JP2004246387A - 画像投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 偏光変換系のコンパクト化を図ることのできる画像投影装置を提供する。
【解決手段】 偏光光を供給する供給部と、その偏光光で画像光を形成する形成部と、その画像光を投影する投影部を備える。供給部は板状偏光素子を有し、該板状偏光素子の単位２０は、３つの入射側プリズム２１¹〜２１³と、２つの出射側プリズム２２¹，２２²と、入射側プリズム２１¹と出射側プリズム２２¹，２２²との接触面にそれぞれ設けられた１／４波長板２３¹，２３²とおよび偏光分離作用膜２４¹，２４²と、入射側プリズム２１²と出射側プリズム２２¹との接触面に設けられた全反射ミラー２５¹と、入射側プリズム２１³と出射側プリズム２２²との接触面に設けられた全反射ミラー２５³とからなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像投影装置に関する。

図１２は、この種の画像投影装置の従来例の一つを示す要部構成図である。

この画像投影装置は、ハロゲンランプ，メタルハライドランプなどからなる、非偏光光を発する光源101と、光源101から発せられた非偏光光の一部を反射する反射ミラー102と、光源101から直接または反射ミラー102 を介して入射される非偏光光の熱線を吸収または反射する熱線カットフィルタ103と、熱線が除去された非偏光光を非偏光平行光に変換するコンデンサレンズ104と、非偏光平行光を直線偏光光に変換する偏光板105と、直線偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を発生せしめる画像発生器である液晶ライトバルブ107と、液晶ライトバルブ107で変調された直線偏光光のうちその透過軸方向の成分のみを透過する偏光板108と、偏光板108を透過した直線偏光光をスクリーン（不図示）に投射して前記画像を投影する投影光学系である投写レンズ110とからなる。

図１３は、この種の画像投影装置の他の従来例を示す要部構成図である。

この画像投影装置は、図１２に示した画像投影装置の２つの偏光板105，108の代わりに、２つの偏光ビームスプリッタ106，109を液晶ライトバルブ107の前後にそれぞれ配置したものである。

図１２および図１３に示した画像投影装置は、光源101から発せられた非偏光光のうち偏光板105または偏光ビームスプリッタ106を透過した直線偏光光のみを液晶ライトバルブ107の照明光として利用するため、偏光板105または偏光ビームスプリッタ106を透過しない直線偏光光が損失となり、光の利用効率が５０％以下になるという欠点がある。

この欠点を解消した画像投影装置として、図１４に示す特許文献１に記載されているものがある。

この画像投影装置では、コンデンサレンズ104から出射される非偏光平行光は偏光ビームスプリッタ111に入射し、偏光ビームスプリッタ111の作用面（２つの直角プリズムが互いに接着された斜面に形成された蒸着膜）111_aでＰ偏光光Ｌ_Pはそのまま透過し、Ｓ偏光光Ｌ_Sは上方に直角に反射して全反射プリズム112に入射する。Ｓ偏光光Ｌ_Sは全反射プリズム112で右方に直角に反射されることにより、偏光ビームスプリッタ111を透過してくるＰ偏光光Ｌ_Pと同一方向に全反射プリズム112から出射される。ここで、Ｓ偏光光Ｌ_Sとは偏光ビームスプリッタ111の作用面111_aに平行な偏光面を有する直線偏光光のことであり、Ｐ偏光光Ｌ_PとはＳ偏光成分Ｌ_Sと直交する偏光面を有する直線偏光光のことである。全反射プリズム112の出射側には１／２波長板113が配置され、全反射プリズム112より出射されたＳ偏光光Ｌ_Sは、１／２波長板113を透過することにより偏光面が９０°回転され、Ｐ偏光光Ｌ_P ^*に変換される。また、偏光ビームスプリッタ111および１／２波長板113の出射側にはそれぞれ光路変更用のクサビ型レンズ114，115が配置され、偏光ビームスプリッタ111を透過してくるＰ偏光光Ｌ_Pおよび１／２波長板113で変換されたＰ偏光光Ｌ_P ^*は光路が変更され、液晶ライトバルブ117の入射側の面上の点Ｐ₀で交差して合成光となる。

したがって、この画像投影装置では、偏光ビームスプリッタ111で分離されたＳ偏光光Ｌ_SおよびＰ偏光光Ｌ_Pの両方で液晶ライトバルブ117を照明することができるため、図１２および図１３に示した画像投影装置よりも光の利用効率を倍にすることができる。

上記の他の先行技術文献としては、特許文献２に記載の光の利用効率を向上させた液晶表示装置、特許文献３に記載の偏光変換素子を備える自動車のヘッドライト、特許文献４に記載の高効率偏光装置などがある。
特開昭６１−９０５８４号公報 特開昭６３−１２１８２１号公報 米国特許第２７４８６５９号明細書 米国特許第２８１０３２４号明細書

しかし、上述した特許文献１に記載の画像投影装置は、Ｐ偏光光Ｌ_Pと１／２波長板113で変換されたＰ偏光光Ｌ_P ^*とを図１４に示す角度θをもって液晶ライトバルブ117にそれぞれ入射させるため、入射角による特性劣化が大きい液晶ライトバルブ117を使用する場合には、クサビ型レンズ114，115から液晶ライトバルブ117までの距離をかなり大きくとり、入射角を小さくする必要があるという欠点がある。

この欠点を解消する方法としては、図１４のクサビ型レンズ114，115を取り除き、Ｐ偏光光Ｌ_Pと１／２波長板113で変換されたＰ偏光光Ｌ_P ^*とを互いに平行のまま液晶ライトバルブ117に入射させる並列照明方式が考えられる。しかし、この並列照明方式を特許文献１記載の画像投影装置に適用しても、光源111が完全な点光源あるいは線光源でない限り、コンデンサレンズ104から出射される非偏光平行光は完全なものでないため、前記２つのＰ偏光成分Ｌ_P，Ｌ_P ^*も完全に平行なものとはならない。このことを図１５を用いて説明する。

有限な径φをもつ光源101から発せられる非偏光光は、距離Ｌを隔てて配置されたコンデンサレンズ104により集束されるが、コンデンサレンズ104の出射光は完全な平行光とはならず、角度２ω（ω＝ｔａｎ^-1｛（φ／２）／Ｌ｝）の範囲で拡がりをもつ非平行光となる。この非平行光のうち光線αは、偏光ビームスプリッタ111の作用を受けずに１／２波長板113に入射するため、１／２波長板113からＳ偏光光およびＰ偏光光をともに含んだまま出射する。また、光線βは、偏光ビームスプリッタ111でＳ偏光光Ｌ_Sとなるが、全反射プリズム112で反射されたのち、再び偏光ビームスプリッタ111で反射され、光線β₁で示すように全く別の位置からＰ偏光光Ｌ_P ^*として１／２波長板113から出射するか、図１５に光線β₂で示すように１／２波長板113の界面で吸収されたりそのまま透過するため損失光となる。

したがって、上述した特許文献１に記載の画像投影装置は、並列照明方式で使用するには問題があるため、クサビ型レンズ114，115が必須となるが、液晶ライトバルブ117の光入射角特性を考慮すると、図１４に示す角度θをあまり大きくすることができず、クサビ型レンズ114，115と液晶ライトバルブ117との距離を一定値以上小さくすることができないので、装置全体のコンパクト化を妨げるとともに、光源101と液晶ライトバルブ117との距離の増加に伴う照明効率（光の利用率）の低下を招くという欠点がある。

また、上述した特許文献１に記載の画像投影装置は、偏光ビームスプリッタ111および全反射プリズム112などが必要であるため、図１２に示したものよりも装置全体が大きくなるという欠点がある。

本発明の目的は、偏光変換系のコンパクト化を図ることのできる画像投影装置を提供することにある。

第１の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光分離膜と、
該偏光分離膜を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する１／２波長板と、
前記偏光分離膜で反射したＳ偏光光を反射して前記１／２波長板を出射する前記Ｓ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射膜と、を有することを特徴とする。

第２の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光分離膜と、
該偏光分離膜で反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換する１／２波長板と、
前記１/２波長板からのＰ偏光光を反射して前記偏光分離膜を透過したＰ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射膜と、を有することを特徴とする。

第３の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光分離膜と、
該偏光分離膜で反射したＳ偏光光を反射して前記偏光分離膜を透過したＰ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射膜と、
前記反射膜で反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換する１／２波長板と、を有することを特徴とする。

第４の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
互いに逆向きにほぼ同じ角度で前記光束に対し傾いており且つ各一方の偏光分離膜で反射した光が各他方の偏光分離膜に入射するように傾いた、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する一対の偏光分離膜と、
該一対の偏光分離膜のそれぞれが反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換するために該一対の偏光分離膜の対向する面に設けた一対の１／４波長板と、
前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記一対の１／４波長板を通過して偏光変換された後で前記各他方の偏光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前記一対の偏光分離膜を前記１／４波長板を介さず透過したＰ偏光光とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一対の偏光分離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を有することを特徴とする。

第５の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数の集光レンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
互いに逆向きにほぼ同じ角度で前記光束に対し傾いており且つ各一方の偏光分離膜で反射した光が各他方の偏光分離膜に入射するようにした、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する一対の偏光分離膜と、
該一対の偏光分離膜のそれぞれが反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換するために該一対の偏光分離膜の中間に設けた１／２波長板と、
前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記１／２波長板を通過して偏光変換された後で前記各他方の偏光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前記一対の偏光分離膜を前記１／２波長板を介さず透過したＰ偏光光とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一対の偏光分離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を有することを特徴とする。

第６の発明の画像投影装置は、
照明光学系と、
前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段と、
前記画像光を投影する投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、
光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数の集光レンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、
前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、
入射光を互いに偏光方向が直交する反射光および透過光に分割する分割部と、
前記反射光および前記透過光の一方を反射して他方の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部と、
前記反射光および前記透過光の少なくとも一方の偏光方向を変化させて両者の偏光方向を一致させる変調部と、を有することを特徴とする。

第１〜６の発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記画像形成手段は、液晶表示素子と、該液晶表示素子の光出射側に該液晶表示素子から分離して設けた偏光板とを有してもよく、また、前記照明光学系は前記光源としてのランプと該ランプからの光を前記偏光素子の方へ反射する凹面鏡を有してもよい。

第１〜５の発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記各単位において前記波長板と前記偏光分離膜とは双方共前記単位を構成するプリズム上に設けられてもよい。

第６の発明の画像投影装置において、前記各単位において前記変調部と前記分割部とは双方共前記単位を構成するプリズム上に設けられてもよい。

上述した画像投影装置のいずれかにおいて、前記レンズ群は、前記所定方向にレンズが並ぶフライアイレンズ或いは前記所定方向にレンズが並ぶレンチキュラーレンズを有してもよい。

また、第１〜５の発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記波長板は、雲母や水晶などの結晶、延伸した高分子フィルム、分子軸をそろえて配向させた低分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは高分子中に低分子液晶を高分子中に分散させた高分子液晶で構成してもよい。

また、第６の発明の画像投影装置において、前記変調部は、雲母や水晶などの結晶、延伸した高分子フィルム、分子軸をそろえて配向させた低分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは高分子中に低分子液晶を高分子中に分散させた高分子液晶で構成してもよい。

以上説明した発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記供給手段は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の前記偏光光を得るための複数のダイクロイックミラーを有し、前記画像形成手段は前記Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の偏光光によりＲ，Ｇ，Ｂ三色の画像光を形成する３つの液晶表示装置を有し、前記投影手段が、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ三色の画像光を合成して投影するように構成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、コンパクトな系で光源から発せられた非偏光光を偏光光に変換して光の利用効率を向上させることができる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１は本発明の画像形成装置に用いられる板状偏光素子の第１の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０の構成図である。

本実施例の板状偏光素子の単位２０は、断面が直角三角形の三角柱の形状を有する第１の入射側プリズム２１₁と、第１の入射側プリズム２１₁の両隣に互いに斜面を接触させて並べられた、第１の入射側プリズム２１₁と同じ形状を有する第１および第２の出射側プリズム２２₁，２２₂と、第１の出射側プリズム２２₁の第１の入射側プリズム２１₁と反対側で互いに斜面を接触させて並べられた、第１の入射側プリズム２１₁の半分の形状を有する第２の入射側プリズム２１₂と、第２の出射側プリズム２２₂の第１の入射側プリズム２１₁と反対側で互いに斜面を接触させて並べられた、第２の入射側プリズム２１₂と同じ形状を有する第３の入射側プリズム２１₃とからなり、３つの入射側プリズム２１₁〜２１₃と２つの出射側プリズム２２₁，２２₂とが一体となって一枚の平行平板を構成している。また、第１の入射側プリズム２１₁と第１の出射側プリズム２２₁との接触面には、第１の入射側プリズム２１₁側に第１の１／４波長板２３₁が設けられており、第１の出射側プリズム２２₁側に第１の偏光分離作用膜２４₁が設けられている。さらに、第１の入射側プリズム２１₁と第２の出射側プリズム２２₂との接触面には、第１の入射側プリズム２１₁側に第２の１／４波長板２３₂が設けられており、第２の出射側プリズム２２₂側に第２の偏光分離作用膜２４₂が設けられている。第２の入射側プリズム２１₂と第１の出射側プリズム２２₁との接触面には、第１の全反射ミラー２５₁が形成されており、第３の入射側プリズム２１₃と第２の出射側プリズム２２₂との接触面には、第２の全反射ミラー２５₂が形成されている。ここで、第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，２４₂は、膜面に対して平行な偏光面を有するＳ偏光光を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光光を透過する特性を有する。また、第１および第２の１／４波長板２３₁，２３₂は、第１および第２の入射光Ｐ₁，Ｐ₂のように入射角４５゜で入射してくる光に対して作用するものであり、その軸方向はＳ偏光光を円偏光に変換するように選択されている。

すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位２０では、第１の入射側プリズム２１₁と第１の出射側プリズム２２₁との接触面および第１の入射側プリズム２１₁と第２の出射側プリズム２２₂との接触面が、非偏光光（第１および第２の入射光Ｐ₁，Ｐ₂）に対してほぼ同じ角度の傾きをもち一方からの反射光（第１および第２のＳ偏光光Ｌ_S1，Ｌ_S2）が他方へ向かうよう互いに向き合う一対の分割面として機能し、第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，２４₂が、入射光を互いに偏光面が直交する反射光（第１および第２のＳ偏光光Ｌ_S1，Ｌ_S2）および透過光（第１および第２のＰ偏光光Ｌ_P1，Ｌ_P2）に分割する分割部として機能する。また、第１および第２の全反射ミラー２５₁，２５₂が、反射光および透過光の一方（第１および第２のＳ偏光光Ｌ_S1，Ｌ_S2）を反射して他方（第１および第２のＰ偏光光Ｌ_P1，Ｌ_P2）の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。さらに、第１および第２の１／４波長板２３₁，２３₂が反射光および透過光の少なくとも一方（第１および第２のＳ偏光光Ｌ_S1，Ｌ_S2）の偏光面を変化させて両者の偏光面を一致させる変調部として機能する。

次に、本実施例の板状偏光素子の単位２０の動作について説明する。

第１の入射側プリズム２１₁と第１の出射側プリズム２２₁との接触面に対して４５゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第１の入射光Ｐ₁は、第１の１／４波長板２３₁を透過したのち第１の偏光分離作用膜２４₁に入射し、膜面に対して垂直な偏光面を有する第１のＰ偏光光Ｌ_P1が第１の偏光分離作用膜２４₁を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有する第１のＳ偏光光Ｌ_S1が第１の偏光分離作用膜２４₁で右方に直角に反射されることにより、第１のＰ偏光光Ｌ_P1と第１のＳ偏光光Ｌ_S1とに分割される。第１のＰ偏光光Ｌ_P1は第１の出射側プリズム２２₁の出射面から出射する。一方、第１のＳ偏光光Ｌ_S1は、第１の１／４波長板２３₁を透過することにより円偏光に変換されたのち、第２の１／４波長板２３₂を透過することにより第２の偏光分離作用膜２４₂の膜面に対して垂直な偏光面を有する第１の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*に変換される。第１の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*は第２の偏光分離作用膜２４₂を透過したのち、第２の全反射ミラー２５₂で上方に直角に反射されて、第２の出射側プリズム２２₂の出射面から第１のＰ偏光光Ｌ_P1の進行方向と同じ方向に出射する。

また、第１の入射側プリズム２１₁と第２の出射側プリズム２２₂との接触面に対して４５゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第２の入射光Ｐ₂は、第２の１／４波長板２３₂を透過したのち第２の偏光分離作用膜２４₂に入射し、膜面に対して垂直な偏光面を有する第２のＰ偏光光Ｌ_P2が第２の偏光分離作用膜２４₂を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有する第２のＳ偏光光Ｌ_S2が第２の偏光分離作用膜２４₂で左方に直角に反射されることにより、第２のＰ偏光光Ｌ_P2と第２のＳ偏光光Ｌ_S2とに分割される。第２のＰ偏光光Ｌ_P2は第２の出射側プリズム２２₂の出射面から出射する。一方、第２のＳ偏光光Ｌ_S2は、第２の１／４波長板２３₂を透過することにより円偏光に変換されたのち、第１の１／４波長板２３₁を透過することにより第１の偏光分離作用膜２４₁の膜面に対して垂直な偏光面を有する第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P2 ^*に変換される。第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P2 ^*は第１の偏光分離作用膜２４₁を透過したのち、第１の全反射ミラー２５₁で上方に直角に反射されて、第１の出射側プリズム２２₁の出射面から第２のＰ偏光光Ｌ_P2の進行方向と同じ方向に出射する。

したがって、本実施例の板状偏光素子の単位２０は、第１の入射側プリズム２１₁に入射する第１および第２の入射光Ｐ₁，Ｐ₂を第１および第２のＰ偏光光Ｌ_P1，Ｌ_P2と第１および第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*，Ｌ_P2 ^*とに損失なく変換して、出射面全面から出射させることができる。

次に、本実施例の板状偏光素子の単位２０の各構成部品の材料について説明する。

第１，第２および第３の入射側プリズム２１₁〜２１₃および第１および第２の出射側プリズム２２₁，２２₂は、ガラスまたはプラスチックなどで構成することができるが、第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，２４₂の分離機能を最適に保つためには、屈折率選択の自由度が大きいガラスで構成した方がよい。また、プリズムを用いないで平行平板の組合わせとすることも可能であるが、この場合には、Ｐ偏光光の透過率がプリズムを用いた場合よりも劣る。第１および第２の１／４波長板２３₁，２３₂は、雲母や水晶などの結晶性のもの，延伸した高分子フィルム，一定の厚さをもつ、一定方向に分子軸を揃えて配向させた低分子液晶，側鎖型高分子液晶、または高分子中に分散させた低分子液晶などで構成することができる。第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，２４₂は、公知の光学多層膜で構成できる。第１および第２の全反射ミラー２５₁，２５₂は、アルミ蒸着ミラーを用いてもよいし、第２および第３の入射側プリズム２１₂，２１₃を取除いて、第１および第２の出射側プリズム２２₁，２２₂の第１の入射側プリズム２２₁と反対側の斜面を空気境界面としてもよい。

図１に示した単位２０を複数並べて板状偏光素子を構成する一構成例としては、図２に示すように単位２０を横方向に複数並べて構成した板状偏光素子４１がある。また、他の構成例としては、図３に示すように単位２０を横方向に複数並べて構成した列を、互いに隣合う列同士ではピッチを半分ずらして複数列並べて構成した板状偏光素子４１ａがある。なお、図２および図３に示した板状偏光素子４１，４１ａにおいては、互いに隣合う単位同士の接続面となる入射側プリズム（図１に示す第２の入射側プリズム２１₂と第３の入射側プリズム２１₃）は一体的に構成されてもよい。

図４は本発明の画像形成装置に用いられる板状偏光素子の第２の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０ａの構成図である。

本実施例の板状偏光素子の単位２０ａが図１に示した板状偏光素子の単位２０と異なる点は、第１および第２の１／４波長板２３₁，２３₂の代わりに、１／２波長板２６が第１の入射側プリズム２１₁と第１の出射側プリズム２２₁との接触面および第１の入射側プリズム２１₁と第２の出射側プリズム２２₂との接触面の中間に設けられていることである。

本実施例の板状偏光素子の単位２０ａでは、第１の入射光Ｐ₁は、第１のＰ偏光光Ｌ_P1が第１の偏光分離作用膜２４₁を透過し、第１のＳ偏光光Ｌ_S1が第１の偏光分離作用膜２４₁で右方に直角に反射されることにより、第１のＰ偏光光Ｌ_P1と第１のＳ偏光光Ｌ_S1とに分割される。第１のＰ偏光光Ｌ_P1は第１の出射側プリズム２２₁の出射面から出射する。一方、第１のＳ偏光光Ｌ_S1は、１／２波長板２６を透過することにより偏光面が９０゜回転されて第１の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*に変換される。第１の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*は第２の偏光分離作用膜２４₂を透過したのち、第２の全反射ミラー２５₂で上方に直角に反射されて、第２の出射側プリズム２２₂の出射面から第１のＰ偏光光Ｌ_P1の進行方向と同じ方向に出射する。また、第２の入射光Ｐ₂は、第２のＰ偏光光Ｌ_P2が第２の偏光分離作用膜２４₂を透過し、第２のＳ偏光光Ｌ_S2が第２の偏光分離作用膜２４₂で左方に直角に反射されることにより、第２のＰ偏光光Ｌ_P2と第２のＳ偏光光Ｌ_S2とに分割される。第２のＰ偏光光Ｌ_P2は第２の出射側プリズム２２₂の出射面から出射する。一方、第２のＳ偏光光Ｌ_S2は、１／２波長板２６を透過することにより偏光面が９０゜回転されて第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P2 ^*に変換される。第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P2 ^*は第１の偏光分離作用膜２４₁を透過したのち、第１の全反射ミラー２５₁で上方に直角に反射されて、第１の出射側プリズム２２₁の出射面から第２のＰ偏光光Ｌ_P2の進行方向と同じ方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位２０ａもまた、第１の入射側プリズム２１₁に入射する第１および第２の入射光Ｐ₁，Ｐ₂を第１および第２のＰ偏光光Ｌ_P1，Ｌ_P2と第１および第２の変換されたＰ偏光光Ｌ_P1 ^*，Ｌ_P2 ^*とに損失なく変換して、出射面全面から出射させることができる。なお、１／２波長板２６は、第１の入射側プリズム２１₁と第１の出射側プリズム２２₁との接触面および第１の入射側プリズム２１₁と第２の出射側プリズム２２₂との接触面の間であればどこに設けられてもよい。

図５は本発明の画像形成装置に用いられる板状偏光素子の第３の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０の構成図である。

本実施例の板状偏光素子の単位３０は、分割部（偏光分離作用膜３４）が非偏光光（入射光Ｐ）に対して斜設され、反射部（全反射膜３５）が分割部に対して平行に配され、変調部として１／２波長板３６が反射光（Ｓ偏光光Ｌ_S）の光路、特に反射部（全反射膜３５）で反射された反射光（Ｓ偏光光Ｌ_S）の光路に配されて構成されている。

すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位３０は、断面が平行四辺形の第１のガラス部材３１₁と、第１のガラス部材３１₁の両隣に互いに斜面を接触させて並べられた、断面が直角三角形の第２および第３のガラス部材３１₂，３１₃とからなり、３つのガラス部材３１₁〜３１₃が一体となって一枚の平行平板を構成している。また、第１のガラス部材３１₁と第２のガラス部材３１₂との接触面には、全反射膜３５が設けられており、第１のガラス部材３１₁と第３のガラス部材３１₃との接触面には、偏光分離作用膜３４が設けられている。さらに、第１のガラス部材３１₁の出射面（入射光Ｐが入射する面と反対側の面）には、１／２波長板３６が設けられている。ここで、偏光分離作用膜３４は、膜面に対して平行な偏光面を有するＳ偏光光を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光光を透過する特性を有する。また、１／２波長板３６は、入射角９０゜で入射してくる光に対して作用するものである。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位３０では、偏光分離作用膜３４が、入射光を互いに偏光面が直交する反射光（Ｓ偏光光Ｌ_S）および透過光（Ｐ偏光光Ｌ_P）に分割する分割部として機能する。また、全反射膜３５が、反射光および透過光の一方（Ｓ偏光光Ｌ_S）を反射して他方（Ｐ偏光光Ｌ_P）の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部として機能する。さらに、１／２波長板３６が反射光および透過光の少なくとも一方（Ｓ偏光光Ｌ_S）の偏光面を変化させて両者の偏光面を一致させる変調部として機能する。

次に、本実施例の板状偏光素子の単位３０の動作について説明する。

偏光分離作用膜３４の膜面に対して４５゜の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する入射光Ｐは、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光光Ｌ_Pが偏光分離作用膜３４を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有するＳ偏光光Ｌ_Sが偏光分離作用膜３４で左方に直角に反射されることにより、Ｐ偏光光Ｌ_PとＳ偏光光Ｌ_Sとに分割される。Ｐ偏光光Ｌ_Pは第３のガラス部材３１₃の出射面（入射光Ｐが入射する面と反対側の面）から出射する。一方、Ｓ偏光光Ｌ_Sは全反射膜３５で上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１₂の出射面からＰ偏光光Ｌ_Pの進行方向と同じ方向に出射したのち、１／２波長板３６を透過することにより偏光面が９０゜回転されてＰ偏光光Ｌ_P ^*に変換される。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位３０は、第１のガラス部材３１₁に入射する入射光ＰをＰ偏光光Ｌ_Pと前記変換されたＰ偏光光Ｌ_P ^*とに損失なく変換して、出射面全面から出射させることができる。

図５に示した単位３０を複数並べて板状偏光素子を構成する構成例としては、図１に示した単位２０と同様に図２および図３に示した構成例がある。ここで、図５に示した単位３０は、板状偏光素子を構成する際、断面が平行四辺形のガラス部材を複数並べて構成できるため、図１に示した単位２０よりも加工性に優れているという効果がある。すなわち、単位２０は、偏光分離作用膜３４を片面に設けたガラス板と全反射膜３５（たとえば、アルミ蒸着膜）を片面に設けたガラス板とを交互に積層して、４５゜の断面で切断し、切断面を光学研磨したのち、１／２波長板３６を接着することにより容易に作成できる。

図６は本発明の画像形成装置に用いられる板状偏光素子の第４の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ａの構成図である。

本実施例の板状偏光素子の単位３０ａが図５に示した板状偏光素子の単位３０と異なる点は、１／２波長板３６が偏光分離作用膜３４（分割部）と全反射膜３５（反射部）との間に配されていることである。

本実施例の板状偏光素子の単位３０ａでは、入射光Ｐは、Ｐ偏光光Ｌ_Pが偏光分離作用膜３４を透過し、Ｓ偏光光Ｌ_Sが偏光分離作用膜３４で左方に直角に反射されることにより、Ｐ偏光光Ｌ_PとＳ偏光光Ｌ_Sとに分割される。Ｐ偏光光Ｌ_Pは第３のガラス部材３１₃の出射面から出射する。一方、Ｓ偏光光Ｌ_Sは１／２波長板３６を透過することにより偏光面が９０゜回転されてＰ偏光光Ｌ_P ^*に変換されたのち、全反射膜３５で上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１₂の出射面からＰ偏光光Ｌ_Pの進行方向と同じ方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位３０ａは、第１のガラス部材３１₁に入射する入射光ＰをＰ偏光光Ｌ_Pと前記変換されたＰ偏光光Ｌ_P ^*とに損失なく変換して、出射面全面から出射させることができる。

図７は本発明の画像形成装置に用いられる板状偏光素子の第５の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ｂの構成図である。

本実施例の板状偏光素子の単位３０ｂが図５に示した板状偏光素子の単位３０と異なる点は、１／２波長板３６が透過光（Ｐ偏光光Ｌ_P）の光路である第３のガラス部材３１₃の出射面に接着されていることである。

本実施例の板状偏光素子の単位３０ｂでは、入射光Ｐは、Ｐ偏光光Ｌ_Pが偏光分離作用膜３４を透過し、Ｓ偏光光Ｌ_Sが偏光分離作用膜３４で左方に直角に反射されることにより、Ｐ偏光光Ｌ_PとＳ偏光光Ｌ_Sとに分割される。Ｐ偏光光Ｌ_Pは第３のガラス部材３１₃の出射面から出射したのち、１／２波長板３６を透過することにより偏光面が９０゜回転されてＳ偏光光Ｌ_S ^*に変換されて出射する。一方、Ｓ偏光光Ｌ_Sは全反射膜３５で上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１₂の出射面から前記変換されたＳ偏光光Ｌ_Sの進行方向と同じ方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位３０ｂは、第１のガラス部材３１₁に入射する入射光ＰをＳ偏光光Ｌ_Sと前記変換されたＳ偏光光Ｌ_S ^*とに損失なく変換して、出射面全面から出射させることができる。

図８は本発明の画像形成装置に用いられる偏光変換ユニットの第１の実施例の一部分を示す斜視図である。

本実施例の偏光変換ユニット４０は、図２に示した板状偏光素子４１と、板状偏光素子４１の入射側に設けられた、非偏光光を柵状パターンの非偏光光に変換する変換手段である両面レンチキュラーレンズ４２とからなる。ここで、板状偏光素子４１は、両面レンチキュラーレンズ４２から出射する柵状パターンの非偏光光の光軸に対してほぼ直交するよう配され、柵状パターンの非偏光光を透過させてほぼ稠密な偏光光に変換する。また、図９に示すように、両面レンチキュラーレンズ４２の入射光Ｐ₁〜Ｐ₃（非偏光光）の入射側の面には、入射光Ｐ₁〜Ｐ₃を集束させる作用をもつ、正パワーレンズからなる集束作用面４３₁〜４３₃が、板状偏光素子４１の各単位２０₁〜２０₃と同じピッチで設けられている。また、両面レンチキュラーレンズ４２の入射光Ｐ₁〜Ｐ₃の出射側の面には、集束された入射光Ｐ₁〜Ｐ₃を発散させて平行光にする作用をもつ、負パワーレンズからなる発散作用面４４₁〜４４₃が、各単位２０₁〜２０₃の第１の入射側プリズム２１₁（図１参照）と互いに対向するよう設けられている。さらに、各発散作用面４４₁〜４４₃の間には、平面である非作用面４５₁，４５₂が設けられている。

したがって、両面レンチキュラーレンズ４２の入射面に直角に入射してくる入射光Ｐ₁〜Ｐ₃は集束作用面４３₁〜４３₃で集束されることにより、図９に示すように、非作用面４５₁，４５₂には入射せず発散作用面４４₁〜４４₃にのみ入射したのち、発散作用面４４₁〜４４₃で平行光にされて出射するため、両面レンチキュラーレンズ４２から出射する光は柵状パターンの非偏光光となる。この柵状パターンの非偏光光は板状偏光素子４１で偏光光に変換されたのち、各単位２０₁〜２０₃の出射面の全面から出射する。なお、発散作用面４４₁〜４４₃の焦点距離の絶対値を集束作用面４３₁〜４３₃の焦点距離の半分とすることにより、両面レンチキュラーレンズ４２から出射する柵状パターンの非偏光光の光束幅を集束作用面４３₁〜４３₃のピッチの半分にすることができる。また、非作用面４５₁，４５₂に吸収膜を設けることにより、乱反射などによる悪影響を軽減することができる。

本実施例の偏光変換ユニット４０は、以下に示す利点を有する。

（１）両面レンチキュラーレンズ４２で入射光Ｐ₁〜Ｐ₃を柵状パターンの非偏光光に変換して板状偏光素子４１の各単位２０₁〜２０₃に入射させるため、各単位２０₁〜２０₃のサイズを小さくすることができる。また、板状偏光素子４１の各単位２０₁〜２０₃のサイズをさらに小さくするためには、両面レンチキュラーレンズ４２の集束作用面４３₁〜４３₃のピッチを小さくして柵状パターンの分割数を多くすればよい。

（２）光源が有限の径を有するものであっても、入射光Ｐ₁〜Ｐ₃は板状偏光素子４１の各単位２０₁〜２０₃の第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，４５₂に必ず入射するため、図１４に示した従来の画像投影装置における欠点が解消でき、光の利用効率および出射光の偏光度を向上させることができる。特に、第１および第２の偏光分離作用膜２４₁，２４₂は、Ｓ偏光光に対する反射率を１００％にすることが比較的容易であるため、出射光の偏光度を高く保つことができる。

（３）板状偏光素子４１の各単位２０₁〜２０₃の構成部品である、第１，第２および第３の入射側プリズム２１₁〜２１₃と第１および第２の出射側プリズム２２₁，２２₂とは、形状およびサイズを同じにすることができるため、製造上部品の種類を減らすことができ、低コスト化が図れる。特に、コスト的に大きな割合を占めるプリズムの種類を減らすことができるため、低コスト化の効果が非常に大きい。

両面レンチキュラーレンズ４２は、成形性の容易さ，透過率などの光学特性を考慮すると、アクリル板を押出し成形したものまたはコンプレッション成形したものを用いることができる。ただし、特に耐熱性が要求される場合には、ガラス部材からなるコンプレッション成形したものまたは研磨成形したものが好ましい。また、両面レンチキュラーレンズ４２は一体成形で構成してもよく、片面レンチキュラーレンズを貼り合わせて構成してもよい。また、光源が有限な径を有する場合には、発散作用面４４₁〜４４₃の焦点距離の絶対値を集束作用面４３₁〜４３₃の焦点距離の半分以下とすることにより、柵状パターンの非偏光光の光束存在領域と光束不存在領域との比を１：１にすることができる。

本実施例の偏光変換ユニット４０は、図２に示した板状偏光素子４１と両面レンチキュラーレンズ４２とを用いて構成されたが、図４〜図７に示した単位２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂからなる板状偏光素子と両面レンチキュラーレンズとを用いて構成してもよい。

次に、本発明の画像形成装置に用いられる偏光変換ユニットの第２の実施例について説明する。

本実施例の偏光変換ユニットは、図３に示した板状偏光素子４１ａと、板状偏光素子４１ａの入射側に設けられた、非偏光光を格子状パターンの非偏光光に変換する変換手段である両面フライアイレンズとからなる。本実施例の偏光変換ユニットにおいては、両面フライアイレンズで入射光を上下および左右方向に分割したのち、板状偏光素子４１ａの各単位２０₁〜２０₅の第１の入射側プリズム２１₁に入射させる。なお、本実施例においても、図４〜図７に示した単位２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂからなる板状偏光素子と両面フライアイレンズとを用いて構成してもよい。

図１０は本発明の画像投影装置の第１の実施例を示す概略構成図である。

本実施例の画像投影装置は、第１のコンデンサレンズ６４からの平行白色光（非偏光光）を白色直線偏光光に変換する照明光学系として図８に示した偏光変換ユニット４０を用いている点が、図１４に示した画像投影装置と異なる。なお、本実施例の画像投影装置では、偏光変換ユニット４０と液晶ライトバルブ６６との間に、偏光変換ユニット４０からの白色直線偏光光を投写レンズ６８の瞳内に集光させる第２のコンデンサレンズ６５が設けられている。

したがって、本実施例の画像投影装置は、本発明の偏光変換ユニットである偏光変換ユニット４０を用いて液晶ライトバルブ６６を照明するため、光源６１から発せられた白色光（非偏光光）を損失なく液晶ライトバルブ６６に入射させることができるとともに、光源６１から液晶ライトバルブ６６までの距離を短くすることができるため、画像投影装置のコンパクト化が図れる。

図１１は本発明の画像投影装置の第２の実施例を示す概略構成図である。

本実施例の画像投影装置は、非偏光光（白色光）を発する光源７１と、反射ミラー７２と、熱線カットフィルタ７３と、第１のコンデンサレンズ７４と、光源７１からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系と、偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画像を発生せしめる画像発生部と、画像を投影する投影光学系とからなる。ここで、照明光学系は、非偏光光である白色光を赤，緑，青の各色の非偏光光に分解する、第１の分解用ダイクロイックミラー８１，第２の分解用ダイクロイックミラー８２および分解用反射ミラー８３からなる色分解系と、各色の非偏光光の光路にそれぞれ設けられた、図８に示した偏光変換ユニット４０と同様の構成をもつ偏光変換ユニット４０_R，４０_G，４０_Bと、赤用コンデンサレンズ７５_R，緑用コンデンサレンズ７５_Gおよび青用コンデンサレンズ７５_Bとから構成されている。また、画像発生部は、赤，緑，青の各色の画像を発生させる３個の発生器である赤色用液晶ライトバルブ７６_R，緑色用液晶ライトバルブ７６_Gおよび青色用液晶ライトバルブ７６_Bからなる。さらに、投影光学系は、第１の合成用ダイクロイックミラー８４と、合成用反射ミラー８５と、第２の合成用ダイクロイックミラー８６と、投写レンズ７８とからなる。

本実施例の画像投影装置では、赤色の非偏光光Ｐ_Rが第１の分解用ダイクロイックミラー８１で上方に直角に反射され、また、第１の分解用ダイクロイックミラー８１を透過したシアンの非偏光光Ｐ_G＋Ｐ_Bのうち青色の非偏光光Ｐ_Bが第２の分解用ダイクロイックミラー８２を透過し、緑色の非偏光光Ｐ_Gが第２の分解用ダイクロイックミラー８２で上方に直角に反射されることにより、第１のコンデンサレンズ７４から出射された、非偏光光である平行白色光Ｐ_R＋Ｐ_G＋Ｐ_Bは、赤，緑，青の各色の非偏光光Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bに分解される。なお、赤色の非偏光光Ｐ_Rは分解用反射ミラー８３で左方に直角に反射されたのち、赤用偏光変換ユニット４０_Rに入射して、赤色の偏光光に変換される。また、緑色の非偏光光Ｐ_Gは第２の分解用ダイクロイックミラー８２で反射されたのち、緑色用偏光変換ユニット４０_Gに入射して、緑色の偏光光に変換される。さらに、青色の非偏光光Ｐ_Bは第２の分解用ダイクロイックミラー８２を透過したのち、青色用偏光変換ユニット４０_Bに入射して、青色の偏光光に変換される。

赤色の偏光光は、赤用コンデンサレンズ７５_Rを介して赤色用液晶ライトバルブ７６_Rに入射され、カラービデオ信号の赤色成分に応じて偏光面が回転させられることにより変調され、Ｐ偏光光およびＳ偏光光の両方を含む光束になり、さらに赤用偏光板７７_Rにより直線偏光の赤色画像光Ｒ^*に変換される。同様にして、緑色の偏光光は、緑色用液晶ライトバルブ７６_Gおよび緑用偏光板７７_Gの作用により、カラービデオ信号の緑色成分に応じて変調された緑色画像光Ｇ^*に変換され、また、青色の偏光光は、青色用液晶ライトバルブ７６_Bおよび青用偏光板７７_Bの作用により、カラービデオ信号の青色成分に応じて変調された青色画像光Ｂ^*に変換される。

赤色画像光Ｒ^*と緑色画像光Ｇ^*とは、第１の合成用ダイクロイックミラー８４で合成されて黄色画像光Ｒ^*＋Ｇ^*に変換されたのち、第２の合成用ダイクロイックミラー８６に入射する。また、青色画像光Ｂ^*は、合成用反射ミラー８５で上方に直角に反射されたのち、第２の合成用ダイクロイックミラー８６に入射する。そして、黄色画像光Ｒ^*＋Ｇ^*が第２の合成用ダイクロイックミラー８６を透過し、青色画像光Ｂ^*が第２の合成用ダイクロイックミラー８６で左方に直角に反射されることにより、黄色画像光Ｒ^*＋Ｇ^*と青色画像光Ｂ^*とが合成されて、カラービデオ信号に応じて変調された白色画像光Ｒ^*＋Ｇ^*＋Ｂ^*に変換される。白色画像光Ｒ^*＋Ｇ^*＋Ｂ^*は、投写レンズ７８によりスクリーン（不図示）に拡大投射され、スクリーンにカラー画像が投写される。

本実施例の画像投射装置は、赤，緑，青の各色の非偏光光Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bごとに偏光変換ユニットをもつことにより、以下に示す効果を有する。

（１）赤用偏光変換ユニット４０_R，緑用偏光変換ユニット４０_Gおよび青用偏光変換ユニット４０_Bの各単位に用いられている１／４波長板および偏光分離作用膜（図１参照）の波長依存性を零にすることは困難であるため、非偏光光である平行白色光Ｐ_R＋Ｐ_G＋Ｐ_Bを入射光とするよりも、赤，緑，青の各色の非偏光光Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bを入射光とした方が光の利用効率の向上が図れる。

（２）一般に光源７１は有限な径を有するため、光源７１から発せられる白色光は必ず有限の拡がり角をもつ。また、有限の拡がり角をもつ光のビーム径を何らかの光学系によって圧縮すると、ビーム径の圧縮比に逆比例して拡がり角が大きくなる。したがって、図１４に示した従来の画像投影装置では、偏光変換ユニットと液晶ライトバルブ117までの距離が大きいため、有限の拡がり角をもつ光のビーム径を圧縮しても、光の拡がり角の増加により液晶ライトバルブ117への集光効率が低下する。一方、本実施例の画像投影装置では、薄い平板形状の偏光変換ユニットを用いているため、偏光変換ユニットを液晶ライトバルブに近接して設置できるので、赤，緑，青の各色の非偏光光Ｐ_R，Ｐ_G，Ｐ_Bの拡がり角の増加による液晶ライトバルブ117への集光効率の低下を防げる。

次に、本発明の画像投射装置の第３の実施例について説明する。

本実施例の画像投射装置は、緑用偏光変換ユニット４０_Gおよび青用偏光変換ユニット４０_Bの代わりに、第１の分解用ダイクロイックミラー８１と第２の分解用ダイクロイックミラー８２との間（緑色の非偏光光Ｐ_Gと青色の非偏光光Ｐ_Bとの共通光路）に設けられたシアン用偏光変換ユニットを有する点が、図１１に示した画像投射装置と異なる。

複数の偏光変換ユニットを用いる場合には、光源から発せられる光の利用効率および色ムラの発生抑圧の点から、各偏光変換ユニットは光学的に等価な位置（光の進行方向および振幅などが等価な位置）にそれぞれ配置された方がよいため、図１１に示した画像投射装置のように構成することが望ましいが、部品点数の削減を優先する場合などでは、本実施例の画像投射装置のように構成して、偏光変換ユニットの個数を減らしても、従来の画像投射装置よりも光の利用効率を向上をさせることができるとともに、装置全体のコンパクト化も図れる。

なお、図１１に示した画像投射装置において、各色用の偏光変換ユニット４０_R，４０_G，４０_Bとして、図４〜図７に示した単位２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂからなる板状偏光素子と両面レンチキュラーレンズとを組み合わせた構成のもの、または図３に示した板状偏光素子４１ａと両面フライアイレンズとを組み合わせた構成のものを用いてもよい。また、本発明の画像投射装置の構成は、図１１に示した構成に限定されることはなく、たとえば、特開昭６２ー５９９１９号公報のように、各色フィルタを用いて白色光を各色光に分解し、液晶ライトバルブで変調された各色光をキューブプリズムで合成する画像投射装置において、各色フィルタごとに図８に示した偏光変換ユニット４０を配置してもよい。また、特開昭６２ー１３９１号公報のように、第１のキューブプリズムで白色光を各色光に分解し、反射型液晶ライトバルブで変調された各色光を第２のキューブプリズムで合成する画像投射装置において、第１のキューブプリズムの各色光の出射面に図８に示した偏光変換ユニット４０を配置してもよい。

本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素子の第１の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０の構成図である。 図１に示した単位２０を複数並べて板状偏光素子を構成した一構成例を示す部分図である。 図１に示した単位２０を複数並べて板状偏光素子を構成した他の構成例を示す部分図である。 本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素子の第２の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０ａの構成図である。 本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素子の第３の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０の構成図である。 本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素子の第４の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ａの構成図である。 本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素子の第５の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ｂの構成図である。 本発明の画像投影装置に用いられる偏光変換ユニットの第１の実施例の一部分を示す斜視図である。 図８に示した両面レンチキュラーレンズ４２の動作を説明する図である。 本発明の画像投影装置の第１の実施例を示す概略構成図である。 本発明の画像投影装置の第２の実施例を示す概略構成図である。 従来の投写型表示装置の一例を示す要部構成図である。 従来の投写型表示装置の他の例を示す要部構成図である。 特開昭６１−９０５８４号公報に記載されている投写型表示装置を示す要部構成図である。 図１４の投写表示装置において並列照明方式を適用したときの問題点を説明する図である。

符号の説明

２０，２０₁〜２０₅，２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂ 単位
２１₁〜２１₃ 入射側プリズム
２２₁，２２₂ 出射側プリズム
２３₁，２３₂ １／４波長板
２４₁，２４₂，３４ 偏光分離作用膜
２５₁，２５₂ 全反射ミラー
３１₁〜３１₃ ガラス部材
３５ 全反射膜
３６ １／２波長板
４０ 偏光変換ユニット
４０_R 赤用偏光変換ユニット
４０_G 緑用偏光変換ユニット
４０_B 青用偏光変換ユニット
４１ 板状偏光素子
４２ 両面レンチキュラーレンズ
４３₁〜４３₃ 集束作用面
４４₁〜４４₃ 発散作用面
４５₁，４５₂ 非作用面
６１，７１ 光源
６２，７２ 反射ミラー
６３，７３ 熱線カットフィルタ
６４，７４ 第１のコンデンサレンズ
６５ 第２のコンデンサレンズ
６６ 液晶ライトバルブ
６７ 偏光板
６８，７８ 投写レンズ
７５_R 赤用コンデンサレンズ
７５_G 緑用コンデンサレンズ
７５_B 青用コンデンサレンズ
７６_R 赤用液晶ライトバルブ
７６_G 緑用液晶ライトバルブ
７６_B 青用液晶ライトバルブ
７７_R 赤用偏光板
７７_G 緑用偏光板
７７_B 青用偏光板
８１ 第１の分解用ダイクロイックミラー
８２ 第２の分解用ダイクロイックミラー
８３ 分解用反射ミラー
８４ 第１の合成用ダイクロイックミラー
８５ 合成用反射ミラー
８６ 第２の合成用ダイクロイックミラー
Ｐ，Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃ 入射光
Ｌ_P，Ｌ_P1，Ｌ_P2 Ｐ偏光光
Ｌ_S，Ｌ_S1，Ｌ_S2 Ｓ偏光光
Ｌ_P ^*，Ｌ_P1 ^*，Ｌ_P2 ^* 変換されたＰ偏光光
Ｌ_S ^*，Ｌ_S1 ^*，Ｌ_S2 ^* 変換されたＳ偏光光
Ｐ_R＋Ｐ_G＋Ｐ_B 平行白色光
Ｐ_R 赤色の非偏光光
Ｐ_G 緑色の非偏光光
Ｐ_B 青色の非偏光光
Ｒ^* 赤色画像光
Ｇ^* 緑色画像光
Ｂ^* 青色画像光
Ｒ^*＋Ｇ^* 黄色画像光
Ｒ^*＋Ｇ^*＋Ｂ^* 白色画像光

Claims (7)

1. 複数の画像形成手段と、
   光源からの光を色分解し、各色に対応する前記画像形成手段を照明する照明光学系と、 前記複数の画像形成手段からの光を投影する投影光学系とを備え、
   前記照明光学系は、
   前記光源からの非偏光光を複数の非偏光光束に分割し、各非偏光光束ごとに偏光光に変換する偏光変換系を有しており、該偏光変換系が、複数の色光の共通光路上に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
2. 複数の画像形成手段と、
   光源からの光を複数の色光に色分解し、各色光に対応する前記画像形成手段を照明する照明光学系と、
   前記複数の画像形成手段からの光を投影する投影光学系とを備える画像投影装置であって、
   前記照明光学系は、集束作用面を有する複数のレンズを含み、前記光源からの非偏光光を複数の光束に分割するレンズアレイと、前記複数の光束各々を偏光光に変換する単位を複数含む偏光変換ユニットを有しており、該偏光変換ユニットが、前記複数の色光の共通光路上に配置されていることを特徴とする画像投影装置。
3. 前記複数の画像形成手段が反射型の画像形成手段であって、
   前記照明光学系がキューブプリズムを用いて色分解を行っており、
   前記投影光学系が、前記複数の反射型の画像形成手段からの光をキューブプリズムを用いて合成していることを特徴とする請求項２記載の画像投影装置。
4. 前記レンズアレイと前記偏光変換ユニットとの間に、前記偏光変換ユニットに至る光を遮光する遮光部を備えることを特徴とする請求項２又は３記載の画像投影装置。
5. 前記遮光部が吸収膜を有することを特徴とする請求項４記載の画像投影装置。
6. 複数の反射型の画像形成手段と、
   光源からの光をキューブプリズムを用いて複数の色光に色分解し、各色光に対応する前記画像形成手段を照明する照明光学系と、
   前記複数の画像形成手段から出射する複数の色光をキューブプリズムを用いて合成した上で投影する投影光学系とを備える画像投影装置であって、
   前記照明光学系が、前記光源からの非偏光光を複数の非偏光光束に分割し、各非偏光光束ごとに偏光光に変換する偏光変換ユニットを有していることを特徴とする画像投影装置。
7. 前記照明光学系が、集束作用面を有する複数のレンズを含み、前記光源からの非偏光光を複数の光束に分割するレンズアレイを有しており、前記偏光変換ユニットが、前記複数の光束各々を偏光光に変換する単位を複数有していることを特徴とする請求項６記載の画像投影装置。

Images