JP2008241809A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光量ロスを低減できる比較的安価な偏光変換装置を組み込んだプロジェクタを提供すること。
【解決手段】照明光学系３０において、偏光変換装置３４を構成する各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが、配列されるＸ方向に関して等しい入射開口幅ｗ１を有し、入射面１１ａの入射開口位置がシステム光軸ＯＡ方向に関して相対的にシフトするように配置されている。よって、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、第２レンズアレイ３２を経た各部分光束すなわち入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃが各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに入射する際の断面幅ｗ２を小さく抑えることができ、入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃの遮光を防止できるので、照明光の光量ロスを安価な手法で抑えて明るい画像を投射できるプロジェクタ１００を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置によって形成した画像を投射レンズにてスクリーン上に投射するプロジェクタに関する。

プロジェクタの照明装置として、一対のフライアイレンズと、後段のフライアイレンズの光射出側に配置される偏光変換装置と、偏光変換装置の光射出側に配置される重畳レンズとを備えるものがある。このような照明装置において、例えば偏光変換装置を構成する複数の光学ユニットの配列ピッチを中心部と周辺部とで異ならせているものがある（特許文献１参照）。

また、表示装置として、光路に対して傾斜した方向にＰＢＳを配列したマルチプリズムアレイと、マルチプリズムアレイの両側に配置される一対のミラーと、一対のミラーの反射光路上に配置される一対の波長板とを備える光学ブロックを、光源の後段に設けたものが存在する。
特開平１０−３１９３４９号公報 特開平９−１３３９６６号公報

しかしながら、前者の偏光変換装置は、複数の光学ユニットのサイズを変更するため、製造工程が複雑になってコストを増加させる。

また、後者の光学ブロックは、平行光束が入射することが前提になっており、フライアイレンズと組み合わせた場合、フライアイレンズからの発散光によって光量ロスが大きくなる。

そこで、本発明は、光量ロスを低減できる比較的安価な偏光変換装置を組み込んだプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）光束を射出する光源と、（ｂ）光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、（ｃ）第１レンズアレイからの部分光束を個別に集光する第２レンズアレイと、（ｄ）偏光分離膜と反射膜と位相差板とをそれぞれ有するとともに第２レンズアレイの光射出側に配列される複数の偏光変換素子を含み、複数の偏光変換素子を構成する各偏光変換素子は、配列方向に関して等しい入射開口幅の入射面を有し、入射面のシステム光軸方向に関する入射開口位置が相対的にシフトした状態で配置される偏光変換装置と、（ｅ）偏光変換装置を経た照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光変調装置と、（ｆ）光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系と、を備える。

上記プロジェクタによれば、偏光変換装置を構成する各偏光変換素子が、配列方向に関して等しい入射開口幅の入射面を有し、入射面のシステム光軸方向に関する入射開口位置が相対的にシフトした状態で配置されるので、第２レンズアレイを経た各部分光束が各偏光変換素子に入射する際に光路の断面幅が大きくなって大きなケラレすなわち遮光が発生することを防止できる。よって、照明光の光量ロスを安価な手法で抑えて、明るい画像を投射できるプロジェクタを提供することができる。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクタにおいて、偏光分離膜が、透過及び反射によって２つの偏光の分離を行い、反射膜が、偏光分離膜で反射された一方の偏光の光路を偏光分離膜で透過された他方の偏光の光路に対して平行にし、位相差板が、偏光分離膜の透過光路と反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上に設けられる。この場合、各偏光変換素子によって効率の良い偏光変換が可能になる。

本発明の別の具体的な態様では、各偏光変換素子の入射開口位置が、第２レンズアレイを経た各部分光束が各偏光変換素子に入射する際の断面幅が入射開口幅以下となっている光路範囲内に設定される。この場合、第２レンズアレイを経た各部分光束が各偏光変換素子に入射する際にケラレすなわち遮光が発生することを防止できる。

本発明のさらに別の具体的な態様では、各偏光変換素子の入射開口位置が、第２レンズアレイを経た各部分光束のうち、システム光軸を通って複数の偏光変換素子の配列方向に平行な基準面の近傍を通過する一群の部分光束が各偏光変換素子に入射する際の断面幅を最小とする位置に設定される。この場合、第２レンズアレイを経た部分光束のうち断面幅が広くなる傾向のある基準面近傍を通過する一群の部分光束に関して、確実に光量ロスの発生を防止できる。

本発明のさらに別の具体的な態様では、各偏光変換素子が、偏光分離膜、反射膜、及び位相差板を一体化したブロック状部材である。この場合、各偏光変換素子をブロック部材としてシステム光軸の方向にシフトさせながら調整を行って組み立てることにより、簡易に偏光変換装置を構成することができる。

本発明のさらに別の具体的な態様では、各偏光変換部材が、同一形状を有する。この場合、各偏光変換部材を同様の工程で製造することができ、偏光変換装置の製造コストを抑えることができる。

本発明のさらに別の具体的な態様では、第２レンズアレイからの各部分光束を光変調装置の被照明領域上で重畳させる重畳レンズをさらに有する。この場合、第２レンズアレイからの各部分光束を被照明領域上に重畳させて均一な照明光を得ることができる。

図１は、本発明の一実施形態であるプロジェクタの光学系の構造を概念的に説明する平面図である。このプロジェクタ１００は、光源から射出された光束を画像情報に応じて変調して光学像を形成し、この光学像をスクリーン上に拡大投射する光学機器であり、照明光学系３０、色分離導光光学系４０、光変調部６０、クロスダイクロイックプリズム７０、及び投射光学系８０を備えて構成される。

以上のプロジェクタ１００において、照明光学系３０は、被照明領域に面内照度を均一化した照明光を照射するための光学系であり、光源ランプユニット２０と、第１及び第２レンズアレイ３１，３２と、偏光変換装置３４と、重畳レンズ３５とを備える。このうち、光源ランプユニット２０は、光源ランプ２１から周囲に放射された光束を集めて射出し、色分離導光光学系４０等を介して光変調部６０を照明するための光源であり、発光管である光源ランプ２１と、光源ランプ２１から射出された光源光を反射する楕円面型の凹面鏡２２と、凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。この光源ランプユニット２０において、光源ランプ２１から射出された光源光は、凹面鏡２２及び凹レンズ２３を経て平行化され、前方側すなわち重畳レンズ３５側に射出される。なお、上述した楕円面型の凹面鏡２２に代えて、放物面等の各種凹面鏡を用いることができる。放物面の凹面鏡を用いた場合、凹面鏡２２の後段に凹レンズ２３等を設けなくとも、光源ランプユニット２０から平行光束を射出させることが可能となる。

第１レンズアレイ３１は、光源ランプ２１から射出された光束を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、システム光軸ＯＡと直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズ３１ａを備えて構成される。各小レンズ３１ａの輪郭形状は、後述する光変調部６０を構成する液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域すなわち被照明領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。第２レンズアレイ３２は、前述した第１レンズアレイ３１により分割された複数の部分光束を集光する光学素子であり、第１レンズアレイ３１と同様にシステム光軸ＯＡに直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズ３２ａを備えているが、集光を目的としているため、各小レンズ３２ａの輪郭形状が液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域の形状と対応している必要はない。

偏光変換装置３４は、第２レンズアレイ３２の射出側に対向して配置される。偏光変換装置３４は、Ｙ方向にそれぞれ延びシステム光軸ＯＡを挟んで±Ｘ方向に対称に配列される６本の同一構造の偏光変換素子１０からなる。このような偏光変換装置３４を用いることにより、光源ランプ２１から射出される光束を、一方向の偏光光束に無駄なく揃えることができるため、光変調部６０で利用する偏光照明光の利用率を向上させることができる。

重畳レンズ３５は、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、及び偏光変換装置３４を経た複数の部分光束を集光して、液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域に対応する被照明領域上に重畳させて入射させるための光学素子である。この重畳レンズ３５から射出された光束は、均一化されつつ次段の色分離導光光学系４０に射出される。つまり、両レンズアレイ３１，３２と重畳レンズ３５とを経た照明光は、以下に詳述する色分離導光光学系４０を経て、光変調部６０の照明領域すなわち各色の液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒの画像形成領域を均一に重畳照明する。

図２（Ａ）は、偏光変換装置３４の平面図であり、図２（Ｂ）は、偏光変換装置３４の入射側の正面図である。また、図３は、偏光変換装置３４の一部の構造等を説明する拡大平面図である。

この偏光変換装置３４は、システム光軸ＯＡを挟んで、略＋Ｘ方向に配列される３本の偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと、略−Ｘ方向に配列される３本の偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとを備える。これら偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、Ｙ方向に延びる四角柱のブロック状部材であり、互いに同一構造を有しているが、後述するように特殊な配置となっている。

中央側の第１偏光変換素子１０Ａは、第１、第２、及び第３プリズム１１，１８，１９と、偏光分離膜１３と、反射膜１４と、位相差板１５と、マスク１６とを一組とした変換ユニットである。周辺側の第２及び第３偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｃも、それぞれ、第１、第２、及び第３プリズム１１，１８，１９と、偏光分離膜１３と、反射膜１４と、位相差板１５と、マスク１６とを一組とした変換ユニットである。

偏光変換素子１０Ａにおいて、第１プリズム１１は、ガラス等で形成された透光性の部材であり、底面（ＸＺ面に平行な面）が平行四辺形である四角柱状の外形を有している。第２及び第３プリズム１８，１９は、それぞれガラス等で形成された透光性の部材であり、それぞれ底面が三角形である三角柱状の外形を有している。各第１プリズム１１の両端の斜面には、この斜面を充填してコーナを形成するように第２及び第３プリズム１８，１９が接合されており、全体として、底面が長方形の四角柱の外形をなす。

以上のうち、第１プリズム１１は、図３に示すように、ＸＹ面に対してともに平行な入射面１１ａ及び射出面１１ｂと、これらの面１１ａ，１１ｂに対して所定の角度をなし互いに平行な分離面１１ｃ及び反射面１１ｄとを備える。ここで、分離面１１ｃは偏光分離膜１３を支持し、反射面１１ｄは反射膜１４を支持する。なお、詳細な説明は省略するが、第２プリズム１８は、射出面１８ｂと、分離面１８ｃとを有し、第３プリズム１９は、反射面１９ｄを有する。これらのプリズム１１，１８，１９は、第２及び第３プリズム１８，１９によって第１プリズム１１を挟むように組み合わされた状態で光学接着剤によって互いに接着されている。この際、両プリズム１１，１８の分離面１１ｃ，１８ｃ同士を対向させ、両プリズム１１，１９の反射面１１ｄ，１９ｄ同士を対向させる。

偏光分離膜１３は、一対のプリズム１１，１８の分離面１１ｃ，１８ｃ間において、光束の進行方向であるＺ軸方向に対して所定角度、具体的には４５°傾斜した状態でされている。偏光分離膜１３は、入射光ＩＬの光束に含まれるＰ偏光光束及びＳ偏光光束のうち、一方の偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する。この場合、偏光分離膜１３は、誘電体多層膜からなる偏光分離素子として、偏光変換装置３４に入射した入射光ＩＬの偏光成分のうち、Ｓ偏光を反射により第１の偏光として折り曲げ、Ｐ偏光を透過により第２の偏光として直進させることによって分離するものとする。なお、偏光分離膜１３は、第１プリズム１１の一方の傾斜側面である分離面１１ｃ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。

反射膜１４は、一対のプリズム１１，１９の反射面１１ｄ，１９ｄ間において光束の進行方向であるＺ軸方向に対して所定角度、具体的には４５°傾斜した状態で配置されている。つまり、反射膜１４は、第１プリズム１１を挟んで偏光分離膜１３に対向して平行に配置されている。反射膜１４は、誘電体多層膜からなる反射素子として、偏光分離膜１３により反射された第１の偏光をさらに反射することで、その光路を第２の偏光と同一の方向に変換させる。なお、反射膜１４は、第１プリズム１１の他方の傾斜側面である反射面１１ｄ上に蒸着等を含む各種成膜法を利用して形成される。

位相差板１５は、第２プリズム１８の射出面１８ｂに対向して接合されており、半波長位相差板として、偏光分離膜１３を透過したＰ偏光である第２の偏光をＳ偏光に変換する。なお、位相差板１５は、第１プリズム１１の射出面１１ｂ上に設けることもできるが、この場合、偏光分離膜１３で反射されたＳ偏光である第１の偏光をＰ偏光に変換することになる。

マスク１６は、第３プリズム１９の入射側に接合されており、遮光性の材料からなる遮光板としてプリズム１９に直接入射する不要な光を遮断する。

以上の第１偏光変換素子１０Ａでは、第１プリズム１１に入射した入射光ＩＬのうち、Ｚ軸に平行な光線ＰＬ０が、偏光分離膜１３により、反射される一方の偏光である第１光線ＰＬ１と、通過する他方の偏光である第２光線ＰＬ２とに分岐される。この際、不要な光がマスク１６により遮断される。次に、偏光分離膜１３により反射された第１光線ＰＬ１は、再度反射膜１４で反射され、位相が変わることなく射出面１１ｂからＳ偏光として射出される。一方、偏光分離膜１３を透過した第２光線ＰＬ２は、位相差板１５により位相が反転し、Ｓ偏光として射出される。以上により、偏光変換装置３４に入射した入射光ＩＬは、すべての偏光光束の偏光方向がＳ偏光に揃えられた照明として同一方向に射出される。

以上は、第１偏光変換素子１０Ａの構造等の説明であったが、第２及び第３偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｃも、詳細な説明を省略するが、第１偏光変換素子１０Ａと同様の構造を有する。

図４は、偏光変換装置３４を構成する各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの配置を説明する平面図である。これらの偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、Ｘ方向に隙間なく配列されており、第１プリズム１１の入射面１１ａは、Ｘ方向に等しいピッチで配列されているが、Ｚ方向に関してはその位置を相対的にシフトさせて位置ズレを生じさせている。すなわち、中央側の第１偏光変換素子１０Ａを基準として、その±Ｘ方向に関する外側に設けられた一対の第２偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｂは、−Ｚ側すなわち第２レンズアレイ３２側に距離ｄ１だけシフトしたオフセット状態で配置されている。また、さらに外側に設けられた一対の第３偏光変換素子１０Ｃ，１０Ｃは、第１偏光変換素子１０Ａを基準として、さらに−Ｚ側すなわち第２レンズアレイ３２側に距離ｄ２だけシフトしたオフセット状態で配置されている。

以下、偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをシステム光軸ＯＡに関してオフセット状態で配置する理由について説明する。各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃには、第１プリズム１１の入射面１１ａを介して、第２レンズアレイ３２から射出された照明光である入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃがそれぞれ入射する。ここで、各入射面１１ａは、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの配列方向に関して等しい入射開口幅ｗ１を有している。各入射面１１ａに入射する各入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃは、第２レンズアレイ３２を構成する小レンズ３２ａの偏芯等によって±Ｘ方向に関する中心位置が第１プリズム１１の入射面１１ａの±Ｘ方向に関する中心位置に略一致するように入射する。これらの入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃは、光源ランプ２１のアーク像に対応するものであり、完全に一点に結像するのではなく、第２レンズアレイ３２の小レンズ３２ａによって絞られているが有限の断面状態で入射面１１ａに入射する。しかしながら、具体的な製品において、各入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃの±Ｘ方向に関するサイズが最も絞られる位置は、光源ランプユニット２０、第１レンズアレイ３１等を含む他の調整要因によってバラツキを有し、ＸＹ面に平行な同一平面上に全てを一致させることは容易でない。よって、本実施形態の場合、偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをシステム光軸ＯＡ方向にシフトさせて、各入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃが最小の断面幅ｗ２となる位置に、第１プリズム１１の入射面１１ａを配置する。結果的に、上述のように、中央側の第１偏光変換素子１０Ａを基準として、一対の第２偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｂは、−Ｚ側に距離ｄ１だけシフトして配置され、一対の第３偏光変換素子１０Ｃ，１０Ｃは、−Ｚ側に距離ｄ２だけシフトして配置されている。これにより、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、第２レンズアレイ３２を構成する小レンズ３２ａからの入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃを最も絞った状態で第１プリズム１１の入射面１１ａに入射させることができ、各入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃの断面幅ｗ２を各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの配列方向に関し入射開口幅ｗ１より小さくすることができる。つまり、各入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃが入射面１１ａではなくマスク１６に入射し遮光されることによる光の利用効率低下を防止することができる。

以上で説明した入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃは、第２レンズアレイからの部分光束のうち、システム光軸ＯＡを通って偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが配列されるＸ方向に平行な基準面ＳＳ（図２（Ｂ）参照）の近傍を通過する部分光束に対応するものである。これらの入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃは、偏光変換装置３４の中でも比較的システム光軸ＯＡに近い位置に入射するものであり、光量が多く比較的断面幅ｗ２が大きいので、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのシフト量を決定する上で重要になる。しかしながら、上記のような基準面ＳＳから離れた光路上を通過する入射光ＩＬｄ，ＩＬｅ，ＩＬｆも、これらがマスク１６入射することはあまり望ましくない。よって、第１偏光変換素子１０ＡのＺ方向の位置を調整する際には、入射光ＩＬａのみならず入射光ＩＬｄが入射開口幅ｗ１に納まるようにする。具体的には、例えば、入射光ＩＬａの断面幅ｗ２が最小になる位置と、入射光ＩＬｄの断面幅ｗ２が最小になる位置との中間位置に第１偏光変換素子１０Ａを配置する。同様に、第２偏光変換素子１０ＢのＺ方向の位置を調整する際には、入射光ＩＬｂのみならず入射光ＩＬｅが入射開口幅ｗ１に納まるようにする。同様に、第３偏光変換素子１０ＣのＺ方向の位置を調整する際には、入射光ＩＬｃのみならず入射光ＩＬｆが入射開口幅ｗ１に納まるようにする。つまり、第１〜第３偏光変換素子１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれについて、入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃだけでなく、入射光ＩＬｄ，ＩＬｅ，ＩＬｆの入射状態が最適となり、照明光学系３０を明るくすることができる。以上のような調整を行った場合、入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃの断面幅ｗ２が入射開口幅ｗ１以下となっているＺ方向に沿った光路範囲Ｒ内のいずれかの位置において、第１プリズム１１の入射面１１ａの位置すなわち入射開口位置が設定される。

以上では、基準面ＳＳに最も近い入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃと、基準面ＳＳに次に近い入射光ＩＬｄ，ＩＬｅ，ＩＬｆとを各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの位置シフトの基準としたが、基準面ＳＳからさらに離れた入射光を各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの位置シフトの基準とすることもできる。ただし、この場合も、基準面ＳＳに最も近い入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃを優先することが望ましい。具体的な調整では、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃをシステム光軸ＯＡに沿って個別にＺ方向に微小量シフトさせつつ照明光学系３０から取り出される照明光の照度が最大になる点を検出すればよい。

図１に戻って、色分離導光光学系４０は、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂ、反射ミラー４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、コンデンサレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒ、及びリレーレンズ４５，４６を備える。これらのうち、第１及び第２ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂを含んで構成される色分離光学系は、照明光を、青（Ｂ）色光、緑（Ｇ）色光、及び赤（Ｒ）色光の３つの光束に分離する。各ダイクロイックミラー４１ａ，４１ｂは、透明基板上に、所定の波長領域の光束を反射し他の波長領域の光束を透過する波長選択作用を有する誘電体多層膜を形成することによって得た光学素子であり、システム光軸ＯＡに対してともに傾斜した状態で配置される。第１ダイクロイックミラー４１ａは、赤・青・緑（Ｒ・Ｇ・Ｂ）の３色のうち青色光ＬＢを反射し、緑色光ＬＧと赤色光ＬＲとを透過させる。また、第２ダイクロイックミラー４１ｂは、入射した緑色光ＬＧ及び赤色光ＬＲのうち緑色光ＬＧを反射し赤色光ＬＲを透過させる。色分離導光光学系４０の射出側に設けられた各色用のコンデンサレンズ４３ｂ，４３ｇ，４３ｒは、第２レンズアレイ３２から射出され光変調部６０に入射する各部分光束が、システム光軸ＯＡに対して適当な収束度又は発散度となるように設けられている。一対のリレーレンズ４５，４６は、青色用の第１光路ＯＰ１や緑色用の第２光路ＯＰ２よりも相対的に長い赤色用の第３光路ＯＰ３上に配置されている。これらのリレーレンズ４５，４６は、入射側の第１のリレーレンズ４５の直前に形成された像を、ほぼそのまま射出側のコンデンサレンズ４３ｒに伝達することにより、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止している。

この色分離導光光学系４０において、光源ランプユニット２０から照明光学系３０を経て入射した照明光は、まず第１ダイクロイックミラー４１ａに入射する。第１ダイクロイックミラー４１ａで反射された青色光ＬＢは、第１光路ＯＰ１に導かれ、反射ミラー４２ａを経て最終段のコンデンサレンズ４３ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー４１ａを透過して第２ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光ＬＧは、第２光路ＯＰ２に導かれ最終段のコンデンサレンズ４３ｇに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー４１ｂを通過した赤色光ＬＲは、第３光路ＯＰ３に導かれ、反射ミラー４２ｂ，４２ｃやリレーレンズ４５，４６を経て最終段のコンデンサレンズ４３ｒに入射する。

光変調部６０は、３色の照明光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲがそれぞれ入射する３つの液晶表示パネル（液晶表示パネル）６１ｂ，６１ｇ，６１ｒと、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを挟むように配置される３組の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒとを備える。ここで、例えば青色光ＬＢ用の液晶表示パネル６１ｂと、これを挟む一対の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｂとは、照明光を画像情報に基づいて２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光ＬＧ用の液晶表示パネル６１ｇと、対応する偏光フィルタ６２ｇ，６２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、赤色光ＬＲ用の液晶表示パネル６１ｒと、偏光フィルタ６２ｒ，６２ｒも、液晶ライトバルブを構成する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒは、一対の透明なガラス基板間に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像信号に従って、それぞれに入射した偏光光束の偏光方向を変調する。

この光変調部６０において、第１光路ＯＰ１に導かれた青色光ＬＢは、コンデンサレンズ４３ｂを介して液晶表示パネル６１ｂの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｂ内の画像形成領域を照明する。第２光路ＯＰ２に導かれた緑色光ＬＧは、コンデンサレンズ４３ｇを介して液晶表示パネル６１ｇの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｇ内の画像形成領域を照明する。第３光路ＯＰ３に導かれた赤色光ＬＲは、第１及び第２リレーレンズ４５，４６及びコンデンサレンズ４３ｒを介して液晶表示パネル６１ｒの位置に設けた照明領域に入射し液晶表示パネル６１ｒ内の画像形成領域を照明する。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置である。各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒにそれぞれ入射した各色光ＬＢ，ＬＧ，ＬＲは、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに電気的信号として入力された駆動信号或いは制御信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その際、偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒによって、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入射する照明光の偏光方向が調整されるとともに、各液晶表示パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒから射出される光から所定の偏光方向の変調光が取り出される。

クロスダイクロイックプリズム７０は、射出側の偏光フィルタ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒから射出された各色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光合成光学系である。このクロスダイクロイックプリズム７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜７１，７２が形成されている。一方の第１誘電体多層膜７１は青色光を反射し、他方の第２誘電体多層膜７２は赤色光を反射する。このクロスダイクロイックプリズム７０は、液晶表示パネル６１ｂからの青色光ＬＢを第１誘電体多層膜７１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶表示パネル６１ｇからの緑色光ＬＧを第１及び第２誘電体多層膜７１，７２を介して直進・射出させ、液晶表示パネル６１ｒからの赤色光ＬＲを第２誘電体多層膜７２で反射して進行方向左側に射出させる。

このようにクロスダイクロイックプリズム７０で合成された像光は、拡大投影レンズとしての投射光学系８０を経て、適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。

以上で説明した本実施形態のプロジェクタ１００によれば、照明光学系３０において、偏光変換装置３４を構成する各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが、これらの配列されるＸ方向に関して等しい入射開口幅ｗ１を有し、入射面１１ａの入射開口位置がシステム光軸ＯＡ方向に関して相対的にシフトするように配置されている。よって、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、第２レンズアレイ３２を経た各部分光束すなわち入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃが各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに入射する際の断面幅ｗ２を小さく抑えることができ、入射光ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃがマスク１６へ入射することを防止できるので、照明光の光量ロスを安価な手法で抑えて明るい画像を投射できるプロジェクタ１００を提供することができる。

具体的な偏光変換装置３４を組み込んだ照明光学系３０で、各偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのシステム光軸ＯＡ方向の位置をシフトさせる効果の確認を行った。照明光の光量を測定しながら第１偏光変換素子１０Ａのみをシステム光軸ＯＡ方向に動かし、照明光の光量が最も大きくなる、第１偏光変換素子１０Ａのシステム光軸ＯＡ方向の位置を決定する。その後、偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｃにおいても、それぞれ順次照明光の光量を測定しながらこれらをシステム光軸ＯＡ方向に動かし、照明光の光量が最も大きくなる、各偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｃのシステム光軸ＯＡ方向の位置を決定する。結果的に、両偏光変換素子１０Ｂ，１０Ｃの相対的なシフトによって、従来の照明光量が１００％とすると、本実施形態で達成される照明光量は１００．５％に上昇し、明るさが０．５％改善された。

以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、偏光変換装置３４を構成する偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの本数は、第２レンズアレイ３２の横方向の分割数に応じて適宜変更できる。

また、偏光変換素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、Ｙ方向に延びるだけでなく、Ｘ方向に延びＹ方向に配置され、Ｚ方向に所定量シフトさせたものとできる。

また、上記実施形態では、光変調装置を３つ用いたプロジェクタ１００の例について説明したが、本発明は、光変調装置を１つ、２つ、あるいは４つ以上用いたプロジェクタにも適用することができる。

また、上記実施形態では、透過型のプロジェクタに本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型プロジェクタにも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶表示パネル等を含むライトバルブが光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。反射型プロジェクタの場合、ライトバルブは液晶表示パネルのみによって構成することが可能であり、一対の偏光板は不要である。なお、光変調装置は、液晶表示パネル等からなる液晶ライトバルブに限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１のプロジェクタ１００の構成は、いずれにも適用可能である。

本発明の一実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図１の偏光変換装置を説明する平面図及び正面図である。 図２の偏光変換装置を構成する偏光変換素子の動作を説明するための拡大平面図である。 偏光変換装置における偏光変換素子の配置を説明する平面図である。

符号の説明

１０…偏光変換素子、 １０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…偏光変換素子、 １１…第１プリズム、 １１ａ…入射面、 １１ｂ…射出面、 １１ｃ…分離面、 １１ｄ…反射面、 １３…偏光分離膜、 １４…反射膜、 １５…位相差板、 １６…マスク、 １８…第２プリズム、 １９…第３プリズム、 ２０…光源ランプユニット、 ２１…光源ランプ、 ２２…凹面鏡、 ３０…照明光学系、 ３１…第１レンズアレイ、 ３１ａ…小レンズ、 ３２…第２レンズアレイ、 ３２ａ…小レンズ、 ３４…偏光変換装置、 ３５…重畳レンズ、 ４０…色分離導光光学系、 ４１ａ…第１ダイクロイックミラー、 ４１ｂ…第２ダイクロイックミラー、 ６０…光変調部、 ６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ…液晶表示パネル、 ６２ｂ，６２ｇ，６２ｒ…偏光フィルタ、 ７０…クロスダイクロイックプリズム、 ８０…投射光学系、 １００…プロジェクタ、 ＩＬａ，ＩＬｂ，ＩＬｃ…入射光、 ＬＢ，ＬＧ，ＬＲ…各色光、 ＯＡ…システム光軸、 ｗ１…入射開口幅、 ｗ２…断面幅

Claims (7)

1. 光束を射出する光源と、
   前記光源からの光束を複数の部分光束に分割する第１レンズアレイと、
   前記第１レンズアレイからの部分光束を個別に集光する第２レンズアレイと、
   偏光分離膜と反射膜と位相差板とをそれぞれ有するとともに前記第２レンズアレイの光射出側に配列される複数の偏光変換素子を含み、前記複数の偏光変換素子を構成する各偏光変換素子は、配列方向に関して等しい入射開口幅の入射面を有し、前記入射面のシステム光軸方向に関する入射開口位置が相対的にシフトした状態で配置される偏光変換装置と、
   前記偏光変換装置を経た照明光を画像情報に応じて変調し、画像光を形成する光変調装置と、
   前記光変調装置で形成された画像光を投射する投射光学系と、
   を備えるプロジェクタ。
2. 前記偏光分離膜は、透過及び反射によって２つの偏光の分離を行い、前記反射膜は、前記偏光分離膜で反射された一方の偏光の光路を前記偏光分離膜で透過された他方の偏光の光路に対して平行にし、前記位相差板は、前記偏光分離膜の透過光路と前記反射膜からの射出光路とのいずれか一方の光路上に設けられる、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記各偏光変換素子の前記入射開口位置は、前記第２レンズアレイを経た各部分光束が前記各偏光変換素子に入射する際の断面幅が前記入射開口幅以下となっている光路範囲内に設定される、請求項１及び請求項２のいずれか一項に記載のプロジェクタ。
4. 前記各偏光変換素子の前記入射開口位置は、前記第２レンズアレイを経た各部分光束のうち、前記システム光軸を通って前記複数の偏光変換素子の配列方向に平行な基準面の近傍を通過する一群の部分光束が前記各偏光変換素子に入射する際の断面幅を最小とする位置に設定される、請求項１から請求項２までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
5. 前記各偏光変換素子は、前記偏光分離膜、前記反射膜、及び前記位相差板を一体化したブロック状部材である、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。
6. 前記各偏光変換部材は、同一形状を有する、請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記第２レンズアレイからの前記各部分光束を前記光変調装置の被照明領域上で重畳させる重畳レンズをさらに有する、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のプロジェクタ。

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