偏光方向を有する部分光束として偏光変換素子から射出される。これに対して、偏光分離膜Ａを透過した部分光束は第１の偏光方向を有する部分光束であるが、λ／２波長板のような位相差板を通過することで偏光方向を約９０°回転され、第２の偏光方向を有する部分光束として偏光変換素子から射出される。また、偏光分離膜Ａで反射された部分光束は隣接する偏光分離膜Ｂで再度反射された後、第２の偏光方向を有する部分光束として偏光変換素子から射出される。
【００１３】
第１色の部分光束と第２色の部分光束は偏光方向回転素子の有無によって区別された偏光分離膜に入射するため、第１色の部分光束は第１の偏光方向に、第２色の部分光束は第２の偏光方向にという具合に、第１色の部分光束と第２色の部分光束とは異なる偏光方向に揃えられることになる。
【００１４】
たとえば、第１色の部分光束はすべてＰ偏光、第２色の部分光束はすべてＳ偏光の光に揃えられる。そして、これらの部分光束は、重畳光学素子を介して被照明領域で重畳される。その後の作用は、先の第１の照明光学系と同じである。
【００１５】
第３の照明光学系においては、先の第１及び第２の照明光学系の場合に比べて、偏光変換素子内における第１色及び第２色の部分光束のうち、最短の光路長を有する部分光束と最長の光路長を有する部分光束との間の光路長差を小さくできる。このため、被照明領域において、第１色の部分光束の拡大率と第２色の部分光束の拡大率とを容易に一致させることができる。この結果、照明効率を向上できる。また、上述の第１及び第２の照明光学系における偏光ビームスプリッタアレイは偏光分離膜と反射膜を備えているのに対して、第３の照明光学系における偏光ビームスプリッタアレイは偏光分離膜だけを備えて構成されているため、偏光ビームスプリッタアレイの構造が単純であり、製造が容易である。
【００１６】
また、この発明による第４の照明光学系は、光源からの光を第１の色光と第２の色光とに分離し、第１の色光と第２の色光をそれぞれ異なる方向に、または平行な状態で射出する色光分離光学素子と、前記第１の色光を複数の第１色の部分光束に分割し、前記第２の色光を複数の第２色の部分光束に分割して各部分光束を集光する光束分割光学素子と、複数の偏光分離膜が所定の間隔で配列された偏光ビームスプリッタアレイと、前記所定の間隔で配列され、前記偏光ビームスプリッタアレイの射出側に設けられた偏光方向回転素子とを具備し、前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられていない入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過する前記第１色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射されて前記偏光方向回転素子を透過する前記第１色の部分光束とを第１の偏光方向に揃え、前記偏光分離膜の射出側に前記偏光方向回転素子が設けられている入射側端面に入射し、前記偏光分離膜を透過した後前記偏光方向回転素子を透過する前記第２色の部分光束と、前記偏光分離膜で反射された後隣接する前記偏光分離膜で再度反射される前記第２色の部分光束とを第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換素子と、前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置され、前記光束分割光学素子によって形成される像を被照明領域に伝達する伝達光学素子と、前記偏光変換素子より射出される部分光束を被照明領域で重畳させる重畳光学素子と、を有しているものである。
【００１７】
この構成によれば、光源からの光が、まず、色光分離光学素子によって第１の色光と第２の色光とに分離される。第１の色光と第２の色光は、光束分割光学素子によってそれぞれ複数の部分光束に分割および集光される。すなわち、第１の色光は第１色の部分光束に分割され、第２の色光は第２色の部分光束に分割される。これらの各部分光束は、偏光ビームスプリッタアレイと偏光方向回転素子とを備えた偏光変換素子に入射し、色光毎に所望の偏光状態を有する第１色の部分光束と第２色の部分光束に変換される。ここで、偏光ビームスプリッタアレイの構成は上述の第３の照明光学系と同じである。したがって、第１色の部分光束は偏光分離膜Ｂに、第２色の部分光束は偏光分離膜Ａに、各々位置選択的に入射する。その後の作用は、上述の第３の照明光学系と同じである。
【００１８】
第４の照明光学系では、上述の第３の照明光学系と同様に、先の第１及び第２の照明光学系の場合に比べて、偏光変換素子内における第１色及び第２色の部分光束のうち、最短の光路長を有する部分光束と最長の光路長を有する部分光束との間の光路長差を小さくできる。このため、被照明領域において、第１色の部分光束の拡大率と第２色の部分光束の拡大率とを容易に一致させることができる。この結果、照明効率を向上できる。また、第３の照明光学系における偏光ビームスプリッタアレイと同様に、偏光ビームスプリッタアレイの構造が単純であり、製造が容易である。
【００１９】
上記第１、第２、第３、第４の照明光学系で使用する色光分離光学素子は、２つのミラー、２つのミラーを備えた一つの光学部品、反射型ホログラム、または、透過型ホログラムによって構成することが可能である。
【００２０】
色光分離光学素子を２つのミラーによって構成する場合は、第１のミラーを色分離を行うダイクロイックミラーとし、第２のミラーを反射ミラーとすれば良い。ダイクロイックミラーや反射ミラーは、一般的に反射率が高い。よって、このようなミラーを用いた構成とすれば、色光の分離を高い効率で、確実に行うことが可能となる。ここで、反射ミラーは、アルミニウム等の金属膜によって形成された一般的な反射ミラーだけでなく、特定の色光を反射するダイクロイックミラーによっても構成することが可能である。この様な構成によれば、色光分離光学素子によって照明光から不要光（例えば、赤外光、紫外光、黄色光などの特定の色光）を排除できるため、これらの照明光学系をプロジェクタに用いる場合には、プロジェクタに用いられる光変調装置の信頼性の向上や投写画像の高画質化が可能となる。なお、第２のミラーの機能は、第１のミラーを透過してきた特定の色光を反射することであるから、必ずしも第２のミラーをダイクロイックミラーとする必要は無い。しかし、ダイクロイックミラーを用いると、一般的な反射ミラーに比べて高い反射率を得やすいため、色光分離光学素子における光利用効率を高めるためには都合が良い。
【００２１】
さらに、２つのミラーを用いる場合、第１のミラーと第２のミラーは、以下のように配置することが好ましい。
【００２２】
（１）前記第１のミラーと前記第２のミラーとは互いに非平行であって、前記第１のミラーは前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置され、前記第２のミラーは前記光源の光軸に対して（４５−α）°の角度で配置されている。
【００２３】
（２）前記第１のミラーと前記第２のミラーは互いに非平行であって、前記第１のミラーは前記光源の光軸に対して（４５＋α）°の角度で配置され、前記第２のミラーは前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置されている。
【００２４】
（３）前記第１のミラーと前記第２のミラーは互いに非平行であって、前記第１のミラーは前記光源の光軸に対して（４５＋β）°の角度で配置され、前記第２のミラーは前記光源の光軸に対して（４５−β）°の角度で配置されている。
【００２５】
（４）前記第１のミラーと前記第２のミラーは、所定の間隔を隔て互いに平行に、前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置されている。
【００２６】
特に、（３）や（４）のような配置にすると、色光を所定の軸に対して対称に分離することができ、伝達光学素子の構成を簡素化する上で好ましい。
【００２７】
また、（１）から（３）の場合には、色光分離光学素子の機能は偏光変換素子へ向けて射出する光束の方向を第１色の部分光束と第２色の部分光束との間で異ならせることであるから、この機能を実現するためには、第１のミラーと第２のミラーとを互いに非平行な状態で配置すれば良いため、第１のミラーと第２のミラーの配置角度は上記の例に限定されない。但し、伝達光学素子に対する色光の入射角度に対応させて、伝達光学素子の光学特性を適宜設定する必要がある。
【００２８】
次に、色光分離光学素子を２つのミラーを備えた一つの光学部品で構成する場合について説明する。２つのミラーを備えた一つの光学部品としては、次のようなものが挙げられる。
【００２９】
（Ａ）板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に設けられたダイクロイックミラーと、他方の面に設けられた反射ミラーと、を備えた光学部品。
【００３０】
（Ｂ）板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に固着された直角プリズムと、他方の面に設けられた反射ミラーと、前記透光性部材と前記直角プリズムとの間に設けられたダイクロイックミラーと、を備えた光学部品。
【００３１】
（Ｃ）板状の透光性部材と、前記透光性部材の対向する２つの面のうち一方の面に固着された複数個の小寸法直角プリズムと、他方の面に設けられた反射ミラーと、前記透光性部材と前記直角プリズムとの間に設けられたダイクロイックミラーと、を備えた光学部品。
【００３２】
色光分離光学素子をこのような一つの光学部品とすれば、光学系の組み立てを容易化することが可能となる。また、（Ｂ）や（Ｃ）のような光学部品を用いれば、屈折率が１よりも大きな直角プリズムを介してダイクロイックミラーに光が入射するため、ダイクロイックミラーへの光の入射角度が狭められ、ダイクロイックミラーの分光特性を高められるとともに、光路シフトをなくすことができる。さらに、（Ｃ）のような光学部品を用いれば、プリズム部分の小型化が図られるため、色光分離光学素子を小型・軽量化することができる。なお、反射ミラーは、アルミニウム等の金属膜によって形成された一般的な反射ミラーだけでなく、特定の色光を反射するダイクロイックミラーによっても構成することが可能であり、上述の効果を得ることができる。第２のミラーの機能は、第１のミラーを透過してきた特定の色光を反射することであるから、必ずしも第２のミラーをダイクロイックミラーとする必要は無い。しかし、ダイクロイックミラーを用いると、一般的な反射ミラーに比べて高い反射率を得やすいため、色光分離光学素子における光利用効率を高めるためには都合が良い。
【００３３】
さらに、（Ａ）〜（Ｃ）の光学部品において、ダイクロイックミラーが設けられる一方の面と、反射ミラーが設けられる他方の面とは、以下のように配置することが好ましい。
【００３４】
（ａ）前記一方の面と前記他方の面とは互いに非平行であって、前記一方の面は前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置され、前記他方の面は前記光源の光軸に対して（４５−α）°の角度で配置されている。
【００３５】
（ｂ）前記一方の面と前記他方の面は互いに非平行であって、前記一方の面は前記光源の光軸に対して（４５＋α）°の角度で配置され、前記他方の面は前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置されている。
【００３６】
（ｃ）前記一方の面と前記他方の面は互いに非平行であって、前記一方の面は前記光源の光軸に対して（４５＋β）°の角度で配置され、前記他方の面は前記光源の光軸に対して（４５−β）°の角度で配置されている。
【００３７】
（ｄ）前記一方の面と前記他方の面は、所定の間隔を隔て互いに平行に、前記光源の光軸に対して４５°の角度で配置されている。
【００３８】
特に、（ｃ）や（ｄ）のような配置にすると、色光を所定の軸に対して対称に分離することができ、伝達光学素子の構成を簡素化する上で、好ましい。
【００３９】
また、（１）から（３）の場合には、色光分離光学素子の機能は偏光変換素子へ向けて射出する光束の方向を第１色の部分光束と第２色の部分光束との間で異ならせることであるから、この機能を実現するためには、一方の面と他方の面とを互いに非平行な状態で配置すれば良いため、一方の面と他方の面の配置角度は上記の例に限定されない。但し、伝達光学素子に対する色光の入射角度に対応させて、伝達光学素子の光学特性を適宜設定する必要がある。
【００４０】
最後に、色光分離光学素子を、反射型ホログラム素子や透過型ホログラム素子によって構成する場合について説明する。この場合は、色光分離光学素子を１つの板状のホログラムによって構成することができるため、色光分離光学素子の部品点数を減らすことができるとともに、照明光学系の小型、軽量化を図ることが可能となる。
【００４１】
この発明による照明光学系で使用する光束分割光学素子は、レンズアレイ、ミラーアレイ、複数の反射面を備えた導光ロッド等により構成することができる。ミラーアレイを用いると、レンズアレイや導光ロッドを用いた場合より安価になる。また、ミラーアレイや導光ロッドを用いると、レンズアレイにつきものの球面収差が発生しないため、集光性を高められ、照明効率を向上させることができる。
【００４２】
また、この発明による照明光学系において、さらに、前記偏光ビームスプリッタアレイの入射側に不要な色光の入射を遮るためのダイクロイックフィルターアレイを設けることが好ましい。このようにダイクロイックフィルターアレイを設ければ、分光特性における入射角依存性が比較的大きな色光分離光学素子を用いた場合でも、偏光ビームスプリッタアレイに対して不要な色光が入射することを回避でき、第１の色光と第２の色光との分離を確実に行うことができる。なお、伝達光学素子を偏光変換素子の入射側に配置する場合、ダイクロイックフィルターアレイは、伝達光学素子と偏光変換素子の間だけでなく、伝達光学素子の入射側に配置することもできる。
【００４３】
また、この発明による照明光学系において、前記色光分離光学素子は、緑色光と赤および青色光とを分離する色分解特性を有していることが好ましい。このようにすれば、色光分離光学素子における緑色光の選択特性を最適化しやすくなる。よって、このような構成とした照明光学系をプロジェクタに採用すれば、緑色光のコントラストと利用効率をより一層高め易くなり、より高いコントラストで明るい投写画像を表示することが可能となる。
【００４４】
さらに、以上に述べたような照明光学系を用いて、この照明光学系から射出された光を変調する光変調装置と、前記光変調装置によって変調された光を投写する投写レンズとを有するプロジェクタを構成すれば、照明光学系よりも光路下流側に配置された光学素子の偏光依存性を軽減することができ、投写画像の高画質化と明るさ向上を実現することが可能となる。
【００４５】
特に、この発明による照明光学系は、次のようなプロジェクタに採用することが好ましい。
【００４６】
（Ｉ）上述したような照明光学系と、前記照明光学系から射出された前記第１色の光を変調する第１の反射型光変調装置と、前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第３の色光を変調する第２の反射型光変調装置と、前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第４の色光を変調する第３の反射型光変調装置と、前記照明光学系から射出された光を前記第１色の光と前記第２色の光とに分離する偏光ビームスプリッタと、前記第２色の光を前記第３の色光と前記第４の色光とに分離するとともに前記第２の反射型光変調装置から射出された光と前記第３の反射型光変調装置から射出された光を合成して前記偏光ビームスプリッタに向けて射出する色光分離・合成素子と、を有し、前記第１の反射型光変調装置から射出された光と前記色光分離・合成素子から射出された光のうち、前記偏光ビームスプリッタによって選択された光を投写する投写レンズと、を有するプロジェクタ。
【００４７】
（II）上述したような照明光学系と、前記照明光学系から射出された光に含まれる前記第１色の光を変調する第１の反射型光変調装置と、前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第３の色光を変調する第２の反射型光変調装置と、前記照明光学系から射出された前記第２色の光に含まれる第４の色光を変調する第３の反射型光変調装置と、第１〜第４の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタとの間に設けられた第１の波長選択位相差板と、前記第３の偏光ビームスプリッタと前記第４の偏光ビームスプリッタとの間に設けられた第２の波長選択位相差板と、前記第４の偏光ビームスプリッタから射出された光を投写する投写レンズと、を備え、前記第１の偏光ビームスプリッタは前記照明光学系から射出された光を前記第１色の光と前記第２色の光とに分離し、前記第２の偏光ビームスプリッタは、前記第１の偏光ビームスプリッタによって分離された前記第１色の光を前記第１の反射型光変調装置に導くと共に、前記第１の反射型光変調装置によって変調された前記第１色の色光を前記第４の偏光ビームスプリッタに導き、前記第１の波長選択位相差板は、前記第１の偏光ビームスプリッタによって分離された前記第２色の光に含まれる前記第３の色光と前記第４の色光のうち、前記第３の色光の偏光方向のみを約９０°回転させ、前記第３の偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長選択位相差板から射出された前記第３の色光と前記第４の色光を前記第２の反射型光変調装置と前記第３の反射型光変調装置に導くと共に、前記第２の反射型光変調装置および前記第３の反射型光変調装置によって変調された前記第３の色光および前記第４の色光を前記第２の波長選択位相差板に導き、前記第２の波長選択位相差板は、前記第３の偏光ビームスプリッタから射出された前記第３の色光と前記第４の色光のうち、前記第３の色光の偏光方向のみを約９０°回転させ、前記第４の偏光ビームスプリッタは、前記第２の偏光ビームスプリッタから射出された前記第１色の光と、前記第２の波長選択位相差板から射出された前記第３の色光と前記第４の色光とを合成して前記投写レンズに向けて射出するプロジェクタ。
【００４８】
（III）上述したような照明光学系と、前記照明光学系から射出された光を第１色の光と第２色の光と第３色の光とに分離する色分離光学系と、前記色分離光学系により分離された前記第１色の光を画像信号に応じて変調する第１の透過型光変調装置と、前記色分離光学系により分離された前記第２色の光を画像信号に応じて変調する第２の透過型光変調装置と、前記色分離光学系により分離された前記第３色の光を画像信号に応じて変調する第３の透過型光変調装置と、前記第１の透過型光変調装置、前記第２の透過型光変調装置、及び前記第３の透過型光変調装置によりそれぞれ変調された前記第１色の光、前記第２色の光、及び前記第３色の光を合成する色合成光学系と、前記色合成光学系により合成された光を投写する投写レンズと、を有することを特徴とするプロジェクタ。
【００４９】
（Ｉ）、（II）、（III）のようなプロジェクタを構成すれば、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、偏光ビームスプリッタ等における分光特性の偏光依存性が軽減され、投写画像の高画質化と高輝度化、色光の分離や合成を行う光学系の低コスト化を同時に実現することが可能となる。また、（II）のような構成のプロジェクタでは、各色光がすべて２つの偏光ビームスプリッタを通過して投写レンズに至るから、プロジェクタの投写画像のコントラストをさらに高めることができる。なお、第１と第４の偏光ビームスプリッタをダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに置き換えることもでき、その場合には低コスト化を達成できる。さらに、本発明による上述の照明光学系は、第１色光、第２色光、及び第３色光の３つの色光のうち、１つの色光の偏光状態を他の２つの色光の偏光状態と異ならせて射出することができる。このため、通常、第１色の光、第２色の光、及び第３色の光をそれぞれ変調する３つの透過型光変調装置と、これらの透過型変調装置により変調された第１色の光、第２色の光、及び第３色の光を合成する色合成光学系とを備えた、所謂３板式のプロジェクタにおいては、色合成光学系における色光の合成効率を向上させるために透過型光変調装置の直前又は直後にλ／２波長板を配置して、色合成光学系に入射する少なくとも１つの色光の偏光状態を他の色光の偏光状態と異ならせているが、本発明の照明光学系を用いれば、その様な目的で使用されるλ／２波長板を省略できる。この結果、低コスト化を達成できる。
【００５０】
例えば、照明光学系が、緑色光をＳ偏光光、青色光及び赤色光をＰ偏光光として射出する構成の場合、透過型光変調装置の直前又は直後のλ／２波長板は不要である。また、照明光学系が、緑色光をＰ偏光光、青色光及び赤色光をＳ偏光光として射出する構成の場合、第１〜第３の全ての透過型光変調装置の直前又は直後に各透過型光変調装置ごとに同じ数のλ／２波長板が必要となるが、各色ごとの光路中において、それぞれ同じ数のλ／２波長板を配置しているため、色ムラを低減できる。
【００５１】
さらに、透過型光変調装置が有する表示特性によっては、この透過型光変調装置へ入射する光の偏光状態が限定されている場合もある。例えば、緑色光をＳ偏光光、青色光及び赤色光をＰ偏光光として透過型光変調装置に入射させる場合、（III）に記載したプロジェクタの構成は効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下に添付の図を参照して、この発明にかかる照明光学系およびプロジェクタの実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
第１図は、この発明による照明光学系を含むプロジェクタの一つの実施の形態を示している。このプロジェクタは、照明光学系１０と、色分離・合成光学系１００と、光変調装置としての３個の反射型液晶パネル２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂと、投写レンズ２１０とを有している。
【００５３】
照明光学系１０は、ほぼ平行な光束を射出する光源２０と、光束分割光学素子をなす第１のレンズアレイ３０と、色光分離光学素子４０と、偏光変換素子５０と、伝達光学素子をなす第２のレンズアレイ６０と、重畳光学素子である重畳レンズ７０とを備えており、色光毎に偏光方向がほぼ揃った照明光束を生成する機能を有している。
【００５４】
光源２０は、光源ランプ２１と凹面鏡２２とを有している。光源ランプ２１から放射された光は、凹面鏡２２によって一方向に反射され、ほぼ平行な光線束となって第１のレンズアレイ３０に入射する。ここで、光源ランプ２１としては、メタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等を、凹面鏡２２としては、放物面リフレクタ、楕円面リフレクタ、球面リフレクタ等を使用できる。
【００５５】
第１のレンズアレイ３０は、被照明領域とほぼ相似関係にある輪郭形状を有する複数の小レンズ３１をＭ行Ｎ列のマトリックス状に配列した構成を有している。本実施の形態の場合、被照明領域は反射型液晶パネルの表示領域であり、その輪郭は矩形状であるため、小レンズ３１も矩形状の輪郭形状に設定されている。各小レンズ３１は、光源２０から入射したほぼ平行な光束を複数（Ｍ×Ｎ個）の部分光束に分割し、偏光変換素子５０の近傍で各部分光束を個別に集光する。換言すれば、第１のレンズアレイ３０の部分光束が集光する位置に偏光変換素子５０が配置されている。
【００５６】
色光分離光学素子４０は、第１のレンズアレイ３０と第２のレンズアレイ６０との間に配置され、第１のミラーとしてのダイクロイックミラー４１と、第１のミラー４１の背面側に配置された第２のミラーとしての反射ミラー４２とを備えている。ダイクロイックミラー４１は、第１６図に示されているような分光特性を有しており、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）とを反射し、緑色光（Ｇ）を透過する。反射ミラー４２はアルミニウム等の金属膜によって形成された一般的な反射ミラー、或いは、緑色光（Ｇ）を反射するダイクロイックミラーにより構成されている。反射ミラー４２の機能は、ダイクロイックミラー４１を透過してきた特定の色光を反射することであるから、必ずしもダイクロイックミラーを用いる必要はないが、一般的な反射ミラーに比べてダイクロイックミラーでは高い反射率を得やすいため、色光分離光学素子４０における光利用効率を高めるためには都合がよい。なお、ダイクロイックミラーは誘電体多層膜によって形成することができる。
【００５７】
これにより、ダイクロイックミラー４１は、第１のレンズアレイ３０から射出された部分光束のすべてを、緑色光（Ｇ）である第１色の部分光束と、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）との合成色である第２色の部分光束とに分離する。
【００５８】
ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２は互いに非平行な状態にあり、ダイクロイックミラー４１は光源２０の光軸Ｌａに対して４５°の角度で配置され、反射ミラー４２は光源２０の光軸Ｌａに対して（４５−α）°の角度で配置されている（但し、α＞０）。ダイクロイックミラー４１を光源２０の光軸Ｌａに対して（４５＋α）°の角度で配置し、反射ミラー４２を光源２０の光軸Ｌａに対して４５°の角度で配置するようにしても良い。
【００５９】
色光分離光学素子４０は、ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２の配置角度の違いから、第１色の部分光束（Ｇ）と第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）を、第２のレンズアレイ６０へ向けてそれぞれ異なる方向に射出する。言い換えれば、色光分離光学素子４０の機能は、第２のレンズアレイ６０へ向けて射出する光束の方向を第１色の部分光束と第２色の部分光束との間で異ならせることであるから、この機能を実現するためには、ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２とを互いに非平行な状態で配置すれば良い。したがって、ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２は上記以外の角度で配置することもできる。但し、後述するように、第２のレンズアレイ６０に対する色光の入射角度に対応させて、第２のレンズアレイ６０を構成するレンズ６１、６２の形状や光学特性を設定することが必要となる。
【００６０】
第２のレンズアレイ６０は、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のそれぞれに対応する同心レンズ６１と、第１色の部分光束（Ｇ）のそれぞれに対応する偏心レンズ６２との対を、Ｍ行Ｎ列のマトリックス状に配列した構成を有している。第２のレンズアレイ６０は、同心レンズ６１によって第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のそれぞれを偏光変換素子５０の後述する偏光分離膜５４に入射させ、偏心レンズ６２によって第１色の部分光束（Ｇ）のそれぞれを偏光変換素子５０の後述する反射膜５５に入射させる。
【００６１】
ここで、同心レンズ６１はレンズ体の物理的中心に光軸を有するレンズであり、偏心レンズ６２はレンズ体の物理的中心から離れたところに光軸を有するレンズである。これらのレンズ６１、６２は、入射する部分光束を効率よく被照明領域である液晶パネルに伝達する機能と、各部分光束を偏光変換素子５０に対して所定の角度で入射させる機能を有している。本実施の形態の場合は、各部分光束を偏光変換素子５０に対してほぼ垂直に入射させている。ダイクロイックミラー４１と光軸Ｌａとの成す角度は４５°であるため、第２色の各部分光束（Ｂ＋Ｒ）は偏光変換素子５０に対してほぼ垂直に入射する。よって、これらの部分光束に対するレンズは同心レンズ６１となっている。一方、反射ミラー４２と光軸Ｌａとの成す角度は（４５−α）°であるため、第１色の各部分光束（Ｇ）は偏光変換素子５０に対して僅かに斜めに入射する。よって、これらの部分光束に対するレンズは偏心レンズ６２となっている。すなわち、偏心レンズ６２で部分光束の光軸を曲げ、偏光変換素子５０に対してほぼ垂直に入射するように構成されている。
【００６２】
ダイクロイックミラー４１を光源２０の光軸Ｌａに対して（４５＋α）°の角度で配置し、反射ミラー４２を光源２０の光軸Ｌａに対して４５°の角度で配置するようにする場合は、同心レンズ６１の位置と偏心レンズ６２の位置とを入れかえ、偏心レンズ６２の向きを第１図とは逆（レンズ厚の薄い部分が光源２０側に来る）に設定すれば良い。なお、後述する偏光分離膜５４における偏光分離性能を高めやすいため、各部分光束を偏光変換素子５０に対してほぼ垂直に入射させる設定が望ましいが、偏光分離膜５４の偏光分離特性は膜設計によって変化させることが可能である。したがって、偏光分離膜５４や反射膜５５の光学特性によっては、第２のレンズアレイ６０を偏光変換素子５０の射出側に配置することができる。この場合、第２のレンズアレイ６０は、入射する部分光束を被照明領域である液晶パネルに伝達する機能のみを有する。また、この場合、第２のレンズアレイ６０に後述する重畳レンズ７０の機能を併せ持たせることもできる。
【００６３】
偏光変換素子５０は、偏光ビームスプリッタアレイ５１と、偏光ビームスプリッタアレイ５１の射出側に配置された偏光方向回転素子としてのλ／２波長板５２とにより構成されている。
【００６４】
偏光ビームスプリッタアレイ５１は、第２図に示されているように、断面形状が平行四辺形の柱状の透光性部材５３を複数個貼り合わせた構成となっている。透光性部材５３としては、光学ガラスを用いるのが一般的であるが、その他の材料（例えば、プラスチックや結晶）であっても構わない。隣接する透光性部材５３の貼り合わせ界面には、偏光分離膜５４と反射膜５５とを交互に配置している。偏光分離膜５４と反射膜５５は、偏光変換素子５０の入射端面５１ａに対して約４５°傾斜している。また、偏光分離膜５４と反射膜５５とは対をなしており、その対の数は、第１のレンズアレイ３０の列数Ｎあるいは行数Ｍに対応している。
【００６５】
偏光分離膜５４は、誘電体多層膜等により構成され、非偏光な光を偏光方向が互いに直交する２種類の直線偏光光に分離する。例えば、Ｐ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離特性を有している。また、反射膜５５は、誘電体多層膜や金属膜等によって構成される。
【００６６】
λ／２波長板５２は、偏光分離膜５４を透過した光が射出される位置に設けられており、透過する偏光光の偏光方向を９０°回転させる。これは、Ｐ偏光光をＳ偏光光に、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換することを意味する。
【００６７】
この実施の形態では、偏光変換素子５０は、偏光ビームスプリッタアレイ５１とλ／２波長板５２との組み合わせにより、偏光分離膜５４に入射する第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）をすべて第２の偏光方向を有する偏光光としてのＳ偏光光に変換し、反射膜５５に入射する第１色の部分光束（Ｇ）をすべて第１の偏光方向を有する偏光光としてのＰ偏光光に変換する。なお、変換の過程については後述する。勿論、λ／２波長板５２を反射膜５５で反射した光が射出される位置に設け、第１色の部分光束（Ｇ）をＳ偏光光に、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）をＰ偏光光に変換する構成を採用することもできる。
【００６８】
重畳レンズ７０は、偏光変換素子５０の射出側に配置され、偏光変換素子５０より射出される部分光束のすべてを被照明領域、すなわち、３個の反射型液晶パネル２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ上で重畳させる。色分離・合成光学系１００の入光部近傍には、平行化レンズ９９が配置され、被照明領域に至る各部分光束の中心光路が照明光軸Ｌとほぼ平行となるように変換し、被照明領域における照明効率を向上させている。
【００６９】
つぎに、色分離・合成光学系１００について説明する。色分離・合成光学系１００は、偏光ビームスプリッタ１１０と、色光分離・合成素子をなすダイクロイックプリズム１２０とを有している。偏光ビームスプリッタ１１０は、２個の直角プリズム１１１、１１２の互いの接合面に偏光光分離膜１１３が形成された光学素子であり、一つの入射端面１１４と、一つの射出端面１１５と、二つの入射・射出端面１１６、１１７を有している。偏光光分離膜１１３は、誘電体多層膜等により構成され、例えばＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離特性を有している。
【００７０】
偏光ビームスプリッタ１１０の入射端面１１４は平行化レンズ９９と対向して照明光学系１０からの光の入口面になっている。偏光ビームスプリッタ１１０の射出端面１１５に投写レンズ２１０が対向配置され、入射・射出端面１１６に反射型液晶パネル２００Ｇが対向配置されている。
【００７１】
ダイクロイックプリズム１２０は、２個の直角プリズム１２１、１２２の互いの接合面にダイクロイック面１２３が形成された光学素子であり、３つの入射・射出端面１２４、１２５、１２６を有している。ダイクロイック面１２３は、誘電体多層膜等により構成され、少なくとも赤色光を反射する色分離特性を有している。ダイクロイックプリズム１２０の入射・射出端面１２４は偏光ビームスプリッタ１１０の入射・射出端面１１７と接合されており、入射・射出端面１２５に反射型液晶パネル２００Ｂが、もう一つの入射・射出端面１２６に反射型液晶パネル２００Ｒが、それぞれ対向配置されている。
【００７２】
つぎに、上述の構成によるプロジェクタの光学系の機能について説明する。光源２０からの光は、第１のレンズアレイ３０の各小レンズ３１によって複数の部分光束に分割され、色光分離光学素子４０に入射する。各部分光束は色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１によって、緑色光（Ｇ）である第１色の部分光束と、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）との合成色である第２色の部分光束とに分離され、第２色の各部分光束はダイクロイックミラー４１で反射して第２のレンズアレイ６０の同心レンズ６１を経て偏光ビームスプリッタアレイ５１の偏光分離膜５４に入射する。一方、第１色の各部分光束はダイクロイックミラー４１を透過し、反射ミラー４２で反射して第２のレンズアレイ６０の偏心レンズ６２を経て偏光ビームスプリッタアレイ５１の反射膜５５に入射する。
【００７３】
偏光ビームスプリッタアレイ５１の偏光分離膜５４に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、偏光分離膜５４を透過するＰ偏光光と反射するＳ偏光光とに分離される。偏光分離膜５４を透過したＰ偏光光はλ／２波長板５２を通過することによって偏光方向を９０°回転し、Ｓ偏光光に変換される。これに対して、偏光分離膜５４で反射したＳ偏光光は隣接する反射膜５５で再度反射され、偏光分離膜５４を透過した偏光光とほぼ同じ方向に向かうが、この偏光光はλ／２波長板５２を通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光のままである。よって、偏光分離膜５４に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、Ｓ偏光光に揃えられて偏光変換素子５０から射出される。
【００７４】
一方、偏光ビームスプリッタアレイ５１の反射膜５５に入射した第１色の部分光束（Ｇ）は、反射膜５５を経て偏光分離膜５４に入射するため、第１色の部分光束（Ｇ）が偏光分離膜５４に入射する方向は、上記の第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）に対して９０°異なっている。したがって、反射膜５５を経て偏光分離膜５４で反射したＳ偏光光はλ／２波長板５２を通過することによって偏光方向を９０°回転し、Ｐ偏光光に変換される。これに対して、反射膜５５を経て偏光分離膜５４を透過したＰ偏光光は隣接する別の反射膜５５で反射され、偏光分離膜５４で反射した偏光光とほぼ同じ方向に向かうが、この偏光光はλ／２波長板５２を通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｐ偏光光のままである。よって、反射膜５５に入射した第１色の部分光束（Ｇ）は、Ｐ偏光光に揃えられて偏光変換素子５０から射出される。
【００７５】
なお、第２図において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。このルールは、第１図の色分離・合成光学系１００部分における光線表示についても、同様である。
【００７６】
偏光変換素子５０より射出される第１色の各部分光束（Ｇ）と第２色の各部分光束（Ｂ＋Ｒ）は重畳レンズ７０によって被照明領域である３個の反射型液晶パネル２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂ上で重畳される。
【００７７】
入射端面１１４を通って色分離・合成光学系１００の偏光ビームスプリッタ１１０に入射した光束のうち、第１色の部分光束（Ｇ）は、すべてＰ偏光光であるから、偏光ビームスプリッタ１１０の偏光光分離膜１１３を透過して直進し、入射・射出端面１１６より反射型液晶パネル２００Ｇに入射する。第１色の部分光束（Ｇ）は、反射型液晶パネル２００Ｇによって図示しない外部からの画像情報に応じて変調され、変調の度合いによって部分的にＳ偏光光を含んだ光束に変換されると共に、反射型液晶パネル２００Ｇで反射して入射・射出端面１１６に戻り、偏光ビームスプリッタ１１０の偏光光分離膜１１３に入射する。第１色の部分光束（Ｇ）のうち、変調されてＳ偏光光に変換された光束は、偏光光分離膜１１３で反射して射出端面１１５を通って投写レンズ２１０に入射する。なお、反射型液晶パネル２００Ｒ、２００Ｇ、２００Ｂについては周知であるため、その構造や動作に関する詳細な説明は省略する。
【００７８】
一方、入射端面１１４を通って色分離・合成光学系１００の偏光ビームスプリッタ１１０に入射した光束のうち、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、すべてＳ偏光光であるから、偏光ビームスプリッタ１１０の偏光光分離膜１１３にて反射し、ダイクロイックプリズム１２０のダイクロイック面１２３に入射する。ダイクロイックプリズム１２０のダイクロイック面１２３に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のうち、赤色光は、ダイクロイック面１２３で反射し、入射・射出端面１２６より反射型液晶パネル２００Ｒに入射する。赤色光は、反射型液晶パネル２００Ｒによって変調され、変調の度合いによって部分的にＰ偏光光を含んだ光束に変換されると共に、反射型液晶パネル２００Ｒで反射して入射・射出端面１２６に戻り、ダイクロイック面１２３で反射し、偏光ビームスプリッタ１１０の偏光光分離膜１１３に入射する。赤色光のうち、変調されてＰ偏光光に変換された光束は、偏光光分離膜１１３を透過して射出端面１１５を通って投写レンズ２１０に入射する。
【００７９】
さらに、ダイクロイックプリズム１２０のダイクロイック面１２３に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のうち、青色光は、ダイクロイック面１２３を透過し、入射・射出端面１２５を通って反射型液晶パネル２００Ｂに入射する。赤色光と同様に青色光は、反射型液晶パネル２００Ｂで変調されると共に、反射して入射・射出端面１２５に戻り、ダイクロイック面１２３を透過して偏光ビームスプリッタ１１０の偏光光分離膜１１３に入射する。青色光のうち、変調されてＰ偏光光に変換された光束は偏光光分離膜１１３を透過して射出端面１１５を通って投写レンズ２１０に入射する。
【００８０】
ダイクロイックプリズム１２０としては、第１７図に例示するような、分光特性に大きな偏光依存性を有しているものを使用することができる。ダイクロイックプリズム１２０で分光されるのは、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）であるため、入射されない緑色光（Ｇ）の波長に相当する波長領域を大きな偏光依存性を示す過渡的な波長領域に割り当てることができる。そのため、ダイクロイックプリズム１２０において赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）の分離と合成を効率良く行え、高画質化と高輝度化を実現できる。もちろん、ダイクロイック面の構成の仕方によっては、偏光依存性の小さな分光特性を有するダイクロイックプリズムを実現することも可能であるが、特殊な成膜材料を使用したり、成膜数が多くなるため、低コスト化が難しい。
【００８１】
以上のような構成により、ダイクロイックプリズム１２０における分光特性の偏光依存性を軽減でき、ダイクロイックプリズム１２０を色分離・合成光学系に使用したプロジェクタにおいて、投写画像の高画質化と色分離・合成光学系の低コスト化を同時に実現することが可能となる。また、第１色の部分光束（Ｇ）は偏光ビームスプリッタ１１０のみを通過する構成のため、明るさへの影響が大きな緑色光の光利用効率が高く、高輝度化を容易に実現できる。さらに、照明光学系１０においては、光源２０からの非偏光な光束を、予め色光毎に偏光方向が揃った偏光光束に変換した後、色分離・合成光学系１００に入射しているので、照明効率を高めることが可能となる。
（実施の形態２）
第３図は、この発明による照明光学系を含むプロジェクタの他の実施の形態を示している。この実施の形態は、先に説明した実施の形態１と、色光分離光学素子４０のミラー４１、４２の配置、並びに、ダイクロイックフィルターアレイ５６が設けられている点において異なる。その他の構成については、実施の形態１と同様である。なお、本実施の形態を含めて、以降に説明する各実施の形態において、既に説明済みの各構成要素と同様の構成要素については、第１図及び第２図に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。また、第３図の色分離・合成光学系１００において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。
【００８２】
この実施の形態では、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２は互いに非平行で、ダイクロイックミラー４１は光源２０の光軸Ｌａに対して（４５＋β）°の角度で配置され、反射ミラー４２は光源２０の光軸Ｌａに対して（４５−β）°の角度で配置されている（但し、β＞０）。
【００８３】
また、偏光ビームスプリッタアレイ５１の入射側には、偏光分離膜５４と反射膜５５の各々に所定の色光ではない不要な色光が入射することを防止するためのダイクロイックフィルターアレイ５６が設けられている。本実施の形態では、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は偏光分離膜５４に、第１色の部分光束（Ｇ）は反射膜５５に入射するように設定しているため、偏光ビームスプリッタアレイ５１の偏光分離膜５４に対応する入射開口部５４Ａには、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のみを透過させ、第１色の部分光束（Ｇ）を遮るフィルター５８が、また、反射膜５５に対応する入射開口部５５Ａには、第１色の部分光束（Ｇ）のみを透過させ、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）を遮るフィルター５７が各々配置されて、ダイクロイックフィルターアレイ５６を構成している。
【００８４】
この実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。さらに、この実施の形態では、ダイクロイックミラー４１が光源２０の光軸Ｌａに対して（４５＋β）°の角度で配置され、反射ミラー４２が光源２０の光軸Ｌａに対して（４５−β）°の角度で配置され、ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２が、光源２０の光軸Ｌａと４５°の角度を成す軸Ｌｃに対して各々の交角が等しくなるように配置されることから、色光分離光学素子４０において第１色の部分光束と第２色の部分光束の２つの色光を光軸Ｌａと直交する光軸Ｌｂに対して対称な角度で分離することができる。したがって、第２のレンズアレイ６０のレンズ６３を、上述の実施の形態１における同心レンズ６１と偏心レンズ６２とを一つに統合したもので構成できる。これにより、第２のレンズアレイ６０を第１のレンズアレイ３０と同等品で構成でき、さらなるコストダウンを図ることができる。さらに、ダイクロイックミラー４１への部分光束の入射角度（４５−β）°を４５°よりも小さくできるため、ダイクロイックミラー４１の分光特性における入射角依存性を低減でき、第１色の部分光束と第２色の部分光束との分離をより精度良く確実に行うことができる。
【００８５】
また、偏光ビームスプリッタアレイ５１の入射側には、ダイクロイックフィルターアレイ５６が設けられている。したがって、分光特性における入射角依存性が比較的大きなダイクロイックミラー４１を用いた場合でも、偏光ビームスプリッタアレイ５１に対して不要な色光が入射することを回避でき、第１色の部分光束と第２色の部分光束との分離を確実に行うことができる。なお、ダイクロイックフィルターアレイ５６は第２のレンズアレイ６０の前面に配置することもできる。
（実施の形態３）
第４図は、この発明による照明光学系を含むプロジェクタの他の実施の形態を示している。この実施の形態は、先に説明した実施の形態２と、主に色光分離光学素子４０のミラー４１、４２の配置と第２のレンズアレイ６０の構成が異なる。その他の構成については、実施の形態２と同様である。なお、第４図の色分離・合成光学系１００において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。
【００８６】
この実施の形態では、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２は互いに平行で、光軸Ｌａの方向に沿って、所定量ｔの間隔を隔てて配置されている。ここで、所定量ｔは偏光ビームスプリッタアレイ５１を構成する偏光分離膜５４と反射膜５５の偏光ビームスプリッタアレイ５１の入射端面５１ａに沿った方向における間隔にほぼ等しい。ダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２は、いずれも、光源２０の光軸Ｌａに対して４５°の角度で配置されている。
【００８７】
この実施の形態においても、上述の実施の形態１と同様の効果を得ることが可能である。
【００８８】
さらに、この実施の形態では、このような構成の色光分離光学素子４０を用いることによって、第１色の部分光束（Ｇ）と第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）を互いに平行な状態で、それぞれ異なる位置に射出することができる。したがって、第１色の部分光束（Ｇ）と第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）の両方を第２のレンズアレイ６０に対して垂直に入射させられるため、第２のレンズアレイ６０は同心レンズ６１のみによって構成したものを用いることができる。これにより、第２のレンズアレイ６０の構成を簡略化できるため、さらなるコストダウンを図ることができる。
（実施の形態４）
第５図は、この発明による照明光学系を含むプロジェクタの他の実施の形態を示している。この実施の形態は、先に説明した実施の形態２と、色分離・合成光学系の構成が異なる。また、偏光変換素子５０のλ／２波長板５２の位置も異なっている。その他の構成については、実施の形態２と同様である。また、第５図の後述する色分離・合成光学系１３０において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。
【００８９】
この実施の形態では、偏光変換素子５０のλ／２波長板５２は、反射膜５５で反射した光が射出される位置に設けられており、反射膜５５から射出された光の偏光面を９０°回転させる。これにより、第１色の部分光束（Ｇ）は、すべてＳ偏光光となり、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、すべてＰ偏光光となる。
【００９０】
この実施の形態では、色分離・合成光学系１３０は田の字形に配置された直方体形状の第１から第４の偏光ビームスプリッタ１４０、１５０、１６０、１７０と、第１の偏光ビームスプリッタ１４０と第３の偏光ビームスプリッタ１６０との間に配置された波長選択位相差板１８０と、第３の偏光ビームスプリッタ１６０と第４の偏光ビームスプリッタ１７０との間に配置された波長選択位相差板１８１とを有して構成されている。
【００９１】
第１の偏光ビームスプリッタ１４０は、２個の直角プリズム１４１、１４２の互いの接合面に偏光光分離膜１４３が形成された直方体状の光学素子であり、偏光光分離膜１４３は、誘電体多層膜等により構成され、たとえばＰ偏光光のみを透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離特性を有している。他の第２から第４の偏光ビームスプリッタ１５０、１６０、１７０も、第１の偏光ビームスプリッタ１４０と同様の構成と類似の偏光分離特性を有している。なお、図において、１５１、１５２、１６１、１６２、１７１、１７２は直角プリズムを示す。
【００９２】
波長選択位相差板１８０、１８１は、第１８図に示されているような光学的特性を有しており、少なくとも、透過する赤色光に対しては位相変化を与えず透過する青色光に対してλ／２の位相変化を与えることで青色光の偏光方向を９０°回転させるものである。色分離・合成光学系１３０では、第１の偏光ビームスプリッタ１４０の入射端面１４４は平行化レンズ９９と対向して照明光学系１０からの光の入口面となっており、第２の偏光ビームスプリッタ１５０の入射・射出端面１５４に反射型液晶パネル２００Ｇが対向配置され、第３の偏光ビームスプリッタ１６０の２つの入射・射出端面１６４、１６５に２つの反射型液晶パネル２００Ｂ、２００Ｒが対向配置され、第４の偏光ビームスプリッタ１７０の射出端面１７４に投写レンズ２１０が対向配置されている。
【００９３】
照明光学系１０から射出された光のうち、Ｐ偏光光である第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は第１の偏光ビームスプリッタ１４０の偏光光分離膜１４３を透過して波長選択位相差板１８０に入射し、Ｓ偏光光である第１の色光（Ｇ）は偏光光分離膜１４３で反射して第２の偏光ビームスプリッタ１５０に入射する。
【００９４】
第２の偏光ビームスプリッタ１５０は、第１の偏光ビームスプリッタ１４０よりのＳ偏光光である第１色の部分光束（Ｇ）を反射型液晶パネル２００Ｇに導くと共に、反射型液晶パネル２００Ｇによって光変調されてＰ偏光光となった第１色の部分光束（Ｇ）を第４の偏光ビームスプリッタ１７０に導く。
【００９５】
波長選択位相差板１８０は、第１の偏光ビームスプリッタ１４０よりの第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）に含まれる青色光と赤色光のうち、青色光の偏光方向のみを約９０°回転させる。これにより、第３の偏光ビームスプリッタ１６０には、Ｐ偏光光の赤色光と、Ｓ偏光光の青色光とが入射し、偏光方向の違いによって分離される。すなわち、Ｐ偏光光の赤色光は偏光ビームスプリッタ１６０の偏光光分離膜１６３を透過して反射型液晶パネル２００Ｒに至り、Ｓ偏光光の青色光は偏光光分離膜１６３で反射して反射型液晶パネル２００Ｂに至る。反射型液晶パネル２００Ｒ、反射型液晶パネル２００Ｂによって光変調された赤色光と青色光は、第３の偏光ビームスプリッタ１６０に戻り合成されて、波長選択位相差板１８１に入射する。
【００９６】
波長選択位相差板１８１は、第３の偏光ビームスプリッタ１６０よりの青色光（Ｐ偏光光）と赤色光（Ｓ偏光光）のうち、青色光の偏光方向のみを約９０°回転させる。これにより、第４の偏光ビームスプリッタ１７０には、Ｓ偏光光の赤色光と、Ｓ偏光光の青色光とが入射する。第４の偏光ビームスプリッタ１７０の偏光光分離膜１７３は、第２の偏光ビームスプリッタ１５０よりのＰ偏光光の緑色光を透過し、第３の偏光ビームスプリッタ１６０よりのＳ偏光光の赤色光とＳ偏光光の青色光を反射し、これら３色光を合成して投写レンズ２１０に向けて射出する。
【００９７】
本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施の形態では、各色光がすべて２つの偏光ビームスプリッタを通過して投写レンズ２１０に至るから、プロジェクタの投写画像のコントラストを高めることができる。なお、第１色の部分光束（Ｇ）をＰ偏光光、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）をＳ偏光光とし、第２の偏光ビームスプリッタ１５０の側に青色光用と赤色光用の２つの反射型液晶パネル２００Ｂ、２００Ｒを、第３の偏光ビームスプリッタ１６０の側に緑色光用の反射型液晶パネル２００Ｇを配置した構成としても良い。その場合には、緑色光のコントラストをより一層高めることが可能となるため、より高いコントラストの投写画像を表示することができる。本実施の形態では、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１、反射ミラー４２を実施の形態２で説明した角度で配置しているが、実施の形態１や実施の形態３で説明した角度で配置するようにしても良い。
【００９８】
また、第１の偏光ビームスプリッタ１４０は、緑色光（Ｇ）のみを反射し、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）を透過させるダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに、また、第４の偏光ビームスプリッタ１７０は、緑色光（Ｇ）のみを透過し、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）を反射させるダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに、それぞれ置き換えることができる。さらに、後者を採用した場合には、波長選択位相差板１８１を省略することもできる。この様な構成を採用すれば、低コスト化を実現しやすい点で都合がよい。
（実施の形態５）
第６図は、この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態５を示している。この実施の形態は、透過型の光変調装置、及びそれに対応した色分離光学系及び色合成光学系を用いる点が先に説明した実施の形態１〜４と異なる。本実施の形態の照明光学系１０として、上記実施の形態１〜４のいずれかの実施形態に用いられている照明光学系１０も適用できる。本実施の形態では、代表例として実施の形態１の照明光学系１０を適用した構成を説明する。
ただし、λ／２波長板５２の位置は、第１図の照明光学系１０で示す位置から隣接する位置へシフトさせて配置している。これにより、第１色の部分光束（Ｇ）をＳ偏光光、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）をＰ偏光光として射出できる。
なお、本実施の形態において実施の形態１と同様である部分は第１図に付した符号と同一の符号を付けて、重複する説明を省略する。また、第６図において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。
【００９９】
まず、照明光学系１０から射出された光のうち、Ｓ偏光光である第１色の部分光束（Ｇ）について説明する。照明光学系１０からの第１色の部分光束（Ｇ）は、ダイクロイックミラー５０１に入射する。ここで、ダイクロイックミラー５０１は、赤色光を透過し、緑色光及び青色光を反射させる光学特性に設定されている。ダイクロイックミラー５０１で反射された緑色光は、ダイクロイックミラー５０３に入射する。ここで、ダイクロイックミラー５０３は、青色光を透過し、緑色光を反射させる光学特性に設定されている。ダイクロイックミラー５０３で反射された緑色光は、平行化レンズ５１０Ｇを経由して緑色光用の透過型光変調装置５２０Ｇに入射し、透過型光変調装置５２０Ｇによって図示しない外部からの画像情報に応じて変調され、変調の度合いによってＰ偏光光として射出される。なお、後述する３つの透過型光変調装置の前後には、入射側に入射光の偏光度を高めるためと射出側に不要な偏光光を排除するための一対の偏光板がそれぞれ配置されているが、第６図ではその表記を省略している。
【０１００】
次に、第２色光の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のうち赤色光について説明する。照明光学系１０からの第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、ダイクロイックミラー５０１に入射する。ダイクロイックミラー５０１を透過した赤色光は、反射ミラー５０２で光路を略９０°折り曲げられた後、平行化レンズ５１０Ｒを経由して赤色光用の透過型光変調装置５２０Ｒに入射する。透過型光変調装置５２０Ｒに入射したＰ偏光光である赤色光は、透過型光変調装置５２０Ｒによって図示しない外部からの画像情報に応じて変調され、変調の度合いによってＳ偏光光として射出される。
【０１０１】
次に、第２色光の部分光束（Ｂ＋Ｒ）のうち青色光について説明する。照明光学系１０からの第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、ダイクロイックミラー５０１に入射する。ダイクロイックミラー５０１で反射された青色光は、ダイクロイックミラー５０３を透過した後、第１のリレーレンズＬ１、反射ミラー５０４、第２のリレーレンズＬ２、反射ミラー５０５からなるリレー光学系と平行化レンズ５１０Ｂを経由して青色光用の透過型光変調装置５２０Ｂに入射する。透過型光変調装置５２０Ｂに入射したＰ偏光光である青色光は、赤色光と同様に画像信号に応じて変調され、Ｓ偏光光として射出される。ここで、青色光路にリレー光学系を用いる理由は、他の２つの色光の光路と、光学的な光路の長さを略同一にすることで、色ムラや明るさムラの発生を抑制するためである。
【０１０２】
各色光用の透過型光変調装置５２０Ｒ、５２０Ｇ、５２０Ｂから射出された光は、それぞれ異なる入射端面からクロスダイクロイックプリズム５３０に入射する。クロスダイクロイックプリズム５３０は、青色光反射ダイクロイック膜５３０Ｂと、赤色光反射ダイクロイック膜５３０Ｒとをそれぞれ入射光軸に対して４５°の角度を有し、かつ互いに直交するようにＸ型に配置したものである。
【０１０３】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５３０に入射した３つの色光は合成され、色合成される。そして、合成光は投写レンズ５４０により不図示のスクリーン上にフルカラー像を投写表示する。
【０１０４】
３つの透過型光変調装置を用いるプロジェクタでは、色合成光学系としてクロスダイクロイックプリズムを用いる場合が多い。この場合、クロスダイクロイックプリズムのダイクロイック膜で反射される色光はＳ偏光光に、また、ダイクロイック膜を透過する色光はＰ偏光光に設定すれば、色合成時の光利用効率を向上させる点で都合がよい。したがって、本実施の形態では、緑色光用の透過型光変調装置５２０Ｇから射出される光はＰ偏光光、赤色光及び青色光用の透過型光変調装置５２０Ｒ、Ｂから射出される光はＳ偏光光となるように構成されているため、明るい投写画像を得ることができる。
（実施の形態６）
第７図は、この発明による照明光学系の他の実施の形態を示している。本実施の形態に係る照明光学系１０Ａは、第１図、第３図、第４図に示したような色分離・合成光学系１００、第５図に示したような色分離・合成光学系１３０、第６図に示したような透過型の光変調装置を前提とした色分離光学系及び色合成光学系のいずれと組み合わせることも可能である。この実施の形態に係る照明光学系１０Ａは、光源２０と光束分割光学素子である第１のレンズアレイ３０との間に色光分離光学素子４０が設けられている点で、実施の形態２に係る照明光学系１０と異なっている。その他の構成については、実施の形態２に係る照明光学系１０と同様である。この実施の形態に係る照明光学系１０Ａでは、光源２０からの光は、まず、色光分離光学素子４０によって第１の色光（Ｇ）と第２の色光（Ｂ＋Ｒ）とに分離され、これらの第１の色光（Ｇ）と第２の色光（Ｂ＋Ｒ）はそれぞれ僅かに異なる方向に射出される。
【０１０５】
第１のレンズアレイ３０に入射した第１の色光（Ｇ）と第２の色光（Ｂ＋Ｒ）は各小レンズ３１によってそれぞれ複数の部分光束に分割されて集光され、第２のレンズアレイ６０を経て、第１色の部分光束（Ｇ）は偏光変換素子５０の偏光ビームスプリッタアレイ５１の反射膜５５に、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は偏光ビームスプリッタアレイ５１の偏光分離膜５４に入射する。これらの部分光束はλ／２波長板５２によって、第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）はＳ偏光光に、第１色の部分光束（Ｇ）はＰ偏光光に揃えられた後、重畳レンズ７０によって被照明領域上で重畳される。
【０１０６】
この実施の形態に係る照明光学系１０Ａは、上述した実施の形態２にかかる照明光学系１０と同様の作用、効果が得られる。加えて、色光分離光学素子４０を光源２０と第１のレンズアレイ３０との間に配置し、色光分離光学素子４０には平行性の高い光束が入射する構成となっているため、他の実施の形態と比較して、色光分離光学素子４０においては、色光の分離を一層高い効率で確実に行うことができる。なお、本実施の形態では、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１と反射ミラー４２とを実施の形態２で説明したような角度で配置しているが、実施の形態１や実施の形態３で説明したような角度で配置するようにしても良い。
（偏光変換素子の変形例）
第８図は、この発明による照明光学系の変形例に係る偏光変換素子５０Ａの構成を示す図である。この偏光変換素子５０Ａは、反射膜５５（第２図）を用いずに偏光分離膜５４だけで構成している点が第２図に示した偏光変換素子５０と異なる。その他の構成については、実施の形態２に係る照明光学系１０と同様である。なお、第８図において、第２図に対応する部分には、第２図に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【０１０７】
まず、この変形例に係る偏光変換素子５０Ａの構成を説明する。偏光ビームスプリッタアレイ５１は、第２図と同様に、断面形状が平行四辺形の柱状の透光性部材５３を複数個貼り合わせた構成となっている。隣接する透光性部材５３の貼り合わせ界面には、偏光分離膜５４が所定の間隔ｄで設けられている。ここで、所定の間隔ｄは上述した偏光変換素子５０における偏光分離膜５４と反射膜５５との間隔に等しい。偏光分離膜５４は、偏光変換素子５０Ａの入射端面５１ａに対して約４５°傾斜している。また、偏光分離膜５４の数は、第１のレンズアレイ３０の列数Ｎあるいは行数Ｍの略２倍に対応している。言い換えれば、偏光変換素子５０Ａの偏光分離膜５４の数は、偏光変換素子５０における偏光分離膜５４と反射膜５５の数の総和に略等しい。
【０１０８】
λ／２波長板５２は、一つおきの偏光分離膜５４に対応させて、所定の間隔ｄを隔てて、２ｄのピッチで配置されている。
【０１０９】
この変形例では、偏光変換素子５０Ａは、偏光分離膜５４の後方（射出側）にλ／２波長板５２が配置されている入射端面ＡＡに入射する第２色の部分光束（例えばＢ＋Ｒ）をすべて第２の偏光方向を有する偏光光としてのＳ偏光光に変換する。また、偏光変換素子５０Ａは、偏光分離膜５４の後方（射出側）にλ／２波長板５２が配置されていない入射端面ＢＢに入射する第１色の部分光束（例えばＧ）をすべて第１の偏光方向を有する偏光光としてのＰ偏光光に変換する。
【０１１０】
次に、偏光変換素子５０Ａの機能を説明する。偏光ビームスプリッタアレイ５１の入射端面ＡＡから偏光分離膜５４に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、偏光分離膜５４を透過するＰ偏光光と反射するＳ偏光光とに分離される。偏光分離膜５４を透過したＰ偏光光はλ／２波長板５２を通過することによって偏光方向を９０°回転し、Ｓ偏光光に変換される。これに対して、偏光分離膜５４で反射したＳ偏光光は隣接する偏光分離膜５４で再度反射され、λ／２波長板５２を通過しないで射出する。このため、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光のままである。よって、入射端面ＡＡから偏光分離膜５４に入射した第２色の部分光束（Ｂ＋Ｒ）は、Ｓ偏光光に揃えられて偏光変換素子５０Ａから射出される。
【０１１１】
一方、偏光ビームスプリッタアレイ５１の入射端面ＢＢから偏光分離膜５４に入射した第１色の部分光束（Ｇ）は、偏光分離膜５４を透過するＰ偏光光と反射するＳ偏光光とに分離される。偏光分離膜５４を透過したＰ偏光光はλ／２波長板５２を通過しないで射出する。このため、偏光方向は変化せず、Ｐ偏光光のままである。これに対して、偏光分離膜５４で反射したＳ偏光光は、隣接する偏光分離膜５４で再度反射され、λ／２波長板５２を通過することによって偏光方向を９０°回転し、Ｐ偏光光に変換される。よって、入射端面ＢＢから偏光分離膜５４に入射した第１色の部分光束（Ｇ）は、Ｐ偏光光に揃えられて偏光変換素子５０Ａから射出される。
【０１１２】
なお、第８図において、実線による光線表示はＰ偏光光を、破線による光線表示はＳ偏光光をそれぞれ示している。
【０１１３】
勿論、入射端面ＡＡに第１色の部分光束（例えばＧ）を入射させて、偏光変換素子５０Ａから射出される第１色の部分光束をすべてＳ偏光光に、また、入射端面ＢＢに第２色の部分光束（例えばＢ＋Ｒ）を入射させて、偏光変換素子５０Ａから射出される第２色の部分光束をすべてＰ偏光光に変換する構成でも良い。要するに、λ／２波長板５２の配置の有無に対応して隣接する入射端面ＡＡ、ＢＢに対して、第１色及び第２色の部分光束を選択的に入射させることによって、色光毎に偏光方向を揃えることが可能となる。偏光変換素子５０Ａでは、前述の偏光変換素子５０に比べて、偏光変換素子内における第１色及び第２色の部分光束のうち、最短の光路長を有する部分光束と最長の光路長を有する部分光束との間の光路長差を小さくできる。このため、被照明領域において、第１色の部分光束の拡大率と第２色の部分光束の拡大率とを容易に一致させることができ、この結果、高い照明効率で部分光束を重畳結合できる。また、偏光変換素子５０における偏光ビームスプリッタアレイ５１は偏光分離膜と反射膜を備えているのに対して、偏光変換素子５０Ａにおける偏光ビームスプリッタアレイ５１は偏光分離膜だけを備えて構成されているため、偏光ビームスプリッタアレイの構造が単純であり、製造が容易である。
（色光分離光学素子の各種実施の形態）
第９図〜第１４図は、色光分離光学素子の他の実施の形態を示している。これらの色光分離光学素子は、先に説明した照明光学系１０、１０Ａにおける色光分離光学素子４０と置き換えることが可能である。第９図（ａ）、（ｂ）に示されている色光分離光学素子は、対向する２つの面を有する透光性部材８０の一方の面にダイクロイックミラー８１が設けられ、他方の面に反射ミラー８２が設けられた一つの光学部品として構成されている。
【０１１４】
第１０図（ａ）、（ｂ）に示されている色光分離光学素子は、対向する２つの面を有する透光性部材８３の一方の面に、直角プリズム８４が固着された構成となっている。透光性部材８３と直角プリズム８４との間に、ダイクロイックミラー８５が設けられており、透光性部材８３の他方の面に、反射ミラー８６が設けられている。
【０１１５】
第１１図（ａ）、（ｂ）に示されている色光分離光学素子は、対向する２つの面を有する透光性部材８７の一方の面に複数個の小寸法直角プリズム８８が階段状に固着された構成となっている。透光性部材８７と小寸法直角プリズム８８との間にはダイクロイックミラー８９が設けられており、透光性部材８７の他方の面には反射ミラー９０が設けられている。
【０１１６】
第９図（ａ）、第１０図（ａ）、第１１図（ａ）の色光分離光学素子では、ダイクロイックミラー８１、８５、８９と反射ミラー８２、８６、９０とが非平行であり、光源の光軸Ｌａに対してそれぞれ（４５＋β）°、（４５−β）°となるように配置される。ダイクロイックミラー８１、８５、８９と反射ミラー８２、８６、９０とは、光源の光軸Ｌａに対してそれぞれ４５°、（４５−α）°となるように配置しても構わない。あるいは、光源の光軸Ｌａに対してそれぞれ（４５＋α）°、４５°となるように配置しても構わない。一方、第９図（ｂ）、第１０図（ｂ）、第１１図（ｂ）の色光分離光学素子では、ダイクロイックミラー８１、８５、８９と反射ミラー８２、８６、９０とが平行となっており、光源の光軸Ｌａに対して４５°となるように配置される。ダイクロイックミラー及び反射ミラーに対する上記の設置角度の設定の仕方については、上述の実施の形態で説明したとおりである。
【０１１７】
第１のミラーとしてのダイクロイックミラー８１、８５、８９は、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１と対応しており、これと同じように構成することが可能である。また、第２のミラーとしての反射ミラー８２、８６、９０は、色光分離光学素子４０の反射ミラー４２と対応しており、これと同じように構成することが可能である。
【０１１８】
これらの色光分離光学素子は、一つの光学部品として構成されている。よって、これらの色光分離光学素子を用いれば、装置の組み立てを容易化することができる。さらに、第１０図（ａ）、第１０図（ｂ）の色光分離光学素子は、屈折率が１よりも大きな直角プリズム８４を介してダイクロイックミラー８５に光が入射するため、ダイクロイックミラー８５への光の入射角度が狭められ、ダイクロイックミラー８５の分光特性を高められると共に、直角プリズム８４と透光性部材８３の屈折率を一致させておけば、直角プリズム８４からダイクロイックミラー８５に光が入射する場合に界面での屈折を生じないため、界面での光損失を低減できるという効果がある。さらにまた、第１１図（ａ）、第１１図（ｂ）の色光分離光学素子は、第１０図（ａ）、第１０図（ｂ）に示した色光分離光学素子と同様の特徴に加えて、プリズム部分の小型化が図られるため、色光分離光学素子を小型・軽量化することができるという特徴を有する。なお、第９図〜第１１図に示した色光分離光学素子では、ダイクロイックミラーと反射ミラーとの間に屈折率が１よりも大きな媒質が介在するため、ダイクロイックミラーと反射ミラーとの間隔は介在する媒質の屈折率も考慮して設定する必要がある。特に、第９図の色光分離光学素子では、空気中から媒質に光が入射する場合に光が屈折し光路シフトを生じるため、この点を考慮する必要がある。
【０１１９】
第１２図に示されている色光分離光学素子は、反射型ホログラム素子９１により構成され、第１３図と第１４図に示されている色光分離光学素子は、透過型ホログラム素子９２により構成されている。第１２図〜第１４図において、第１図や第３図に対応する部分には、第１図や第３図に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。反射型ホログラム素子９１、透過型ホログラム素子９２は、光束分割光学素子である第１のレンズアレイ３０の前後、何れにも配置できる。また、反射型、透過型を問わず、分離した光の方向を光軸Ｌｂに対して対称にも、非対称にもすることができる。第１２図、第１３図は対称の場合の例、第１４図は非対称の場合の例をそれぞれ示している。対称の場合は、第３図に示したような同心レンズ６３のみからなる第２のレンズアレイ６０を用いることができるが、非対称の場合は、第１図に示したような同心レンズ６１と偏心レンズ６２とからなる第２のレンズアレイ６０を用いることとなる。上述したようなホログラム素子を使用すれば、色光分離光学素子の部品点数を減らすことができるとともに、照明光学系、ひいてはこれを用いたプロジェクタの小型、軽量化を図ることが可能となる。
（光束分割光学素子と色光分離光学素子の他の実施の形態）
第１５図に示されている実施の形態では、光束分割光学素子として、第１のレンズアレイ３０の代わりに小さい凹面鏡９３をマトリックス状に配置したミラーアレイ９４が使用されている。また、色光分離光学素子は、透過型ホログラム素子９２により構成されている。第２のレンズアレイ６０は、実施の形態２におけるレンズアレイ６０と同じである。この図に示した部分は、第１図、第３図、第５図、第６図などの第１のレンズアレイ３０、色光分離光学素子４０、第２のレンズアレイ６０の部分と置き換えることが可能である。小さい凹面鏡９３は第１のレンズアレイ３０の小レンズ３１と同等の働きをする。これにより、ミラーアレイ９４は第１のレンズアレイ３０と同等に機能し、レンズ構成による場合より、安価になる。また、ミラーアレイ９４ではレンズアレイに付きものの球面収差が発生しないため、集光性を高められ、照明効率を向上させることができる。
（その他の実施の形態）
なお、この発明は、上記の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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１２０】
色光分離光学素子による色光分離は、緑色光と青＋赤色光との分離に限られることはなく、青色光と緑＋赤色光との分離、赤色光と緑＋青色光との分離でもよい。このような色の組み合わせは、ダイクロイックミラー４１の分光特性の選定により、任意に設定することができる。例えば、ダイクロイックミラー４１は緑色光を選択的に反射し、他の色光を透過させる分光特性を備えていても良い。
【０１２１】
第１図に示した実施の形態１に係るプロジェクタを用いて、色光分離の組み合わせの効果を説明する。青色光と緑＋赤色光との分離の組み合わせの場合は、第１図において入射・射出端面１１６の対向位置に緑色光用の反射型液晶パネル２００Ｇの代わりに赤色光用の反射型液晶パネル２００Ｒを配置する。この場合、赤色光の利用効率を高くできる。従って、光源ランプ２１として、例えば赤色光が少ない高圧水銀ランプを用いた場合に、色バランスを容易に確保できる。この結果、プロジェクタにおける色再現性と光利用効率を高めることができる。
【０１２２】
また、赤色光と緑＋青色光との分離の組み合わせの場合は、第１図において入射・射出端面１１６の対向位置に緑色光用の反射型液晶パネル２００Ｇの代わりに青色光用の反射型液晶パネル２００Ｂを配置する。この場合、ダイクロイックプリズム１２０での青色光の吸収が少なくなる。従って、光弾性効果による青色光の偏光解消を防止できる。この結果、プロジェクタにおける色再現性と光利用効率を高めることができる。
【０１２３】
また、第１色の光と第２色の光の偏光方向の設定は、上記の実施の形態に限定されず、色分離・合成光学系１００の構成に応じて、偏光状態を任意に設定することができる。例えば、第１色の光をＳ偏光光に、第２色の光をＰ偏光光に揃えるような光学構成を採用することができる。換言すれば、特定の色光が入射する偏光分離膜の後方（射出側）にλ／２波長板５２を配置した場合は、この特定の色光はＳ偏光光に変換されて射出する。また、特定の色光が入射する偏光分離膜の後方（射出側）にλ／２波長板５２を配置しない場合は、この特定の色光の光はＰ偏光光に変換されて射出される。
【０１２４】
さらに、上記の実施の形態では、色光分離光学素子４０のダイクロイックミラー４１で反射した第２色の部分光束を偏光変換素子５０の偏光分離膜５４に入射させ、反射ミラー４２で反射した第１色の部分光束を反射膜５５に入射させる構成としているが、第１および第２色の部分光束と偏光分離膜５４および反射膜５５の対応関係は、上記の逆であっても良い。すなわち、第１色の部分光束を偏光分離膜５４に、第２色の部分光束を反射膜５５に入射させる構成であっても良い。但し、偏光変換素子５０を用いる場合には、第１のレンズアレイ３０と第２のレンズアレイ６０との間、および、偏光変換素子５０と色分離・合成光学系１００との間において生じる第１色の部分光束と第２色の部分光束の光路の長さの違いを考慮すると、上記の実施の形態での対応関係が最も適当である。なお、第１及び第２のレンズアレイ３０、６０のレンズ特性を適当に設定すれば、偏光分離膜５４と反射膜５５の対が光軸Ｌｂを対称軸として折り返しの位置に配置された偏光変換素子を用いることもできる。
【０１２５】
さらにまた、上記の実施の形態のうち一部のものでは、光軸Ｌａと光軸Ｌｂとの成す角を９０°とし、色光分離光学素子４０に対しては約４５°の角度で光源２０からの光が入射する構成としているが、光軸Ｌａと光軸Ｌｂとの成す角度を９０°よりも小さくし、光源２０からの光が色光分離光学素子４０に対して４５°よりも小さな角度で入射する構成としても良い。その場合には、色光分離光学素子４０に使用されるダイクロイックミラー４１や反射ミラー４２の分光特性や反射特性を向上しやすく、高い光学効率を実現することができる。また、これとは反対に、光軸Ｌａと光軸Ｌｂとの成す角度を９０°よりも大きくする構成としても良い。これにより、光学系のレイアウトの自由度を増すことができる。
【０１２６】
また、上記の実施の形態において、光束分割光学素子としてのレンズアレイ３０の代わりに、複数の反射面を備えた導光ロッドを用いることも可能である。このような導光ロッドは、特開平１０−１６１２３７号公報などに開示されており、公知であるため、その詳細な説明は省略する。導光ロッドを用いれば、ミラーアレイ９４の場合と同様、レンズアレイに付きものの球面収差が発生しないため、集光性を高められ、照明効率を向上させることができる。
【０１２７】
また、この発明による照明光学系は、先に実施の形態で示したように、反射型と透過型を問わず種々の光変調装置を照明する装置として使用することができる。
【０１２８】
以上の説明から理解される如く、この発明による照明光学系によれば、光源からの非偏光な光を予め色光毎に偏光方向が揃った偏光光束に変換しているため、照明光学系よりも光路下流側に配置されるダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタなどの光学要素の偏光依存性を軽減することができる。よって、照明効率を高めることができる。
【０１２９】
さらに、この照明光学系をプロジェクタに採用することにより、投写画像の高輝度化と高画質化、高コントラスト化を図ることができる。また、従来の照明光学系を用いた場合と比較して、部品点数を削減でき、低コスト化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
以上説明したように、本発明の照明光学系によれば、特定の色光の偏光方向が他の色光のそれに対して約９０°異なる照明光を効率よく生成し、その様な照明光で被照明領域を均一な照度分布で照明できる。
【０１３１】
また、本発明のプロジェクタによれば、上述の照明光学系を適用することによって、色分離・合成光学系を構成するダイクロイック面における分光特性の偏光依存性を軽減し、明るく高画質な投写画像を表示できる。また、従来の照明光学系を用いた場合と比較して、部品点数を削減でき、低コスト化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態１を示す概略構成図である。
【図２】この発明による照明光学系で使用される偏光変換素子の詳細構成を示す断面図である。
【図３】この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態２を示す概略構成図である。
【図４】この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態３を示す概略構成図である。
【図５】この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態４を示す概略構成図である。
【図６】この発明による照明光学系を含むプロジェクタの実施の形態５を示す概略構成図である。
【図７】この発明による照明光学系の実施の形態６を示す概略構成図である。
【図８】偏光変換素子の変形例の詳細構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１２】この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１３】この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１４】この発明による照明光学系で使用される色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１５】この発明による照明光学系で使用される光束分割光学素子と色光分離光学素子の他の実施の形態を示す図である。
【図１６】この発明による照明光学系で使用されるダイクロイックミラーの反射特性を示す説明図である。
【図１７】この発明による照明光学系で使用されるダイクロイックプリズムの分光特性を示す説明図である。
【図１８】この発明による照明光学系を用いたプロジェクタで使用される波長選択位相差板の光学的特性を示す説明図である。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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