JP4102807B2 - 表示パネルの照明光学系、およびその照明光学系を有するプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は表示パネルの照明光学系、およびその照明光学系を有するプロジェクタに関し、特に光源からの光を表示パネルの分割領域に対してＲ色、Ｇ色、Ｂ色の長方形の色光を互いに同じタイミングで同一色とはならぬように照射し、かつ各々の色光を順次変化させることで高い光利用効率が得られる表示パネルの照明光学系に関する。

従来、応答速度の速い表示パネルを一枚使用して、回転カラー円板によりＲ、Ｇ、Ｂの３原色光を高速で順次表示パネルに照射して各色のフィールド画像を順次表示し、眼の残像を利用してフルカラーのフレーム表示を行う色順次方式を用いるプロジェクタが知られている。このプロジェクタは、使用する表示パネルが１枚で済み、しかも光学系が単純なことから小型軽量化、および低コスト化が容易であるという利点がある。表示パネルとしてはＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）が知られている。ＤＭＤはオンとオフの２つの状態しか持たない２値型のデバイスであるため、オン／オフのデューティを例えばＰＷＭ（パルス幅変調）制御することにより階調表示を実現している。

しかしながら、カラー円板の場合は常時１色しか使用されないので、光源からの光のうち２/３の光が表示パネルに照射されないで失われ、そのため高輝度化が困難であるという欠点があった。もしも、単一の表示パネルにおける色順次表示において、光源からの白色光束をＲ、Ｇ、Ｂの３原色に分離して、それらの全てを有効利用することができれば高輝度なプロジェクタを実現できる。

それに対応するため、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４では、光源からの光をＲ、Ｇ、Ｂのカラーバンドに分離して、これらのカラーバンドを回転プリズムで表示パネル上を連続的に移動させながら走査させる、スクロール方式と呼ばれる照明光学系が開示されており、光源からのＲ、Ｇ、Ｂ光を常時利用しているので光利用率の高いプロジェクタを実現できるとされている。
米国特許第５４１０３７０号明細書 米国特許第５５２８３１８号明細書 特開２００３−１４９７３８号公報 特許第３３５２１００号明細書

上述のように、カラーフィルタが形成された円板状のカラーホイールを用いる従来の時分割タイプのプロジェクタの照明光学系では、Ｒ、Ｇ、Ｂの照明光束のうち、常に約２／３の光が利用されない。また、特許文献１から特許文献４で開示されているカラーバンドが表示パネル上を連続的に移動する公知のスクロール方式では、カラーバンドの幅が狭く画素行ごとにカラーバンドの色の切り替わるタイミングが異なるので、画素行ごとにタイミングの異なる入射光の色にあった信号で駆動する表示パネル駆動回路が必要となり、またある画面に対してカラーバンドを照射する時間が短くなり、ＰＷＭによって十分な階調を得るのが難しく、非常に複雑なＰＷＭ制御が必要となり、信号処理回路にかかる負担も大きいという問題点が指摘されている。

本発明の目的は、新規な構成により、信号処理回路にかかる負担が少なく光源の光利用率の高い、高輝度な表示パネルの照明光学系とその照明光学系を備えたプロジェクタを提供することにある。

本発明の第１の態様の表示パネルの照明光学系は、光源からの光をスペクトルが相異なる複数の光束に分離して、その光束を単一の表示パネルの所定の相異なる領域にそれぞれ照射し、かつ、その各領域に照射される上記の光束を時間と共に互いに切り替える。表示パネルの照明光学系は、光源と、光源から入射した光を出射面から出射する導光部材が複数配置されている導光手段と、光源と導光手段との間の光路上に配置されて、光源からの光を導光部材のいずれかに入射させる選択入射手段と、それぞれの導光部材の出射面に設けられ光源の光を相異なるスペクトルを有する複数の光束に分離する複数の色分離部材からなる色分離手段と、色分離手段から出射された各光束を表示パネルの所定の領域に結像させる結像手段とを有する。

複数の光束の、進行方向と直交する断面は、それぞれが長方形の形状であって、長辺が互いに接し、かつ複数の光束のスペクトルが各色分離部材に応じて空間的に異なった順序で配列されて出射されてもよく、長方形の、短辺の長さの総和と長辺の長さとの比率が表示パネルの所定の領域の短辺の長さと長辺の長さとの比率に相似していてもよく、複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含んでいてもよい。

また、導光手段は３つの導光部材で構成され、第１の導光部材の出射面から出射した光が入射する色分離部材からは、光束が空間的にＲ色−Ｇ色−Ｂ色という順序で配列されて出射され、第２の導光部材の出射面から出射した光が入射する色分離部材からは、光束が空間的にＧ色−Ｂ色−Ｒ色という順序で配列されて出射され、第３の導光部材の出射面から出射した光が入射する色分離部材からは、光束が空間的にＢ色−Ｒ色−Ｇ色という順序で配列されて出射されてもよく、複数の導光部材の入射面は同一平面上に配置されていて、導光部材により入射した光束の輝度分布が均一化されてもよく、導光部材は、ロッドインテグレータであってもよい。

また、色分離手段は、ダイクロイックミラーおよびダイクロイックプリズムの何れかを有していてもよい。

さらに、選択入射手段は、光源からの光を導光手段の選択された導光部材に逐次入射させてもよく、導光部材への逐次入射が、光源と導光部材との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われてもよい。

本発明の第２の態様の表示パネルの照明光学系もまた、光源からの光をスペクトルが相異なる複数の光束に分離して、その光束を単一の表示パネルの所定の相異なる領域にそれぞれ照射し、かつ、その各領域に照射される上記の光束を時間と共に互いに切り替える。表示パネルの照明光学系は、光源と、光源からの光を相異なるスペクトルを有する複数の光束に分離して出射する色分離手段と、色分離手段から入射した光束を出射面から出射する導光部材が複数配置されている導光手段と、色分離手段と導光手段との間の光路上に配置されて、色分離手段から出射された複数の光束のそれぞれを導光部材のいずれかに入射させる選択入射手段と、導光手段から出射された各光束を表示パネルの所定の領域に結像させるレンズとを有する。

導光手段から出射された各光束の、進行方向と直交する断面は、それぞれが長方形の形状であって、長辺が互いに接してもよく、長方形の、短辺の長さの総和と長辺の長さとの比率が表示パネルの所定の領域の短辺の長さと長辺の長さとの比率に相似していてもよい。

色分離手段により分離された複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含んでいてもよく、色分離手段は複数の色分離部材で構成され、複数の色分離部材のそれぞれは、光源からの光から、所定の波長領域の光のみを分離して反射し、かつ、その各反射光が導光部材のいずれかに入射するような角度で配置されていてもよく、色分離手段は、Ｒ色を反射しＧ色およびＢ色を透過するダイクロイックミラーと、Ｇ色を反射しＢ色を透過するダイクロイックミラーと、Ｂ色を反射する反射ミラーとを少なくとも含んでいてもよい。

また、導光手段は３つの導光部材で構成され、複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含み、選択入射手段によって、色分離手段から出射した各光束が、第１の導光部材には時間的にＲ色−Ｇ色−Ｂ色という順で入射され、第２の導光部材には、時間的にＧ色−Ｂ色−Ｒ色という順で入射され、第３の導光部材には、時間的にＢ色−Ｒ色−Ｇ色という順で入射されてもよく、導光手段は２つの導光部材で構成され、選択入射手段によって、色分離手段から出射した各光束が、第１の導光部材には時間的にＧ色−Ｒ色−Ｂ色という順で入射され、第２の導光部材には時間的にＢ色−Ｇ色−Ｒ色という順で入射されてもよく、複数の導光部材の入射面は同一平面上に配置されており、導光部材により、入射した光束の輝度分布が均一化されてもよく、導光部材は、ロッドインテグレータであってもよい。

また、選択入射手段により、色分離手段で分離された各光束のそれぞれが、逐次循環的に各導光部材に入射してもよく、各導光部材への逐次循環的な入射が、色分離手段と導光手段との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われてもよい。

上述の表示パネルの照明光学系の対象となる表示パネルが、単板式のデバイスであっても、反射型の単板式のデバイスであってもよく、反射型の単板式のデバイスが、ＤＭＤあるいはＬＣｏｓであってもよい。

本発明のプロジェクタは、
表示パネルと、上述の表示パネルの照明光学系のいずれかを有し、照明光学系から入射する複数の長方形の色光と入射する色に対応して入力された画像生成情報とによって表示パネルで形成された画像情報が、投写レンズを経由して投射面に投写される。

表示パネルの分割領域（例えば３領域）に対して、光源からの光を分離したＲ色、Ｇ色、Ｂ色の長方形の色光を、互いに同じタイミングで同一色とはならぬように照射し、かつ各々の色光を順次変化させるので、光源からの入射光が有効に利用できる。

本発明の表示パネルの照明光学系は、光源の光から分離された長方形の色光が、色数に対応して長方形に分割された表示パネルのそれぞれの領域に、逐次切り替えて照射されるので、光源の光利用効率が高く、また、分割された表示パネルのそれぞれの領域単位で照射された色光が切り替わるので、色光の境界線が連続的に表示パネル上を移動するスクロール式と比較して表示パネルの信号処理回路にかかる負担が少ないという効果がある。

本発明は、光利用率が高くて、かつ表示パネルの信号処理回路にかかる負担が少ない単板型表示パネルの照明光学系を提供するものであり、スクロール方式のようにそれぞれ異なる色光の長方形の波長帯域（以下カラーバンドと略称する）が表示パネル上を連続的に移動するのではなく、表示パネルの分割領域（例えば３領域）に対して、光源からの光を分離したＲ色（赤色領域にスペクトルの重心を有する色）、Ｇ色（緑色領域にスペクトルの重心を有する色）、Ｂ色（青色領域にスペクトルの重心を有する色）の長方形の色光を、互いに同じタイミングで同一色とはならぬように照射し、かつ照射される各々の色光を順次切り替えることに特徴があり、少ない信号処理回路にかかる負担でスクロール方式に匹敵する高い光利用効率を得ることができる。ここでは、表示パネルの分割領域数を３個とし、カラーバンドの色光の種類をＲ色、Ｇ色、Ｂ色の３個として説明するがこれに限定されるものではなく、色光の種類や分割数が異なっても同様の構成で対応が可能である。また、ここでは光束の断面の形状として長方形を例にとって説明したが、必ずしも長方形に限定されるものではない。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図である。本発明の第１の実施の形態の照明光学系１は、光源１１とリフレクタ１２を有し光軸１３上の所定の位置に集束する光束１４を投射する光源部１０、選択入射手段である回転プリズム２０、導光部材である第１のロッドインテグレータ３１と第２のロッドインテグレータ３２と第３のロッドインテグレータ３３とから構成される導光手段である導光部３０、ロッドインテグレータ３１、３２、３３と一体に構成されている第１の色分離部材４１と第２の色分離部材４２と第３の色分離部材４３とから構成されている色分離手段である色分離部４０、および色分離部４０のそれぞれの色分離部材４１、４２、４３からの出射光をいずれも表示パネル６０上の表示領域全体に集光する照明レンズ５０を有する。

光源１１としては高輝度の白色光を発光する高圧水銀ランプを想定しているがこれに限定されるものではない。この光源１１には楕円鏡であるリフレクタ１２を組み合わせて光源部１０として集束光が得られるようにしてある。光源１１を楕円鏡の第１焦点近傍に配置すれば、光源１１からの光束１４を第２焦点近傍に集束させることができる。なお、光源に放物面のリフレクタを使用することも可能である。この場合には、リフレクタの直後に任意の焦点距離の凸レンズを配置すれば、凸レンズの焦点近傍に集束する光束が得られる。これは、放物面鏡の焦点近傍に光源を配置することで、光源からの光は放物面鏡で反射後に略平行な光束になるからである。

光源１１およびリフレクタ１２からの光束の集束点付近には導光部材である第１のロッドインテグレータ３１と第２のロッドインテグレータ３２と第３のロッドインテグレータ３３とから構成される導光手段である導光部３０が配置されている。導光部材としてはロッドインテグレータに限定されるものではなく輝度分布を均一化した光を出射できる部材であればよい。図２はロッドインテグレータの斜視図であり、（ａ）は１個のロッドインテグレータと色分離部材を示し、（ｂ）は導光部を示す。図３はロッドインテグレータの上面図である。ロッドインテグレータは、図２（ａ）の斜視図に示すごとく、光学研磨された入射面３４と出射面３５および４つの側面３６、３７、３８、３９を有し、材質が光学ガラスからなる直方体状の光学素子である。導光部３０の３個のロッドインテグレータ３１、３２、３３は同一形状、同一素材からなるものを使用することが好ましく、それらの相対的な位置関係としては、図２（ｂ）および図３に示されるようにそれぞれの入射面が同一平面上に接することなく隣接して配置されることが好ましい。

なお、３個のロッドインテグレータ３１、３２、３３を空気間隔を置かずに接着して配置することも可能であり、この場合には、図３に示すごとく３個のロッドインテグレータ３１、３２、３３の接合面３７に反射面となるような反射膜をコートして接着すればよい。

図１にも示されるように、第１のロッドインテグレータ３１、第２のロッドインテグレータ３２、および第３のロッドインテグレータ３３の出射面３５の直後には、それぞれ第１の色分離部材４１、第２の色分離部材４２、第３の色分離部材４３が一体となって配置されている。

図４は色分離部を構成する色分離部材の模式的側面図であり、図５は３組のロッドインテグレータと色分離部材からの出射光の色の配列を示す模式的側面図であり、（ａ）は第２のロッドインテグレータ、（ｂ）は第１のロッドインテグレータ、（ｃ）は第３のロッドインテグレータを示す。この色分離部材４１、４２、４３は、図４に示すように、ダイクロイックプリズム４４と第１の直角プリズム４７および第２の直角プリズム４８の２個の直角プリズムとで構成されている。ダイクロイックプリズム４４はＸ字状に第１の誘電体多層膜４５、第２の誘電体多層膜４６が形成されたクロスダイクロイックプリズムであり周知の技術で得ることが可能である。本発明では、図５に示すように３個のロッドインテグレータ３１、３２、３３の直後に配置される各々の色分離部材４１、４２、４３は、それぞれ誘電体多層膜４５、４６の透過および反射特性の異なったものが使用されている。

すなわち、第１のロッドインテグレータ３１の直後に配置される第１の色分離部材４１のダイクロイックプリズム４４ａにおいては、第１の誘導体多層膜４５ａはＧ色の色光を透過し、Ｒ色の色光が反射されて第１の直角プリズム４７ａで反射されて外部に出射し、第２の誘導体多層膜４６ａはＧ色の色光を透過し、Ｂ色の色光が反射されて第２の直角プリズム４８ａで反射されて外部に出射し、紙面での上からＲ色、Ｇ色、Ｂ色の順番でカラーバンドが形成される。ここでは誘電体多層膜４５ａの特性としてはＧ色を透過しＲ色を反射させる特性、誘電体多層膜４６ａはＧ色を透過し、Ｂ色を反射するように設計されている。

第２のロッドインテグレータ３２の直後に配置される第２の色分離部材４２のダイクロイックプリズム４４ｂにおいては、第１の誘導体多層膜４５ｂはＢ色の色光を透過し、Ｇ色の色光が反射されて第１の直角プリズム４７ｂで反射されて外部に出射し、第２の誘導体多層膜４６ｂはＢ色の色光を透過し、Ｒ色の色光が反射されて第２の直角プリズム４８ｂで反射されて外部に出射し、紙面での上からＧ色、Ｂ色、Ｒ色の順番でカラーバンドが形成される。ここでは誘電体多層膜４５ｂの特性としてはＢ色を透過しＧ色を反射させる特性、誘電体多層膜４６ｂはＢ色を透過し、Ｒ色を反射するように設計されている。

第３のロッドインテグレータ３３の直後に配置される第３の色分離部材４３のダイクロイックプリズム４４ｃにおいては、第１の誘導体多層膜４５ｃはＲ色の色光を透過し、Ｂ色の色光が反射されて第１の直角プリズム４７ｃで反射されて外部に出射し、第２の誘導体多層膜４６ｃはＲ色の色光を透過し、Ｇ色の色光が反射されて第２の直角プリズム４８ｃで反射されて外部に出射し、紙面での上からＢ色、Ｒ色、Ｇ色の順番でカラーバンドが形成される。ここでは誘電体多層膜４５ｃの特性としてはＲ色を透過しＢ色を反射させる特性、誘電体多層膜４６ｃはＲ色を透過し、Ｇ色を反射するよう設計されている。このように３つの色分離部材４１、４２、４３で形成されるカラーバンドは各々色順が異なるようになっている。

色分離部材としては上述の構成に限定されるものではなく白色光を３色のカラーバンドに分離できるものであればよく、例えば２枚のダイクロイックプリズムと１枚の反射ミラーとを１列に組み合わせたものであってもよい。

色分離部４０のあとに照明レンズ５０が配置されて、色分離部４０に形成されるカラーバンドを表示パネル６０に結像させる役割を担っており、第１の実施の形態では、色分離部４０の色分離部材４１、４２、４３からの出射光は、図１に示すようにいずれも表示パネル６０の所定の全領域に入射する。ここでは全領域と説明したが、表示パネル６０の全領域に限定されるものではない。

表示パネル６０としては透過型の単板の液晶パネルのほか、後に図２０で説明するようなＤＭＤやＬＣｏＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等の反射型の表示パネルを用いることができる。

光源部１０と導光部３０との間には、光源１１からの集束光束を３つのロッドインテグレータ３１、３２、３３に順次入射させる選択入射手段である回転プリズム２０が設けられている。本実施の形態では選択入射手段としては回転プリズム２０が使用されているが、これに限定されるものではなく光源１１からの光束１４を選択的に逐次ロッドインテグレータ３１、３２、３３に入射できる手段であればよい。この回転プリズム２０は立方体形状の他、多角柱状のプリズムが使用できる。材質としては、光学ガラスであることが望ましい。回転プリズム２０は周知の技術であり、モーター等を組み合わせて高速に回転を行うことができる。

以下図面を参照しながら第１の実施の形態の照明光学系１の動作について説明する。図１に示すように、光源１１で発光した白色光の光束１４は、まず楕円面のリフレクタ１２によって光軸１３上の所定の位置で集束される。先に説明したように光束は楕円鏡の第２焦点付近に向けて集束する。ここでは白色光と説明したが白色光に限定されるものではなく所望の色光に分離できる光であればよい。偏向されない場合は集束点付近に配置されている第１のロッドインテグレータ３１に入射する。ここで光源１１およびリフレクタ１２から構成される光源部１０とロッドインテグレータ３１、３２、３３との間には回転プリズム２０が配置されおり、この回転プリズム２０の回転に伴って、光源１１からの集束光が周期的に３つのロッドインテグレータ３１、３２、３３のいずれかに選択的に入射する。これは、３つのロッドインテグレータ３１、３２、３３は各々の入射面３４が同一平面上に隣接して配置されているので、回転プリズム２０を回転させて光軸１３を偏向させることによって第２のロッドインテグレータ３２、第３のロッドインテグレータ３３にも入射し、光軸１３が境界線を超えるたびに集束光の入射するロッドインテグレータが切り替わる。

図６は回転プリズムの回転と集束光のロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。回転プリズム２０の動作としては図６に示すように、例えば光源１１の光軸１３が、回転プリズム２０の入射面２１に垂直な場合には、光源１１の光軸１３は偏向することなく光束１４は中央にある第１のロッドインテグレータ３１へと入射する（図６（ａ））。そして、回転プリズム２０が時計回りに回転すると、光束１４は回転プリズム２０の入射面２１および出射面２２において屈折の影響を受けて光軸１３および光束１４全体が下方向に偏向され、これにより光束１４の集束位置は下方向に移動する。その結果、光源１１からの光束１４は第３のロッドインテグレータ３３へ入射することになる（図１の点線および図６（ｂ））。回転プリズム２０がさらに回転すると、今度は光源１１からの光束１４は第２のロッドインテグレータ３２へと入射することになる。すなわち、光軸１３が上方向に偏向され、光束１４の集束位置が第２のロッドインテグレータ３２の入射面３４に移動する（図６（ｃ））。回転プリズム２０がさらに回転すると、図６（ａ）の状態に戻る。このように光源１１からの集束光束１４が、回転プリズム２０の回転に対応して、３つのロッドインテグレータ３１、３２、３３のいずれかに常に入射することになる。なお、回転プリズム２０による走査は、ほぼ等しい速度で走査されることが好ましく、そのために回転軸は回転プリズム２０の中心にあって等速回転させることが望ましい。

ロッドインテグレータ３１、３２、３３に入射した光束は、入射したロッドインテグレータ３１、３２、３３の内部で内面反射を繰り返しながら、出射面３５へと進行する。導光の過程で光源１１の輝度ムラが解消され、出射面３５に到達したときには輝度分布が均一な光束となっている。この均一な光束はロッドインテグレータ３１、３２、３３から射出された直後に一体となって配置されている色分離部４０の色分離部材４１、４２、４３に入射してＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーバンドに分離される。例えば、図５（ｂ）を参照すれば、第１のロッドインテグレータ３１に入射した光束１４はロッドインテグレータ３１から射出された後、色分離部材４１のクロスダイクロイックプリズム４４ａによりＲ色、Ｇ色、Ｂ色の色光に分離される。クロスダイクロイックプリズム４４ａにはＧ色を透過しＢ色を反射させる特性の誘電体多層膜４５ａとＧ色を透過させＲ色色を反射させる特性の誘電体多層膜４６ａが形成されているからである。従って第１のロッドインテグレータ３１の出射面３５には、上から順にＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーバンドが形成されることになる。しかもこのカラーバンドは均一な輝度分布を有する。なお、このカラーバンドの各々は表示パネル６０の表示領域の約１/３ずつのサブ領域に対応するように、色分離部材４１、４２、４３を構成するダイクロイックプリズム４４と直角プリズム４７、４８の形状を決定することが好ましい。同様に第２の色分離部材４２の出射面には、上から順にＧ色、Ｂ色、Ｒ色の輝度分布が均一なカラーバンドが、第３の色分離部材４３の出射面には、上から順にＢ色、Ｒ色、Ｇ色の輝度分布が均一なカラーバンドが形成されることになる。このように３つの色分離部材４１、４２、４３の出射面に形成されるカラーバンドは各々色順が異なる。そして各々のカラーバンドは照明レンズ５０により表示パネル６０の表示領域上に結像される。

図７は色分離部材の出射面におけるカラーバンドの配置を示す模式図であり、（ａ）は第２の色分離部材、（ｂ）は第１の色分離部材、（ｃ）は第３の色分離部材である。第２の色分離部材４２の出射面の照明情報は、表示パネル６０上には、図７（ａ）に示すように上から順にＧ色、Ｂ色、Ｒ色のカラーバンドとして結像し、第１の色分離部材４１の出射面の照明情報は、表示パネル６０上には、図７（ｂ）に示すように上から順にＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーバンドとして結像し、第３の色分離部材４３の出射面の照明情報は、表示パネル６０上には、図７（ｃ）に示すように上から順にＢ色、Ｒ色、Ｇ色のカラーバンドとして結像する。

これら３個の色分離部材４１、４２、４３の照明情報は付属しているロッドインテグレータ３１、３２、３３への光束１４の入射によって発色するので、照明レンズ５０を経由して表示パネル６０に照射される照明情報は、上述の回転プリズム２０による、ロッドインテグレータ３１、３２、３３への光束の選択入射に対応して時分割で切り替わる。

図８は表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。すなわち、映像の１フレームの時間をＴとし、サブフレームをＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすれば、図８に示すように表示パネル６０の第１の表示領域６１ａに照射される色光はサブフレームＴ１の時間にはＧ色、Ｔ２の時間にはＲ色、Ｔ３の時間にはＢ色、つまり、Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→という繰り返しの色光の変化を起こす。同様に第２の表示領域６１ｂに照射される色光はＢ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→の繰り返しとなり、第３の表示領域６１ｃではＲ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→の繰り返しの色光が照射される。いずれのサブフレームにおいても、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の色光のいずれかが常に照射され、しかも表示パネル６０の表示領域６１の分割領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対して異なる色光が時間的に切り替わるので、光源１１で発生する光束１４は捨てられることなくすべてが表示パネル６０の照明に常時利用されて光の利用効率は非常に高いものとなる。さらにまた、ロッドインテグレータ３１、３２、３３によって形成される均一なカラーバンドの照明情報が表示パネル６０に照射されているので、投写レンズ７０により拡大投写される画像は明るさの均一性の優れた高品質な画像となる。ここで、回転プリズム２０の回転速度を所定の速度に定めておけば、表示パネル６０の表示領域６１の第１の領域６１ａ、第２の領域６１ｂ、第３の領域６１ｃに結像される光の色光と表示パネル６０の駆動とを同期制御することでフィールドシーケンシャルのフルカラーの画像表示が可能になる。

さらにまた、本実施の形態のように３分割の画面表示領域６１ａ、６１ｂ、６１ｃに対してカラーバンドの切り替えを行うような場合には、十分長いサブフレーム期間を確保でき、かつサブフレーム期間中に色光の変化は起こらないので、複雑なＰＷＭ制御を行わなくても十分な階調を達成できるので信号処理回路にかかる少ない負担で高品位な画像表示が実施できる。

なお、表示パネル６０上の画像を拡大する投写レンズ７０を備えれば、非常に明るい光利用効率の高いプロジェクタ１００が構成できることはいうまでもない。

次に、本発明の第２の実施の形態の照明光学系について説明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態の応用例であり、導光部３０と色分離部４０以外の構成と動作は第１の実施の形態と同じなので同じ符号を付して詳細な説明を省略し、導光部と色分離部について図面を参照して詳細に説明する。図９は第２の実施の形態の導光部と色分離部の１組の模式的説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は入射面の正面図、（ｃ）は出射面の正面図であり、図１０は導光部と導光部を構成するロッドインテグレータのそれぞれの出射面におけるカラーバンドの配置を示す斜視図である。

第２の実施の形態では、導光部１３０として第１の実施の形態と同様に３本のロッドインテグレータ１３１、１３２、１３３が使用されているが、それぞれの入射面１３４の構造が異なり、出射面１３５には色分離部１４０を構成するダイクロイックフィルタ１４４、１４５、１４６が一体となって形成されており、色分離手段を兼ね備えた導光手段として構成されているので、独立した色分離部材は設けられていない。

図９では第１のロッドインテグレータ１３１を例としてロッドインテグレータを説明しているが、第１のロッドインテグレータ１３１の入射面１３４の図上での左右の領域に反射ミラー１３８が形成されている。入射する光束１４は、図１０に示すように図の上下方向に重なったロッドインテグレータ１３２、１３１、１３３を上下に走査するので、反射ミラー１３８を避けて走査が行える。また、出射面１３５には第１のダイクロイックフィルタ１４４、第２のダイクロイックフィルタ１４５、第３のダイクロイックフィルタ１４６の３組のダイクロイックフィルタが形成されている。このダイクロイックフィルタは出射面１３５の例えば各々１/３の領域に対して、透過する色光が異なるように設計されている。

図１０に示すように、導光部１３０として第２のロッドインテグレータ１３２、第１のロッドインテグレータ１３１、第３のロッドインテグレータ１３３が上下方向に並んで配置されており、３個のロッドインテグレータ１３１、１３２、１３３の出射面１３５には色順が異なる色光が透過し、他の色光が反射する特性のダイクロイックフィルタ１４４、１４５、１４６がロッドインテグレータの並びと同じ方向に形成されているので、３個のロッドインテグレータ１３１、１３２、１３３の出射面１３５には各々異なる色順のカラーバンドを形成させることができ、図１０に示すように配置すれば第１の実施の形態で図５を参照して説明したのと同様の作用が得られる。第１の実施の形態では各ロッドインテグレータは水平方向に配置されていたのに対し、第２の実施の形態では垂直方向に配置されているので回転プリズム２０の回転方向もそれに伴って９０°変更となる。

なお、入射面１３４に反射ミラー１３８を配置してあるのは、出射面１３５でダイクロイックフィルタ１４４、１４５、１４６を透過できなかった色光をロッドインテグレータ１３１、１３２、１３３の内部でリサイクルするためである。

ロッドインテグレータ１３１、１３２、１３３の出射面１３５の照明情報は第１の実施の形態と同様に照明レンズ５０で表示パネル６０上に結像され、表示パネル６０の分割表示領域に対して異なる色光が時間的に切り替わるので、光源１１で発生する光束１４は捨てられることなく表示パネル６０の照明に常時寄与する。従って輝度分布の均一な照明光学系１によるフルカラーの画像を得ることができる。さらに、導光部３０にカラーバンド形成機能を持たせているので部品点数の削減が可能になり、コンパクトな構成とすることができる。

次に本発明の第３の実施の形態の照明光学系について図面を参照して説明する。図１１は本発明の第３の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図である。本発明の第３の実施の形態の照明光学系２は、光源２１１とリフレクタ２１２を有し光軸２１３上の所定の位置に集束する光束を投射する光源部２１０、色分離部材である第１のダイクロイックミラー（Ｇ）２４１と第２のダイクロイックミラー（Ｒ）２４２と反射ミラー２４３とから構成される色分離手段である色分離部２４０、選択入射手段である回転プリズム２２０、導光部材である第１のロッドインテグレータ２３１と第２のロッドインテグレータ２３２と第３のロッドインテグレータ２３３とから構成される導光手段である導光部２３０、および導光部２３０のそれぞれのロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３からの出射光を表示パネル２６０上に集光する照明レンズ２５０を有する。

光源２１１としては高輝度の白色光を発光する高圧水銀ランプを想定しているがこれに限定されるものではない。この光源２１１には楕円鏡であるリフレクタ２１２を組み合わせて光源部２１０として集束光が得られるようにしてある。第１の実施の形態で説明したようにリフレクタ２１２として放物面のリフレクタを使用することも可能である。

光源２１１およびリフレクタ２１２からの光束２１４は、光源２１１の光軸２１３上に集束するが、その集束光束中には色分離手段である色分離部２４０が配置されている。色分離部２４０には、例えばＲ色を反射しＧ色およびＢ色を透過する特性の第２のダイクロイックミラー２４２と、Ｂ色を透過しＧ色を反射する特性の第１のダイクロイックミラー２４１と、反射ミラー２４３とが用いられている。反射ミラー２４３はＢ色を反射する特性のダイクロイックミラーでもよい。この組合せは１例であり、白色光を３色に分離して反射できる光学部材であればよい。ここでは白色光と説明しているが白色光に限定されるものではなく三色に分離できる光であればよい。

第１のダイクロイックミラー２４１および第２のダイクロイックミラー２４２と、反射ミラー２４３の配置としては、光源ランプ２１１の光軸２１３に対して、例えば、第１のダイクロイックミラー２４１は４５度の傾斜に、第２のダイクロイックミラー２４２は４１度の傾斜に、反射ミラー２４３は４９度の傾斜に設定されている。この配置角度はそれぞれの光学部材からの反射光が導光部２３０の３個のロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３の入射面にそれぞれ集束するように設定した例であり、光源部２１０と色分離部２４０と導光部２３０の３個のロッドインテグレータの位置関係により色分離部２４０からの光束２１４がそれぞれ３本のロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３に集束するように任意に変更してかまわない。

色分離部２４０により分離されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色の集束光は、光軸上および光軸に垂直な平面上の２箇所の合計３箇所にそれぞれ集束する。この集束位置付近に導光部２３０の導光部材であるロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３の入射面が配置されている。導光部材としてはロッドインテグレータに限定されるものではなく輝度分布を均一化した光を出射できる部材であればよい。また、色分離部２４０と導光部２３０との間には、選択入射手段である回転プリズム２２０が配置されている。ここでは均一化として説明しているが完全に均一化しなくてもよい。

図１２はロッドインテグレータの斜視図であり、（ａ）は１個のロッドインテグレータを示し、（ｂ）は３個のロッドインテグレータが組み合わさった導光部を示す。図１３は表示パネルの表示領域とロッドインテグレータの出射面の関係を説明するための模式図である。導光部２３０は第１のロッドインテグレータ２３１、第２のロッドインテグレータ２３２、第３のロッドインテグレータ２３３の３つのロッドインテグレータより構成されている。各々のロッドインテグレータは、図１２(ａ)の斜視図に示すように入射面２３４と出射面２３５と４つの側面で構成される光学ガラス製の角柱となっており、すべての面が光学研磨されていることが好ましい。また、３個のロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３は、図１２（ｂ）に示すように側面同士が光学接着され全体としては１個であることが望ましい。第１のロッドインテグレータ２３１と第２のロッドインテグレータ２３２の接着面、および第２のロッドインテグレータ２３２と第３のロッドインテグレータ２３３の接着面となるロッドインテグレータの側面には反射膜が蒸着形成されることが好ましい。このように第２のロッドインテグレータ２３２の側面に反射膜を蒸着しておけば、第１のロッドインテグレータ２３１および第３のロッドインテグレータ２３３の側面には反射膜を蒸着しなくともよい。また、全体として１個となったインテグレータの出射面２３５の外形は、表示パネル２６０の表示領域２６１のアスペクト比とほぼ相似とすることが好ましい。例えば、図１３に示すように、表示パネル２６０の表示領域２６１の大きさが、水平（Ｈ）×垂直（Ｖ）であるなら、ロッドインテグレータの出射面の外形はｍＨ×ｍＶとすることが好ましい。ここでｍは任意の係数である。全体として１個の導光部２３０を構成する個々のロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３の出射面の大きさとしては、垂直方向がｍＶ／３となることが好ましい。

導光部２３０の後には照明レンズ２５０が配置され、照明レンズ２５０から投射された、３個のライトバンドから構成される光束は、その後に配置されている表示パネル２６０の表示領域２６１に入射して上下方向に３つのサブ領域を形成する。さらに表示パネル２６０上に形成された画像は投写レンズ２７０によって拡大投写されてプロジェクタ２００から不図示の投射面に投写される。このように照明レンズ２５０はロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３の出射面２３５の照明情報を表示パネル２６０に結像させるものである。

表示パネル２６０としては透過型の単板の液晶パネルのほか、ＤＭＤやＬＣｏＳ等の反射型の表示パネルを用いることができる。

以下図面を参照しながら第３の実施の形態の照明光学系２の動作について説明する。図１１に示すように、光源２１１で発光した白色光の光束２１４は、まず楕円面のリフレクタ２１２によって集束光となる。そしてこの集束光は、色分離部２４０によりＲ色、Ｇ色、Ｂ色に分離されて３つの集束光となる。ここでは白色光として説明しているが白色光に限定されるものではなく３色に分離できる光であればよい。

色分離部２４０は、光源ランプ２１１の光軸２１３に対して、４５度傾いて配置されたＧ色を反射する第１のダイクロイックミラー２４１と、この第１のダイクロイックミラー２４１に対して−４度傾けて配置されたＲ色を反射する第２のダイクロイックミラー２４２と、第１のダイクロイックミラー２４１に対して＋４度傾けた反射ミラー２４３とで構成されており、色分離部２４０に入射した白色光のうち、Ｇ色は、第１のダイクロイックミラー２４１により９０度曲げられる。また、第２のダイクロイックミラー２４２および反射ミラー２４３により反射されるＲ色およびＢ色の光束は、Ｇ色の光束に対してそれぞれ−８度、＋８度傾いた光束となる。すなわち、光源からの集束光は、色光の異なるＲ色、Ｇ色、Ｂ色の３つの集束光束に分離される。この３つの集束光束は導光部２３０の３つのロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３の入射面２３４へと入射することとなるが、ここで色分離部２４０と導光部２３０との間には回転プリズム２２０が配置されており、回転プリズム２２０の回転に応じて集束光の集束位置が光軸に垂直な方向で変動する。

図１４は回転プリズムの回転と３つの集束光のロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。図１４（ａ）に示すように、回転プリズム２２０の入射面２２１が光軸２１５に垂直な場合には、色分離部２４０からのＲ色の光束２１５、Ｇ色の光束２１６、Ｂ色の光束２１７はいずれも回転プリズム２２０で偏向されることなく進行する。その結果、Ｒ色の光束２１５は第１のロッドインテグレータ２３１に、Ｇ色の光束２１６は第２のロッドインテグレータ２３２に、Ｂ色の光束２１７は第３のロッドインテグレータ２３３にそれぞれ入射する。

そして、回転プリズム２２０が時計回りに回転すると、各光束は回転プリズムの入射面２２１および出射面２２２において屈折の影響を受けＲ色の光束２１５およびＧ色の光束２１６は下方向に偏向される。一方、Ｂ色の光束２１７は上方向に偏向される。従って、図１４（ｂ）に示すように、Ｒ色の光束２１５は第２のロッドインテグレータ２３２へ入射し、Ｇ色の光束２１６は第３のロッドインテグレータ２３３へ、そしてＢ色の光束２１７は第１のロッドインテグレータ２３１へ入射する。

回転プリズム２２０がさらに回転すると、図１４（ｃ）のように、Ｒ色の光束２１５は第３のロッドインテグレータ２３３へ入射し、Ｇ色の光束２１６は第１のロッドインテグレータ２３１へ、そしてＢ色の光束２１７は第２のロッドインテグレータ２３２へ入射する。回転プリズム２２０がさらに回転すると、図１４（ａ）の状態に戻る。

以上のように、回転プリズム２２０の回転に伴って第１のロッドインテグレータ２３１、第２のロッドインテグレータ２３２、第３のロッドインテグレータ２３３へ入射する光束の色光は周期的に変化する。なお、この周期的な変化、いい換えれば、回転プリズム２２０による３つの光束の走査はほぼ等しい速度で走査されることが好ましく、そのために回転軸は回転プリズム２２０の中心に設け等速回転させることが望ましい。

各ロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３に入射した光は入射位置が移動してもロッドインテグレータ内での内面反射によりロッドインテグレータの出射面２３５に到達したときには非常に輝度分布が均一な光束となっている。

なお、図１４（ａ）の場合にはロッドインテグレータの出射面には上から順にＲ色、Ｇ色、Ｂ色のカラーバンドが、そして図１４（ｂ）では上から順にＢ色、Ｒ色、Ｇ色のカラーバンドが、図１４（ｃ）の場合には上から順にＧ色、Ｂ色、Ｒ色のカラーバンドが形成されることになる。

図１５は表示パネルの表示領域内のサブ領域を示す模式図である。導光部２３０の出射面２３５に形成されたカラーバンドによる照明情報は、照明レンズ２５０により表示パネル２６０に結像される。すなわち、図１５に示す表示パネル２６０の表示領域２６１の第１の領域２６１ａには第１のロッドインテグレータ２３１の出射面の照明情報が結像され、第２の領域２６１ｂには第２のロッドインテグレータ２３２の出射面の照明情報が結像され、第３の領域２６１ｃには第３のロッドインテグレータ２３３の出射面の照明情報が結像される。

上述のように、回転プリズム２２０の回転に伴って、第１のロッドインテグレータ２３１、第２のロッドインテグレータ２３２、第３のロッドインテグレータ２３３に入射する光束の色光は変化する。そこで、回転プリズム２２０の回転速度を所定の速度に定めておけば、表示パネル２６０の表示領域２６１の第１の領域２６１ａ、第２の領域２６１ｂ、第３の領域２６１ｃに結像される光の色光と表示パネル２６０の駆動とを同期制御することでフィールドシーケンシャルのフルカラーの画像表示が可能になる。

図１６は表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。すなわち、映像の１フレームの時間をＴとし、サブフレームをＴ１、Ｔ２、Ｔ３とすれば、図１６に示すように表示パネル２６０の第１の領域２６１ａに照射される色光はサブフレームＴ１の時間にはＧ色、Ｔ２の時間にはＲ色、Ｔ３の時間にはＢ色、つまり、Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→という繰り返しの色光の変化を起こす。同様に第２の領域２６１ｂに照射される色光はＢ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→の繰り返しとなり、第３の領域２６１ｃではＲ→Ｂ→Ｇ→Ｒ→Ｂ→Ｇ→の繰り返しの色光が照射される。いずれのサブフレームにおいても、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色の色光のいずれかが常に照射され、しかも表示パネル２６０の表示領域２６１の分割領域２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃに対して異なる色光が時間的に切り替わるので、光源２１１で発生する光束２１４は捨てられることなくすべてが表示パネル２６０の照明に常時利用されるので光の利用効率は非常に高いものとなる。さらにまた、ロッドインテグレータ２３１、２３２、２３３に形成される均一なカラーバンドの照明情報が表示パネル２６０に照射されているので、投写レンズ２５０により拡大投写される画像は明るさの均一性の優れた高品質な画像となる。従って各分割領域２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃに対して照射色光に同期させて表示パネル２６０を駆動すれば、非常に効率の高い、輝度分布の均一な照明系によるフルカラーの画像を得ることができる。

導光部２３０を形成するロッドインテグレータの構成としては、上述の構成のほかに種々の変形が可能である。図１７は第３の実施の形態の変形例の導光部を形成するロッドインテグレータの構成を示す模式的外形図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図１７に側面図を示すように、導光部４３０を構成する３個の第１のロッドインテグレータ４３１、第２のロッドインテグレータ４３２、第３のロッドインテグレータ４３３のうち、第２のロッドインテグレータ４３２の全長が他の２個の全長よりも短くなっており、かつ第１のロッドインテグレータ４３１および第３のロッドインテグレータ４３３の接合面４３７ａ、４３７ｂには反射膜を形成した上で接着されている。このような構成とすることで、３個のロッドインテグレータの出射面４３５における境目、すなわり、表示パネル２６０の表示領域２６１の第１の表示領域２６１ａ、第２の表示領域２６１ｂ、第３の表示領域２６１ｃの間の境界が目立ちにくくなり、表示画像品質が一層向上する。

次に、本発明の第４の実施の形態の照明光学系について説明する。第４の実施の形態は第３の実施の形態の応用例であり、導光部２３０以外の構成と動作は第３の実施の形態と同じなので同じ符号を用いて詳細な説明を省略し、導光部２３０について図面を参照して詳細に説明する。図１８は第４の実施形態の導光部の模式的説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表示パネルの表示領域とロッドインテグレータの出射面の関係を説明するための模式図である。

第３の実施の形態の照明光学系２との違いは、第３の実施の形態においては３個のロッドインテグレータからなる全体として１個の導光部２３０を用い、その出射面に時間的に色順の変化する３色のカラーバンドを形成し、そのカラーバンドを常時表示パネル２６０の面上に結像していたが、第４の実施の形態では、２個のロッドインテグレータ３３１、３３２からなる全体として１個の導光部３３０を用いた。図１８（ａ）に示すように、２個の第１のロッドインテグレータ３３１、第２のロッドインテグレータ３３２からなる全体として１個の導光部３３０で、個々の出射面の形状は図１８（ｂ）に示すように表示パネルが水平（Ｈ）×垂直（Ｖ）であれば、ｍＨ×ｍＶ／２とした。第１のロッドインテグレータ３３１および第２のロッドインテグレータ３３２の出射面３３５の照明情報が表示パネル３６０の面上に結像するので、表示パネル３６０の表示領域３６１の面上の第１の表示領域３６１ａと第２の表示領域３６１ｂには色光の異なる光が繰り返し照射される。

図１９は表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。図１９に示すように表示パネル３６０の表示領域３６１上に照射される色光の変化としては、第１の表示領域３６１ａではＴ期間内にＧ（Ｔ１）→Ｒ（Ｔ２）→Ｂ（Ｔ３）という順番で照射色光が切り替わり、第２の表示領域３６１ｂではＴ期間内にＢ（Ｔ１）→Ｇ（Ｔ２）→Ｒ（Ｔ３）というように変化する。従って、第１の表示領域３６１ａおよび第２の表示領域３６１ｂにおいて照射される色光の時間に同期させて表示パネル２６０を駆動すればフィールドシーケンシャルのカラー表示ができる。

なお、第４の実施の形態では、色分離部２４０で分離されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色、３つの光束のうち、常時２つの色光が第１のロッドインテグレータ３３１および第２のロッドインテグレータ３３２の２つのロッドインテグレータに入射するだけなので、第３の実施の形態に比べれば光利用効率の点で劣るが、従来のカラーホイール、すなわち常時２／３の光を捨てていたシステムに比べれば常時１／３の光の損失であるため、光利用効率は格段に高いものとなる。しかし、本実施の形態のように２分割の画面表示領域３６１ａ、３６１ｂに対してカラーバンドの切り替えを行うような場合には、第３の実施の形態よりも長いサブフレーム期間を確保でき、かつサブフレーム期間中に色光の変化は起こらないので、複雑なＰＷＭ制御を行わなくても十分な階調を達成できて信号処理回路にかかる少ない負担で高品位な画像表示が実施できる。

次に、本発明の第５の実施の形態として本発明の照明光学系を有するプロジェクタについて図１、図１１を参照して説明する。図１のプロジェクタ１００は上述の第１あるいは第２の実施の形態の照明光学系１を備え、照明光学系１から表示パネル６０の所定の分割された表示領域６１に対して逐次色分離された複数のカラーバンドを切り替えながら照射し、照射される色光の時間に同期させて表示パネル６０を駆動することにより表示パネル６０をカラー表示させ、表示されたカラー画像を投写レンズ７０によってプロジェクタ１００から外部の投射面に投写する。図１１のプロジェクタ２００も上述の第３あるいは第４の実施の形態の照明光学系２を備え、照明光学系２から表示パネル２６０の所定の分割された表示領域２６１に対して逐次色分離された複数のカラーバンドを切り替えながら照射し、照射される色光の時間に同期させて表示パネル２６０を駆動することにより表示パネル２６０をカラー表示させ、表示されたカラー画像を投写レンズ２７０によってプロジェクタ２００から外部の投射面に投写する。

図２０は超短焦点にできる開口構造を有する筐体で投射ミラーを備えるプロジェクタの模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。最近、超短焦点にできて近距離で大型面に投射できる図２０に示すような開口投射型のプロジェクタも開発されており、本発明の照明光学系はこの開口投射型のプロジェクタにも適用できる。

投射ミラーを備えるプロジェクタ５００は、反射型表示パネル５６０、光源５１１を有し反射型表示パネル５６０の所定の分割された表示領域に対して逐次色分離された複数のカラーバンドを切り替えながら照射する第１の実施の形態から第４の実施の形態のいずれかの照明光学系５、反射型表示パネル５６０で生成された画像によって変調された表示光を不図示の外部スクリーンに投射する反射ミラー５７１、反射ミラー５７２、および投射ミラー５７３を有し、反射型表示パネル５６０と照明光学系５とを収容する筐体５０１を少なくとも備える。筐体５０１の反射型表示パネル５６０と投射ミラー５７３との間に、反射型表示パネル５６０からの表示光を投射ミラー５７３に出射するための開口部５０２を有すると共に、一端で蝶番により筐体５０１に保持された投射ミラー５７３の他端が筐体５０１の上側壁に対して倒れ込み・引起し可能に取り付けられており、引起し状態では投射光学系を構成し、倒れ込み状態では筐体開口部５０２を閉塞する蓋として機能する。

本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた第５の実施の形態のプロジェクタの模式的構成図である。 第１の実施の形態のロッドインテグレータの斜視図であり、（ａ）は１個のロッドインテグレータと色分離部材を示し、（ｂ）は導光部を示す。 第１の実施の形態のロッドインテグレータの上面図である。 第１の実施の形態の色分離部を構成する色分離部材の模式的側面図である。 第１の実施の形態の３組のロッドインテグレータと色分離部材からの出射光の色の配列を示す模式的側面図であり、（ａ）は第１のロッドインテグレータ、（ｂ）は第２のロッドインテグレータ、（ｃ）は第３のロッドインテグレータを示す。 第１の実施の形態の回転プリズムの回転と集束光のロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。 第１の実施の形態の色分離部材の出射面におけるカラーバンドの配置を示す模式図であり、（ａ）は第２の色分離部材、（ｂ）は第１の色分離部材、（ｃ）は第３の色分離部材である。 第１の実施の形態の表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。 第２の実施の形態の導光部と色分離部の１組の模式的説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は入射面の正面図、（ｃ）は出射面の正面図である。 第２の実施の形態の導光部と導光部を構成するロッドインテグレータのそれぞれの出射面におけるカラーバンドの配置を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた第５の実施の形態のプロジェクタの模式的構成図である。 第３の実施の形態のロッドインテグレータの斜視図であり、（ａ）は１個のロッドインテグレータを示し、（ｂ）は３個のロッドインテグレータが組み合わさった導光部を示す。 第３の実施の形態の表示パネルの表示領域とロッドインテグレータの出射面の関係を説明するための模式図である。 第３の実施の形態の回転プリズムの回転と３つの集束光のロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。 第３の実施の形態の表示パネルの表示領域内のサブ領域を示す模式図である。 第３の実施の形態の表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。 第３の実施の形態の変形例の導光部を形成するロッドインテグレータの構成を示す模式的外形図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 第４の実施形態の導光部の模式的説明図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表示パネルの表示領域とロッドインテグレータの出射面の関係を説明するための模式図である。 第４の実施の形態の表示パネルの表示領域に照射される照明情報の時系列的な変化を説明するための模式図である。 第５の実施の形態の超短焦点にできる開口構造を有する筐体で投射ミラーを備えるプロジェクタの模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１、２、５ 照明光学系
１０、２１０ 光源部
１１、２１１、５１１ 光源
１２、２１２ リフレクタ
１３、２１３ 光軸
１４ 光束
２０、２２０ 回転プリズム
２１、２２１ 入射面
２２、２２２ 出射面
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ 導光部
３１、１３１、２３１、３３１、４３１ 第１のロッドインテグレータ
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ 第２のロッドインテグレータ
３３、１３３、２３３、４３３ 第３のロッドインテグレータ
３４、１３４、２３４ 入射面
３５、１３５、２３５、３３５、４３５ 出射面
３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ 側面
３７、４３７ａ、４３７ｂ 接合面
４０、１４０、２４０ 色分離部
４１ 第１の色分離部材
４２ 第２の色分離部材
４３ 第３の色分離部材
４４、４４ａ、４４ｂ、４５ｃ ダイクロイックプリズム
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 第１の誘電体多層膜
４６、４６ａ、４６ｂ、４６ｃ 第２の誘電体多層膜
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ 第１の直角プリズム
４８、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ 第２の直角プリズム
５０、２５０ 照明レンズ
６０、２６０、３６０ 表示パネル
６１、２６１、３６１ 表示領域
６１ａ、２６１ａ、３６１ａ 第１の表示領域
６１ｂ、２６１ｂ、３６１ｂ 第２の表示領域
６１ｃ、２６１ｃ 第３の表示領域
７０ 投写レンズ
１００、２００、５００ プロジェクタ
１３８ 反射ミラー
１４４ 第１のダイクロイックフィルタ
１４５ 第２のダイクロイックフィルタ
１４６ 第３のダイクロイックフィルタ
２１５ 第１の光軸
２１６ 第２の光軸
２１７ 第３の光軸
２４１ 第１のダイクロイックミラー
２４２ 第２のダイクロイックミラー
２４３ 反射ミラー
５０１ 筐体
５０２ 筐体開口部
５６０ 反射型表示パネル
５７１、５７２ 反射ミラー
５７３ 投射ミラー

Claims (28)

1. 光源からの光をスペクトルが相異なる複数の光束に分離して、該光束を単一の表示パネルの所定の相異なる領域にそれぞれ照射し、かつ、該各領域に照射される前記光束を時間と共に互いに切り替える、表示パネルの照明光学系であって、
   光源と、
   前記光源から入射した光を出射面から出射する導光部材が複数配置されている導光手段と、
   前記光源と前記導光手段との間の光路上に配置されて、前記光源からの前記光を前記導光部材のいずれかに入射させる選択入射手段と、
   それぞれの前記導光部材の出射面に設けられ前記光源の光を相異なるスペクトルを有する複数の光束に分離する複数の色分離部材からなる色分離手段と、
   前記色分離手段から出射された各光束を前記表示パネルの所定の領域に結像させる結像手段とを有する、表示パネルの照明光学系。
2. 前記複数の光束の、進行方向と直交する断面は、それぞれが長方形の形状であって、長辺が互いに接し、かつ前記複数の光束のスペクトルが前記各色分離部材に応じて空間的に異なった順序で配列されて出射される、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
3. 前記長方形の、短辺の長さの総和と前記長辺の長さとの比率が前記表示パネルの前記所定の領域の短辺の長さと長辺の長さとの比率に相似している、請求項２に記載の表示パネルの照明光学系。
4. 前記複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含む、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
5. 前記導光手段は３つの導光部材で構成され、第１の導光部材の出射面から出射した光が入射する前記色分離部材からは、前記光束が空間的にＲ色−Ｇ色−Ｂ色という順序で配列されて出射され、第２の導光部材の出射面から出射した光が入射する前記色分離部材からは、前記光束が空間的にＧ色−Ｂ色−Ｒ色という順序で配列されて出射され、第３の導光部材の出射面から出射した光が入射する前記色分離部材からは、前記光束が空間的にＢ色−Ｒ色−Ｇ色という順序で配列されて出射される、請求項４に記載の表示パネルの照明光学系。
6. 複数の前記導光部材の前記入射面は同一平面上に配置されている、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
7. 前記導光部材により、入射した光束の輝度分布が均一化される、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
8. 前記導光部材は、ロッドインテグレータである、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
9. 前記色分離手段は、ダイクロイックミラーおよびダイクロイックプリズムの何れかを有する、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
10. 前記選択入射手段は、前記光源からの光を前記導光手段の選択された前記導光部材に逐次入射させる、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
11. 前記導光部材への前記逐次入射が、前記光源と前記導光部材との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われる、請求項１０に記載の表示パネルの照明光学系。
12. 光源からの光をスペクトルが相異なる複数の光束に分離して、該光束を単一の表示パネルの所定の相異なる領域にそれぞれ照射し、かつ、該各領域に照射される前記光束を時間と共に互いに切り替える、表示パネルの照明光学系であって、
    光源と、
    前記光源からの光を相異なるスペクトルを有する複数の光束に分離して出射する色分離手段と、
    前記色分離手段から入射した光束を出射面から出射する導光部材が複数配置されている導光手段と、
    前記色分離手段と前記導光手段との間の光路上に配置されて、前記色分離手段から出射された複数の光束のそれぞれを前記導光部材のいずれかに入射させる選択入射手段と、
    前記導光手段から出射された各光束を前記表示パネルの所定の領域に結像させるレンズとを有する、表示パネルの照明光学系。
13. 前記導光手段から出射された各光束の、進行方向と直交する断面は、それぞれが長方形の形状であって、長辺が互いに接する、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
14. 前記長方形の、短辺の長さの総和と前記長辺の長さとの比率が前記表示パネルの前記所定の領域の短辺の長さと長辺の長さとの比率に相似している、請求項１３に記載の表示パネルの照明光学系。
15. 前記色分離手段により分離された前記複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含む、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
16. 前記色分離手段は複数の色分離部材で構成され、
    前記複数の色分離部材のそれぞれは、前記光源からの光から、所定の波長領域の光のみを分離して反射し、かつ、該各反射光が前記導光部材のいずれかに入射するような角度で配置される、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
17. 前記色分離手段は、Ｒ色を反射しＧ色およびＢ色を透過するダイクロイックミラーと、Ｇ色を反射しＢ色を透過するダイクロイックミラーと、Ｂ色を反射する反射ミラーとを少なくとも含む、請求項１６に記載の表示パネルの照明光学系。
18. 前記導光手段は３つの導光部材で構成され、前記複数の光束が、Ｒ色の光束とＧ色の光束とＢ色の光束とを少なくとも含み、前記選択入射手段によって、前記色分離手段から出射した前記各光束が、第１の導光部材には時間的にＲ色−Ｇ色−Ｂ色という順で入射され、第２の導光部材には、時間的にＧ色−Ｂ色−Ｒ色という順で入射され、第３の導光部材には、時間的にＢ色−Ｒ色−Ｇ色という順で入射される、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
19. 前記導光手段は２つの導光部材で構成され、前記選択入射手段によって、前記色分離手段から出射した前記各光束が、第１の導光部材には時間的にＧ色−Ｒ色−Ｂ色という順で入射され、第２の導光部材には時間的にＢ色−Ｇ色−Ｒ色という順で入射される、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
20. 複数の前記導光部材の前記入射面は同一平面上に配置されている、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
21. 前記導光部材により、入射した光束の輝度分布が均一化される、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
22. 前記導光部材は、ロッドインテグレータである、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
23. 前記選択入射手段により、前記色分離手段で分離された前記各光束のそれぞれが、逐次循環的に前記各導光部材に入射する、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
24. 前記各導光部材への前記逐次循環的な入射が、前記色分離手段と前記導光手段との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われる、請求項２３に記載の表示パネルの照明光学系。
25. 前記表示パネルが、単板式のデバイスである、請求項１ないし請求項２４のいずれかに記載の表示パネルの照明光学系。
26. 前記表示パネルが、反射型の単板式のデバイスである、請求項２５に記載の表示パネルの照明光学系。
27. 前記反射型の単板式のデバイスが、ＤＭＤあるいはＬＣｏｓである、請求項２６記載の表示パネルの照明光学系。
28. 表示パネルと、請求項１から請求項２７のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系とを有する、プロジェクタ。

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