(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、偏光ビームスプリッタと、ダイクロイック作用を有する色分離合成ユニットと、反射型液晶パネルとを有する光学ユニットであって、
前記偏光ビームスプリッタと前記色分離合成ユニットの間の光路に、光の進行方向に依存せず、光束の偏光方向を所定角度回転させる光学素子を設け、
該光学素子を通過する光束の偏光方向を所定角度だけ回転させるように構成したことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記光学素子は、ファラデー回転子により構成した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】
前記色分離合成ユニット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請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッタと前記色分離合成ユニットの間の光路に、更に１／２波長板もしくは１／２波長板同等の作用を有する偏光方向回転用光学素子を配したことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記ファラデー回転子は、通過する光束の偏光方向を略４５度回転させる機能を有することを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記偏光方向回転用光学素子は、通過する光束の偏光方向を略４５度または略１３５度だけ回転させる機能を有することを特徴とする請求項５に記載の光学ユニット。
【請求項７】
光源と、
偏光ビームスプリッタと、
ダイクロイック作用を有する色分離合成ユニットと、
反射型液晶パネルと、
前記偏光ビームスプリッタと前記色分離合成ユニットの間の光路に、光の進行方向に依存せず、光束の偏光方向を所定角度回転させる光学素子と、
前記反射型液晶パネルを映像信号に基づいて駆動する駆動回路と、
前記偏光ビームスプリッタを介して入射される、前記反射型液晶パネルからの光学像を拡大投射する投射レンズとを有することを特徴とする投射型プロジェクタ装置。
【請求項８】
前記光学素子は、通過する光束の偏光方向を略４５度だけ回転させるファラデー回転子であって、前記偏光ビームスプリッタと前記色分離合成ユニットの間の光路に、更に通過する光束の偏光方向を略４５度または略１３５度だけ回転させる偏光軸を有する１／２波長板を有することを特徴とする請求項７に記載の投射型プロジェクタ装置。
【請求項９】
白色光を放射する光源と、
該白色光をその偏光方向に基づいて反射または透過する偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタを介して入射される白色光を赤、緑、青の３色に色分離し、反射型液晶パネルからの各色の反射光束色を合成する色分離合成ユニットと、
各色の映像信号に応じて光学像に変換し、入射光束の偏光方向と反射される該光学像の偏光方向とを同方向とする反射型液晶パネルと、
該反射型液晶パネルを、映像信号に基づいて駆動する駆動回路と、
前記偏光ビームスプリッタを介して入射される、前記反射型液晶パネルからの光学像を拡大投射する投射レンズと、
前記偏光ビームスプリッタと前記色分離合成ユニットとの間の光路に、
通過する光束の偏光方向を略４５度だけ回転させるファラデー回転子と、
通過する光束の偏光方向を略４５度または略１３５度だけ回転させる偏光軸を有する１／２波長板とを有することを特徴とする投射型プロジェクタ装置。
【請求項１０】
前記ファラデー回転子と前記色分離合成ユニットとの間の光路に、前記１／２波長板を配置したことを特徴とする請求項９に記載の投射型プロジェクタ装置。
【請求項１１】
前記偏光ビームスプリッタと前記ファラデー回転子との間の光路に、前記１／２波長板を配置したことを特徴とする請求項９に記載の投射型プロジェクタ装置。
【請求項１２】
前記反射型液晶パネルに入射する光束の偏光状態と、前記反射型液晶パネルで反射したＯＮ光束の偏光状態とを同一としたことを特徴とする請求項９乃至請求項１１の何れか１項に記載の投射型プロジェクタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前面投射のいわゆる液晶プロジェクタや投射型テレビ等の、反射型液晶パネルを用いた投射型プロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。
【０００３】
液晶パネルには、そのタイプから、透過型液晶パネルと反射型液晶パネルがある。反射型液晶パネルは、光束が液晶層を２回通過するので、その分、透過型液晶パネルに比べて液晶層の厚みを薄くできる。この結果、反射型液晶パネルは、高速応答性が良いため、動画表示、即ち、投射型テレビ用途に適している。
【０００４】
一方、透過型液晶パネルでは液晶自体のシャッター作用により、いわゆるＯＮ状態と、ＯＦＦ状態を作りだしているが、反射型液晶パネルの場合は、ＯＮ状態の光束もＯＦＦ状態の光束も同じ光路上に反射されるので、偏光状態の違いで光束の分離を行う偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称す）が不可欠な構成要素となっている。
【０００５】
図１２を用いて、反射型液晶パネルに対するＰＢＳ作用について説明する。図１２で、１はＰＢＳ、５はダイクロイック作用を有するクロスプリズム、６は反射型液晶パネルである。図１２で、照明光学系でＳ偏光にそろえた、もしくは、照明光学系のＳ偏光のみを、ＰＢＳ１に入射させると、Ｓ偏光はＰＢＳ１のＰＢＳ面で反射し、クロスプリズム５に入射する。クロスプリズム５に入射した白色光は、ダイクロイック作用で、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離され、それぞれのＲ、Ｇ、Ｂに対応した反射型液晶パネル６に入射する。図１２では、各画素がＯＮの状態であれば、各Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した反射型液晶パネル６に入射した各光束は、偏光状態がＳ偏光からＰ偏光に変換されて反射される。一方、ＯＦＦの状態であれば、偏光状態はＳ偏光のままで反射される。再び、クロスプリズム５に入射したＲ、Ｇ、Ｂの各光束は、クロスプリズム５によって色合成される。次に、ＰＢＳ１に入射した光束は、ＯＮの状態の光束はＰ偏光になっているので、今度は、ＰＢＳ１を透過し、投射レンズ（図示を略す）に入射し、投射される。一方、ＯＦＦの状態の光束はＳ偏光のままなので、ＰＢＳ１で再び反射し、元の光源側へ戻っていく。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来からの反射型液晶表示装置においては上記したように、ＯＮ光束もＯＦＦ光束も反射してしまう反射型液晶パネル６では、ＯＮ光束の偏光状態をＳ偏光からＰ偏光に変換する必要があった。なお、Ｓ偏光とＰ偏光を入れ替えでも成り立つ。
【０００７】
その結果、クロスプリズム５を通過する偏光状態が、例えば、反射型液晶パネル６の反射前がＳ偏光で、反射後がＰ偏光となる。同一の波長に対して、クロスプリズム５をＳ偏光とＰ偏光で使用する場合、良い分光透過率性能が得られない。
【０００８】
その問題に対して、ダイクロイックプリズム、または、ダイクロイックフィルタで白色から１色を分離し、次に、２色の一方の偏光状態を変換し、ＰＢＳによって色分離及び合成を行う方式が提案されている。この方式では、ＰＢＳが合計３個、ダイクロイックプリズムまたは、ダイクロイックフィルタが１個、必要であり、大きさや重量やコストの点で不利となっている。
【０００９】
本発明の目的は、ダイクロイック作用を有するクロスプリズムと反射型液晶パネルを用いた構成で、クロスプリズムにおける、反射型液晶パネルへの入射光束と、反射型液晶パネルからの反射ON光束の偏光状態を同一とし、よって、小型・軽量で低コストな照明装置、及び、それを用いた投射型プロジェクタ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
光源と、偏光ビームスプリッタと、ダイクロイック作用を有するクロスプリズムと反射型液晶パネルとを有する光学ユニットであって、前記偏光ビームスプリッタと前記クロスプリズムの間の光路にファラデー回転子を設け、該ファラデー回転子を通過する光束の偏光方向を所定角度だけ回転させるように構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１１を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１と図２と図３は、本発明の実施の形態１の説明図である。図１は投射型プロジェクタ装置の色分離合成部の基本構成図であり、図２は光束の偏光状態の詳細を説明する図であり、図３は図１の色分離合成部を用いた投射型プロジェクタ装置の光学系の全体構成を示す図である。
【００１３】
図１で、１はＳ偏光を反射しＰ偏光を透過直進させる作用を有するＰＢＳ、２はガーネット結晶板で構成したファラデー回転子、３は入射した直線偏光を４５度回転させるための偏光軸を有する１／２波長板、４はファラデー回転子に一定方向の磁界印加向きを与えるための磁石、５はダイクロイック作用を有するクロスプリズム、６は反射型液晶パネルである。
【００１４】
先ず、図１１を用いて上記のファラデー回転子２の作用について説明する。
【００１５】
図１１は、ある直線偏光がファラデー回転子によって偏光角度が変化する様子を示した図である。図の偏光子Ａとファラデー回転子と偏光子Ｂに磁石を組合せたものがアイソレータであり、アイソレータは光接続の接続部での有害な戻り反射光を除去するための装置である。ファラデー効果により、光の偏波方向が回転する性質（旋光性）が得られるが、通常の旋光性（自然旋光性）と異なり、ファラデー効果では、光の進行方向を逆にしても元に戻らず、さらに偏波方向が回転する。以下、図１を用いて具体的に説明する。
【００１６】
順進行光では、偏光子Ａと同じ偏光方向で入力した直線偏光が、ファラデー回転子の作用で偏光方向が４５度回転し、４５度方向の偏光子Ｂを通過する。次に、逆進行光では、反射して戻ってきた直線偏光が偏光子Ｂを通過後、ファラデー回転子で同じ方向に再度４５度回転されるので、偏光子Ａを通過することができない。即ち、有害な反射戻り光を除去できたことになる。
【００１７】
１／２波長板でも直線偏光の偏光方向を４５度回転させることは可能である。仮に、順進行光に対して、ファラデー回転子と同じ方向の直線偏光を回転させる１／２偏光板を配置した場合、この１／２偏光板は、逆進行光に対して元の回転方向とは逆の方向に直線偏光を回転し、偏光子Ａを通過してしまう。
【００１８】
尚、図１１では、ファラデー回転子としてガーネット結晶板を用い、また、ファラデー回転角度が４５度となる板厚、及び印加磁界で用いる。
【００１９】
図１では、偏光状態をS偏光（▲１▼）にそろえた入射光束がＰＢＳ１に入射する。Ｓ偏光は、ＰＢＳ１のＰＢＳ面で反射しクロスプリズム５の方向へ反射し、ファラデー回転子２に入射する。ファラデー回転子２で直線偏光が４５度回転した直線偏光（▲２▼）は、次に、１／２波長板３で更に４５度回転しＰ偏光（▲３▼）となる。Ｐ偏光でクロスプリズム５に入射した白色光は、クロスプリズム５のダイクロイック作用により、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離され、各色に対応した反射型液晶パネル６でそれぞれ反射する。反射型液晶パネル６は、入力映像信号に基づいて、図示しない駆動回路により駆動され、ＯＮ光束に対して偏光状態をＰ偏光のままで反射し、ＯＦＦ光束に対して偏光状態をＰ偏光からＳ偏光に変換する作用を持たせる。この作用は、図１２で説明した反射型液晶パネル１２の場合と逆となるが、図１２の反射型液晶パネル６の駆動を、いわゆる白黒反転して駆動すればよい。
【００２０】
次に、反射型液晶パネル６で反射した後の光束は、今度は、クロスプリズム５で色合成されて、１／２波長板３に入射する。ＯＮ光束の場合は、Ｐ偏光（▲４▼）が１／２波長板３に入射するので、元と同じ４５度方向の直線偏光（▲５▼）となって、ファラデー回転子２に入射する。ファラデー回転子２では、再び同じ方向に４５度回転するので、Ｐ偏光（▲６▼）となりＰＢＳ１を透過する。一方、ＯＦＦ光束の場合は、Ｓ偏光（▲４▼）が１／２波長板３に入射するので、元とは逆の４５度方向（ＯＮ光束の場合と９０度直交する方向）の直線偏光（▲５▼）となって、ファラデー回転子２に入射する。ファラデー回転子２では、再び同じ方向に４５度回転するので、Ｓ偏光（▲６▼）に戻ってしまうのでＰＢＳ１で反射する。
【００２１】
図１で番号を付けた▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼の偏光方向について、図２で詳細に説明する。図２では、入射系の偏光軸は入射側から見た座標で示し、反射系の偏光軸は出射側からみた座標で示した。即ち、図２の入射系と出射系の座標系は同じことになる。なお、Ｓ偏光及びＰ偏光の定義は、入射光の伝播の方向と、境界面の法線からできる平面で定義される入射面に対して、平行に偏光される偏光がＰ偏光、入射面と垂直に偏光される偏光がＳ偏光である。図２では、それぞれ、Ｓ偏光、Ｐ偏光の偏光方向の矢印で、Ｓ偏光とＰ偏光で表示する。
【００２２】
入射したＳ偏光（▲１▼）は、ファラデー回転子２により左回りに４５度回転（▲２▼）する。次に、図の水平軸（Ｘ軸）に対して右回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、図で左上がり４５度方向の直線偏光は、Ｐ偏光（▲３▼）になる。次に、反射型液晶パネル６で反射したＯＮ光束であるＰ偏光（▲４▼）は、図の水平軸（Ｘ軸）に対して右回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、図で左上がり４５度方向の直線偏光（▲５▼）になる。最後に、ファラデー回転子２では、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるのでＰ偏光（▲６▼）となる。
【００２３】
一方、図は省略するが、反射型液晶パネル６で反射したＯＦＦ光束であるＳ偏光は、図の水平軸（Ｘ軸）に対して右回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、元とは逆の図で右上がり４５度方向の直線偏光になる。最後に、ファラデー回転子２では、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるのでＳ偏光となる。ところで、通常、クロスプリズム５を入射光束及び反射のＯＮ光束の偏光状態（図１ではＰ偏光）を優先して設計するので、反射のＯＦＦ光束の一部は、ＰＢＳ１まで戻らない。例えば、向かい合う反射型液晶パネル６へ反射のＯＦＦ光束の一部が到達してしまう。図４は、図１の構成に対して、クロスプリズム５と反射型液晶パネル６の光路の間に入射光束及び反射ＯＮ光束の偏光方向のみを通過させる偏光板を配置した構成図である。この図４においては、クロスダイクロ５の分光透過率性能が良くない場合でも、クロスプリズム５と反射型液晶パネル６の光路の間に入射光束及び反射ＯＮ光束の偏光方向のみを通過させる偏光板を配置することで、偏光状態の異なる反射のＯＦＦ光束を偏光板で吸収することが容易に可能となる。一方、図１２のような構成の場合は、入射光束の偏光状態と反射ＯＮ光束の偏光状態が異なるので、クロスプリズム５と反射型液晶パネル６の光路の間に偏光板を配置することは不可能であった。
【００２４】
尚、１／２波長板３による偏光軸の回転角度は４５度でなく１３５度でも良い。その場合、図２の１／２波長板３の偏光軸を９０度回転させれば、９０度の２倍で１８０度、更に直線偏光の偏光方向を回転させることが可能である。また、１／２波長板３の代わりに１／２波長板同等の作用を有する光学素子、例えば、同じ偏光軸の１／４波長板を２枚設けても同等の効果は得られることは言うまでもない。
【００２５】
なお、最初に、Ｓ偏光にそろええた光束をＰＢＳ１に入射するのではなく、Ｐ偏光にそろえた光束をＰＢＳ１に入射する構成でも良く、その場合、クロスプリズム５に入射する偏光状態に応じて１／２波長板３の偏光軸の角度を変えれば良い。同様に、クロスプリズム５に最初に入射する光束もＰ偏光ではなくＳ偏光でも良く、その場合も、１／２波長板３の偏光軸の角度を変えれば良い。
【００２６】
ファラデー回転子２による回転角度についても同様に、往復で２回通過した後で、Ｓ偏光とＰ偏光が入れ替わればよいので、９０度又は２７０度の半分である４５度又は１３５度であれば良い。この場合も、回転角度に対応した１／２偏光板３の偏光軸を最適に対応させればよい。
【００２７】
この色分離合成部を用いた投射型プロジェクタ装置の光学系の全体構成について図３を用いて説明する。
【００２８】
図３で、１１は光線、１２は凹面鏡、１３はインテグレータ、１４は偏光変換素子、１５は結像レンズ、１６は反射ミラー、１７はフィールドレンズ、１８は投射レンズであり、１から６は図１と同じである。凹面鏡１２を放物面とし、光源１１を放物面の焦点位置に配置することにより、光源１１からの光は凹面鏡１２で反射し光軸に平行な光束となる。二次元状にレンズが並んだ２組のマルチレンズアレイで構成したインテグレータ１３によって、光源からの光は複数の二次光源像に変換される。インテグレータ１３の直後に配置した偏光変換素子１５によって自然光はＰ偏光とＳ偏光に分離した後、偏光状態をＳ偏光にそろえる。Ｓ偏光となったこの二次光源像を結像レンズ及びフィールドレンズ１７によって反射型液晶パネル６に導く、具体的には、第１のマルチレンズアレイ面上の各レンズ１個１個の光量分布を反射型液晶パネル６面上に重畳させる。図３では、結像レンズ１５とフィールドレンズ１７の２枚構成で、結像作用を主に結像レンズ１５で負担し、反射型液晶パネル６に入射する主光線をテレセントリック化する作用を主にフィールドレンズ１７で負担しているが、レンズ枚数は３枚構成でも、逆に、レンズ枚数１枚でその作用を負担することも可能である。また、図では途中に、ミラー１６を配置し光路を折り曲げ全体のコンパクト化を実現しているが、反射型液晶パネル６にとって有害な紫外線や赤外線をミラー６で透過させ、可視光のみを反射させる機能を持たせても良い。また、紫外線に関しては、更に、途中の光路に紫外線吸収フィルタを配置することも、また有効である。
【００２９】
また、実施の形態１では、ＰＢＳ１の特性を白色光に対して、Ｓ偏光を反射でＰ偏光を透過としたが、ＰＢＳ１の特性をＧ光束に対してはＳ偏光を反射でＰ偏光を透過、Ｒ光束とＢ光束に対してはＰ偏光を反射でＳ偏光を透過で設計した上で、ＰＢＳ１に入射する前に、ローテータで特定の色の偏光状態のみを変えて、Ｇ光束をＳ偏光、Ｒ光束とＢ光束をＰ偏光として、最初にＰＢＳ１に入力することも可能である。この場合、クロスプリズム５の各色の偏光状態を例えば、入射時及びＯＮ反射時に、Ｇ光束をＰ偏光、Ｒ光束とＢ光束をＳ偏光というように分けられるので、クロスプリズム５の性能を改善できる。
【００３０】
次に、図５と図６を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。図５は投射型プロジェクタ装置の色分離合成部の基本構成図であり、図６は光束の偏光状態の詳細を説明する図である。
【００３１】
図５では、偏光状態をS偏光（▲１▼）にそろえた入射光束がＰＢＳ１に入射する。Ｓ偏光は、ＰＢＳ１のＰＢＳ面で反射しクロスプリズム５の方向へ反射し、１／２波長板３に入射する。１／２波長板３で直線偏光が４５度回転した直線偏光（▲２▼）は、次に、ファラデー回転子２で更に４５度回転しＰ偏光（▲３▼）となる。Ｐ偏光でクロスプリズム５に入射した白色光は、クロスプリズム５のダイクロイック作用により、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離され、各色に対応した反射型液晶パネル６でそれぞれ反射する。反射型液晶パネル６には、ＯＮ光束に対して偏光状態をＰ偏光のままで反射し、ＯＦＦ光束に対して偏光状態をＰ偏光からＳ偏光に変換する作用を持たせる。
【００３２】
次に、反射型液晶パネル６で反射した後の光束は、今度は、クロスプリズム５で色合成されて、ファラデー回転子２に入射する。ＯＮ光束の場合は、Ｐ偏光（▲４▼）がファラデー回転子２に入射するので、再び同じ方向に４５度回転するので、元とは逆の４５度方向の直線偏光（▲５▼）となって、１／２波長板３に入射する。この１／２波長板３の偏光軸で直線偏光を折り曲げるとＰ偏光（▲６▼）となりＰＢＳ１を透過する。一方、ＯＦＦ光束の場合は、Ｓ偏光（▲４▼）がファラデー回転子２に入射するので、再び同じ方向に４５度回転するので、入射光束と同じ４５方向の直線偏光（ＯＮ光束の場合と９０度直交する方向）となって、１／２波長板３に入射する。従って、１／２波長板３で、元と同じＳ偏光（▲６▼）に戻ってしまうのでＰＢＳ１で反射する。
【００３３】
図５で番号を付けた▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼の偏光方向について、図６で詳細に説明する。図６では、入射系の偏光軸は入射側から見た座標で示し、反射系の偏光軸は出射側からみた座標で示した。即ち、図６の入射系と出射系の座標系は同じことになる。入射したＳ偏光（▲１▼）は、図の垂直軸（Y軸）に対して左回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、図で左上がり４５度方向の直線偏光（▲２▼）となる。次に、ファラデー回転子２により左回りの４５度回転しＰ偏光（▲３▼）となる。次に、反射型液晶パネル６で反射したＯＮ光束であるＰ偏光（▲４▼）は、ファラデー回転子２では、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるので図で右上がりの４５度方向の直線偏光（▲５▼）となって、１／２波長板３に入射する。図の垂直軸（Y軸）に対して左回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、Ｐ偏光（▲６▼）になる。
【００３４】
一方、図は省略するが、反射型液晶パネル６で反射したＯＦＦ光束であるＳ偏光は、ファラデー回転子２により、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるの図で左上がり４５度方向の直線偏光となり、１／２波長板３に入射する。図の垂直軸（Y軸）に対して左回り２２．５度の偏光軸を有する１／２波長板３の偏光軸で折返し、Ｓ偏光となる。
【００３５】
次に、図７から図１０を用いて、本発明の実施の形態３について説明する。図７と図８は投射型プロジェクタ装置の色分離合成部の基本構成図であり、図９は光束の偏光状態の詳細を説明する図であり、図１０は本発明の実施の形態３で用いる１／２波長板の作用図ある。
【００３６】
図１の実施の形態１や図４の実施の形態２との大きな違いは、図７に示したようにＰＢＳ１を４５度回転させたことである。
【００３７】
ＰＢＳ１にとってのＳ偏光を入射し、ＰＢＳ面で反射し、クロスプリズム５側へ入射する構成となっている。
【００３８】
図８では、ＰＢＳ１にとっての偏光状態をS偏光（▲１▼）にそろえた入射光束がＰＢＳ１に入射する。Ｓ偏光は、ＰＢＳ１のＰＢＳ面で反射しクロスプリズム５の方向へ反射する。しかし、ＰＢＳ１の法線方向と、クロスプリズム５の法線方向は、４５度回転した関係にあり、ＰＢＳ１にとってのＳ偏光は、クロスプリズム５にとっては４５度方向の直線偏光になってしまう。この４５度方向の直線偏光を、ファラデー回転子２で４５度回転しＰ偏光（▲３▼）とする。Ｐ偏光でクロスプリズム５に入射した白色光は、クロスプリズム５のダイクロイック作用により、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に分離され、各色に対応した反射型液晶パネル６でそれぞれ反射する。反射型液晶パネル６には、ＯＮ光束に対して偏光状態をＰ偏光のままで反射し、ＯＦＦ光束に対して偏光状態をＰ偏光からＳ偏光に変換する作用を持たせる。
【００３９】
次に、反射型液晶パネル６で反射した後の光束は、今度は、クロスプリズム５で色合成されて、ファラデー回転子２に入射する。ＯＮ光束の場合は、Ｐ偏光（▲４▼）がファラデー回転子２に入射するので、再び同じ方向に４５度回転するので、元とは逆の４５度方向の直線偏光（▲５▼）となる。この元とは逆方向の４５度の直線偏光は、ＰＢＳ１にとっては、Ｐ偏光（▲６▼）となりＰＢＳ１を透過する。一方、ＯＦＦ光束の場合は、Ｓ偏光（▲４▼）がファラデー回転子２に入射するので、再び同じ方向に４５度回転するので、入射光束と同じ４５方向の直線偏光となって、ＰＢＳ１にとっては、元と同じＳ偏光（▲６▼）に戻ってしまうのでＰＢＳ１で反射する。
【００４０】
図８で番号を付けた▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼の偏光方向について、図９で詳細に説明する。図９では、入射系の偏光軸は入射側から見た座標で示し、反射系の偏光軸は出射側からみた座標で示した。即ち、図９の入射系と出射系の座標系は同じことになる。ＰＢＳ１に入射したＳ偏光（▲１▼）は、ＰＢＳ１の法線方向とクロスプリズム５の法線方向が４５度ずれていることから、クロスプリズム５にとっての図での左上がり４５度方向の直線偏光（▲２▼）となる。次に、ファラデー回転子２により左回りに４５度回転しＰ偏光（▲３▼）となる。次に、反射型液晶パネル６で反射したＯＮ光束であるＰ偏光（▲４▼）は、ファラデー回転子２では、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるので図で右上がりの４５度方向の直線偏光（▲５▼）となる。同様に、ＰＢＳ１の法線方向とクロスプリズム５の法線方向が４５度ずれていることから、ＰＢＳ１にとってのＰ偏光（▲６▼）になる。
【００４１】
一方、図は省略するが、反射型液晶パネル６で反射したＯＦＦ光束であるＳ偏光は、ファラデー回転子２により、最初と同じ方向、左回りに４５度、直線偏光を回転させるの図で左上がり４５度方向の直線偏光となる。同様に、ＰＢＳ１の法線方向とクロスプリズム５の法線方向が４５度ずれていることから、ＰＢＳ１にとってのＳ偏光となる。
【００４２】
次に、ＰＢＳ１にとってのＳ偏光について図１０を用いて説明する。図は、偏光変換素子１４での偏光方向とＰＢＳ１での偏光方向とクロスプリズム５での偏光方向の関係を説明するための図である。
【００４３】
インテグレータ１３を構成する各レンズ面の光量分布を反射型液晶パネル６面上の畳重させるために、偏光変換素子１３と反射型液晶パネル６の光学的な写像関係は保持しなければならない。従って、偏光変換素子１３の偏光方向とクロスプリズム５の偏光方向も同一となる。これに対して、クロスプリズム５の偏光方向とＰＢＳ１の偏光方向が４５度ずれているので、偏光変換素子１３とＰＢＳ１の偏光方向も４５度ずれることになる。そこで、本発明の実施の形態３では、偏光変換素子１３とＰＢＳ１の途中の光路上に直線偏光の偏光方向を４５度回転し、ＰＢＳ１にとってのＳ偏光とするための１／２波長板を配置する必要がある。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ダイクロイック作用を有するクロスプリズムを用いた構成で、且つ、反射型液晶パネルに入射する前の偏光状態と、反射型液晶パネルで反射後のＯＮ光束の偏光状態が同じ偏光状態を実現し、よって、小型・軽量で低コストな照明装置、及び、それを用いた投射型プロジェクタ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態1における色分離合成部の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における色分離合成部の偏光軸の説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１における色分離合成部を用いた投射型プロジェクタ装置の光学系の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１で、クロスプリズムと反射型液晶パネルの光路の間に偏光板を設けた色分離合成部の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２における色分離合成部の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２における色分離合成部の偏光軸の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態３における色分離合成部の斜視図による構成図である。
【図８】本発明の実施の形態3における色分離合成部の構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３における色分離合成部の偏光軸の説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における偏光変換素子とＰＢＳとクロスプリズムの偏光軸の関係を示す説明図である。
【図１１】本発明で用いたファラデー回転子の作用の説明図である。
【図１２】クロスプリズムを用いた反射型液晶パネルでの色分離合成部の偏光状態を示す構成図である。
【符号の説明】
１…ＰＢＳ、２…ファラデー回転子、３…１／２波長板、４…磁石、５…クロスプリズム、６…反射型液晶パネル、１１…光源、１２…凹面鏡、１３…インテグレータ、１４…偏光変換素子、１５…結像レンズ、１６…ミラー、１７…フィールドレンズ、１８…投射レンズ。
【図１】
0003858723.tif 000002
【図２】
0003858723.tif 000003
【図３】
0003858723.tif 000004
【図４】
0003858723.tif 000005
【図５】
0003858723.tif 000006
【図６】
0003858723.tif 000007
【図７】
0003858723.tif 000008
【図８】
0003858723.tif 000009
【図９】
0003858723.tif 000010
【図１０】
0003858723.tif 000011
【図１１】
0003858723.tif 000012
【図１２】
0003858723.tif 000013