JP3823659B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を、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略揃った１種類の偏光光束に変換した後、この偏光光束の偏光状態を電気光学装置により変化させると共に偏光選択素子により選択して画像情報に応じた光学像を形成し、その光学像を拡大投写するプロジェクタに関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、反射型の液晶装置を用いたプロジェクタが注目されている。このような反射型液晶装置においては、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を反射ミラーの下に造り込むことにより、画素密度を高くすることができる。したがって、反射型液晶装置は、透過型の液晶装置を使用した場合よりも解像度が高く鮮明な投写画像を実現できるという利点を有する。
【０００３】
また、液晶装置等の電気光学装置を使用したプロジェクタにおいて、明るく表示ムラのない投写画像を実現しつつ装置全体の小型化を図るため、インテグレータ光学系や偏光変換素子の使用が提案されている（特開平８−３４１２７、特開平１０−２３２４３０等）。インテグレータ光学系では、光源からの光を光束分割光学素子により複数の部分光束に分割して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を液晶パネル上で重畳させることにより、強度分布が揃った照明光を得ることができる。また、偏光変換素子では、複数の部分光束に分離して偏光変換を行った後、それらの光を液晶装置上で重畳させることにより、偏光方向が揃った照明光を得ている。
【０００４】
このため、反射型液晶装置を使用したプロジェクタにインテグレータ光学系や偏光変換素子を組み合わせて使用すれば、解像度が高くより明るく表示ムラのない投写画像を実現することができると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、表示モードとして偏光モードを利用する反射型液晶装置をプロジェクタに使用する場合には、一般的に、偏光状態の異なる光を空間的に分離、選択する偏光選択素子（例えば、偏光ビームスプリッタ）が使用されるが、この偏光選択素子はその偏光選択特性に大きな入射角依存性を有する。具体的には、入射光の略中心軸と偏光選択素子の偏光選択面の法線を含む入射面を規定した場合、その入射面と直交する平面内において光の入射角が大きくなると、偏光選択性能が著しく低下する。この現象は偏光選択面とそこに入射する光との幾何学的な位置関係に大きく依存するため、偏光選択性能の著しい低下を防止することは非常に難しい。一方、入射面内において光の入射角が大きくなると偏光選択性能はやはり低下するが、その低下の程度は入射面と直交する平面内におけるそれと比べて比較的小さく、また、偏光選択面の構成を工夫することによって偏光選択性能の低下を防止することが可能である。従って、偏光選択素子における偏光選択性能を向上させるためには、入射面と直交する平面内における光の入射角を可能な限り小さくすることが重要となる。
【０００６】
また、インテグレータ光学系や偏光変換素子を用いた光学系では、その光学的プロセス上、照明光の入射角の角度分布が拡がってしまう現象が避けられない。
【０００７】
このため、反射型液晶装置を使用したプロジェクタにインテグレータ光学系や偏光変換素子を組合せて使用する場合には、偏光選択面に入射する光の入射角が拡がるため、偏光選択面の偏光選択性能が低下し、かえって光の利用効率が低下したり明るさムラが発生するという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、反射型液晶装置とインテグレータ光学系や偏光変換素子とを組み合わせながら、光利用効率が高く、明るい高画質の投写画像を実現できるプロジェクタを提供することにある。
【０００９】
【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や光束分割光学素子の特性等を工夫することにより、前記目的を達成するものである。
【００１０】
（１）本発明のプロジェクタは、光源からの光を、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偏光方向が略揃った１種類の偏光光に変換する偏光変換素子と、前記偏光変換素子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、前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光選択面と、を備えたプロジェクタであって、前記偏光選択面の法線と前記照明光束の中心軸とによって規定される面を入射面とし、この入射面と平行で前記中心軸と直交する方向をＸ軸方向、前記入射面と直交する方向をＹ軸方向と規定したとき、前記偏光変換素子による偏光分離の方向は、前記Ｘ軸方向であり、前記光束分割光学素子は、入射端面から入射した光を複数対の反射面にて反射させ、その反射位置の違いに応じて光を分割し、射出端面から複数の部分光束として射出するロッドであり、前記複数対の反射面のうち、前記Ｙ軸方向において対向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うに従って次第に広がるように配置され、前記Ｙ軸方向の前記複数の光源像の間隔を狭めるように構成され、かつ、前記Ｘ軸方向において対向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って次第に狭くなるように配置され、前記Ｘ軸方向の前記複数の光源像の間隔を広げるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
このような本発明によれば、
偏光選択面は、その偏光分離性能が入射光束に対して大きな入射角依存性を有する。特に、入射面に直交するＹ軸方向に光の入射角が大きくなると、偏光選択性能が著しく低下する。一方、偏光変換素子では、偏光方向が異なる２種類の偏光光が各部分光束からそれぞれ生成されるため、各部分光束の幅はその分離の方向において略２倍に増大し、その方向において光の角度分布が拡がってしまう。そこで、偏光選択素子における偏光選択性能を向上させるためには、偏光選択性能の入射角依存性とそこに入射する光の角度分布の広がりとを考慮することが重要となる。
【００１２】
本発明では、偏光変換素子における偏光分離の方向をＸ軸方向にしているため、偏光選択面に入射する光のＹ軸方向における入射角の広がりを抑えることができる。よって、偏光選択面の偏光選択性能を比較的高い状態で維持することができ、明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
また、光束分割光学素子は、Ｙ軸方向の複数の光源像の間隔を狭めるように構成されていることにより、Ｙ軸方向における光の入射角の広がりをさらに小さく抑えることができるので、偏光選択面の偏光選択性能を非常に高い状態で維持することができ、極めて明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。
光束分割光学素子としてロッドを採用する場合、Ｙ軸方向において対向する一対の反射面の間隔を入射端面から射出端面に向かって次第に拡がるように配置することにより、Ｙ軸方向の光源像の間隔を狭めることができる。
また、さらに、ロッドのＸ軸方向において対向する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配置され、Ｘ軸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。
また、本発明では、前記偏光変換素子には、２種類の偏光光のうち、一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を前記Ｘ軸方向に反射する偏光分離膜、および、前記２種類の偏光光の射出方向を揃えるために、前記他方の偏光光を反射する反射膜を有する第１透光性部材と、前記偏光分離膜に対応する位置に配置され、前記２種類の偏光光のうちいずれかの偏光方向を回転する位相差板を有する第２透光性部材とが設けられ、前記第１透光性部材および前記第２透光性部材は、前記Ｘ軸方向に沿って交互に配列され、前記ロッドは、前記複数の光源像が前記第１透光性部材の光束入射面に対応するように構成されていることが好ましい。
【００１３】
（２）電気光学装置としては、例えば、偏光選択面で透過および反射された光のいずれかが入射する位置に配置され、入射した光変調し、光が入射した面から変調光を射出する反射型液晶装置を採用することが考えられる。
【００１４】
なお、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のが好ましい。また、後段に配置される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ので、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のが好ましい。
【００１５】
上記のプロジェクタにおいて、偏光変換素子と偏光選択素子との間に、Ｙ軸方向における照明光の断面寸法を縮める縮小光学系を配置することができる。
【００１６】
この縮小光学系は、１つの凹レンズにより構成できるが、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もでき、光学収差の低減を考慮すれば、組レンズを採用することが好ましい。この場合には、凹レンズ及び凸レンズとしてはシリンドリカルレンズのものを用いることができる。
【００１７】
このような縮小光学系を採用することにより、縮小光学系によって照明光の全体の断面寸法をＹ軸方向に縮めることにより、Ｙ軸方向における光の入射角の広がりをさらに小さく抑えることができる。また、照明光全体の断面寸法を、Ｙ軸方向に縮めることができる。このため、Ｙ軸方向における光の入射角の広がりをさらに小さく抑えることができ、偏光選択面の偏光選択性能を非常に高い状態で維持することができる。したがって、極めて明るくコントラスト比の高い投写画像を実現することが可能となる。また、被照明領域を照明する光束全体の径を小さくできるため、投写レンズとして、コストの高いＦ値の小さなレンズを採用する必要もないことから、プロジェクタの低コスト化を実現できる。
【００１８】
また、この場合においても、Ｙ軸方向のみならず、照明光のＸ軸方向における断面寸法をも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。
【００１９】
尚、上記の一連の縮小光学系を構成する凸レンズや凹レンズとしては、表面を曲面状に成形してなる一般的なレンズの他に、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であっても良い。
【００２０】
偏光変換素子としては、２種類の偏光光のうち、一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、２種類の偏光光の射出方向を揃えるために、他方の偏光光を反射する反射面と、２種類の偏光光のうちいずれかの偏光方向を回転する位相差板とを有する偏光変換素子を採用することが好ましい。
【００３７】
【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。以下の説明において、Ｚ軸方向は光の進行方向を、Ｙ軸方向は光の進行方向に向って１２時の方向を（図１では紙面と直交する方向）、Ｘ軸方向は光の進行方向に向って３時の方向を示す。なお、図１〜図１３において、同様の構成部分については、同様の符号を用いている。
【００３８】
Ａ．第１実施形態
図１は、本発明のプロジェクタの第１実施形態を示す概略平面図である。
【００３９】
このプロジェクタは、照明装置１と、偏光選択面を備えた偏光ビームスプリッター６０と、電気光学装置としての液晶装置１０００と、投写レンズ３００とを備えている。照明装置１から射出された光は、液晶装置１０００により画像情報に応じた変調が施され、投写レンズ３００により拡大投写されて投写面２０００上に投写画像を形成するように、構成されている。
【００４０】
１．照明装置
照明装置１は、仮想の照明光軸Ｌに沿って配置された光源ランプ１０と、光源ランプ１０からの光を複数の光源像を形成する複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としてのロッド２０と、該ロッド２０の射出端面２６上の像を被照明領域に伝達するリレー光学系３０と、そのリレー光学系３０の中に配置されて偏光分離及び偏光変換を行う偏光変換素子４０とを備えている。被照明領域は、光変調により画像を生成する電気光学装置の一例としての液晶装置１０００によって形成されている。なお、本実施形態における液晶装置１０００の表示面の形状は、Ｘ軸方向の寸法とＹ軸方向の寸法が等しい正方形状を想定している。
【００４１】
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つの焦点の内の一方は光源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から放射された光は楕円リフレクタ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。
【００４２】
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１０からの光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。
【００４３】
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、光が入射する入射端面２２と、光を反射させて伝達する４つの反射面２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄと、伝達された光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、２４ｃ、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。
【００４４】
入射端面２２と射出端面２６のＸ―Ｙ平面における断面形状はいずれも矩形状であり、特に、本実施形態の場合には、入射端面２２と射出端面２６の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となるように、すなわち正方形状に、各々形成されている。反射面２４ａと反射面２４ｃとは互いに平行であり、反射面２４ｂと反射面２４ｄとは互いに平行である。このロッド２０に入射した光は、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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５０、偏光変換素子４０、第２伝達レンズ５２が配置される。
【００４７】
１−３ 偏光変換素子
偏光変換素子４０は、入射した光を所定の直線偏光光に変換する機能を有しており、図３（ａ）はその構成を説明するための水平断面図、図３（ｂ）は外観斜視図である。
【００４８】
偏光変換素子４０は、複数の透光性部材４１Ａ、４１Ｂと、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。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。このＸ軸方向がＸ軸方向に、また、Ｙ軸方向はＹ軸方向に相当する。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、例えば隣接する透光性部材４１Ａ、４１ＢがＹ−Ｚ平面を対称面として互い違いに折り返して位置するように配置することもできる。また、本実施形態では偏光分離膜４２と反射膜４４との間隔を全て同じにしているが、異なっていても良い。
【００４９】
ここで、便宜上、偏光変換素子４０の光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。透光性部材４１Ａ、４１Ｂ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Ｘ軸方向に沿って交互に所定間隔をおいて複数形成される。同様に、射出面４６Ａ及び射出面４６Ｂも、Ｘ軸方向に沿って交互に所定間隔をおいて複数形成される。
【００５０】
偏光分離膜４２は、入射する非偏光な光を偏光方向が略直交する２種類の直線偏光光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の直線偏光光とに分離される。本実施形態では、第１の直線偏光光をＰ偏光光、第２の直線偏光光側をＳ偏光光としており、偏光分離膜４２は反射光であるＳ偏光光をＸ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。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。
【００５１】
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は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る。
【００５２】
位相差板４８は、透過光または反射光の内の一方の偏光光の偏光方向を他方の偏光光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４６Ａのみに選択的に配置されている。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９０°回転され、偏光変換素子４０から射出する光のほとんどが１種類の偏光光となる。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偏光光となる。
【００５３】
なお、偏光分離膜４２にて分離された２つの偏光光の偏光方向を１種類の偏光光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のそれぞれに光学特性の異なる位相差板を各々配置して、各位相差板を通過する偏光光の偏光方向を揃えるような構成としても良い。
【００５４】
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を１種類の偏光光に効率よく変換することができる。従って、１種類の偏光光しか利用できない液晶装置１０００において、光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００５５】
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。本実施の形態において、リレー光学系３０は、集光レンズ３１、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。
【００５６】
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合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。
【００５７】
第１伝達レンズ５０は、複数の矩形状の集光レンズ５１を略マトリックス状に組合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。集光レンズ５１の数とその配置は、部分光束により形成される光源像の数とその形成位置に対応するように決定されている。第１伝達レンズ５０を形成する集光レンズ５１の形状は限定されないが、本実施形態のように、複数の矩形状の集光レンズを平面的に配列して板状に形成したものが利用し易い。また、複数の集光レンズ５１を用いて構成すれば、各々の集光レンズ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易い光学収差を効果的に低減することができる。但し、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、複数の集光レンズを用いずに１つのレンズによって第１伝達レンズを構成しても良く、さらには、省略することも可能である。
【００５８】
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から射出す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。
【００５９】
なお、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、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５２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、５２が配置される位置によって適宜変更しても良い。
【００６０】
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略平行な光に変換して、効率的に液晶装置１０００に導き入れる機能を有する。従って、平行化レンズ３２は必ずしも必要なものではなく、省略することもできる。
【００６１】
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。
【００６２】
２．偏光ビームスプリッタ、液晶装置、投写レンズ
偏光ビームスプリッター６０は、２つの直角プリズムの間に偏光選択面６２を挟んで接合したものであり、非偏光光を偏光方向が略直交する二種類の直線偏光光に分離する機能を有する光学素子である。偏光選択面６２は偏光変換素子４０を形成する偏光分離膜４２と同様に誘電体多層膜で形成される。
【００６３】
照明装置１から射出されたＳ偏光光束は、偏光ビームスプリッター６０に入射し、偏光選択面６２で反射され、反射型の液晶装置１０００に向けて射出される。液晶装置１０００は、図示しない外部からの画像信号に応じて光を変調して偏光状態を変化させる。なお、反射型の液晶装置１０００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。
【００６４】
液晶装置１０００によって変調された光は、偏光ビームスプリッター６０に入射する。ここで、液晶装置１０００によって変調された光は画像信号に応じて部分的にＰ偏光状態に変換されており、このＰ偏光状態に変換された光束が、偏光選択面６２を透過して、投写レンズ３００に向けて射出される。投写レンズ３００に向けて射出された光は、投写レンズ３００を介してスクリーンなどの投写面２０００上に投写される。
【００６５】
偏光ビームスプリッター６０の入射側及び射出側に配置された２つの偏光板７０、７２は、それらの偏光板を通過する偏光光束の偏光度をさらに高める機能を有している。照明装置１から射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７０を省略することができ、同様に、偏光ビームスプリッター６０から投写レンズ３００に向けて射出される偏光光束の偏光度が十分に高い場合には偏光板７２を省略することができる。
【００６６】
本実施形態では、偏光ビームスプリッター６０を挟んで投写レンズ３００と対向する位置に液晶装置１０００を配置しているが、偏光ビームスプリッター６０を挟んで照明装置１と対向する位置に液晶装置１０００を配置することもできる。その場合には、照明装置１から射出される照明光束の偏光状態を予めＰ偏光状態に揃えておき、液晶装置１０００から射出されＳ偏光光束が投写光学系に入射するように構成すればよい。あるいは、偏光ビームスプリッター６０の偏光選択面６２を、Ｐ偏光光束を反射し、Ｓ偏光光束を透過するような特性にしておけば良い。
【００６７】
３．偏光分離方向と偏光選択面６２との関係
図４は、偏光選択面６２と、そこに入射する光束との幾何学的な位置関係を示したものである。図４において、入射面４は、偏光選択面６２に入射する照明光束の中心軸２と偏光選択面６２の法線Ｈとによって規定される仮想的な面であり、Ｘ−Ｚ平面と平行である。
【００６８】
偏光選択面６２の偏光分離性能は、大きな入射角依存性を有する。すなわち、入射面４と平行なＸ軸方向や、入射面４と直交するＹ軸方向において光の入射角が大きくなると、偏光分離性能が低下する。先に説明したように、偏光選択面６２は、照明光に含まれるＳ偏光光束を反射して液晶装置１０００に向けて射出するとともに、液晶装置１０００によって変調された光のうちＰ偏光光束を選択して投写レンズ３００に向けて射出している。したがって、偏光選択面６２の偏光分離性能が低下すると、液晶装置１０００に導かれるＳ偏光光光束の量が減ることになるため、光の利用効率が低下し、投写画像が暗くなる。しかも、液晶装置１０００によって変調された光のうち特定の偏光光を選択するフィルタとしての機能も低下してしまうため、投写画像のコントラスト比も低下してしまう。
【００６９】
ここで、入射面４と平行なＸ軸方向における入射角依存性は、偏光選択面６２の構造（例えば、誘電体膜の種類やその構成の仕方）を工夫することによって、十分低減することが可能である。一方、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角依存性は、偏光選択面６２とそこに入射する光との幾何学的な位置関係によって支配されるため、偏光選択面６２の構造を工夫することでは解消できない。従って、偏光選択面６２に角度を伴って光を入射させる場合に偏光選択面６２の偏光分離性能を維持するためには、特に、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角度を小さくすることが重要となる。
【００７０】
そこで、本実施形態では、図１、図３（ａ）に示すように、偏光変換素子４０による偏光分離の方向を、入射面４と平行なＸ軸方向とすることにより、Ｙ軸方向における入射角度のひろがりを防いでいる。すなわち、偏光変換素子４０による偏光分離がＸ軸方向に行なわれるため、Ｘ軸方向には照明光束全体の径が拡大してしまうものの、入射面４と直交するＹ軸方向における照明光束全体の径が拡大してしまうことはない。その結果、入射面４と直交するＹ軸方向における入射角度の広がりを防ぐことができ、偏光選択面６２の偏光分離性能を比較的高い状態で維持することが可能となる。よって、明るくコントラストの高い投写画像を実現することができる。
【００７１】
Ｂ．第２実施形態
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。
【００７２】
本実施形態は、Ｙ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。
【００７３】
図５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２１４ａ、２１４ｃは、互いに平行である。Ｙ軸方向で対向する一対の反射面２１４ｂ、２１４ｄ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２１４ｂ、２１４ｄが対向するＹ軸方向に狭くなっている。
【００７４】
したがって本実施形態では、偏光選択面６２の入射面４と直交するＹ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、偏光選択面６２の偏光分離性能をかなり高い状態で維持することが可能となる。よって、極めて明るくコントラストの高い投写画像を実現することができる。
【００７５】
さらに、本実施形態では、Ｙ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や偏光ビームスプリッタのＹ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。
【００７６】
Ｃ．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、Ｙ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、Ｘ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。
【００７７】
図６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。Ｙ軸方向で対向する一対の反射面２１４ｂ、２１４ｄ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２２４ｂ、２２４ｄが対向するＹ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。
【００７８】
さらに、本実施形態では、Ｘ軸方向で対向する一対の反射面２２４ａ、２２４ｃ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２２４ａ、２２４ｃが対向するＸ軸方向に広くなる。
【００７９】
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偏光光とＳ偏光光とに分離し、Ｓ偏光光を反射膜４４でＰ偏光光と同じ方向に反射するとともに、Ｐ偏光光を位相差板４８によってＳ偏光光光に変換し、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、第１の偏光光束がＸ軸方向に透過し、第２の偏光光束がＺ軸方向に反射されてしまう。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が射出面４６Ａ、４６Ｂから射出されてしまうことになる。すなわち、偏光変換素子４０によって、非偏光光束を第２の偏光光束に変換しようとしているのに、第１の偏光光束が射出されてしまい、偏光変換効率が低下することになってしまう。このことから、偏光変換素子４０において高い偏光変換効率を得るためには、入射面４５Ａ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。つまり、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のである。
【００８０】
本実施形態では、光源像Ｓの大きさよりも入射面４５Ａの大きさが十分に大きくできるように、Ｘ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４５Ａ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つつ、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。
【００８１】
なお、光源ランプ１０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Ｘ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。
【００８２】
Ｄ．第４実施形態
図７は、本発明の第４実施形態の概略的構成を示す水平断面図である。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、図７では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【００８３】
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３２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。
【００８４】
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。
【００８５】
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１０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（図３参照）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。
【００８６】
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の実施形態における第１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。６１０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を偏光変換素子４０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（図３参照）。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。
【００８７】
第２伝達レンズ６２０は、第１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。
【００８８】
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。
【００８９】
尚、本実施形態では、レンズアレイ６００、第１の伝達レンズ６１０を構成する集光レンズ６００ａ、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Ｙ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、Ｘ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。
【００９０】
Ｅ．第５実施形態
図８は、第５実施形態の概略的構成を示す水平断面図である。この第４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６１２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。なお、図８では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【００９１】
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、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、このような機能は有していない。本実施形態の構成は、実質的に、第４実施形態における第１伝達レンズ６１０を省略することになる。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。
【００９２】
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６２０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。
【００９３】
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（図３参照）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８の集光レンズ６１２ａの２倍の数の集光レンズ６１２ａ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。
【００９４】
Ｆ．第６実施形態
図９は、本発明のプロジェクタの第６実施形態の概略的構成を示し、図９（ａ）はＸ軸方向から見た垂直断面図、図９（ｂ）はＹ軸方向から見た水平断面図である。
【００９５】
この第６実施形態は、先に説明した第３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６１０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３実施形態と同様である。よって、第３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３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。なお、図９（ａ）、（ｂ）では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【００９６】
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、Ｙ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７００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Ｙ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、Ｙ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Ｙ軸方向における広がりをさらに抑えることができ、偏光選択面６２の偏光分離性能をかなり高い状態で維持することが可能となる。よって、極めて明るくコントラストの高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軸方向における光束の広がりを抑えた結果、偏光変換素子４０や偏光ビームスプリッター６０のＹ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。
【００９７】
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。
【００９８】
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Ｙ軸方向における集光特性を複雑に設定することなく、容易に、偏光選択面６２の偏光分離性能を高い状態に維持することが可能となる。
【００９９】
なお、本実施形態ではＹ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、Ｘ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、偏光選択面６２の偏光分離性能をより高い状態に維持することが可能となる。
【０１００】
Ｇ．第７実施形態に係る照明装置
図１０は、本発明のプロジェクタの第７実施形態の概略的構成を示す垂直断面図である。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。なお、図１０では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【０１０１】
本実施の形態ように、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
Ｈ．第８実施形態
図１１は、本発明のプロジェクタの第８実施形態の概略的構成を示す図であり、図１１（ａ）はＸ軸方向から見た垂直断面図、図１１（ｂ）はＹ軸方向から見た水平断面図である。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を実現している。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。なお、図１１（ａ）、（ｂ）では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【０１０４】
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Ｙ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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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、第６、第７実施形態の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。
【０１０７】
Ｉ.第９実施形態に係る照明装置
図１２は、本発明のプロジェクタの第９実施形態の概略的構成を示す垂直断面図である。
【０１０８】
この第９実施形態は、先に説明した第３の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３実施形態と同様である。よって、第３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３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、図１２では、偏光ビームスプリッター６０、偏光板７０、７２、投写レンズ３００、投写面２０００の図示を省略している。
【０１０９】
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を組み合わせて形成され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、偏光選択面６２の偏光分離性能をかなり高い状態で維持することが可能となる。よって、極めて明るくコントラストの高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、偏光変換素子４０や偏光ビームスプリッター６０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。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。
【０１１０】
なお、凹レンズ系９００をＹ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、Ｙ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。
【０１１１】
Ｊ．第１０実施形態
図１３は、本発明の第１０実施形態に係るプロジェクタの要部を示す概略の水平断面図である。本実施形態は、上記第１〜第９実施形態に係るプロジェクタの変形例であり、偏光ビームスプリッター６０から射出された光を、分光手段としてのくさび型プリズムを用いて赤色光、青色光、緑色光に分離し、色光毎に対応して設けられた３枚の反射型の液晶装置に各色光を入射させてカラー画像を実現する点に特徴を有する。図１３に示す構成部分は、第１〜第９実施形態の平行化レンズ３２以降の構成と置き換え可能な部分である。平行化レンズ３２より光源側の部分、投写レンズ３００、投写面２０００については、図示、説明、ともに省略する。
【０１１２】
分光手段１００は、３つのプリズム１００ａ、１００ｂ、１００ｃを組合せて形成されている。くさび型プリズム１００ａは、三角形の断面形状を有する柱状を成し、くさび型プリズム１００ｂと近接する面上には赤色光を反射し他の色光を透過する赤色用ダイクロイック膜Ｒが形成されている。くさび型プリズム１００ａは、偏光ビームスプリッター６０とくさび型プリズム１００ｂとの間に、極僅かな隙間を有するように配置されている。くさび型プリズム１００ｂは、くさび型プリズム１００ａと類似の形状をなし、くさび型プリズム１００ｃと接着される面上には青色光を反射し他の色光を透過する青色用ダイクロイック膜Ｂが形成されている。プリズム１００ｃは、一辺が斜辺として形成された略台形状の断面を有する柱状のプリズムである。プリズム１００ｃの斜辺に相当する面は、くさび型プリズム１００ｂの青色用ダイクロイック膜Ｂが形成された面に接着されている。
【０１１３】
液晶装置１０００Ｒは、赤色光専用の反射型液晶装置であり、くさび型プリズム１００ａの赤色用ダイクロイック膜Ｒが形成されず、偏光ビームスプリッター６０とも近接していない面に対面させて設置されている。また、液晶装置１０００Ｂは、青色光専用の反射型液晶装置であり、くさび型プリズム１００ｂの青色用ダイクロイック膜Ｂが形成されず、くさび型プリズム１００ａとも近接していない面に対面させて設置されている。さらに、液晶装置１０００Ｇは、緑色光専用の反射型液晶装置であり、プリズム１００ｃの斜辺の対辺に相当する面に対面させて設置されている。各液晶装置１０００Ｒ、１０００Ｂ、１０００Ｇの基本的な構造は、上述した各実施形態に使用される液晶装置１０００と同じであり、液晶層や画素電極等の光学的特性が対応する色光の波長域に応じて最適化されている。
【０１１４】
本実施形態において照明装置から射出され偏光ビームスプリッター６０の偏光選択面６２にて反射された偏光光（例えばＳ偏光光）は、まず、くさび型プリズム１００ａに入射し、赤色用ダイクロイック膜Ｒにて反射される赤色光と、赤色用ダイクロイック膜Ｒを透過する青色光及び緑色光に分離される。赤色用ダイクロイック膜Ｒにて反射された赤色光は、くさび型プリズム１００ａの偏光ビームスプリッター６０と対面する界面で全反射した後、赤色専用の液晶装置１０００Ｒに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。次に、赤色用ダイクロイック膜Ｒを透過した青色光と緑色光は、くさび型プリズム１００ｂに入射し、青色用ダイクロイック膜Ｂにて反射される青色光と、青色用ダイクロイック膜Ｂを透過する緑色光に分離される。青色用ダイクロイック膜Ｂにて反射された青色光は、くさび型プリズム１００ｂのくさび型プリズム１００ａと対面する界面で全反射した後、青色専用の液晶装置１０００Ｂに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。最後に、青色用ダイクロイック膜Ｂを透過した緑色光は、プリズム１００ｃ内を略直進して緑色専用の液晶装置１０００Ｇに入射し、図示されない外部からの画像情報に基づいて変調される。
【０１１５】
各液晶装置１０００Ｒ、１０００Ｂ、１０００Ｇで反射された各色光は入射時と同一の光路を戻って投写光として合成され、偏光ビームスプリッター６０に再度入射する。ここで、外部からの画像情報に基づいて変調された偏光光は部分的にＰ偏光光となっているため、その偏光光は偏光選択面６２を透過し、投写手段である投写レンズ３００によって前方の投写面２０００上に拡大投写される。３枚の液晶装置１０００Ｒ、１０００Ｂ、１０００Ｇにより変調された３つの色光は、以上の過程において投写面２０００上では同位置に重なるように投写され、カラー画像を表示する。なお、偏光ビームスプリッター６０を挟んで照明装置と対向する位置に分光手段１００を配置した構成を採用することもできる。その場合には、照明装置から射出される照明光の偏光状態を予めＰ偏光状態に揃えておき、反射型の液晶装置１０００Ｒ、１０００Ｇ、１０００Ｂから射出されＳ偏光光が投写レンズ３００に入射するように構成すればよい。
【０１１６】
なお、本実施形態では、図１３に示すように、各液晶装置１０００Ｒ、１０００Ｂ、１０００Ｇの寸法に比べて、偏光ビームスプリッター６０等の寸法が相対的に大きくなっている。このため、特に、縮小光学系であるアフォーカル光学系７００や凹レンズ系９００を採用した第５〜第８の実施形態と組み合わせれば、偏光ビームスプリッター６０の小型化を実現できる点で都合がよい。
【０１１７】
本実施形態では、第１〜第９実施形態のいずれかと同様の効果を得ることが可能である。
【０１１８】
Ｋ．その他の実施形態
本発明実施形態は、上述の例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。例えば、上述した第１実施形態〜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は伝達する。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。
【０１１９】
また、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロジェクタの第１実施形態を示す概略平面図である。
【図２】前記実施形態におけるロッドと光源像Ｓとの形成位置との関係を示す概略斜視図である。
【図３】前記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）は水平断面図、図３（ｂ）は外観斜視図である。
【図４】前記実施形態における偏光選択面と、そこに入射する光束との幾何学的な関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るロッドと光源像Ｓとの形成位置との関係を示す概略斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るロッドと光源像Ｓとの形成位置との関係を示す概略斜視図である。
【図７】本発明のプロジェクタの第４実施形態を示す概略の水平断面図である。
【図８】本発明のプロジェクタの第５実施形態を示す概略の水平断面図である。
【図９】本発明のプロジェクタの第６実施形態の概略的構成を示し、図９（ａ）はＸ軸方向から見た垂直断面図、図９（ｂ）はＹ軸方向から見た水平断面図である。
【図１０】本発明のプロジェクタの第７実施形態の概略的構成を示す垂直断面図である。
【図１１】本発明のプロジェクタの第８実施形態の概略的構成を示す図であり、図１２（ａ）はＸ軸方向から見た垂直断面図、図１２（ｂ）はＹ軸方向から見た水平断面図である。
【図１２】本発明のプロジェクタの第９実施形態の概略的構成を示す垂直断面図である。
【図１３】本発明のプロジェクタの第１０実施形態を示す概略の水平断面図である。
【符号の説明】
４ 入射面
１０、１５ 光源ランプ
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
４８ 位相差板
５０ 第１伝達レンズ
５２ 第２伝達レンズ
６０ 偏光ビームスプリッター
６２ 偏光選択面
１００ 分光手段
３００ 投写レンズ
６００、８００ レンズアレイ
６１０，６１２，８１０ 第１伝達レンズ
６２０ 第２伝達レンズ
７００ アフォーカル光学系
１０００ 電気光学装置
２０００ 投写面

Claims (8)

1. 光源からの光を、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偏光方向が略揃った１種類の偏光光に変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子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、
   前記照明光束に含まれる所定の偏光成分の光を選択して前記電気光学装置に向けて射出するとともに、前記電気光学装置によって変調された光のうち所定の偏光成分の光を選択して前記投写レンズに向けて射出する偏光選択面と、を備えたプロジェクタであって、
   前記偏光選択面の法線と前記照明光束の中心軸とによって規定される面を入射面とし、この入射面と平行で前記中心軸と直交する方向をＸ軸方向、前記入射面と直交する方向をＹ軸方向と規定したとき、前記偏光変換素子による偏光分離の方向は、前記Ｘ軸方向であり、
   前記光束分割光学素子は、入射端面から入射した光を複数対の反射面にて反射させ、その反射位置の違いに応じて光を分割し、射出端面から複数の部分光束として射出するロッドであり、
   前記複数対の反射面のうち、前記Ｙ軸方向において対向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うに従って次第に広がるように配置され、前記Ｙ軸方向の前記複数の光源像の間隔を狭めるように構成され、かつ、前記Ｘ軸方向において対向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って次第に狭くなるように配置され、前記Ｘ軸方向の前記複数の光源像の間隔を広げ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１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記偏光変換素子には、
   ２種類の偏光光のうち、一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を前記Ｘ軸方向に反射する偏光分離膜、および、前記２種類の偏光光の射出方向を揃えるために、前記他方の偏光光を反射する反射膜を有する第１透光性部材と、前記偏光分離膜に対応する位置に配置され、前記２種類の偏光光のうちいずれかの偏光方向を回転する位相差板を有する第２透光性部材とが設けられ、
   前記第１透光性部材および前記第２透光性部材は、前記Ｘ軸方向に沿って交互に配列され、
   前記ロッドは、前記複数の光源像が前記第１透光性部材の光束入射面に対応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。
3. 請求項１または請求項２に記載のプロジェクタおいて、
   前記電気光学装置は、前記偏光選択面で透過および反射された光のいずれかが入射する位置に配置され、入射した光を変調し、光が入射した面から変調光を射出する反射型液晶装置であることを特徴とするプロジェクタ。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタおいて、
   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。
5. 請求項１から請求項４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偏光選択面との間には、前記照明光束の全体の断面寸法を前記Ｙ軸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。
6. 請求項５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、複数の部分光束からなる光束全体の断面寸法を前記Ｘ軸方向に縮めることを特徴とするプロジェクタ。
7. 請求項５または請求項６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組レンズであることを特徴とするプロジェクタ。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のプロジェクタにおいて、
   前記偏光変換素子は、
   ２種類の偏光光のうち、一方の偏光光を透過し、他方の偏光光を反射する偏光分離膜と、
   前記２種類の偏光光の射出方向を揃えるために、前記他方の偏光光を反射する反射膜と、
   前記２種類の偏光光の偏光方向を揃える位相差板とを有することを特徴とするプロジェクタ。

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