JP4105109B2 - カラー分離ユニットを適用したプロジェクションタイプ画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、色分離構造が改善されたカラー分離ユニット及びこれを適用して高い光効率でカラー光を照明すると共に、光学系を小型化できるプロジェクションタイプ画像表示装置に関する。

一般に、プロジェクションタイプの画像表示装置は、液晶表示素子（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やマイクロミラーディスプレー装置（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）のようなマイクロディスプレー、すなわち、ライトバルブで生成された画像を投射光学系を用いてスクリーンに拡大投射して大画面を提供するシステムである。

この画像表示装置は、採用されたマイクロディスプレーの枚数によって１パネル方式と、３パネル方式とに区分される。３パネル方式の画像表示装置は、分離された赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の光路各々に配される３枚のライトバルブを用いる方式であって、１パネル方式に比べて光効率は優れるが、光学的構成が複雑でかつコストが高いという短所がある。

一方、通常の１パネル方式の画像表示装置はカラーホイールを採用して入射された白色光を周期的にＲ、Ｂ、Ｇに変える構造であって、その構成が簡単であるという利点はあるが、カラーホイールを採用することによって３パネル方式に比べて２／３の光量損失が発生して光効率が低いという短所がある。このような１パネル方式を用いつつも前記光効率の低下問題を考慮し、これまでにも図１に示されるように画像表示装置が提案されたことがある。

図１を参照すれば、従来の１パネル方式の画像表示装置は、光源１１で無偏光の白色光を生成／照射する。この照射された白色光は、入射光を混合して均一光にするフライアイレンズアレイ１３を透過しつつ均一な光になって偏光整列器１５に向かう。前記偏光整列器１５は、前記光源１１から照射された無偏光の白色光を一つの偏光方向の光を有する白色光になるように偏光方向を変える。この偏光整列器１５を透過した白色光は、第１及び第２ダイクロイックミラー１７、１９でＲ、Ｂ、Ｇの光に分岐される。すなわち、第１ダイクロイックミラー１７は、入射された白色光のうち青色波長の光は反射させ、残りの光は透過させる。そして、透過された光は第２ダイクロイックミラー１９で緑色光と赤色光に分岐される。

このように分岐された各カラーの光路には、入射光を周期的にスクローリングさせる第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５が配される。この第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５各々は、四角柱状のプリズムを有するものであって、駆動源（図示せず）によって回転される。回転によって光路上における光軸とプリズムの側壁とがなす角度が変わりつつ、このプリズムを透過した光の進路が周期的に変わる。

ここで、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５の光路上における回転時、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５各々を透過した光がディスプレー素子３３の有効画像領域を三分して照射されるように各プリズムの初期角度が設定されている。したがって、前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５の駆動状態によって図２に示されるように、ディスプレー素子３３の有効画像領域に分岐されたカラーの光が（Ｂ、Ｒ、Ｇ）⇒（Ｇ、Ｂ、Ｒ）⇒（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の順序を反復しつつ結像される。

前記第１ないし第３スキャニングプリズム２１、２３、２５を経た光は、第３及び第４ダイクロイックミラー２７、２９で合成される。ここで、前記第１ダイクロイックミラー１７と第３ダイクロイックミラー２７間及び、前記第２ダイクロイックミラー１９と第４ダイクロイックミラー２９間各々には反射ミラー１８、２０が配されて光の進路を変える。

前記第４ダイクロイックミラー２９を経由したスクローリングされた光は、入射光をその偏光によって透過または反射させる偏光ビームスプリッタ３１に入射される。この偏光ビームスプリッタ３１で反射された光は、図２に示されるように周期的にスクローリングされつつ前記ライトバルブ３３に入射される。前記ライトバルブ３３は、入射光を画素単位で制御して画像を形成する。ここで、画像は、画素単位で出射光の偏光を変化させることによって生成されるものであって、入射光の偏光状態と異なる偏光状態の光だけが前記偏光ビームスプリッタ３１を透過して投射レンズユニット３５に向かう。投射レンズユニット３５は、入射された画像をスクリーン５０に拡大投射させる。

一方、前記画像表示装置は、光源１１から照射された光が前記ライトバルブ３３まで伝達されるように光路上に複数のリレイレンズ４１〜４８を備えている。

このように構成された従来の画像表示装置はカラー画像を具現するために１枚のライトバルブを採用するにも拘らず、光学的構成が非常に複雑であるという短所がある。

本発明は、前記問題点を勘案して案出されたものであって、色分離構造を改善したカラー分離ユニット及びこのカラー分離ユニットにより分離された色光をスクロールさせる構造を改善して光学系を小型化しつつも高効率のカラー光を照明できるプロジェクションタイプ画像表示装置を提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するための本発明に係る画像表示装置は、光を生成出射する少なくとも１つの光源と、前記光源側から入射される光を複数の色光に分離し、前記分離された複数の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にするカラー分離ユニットと、前記カラー分離ユニットにより分離された複数の色光のうち少なくとも１つ以上の色光を各々入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する複数のライトバルブと、前記複数のライトバルブにより生成された画像を統合するための画像結合器と、を備えていることを特徴とする。

前記カラー分離ユニットは、相異なる色光を反射させ、前記光源側から入射される光の進行方向に対して傾斜して互いに離隔された複数のダイクロイックミラー面と、前記少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする少なくとも１つの偏光変換器と、を備えている。

この際、前記カラー分離ユニットはロッド型の単一体構造よりなることが望ましい。

前記カラー分離ユニットは、各々相異なる色光を反射させるダイクロイックミラー面を有する複数のダイクロイックプリズムを備えていてもよい。

前記偏光変換器は、ダイクロイックミラー面間、分離された複数の色光が出射される出射面の一部領域及び分離された複数の色光のうち少なくとも何れか一つの色光の進路のうち何れか１箇所に位置することが望ましい。

前記複数のライトバルブは、一つの偏光よりなる前記少なくとも１つの色光を用いて画像を形成する第１ライトバルブと、他の偏光よりなる前記残りの色光を用いて画像を形成する第２ライトバルブと、を備えていることが望ましい。

前記画像結合器は、入射される相異なる偏光の色光を偏光によって選択的に透過または反射させて前記第１及び第２ライトバルブに照射する偏光ビームスプリッタを備え、色光が偏光によって分離されて第１及び第２ライトバルブに照射され、前記第１及び第２ライトバルブで生成された画像を統合することが望ましい。

前記画像結合器は、前記偏光ビームスプリッタと第１ライトバルブ、前記偏光ビームスプリッタと第２ライトバルブ間に各々配されて入射光の偏光を変える１対の波長板をさらに備えていることが望ましい。

前記カラー分離ユニットは、前記光源側から入射される光を３つ以上の色光に分離し、分離された３つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にすることが望ましい。

前記目的を達成するための本発明に係る画像表示装置は、光を生成出射する少なくとも１つの光源と、前記光源側から入射される光を４つ以上の色光に分離すべく相異なる色光を反射させ、前記光源側から入射される光の進行方向に対して傾斜して互いに離隔された４つ以上のダイクロイックミラー面を備え、ロッド型構造よりなるカラー分離ユニットと、
照射される色光を入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する少なくとも１つのライトバルブと、を備えていることを特徴とする。

前記カラー分離ユニットは、各々相異なる色光を反射させるダイクロイックミラー面を有する４つ以上のダイクロイックプリズムを備えていてもよい。

この際、前記カラー分離ユニットは、前記ダイクロイックミラー面により分離された４つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする少なくとも１つの偏光変換器と、をさらに備えることができる。

ここで、前記少なくとも１つのライトバルブは、一つの偏光よりなる前記少なくとも１つの色光を用いて画像を形成する第１ライトバルブと、他の偏光よりなる前記残りの色光を用いて画像を形成する第２ライトバルブと、を備え、前記第１及び第２ライトバルブによって生成された画像を統合するための画像結合器をさらに備えていてもよい。

以上で前記カラー分離ユニットは光源側から入射される光をシアン光（Ｃ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）に分離するか、光源側から入射された白色光を青色光（Ｂ）、シアン光（Ｃ）、マゼンタ光（Ｍ）、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び黄色光（Ｙ）に分離するように設けることができる。

また、前記カラー分離ユニットの入力端に前記光源から照射された光を一つの偏光状態に整えて前記カラー分離ユニット内に入射させる偏光整列器をさらに備えることができる。

前記カラー分離ユニットによって分離された色光をスクローリングする少なくとも１つのスクローリングユニットをさらに備えていることが望ましい。

前記スクローリングユニットは、その回転をレンズアレイの直線運動に転換できる少なくとも１つのレンズセルをさらに備えていることが望ましい。

前記カラー分離ユニットにより分離された色光のうち少なくとも１つの色光を第１色光グループ、残りの少なくとも１つ以上の色光を第２色光グループとする時、前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが前記スクローリングユニットに互いに離隔された状態で入射可能とされるよう、第１及び第２色光グループの間を離隔させるように設けられている。

この際、前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが相異なる偏光になるように設けられていることが望ましい。

前記スクローリングユニットは、単一スクローリングユニットまたは１対のスクローリングユニットを備えていることが望ましい。

前記スクローリングユニットを透過した第１色光グループの光と第２色光グループの光との進路を合わせるための光学ユニットをさらに備えていることが望ましい。

前記光学ユニットは、第１及び第２色光グループの光のうち何れか１つの色光グループの光を反射させる第１反射面と、前記第１反射面から反射された一色光グループの光と残りの色光グループの光とを選択的に透過及び反射させて進路を合わせる第２反射面と、を備えていることが望ましい。

前記光学ユニットは、前記スクローリングユニットの一有効領域を透過した少なくとも１つの色光に対するカラーバーを反射過程を通じて反転させてスクロール方向を変え、反射過程を通じてスクロール方向が変わって入射される少なくとも１つの色光と前記スクローリングユニットの他の有効領域を透過した残りの色光とを選択的に透過及び反射させ、第１及び第２色光グループの光の進路を合わせるスクロール方向変換プリズムとすることができる。

ここで、前記スクロール方向変換プリズムは、アミチプリズム形状を有することが望ましい。

前記光学ユニットは、反射過程を通じてスクロール方向が変わって入射される少なくとも１つの色光と前記スクローリングユニットの他の有効領域を透過した残りの色光とを偏光によって選択的に透過及び反射させ、第１及び第２色光グループの光の進路を合わせることができるように設けられている。

前記カラー分離ユニットにより分離された複数の色光は、前記スクローリングユニットの同一有効領域に入射可能とされている。

前記スクローリングユニットの少なくとも１つのレンズセルは、螺旋状に形成されていることが望ましい。

前記スクローリングユニットのレンズセルは、円筒形レンズセルであることが望ましい。

前記スクローリングユニットは、光の進行方向に互いに離隔され、各々に前記レンズセルが形成された第１及び第２スパイラルレンズディスクを備えていることが望ましい。

前記第１及び第２スパイラルレンズディスク間の光路上に、ガラスロッドをさらに備えていることが望ましい。

前記スクローリングユニットに入射される光ビームの幅を制御するために前記光源とスクローリングユニット間の光路上に位置した少なくとも１つの第１円筒形レンズと、前記スクローリングユニットを通過した光を平行光に変えるように前記スクローリングユニットを通過した光の進路上に位置した少なくとも１つの第２円筒形レンズと、をさらに備えていることが望ましい。

前記スクローリングユニットから出射された光の進路上に配され、前記スクローリングユニットでスクロールされた色光が相異なる領域にカラーバーをなすフライアイレンズアレイをさらに備えていることが望ましい。

前記フライアイレンズアレイを通過した光の経路上に配され、前記フライアイレンズアレイにより形成されるカラーバーを所定位置に結像させるリレイレンズをさらに備えていることが望ましい。

前記光源とカラー分離ユニット間に、前記光源側から進む光の発散角を調節するための空間フィルターをさらに備えていることが望ましい。

前記カラー分離ユニットから出射される各色光の経路上に配され、出射される各色光に所定発散角を有させる多数のリレイレンズをさらに備えることが望ましい。

前記目的を達成するための本発明に係るカラー分離ユニットは、入射される光を複数の色光に分離し、前記分離された複数の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする。

ここで、本発明のカラー分離ユニットは、各々相異なる色光を反射させつつ、入射される光の進行方向に対して傾斜して互いに離隔された複数のダイクロイックミラー面と、前記少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする少なくとも１つの偏光変換器を備えていることが望ましい。

この際、カラー分離ユニットは、ロッド型の単一体構造よりなることが望ましい。

前記目的を達成するための本発明に係るカラー分離ユニットは、相異なる色光を反射させ、前記光源側から入射される光の進行方向に対して傾斜して互いに離隔された４つ以上のダイクロイックミラー面を備え、入射される光を４つ以上の色光に分離し、ロッド型構造をなすことことが望ましい。

本発明によれば、カラー分離ユニットで光源から入射される光を少なくとも複数の色光に分離し、少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる色光にし、複数の色光をスクローリングユニットによってスクローリングする。

したがって、有効光量を増大させて高効率のカラー光を照明できる。また、スクロールのためにスクローリングユニットを用いることによって、プロジェクションタイプの画像表示装置の光学的構成を単純化し、その全体構成を小型化することができる。

また、カラー分離ユニットにより分離された複数の色光、さらに望ましくは４つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とに相異なる偏光状態を持たせることによって、２個のライトバルブを使用し、この２つのライトバルブで生成された画像を合わせてカラー画像を投影するので、広い色範囲を再現すると共に高効率のプロジェクションタイプの画像表示装置を実現できる。

また、２つのライトバルブを使用し、各々一部色光に対する画像を生成した後、２つのライトバルブで生成された画像をミキシングしてカラー画像を具現するので、色分離によるエタンデュの負担を減らすことができる。

以下、添付した図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

図３を参照すれば、本発明に係るプロジェクションタイプ画像表示装置に適用されるカラー照明装置の一実施例を示す。本発明に係るカラー照明装置は、白色光を出射する光源６０と、この光源６０側から入射された光を複数の色光、例えば、３つ以上の色光に分離するカラー分離ユニット７０を備えている。また、カラー照明装置は、回転によって前記カラー分離ユニット７０で分離された色光を周期的にスクロールするスクローリングユニット１００をさらに備えていることが望ましい。

前記光源６０は、白色光を生成、照射するものであって、光を生成するランプ６１と、このランプ６１から出射された光を反射させ、その進路を案内する反射ミラー６３を備えている。前記反射ミラー６３は、楕円鏡または放物鏡を構成する。すなわち、楕円鏡は、前記ランプ６１の位置を一焦点とし、光が集束される地点を他の焦点とする。そして、放物鏡は、前記ランプ６１から出射されて前記反射ミラー６３で反射された光を平行光にする。図３は、前記反射ミラー６３で楕円鏡を採用した例を示したものである。

図３に示されるように、前記光源６０が反射鏡６３として楕円鏡を備えている場合には、光源６０から出射される収斂光が焦点に集められた後、楕円鏡の焦点を過ぎて再び発散する。したがって、前記カラー分離ユニット７０の入力端には、光源６０側から入射される光を集束させて平行光にするコリメーティングレンズ７１をさらに備えていることが望ましい。

前記コリメーティングレンズ７１は、光源６０から出射された光を小さなビーム径を有する平行光にするためのものであって、ビーム径を光源２００からの出射時に比べて約５:１程度に縮径できるように配設されている。

光源６０でのビーム発散角を±２°と仮定すれば、コリメーティングレンズ７１により縮少されたビームの発散角は、エタンデュ保存によって±１０°に広がる。コリメーティングレンズ７１によりビーム径が約５：１程度に縮径された平行光は、カラー分離ユニット７０に入射される。このようにコリメーティングレンズ７１を配して縮径された平行光をカラー分離ユニット７０内に入射させれば、光学系を小型化できる利点がある。

ここで、前記光源６０が反射鏡２０３として放物鏡を備える場合には、光源６０から出射される概略的な平行光を集束光に変える集束レンズ(図示せず)をさらに備えていることが望ましい。この場合、コリメーティングレンズ７１は、集束レンズにより焦点に集められてから焦点を過ぎて再発散する光を、平行光に変え、ビーム径を光源６０からの出射時に比べて約５：１程度に縮径可能に配設することができる。

一方、光源６０とコリメーティングレンズ７１間には、スリットを有する空間フィルター６５がさらに設けられていることが望ましい（図４参照）。この空間フィルター６５は、光源６０側から進行する光の発散角またはエタンデュを調節するためのものであって、反射鏡６３として楕円鏡を備える場合、前記空間フィルター６５は、楕円鏡の焦点に位置する。ここで、反射鏡６３として放物鏡を備え、集束レンズをさらに備える場合には、空間フィルター６５は、集束レンズの焦点に位置することが望ましい。

前記空間フィルター６５は、前記カラー分離ユニット７０により色光が分離されるカラー分離方向、または前記スクローリングユニット１００によるカラースクローリング方向に、スリットの幅が調節可能に設けられていることが望ましい。

前述したように空間フィルター６５を用いて本発明に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学システムのエタンデュまたは入射光の発散角を調節すれば、上面、すなわち、ライトバルブ上に形成される複数のカラーバーが相互に明確に分離できて画質を向上させることができる。すなわち、光源６０から照射された光が光学系の受容角以上に発散すれば、ライトバルブ上に形成されるカラーバー間に重畳部分が生じうるが、光学系の受容角以上の光を空間フィルター６５を用いて除去することによってカラーバーを明確に分離することができる。

また、スリットの幅を調節し、必要によってカラーバーの面積を縮めてブラックバーを形成すれば、ライトバルブとして液晶表示素子を使用する場合に画像信号処理が円滑に行われる。すなわち、ライトバルブとして液晶表示素子を使用する場合には、カラーバーが連続してスクローリングされる時、カラーバーが変わる度に画像信号が変わるが、変わった画像信号を連続して処理しにくいことがある。このような場合に、各カラーバー間に画像信号処理のための時間が必要となり、この時間を得るために各カラーバー間にブラックバーが要求されるが、これは、前記空間フィルター６５のスリットの幅を適切に調節することによって解決できる。

ここで、上記エタンデュとは、光学系の光学的保存物理量を示す。光学系の出発点を光源とし、対象体をライトバルブとする時、光源のエタンデュが全体システムのエタンデュより大きい場合、カラーバーの面積は大きくなるので各カラーバーの境界面でカラーが混ざる現象が発生する。または、光源のエタンデュがシステムのエタンデュより小さな場合にはカラーバーの面積が小さくなって各カラーバー間にブラックバーが生じる。

したがって、前記空間フィルター６５を設ければ、エタンデュを調節できるので、カラーバーの境界面でカラーが混ざることを防止でき、必要によって各カラーバー間にブラックバーを形成させることができる。

ここで、前記空間フィルター６５は、その目的によって多様に変形することができる。例えば、各カラーバーの面積を独立して調節可能に空間フィルター６５を構成すれば、色域(color gamut)を改善でき、カラーバランスを調節することができる。

前記カラー分離ユニット７０は、光源６０側から入射される光を、複数の色光、例えば、３つ以上の色光に分離する。前記カラー分離ユニット７０は、分離された複数の色光、例えば、３つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする構成を有することが望ましい。ここで、前記カラー分離ユニット７０は、光源６０側から入射される光を３ないし８個の色光のうち何れか１つに分離するように設けられている。前記カラー分離ユニット７０は、入射される光を４つ以上の色光に分離するように設けられていることがさらに望ましい。図３ではカラー分離ユニット７０が光源６０側から入射される白色光を４つの色光に分離するように設けられた例を示す。

前記カラー分離ユニット７０は、入射光を色光別に分離するために、光源６０側から入射される光の進行方向に対して傾斜しており、互いに離隔されており、相異なる色光を反射させる複数のダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６を備えている。この際、ダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６の数は、分離しようとする色光の数と同じだけ設けられている。前記カラー分離ユニット７０は、分離された複数の色光のうち少なくとも１つ以上の色光と残りの少なくとも１つ以上の色光とが相異なる偏光になるように少なくとも１つの偏光変換器８８をさらに備えていることが望ましい。

前記カラー分離ユニット７０は、図３ないし図５に示されるように、互いに離隔された４つのダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６を備えて光源６０側から入射される白色光を４つの色光に分離し、２つのダイクロイックミラー面８２、８４間に１つの偏光変換器８８を備え、光源６０からの光が入射される側から２つのダイクロイックミラー面８０、８２により反射された２つの色光と、残りの２つのダイクロイックミラー面８４、８６により反射された２つの色光が相異なる偏光を有するように設けられている。ここで、前記４つの色光は、シアン光(Ｃ)、青色光(Ｂ)、赤色光(Ｒ)、緑色光(Ｇ)にすることができる。

図４は、図３のカラー分離ユニット７０部分を拡大して示す斜視図である、図５は、図４の正面図である。

前記カラー分離ユニット７０は、図３ないし図５に示されるように、ロッド型構造の単一体で形成されている。すなわち、カラー分離ユニット７０は、各々特定色光だけを反射させるダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６を備え、入射光Ｌを第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４に分岐させる第１ないし第４ダイクロイックプリズム７９、８１、８３、８５が一体結合されたロッド型構造により構成されている。

このように、多数のダイクロイックプリズム７９、８１、８３、８５を用いてロッド型構造の単一体にカラー分離ユニット７０を構成すれば、このカラー分離ユニット７０は、その外形をなす面で内部全反射条件を満たす臨界角度より大きい角度に入射される光を全反射させる。したがって、カラー分離ユニット７０には、入射光Ｌの光利用効率を高められる利点がある。

前記第１ダイクロイックプリズム７９は、入射光Ｌの進行方向、すなわち、光軸に対して斜めになるように配置された第１ダイクロイックミラー面８０を有する。この第１ダイクロイックミラー面８０は、カラー分離ユニット７０に入射光Ｌのうち第１色光Ｌ１は反射させ、残りの光は透過させる。例えば、前記第１ダイクロイックミラー面８０は、シアン光（Ｃ）は反射させ、他の波長の光は透過させる。

前記第２ダイクロイックプリズム８１は、前記第１ダイクロイックプリズム７９に隣接して配されるものであって、入射光Ｌの光軸に対して斜めになるように設けられた第２ダイクロイックミラー面８２を備えている。この第２ダイクロイックミラー面８２は、入射光のうち第２色光Ｌ_２、例えば、青色光（Ｂ）は反射させ、残りは透過させる。

前記第３ダイクロイックプリズム８３は、前記第２ダイクロイックプリズム８１に隣接して配されるものであって、入射光軸に対して斜めになるように設けられた第３ダイクロイックミラー面８４を備えている。この第３ダイクロイックミラー面８４は、入射光のうち第３色光Ｌ_３、例えば、赤色光（Ｒ）を反射させる。

前記第４ダイクロイックプリズム８５は、前記第３ダイクロイックプリズム８３に隣接して配されるものであって、入射光軸に対して斜めになるように設けられた第４ダイクロイックミラー面８６を備えている。この第４ダイクロイックミラー面８６は、入射光のうち第４色光Ｌ_４、例えば、緑色光（Ｇ）を反射させる。ここで、前記第４ダイクロイックミラー面８６は、入射光を全て反射させる全反射ミラーと置き換えることも可能である。

この際、前記第１ないし第４ダイクロイックプリズム７９、８１、８３、８５はその外形をなす面にダイクロイックプリズムとその外部の空気間の屈折率差によって内部全反射条件を満たす臨界角より大きい角度に入射された光を全反射させる。

前述したようにロッド型カラー分離ユニット７０が構成される場合、前記第１ないし第４ダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６で反射された第１ないし第４色光のうち、図３と同一な範囲の第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４が有効光として用いられ、それ以外の光は使用されなくなる。

図３ないし図５及び以後の実施例では本発明に係るカラー分離ユニット７０が、複数のダイクロイックプリズムが結合されたロッド型構造よりなる場合を示すが、これは例示的なものに過ぎない。すなわち、本発明に係るカラー分離ユニット７０は、各々相異なる色光を反射させる複数のダイクロイックミラー面、例えば、第１ないし第４ダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６が互いに離隔された状態で、ハウジング(図示せず)により結合されてロッド型の単一体構造を構成するものであってもよい。また、本発明に係るカラー分離ユニット７０は、単一体構造に形成されず、複数のダイクロイックミラー面及び少なくとも１つの偏光変換器を備える構成とされてもよい。

一方、本発明に係るカラー分離ユニット７０は、例えば、前記第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４のうち少なくとも１つ以上の色光を第１色光グループＬ_Ａ、残りの少なくとも１つ以上の色光を第２色光グループＬ_Ｂとする時、第１色光グループＬ_Ａの光と第２色光グループＬ_Ｂの光とがスクローリングユニット１００に互いに離隔された状態に入射されるよう、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ間が離隔されるように設けられている。この際、スクローリングユニット１００によるスクローリング作用及び２つのライトバルブの使用を考慮する時、偏光変換器８８は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の偏光を相異ならせるように配設されていることが望ましい。

前述したように第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂを離すために、カラー分離ユニット７０には、図３ないし図５に示されるように、光学ブロック８７がさらに設けられている。

図３ないし図５では、第１色光グループが第１及び第２ダイクロイックミラー面８０、８２により反射された第１及び第２色光Ｌ_１、Ｌ_２、例えば、シアン色光（Ｃ）及び青色光（Ｂ）を含み、第２色光グループが第３及び第４ミラー面８４、８６により反射された第３及び第４色光Ｌ_３、Ｌ_４、例えば、赤色光（Ｒ）及び緑色光（Ｇ）を含み、第２及び第３ダイクロイックミラー面８２、８４間に光学ブロック８７が設けられた例を示す。

このように、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂに各々２つの色光が含まれ、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の偏光が相異なり、このようなカラー照明装置を備える画像表示装置に２つのライトバルブを設ける場合、後述する本発明に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の実施例(図１１、図１２、図１３及び図１４)のように、各ライトバルブは２つの色光に対する画像を表示し、各ライトバルブにより形成された画像をスクリーン上でミキシングすればカラー画像が表示される。

前記カラー分離ユニット７０には、第１色光グループＬ_Ａに第１色光Ｌ_１が含まれ、第２色光グループＬ_Ｂに第２ないし第４色光Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４が含まれるように、あるいは、第１色光グループＬ_Ａに第１ないし第３色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３が含まれ、第２色光グループＬ_Ｂに第４色光Ｌ_４だけが含まれるように光学ブロック８７が配置されることもある。もちろん、この場合にも、２個のライトバルブにより画像を表示する時には、各ライトバルブは１つの色光及び３つの色光に対する画像を生成し、各ライトバルブにより形成された画像をスクリーン上でミキシングすれば、カラー画像が表示される。

前述したように、光学ブロック８７を使用し、カラーフィルター７０によって第１色光グループＬ_Ａの光と第２色光グループＬ_Ｂの光間の離隔距離を拡張すれば、後述の記載から分かるように、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光がスクローリングユニットの駆動源（図８の１０５）の位置を避けて単一スクローリングユニット１００の少なくとも両有効領域(図７のＡ、Ｂ)に向かうようにするか、あるいは相異なるスクローリングユニット１００の有効領域(図１５のＣ、Ｄ)に向かうようにすることができる。

したがって、前記のように、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を反射させるダイクロイックミラー面間に光学ブロック８７を配置して、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の間の離隔距離を適当に調整すれば、スクローリングユニット１００の有効領域に入射される光量を極大化できて光利用効率が良くなる。

一方、図３ないし図５では、第１色光グループの光と第２色光グループの光とが相異なる偏光になるように、第１色光グループＬ_Ａに含まれる色光を反射させるダイクロイックミラー面、例えば、第２ダイクロイックミラー面８２と第２色光グループＬ_Ｂとに含まれる色光を反射させるダイクロイックミラー面、例えば、第３ダイクロイックミラー面８４間に１つの偏光変換器８８が配置された例を示す。

この場合、前記偏光変換器８８は、光学ブロック８７と隣接して位置する。前記偏光変換器８８では第１色光グループＬ_Ａに含まれる色光が、例えば、Ｓ偏光である場合、第２色光グループＬ_Ｂに含まれる色光を、例えば、Ｐ偏光にする１／２波長板を備えている。

上記のように、光学ブロック８７及び偏光変換器８８を備える場合、カラー分離ユニット７０では、一の偏光状態の第１色光グループＬ_Ａの光と他の偏光状態の第２色光グループＬ_Ｂの光が互いに離隔されたままで出射される。

図３ないし図５では、本発明の一実施例に係るカラー分離ユニット７０が、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が相異なる偏光になるように１つの偏光変換器を備えている例を示すが、偏光変換器の配置位置及び数は変更することができる。

例えば、第１及び第２ダイクロイックミラー面８０、８２間、第２及び第３ダイクロイックミラー面８２、８４間、第３及び第４ダイクロイックミラー面８４、８６間に各々１／２波長板として機能をする偏光変換器を設ければ、第１ダイクロイックミラー面８０により反射された第１色光Ｌ_１がＳ偏光であれば、第２ダイクロイックミラー面８２により反射された第２色光Ｌ_２はＰ偏光、第３ダイクロイックミラー面８４により反射された第３色光Ｌ_３はＳ偏光、第４ダイクロイックミラー面８６により反射された第４色光Ｌ_４はＰ偏光になる。

このように、カラー分離ユニット７０に３つの偏光変換器が備わっており、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂに各々２つの色光が含まれるとすれば、第１色光グループＬ_Ａに含まれる二色光は相異なる偏光を有し、同様に第２色光グループＬ_Ｂに含まれる両色光は相異なる偏光を有する。

さらに他の実施例として、偏光変換器８８は、ダイクロイックミラー面により分離された色光のうち少なくとも何れか一色光の進路上に配置されることもある。

さらに具体的には、本発明に係るカラー照明装置は、偏光変換器８８をダイクロイックミラー面間に配したカラー分離ユニット７０の代りに、図６に示されるように、その出射面の一部領域に偏光変換器８８ａ、８８ｂを配置したカラー分離ユニット７０′´を設けられている。

図６は、本発明の他の実施例に係るカラー分離ユニット７０´を示す。図６を参照すれば、カラー分離ユニット７０´は、第３及び第４ダイクロイックミラー面８４、８６により反射された第３及び第４色光Ｌ_３、Ｌ_４、すなわち、第２色光グループＬ_Ｂの光の出射面に偏光変換器８８ａ、８８ｂを備えている。偏光変換器８８ａとしては第３色光Ｌ_３に対する１／２波長板を備え、偏光変換器８８ｂとしては第４色光Ｌ_４に対する１／２波長板を備えている。

ここで、図６では偏光変換器８８ａ、８８ｂが別々に設けられた場合を図示したが、偏光変換器８８ａ、８８ｂを別々に用意する代わりに、第２色光グループＬ_Ｂの光の出射面に単一の偏光変換器を設けることもできる。

図６では、偏光変換器８８ａ、８８ｂがカラー分離ユニット７０´と一体に結合された例を示すが、偏光変換器８８ａ、８８ｂは、カラー分離ユニット７０´のロッド型構造から離隔して所定色光、例えば、第３及び第４色光Ｌ_３、Ｌ_４の進路上に配置されることもある。

前述したように、本発明に係るカラー分離ユニットで、偏光変換器は、ダイクロイックミラー面間、分離された色光が出射される出射面の一部領域、及び分離された複数の色光のうち、少なくとも何れか一色光の進路のうち何れか１箇所に配置することができる。

ここでは、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を互いに離隔させるために、カラー分離ユニット７０または７０´のダイクロイックミラー面間に光学ブロック８７を位置させた場合を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、このような光学ブロック８７の代りにカラー分離ユニット７０または７０´の出力側に第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光間を離隔させるための光離隔用光学素子(図示せず)を設けることができる。

また、ここでは、色光は２つの色光グループ、すなわち、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂに分離する場合を例として説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、色光グループの数は３つ以上に分けられ、スクローリングユニット１００の相異なる３つ以上の有効領域に入射させることができる。もちろん、この場合、少なくとも２つの色光グループは相等しい偏光を有する。

以下では、便宜上、本発明に係るカラー照明装置が、図３ないし図５に示されたようなカラー分離ユニット７０を備えると表現する。

本発明の一実施例に係るカラー照明装置は、前記カラー分離ユニット７０で分離されて出射される第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４の光路上に各々リレイレンズ８９をさらに備えていることが望ましい。このリレイレンズ８９は、第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４各々を集束させて所定の発散角を持たせるものであって、図２に示されるように、第１ないし第４ダイクロイックプリズム７９、８１、８３、８５の出射面に各々対向して配置されることが望ましい。

この際、カラー分離ユニット７０により分離された第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４は、各々リレイレンズ８９によって光源６０から出射されるビーム径と同じサイズ及び発散角に復帰可能になる。

一方、本発明に係るカラー照明装置は、光利用効率をさらに高めるために、前記カラー分離ユニット７０の入力端に前記光源６０側から照射された光を一偏光に整列させてカラー分離ユニット７０内に入力させる偏光整列器７２をさらに備えることが望ましい。

図５を参照すれば、前記偏光整列器７２は、光源６０側から入射される光のうち第１偏光、例えば、Ｐ偏光の光は大部分透過させ、これに直交する第２偏光、例えば、Ｓ偏光の光は大部分反射させる偏光分離部材７３と、偏光分離部材７３で反射された第２偏光の光を全反射させて第１偏光の光と平行に進行すべく反射させる反射部材７５と、第１及び第２偏光の光のうち何れか一偏光の光の進路、例えば、第２偏光の光の進路上に配され、第２偏光の光が第１偏光の光と同じ偏光、例えば、Ｐ偏光の光にする１／２波長板７７を有して構成されている。

ここで、前記反射部材７５の代りに、第２偏光、例えば、Ｓ偏光を反射させる偏光分離部材を設けてもよい。前記１／２波長板７７は、第１偏光の光の進路上に配置され、第１及び第２偏光の光が何れも、例えば、Ｓ偏光の光になることができる。

図５に示されたような構成を有する偏光整列器７２によれば、入射された光が垂直軸に分離されるので、垂直軸ビーム径は２倍になり、垂直軸の下端部の光は１／２波長板７７により偏光変換されるので、カラー分離ユニット７０に入射される光は何れも同じ偏光成分を有する。ここで、使用目的によって上、下端光の偏光成分を異ならせることができる。

上記のように、偏光整列器７２を備えれば、光源６０から出射された無偏光の白色光を何れも同一偏光の白色光に変えてカラー分離ユニット７０に入射させることができるので、ライトバルブとして液晶表示素子を使用する場合にも、光利用効率を高めることができる。

前記偏光整列器７２、リレイレンズ８９は、カラー分離ユニット７０に一体に結合することができる。また、コリメーティングレンズ７１も偏光整列器７２を介在してカラー分離ユニット７０に一体に結合することができる。

図３、図７及び図８を参照すれば、前記スクローリングユニット１００は、その回転ないし回動がレンズアレイの直線運動に転換されるように形成された少なくとも１つのレンズセル１０１ａを備えている。前記スクローリングユニット１００は、ディスク型構造に形成することができる。

図７を参照すれば、前記スクローリングユニット１００は、前記レンズセル１０１ａが少なくとも１つ以上の第１スパイラルレンズディスク１０１を備えていている。また、前記スクローリングユニット１００は、第１スパイラルレンズディスク１０１を経た第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの色光それぞれの発散角を補正するよう、光の進行方向に第１スパイラルレンズディスク１０１に対して所定間隔に離隔配置された、前記第１スパイラルレンズディスク１０１と同一構造の第２スパイラルレンズディスク１０３をさらに備えている。

また、前記スクローリングユニット１００は、第１スパイラルレンズディスク１０１と第２スパイラルレンズディスク１０３間の光路上に第１スパイラルレンズディスク１０１から出射された光の発散角を調節できるガラスロッド１１１をさらに備えていることが望ましい。このように、ガラスロッド１１１を用意することによって第１スパイラルレンズディスク１０１で各セル別に集束された光を発散させることなしに第２スパイラルレンズディスク１０３に伝達させることができる。

スクローリングユニット１００の第１及び第２スパイラルレンズディスク１０１、１０３は、ブラケット１０７により支持されて光路上に配置され、第１スパイラルレンズディスク１０１の中央部に設けられた駆動部１０５により回転させられる。

図３、図８及び図９では、前記スクローリングユニット１００が２つのスパイラルレンズディスク１０１、１０３とその間に配置されたガラスロッド１１１よりなる例を示すが、スクローリングユニット１００は、単一スパイラルレンズディスク構造とすることができる。

また、ここではスクローリングユニット１００がディスク状に形成された例を示すが、スクローリングユニット１００の形状は自身の回転をレンズアレイの直線運動に転換可能に形成されたレンズセルを備える多様な構造を有していても構わない。例えば、スクローリングユニットは、その外周面にその回転をレンズアレイの直線運動に転換可能にレンズセルが形成された円筒状構造より構成することができる。

前記レンズセル１０１ａは、螺旋から構成されていることが望ましい。図７及び図８ではスクローリングユニット１００が複数のレンズセル１０１ａを備える例を示す。この際、前記レンズセル１０１ａは、等間隔に形成され、レンズセル１０１ａの断面形状は相等しいことが望ましい。

例えば、前記レンズセル１０１ａは、その断面が円弧状のシリンダー型レンズセルであることが望ましい。代案として、前記レンズセル１０１ａは、回折光学素子またはホログラム光学素子タイプにすることができる。前記スクローリングユニット１００の各レンズセル１０１ａは、集束レンズとしての機能を有する。

一方、本発明に係るカラー照明装置は、スクローリングユニット１００の前後に円筒形レンズ９５ａ、９５ｂ、９７ａ、９７ｂ、１３１、１３２をさらに備えていることが望ましい。

円筒形レンズ９５ａ、９５ｂは、スクローリングユニット１００の第１スパイラルレンズディスク１０１に入射される第１色光グループＬ_Ａの光ビームの幅を制御するためのものであって、第１色光グループＬ_Ａの光の進路上に位置している。前記円筒形レンズ９５ａ、９５ｂは、入射される第１色光グループＬ_Ａの光を一方向には集束させるが、他の方向にはそのまま直進透過させることによってビームを整形し、図７に点線で表した有効領域Ａに該当する形状の光をスクローリングユニット１００に入射させる。

円筒形レンズ９７ａ、９７ｂは、スクローリングユニット１００の第１スパイラルレンズディスク１０１に入射される第２色光グループＬ_Ｂの光ビームの幅を制御するためのものであって、第２色光グループＬ_Ｂの光の進路上に位置している。前記円筒形レンズ９７ａ、９７ｂは、入射される第２色光グループＬ_Ｂの光を一方向には集束させるが、他の方向にはそのまま直進透過させることによってビームを整形し、図７に点線で表した有効領域Ｂに該当する形状の光をスクローリングユニット１００に入射させる。

また、円筒形レンズ１３１は、スクローリングユニット１００の有効領域Ａを通過した光を平行光に変え、後述するフライアイレンズアレイ１２１で分離された第１色光グループＬ_Ａの光の形状を整形する。円筒形レンズ１３２は、スクローリングユニット１００の有効領域Ｂを通過した光を平行光に変え、後述するフライアイレンズアレイ１２３で分離された第２色光グループＬ_Ｂの光の形状を整形する。

図９では円筒形レンズ９５ａ、１３１または９７ａ、１３２対による水平軸レイトレイシングを示す。

前記円筒形レンズ９５ａ、９５ｂ、９７ａ、９７ｂを通過した第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光は、各々図７に示されるように、スクローリングユニット１００の第１スパイラルレンズディスク１０１に互いに離隔されて照射されるが、この際、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が照射される有効領域Ａ、Ｂは各々長方形となる。

前記スクローリングユニット１００は、回転によってカラー分離ユニット７０で分離された色光を周期的にスクロールさせる。このようなスクロール動作をディスク型の前記スクローリングユニット１００が所定速度で時計回り方向に回転する場合を例として説明すれば次の通りである。

前記カラー分離ユニット７０で分離された第１色光グループＬ_Ａの光は、前記円筒形レンズ９５ａ、９５ｂを経てビーム整形されたまま、スクローリングユニット１００の有効領域Ａを通過する。また、カラー分離ユニット７０で分離された第２色光グループＬ_Ｂの光は、円筒形レンズ９７ａ、９７ｂを経てビーム整形されたまま、スクローリングユニット１００の有効領域Ｂを通過する。

この際、前記レンズセル１０１ａアレイ各々は有効領域Ａ位置で見る時、直線型に相互隣接して配置された複数の円筒形レンズのように見える。そして、前記レンズセル１０１ａアレイが螺旋状に形成されているために、スクローリングユニット１００の回転に対して複数の円筒形レンズが内周から外周側に連続して移動する効果が得られる。したがって、有効領域Ａに入射された第１色光グループＬ_Ａの色光がスクローリングユニット１００の内周から外周側にスクロールされる。

また、有効領域Ｂでも同じ原理で第２色光グループＬ_Ｂの色光がスクロールされる。但し、有効領域Ａ、Ｂ各々での第１色光グループＬ_Ａの色光及び第２色光グループＬ_Ｂの色光のスクロール方向は、互いに反対方向となる。

本発明に係るカラー照明装置は、第１色光グループＬ_Ａの光によるカラーバーの形状及び焦点位置を考慮し、スクローリングユニット１００を通過した第１色光グループＬ_Ａの光の進路上にフライアイレンズアレイ１２１、前記円筒形レンズ１３１及びリレイレンズ１３３をさらに備えていることが望ましい。また、第２色光グループＬ_Ｂの光によるカラーバーの形状及び焦点位置を考慮し、スクローリングユニット１００を通過した第２色光グループＬ_Ｂの光の進路上にフライアイレンズアレイ１２３、前記円筒形レンズ１３２及びリレイレンズ１３５をさらに備えていることが望ましい。

前記フライアイレンズアレイ１２１は、前記スクローリングユニット１００から出射された第１色光グループＬ_Ａの色光の進路上に配置され、前記スクローリングユニット１００を経た第１色光グループＬ_Ａの光が相異なる領域にカラーバーを形成するようにする。このために前記フライアイレンズアレイ１２１は、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第１及び第２フライアイレンズアレイ１２１ａ、１２１ｂを備えている。前記第１及び第２フライアイレンズアレイ１２１ａ、１２１ｂは、相互隣接して配設されている。

ここで、前記第１フライアイレンズアレイ１２１ａは、前記スクローリングユニット１００の前記第２スクローリングユニット１０３の焦点面に位置することが望ましい。また、前記第１及び第２フライアイレンズアレイ１２１ａ、１２１ｂそれぞれの凸部は前記有効領域Ａで前記第１及び第２スクローリングユニット１０１、１０３のレンズセル１０１ａアレイに１：１マッチングさせるべく形成されている。

前記スクローリングユニット１００によりスクロールされる第１色光グループＬ_Ａに属する色光は、前記第１及び第２フライアイレンズアレイ１２１ａ、１２１ｂを透過しつつ、各色光別に相異なる位置に集束されて各カラーが区分されたカラーバー、例えば、シアン及び青色のカラーバーを形成する。

前記フライアイレンズアレイ１２３は、前記スクローリングユニット１００から出射された第２色光グループＬ_Ｂの光の進路上に配置され、前記スクローリングユニット１００を経た第２色光グループＬ_Ｂの光が相異なる領域にカラーバーを形成するようにする。このために前記フライアイレンズアレイ１２３は、入射面及び／または出射面に２次元配列を有する多数の凸部が形成された第１及び第２フライアイレンズアレイ１２３ａ、１２３ｂを備えている。前記第１及び第２フライアイレンズアレイ１２３ａ、１２３ｂは、相互隣接して配設されている。

ここで、前記第１フライアイレンズアレイ１２３ａは、前記スクローリングユニット１００の前記第２スクローリングユニット１０３の焦点面に位置することが望ましい。また、前記第１及び第２フライアイレンズアレイ１２３ａ、１２３ｂそれぞれの凸部は前記有効領域Ｂで前記第１及び第２スクローリングユニット１０１、１０３のレンズセル１０１ａアレイに１：１マッチングさせるべく形成されている。

この場合、前記スクローリングユニット１００によりスクロールされる第２色光グループＬ_Ｂに属する色光は、前記第１及び第２フライアイレンズ１２３ａ、１２３ｂを透過しつつ、各色光別に相異なる位置に集束されて各カラーが区分されたカラーバー、例えば、赤色及び緑色のカラーバーを形成する。

前記円筒形レンズ１３１は、前記スクローリングユニット１００の有効領域Ａを通過し、前記フライアイレンズ１２１により色光別に集束される第１色光グループＬ_Ａに属する色光等の形状を整形する。

前記円筒形レンズ１３２は、前記スクローリングユニット１００の有効領域Ｂを通過し、前記フライアイレンズ１２３により色光別に集束される第２色光グループＬ_Ｂに属する色光の形状を整形する。

前記リレイレンズ１３３、１３５各々は、フライアイレンズアレイ１２１、１２３を経た第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を所定位置、例えば、ライトバルブ位置まで伝達する機能を有する。前記リレイレンズ１３３、１３５は、フライアイレンズアレイ１２１、１２３により形成されるカラーバーを所定位置、すなわち、ライトバルブに結像させる。

ここで、フライアイレンズアレイ１２１、１２３、円筒形レンズ１３１、１３２及びリレイレンズ１３３、１３５各々は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の進路上に各々別個に配設される構造の代りに、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光に対して共通に用いられるように単一素子構造より構成されるものでもよい。

以下、前述したようなカラー照明装置の動作を図３ないし図５、図７ないし図９の光学的構成を例として説明する。

前記光源６０から出射され、空間フィルター６５のスリットを通過した光は、第１コリメーティングレンズ７１に入射される。入射された光は、第１コリメーティングレンズ７１で集束されて平行光または平行に近い発散光となり、そのビーム径が縮径され、偏光整列器７２により一偏光になってロッド型構造の単一体よりなるカラー分離ユニット７０内に入射される。

カラー分離ユニット７０に入射された白色光は、第１ないし第４色光Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４に分離される。この際、第１及び第２色光Ｌ_１、Ｌ_２を含む第１色光グループＬ_Ａと第３及び第４色光Ｌ_３、Ｌ_４を含む第２色光グループＬ_Ｂ間は、カラー分離ユニット７０の光学ブロック８７により駆動源１０５が配置される領域を避けてスクローリングユニット１００の両有効領域Ａ、Ｂに照射可能に離隔される。また、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光は、第２ダイクロイックミラー面８２と第３ダイクロイックミラー面８４間に位置した偏光変換器８８により相異なる偏光となる。

カラー分離ユニット７０で出射されて、リレイレンズ８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄにより光源６０から出射される時の発散角及びビーム径にほぼ復元された第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光は、円筒形レンズ９５ａ、９５ｂ、９７ａ、９７ｂにより所定形状に整形され、前記スクローリングユニット１００の前記第１スパイラルレンズディスク１０１の有効領域Ａ、Ｂに入射される。

スクローリングユニット１００を駆動部１０５により回転させると、その回転によって有効領域Ａ、Ｂに入射された第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光がスクロールされる。ここで、スクロールされる光は、レンズセル１０１ａアレイにより集束され、色光別に複数の光路に分けられる。この分けられた光は、フライアイレンズアレイ１２１、１２３、円筒形レンズ１３１、１３２及びリレイレンズ１３３、１３５を経て分離された所定位置にカラーバーを形成する。

この際、有効領域Ａを通過した第１色光グループＬ_Ａの光に対して形成されるシアン及び青色カラーバーは、例えば、上方から下方にスクロールされる。また、有効領域Ｂを通過した第２色光グループＬ_Ｂの光に対して形成される赤色及び緑色カラーバーは下方から上方にスクロールされる。すなわち、有効領域Ａを通過した第１色光グループＬ_Ａの光と有効領域Ｂを通過した第２色光グループＬ_Ｂの光は相互反対方向にスクロールされる。

図１０は、本発明の他の実施例に係るカラー照明装置を概略的に示すものであって、カラーフィルター１７０を除外した残りの光学的構成は、図３ないし図９を参照に説明した本発明の一実施例に係るカラー照明装置と実質的に同一とされているか、または類似している。したがって、本発明の一実施例と同一または類似した機能をする光学部品は前記と同一の符号として示し、その反復的な説明は省略する。

図１０を参照すれば、本発明の他の実施例に係るカラー照明装置において、ロッド型カラーフィルター１７０は、光源６０側から入射される白色光を２つの色光グループよりなる６つの色光に分離可能にした点に特徴がある。

前記カラーフィルター１７０は、特定色光だけを反射させる６つのダイクロイックミラー面１７２、１７４、１７６、１７８、１８０、１８２を備えている。前記カラーフィルター１７０は、ダイクロイックミラー面１７２、１７４、１７６、１７８、１８０、１８２を有する第１ないし第６ダイクロイックプリズム１７１、１７３、１７５、１７７、１７９、１８１を備え、ロッド型構造の単一体に形成することができる。この際、第１ないし第６ダイクロイックプリズム１７１、１７３、１７５、１７７、１７９、１８１の出力端には、各々リレイレンズ１８９が配設されている。このリレイレンズ１８９は、図３におけるリレイレンズ８９と実質的に同じものである。

第１ないし第６ダイクロイックプリズム１７１、１７３、１７５、１７７、１７９、１８１のダイクロイックミラー面１７２、１７４、１７６、１７８、１８０、１８２は、例えば、光源６０から入射される白色光を青色光（Ｂ）、シアン光（Ｃ）、マゼンタ光（Ｍ）、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び黄色光（Ｙ）だけを各々反射させるように設けられている。

図１０では、第１色光グループＬ_Ａに青色光（Ｂ）、シアン光（Ｃ）及びマゼンタ光（Ｍ）が含まれ、第２色光グループＬ_Ｂに赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び黄色光（Ｙ）が含まれるようにダイクロイックミラー面１７６とダイクロイックミラー面１７８間に光学ブロック８７が位置された例を示す。また、図１０では、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂに含まれる色光とが相異なる偏光になるようにカラーフィルター１７０に偏光変換器８８が設けられた例を示す。

図１０に示したように、カラーフィルター１７０に偏光変換器８８が設けられた場合には、前記第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光は相異なる偏光状態を有する。

ここで、偏光変換器８８の数及び配置位置は、前述したように多様に変更することができる。

また、前記第１色光グループＬ_Ａに含まれる色光数及び第２色光グループＬ_Ａに含まれる色光数は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂのうち何れか１つの色光グループに少なくとも１つ以上の色光が含まれ、他の色光グループに少なくとも１つ以上の色光が含まれる範囲内で多様に変えることができる。

図１０に例示したように、第１色光グループＬ_Ａに青色光（Ｂ）、シアン光（Ｃ）及びマゼンタ光（Ｍ）が含まれ、第２色光グループＬ_Ｂに赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び黄色光Ｙが含まれ、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ間が適切に離隔され、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光がスクローリングユニット１００の相異なる有効領域（図５のＡ、Ｂ）に照射されれば、スクローリングユニット１００のスクロール作用により、第１色光グループＬ_Ａに含まれた色光に対して形成されたカラーバーと、第２色光グループＬ_Ｂに含まれた色光に対して形成されたカラーバーとが、相互反対方向にスクロールされる。

前記実施例以外にも、本発明に係るカラー分離ユニット及びこれを備えたカラー照明装置は、２つの色光グループよりなる５つの色光（例えば、各色光グループに２つの色光と３つの色光とが含まれる構造）スクローリング、７つの色光スクローリング、８つの色光スクローリングなど光学系のエタンデュが許容する限り、多チャンネル駆動可能に多様に変形することができる。

また、本発明に係るカラー分離ユニット及びこれを備えたカラー照明装置は、入射される白色光を３つの色光に分離し、一色光グループに２つの色光、他の色光グループに１つの色光が含まれ、一部色光と残りの色光とが相異なる偏光を有するように、カラー分離ユニットを３個のダイクロイックミラー面、１つの光学ブロック及び少なくとも１つの偏光変換器を備えているように構成し、白色光を２つの色光グループよりなる３つの色光に分離し、この２つの色光グループの光をスクロールする構造を有するものであってもよい。

また、以上においては、本発明に係るカラー照明装置が１つのスクローリングユニットを備え、２つの色光グループの光を相互反対方向にスクロールするものとして説明及び図示してきたが、本発明に係るカラー照明装置は、本発明に係るカラー照明装置を適用したプロジェクションタイプの画像表示装置の実施例（図１４）を通じて後述するように、２つの色光グループの光を各々スクロールするように並列に配置された１対のスクローリングユニットを備え、２つの色光グループの光を同一方向にスクロールさせることもできる。

また、本発明に係るカラー照明装置は、本発明に係るカラー照明装置を適用したプロジェクションタイプの画像表示装置の実施例（図１６）を通じて後述するように、各々独立した２つの光源からの光を１つのカラー分離ユニットを用いて２つの色光グループに分離して偏光ビームスプリッタで合わせて各ライトバルブで光をモジュレーションさせるように設けられた、光量を倍加する構造で形成することもできる。

以下では、本発明に係るカラー照明装置を適用したプロジェクションタイプの画像表示装置の実施例を詳細に説明する。

本発明に係るプロジェクションタイプの画像表示装置は、図１１、図１２、図１４及び図１６に例示したように、本発明に係るカラーフィルターを用いて入射される白色光を複数の色光より望ましくは４つ以上の色光を分離して照射する前述したような多様な構造のカラー照明装置と、照射される色光を入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する少なくとも１つのライトバルブ１５７、１５９を備え、ライトバルブ１５７、１５９で生成された画像を投射レンズユニット２７０によりスクリーン２８０に拡大投射させる。

図１１を参照すれば、本発明の第１実施例に係る画像表示装置は、複数の色光より望ましくは４つ以上の色光を分離して照射するカラー照明装置と、照射される色光のうち少なくとも１つ以上の色光を各々入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９と、前記第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で生成された画像を統合して投射レンズユニット２７０方向に進行させるための画像結合器１５０とを備えている。また、本発明の一実施例に係る画像表示装置は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の進路を合わせるための光学ユニット１４０をさらに備えることが望ましい。

前記カラー照明装置は、前述した本発明の多様な実施例に係るカラー照明装置を用いることができる。図１１は、カラー照明装置が図３ないし図１０の光学的構成を有する場合を例として示す。図１１において参照符号３００は、カラー分離システムを示す。カラー分離システム３００は、前述したように光源６０から入射される白色光を複数の色光に、さらに望ましくは４つの色光に分離し、各々が分離された色光のうち少なくとも１つ以上の色光よりなる２つの色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂ間が互いに離隔された本発明に係るカラー分離ユニット７０、１７０、リレイレンズ８９及び／または偏光整列器７２を備えている。

この際、本発明に係るカラー分離ユニットをなすダイクロイックミラー面の数、２つの色光グループの分割構造、ダイクロイックミラー面の数に対応して設けられているリレイレンズ８９の数及び／または分離された色光の偏光を２種類にする少なくとも１つ以上の偏光変換器の配置は、多様に変形することができる。したがって、本発明に係るカラー照明装置を採用したプロジェクションタイプの画像表示装置に対する本実施例及び以下の他の実施例ではこのような多様性を何れも包含すべく、このようなカラー分離ユニット、リレイレンズ及び偏光整列器を備えている構成を単にカラー分離システム３００として示す。

前記光学ユニット１４０は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のうち何れか１つの色光グループの光を反射させる第１反射面１４１と、前記第１反射面１４１で反射された１つの色光グループの光と残りの色光グループの光とを選択的に透過及び反射させて統合させる第２反射面１４３を備えている。

カラー照明装置のカラー分離システム３００から出射される第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の偏光が相異なる場合、前記第１反射面１４１は、第２色光グループＬ_Ｂの光を全反射させ、第２反射面１４３は、第２色光グループＬ_Ｂの光を反射させ、第１色光グループＬ_Ａの光を透過させるように偏光に係る選択的透過及び反射特性を有する偏光ビームスプリッタ面よりなることが望ましい。

一方、図１１に示されるように、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が光学ユニット１４０を経る間の光路長に差があるために、リレイレンズ１３３、１３５はこのような光路長差を補正すべく配されることが望ましい。

すなわち、図１１に示されるように、光学ユニット１４０での第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の光路長差は、リレイレンズ１３３、１３５の配置位置を調整して最適化して補償することが可能である。このように光路長差をリレイレンズ１３３、１３５の適切な配置により補正すれば、リレイレンズ１３３、１３５により集束される第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の集束位置は相等しくなる。

上記のように光学ユニット１４０により経路が合わせられた第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光は、画像結合器１５０を経て第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射される。

前記画像結合器１５０は、光学ユニット１４０により経路が合わせられた第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射され、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で画像信号によってモジュレーションされた光が合わさって投射レンズユニット２７０側に向かってスクリーン２８０上に投影される役割をする。

本実施例において、前記画像結合器１５０は、入射される色光を偏光によって選択的に透過または反射させて第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射する偏光ビームスプリッタ１５１と、偏光ビームスプリッタ１５１と第１ライトバルブ１５７、偏光ビームスプリッタ１５１と第２ライトバルブ１５９間に各々配置されて入射光の偏光を変える波長板１５３、１５５、望ましくは１／４波長板を備えて構成することができる。カラー照明装置側で偏光ビームスプリッタ１５１に入射される色光は、偏光によって分離されて第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射され、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で生成された画像は、偏光ビームスプリッタ１５１により統合される。

カラー分離システム３００から出射される分離された第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が相異なる偏光を有する場合、偏光ビームスプリッタ１５１に入射される第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のうち一色光グループの色光は反射されて第１ライトバルブ１５７に照射され、他の色光グループの色光は透過されて第２ライトバルブ１５９に照射される。

例えば、第１色光グループＬ_Ａの光は、偏光ビームスプリッタ１５１により反射されて第１ライトバルブ１５７に照射され、第２色光グループＬ_Ｂの光は、偏光ビームスプリッタ１５１を透過して第２ライトバルブ１５９に照射される。

この場合、第１ライトバルブ１５７は、第１色光グループＬ_Ａの色光に対するカラー画像を形成し、第２ライトバルブ１５９は、第２色光グループＬ_Ｂの色光に対するカラー画像を形成する。

例えば、第１色光グループＬ_Ａにシアン光（Ｃ）と青色光（Ｂ）とが含まれ、第２色光グループＬ_Ｂに赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）とが含まれる場合、第１ライトバルブ１５７は、青色及びシアン画像の生成のための信号プロセシングによってシアン及び青色カラー画像を形成し、第２ライトバルブ１５９は、赤色及び緑色画像生成のための画像信号プロセシングによって赤色及び緑色カラー画像を形成する。

この際、第１ライトバルブ１５７には、シアン光（Ｃ）と青色光（Ｂ）とがカラーバーの形に照射され、スクローリングユニット１００の回転によってスクロールされる。また、第２ライトバルブ１５９には、赤色光（Ｒ）と緑色光（Ｇ）とがカラーバーの形に照射され、スクローリングユニット１００の回転によってスクロールされる。スクロール作用による色光別カラーバーの移動と同期させて第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９の各画素に対する画像情報を処理すれば、色光別カラー画像が生成される。

一方、前記第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９は、スクロールされるカラーバーが結像される所に位置する。前記第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９としては、反射型ライトバルブ、例えば、反射型液晶表示素子を備えることが望ましい。反射型液晶表示素子は、画素単位で画像信号によって入射された光の偏光を変換して反射させる。

第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９として反射型液晶表示素子を用いる場合には、画像生成は、画素単位での光の偏光変換として表現されるので、前記のように、偏光ビームスプリッタ１５１と１／４波長板として機能する１対の波長板１５３、１５５からなる画像結合器１５０により第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で生成された画像を結合しうる。

光学ユニット１４０側から画像結合器１５０に入射される第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が各々Ｓ偏光、Ｐ偏光であり、画像結合器１５０の偏光ビームスプリッタ１５１がＳ偏光は反射させ、Ｐ偏光を透過させると仮定する。

この場合、Ｓ偏光の第１色光グループＬ_Ａの光は偏光ビームスプリッタ１５１で反射され、波長板１５３でほぼ一円偏光に変わって第１ライトバルブ１５７に集束される。第１ライトバルブ１５７で画素単位で画像信号によりモジュレーション（偏光変換）されて反射された光のうち前記波長板１５３を経つつＰ偏光に変わった光のみが偏光ビームスプリッタ１５１を透過して投射レンズユニット２７０側に進む。

また、Ｐ偏光の第２色光グループＬ_Ｂの光は偏光ビームスプリッタ１５１を透過して波長板１５５でほぼ一円偏光に変わって第２ライトバルブ１５９に集束される。第２ライトバルブ１５９で画素単位で画像信号によりモジュレーション（偏光変換）されて反射された光のうち前記波長板１５５を経つつＳ偏光に変わった光のみが偏光ビームスプリッタ１５１で反射されて投射レンズユニット２７０側に進む。

したがって、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９において画像信号によりモジュレーションされた光は、画像結合器１５０の各波長板１５３、１５５及び偏光ビームスプリッタ１５１を通過しつつ再び結合され、投射レンズユニット２７０によりスクリーン２８０に投影される。

図１１では画像結合器１５０が偏光ビームスプリッタ１５１と波長板１５３、１５５とで構成される例を示すが、画像結合器１５０の構成は、本発明に係る画像表示装置に第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で使われる反射型液晶表示素子の特性によって異なっていてもよい。例えば、Ｓ偏光の第１色光グループＬ_Ａの光をＰ偏光の光に変える程度により画像を生成する反射型液晶表示素子を第１ライトバルブ１５７として使用する場合には、波長板１５３を使用する必要がない。同様に、Ｐ偏光の第２色光グループＬ_Ｂの光をＳ偏光の光に変える程度により画像を生成する反射型液晶表示素子を第２ライトバルブ１５９として使用する場合には、波長板１５５を使用する必要がない。すなわち、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９として使われる反射型液晶表示素子の特性によって画像結合器１５０は、波長板１５３、１５５を用いない構造とすることができる。

前記投射レンズユニット２７０は、画像結合器１５０とスクリーン２８０間に配置され、入射された画像が前記スクリーン２８０に向かうように拡大投射を行う。

一方、図１１に示されるように、スクローリングユニット１００の両有効領域Ａ、Ｂに第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が照射されて互いに反対方向にスクロールされ、光学ユニット１４０がスクロール方向を反転させる機能なしに単純に光路を合わせるように光学系が構成された場合には、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射されるカラーバーのスクロール方向は相互反対なので、このようなスクロール方向差を考慮し、カラー別画像を生成せねばならない。

前述したように、本発明に係るカラー照明装置を適用し、例えば、４つの色光をＰ偏光の色光グループとＳ偏光の色光グループとに分けて２つの反射型ライトバルブに２つの色光ずつ分けて送って駆動すれば、色光分離によるエタンデュ負担を減らせ、各色光をスクローリングユニット１００の回転によりスクロールしてスクリーン２８０上でこれらをミキシングするので、光効率が倍加される。また、１つのスクローリングユニット１００の両有効領域Ａ、Ｂで各々２つの色光スクロールを行なうので、小型のカラー照明装置及び小型の画像表示装置の実現が可能である。

また、本発明の一実施例に係るプロジェクションタイプの画像表示装置は、２つの反射型ライトバルブ１５７、１５９を使用するために、各色光成分を所望の偏光成分に変えられ、各偏光成分及び平行光（入射角０°）に対する色光分離を行なうので、カラー分離ユニットの製作を容易にし、これによる色純度を高くできる利点がある。

図１２は、本発明の第２実施例に係るプロジェクションタイプの画像表示装置を示すものであって、スクローリングユニット１００の両有効領域Ａ、Ｂに第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が照射されて相互反対方向にスクロールされ、光学ユニットが前記第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のスクロール方向が相等しくなるように、例えば、第２色光グループＬ_Ｂの光に対するスクロール方向を変換すると共に第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の進路を合わせるように設けられた例を示す。

前記光学ユニットは、スクローリングユニット１００の第１及び第２有効領域Ａ、Ｂ各々を透過した光のスクロール方向が同一になるようにスクロール方向を変換するスクロール変換プリズム２４０とすることができる。

前記スクロール変換プリズム２４０は、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のうち何れか１つの色光グループの光に対するカラーバーは、反射過程を通じて反転させてスクロール方向を変え、反射過程を通じてスクロール方向が変わった色光グループの光と残りの色光グループの光とを偏光によって選択的に透過及び反射させて第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の進路を合わせることが望ましい。

前記スクロール変換プリズム２４０は、アミチプリズムの形状を有するものが望ましい。

図１３を参照すれば、アミチプリズム形状のスクロール変換プリズム２４０は、入射面２４１及び出射面２４７と、相互直角に配されて前記入射面２４１側から出射面２４７側に角θだけ傾けられるように配置された反射面２４３ａ、２４３ｂ及び、前記反射面２４３ａ、２４３ｂで反射された光を再び反射させて前記出射面２４７側に向かわせる反射面２４５を備えている。

したがって、一方向矢印で表したようなスクロール方向を有する光が前記入射面２４１を通じて入射される場合、入射光の上下方向は変わらず、単に前記反射面２４３ａ、２４３ｂの傾斜角θだけ傾斜して配置されることによって反射面２４５側に向かう。

一方、左右方向は前記反射面２４３ａ、２４３ｂで相互に入れ替わる。すなわち、図面符号２４３ａと表した反射面に入射された光は反射されて２４３ｂと表した反射面に向かう。そして、その面で反射されて前記反射面２４５に向かう。同様に、２４３ｂと表した反射面に入射された光は２４３ａで表した反射面を経て反射面２４５に向かう。したがって、図面上で矢印方向に示したようにスクロール方向が変わる。

前記反射面２４５は、前記スクロール変換プリズム２４０の一面に配されるものであって、スクロール方向が転換されて入射される一色光グループの光は反射させ、残りの色光グループの光は透過させるように備えられ、前記有効領域Ａ、Ｂを透過した第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の光路を合わせる。

前記第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が相異なる偏光を有する場合、前記反射面２４５は入射光を偏光方向によって選択的に透過または反射させる偏光ビームスプリッタ面よりなることが望ましい。

この場合、例えば、Ｐ偏光の第２色光グループＬ_Ｂの光は、反射面２４３ａ、２４３ｂでそのスクロール方向が変換された後、前記反射面２４５に向かい、この反射面２４５で反射される。一方、Ｓ偏光の第１色光グループＬ_Ａの光は、反射面２４５を透過して前記第２色光グループＬ_Ｂの光と同一方向に進む。

ここで、前記スクロール変換プリズム２４０は、ペンタプリズム形状を有しても良い。

前述したように第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光路を合わせるための光学ユニットとしてスクロール変換プリズム２４０を備えれば、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に照射されるカラーバーのスクロール方向は同一になる。したがって、この場合にはスクロール方向差を考慮する必要がないので、画面駆動がさらに容易になる。

図１４は、本発明の第３実施例に係るプロジェクションタイプの画像表示装置を概略的に示すものであって、本発明の第１実施例に係る画像表示装置と比較する時、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を各々スクロールするための１対のスクローリングユニット１００ａ、１００ｂを並列に備えた点に特徴がある。図１５は、前記１対のスクローリングユニット１００ａ、１００ｂの各第１スパイラルレンズディスク１０１に第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光が各々入射される領域及びスクロール方向を示す。図１５において参照符号Ｃは、第１色光グループＬ_Ａの光が入射される有効領域、Ｄは、第２色光グループＬ_Ｂの光が入射される有効領域である。図１４及び図１５では前述した実施例と実質的に同一または類似した機能をする光学素子は前述した実施例と同一の参照符号を付し、その反復的な説明は省略する。

前記１対のスクローリングユニット１００ａ、１００ｂ各々は、ガラスロッド１１１を除いては、前述した実施例でのスクローリングユニット１００と実質的に同じ構成を有する。図１５と同様に１対のスクローリングユニット１００ａ、１００ｂを使用する場合には、スクローリングユニット１００ａ、１００ｂ各々は、第１及び色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の進路上にのみ、第１及び第２スパイラルレンズディスク１０１、１０３間にガラスロッド１１１を備えればよい。したがって、前記１対のスクローリングユニット１００ａ、１００ｂ各々は、スクローリングユニット１００が２つのガラスロッド１１１を備えるのに対し、１つのガラスロッド１１１だけを備えれば良い。

図１４及び図１５に示されるように、１対のスクローリングユニット１００を備えれば、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を各々独立して駆動してスクロールでき、２つのスクローリングユニット１００の回転方向を独立して制御できるので、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のスクロール方向を同一にすることができる。

第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光の入射される有効領域Ｃ、Ｄを、図１５に示されるように、相異なるスクローリングユニット１００の第１スパイラルレンズディスク１０１の相互近接した領域にし、スクローリングユニット１００を相互反対方向に回転すべく駆動すれば、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光のスクロール方向を同一にすることができる。

図１５では有効領域Ｃでの複数の円筒形レンズがスクローリングユニット１００ａの外周から内周側に連続して移動する効果を得るようにスクローリングユニット１００ａを逆時計回り方向に回転させ、有効領域Ｄでの複数の円筒形レンズがスクローリングユニット１００ｂの内周から外周側に連続して移動する効果を得るようにスクローリングユニット１００ｂを時計方向に回転させる場合を示す。２つのスクローリングユニット１００ａ、１００ｂの回転方向を各々反対に変えれば、スクロール方向を反対にすることができる。

前述したように、第１及び第２色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂの光を各々相異なるスクローリングユニット１００ａ、１００ｂによりスクロールすれば、スクロール方向を同一にし、第１色光グループＬ_Ａの光に対するカラーバーと第２色光グループＬ_Ｂの光に対するカラーバーとのスクロール方向を同一にすることができる。

この際、２つのスクローリングユニット１００ａ、１００ｂを使用するので、この２つのスクローリングユニット１００ａ、１００ｂの駆動と、第１ライトバルブ１５７での例えば、青色及びシアン画像生成のための信号プロセシング及び第２ライトバルブ１５９での赤色及び緑色画像生成のための信号プロセシングは図１４に示されるように互いに同期化されることが望ましい。

ここで、図１４には、本発明の第３実施例に係る画像表示装置が、本発明の第１実施例に係る画像表示装置と同じ光学ユニット１４０を備える例を示したが、この光学ユニット１４０の代りに、本発明に第２実施例に係る画像表示装置での光学ユニット、すなわち、スクロール変換プリズム２４０を備えることも可能なのは言うまでもない。

一方、以上では本発明に係るプロジェクションタイプの画像表示装置が単一光源を備えるものとして説明しかつ図示してきたが、本発明に係る画像表示装置は、図１６に示されるように、カラーフィルターユニット５００の両側から光を入力できるように、カラーフィルターユニット５００の両側の入力端に各々光を入射させるために１対の光源６０、１対のコリメーティングレンズ７１が設けられている。もちろん、この場合、カラーフィルターユニット５００は、カラー分離ユニットだけでなく、このカラー分離ユニットの両側の入力端に配置された偏光整列器及び／または出力端に配置された多数のリレイレンズを備えていることが望ましい。

この際、カラー分離ユニットは、一光源６０から入射される光を複数の色光に分離する複数の第１ダイクロイックミラー面と他の光源６０から入射される光を複数の色光に分離する複数の第２ダイクロイックミラー面を備え、第１及び第２ダイクロイックミラー面の配置方向が相反しており、第１及び第２ダイクロイックミラー面間に光学ブロックが設けられた形になりうる。

このようなカラーフィルターユニット５００の構造は、前述より十分に類推可能なので、ここではさらに詳細な説明及び図示は省略する。

本発明の第４実施例に係るプロジェクションタイプの画像表示装置は、１対の光源、１対のコリメーティングレンズ及びカラーフィルターユニット５００を除いた残りの光学的構成は、本発明の第１ないし第３実施例に係る画像表示装置のうち何れか１つと同一とすることができる。ここで、図１６では本発明の第２実施例に係る画像表示装置の光学的構成を適用した場合を例として示す。

図１６に示されるように、各々独立された２つの光源６０からの光を１つのカラー分離ユニットを用いて２つの色光グループに分離し、画像結合器１５０で合わせて第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９で光をモジュレーションさせるように設ければ、光量の強度を倍加することができる。

以上では、本発明に係るカラー分離ユニット及びこれを備えたカラー照明装置及びこれを採用したプロジェクションタイプの画像表示装置を図面の光学的構成に基づいて説明したが、本発明は、前記実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で多様な変形及び他実施例が可能である。

また、本発明に係るカラー照明装置及びこれを適用したプロジェクションタイプの画像表示装置は、光源からの光を二色光グループＬ_Ａ、Ｌ_Ｂに分離する代わりに、図１７のように分離された複数の色光が何れもスクローリングユニット１００の同一有効領域に入射されるようにカラー分離ユニットを構成し、これに対応すべく残りの光学系を構成した構造より構成することができる。

図１７は、本発明のさらに他の実施例に係るカラー照明装置を概略的に示す図面であり、図１８は、図１７のカラー照明装置を適用した本発明の第５実施例に係るプロジェクションタイプの画像表示装置を概略的に示す図であって、カラー照明装置は、光源６０から出射された光を複数の色光、例えば、３ないし８の色光に分離するカラー分離ユニット６００とカラースクローリングを具現するためのスクローリングユニット７００を備えている。ここで、前述した実施例と同一または類似した機能をする部材は同一な参照符号を付し、その反復的な説明は省略する。

前記カラー分離ユニット６００は、光源６０側から入射される白色光を４つ以上の色光に分離するように設けられていることが望ましい。

前記カラー分離ユニット６００は、前記実施例でのカラー分離ユニット７０、７０´または１７０と比較する時、色光間を離隔させるための光学ブロックがなく、残りの部分は、前記実施例でのカラー分離ユニット７０、７０´または１７０と実質的に同一に形成することができる。

例えば、前記カラー分離ユニット６００は、図１７に例示したように、ロッド型構造の単一体をなすように、相異なる色光を反射させる第１ないし第４ダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６を各々備える第１ないし第４ダイクロイックプリズム７９、８１、８３、８５と、前記第１ないし第４ダイクロイックミラー面８０、８２、８４、８６により分離された色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とが相異なる偏光になるように少なくとも１つの偏光変換器８８を備えて構成することができる。

図１７及び図１８では、１つの偏光変換器８８が第２及び第３ダイクロイックミラー面８２、８４間に配置された例を示す。ここで、図６に示されたカラー分離ユニット７０のように、偏光変換器８８は、カラー分離ユニット６００で分離された色光の進路、例えば、カラー分離ユニット６００の出射面の一部領域に位置しても良い。

図１７及び図１８では、前記カラー分離ユニット６００が４つのダイクロイックミラー面を備える例を示すが、前記と同様に、ダイクロイックミラー面の数は分離しようとする色光数によって変更される。また、偏光変換器８８の数及び配置も変更される。

前記スクローリングユニット７００は、図３、図７及び図８に基づいて説明したスクローリングユニット１００と同様に第１及び第２スパイラルレンズディスク１０１、１０３を含んで構成することができる。

この際、本実施例に係る画像表示装置では、前記実施例とは違って、色光を二色光グループに分けず、複数の色光が単一色光グループをなして進むので、スクローリングユニット７００は、図１７及び図１８に示されるように、第１及び第２スパイラルレンズディスク１０１、１０３間の単一色光グループの進路上にのみガラスロッド１１１を備えていればよい。

前記カラー分離ユニット６００により分離された複数の色光、例えば、４つの色光は、前記スクローリングユニット７００の同一有効領域に入射される。ここで、スクローリングユニット７００の有効領域は実質的に図７でのスクローリングユニット１００の有効領域Ｂに該当する。

本発明の第５実施例に係る画像表示装置では、図３の場合と比較する時、複数の色光が単一色光グループをなして進むので、この単一色光グループの光が図３での第２色光グループＬ_Ｂと同一経路に進むように光学系を配置すれば、図３での第２色光グループＬ_Ｂの光の進路上に配されるシリンダーレンズ９７ａ、９７ｂ、１３２、フライアイレンズアレイ１２３及びリレイレンズ１３５だけが必要であり、図３での第１色光グループＬ_Ａの光の進路上に配されるシリンダーレンズ９５ａ、９５ｂ、１３１、フライアイレンズアレイ１２１及びリレイレンズ１３３は不要である。

また、本発明の第５実施例に係る画像表示装置では、複数の色光が単一色光グループをなして進むので、前述した本発明の第１ないし第４実施例に係る画像表示装置のような二色光グループの光路を一致させるための光学ユニットは不要である。

この際、前記カラー分離ユニット６００により分離された複数の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とが相異なる偏光を有するので、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９に各々相異なる偏光の色光が照射され、第１及び第２ライトバルブ１５７、１５９により生成されたカラー別画像が画像結合器１５０により結合されて投射レンズユニット２７０側に向かう過程は図１１の説明と実質的に同一である。

前述したような光源からの光をカラー分離ユニットを使用して複数の色光に分離し、複数の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とが相異なる偏光を持つカラー照明装置を、２つのライトバルブを使用するプロジェクションタイプの画像表示装置に適用すれば、広い色範囲の再現と同時に高効率プロジェクションシステムを具現できる。

以上では、図面に基づいて具体的な実施例について説明したが、本発明に係るカラー分離ユニット、これを備えたカラー照明装置及びプロジェクションタイプの画像表示装置は、前記構造以外にも本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内で多様な変形が可能である。

本発明は、プロジェクションタイプの画像表示装置（例えば、ＬＣＤやマイクロミラーディスプレー装置のようなマイクロディスプレーなど）、すなわち、ライトバルブで生成された画像を投射光学系を用いてスクリーンに拡大投射して大画面を提供するシステムに適用することができる。

従来のカラー照明装置を採用した１パネル方式のプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。 図１のスキャニングプリズムの駆動による分岐されたカラーバーの変動を示す図である。 本発明の一実施例に係るカラー照明装置の光学的構成を示す概略的な図である。 図３の光源及びカラー分離ユニットを抜粋して示す概略的な斜視図である。 図４のカラー分離ユニットを示す正面図である。 カラー分離ユニットの他の実施例を示す概略的な斜視図である。 図３のスクローリングユニットを示す概略的な平面図である。 図３のスクローリングユニットを示す概略的な斜視図である。 図３の円筒形レンズ対による水平軸光線追跡を示す図である。 本発明の他の実施例に係るカラー照明装置の光学的構成を示す概略的な図である。 本発明の第１実施例に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。 本発明の第２実施例に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。 図１２のスクロール変換プリズムを概略的に示す斜視図である。 本発明の第３実施例に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。 図１４のスクローリングユニットを概略的に示す平面図である。 本発明の第４実施例に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。 本発明のさらに他の実施例に係るカラー照明装置の光学的構成を概略的に示す図である。 本発明の第５実施例に係るプロジェクションタイプ画像表示装置の光学的構成を示す概略的な図である。

符号の説明

６０・・・光源
１００・・・スクローリングユニット
６１・・・ランプ
６３・・・反射ミラー
７０・・・カラー分離ユンット
８０、８２、８４、８６・・・ダイクロイックミラー面
Ｌ・・・入射光
Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４・・・第１ないし第４色光
７９、８１、８３、８５・・・ダイクロイックプリズム

Claims (32)

1. 光を生成出射する少なくとも１つの光源と、
   前記光源側から入射される光を複数の色光に分離し、前記分離された複数の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にするカラー分離ユニットと、
   前記カラー分離ユニットにより分離された複数の色光のうち少なくとも１以上の色光を各々入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する複数のライトバルブと、
   前記複数のライトバルブにより生成された画像を統合するための画像結合器と、を備えていることを特徴とする画像表示装置であって、
   前記カラー分離ユニットによって分離された色光をスクローリングする少なくとも１つのスクローリングユニットをさらに備え、
   前記カラー分離ユニットにより分離された色光のうち少なくとも１つの色光を第１色光グループ、残りの少なくとも１つ以上の色光を第２色光グループとする時、
   前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが前記スクローリングユニットに相互離隔された状態で入射可能に第１及び第２色光グループの間を離隔させるように設けられており、
   前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが相異なる偏光になるように設けられていて、
   前記カラー分離ユニットは、
   相異なる色光だけを反射させ、前記光源側から入射される光の進行方向に対して傾斜して相互離隔された複数のダイクロイックミラー面と、
   前記少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする少なくとも１つの偏光変換器と、を備え、
   前記カラー分離ユニットは、ロッド型の単一体構造よりなることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記カラー分離ユニットは、
   各々相異なる色光を反射させるダイクロイックミラー面を有する複数のダイクロイックプリズムを備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記偏光変換器は、
   ダイクロイックミラー面間、分離された複数の色光が出射される出射面の一部領域及び分離された複数の色光のうち少なくとも何れか一色光の進路のうち何れか１箇所に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記複数のライトバルブは、
   一偏光よりなる前記少なくとも１つの色光を用いて画像を形成する第１ライトバルブと、
   他の偏光よりなる前記残りの色光を用いて画像を形成する第２ライトバルブと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記画像結合器は、
   入射される色光を偏光によって選択的に透過または反射させて前記第１及び第２ライトバルブに照射する偏光ビームスプリッタを備え、色光が偏光によって分離されて第１及び第２ライトバルブに照射され、前記第１及び第２ライトバルブで生成された画像を統合するように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記画像結合器は、
   前記偏光ビームスプリッタと第１ライトバルブ、前記偏光ビームスプリッタと第２ライトバルブ間に各々配置されて入射光の偏光を変える１対の波長板をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記カラー分離ユニットは、前記光源側から入射される光を３つ以上の色光に分離し、分離された３つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にするように設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のうち何れか１項に記載の画像表示装置。
8. 光を生成出射する少なくとも１つの光源と、
   前記光源側から入射される光を４つ以上の色光に分離すべく相異なる色光を反射させ、前記光源側から入射される光の進行方向に対して傾斜して相互離隔された４つ以上のダイクロイックミラー面を備え、ロッド型構造よりなるカラー分離ユニットと、
   照射される色光を入力された画像信号によって画素単位で制御して画像を形成する複数のライトバルブと、を備えていることを特徴とする画像表示装置であって、
   前記カラー分離ユニットによって分離された色光をスクローリングする少なくとも１つのスクローリングユニットをさらに備え、
   前記カラー分離ユニットにより分離された色光のうち少なくとも１つの色光を第１色光グループ、残りの少なくとも１つ以上の色光を第２色光グループとする時、
   前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが前記スクローリングユニットに相互離隔された状態で入射可能に第１及び第２色光グループの間を離隔させるように設けられており、
   前記カラー分離ユニットは、前記第１色光グループの光と前記第２色光グループの光とが相異なる偏光になるように設けられていることを特徴とする画像表示装置。
9. 前記カラー分離ユニットは、
   各々相異なる色光を反射させるダイクロイックミラー面を有する４つ以上のダイクロイックプリズムを備えていることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記カラー分離ユニットは、
    前記ダイクロイックミラー面により分離された４つ以上の色光のうち少なくとも１つの色光と残りの色光とを相異なる偏光にする少なくとも１つの偏光変換器と、をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の画像表示装置。
11. 前記偏光変換器は、
    ダイクロイックミラー面間、分離された複数の色光が出射される出射面の一部領域及び分離された複数の色光のうち少なくとも何れか一色光の進路のうち何れか１箇所に位置することを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
12. 前記複数のライトバルブは、
    一偏光よりなる前記少なくとも１つの色光を用いて画像を形成する第１ライトバルブと、他の偏光よりなる前記残りの色光を用いて画像を形成する第２ライトバルブと、を備え、
    前記第１及び第２ライトバルブによって生成された画像を統合するための画像結合器をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の画像表示装置。
13. 前記カラー分離ユニットは、光源側から入射される光をシアン光（Ｃ）、青色光（Ｂ）、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）に分離するか、光源側から入射された白色光を青色光（Ｂ）、シアン光（Ｃ）、マゼンタ光（Ｍ）、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）及び黄色光（Ｙ）に分離することを特徴とする請求項１ないし６、８ないし１２のうち何れか１項に記載の画像表示装置。
14. 前記カラー分離ユニットの入力端に前記光源から照射された光を一偏光に整列させて前記カラー分離ユニット内に入射させる偏光整列器をさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし６、８ないし１２のうち何れか１項に記載の画像表示装置。
15. 前記スクローリングユニットは、自身の回転をレンズアレイの直線運動に転換することができる少なくとも１つのレンズセルをさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし６、８ないし１２のうち何れか１項に記載の画像表示装置。
16. 前記スクローリングユニットは、単一スクローリングユニットまたは１対のスクローリングユニットを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
17. 前記スクローリングユニットを透過した第１色光グループの光と第２色光グループの光との進路を合わせるための光学ユニットをさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
18. 前記光学ユニットは、
    第１及び第２色光グループの光のうち何れか１つの色光グループの光を反射させる第１反射面と、
    前記第１反射面から反射された一色光グループの光と残りの色光グループの光とを選択的に透過及び反射させて進路を合わせる第２反射面と、を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の画像表示装置。
19. 前記光学ユニットは、
    前記スクローリングユニットの一有効領域を透過した少なくとも１つの色光に対するカラーバーを反射過程を通じて反転させてスクロール方向を変え、反射過程を通じてスクロール方向が変わって入射される少なくとも１つの色光と前記スクローリングユニットの他の有効領域を透過した残りの色光とを選択的に透過及び反射させ、第１及び第２色光グループの光の進路を合わせるスクロール方向変換プリズムであることを特徴とする請求項１７に記載の画像表示装置。
20. 前記スクロール方向変換プリズムは、アミチプリズム形状を有することを特徴とする請求項１９に記載の画像表示装置。
21. 前記光学ユニットは、反射過程を通じてスクロール方向が変わって入射される少なくとも１つの色光と前記スクローリングユニットの他の有効領域を透過した残りの色光とを偏光によって選択的に透過及び反射させ、第１及び第２色光グループの光の進路を合わせるように設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の画像表示装置。
22. 前記スクローリングユニットの少なくとも１つのレンズセルは、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
23. 前記スクローリングユニットのレンズセルは、円筒形レンズセルとされていることを特徴とする請求項２２に記載の画像表示装置。
24. 前記スクローリングユニットは、ディスク状であることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
25. 前記スクローリングユニットは、光の進行方向に相互離隔され、各々に前記レンズセルが形成された第１及び第２スパイラルレンズディスクを備えていることを特徴とする請求項２４に記載の画像表示装置。
26. 前記第１及び第２スパイラルレンズディスク間の光路上に、ガラスロッドをさらに備えていることを特徴とする請求項２５に記載の画像表示装置。
27. 前記スクローリングユニットに入射される光ビームの幅を制御するために前記光源とスクローリングユニット間の光路上に配置された少なくとも１つの第１円筒形レンズと、
    前記スクローリングユニットを通過した光を平行光に変えるように前記スクローリングユニットを通過した光の進路上に配置された少なくとも１つの第２円筒形レンズと、をさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
28. 前記スクローリングユニットから出射された光の進路上に配され、前記スクローリングユニットでスクロールされた色光が相異なる領域にカラーバーをなすフライアイレンズアレイをさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
29. 前記フライアイレンズアレイを通過した光の経路上に配置され、前記フライアイレンズアレイにより形成されるカラーバーを所定位置に結像させるリレイレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項２８に記載の画像表示装置。
30. 前記光源とカラー分離ユニット間に、前記光源側から進む光の発散角を調節するための空間フィルターをさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の画像表示装置。
31. 前記カラー分離ユニットから出射される各色光の経路上に配置され、出射される各色光に所定発散角を有させる多数のリレイレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし６、８ないし１２のうち何れか１項に記載の画像表示装置。
32. 前記光源とカラー分離ユニット間に、前記光源側から進む光の発散角を調節するための空間フィルターをさらに備えることを特徴とする請求項１ないし６、８ないし１２のうち何れか１項に記載の画像表示装置。

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