JP3498707B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光束
を、光束分割光学素子によって該光束分割光学素子の略
中心を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数
の光源像を形成する複数の部分光束に分割し、複数の部
分光束のそれぞれを偏光変換素子により偏光方向が揃っ
た１種類の偏光光束に変換し、この偏光変換素子により
変換された複数の部分光束を１つの電気光学装置により
画像情報に応じて変調するプロジェクタに関する。

【０００２】

【背景技術】カラー画像を投写表示できるプロジェクタ
としては、３つの色光毎に電気光学装置を備えた３板型
プロジェクタの他に、１つの電気光学装置でカラー画像
を形成する単板型プロジェクタが実用化されている。単
板型プロジェクタでは、装置の小型化と低コスト化を達
成し易いという利点がある。

【０００３】単板型プロジェクタにも種々の形態がある
が、特開平４−６０５３８号公報に開示されたカラー液
晶表示装置のように、μレンズアレイを具備した１つの
液晶表示装置（電気光学装置）を特殊な配置の３枚のダ
イクロイックミラーによって色分解した色光で照明する
形態を有する単板型プロジェクタが知られている（以下
では、このような形態の電気光学装置を空間色分離型の
電気光学装置と呼称する）。この形態のプロジェクタ
は、単板型であるにも係わらず光利用効率が高く、明る
い投写画像を実現しやすいという点で注目されている。

【０００４】上述の単板型プロジェクタでは、さらに、
光源から電気光学装置に至る光路上に光束分割光学素
子、偏光変換素子、および色分離光学素子等の種々の光
学素子を配置して、光源光を無駄なく利用し、かつ明る
さや色ムラのない投写画像を形成できるような工夫が施
されている。

【０００５】光束分割光学素子は、光源からの光束を複
数の部分光束に分割して、該光束分割光学素子の略中心
を通る仮想の照明光軸と略直交する仮想面内に複数の光
源像を形成し、それらを疑似光源と見立てて、複数の光
源像からの光束を電気光学装置上で重畳させることによ
り、強度分布が揃った照明光束を得る光学素子である。
具体的には、光束分割光学素子としては、入射端面から
入射した光束を複数対の反射面にて反射させ、反射位置
の違いにより複数の部分光束に分割して射出端面から射
出する棒状の導光体や、電気光学装置の画素領域に対向
する面に沿って複数のレンズを配列して構成されるレン
ズアレイ等が採用される。

【０００６】偏光変換素子は、偏光方向がランダムな入
射光束を２種類の偏光光束に分離し、一方或いは両方の
偏光光束の偏光方向を回転させることにより、偏光方向
が揃った光束を射出する光学素子である。具体的には、
偏光変換素子は、偏光方向の異なる２種類の偏光光束の
うち、一方を透過し、他方を反射する偏光分離膜と、分
離された他方の偏光光束を反射する反射膜と、２種類の
偏光光束のいずれかの偏光方向を回転する位相差板とを
含んで構成される。

【０００７】色分離光学素子は、入射光束を例えばＲＧ
Ｂ等の複数の色光に分離する光学素子であり、赤、緑、
青の各色光を反射する３枚のダイクロイックミラーを、
光束の入射方向に対して互いに異なる角度となるように
配置し、３枚のダイクロイックミラーにより分離された
各色光が互いに異なる角度で射出するように構成されて
いる。

【０００８】空間色分離型の電気光学装置は、前記色分
離光学素子で分離された光束を、色光毎に画像情報に応
じて変調し、カラー画像を形成するものである。この電
気光学装置では、ＲＧＢの各色光に対応した長方形状の
３つのサブ画素が並置され、それら３つのサブ画素に対
して１つのμレンズが形成される。μレンズに対して異
なる角度で入射した各色光は、μレンズにより集光さ
れ、対応する各サブ画素に入射して色光毎に変調された
後、投写レンズを介して射出され、カラーの投写画像を
形成する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の単板型のプロジェクタでは、色光毎のサブ画
素が長方形状に設定されているため、長方形状の短辺方
向に角度のついた光が入射すると、隣接するサブ画素に
異なる色光が混入し、他の色光の画素にその光が漏れて
混色が発生し、スクリーン上に投写された画像のコント
ラストや色再現性が低下するという問題がある。従っ
て、単板型のプロジェクタでは、電気光学装置に入射す
る当該方向（サブ画素の短辺方向）における光の角度分
布を如何に抑えるかが重要な問題となる。

【００１０】本発明の目的は、空間色分離型の電気光学
装置を用いて構成した単板型のプロジェクタにおいて、
混色を防ぎ、コントラストや色再現性の高いプロジェク
タを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプロジェク
タは、偏光変換素子による偏光分離の方向を工夫するこ
とにより、前記目的を達成するものである。

【００１２】 （１）本発明に係るプロジェクタは、光
源と、光源からの光束を、複数の部分光束に分割する光
束分割光学素子と、前記複数の部分光束のそれぞれを２
種類の偏光光束に分離した後、偏光方向が揃った１種類
の偏光光束に変換する偏光変換素子と、前記複数の部分
光束を重畳する伝達レンズと、を有する照明装置と、前
記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光学
装置と、前記電気光学装置によって変調された光を投写
する投写レンズと、を備えたプロジェクタであって、前
記偏光変換素子は、２種類の偏光光束のうち、一方の偏
光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する偏光分離面
と、前記２種類の偏光光束の射出方向を揃えるために、
前記他方の偏光光束を反射する反射面と、前記２種類の
偏光光束の偏光方向を揃える位相差板を有し、前記偏光
変換素子の入射する側の面には、前記偏光分離面に直接
対応する第１の入射面と、前記反射面に直接対応する第
２の入射面が配置され、前記第１の入射面および前記第
２の入射面は細長形状であって、前記複数の部分光束の
偏光分離方向に沿って複数形成されており、前記第１の
入射面および前記第２の入射面の長辺方向は、前記偏光
分離方向の略直交する方向と略一致しており、前記電気
光学装置は、各部分光束において異なる角度で入射する
色光を色光ごとに光変調処理を施すため、色光ごとに対
応し互いに隣接して配置された細長形状の画素を複数備
え、前記偏光変換素子による前記偏光分離方向は、前記
画素の長辺方向と略一致しており、前記光束分割光学素
子は、複数の光源像を、前記第１の入射面の短辺方向よ
りも長辺方向に対してより狭い間隔で形成し、かつ前記
複数の部分光束が前記第１の入射面に入射するように構
成されていることを特徴とする。

【００１３】光の利用効率を向上させることを目的とし
て、光源と電気光学装置との間に偏光変換素子を配置し
た場合、偏光変換素子による偏光分離によって、偏光分
離方向においては光の角度分布が広がってしまう。しか
しながら、本発明では、偏光変換素子による偏光分離の
方向が電気光学装置の画素の長辺方向に略一致している
ため、画素の長辺方向では照明光束の角度分布の広がり
が発生してしまうものの、画素の短辺方向では角度分布
の広がりを生じることは殆ど無い。また、光束分割光学
素子は、複数の光源像を、第１の入射面の短辺方向より
も長辺方向に対してより狭い間隔で、第１の入射面に形
成するように構成されているので、第１の入射面の長辺
方向、すなわち画素の短辺方向における照明光束の角度
分布の広がりをより確実に低減することができる。した
がって、隣接する画素へ他の色光が入射すること（光漏
れ）によって生じる混色を低減することができ、コント
ラストが高く色再現性の良い投写画像を実現でき、さら
には第１の入射面に複数の光源像を効率的に配置できる
ことから光利用効率も良くすることができる。

【００１４】（２）電気光学装置としては、入射した光
束を前記画素で変調し、光束の入射方向とは反対側に射
出する透過型の電気光学装置である場合に本発明を採用
するのが好ましい。

【００１５】もちろん、入射した光束を画素で変調した
後、光束の入射方向に射出する反射型の電気光学装置を
使用することもできる。但し、その場合には、通常、電
気光学装置と照明装置との間、ならびに、電気光学装置
と投写レンズとの間に、偏光ビームスプリッタ等の偏光
選択素子が配置されるため、偏光選択素子の特性を維持
するために、上述した偏光変換素子、光束分割光学素子
の特性を、この偏光選択素子の特性が維持できるように
最適化することが必要となる。これに対して、透過型の
電気光学装置の場合、このような偏光選択素子を必要と
しないので、偏光選択素子の特性を考慮することなく、
プロジェクタを構成し易いという特徴がある。

【００１６】

【００１７】

【００１８】(3-1)光束分割光学素子としては、入射端
面から入射した光源からの光束を複数対の反射面にて反
射させ、複数の部分光束に分割して射出端面から射出す
るロッドを採用することができる。

【００１９】ここで、ロッドとしては、導光性を有する
材料からなる中実のもの（中実ロッド）や、筒状体の内
側面に光反射面を形成した中空のもの（中空ロッド）を
採用することができる。中実ロッドであれば、反射にお
ける反射が光損失を伴わない全反射となるので、光の利
用効率を一層向上できる。中空ロッドであれば、入射端
面から入射した光束がロッド内部の空気層を介して射出
端面に達するので、入射端面から射出端面までの寸法を
比較的短く設定しても均一な照明光束を実現することが
でき、さらに中実ロッドの場合よりも製造が容易である
という利点がある。

【００２０】中実ロッドまたは中空ロッドを採用する場
合、少なくとも画素の長辺方向および短辺方向に向けて
対向する２組の反射面を備えていればよく、ロッド断面
を四角形以上の多角形、例えば八角形、十二角形等とす
ることもできる。

【００２１】但し、光源から光束分割光学素子への光伝
達効率を考慮すれば、光源から光束分割光学素子に入射
する光の断面形状は略円形であるため、これらのロッド
の入射端面は正方形状にすることが好ましく、電気光学
装置への照明効率を考慮すれば、ロッドの射出端面を電
気光学装置の表示領域の形状と略相似形にすることが好
ましい。

【００２２】光束分割光学素子として上述したロッドを
採用する場合、画素の短辺方向において対向する一対の
反射面を入射端面から射出端面に向かって次第に広がる
ように傾斜させることにより、画素の長辺方向よりも短
辺方向に対して、より狭い間隔で複数の光源像を形成す
ることができる。従って、隣接する画素への光漏れによ
る混色をより低減することができ、極めてコントラスト
が高く色再現性の良い投写画像を実現できる。

【００２３】また、さらに、画素の長辺方向において対
向するロッドの、一対の反射面の間隔を、ロッドの入射
端面から射出端面に向かって次第に狭くなるようにして
もよい。この場合には、画素の、長辺方向の光源像の配
置間隔を広げることができるので、光源像の大きさを十
分考慮して偏光変換素子の偏光分離膜と反射膜との間隔
を設定できる。よって、偏光変換素子における偏光変換
効率を向上させることができ、結果的にプロジェクタに
おける光利用効率を向上させることが可能となる。

【００２４】(3-2)光束分割素子としては、電気光学装
置の画素の長辺方向および短辺方向に複数のレンズを配
列して構成されるレンズアレイを採用することができ
る。

【００２５】この場合、複数のレンズの集光特性は、画
素の長辺方向よりも短辺方向により狭い間隔で複数の光
源像を形成するように、設定されていることが好まし
い。各レンズの集光特性をこのように設定すれば、画素
の短辺方向における照明光束の角度分布の広がりをより
確実に低減することができる。したがって、隣接する画
素への光漏れによる混色をより低減することができ、極
めてコントラストが高く色再現性の良い投写画像を実現
できる。

【００２６】尚、ここで、レンズアレイを構成するレン
ズとしては、表面を曲面状に成形してなる一般的なレン
ズを採用することができる他、ホログラフィ効果や回折
により光を集光するホログラムレンズや回折レンズを採
用することもできる。

【００２７】光束分割光学素子としてレンズアレイを採
用する場合、複数のレンズは、電気光学装置の表示領域
と略相似形とすることが好ましい。レンズアレイのレン
ズ上に形成された像は、１カ所の被照明領域である電気
光学装置の表示領域上で重畳される。従って、レンズの
形状を電気光学装置の表示領域の形状と略相似形とする
ことにより、レンズから射出された光束を無駄なく表示
領域に導き入れることができるので、照明効率を向上さ
せることができる。

【００２８】また、レンズアレイを構成する複数のレン
ズの一部或いは全部は、偏心レンズであることが好まし
い。すなわち、レンズの一部或いは全部を偏心レンズと
することにより、各レンズの物理的中心以外の位置に光
源像を形成できるため、仮想面上に形成される複数の光
源像間の間隔を自在に制御することができる。

【００２９】（４）光束分割光学素子としてレンズアレ
イを採用した場合、光源から偏光変換素子に至る光路中
に縮小光学系を配置することが好ましい。そして、この
縮小光学系によって、照明光束の全体の断面寸法を画素
の短辺方向に縮めることにより、画素の短辺方向におけ
る照明光束の角度分布の広がりをさらに低減することが
可能となる。したがって、隣接する画素への光漏れによ
る混色をより低減することができ、極めてコントラスト
が高く色再現性の良い投写画像を実現できる。また、被
照明領域を照明する光束全体の光束径を小さくできるた
め、電気光学装置の射出面側に配置される投写レンズと
して、口径の小さな安価な投写レンズを使用でき、プロ
ジェクタの低コスト化を実現できる。

【００３０】また、この場合において、画素の短辺方向
の断面寸法のみならず、画素の長辺方向の断面寸法を小
さくしてもよい。その場合には隣接する画素への光漏れ
による混色をさらに低減することができる。

【００３１】このような縮小光学系は、レンズアレイの
入射側または射出側の一方に配置される少なくとも１つ
の凸レンズと、偏光変換素子の入射側に配置される少な
くとも１つの凹レンズとにより構成することができる。
そして、画素の短辺方向における照明光束の断面寸法の
みを小さくする場合には、凹レンズ及び凸レンズとして
シリンドリカルレンズを用いることができる。尚、凸レ
ンズ及び凹レンズはそれぞれ１つのレンズ体により構成
できるが、光学収差の低減を考慮すれば、複数のレンズ
を組み合わせた組レンズとすることが好ましい。

【００３２】(５)上記のプロジェクタにおいて、偏光変
換素子と電気光学装置との間に、照明光束の全体の断面
寸法を画素の短辺方向に縮める縮小光学系を採用するこ
とができる。

【００３３】このような縮小光学系は、１つの凹レンズ
により構成できるが、光学収差の低減を考慮すれば、複
数のレンズを組み合わせた組レンズにより構成すること
が好ましい。また、画素の短辺方向における照明光束の
断面寸法のみを小さくする場合には、凸レンズ及び凹レ
ンズとしてシリンドリカルレンズを用いることができ
る。このような縮小光学系を採用することによっても、
上述した（４）の場合と同様の効果を得ることができ
る。

【００３４】また、この場合においても、画素の短辺方
向のみならず、画素の長辺方向における照明光束の断面
寸法を縮めるようにしてもよい。この場合には、凹レン
ズ及び凸レンズとしては軸対象である一般的な曲面レン
ズを用いることができる。

【００３５】

【００３６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。

【００３７】１ 第１実施形態 図１には、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す模式図が示されている。このプロジェクタ
は、光源ランプ１０、光束分割光学素子としてのロッド
２０、リレー光学系３０、偏光変換素子４０、色分離光
学素子８０、空間色分離型の液晶装置１０００、および
投写光学系となる投写レンズ３００を備え、これらは仮
想の照明光軸Ｌに沿って配置されている。そして、光源
ランプ１０、ロッド２０、リレー光学系３０、および偏
光変換素子４０が本実施形態における照明装置１を構成
している。

【００３８】光源ランプ１０から出射された光束は、ロ
ッド２０により複数の部分光束に分割され、偏光変換素
子４０で略１種類の偏光光束に変換された後、色分離光
学素子８０で複数の色光に分離され、液晶装置１０００
により、色光毎に画像情報に応じた光変調が施され、変
調後の光学像は投写光学レンズ３００によってスクリー
ン等の投写面２０００上に拡大投写される。

【００３９】尚、本実施形態および以下のすべての実施
形態において、Ｚ軸方向は入射光束２の進行方向を、Ｘ
軸方向は入射光束２の進行方向に向かって３時の方向
を、Ｙ軸方向は入射光束２の進行方向に向かって１２時
の方向（図１の紙面と直交する方向）を示す、ここで、
照明光軸ＬはＺ軸と略平行な関係にある。

【００４０】１−１ 光源ランプ 光源ランプ１０は、放射状に光線を放射する光源１１
と、光源１１から放射された光を集める楕円リフレクタ
１２とを備えており、楕円リフレクタ１２の２つの焦点
の内、一方は光源１１またはその近傍に、また、他方は
ロッド２０の入射端面２２またはその近傍に位置するよ
うに設定されている。光源１１から放射された光束は、
ミラー１３により９０°曲折されるとともに、楕円リフ
レクタ１２によってロッド２０の入射端面２２付近に集
光され、集光された状態でロッド２０に入射する。な
お、楕円リフレクタ１２に代えてパラボラリフレクタや
球面リフレクタを使用することもできる。但し、その場
合にはリフレクタの射出側にリフレクタから射出される
略平行な光束をロッド２０の入射端面２２に向けて集光
するための集光素子を設置する必要がある。

【００４１】１−２ 光束分割光学素子 光束分割光学素子としてのロッド２０は、光源ランプ１
０からの光束を複数の部分光束に分割して、Ｘ−Ｙ平面
内に略マトリクス状に位置する複数の光源像Ｓを形成す
るための部材である。

【００４２】このロッド２０は透明な導光性の材料、例
えばガラス材によって形成された棒状の中実ロッドであ
り、図２に示すように、光束が入射する入射端面２２
と、光束を反射させて伝達する４つの反射面２４ａ、２
４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、伝達された光束が射出される
射出端面２６と、を有する６面体である。この場合、４
つの反射面２４ａ、２４ｂ、２４、２４ｄでは光損失を
伴わない全反射を生じ、それを利用して光の伝達を行う
ため、ロッド２０では高い光伝達効率を実現できる。

【００４３】ここで、ロッド２０は、射出端面２６のＸ
−Ｙ平面における形状が被照明領域である液晶装置１０
００の表示領域の形状（本実施形態の場合には正方形
状）と略相似形をなす直方体である。従って、入射端面
２２と射出端面２６の断面形状は等しく、反射面２４ａ
と２４ｂとは互いに平行であり、反射面２４ｂと２４ｄ
とは互いに平行である。このロッド２０に入射した光束
は、反射面２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄにおける反
射位置と反射回数の違いに応じて、射出端面２６からの
射出角度が異なる複数の部分光束に分割される。

【００４４】ロッド２０から異なる角度で射出された複
数の部分光束は、集光レンズ３１によって集光され、ロ
ッド２０から所定の距離を隔てた位置で、射出端面２６
と略平行で照明光軸Ｌと直交するＸ−Ｙ平面内に略マト
リクス状に複数の光源像Ｓを形成する。ここで、複数の
光源像Ｓが形成されるＸ−Ｙ平面を仮想面Ｐと呼称する
（図２参照）。

【００４５】複数の光源像Ｓが形成される仮想面Ｐまた
はその近傍には、図１に示すように、第１伝達レンズ５
０、偏光変換素子４０、第２伝達レンズ５２が配置され
ている。

【００４６】１−３ 偏光変換素子 偏光変換素子４０は、入射した光束を所定の直線偏光光
束に変換する機能を有しており、図３はその構成を示す
説明図である。なお、図３において（ａ）はＸ軸方向か
ら見た垂直断面図、（ｂ）は外観斜視図である。

【００４７】偏光変換素子４０は、複数の透光性部材４
１Ａ、４１Ｂと、これらの透光性部材間に交互に配置さ
れた複数の偏光分離膜４２及び反射膜４４と、偏光分離
膜４２に対応する位置に設けられた偏光方向回転手段で
ある位相差板４８とを含んで形成されている。また、偏
光変換素子４０は、偏光分離膜４２及び反射膜４４が形
成された透光性部材４１Ａと、偏光分離膜４２、反射膜
４４が形成されていない透光性部材４１Ｂとを交互に接
着剤で貼り合わせ、その後、透光性部材４１Ｂに位相差
板４８を貼りつけることによって形成されている。後述
するが、このＹ軸方向が液晶装置１０００を構成するサ
ブ画素の長辺方向に、また、Ｘ軸方向が短辺方向に相当
する。なお、全ての偏光分離膜４２及び反射膜４４は同
じ向きに配列される必要はなく、１つの偏光分離膜４２
と１つの反射膜４４を構成単位（偏光変換部４１と呼称
する）として、例えばＹ−Ｚ平面を対称面として膜面の
方向が互い違いに異なるように構成単位が配置されてい
ても良い。また、本実施形態では偏光分離膜４２と反射
膜４４との配置間隔を全ての同じにしているが、異なっ
ていても良い。

【００４８】ここで、便宜上、偏光変換素子４０の光束
が入射する側の面において、偏光分離膜４２に直接対応
する面を「入射面４５Ａ」、反射膜４４に直接対応する
面を「入射面４５Ｂ」と呼称し、同様に、光束が射出さ
れる側の面において、偏光分離膜４２に直接対応する面
を「射出面４６Ａ」、反射膜４４に直接対応する面を
「射出面４６Ｂ」と呼称する。偏光変換部４１が上述の
ように配置されることから，図３（ａ）、（ｂ）に示す
ように、入射面４５Ａ及び入射面４５Ｂは、偏光分離膜
４２における偏光分離方向、すなわちＹ軸方向に沿って
交互に所定間隔をおいて複数形成されている。同様に、
射出面４６Ａ及び射出面４６Ｂも、Ｙ軸方向に沿って交
互に所定間隔をおいて複数形成されている。

【００４９】偏光分離膜４２は、入射する非偏光な光束
を偏光方向が略直交する２種類の直線偏光光束に空間的
に分離する機能を有する。すなわち、偏光分離膜４２に
入射した光束は、偏光分離膜４２を透過する透過光であ
る第１の直線偏光光束と、偏光分離膜４２で反射されそ
の進行方向を略９０度曲げられる反射光である第２の直
線偏光光束とに分離される。本実施形態では、第１の直
線偏光光側をＰ偏光光束、第２の直線偏光光束をＳ偏光
光束としており、偏光分離膜４２は反射光をＹ軸方向と
略平行に反射するような特性及び角度に形成されてい
る。具体的には、偏光分離膜４２は、複数の光源像Ｓが
形成される仮想面Ｐに対して略４５°となるように傾斜
している。この偏光分離膜４２は、誘電体多層膜により
実現することができる。

【００５０】反射膜４４は、偏光分離膜４２からの反射
光を再度反射し、その進行方向を透過光の進行方向と略
同一方向に向ける機能を有する。この反射膜４４の機能
は、透光部材に形成された誘電体多層膜やアルミニウム
膜等で実現することができ、偏光分離膜４２と略平行に
配置される。

【００５１】位相差板４８は、透過光または反射光の
内、一方の偏光光束の偏光方向を他方の偏光光束の偏光
方向に略一致させる機能を有する。本実施の形態では、
位相差板４８として１／２波長板が使用され、図３
（ａ）、（ｂ）に示すように、射出面４６Ｂを避けて射
出面４６Ａのみに選択的に設置されている。したがっ
て、偏光分離膜４２を透過した光の偏光方向だけが略９
０°回転され、その結果、偏光変換素子４０から射出す
る光束のほとんどが１種類の偏光光束となる。本実施形
態では、偏光変換素子４０から射出される光のほとんど
がＳ偏光光束となる。

【００５２】なお、偏光分離膜４２にて分離された２つ
の偏光光束の偏光方向を１種類の偏光光束に統一するこ
とが可能である限り、位相差板の種類およびその位置は
限定されない。例えば、射出面４６Ａ及び射出面４６Ｂ
のそれぞれに位相差の異なる２種類の位相差板を各々配
置して、各位相差板を通過する偏光光束の偏光方向を揃
えるような構成とすることもできる。

【００５３】このような偏光変換素子４０が用いられる
ことから、光源ランプ１０から射出された非偏光な光束
を１種類の偏光光束に効率よく変換することができる。
従って、１種類の偏光光束しか利用できない液晶装置１
０００において、光の利用効率を向上させることが可能
となる。

【００５４】１−４ リレー光学系 リレー光学系３０は、図１に示したように、ロッド２０
の射出端面２６に形成された像を被照明領域である液晶
装置１０００に伝達するための伝達光学系である。本実
施形態において、リレー光学系３０は、集光レンズ３
１、第１伝達レンズ５０、第２伝達レンズ５２、および
平行化レンズ３２を含んで構成されている。

【００５５】集光レンズ３１は、ロッド２０の射出端面
２６の近傍に配置され、ロッド２０からの部分光束を、
第１伝達レンズ５０を経て偏光変換素子４０に導き入れ
る機能を有する。本実施形態の集光レンズ３１は、集光
レンズ３１ａ，３１ｂの２枚の集光レンズを組み合わせ
た組レンズで構成されているが、これに限定されず、一
般的な単レンズを用いても良い。但し、部分光束を偏光
変換素子４０に導く際に発生し易い光学収差を低減する
ためには、組レンズや非球面レンズの使用が適してい
る。

【００５６】第１伝達レンズ５０は、複数の矩形状の微
小レンズ５１を略マトリックス状に組み合わせたレンズ
アレイであり、複数の部分光束のそれぞれを偏光変換素
子４０の入射面４５Ａ（図３参照）に効率的に導き入れ
る機能を有している。微小レンズ５１の数とその配置
は、ロッド２０によりにより形成される光源像の数とそ
の形成位置に対応させて決定されている。第１伝達レン
ズ５０を構成する微小レンズ５１の形状は限定されない
が、本実施形態のように、複数の矩形状の微小レンズ５
１を平面的に配列して板状に形成したものが利用しやす
い。また、複数の微小レンズ５１を用いて構成すれば、
各々の微小レンズ５１の集光特性を最適化できるため、
光束を伝達する際に発生しやすい光学収差を効果的に低
減することができる。ただし、ロッド２０から射出され
る光束の特性（例えば放射角が小さい場合）によって
は、複数の微小レンズ５１を用いずに、１つのレンズに
よって第１伝達レンズ５０を構成しても良く、さらに
は、省略することも可能である。

【００５７】第２伝達レンズ５２は、偏光変換素子４０
の射出側に配置され、偏光変換素子４０から射出される
複数の部分光束を被照明領域である液晶装置１０００上
に伝達し、それらの部分光束を一カ所の被照明領域であ
る液晶装置１０００の表示領域上で重畳させる機能を有
する。本実施形態の第２伝達レンズ５２は、１枚のレン
ズによって構成されているが、先の第１伝達レンズ５０
と同様に複数のレンズによって構成されたレンズアレイ
としてもよい。

【００５８】なお、本実施形態では、第１伝達レンズ５
０を偏光変換素子４０の入射側に、第２伝達レンズ５２
を偏光変換素子４０の射出側に配置しているが、これら
の伝達レンズ５０、５２は、偏光変換素子４０の入射側
あるいは射出側に２つまとめて配置しても良く、この場
合、２つの伝達レンズ５０、５２の機能をまとめて１つ
のレンズとしても良い。この場合には、照明装置の低コ
スト化を図ることができる。また、本実施形態では、第
１伝達レンズ５０を偏光変換素子４０の入射側に配置す
るため、これに複数の部分光束のそれぞれを偏光変換素
子４０の入射面４５Ａ（図３参照）に効率的に導き入れ
るという機能を持たせており、また、第２伝達レンズ５
２を偏光変換素子４０の射出側に配置しているため、こ
れに複数の部分光束を液晶装置１０００上に重畳させる
という機能を持たせている。しかしながら、各伝達レン
ズ５０、５２に持たせる機能は、各伝達レンズ５０、５
２が配置される位置によって適宜変更しても良い。

【００５９】平行化レンズ３２は、被照明領域である液
晶装置１０００の入射側に配置され、偏光変換素子４０
から第２伝達レンズ５２を経て液晶装置１０００に入射
する複数の部分光束を各々の中心軸に平行な光束に変換
して、効率的に液晶装置１０００に導き入れる機能を有
する。なお、後述する色分離光学素子８０はその色光分
離特性に入射角依存性を有するため、色ムラを発生し易
い。従って、色分離光学素子８０での色ムラの発生の防
止を重視して、平行化レンズ３２を色分離光学素子８０
の入射側に配置した構成としても良い。

【００６０】このようなリレー光学系３０を配置してい
ることから、ロッド２０の射出端面２６上に形成された
像は、拡大あるいは縮小されて被照明領域である液晶装
置１０００上に伝達される。

【００６１】１−５ 色分離光学素子 色分離光学素子８０は、図４に示すように、赤色光Ｒ、
緑色光Ｇおよび青色光Ｂを選択的に反射または透過させ
る光学素子であり、互いに異なる波長選択膜が形成され
た３枚のダイクロイックミラー８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ
を備えている。ダイクロイックミラー８０Ｒは、赤色光
Ｒを反射して、緑色光Ｇおよび青色光Ｂを透過させるミ
ラーである。また、ダイクロイックミラー８０Ｇは、ダ
イクロイックミラー８０Ｒを透過した緑色光Ｇと青色光
Ｂとを分離するミラーであり、緑色光Ｇを反射して、青
色光Ｂを透過させる。さらに、ダイクロイックミラー８
０Ｂは、ダイクロイックミラー８０Ｇを透過した青色光
Ｂを反射するミラーである。尚、このダイクロイックミ
ラー８０Ｂには青色光Ｂしか到達しないので、ダイクロ
イックミラー８０Ｂに代えて通常の全反射ミラーを採用
しても差し支えない。

【００６２】これら３枚のダイクロイックミラー８０
Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂは、照明装置１から射出された光束
が互いに異なる角度でミラー面に入射するように配置さ
れ、各ダイクロイックミラー８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂで
反射された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、Ｚ−Ｘ平
面上で三方向に分岐して射出される。つまり、照明装置
１のロッド２０を経た光束が色分離光学素子８０により
赤、緑、青の各色光に分離される方向は、Ｚ―Ｘ平面と
略平行な方向である。

【００６３】１−６ 電気光学装置 電気光学装置となる空間色分離型の液晶装置１０００
は、入射した光束を光変調し、入射側とは反対側から変
調光束を射出する透過型の液晶装置１０００である。こ
の液晶装置１０００は、図５および図６に示すように、
２枚のガラス等の透明な基板１０１１、１０１２の間に
ツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶１０１３が封入さ
れたものである。一方の基板１０１１には共通電極１０
１４および不要光を遮光するための遮光部１０１５等が
形成され、他方の基板１０１２にはサブ画素電極１０１
６、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）１０１７等が形成され、ＴＦＴ１０１７を介してサ
ブ画素電極１０１６に電圧が印加されると共通電極１０
１４との間に挟まれた液晶１０１３が駆動される構成で
ある。なお、他方の基板１０１２には、複数の走査線１
０１８と複数のデータ線１０１９が交差して配置され、
その交差部付近にＴＦＴ１０１７がゲートを走査線１０
１８、ソースをデータ線１０１９、ドレインをサブ画素
電極１０１６に接続して配置される。サブ画素電極１０
１６は液晶装置１０００の開口部、すなわち遮光部１０
１５によって遮光されていない領域に相当する領域に配
置され、ＴＦＴ１０１７とサブ画素電極１０１６により
各サブ画素が構成される。なお、前記液晶１０１３はＴ
Ｎだけでなく、強誘電型や反強誘電型、この他水平配向
型、垂直配向型など種々用いることが可能である。尚、
サブ画素電極１０１６の短辺方向は色分離光学素子８０
で色光が分離される方向に略一致しており、また、サブ
画素電極１０１６の短辺方向（図５のＸ軸方向）のピッ
チは、長辺方向（図５のＹ軸方向）のピッチの１／３に
設定されている。

【００６４】また、図６に示すように、一方の基板１０
１１の光入射側には、色分離光学素子８０により分離さ
れた各色光Ｒ、Ｇ、Ｂを、液晶装置１０００の対応する
サブ画素電極１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１６Ｂに集
光するためのマイクロレンズアレイ１０３１が設けられ
ている。マイクロレンズアレイ１０３１は、マトリック
ス状、モザイク状等に構成された複数の単位マイクロレ
ンズ１０３１Ａを備えており、各色光に対応してＸ軸方
向にならぶ３つのサブ画素（サブ画素電極）に対して１
つの単位マイクロレンズ１０３１Ａが対応する構成とな
っている。マイクロレンズ１０３１Ａは、エッチング等
により硝子板上に形成され、低屈折率の樹脂層（接着
剤）１０３２を介して基板１０１１に接着されている。
そして、図５にも示すように、基板１０１２の光射出側
およびマイクロレンズアレイ１０３１の光入射側には、
それぞれ、偏光板１０４１、１０４２が設けられてい
る。

【００６５】図６に示すように、ダイクロイックミラー
８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂで反射して、色分離光学素子８
０から異なる角度で射出された赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青
色光Ｂは、マイクロレンズアレイ１０３１の各単位マイ
クロレンズ１０３１Ａに異なる角度で入射する。単位マ
イクロレンズ１０３１Ａに入射した各色光は、単位マイ
クロレンズ１０３１Ａと対応する３つのサブ画素電極１
０１６付近に集光される。従って、液晶装置１０００に
入射した光は色光の種類に応じて空間的に分離され、異
なるサブ画素１０１６に選択的に入射した後、色光毎に
独立に光変調を受けるため、１枚の液晶装置でカラー画
像を形成できることになる。尚、単位マイクロレンズ１
０３１Ａは、このレンズ１０３１Ａと対応する３つのサ
ブ画素に、各色光を集光して入射させるような光学特性
（焦点距離）に設定されている。

【００６６】図６（ａ）に示すように、Ｘ−Ｚ平面にお
いて、緑色光Ｇに対応するサブ画素１０１６Ｇは単位マ
イクロレンズ１０３１Ａの略中心軸上に位置しているた
め、単位マイクロレンズ１０３１Ａによって集光された
緑色光Ｇは、サブ画素１０１６Ｇを略垂直に通過する。
一方、赤色光Ｒに対応するサブ画素１０１６Ｒと青色光
Ｂに対応するサブ画素１０１６Ｂは、単位マイクロレン
ズ１０３１Ａの略中心軸上からずれた位置にあるため、
単位マイクロレンズ１０３１Ａによって集光された赤色
光Ｒと青色光Ｂは、サブ画素１０１６Ｒ，Ｇを略斜め方
向に通過する。なお、ダイクロイックミラー８０Ｒ、８
０Ｇ、８０Ｂでの分光の順序が異なれば、それに応じて
図６に示される液晶装置１０００への色光の入射位置も
異なる。

【００６７】このような液晶装置１０００において、図
６（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向に沿って隣接配置され
た３つのサブ画素電極１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１
６Ｂによって、カラー画像を形成する１つの正方形状の
カラー画素１０２０を形成している。そのため、各サブ
画素電極１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１６Ｂは、正方
形のＸ軸方向に沿った辺を分割した細長い長方形状、す
なわち、短辺がＸ軸方向、長辺がＹ軸方向の細長い長方
形となっている。したがって、このような形状のサブ画
素電極１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１６Ｂに対してＸ
軸方向に角度分布が大きい光束が入射した場合には、Ｙ
軸方向に角度分布が大きい光束が入射した場合よりも混
色（隣接するサブ画素への光の漏れ）が発生し易いと言
える。

【００６８】１−７ 偏光分離方向とサブ画素電極１０
１６形状との関係 そこで、本実施形態のプロジェクタでは、図２、図３に
示すように、偏光変換素子４０による偏光分離方向を、
サブ画素電極１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１６Ｂの長
辺方向であるＹ軸方向とすることで、サブ画素電極に入
射する光束の、Ｘ軸方向の角度分布の広がりを防いでい
る。すなわち、偏光変換素子４０での偏光変換の過程に
おいては照明光束の角度分布の広がりを避けられない
が、その広がりが発生する方向をサブ画素電極で混色が
発生し難い長辺方向（Ｙ軸方向）とすることで、混色が
発生し易い短辺方向（Ｘ軸方向）における照明光束の角
度分布の広がりは防ぐことができる。よって、隣接する
サブ画素への光漏れによる混色を低減することが可能と
なり、コントラストが高く色再現性の良い投写画像を実
現することができる。

【００６９】２．第２実施形態 次に、本発明の第２実施形態について説明する。

【００７０】仮想面Ｐ上に形成される光源像Ｓの間隔
は、ロッドの反射面の傾斜、或いは対向する一対の反射
面の間隔を調節することによって、任意に制御すること
ができる。ロッドの入射端面から射出端面に向かうにし
たがって反射面の間隔を狭くしていけば、光源像Ｓの間
隔を広げることができる。以下、ロッドの入射端面から
射出端面に向かうにしたがって反射面の間隔が狭くなっ
ている状態を「テーパー状態」と呼称する。逆に、入射
端面から射出端面に向かうにしたがって反射面の間隔を
広くしていけば、光源像Ｓの間隔を狭めることができ
る。以下、入射端面から射出端面に向かうにしたがって
反射面の間隔が広くなっている状態を「逆テーパー状
態」と呼称する。

【００７１】本実施形態は、Ｘ軸方向において対向する
ロッドの反射面を逆テーパー状態とした実施形態を示す
ものであり、ロッドの形状以外は、第１実施形態のプロ
ジェクタと同様である。よって、ロッド以外の部分につ
いては、その説明を省略する。また、第１の実施形態で
説明した各構成要素の変形の形態を本実施形態に適用す
ることも可能である。

【００７２】図７は本実施形態におけるロッド２１０と
光源像Ｓとの形成位置との関係を示す概略斜視図であ
る。ロッド２１０の入射端面２１２と射出端面２１６の
Ｘ−Ｙ平面における断面形状はいずれも矩形状である。
本実施形態の場合は、射出端面２１６の形状が、被照明
領域である液晶装置の形状と略相似形となるように形成
されている。Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２１４
ａ、２１４ｃは、逆テーパー状態となっている。Ｙ軸方
向で対向する一対の反射面２１４ｂ、２１４ｄは、互い
に平行である。このため、第１実施形態におけるロッド
２０の場合と比較すると、複数の光源像Ｓの配置間隔
は、逆テーパー状態を成す一対の反射面２１４ａ、２１
４ｃが対向するＸ軸方向に狭くなっている。

【００７３】したがって本実施形態では、Ｘ軸方向にお
ける入射角度の広がりをさらに抑えることができ、隣接
するサブ画素への光漏れによる混色をさらに低減するこ
とが可能となる。よって、極めてコントラストが高く色
再現性の良い投写画像を実現することができる。

【００７４】さらに、本実施形態では、Ｘ軸方向におけ
る光源像Ｓの配置間隔を狭めた結果、偏光変換素子４０
のＸ軸方向の寸法も小さくすることができ、照明装置の
小型化と低コスト化、ひいてはプロジェクタの小型化と
低コスト化を実現することができる。さらに、投写レン
ズ３００の寸法も小さくでき、口径の小さなレンズを用
いても明るい投写画像を実現できる。

【００７５】３．第３実施形態 次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施
形態は、Ｘ軸方向において対向するロッドの反射面を第
２の実施形態と同様に逆テーパー状態とし、さらに、Ｙ
軸方向において対向するロッドの反射面をテーパー状態
とした実施形態を示すものであり、ロッドの形状以外
は、第１実施形態のプロジェクタと同様である。よっ
て、ロッド以外の部分については、その説明を省略す
る。また、第１実施形態で説明した各構成要素の変形の
形態を本実施形態に適用することも可能である。

【００７６】図８は本実施形態におけるロッド２２０と
光源像Ｓとの形成位置との関係を示す概略斜視図であ
る。ロッド２２０の入射端面２２２と射出端面２２６の
Ｘ−Ｙ平面における断面形状はいずれも矩形状である。
本実施形態の場合は、射出端面２２６の形状が、被照明
領域である液晶装置の形状と略相似形となるように形成
されている。Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２２４
ａ、２２４ｃは、逆テーパー状態となっている。このた
め、第１実施形態におけるロッド２０の場合と比較する
と、複数の光源像Ｓの配置間隔は、逆テーパー状態を成
す一対の反射面２２４ａ、２２４ｃが対向するＸ軸方向
に狭くなっている。したがって本実施形態では、第２の
実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００７７】さらに、本実施形態では、Ｙ軸方向で対向
する一対の反射面２２４ｂ、２２４ｄが、テーパー状態
となっている。このため、第１実施形態におけるロッド
２０の場合と比較すると、複数の光源像Ｓの配置間隔
は、テーパー状態を成す一対の反射面２２４ｂ、２２４
ｄが対向するＹ軸方向に広くなる。

【００７８】ここで、偏光変換素子４０の偏光変換効率
と光の入射位置との関係について、図３（ａ）、図３
（ｂ）を参照して説明する。第１の実施形態で説明した
ように、偏光変換素子４０は、入射面４５Ａに照射さ
れ、偏光分離膜４２に入射した光をＰ偏光光束とＳ偏光
光束とに分離し、Ｓ偏光光束を反射膜４４でＰ偏光光束
と同じ方向に反射するとともに、Ｐ偏光光束を位相差板
４８によってＳ偏光光光束に変換し、最終的にＳ偏光光
束を射出するものである。しかしながら、偏光変換素子
４０の入射面４５Ｂに光が照射されると、この光は反射
膜４４を経て偏光分離膜４２に入射することになる。し
たがって、偏光分離膜４２において、Ｐ偏光光束がＹ軸
方向に透過し、Ｓ偏光光束がＺ軸方向に反射され、その
結果、入射面４５Ａを介して偏光分離膜４２に直接入射
した場合とは異なる偏光光束が射出面４６Ａ、４６Ｂか
ら射出されることになる。すなわち、偏光変換素子４０
によって、非偏光な光束をＳ偏光光束に変換しようとす
る場合に、Ｐ偏光光束が射出されるため、偏光変換効率
が低下することになる。このことから、偏光変換素子４
０において高い偏光変換効率を得るためには、入射面４
５Ａのみに選択的に光束を入射させることが極めて重要
であることがわかる。すなわち、光源像Ｓの大きさより
も入射面４５Ａの大きさが大きくなるように、偏光分離
膜４２と反射膜４４との間隔を設定することが好まし
い。

【００７９】本実施形態では、光源像Ｓに対して入射面
４５Ａの大きさが十分に大きくできるように、Ｙ軸方向
における光源像Ｓの間隔を広げている。したがって、ロ
ッド２２０からの光束を、偏光変換素子４０の入射面４
５Ａの部分のみに充分な余裕を持って入射させることが
でき、偏光分離膜４２への光の入射効率を確実に向上さ
せることができる。その結果、偏光変換素子４０におけ
る偏光変換効率をさらに確実に向上させ、プロジェクタ
における光利用効率を向上させることが可能となる。

【００８０】なお、光源１１が点光源に近い場合は、光
源像Ｓの大きさを比較的小さくすることができるため、
その場合は、本実施形態のように光源像ＳのＹ軸方向に
おける配置間隔を広げる必要がない。すなわち、本実施
形態は、光源１１が点光源にあまり近くなく、光源像Ｓ
の大きさが大きくなってしまうような場合に、極めて有
効である。

【００８１】４．第４実施形態 図９は、本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの概
略的構成を示すＸ軸方向からみた側面図である。この第
４実施形態は、照明装置の構成が第１実施形態と一部相
違している。それ以外の構成については、先に説明した
第１実施形態と同様である。よって、第１実施形態と同
様の構成については、その説明を省略する。また、第１
実施形態で説明した各構成要素の変形の形態を本実施形
態に適用することも可能である。なお、本実施形態の図
９から後に説明する第９実施形態の図１４までの全ての
図においては、ミラー１３、色分離光学素子８０、投写
レンズ３００、投写面２０００の図示を省略し、偏光変
換素子４０から液晶装置１０００に至る光路を直線的に
表現している。

【００８２】照明装置１Ａは、光源ランプ１５と、レン
ズアレイ６００と、第１伝達レンズ６１０と、偏光変換
素子４０と、第２伝達レンズ６２０と、平行化レンズ３
２と、を備えている。本実施形態は、ロッドに代えて、
複数の集光レンズからなるレンズアレイ６００を光束分
割光学素子として使用する点に特徴を有する。照明装置
１Ａは、光源ランプ１５から射出された光をレンズアレ
イ６００によって複数の部分光束に分割し、各部分光束
を偏光変換素子４０によって一種類の偏光光に変換した
後、被照明領域である液晶装置１０００の表示領域上に
重畳させる。

【００８３】光源ランプ１５は、光を放射する光源１１
と、光源１１から放射された光を集めるパラボラリフレ
クタ１４とを備えている。リフレクタはパラボラに限定
されるものではなく、光源ランプ１５よりも光路下流側
に配置されるレンズアレイ６００、伝達レンズ６１０、
６２０、偏光変換素子４０などの構成によっては、楕円
リフレクタ、球面リフレクタを使用することも可能であ
る。

【００８４】レンズアレイ６００は、複数の集光レンズ
６００ａが略マトリクス状に配置されたものである。各
集光レンズ６００ａの外形形状は、被照明領域である液
晶装置１０００の表示領域の形状と略相似形をなすよう
に設定される。光源ランプ１５からレンズアレイ６００
に入射した光は、各集光レンズ６００ａの集光作用によ
り複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌに対して略垂
直なＸ−Ｙ平面内に集光レンズ６００ａの数と同数の光
源像を略マトリクス状に形成する。ここで、各集光レン
ズ６００ａは、複数の光源像が、偏光変換素子４０の入
射面４５Ａ上のみに形成されるような集光特性に設定さ
れる。本実施形態では、複数の集光レンズ６００ａの一
部に偏心レンズを採用することにより、光源像が形成さ
れる間隔を制御している。

【００８５】さらに、偏光変換素子４０の入射側に配置
された第１伝達レンズ６１０は、第１実施形態における
第１の伝達レンズ５０とほぼ同様の機能を有する。第１
伝達レンズ６１０は、レンズアレイ６００を構成する集
光レンズ６００ａと同数の集光レンズ６１０ａを有して
いる。本実施形態では、集光レンズ６１０ａの一部を偏
心レンズで構成している。各集光レンズ６１０ａの位置
は、複数の光源像が形成される位置に対応するように構
成されている。また、各集光レンズ６１０ａの集光特性
は、レンズアレイ６００によって分割された各部分光束
を偏光変換素子４０の入射面４５Ａに対して略垂直に入
射させるように設定されている。従って、偏光変換素子
４０の入射面４５Ａに対して光を入射角度０度に近い状
態で入射させることができるため、偏光変換効率を向上
させることが可能となる。なお、集光レンズ６１０ａの
形状には制約はないが、矩形形状や６角形状などに設定
すれば、アレイ化し易いため都合がよい。

【００８６】第２伝達レンズ６２０は、第１の実施形態
における第２伝達レンズ５２と同様の機能、すなわち、
レンズアレイ６００によって分割された部分光束を被照
明領域である液晶装置１０００の表示領域上で重畳する
機能を有する。第２伝達レンズ６２０は、本実施形態で
は、第２伝達レンズは１枚の軸対称の球面レンズで形成
されているが、これに限定されるものではない。例え
ば、レンズアレイや、フレネルレンズや、複数のレンズ
からなる組レンズなどを採用することもできる。このよ
うなレンズを用いた場合には、各種の光学収差を低減す
ることが可能である。また、フレネルレンズを用いた場
合には、レンズの中心厚を薄くすることができるため、
照明装置１Ａを軽量化したい場合に都合がよい。

【００８７】本実施形態においても、第１実施形態と同
様の効果を得ることが可能である。すなわち、偏光変換
の過程において発生する照明光束の、角度分布の広がり
の方向を、空間色分離型の液晶装置１０００において混
色が発生し難い長辺方向（Ｙ軸方向）とすることで、隣
接するサブ画素への光漏れによる混色を低減することが
可能となり、コントラストが高く色再現性の良い投写画
像を実現することができる。

【００８８】尚、本実施形態では、レンズアレイ６０
０、第１の伝達レンズ６１０を構成する集光レンズ６０
０ａ、６１０ａの一部を偏心レンズとしたが、必ずしも
偏心レンズを使用する必要はない。また、すべての集光
レンズ６００ａ、６１０ａを偏心レンズとしても良い。
また、本実施形態において、レンズアレイ６００の集光
レンズ６００ａの集光特性を、光源像のＸ軸方向の配置
間隔を狭めるように設定することが可能である。さら
に、Ｙ軸方向の配置間隔を広げるように設定することも
可能である。このように集光レンズ６００ａの集光特性
を設定することにより、第２実施形態や第３実施形態と
同様の効果を得ることが可能である。

【００８９】５．第５実施形態 図１０は、第５実施形態に係るプロジェクタの概略的構
成を示すＸ軸方向からみた側面図である。この第５実施
形態は、上述した第４実施形態の変形例であって、第１
伝達レンズが偏光変換素子４０と第２伝達レンズ６２０
の間に配置されている点が第４実施形態と異なってい
る。その他の点については第４の実施形態と同様であ
る。よって、第４の実施形態と同様の構成については、
その説明を省略する。また、第４の実施形態で説明した
各構成要素の変形の形態を本実施形態に適用することも
可能である。

【００９０】第１伝達レンズ６１２は、第４実施形態に
おける第１伝達レンズ６１０と同様に、複数の集光レン
ズ６１２ａによって構成されたレンズアレイである。第
４実施形態における第１伝達レンズ６１０は、部分光束
を偏光変換素子４０の入射面４５Ａに対して略垂直に入
射させるという機能を有していたが、本実施形態の第１
伝達レンズ６１２は偏光変換素子４０の射出側に配置さ
れるため、このような機能を有してはいない。したがっ
て、光源ランプ１５から射出される光の特性、例えば平
行性が優れている場合に採用し易い。

【００９１】本実施形態の基本的な作用効果は、第４実
施形態の作用効果と同様であるが、本実施形態によれ
ば、さらに、第１伝達レンズ６１２と第２伝達レンズ６
２０とを光学的に一体化することで界面の数を減らすこ
とができるため、光損失を低減できる効果がある。ま
た、第１伝達レンズ６１２に第２伝達レンズ６２０の機
能を併せ持たせられるため、第２伝達レンズ６２０を省
略し、照明装置、ひいてはプロジェクタの低コスト化を
図ることも可能である。

【００９２】なお、本実施形態では、偏光変換素子４０
の射出面４６Ａと射出面４６Ｂの２つに対して１つの集
光レンズ６１２ａが対応する形態となっているが、偏光
変換素子４０の射出面４６Ａと射出面４６Ｂの各々に１
対１で対応するように集光レンズ６１２ａを配置すれ
ば、すなわち、図１０の、集光レンズ６１２ａの、２倍
の数の集光レンズを用いて第１伝達レンズ６１２を形成
すれば、第１伝達レンズ６１２における光利用効率を一
層向上させることが可能である。

【００９３】６．第６実施形態 図１１は、第６実施形態に係るプロジェクタに係る照明
装置の概略的構成を示し、図１１（ａ）はＹ軸方向から
見た平面図、図１１（ｂ）はＸ軸方向から見た垂直断面
図である。

【００９４】この第６実施形態は、先に説明した第４実
施形態の変形例であって、レンズアレイ６００と第１伝
達レンズとの間に、縮小光学系としてのアフォーカル光
学系７００が配置されている点に特徴を有する。その他
の点については第４実施形態と同様である。よって、第
４実施形態と同様の構成については、その説明を省略す
る。また、第４実施形態で説明した各構成要素の変形の
形態を本実施形態に適用することも可能である。

【００９５】アフォーカル光学系７００は、通過する光
の平行性をあまり悪化させることなく光束全体の径を縮
小化する機能を有する。本実施形態では、Ｘ軸方向のみ
に曲率を有するシリンドリカル凸レンズ７１０とシリン
ドリカル凹レンズ７１２によってアフォーカル光学系７
００が構成されている。シリンドリカルレンズ７１０、
７１２と同等の機能を２枚以上のレンズからなる組レン
ズによって実現することもでき、その場合には、光学収
差を低減できるという効果がある。シリンドリカル凸レ
ンズ７１０は、レンズアレイ６００の射出側に設置さ
れ、シリンドリカル凸レンズ７１０を通過する光をＸ軸
方向にのみ屈折させて照明光軸Ｌの方向に内向させる。
一方、シリンドリカル凹レンズ７１２は、第１伝達レン
ズ６１０の入射側に設置され、シリンドリカル凸レンズ
７１０からの内向した光を照明光軸Ｌに対して略平行化
する。本実施形態では、このように、Ｘ軸方向のみに曲
率を有するシリンドリカルレンズ７１０、７１２によっ
て構成されたアフォーカル光学系７００を用いているた
め、光束のＸ軸方向における広がりをさらに抑えること
ができる。したがって、隣接するサブ画素への光漏れに
よる混色をさらに低減することが可能となり、極めてコ
ントラストが高く色再現性の良い投写画像を実現するこ
とが可能となる。さらに、本実施形態では、Ｘ軸方向に
おける光束の広がりを抑えた結果、第１伝達レンズ６１
０、偏光変換素子４０、第２伝達レンズ６２０等のＸ軸
方向の寸法も小さくすることができ、照明装置の小型化
と低コスト化、ひいてはプロジェクタの小型化と低コス
ト化を達成することができる。

【００９６】また、投写レンズ３００の寸法も小型化で
き、口径の小さなレンズを用いても明るい投写画像を実
現することができる。

【００９７】さらに、本実施形態の場合には、レンズア
レイ６００の集光レンズ６００ａのＸ軸方向における集
光特性を複雑に設定することなく、光束のＸ軸方向にお
ける広がりを抑えることができるので、混色を容易に低
減することが可能となる。

【００９８】なお、本実施形態ではＸ軸方向にのみ曲率
を有するシリンドリカルレンズ７１０、７１２を用いて
いたが、２方向に曲率を有するレンズ、あるいはトーリ
ックレンズを用いても良い。このようにすれば、Ｙ軸方
向における光束全体の広がりも抑えることが可能とな
り、混色をさらに効果的に低減することが可能となる。

【００９９】７．第７実施形態 図１２は、第７実施形態に係るプロジェクタの概略的構
成を示すＹ軸方向からみた平面図である。この第７実施
形態は、上述した第６実施形態の変形例であり、縮小光
学系としてのアフォーカル光学系７００を構成するシリ
ンドリカル凸レンズ７１０が、光束分割光学素子として
のレンズアレイ６００の入射側に配設される点に特徴を
有する。その他の構成については第６実施形態と同様で
あるので、その説明を省略する。また、第６実施形態で
説明した各構成要素の変形の形態を本実施形態に適用す
ることも可能である。

【０１００】本実施形態ように、シリンドリカル凸レン
ズ７１０の位置を変えても、第６実施形態と同様の作用
効果を達成することが可能である。

【０１０１】なお、シリンドリカル凹レンズ７１２を第
１伝達レンズ６１０の射出側に配置した構成としてもよ
い。

【０１０２】８．第８実施形態 図１３は、第８実施形態に係るプロジェクタの概略的構
成を示す図であり、図１３（ａ）はＹ軸方向から見た平
面図、図１３（ｂ）はＸ軸方向から見た垂直断面図であ
る。この第８実施形態は、先に説明した第６、第７実施
形態の変形例であり、第６、第７実施形態におけるレン
ズアレイ６００と第１伝達レンズ６１０にアフォーカル
光学系７００の機能を持たせている点に特徴を有する。
すなわち、光束分割光学素子であるレンズアレイ８００
と第１伝達レンズ８１０によって、縮小光学系であるア
フォーカル光学系の機能を同時に実現している。これ以
外の構成については、第６、第７実施形態と同様であ
る。そして、第６、第７実施形態で説明した各構成要素
の変形の形態を本実施形態に適用することも可能であ
る。

【０１０３】レンズアレイ８００は、マトリクス状に配
置された複数の集光レンズ８００ａによって構成され
る。光源ランプ１５から射出された光は、レンズアレイ
８００を構成する各集光レンズ８００ａの集光作用によ
り、複数の部分光束に分割され、照明光軸Ｌと略直交す
るＸ−Ｙ平面内に、集光レンズ８００ａと同数の光源像
Ｓを形成する。また、レンズアレイ８００は、第６、第
７実施形態におけるシリンドリカル凸レンズ７１０と同
様に、光をＸ軸方向に屈折させて、照明光軸Ｌの方向に
内向させる機能も有している。

【０１０４】第１伝達レンズ８１０は、マトリクス状に
配置された複数の集光レンズ８１０ａによって構成され
る。各集光レンズ８１０ａの位置は、複数の光源像が形
成される位置に対応するように構成されている。各集光
レンズ８１０ａの集光特性は、各集光レンズ８１０ａを
通過した部分光束が偏光変換素子４０の入射面４５Ａに
対して略垂直に入射するように設定されている。また、
第１伝達レンズ８１０は、第６、第７実施形態における
シリンドリカル凹レンズ７１２と同様、光を照明光軸Ｌ
に対して略平行化する機能も有している。

【０１０５】本実施形態によっても、上述した第６、第
７実施形態の場合と同様の作用効果を達成することが可
能である。さらに、光束分割光学素子であるレンズアレ
イ８００及び第１伝達レンズ８１０によって、アフォー
カル光学系７００と同様の機能を実現できることから、
部材点数の省略による照明装置の小型化、軽量化、及び
低コスト化等を実現することが可能となる。

【０１０６】９.第９実施形態 図１４は、第９実施形態に係るプロジェクタの概略的構
成を示すＹ軸方向からみた平面図である。

【０１０７】この第９実施形態は、先に説明した第４実
施形態の変形例であって、第２伝達レンズ６２０と平行
化レンズ３２との間に、縮小光学系としての凹レンズ系
９００が配置されている点に特徴を有する。その他の点
については第４実施形態と同様である。よって、第４実
施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
また、第４実施形態で説明した各構成要素の変形の形態
を本実施形態に適用することも可能である。

【０１０８】凹レンズ系９００は、光学収差を低減する
ため、２枚の凹レンズ９００ａ、９００ｂを用いた組レ
ンズで構成されており、光束全体の径をＸ軸及びＹ軸方
向に圧縮する作用を有している。したがって、光束全体
のＹ軸方向、Ｘ軸方向における広がりをさらに抑えるこ
とができる。したがって、隣接するサブ画素への光漏れ
による混色をさらに低減することが可能となり、極めて
コントラストが高く色再現性の良い投写画像を実現する
ことが可能となる。さらに、本実施形態では、Ｙ軸方向
やＸ軸方向における光束の広がりを抑えた結果、投写レ
ンズ３００の寸法も小型化でき、口径の小さなレンズを
用いても明るい投写画像を実現することができる。

【０１０９】なお、凹レンズ９００をＸ軸方向にのみ曲
率を有するシリンドリカル凹レンズとし、Ｘ軸方向にお
ける光の広がりだけを抑えた構成としても良い。また、
凹レンズ系９００を、第１〜第３の実施形態のようにロ
ッドを用いたプロジェクタに用いても良い。

【０１１０】１０．実施形態の変形 本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではな
く、発明の範囲内において種々変更することができる。

【０１１１】例えば、上述した第１実施形態乃至第３実
施形態において、ロッド２０、２１０、２２０は、導光
性を有する材料からなる中実ロッドで構成されていた
が、光反射面を有する部材、例えば反射ミラー（表面反
射ミラーが望ましい）によって形成された筒状の中空ロ
ッドであっても良い。その場合には、中空ロッドの内側
に向けられた反射面で光は反射され、ガラス材などに比
べて屈折率が低い空気中を光が伝達する。反射面には一
般的な反射ミラーやその反射ミラーの表面に誘電体など
により増反射膜を形成したものなどを使用することがで
きる。中空ロッドは導光性の材料の塊からなる中実ロッ
ドよりも製造が容易であることから、中実ロッドを使用
する場合よりも照明装置の低コスト化を図ることが可能
となる。さらに、中空ロッドの内部は屈折率がほぼ１に
等しい空気であるため、屈折率が１より大きい中実ロッ
ドを使用する場合よりもロッド２０、２１０、２２０の
Ｚ軸方向の寸法を短くでき、照明装置の小型化、ひいて
はプロジェクタの小型化を図ることができる可能性があ
る。

【０１１２】前記各実施形態における液晶装置１０００
は、基板１０１１、１０１２の間にツイストネマチック
（ＴＮ）液晶を封入して構成されていたが、種々の動作
モードを有する液晶、例えばＳＨ液晶を採用してもよ
い。

【０１１３】また、前記各実施形態における液晶装置１
０００は、ＴＦＴ１０１７をスイッチング素子としてい
たが、これに限らず、ＴＦＤ（Thin-Filmed-Diode）等
の２端子型非線形素子を使用することも可能である。

【０１１４】さらに、前述の各実施形態においては、空
間色分離型の透過型液晶装置を１つだけ用いて構成され
るプロジェクタを前提として説明してきたが、空間色分
離型の反射型液晶装置を用いたり、複数の液晶装置を用
いたりして構成されるプロジェクタに対しても本発明の
構成を適用することができる。

【０１１５】そして、プロジェクタは、スクリーンを背
面から投写するリア型でも、前面から投写するフロント
型でもかまわない。

【０１１６】その他、本発明の、実施の際の具体的な構
造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他
の構造等としてもよい。

【０１１７】

【発明の効果】前述のような本発明に係るプロジェクタ
によれば、偏光変換素子による偏光分離の方向が電気光
学装置の画素の長辺方向と略一致しているため、少なく
とも画素の短辺方向に対応するＸ軸方向においては、偏
光分離に伴って発生する照明光束の角度分布の広がりが
殆ど生じない。よって、隣接するサブ画素への光漏れに
よる発生する混色を低減することができ、コントラスト
が高く、色再現性の良い投写画像を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構
造を表す平面図である。

【図２】第１実施形態におけるロッドと光源像の形成位
置との関係を示す概略斜視図である。

【図３】本発明の実施形態における偏光変換素子の構成
を示す図であり、図３（ａ）は垂直断面図、図３（ｂ）
は外観斜視図である。

【図４】本発明の実施形態における色分離光学素子の構
造を表す平面図である。

【図５】本発明の実施形態における液晶装置の構造を表
す分解斜視図である。

【図６】本発明の実施形態における液晶装置の構造を表
す水平断面図と、画素形状を表す正面図である。

【図７】本発明の第２実施形態におけるロッドと光源像
の形成位置との関係を示す概略斜視図である。

【図８】本発明の第３実施形態におけるロッドと光源像
の形成位置との関係を示す概略斜視図である。

【図９】本発明の第４実施形態に係るプロジェクタの構
造を表す側面図である。

【図１０】本発明の第５実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す側面図である。

【図１１】本発明の第６実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１
（ｂ）は垂直断面図である。

【図１２】本発明の第７実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す平面図である。

【図１３】本発明の第８実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す図であり、図１３（ａ）は平面図、図１３
（ｂ）は垂直断面図である。

【図１４】本発明の第９実施形態に係るプロジェクタの
構造を表す平面図である。

【符号の説明】

１、１Ａ 照明装置 １０、１５ 光源ランプ １３ ミラー ２０、２１０、２２０ ロッド ３０ リレー光学系 ３２ 平行化レンズ ４０ 偏光変換素子 ４２ 偏光分離膜 ４４ 反射膜 ４８ 位相差板 ５０、６１０、６１２、８１０ 第１伝達レンズ ５２、６２０ 第２伝達レンズ ８０ 色分離光学素子 ８０Ｒ、８０Ｇ、８０Ｂ ダイクロイックミラー ３００ 投写レンズ ６００、８００ レンズアレイ ７００ アフォーカル光学系 ９００ 凹レンズ系 １０００ 液晶装置 １０１６、１０１６Ｒ、１０１６Ｇ、１０１６Ｂ サブ
画素電極 １０２０ カラー画素 １０３１ マイクロレンズアレイ １０３１Ａ 単位マイクロレンズ ２０００ 投写面 Ｒ 赤色光 Ｇ 緑色光 Ｂ 青色光 Ｈ 法線 Ｌ 照明光軸 Ｐ 仮想面 Ｓ 光源像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３２４ Ｇ０９Ｆ 9/00 ３２４ ３６０ ３６０Ｄ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ 9/31 9/31 Ｃ (56)参考文献 特開 平11−109285（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−271677（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−241437（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−54958（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−304734（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−16065（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13983（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−203894（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 27/28 G02B 27/18 G02F 1/13

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 光源からの光束を、複数の部分光束に分割する光束分割
   光学素子と、 前記複数の部分光束のそれぞれを２種類の偏光光束に分
   離した後、偏光方向が揃った１種類の偏光光束に変換す
   る偏光変換素子と、 前記複数の部分光束を重畳する伝達レンズと、を有する
   照明装置と、 前記照明装置から射出された照明光束を変調する電気光
   学装置と、 前記電気光学装置によって変調された光を投写する投写
   レンズと、 を備えたプロジェクタであって、 前記偏光変換素子は、２種類の偏光光束のうち、一方の
   偏光光束を透過し、他方の偏光光束を反射する偏光分離
   面と、前記２種類の偏光光束の射出方向を揃えるため
   に、前記他方の偏光光束を反射する反射面と、前記２種
   類の偏光光束の偏光方向を揃える位相差板を有し、前記
   偏光変換素子の入射する側の面には、前記偏光分離面に
   対応する第１の入射面と、前記反射面に対応する第２の
   入射面が配置され、 前記第１の入射面および前記第２の入射面は細長形状で
   あって、前記複数の部分光束の偏光分離方向に沿って複
   数形成されており、前記第１の入射面および前記第２の
   入射面の長辺方向は、前記偏光分離方向に直交する方向
   と略一致しており、 前記電気光学装置は、各部分光束において異なる角度で
   入射する色光を色光ごとに光変調処理を施すため、色光
   ごとに対応し互いに隣接して配置された細長形状の画素
   を複数備え、 前記偏光変換素子による前記偏光分離方向は、前記画素
   の長辺方向と略一致しており、 前記光束分割光学素子は、複数の光源像を、前記第１の
   入射面の短辺方向よりも長辺方向に対してより狭い間隔
   で形成し、かつ前記複数の部分光束が前記第１の入射面
   に入射するように構成されていることを特徴とするプロ
   ジェクタ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のプロジェクタにおい
   て、 前記電気光学装置は、入射した光束を前記画素で変調
   し、光束の入射方向とは反対側に射出する透過型の電気
   光学装置であることを特徴とするプロジェクタ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のプロジ
   ェクタにおいて、 前記偏光変換素子と前記電気光学装置との間には、前記
   複数の色光を選択的に反射する複数のミラーが互いに異
   なる角度で配置された色分離光学素子が配置されている
   ことを特徴とするプロジェクタ。
4. 【請求項４】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   プロジェクタにおいて、 前記光束分割光学素子は、入射端面から入射した前記光
   源からの光束を複数対の反射面にて反射させ、複数の部
   分光束に分割して射出端面から射出するロッドであり、 前記画素の短辺方向において対向する一対の反射面が前
   記入射端面から前記射出端面に向かって次第に拡がるよ
   うに傾斜していることを特徴とするプロジェクタ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のプロジェクタにおい
   て、 前記ロッドは、前記画素の長辺方向において対面する一
   対の反射面の間隔が前記入射端面から前記射出端面に向
   かって次第に狭くなるように傾斜していることを特徴と
   するプロジェクタ。
6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載のプロジ
   ェクタにおいて、 前記ロッドは、その射出端面が前記電気光学装置の表示
   領域の形状と略相似形となっていることを特徴とするプ
   ロジェクタ。
7. 【請求項７】 請求項４〜請求項６のいずれかに記載の
   プロジェクタにおいて、前記ロッドは、導光性を有する
   材料からなる中実の導光体から構成されていることを特
   徴とするプロジェクタ。
8. 【請求項８】 請求項４〜請求項６のいずれかに記載の
   プロジェクタにおいて、前記ロッドは、筒状体の内側面
   に光反射面を形成した中空の導光体から構成されている
   ことを特徴とするプロジェクタ。
9. 【請求項９】 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
   プロジェクタにおいて、 前記光束分割光学素子は、前記画素の長辺方向および短
   辺方向に複数のレンズを配列して構成されるレンズアレ
   イであることを特徴とするプロジェクタ。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載のプロジェクタにおい
    て、 前記光束分割光学素子を構成する複数のレンズは、前記
    電気光学装置の表示領域の形状と略相似形となっている
    ことを特徴とするプロジェクタ。
11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０に記載のプ
    ロジェクタにおいて、前記光束分割光学素子を構成する
    複数のレンズの一部或いは全部は、偏心レンズであるこ
    とを特徴とするプロジェクタ。
12. 【請求項１２】 請求項９〜請求項１１のいずれかに記
    載のプロジェクタおいて、 前記光源と前記偏光変換素子との間には、前記照明光束
    の全体の断面寸法を前記画素の短辺方向に縮める縮小光
    学系が配置されていることを特徴とするプロジェクタ。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のプロジェクタにお
    いて、 前記縮小光学系は、さらに、前記照明光束の全体の断面
    寸法を前記画素の長辺方向にも縮めることを特徴とする
    プロジェクタ。
14. 【請求項１４】 請求項１２または請求項１３に記載の
    プロジェクタおいて、 前記縮小光学系は、前記光束分
    割光学素子の入射側または射出側の一方に配置された少
    なくとも１つの凸レンズと、前記偏光変換素子の入射側
    に配置された少なくとも１つの凹レンズとを備えている
    ことを特徴とするプロジェクタ。
15. 【請求項１５】 請求項１２〜１４のいずれかにおい
    て、前記凸レンズ、前記凹レンズのうち少なくとも一方
    が、２つ以上のレンズの組み合わせによって構成されて
    いることを特徴とするプロジェクタ。
16. 【請求項１６】 請求項１〜請求項１１のいずれかに記
    載のプロジェクタにおいて、 前記偏光変換素子と前記電気光学装置との間には、前記
    照明光束の全体の断面寸法を前記画素の短辺方向に縮め
    る縮小光学系が配置されていることを特徴とするプロジ
    ェクタ。
17. 【請求項１７】 請求項１６に記載のプロジェクタにお
    いて、 前記縮小光学系は、さらに、前記照明光束の全体の断面
    寸法を前記画素の長辺方向にも縮めることを特徴とする
    プロジェクタ。
18. 【請求項１８】 請求項１６または請求項１７に記載の
    プロジェクタにおいて、前記縮小光学系は、少なくとも
    １つ以上の凹レンズを用いて構成されることを特徴とす
    るプロジェクタ。
19. 【請求項１９】 請求項１２〜請求項１６のいずれかに
    記載のプロジェクタにおいて、 前記縮小光学系は、シリンドリカルレンズを含んで構成
    されることを特徴とするプロジェクタ。