JP4154718B2 - 反射型照明光学系 - Google Patents

Description

本発明は反射型照明光学系に係り、特に平板型ＰＢＳ（Polarized Beam Splitter）を、イメージャー（imager）（ＬｃｏＳパネル）の短辺側に関し、斜め角度で配置し、バック焦点距離ＢＦＬ及び光学系高さを最小化して、照明効率を高めた反射型照明光学系に関する。

最近ディスプレイ装置は、軽量化、薄型化だけでなく、大画面になって行く傾向にある。特に、大画面ディスプレイ装置の実現は、ディスプレイ分野において重要な課題になっている。現在まで、このような大画面を有する典型的なディスプレイ装置として、プロジェクション・テレビがある。

プロジェクション・テレビは、ＣＲＴプロジェクション・テレビとＬＣＤプロジェクション・テレビの２種の形態に分けることができる。ＬＣＤを利用したプロジェクション・テレビは、さらに、透過型ＬＣＤを利用するシステムと、反射型ＬＣＤ（Liquid Crystal on Silicon；ＬＣｏＳ）を利用するシステムに分けられる。

ここで、反射型ＬＣＤを利用するシステムは、透過型ＬＣＤよりパネルを低廉に製作できる長所がある。

以下、添付した図面を参照し、従来のプロジェクションシステム及び照明系に関して説明する。
図１ないし図４は、従来の３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成図である。
従来の反射型ＬＣＤを利用したプロジェクション・テレビの照明系の一つとして、図１の３―ＰＢＳシステムの反射型照明系は、ランプ１から照射された光が集光レンズを経て第１のダイクロイックミラー２に向けられるが、赤色Ｒおよび緑色Ｇの光は反射され、青色の光は透過する。

そして反射された赤色、緑色の光は、第２のダイクロイックミラー３に進み、緑色の光は反射され、赤色の光は透過する。赤色、緑色および青色は、Ｒ、Ｇ、ＢＬＣｏＳパネルの前にある第１、第２、第３の各ＰＢＳ４ａ、４ｂ、４ｃに入射する。

第１、第２、第３の各ＰＢＳ４ａ、４ｂ、４ｃに入射したＲ、Ｇ、Ｂの光は反射されて、第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル５ａ、５ｂ、５ｃにそれぞれ入射する。入射したＲ、Ｇ、Ｂの光は、第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル５ａ、５ｂ、５ｃにより位相が変えられて反射され、それぞれ第１、第２、第３の各ＰＢＳ４ａ、４ｂ、４ｃを透過する。
このように透過したＲ、Ｇ、Ｂの光は、Ｘ−プリズム６で合成され、投射レンズに入射する。

上述のように、このような３―ＰＢＳシステムの反射型照明系の光路は、３段階からなっている。すなわち、ランプ１及び第１のダイクロイックミラー２による第１段階と、第２のダイクロイックミラー３、第２のＬＣｏＳパネル５ｂ、及び第２のＰＢＳ４ｂによる第２段階と、そして第１、第３のＬＣｏＳパネル５ａ、５ｃ、Ｘ−プリズム６、第１、第３のＰＢＳ４ａ、４ｃによる第３段階から形成されており、そのため、システムの奥行きが大きくなる。

また、システムを構成する部品の個数が多く、ダイクロイックミラー２枚、ミラー１枚そしてＲ、Ｇ、Ｂの経路差を補正するためのリレーレンズ、３個のＰＢＳ、Ｘ−プリズムなどの多くの部品を必要とする。

図２は、このようなリレーシステムの代りに、カラーセレクターを用いたカラークオードシステムの３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成を示す。
図２の照明系は、カラーセレクターを用いてＲ、Ｇ、Ｂ光の光経路の差をなくしたものであって、ランプ７から出た光が、第１のカラーセレクター８ａを通過し、青色ＢだけＳ波（Secondary wave）に変わって、赤色Ｒ、緑色ＧはＰ波（Primary wave）で出力される。

この光が第１のＰＢＳ９ａを通過し、Ｓ波は反射されてＰ波は透過して、青色の光は青色ＬＣｏＳパネルの前にある第２のＰＢＳ９ｂに到達する。
この青色光は、再び第２のＰＢＳ９ｂから反射されて第３のＬＣｏＳパネル１０ｃに入射し、反射されながら位相が変わって第２のＰＢＳ９ｂを透過し、第４のカラーセレクター８ｄを経て第４のＰＢＳ９ｄに入射される。

そして赤色、緑色の光は、第２のカラーセレクター８ｂにより緑色の光はＳ波で、赤色の光はＰ波で第３のＰＢＳ９ｃに入射する。第３のＰＢＳ９ｃで緑色の光は反射し、赤色は透過し、それぞれ第１、第２のＬＣｏＳパネル１０ａ、１０ｂに入射される。
第１、第２のＬＣｏＳパネル１０ａ、１０ｂに入射された緑色、赤色の光は、位相が変えられて反射され、再び第３のＰＢＳ９ｃに入射して合成されて、第３のカラーセレクター８ｃによって偏光状態が等しくなって第４のＰＢＳ９ｄに入射する。

このような過程で第４のＰＢＳ９ｄに到達した赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂは、ＰＢＳのＰ／Ｓ分離及び合成の特性により合成されて投射レンズに入射される。
このようなカラークオードシステムの３板式反射型ＬＣＤ照明系は、２段構成で形成されており、リレーシステムが要らなくて構成が単純化はされたが、４個のカラーセレクターとＰＢＳを含むために、製造コストが増加し、有利でない。

そしてＰＢＳでＰ／Ｓ分離及び合成をする過程で入力された波が出力される時、他の成分の偏光を有するようになる光弾性問題がありうる。
以上説明した従来技術の光学系の価格面での問題、ＰＢＳによる光弾性問題を解決して、広角の照明光を用いて照明効率を高めるために、図５に示すような平板型ＰＢＳ（Wire Grid Type PBS）を用いる照明系が提示された。

図３の構造を有する平板型ＰＢＳを用いる照明系は、ランプ１１から照射された光が、集光レンズを経て第１のダイクロイックミラー１２ａに向けられるが、赤色Ｒ、緑色Ｇの光は第１のダイクロイックミラー１２ａを透過し、青色Ｂの光は反射される。

そして透過した赤色、緑色の光は、カラーセレクター１４を通過し、緑色の光はＳ波で、赤色の光はＰ波で、第２の平板型ＰＢＳ１３ｂに入射する。第２の平板型ＰＢＳ１３ｂで赤色は透過して緑色の光は反射し、それぞれ第１、第２のＬＣｏＳパネル１５ａ、１５ｂに入射される。
第１、第２のＬＣｏＳパネル１５ａ、１５ｂに入射された緑色、赤色の光は、位相が変わって反射され、再び第２の平板型ＰＢＳ１３ｂを経て第２のダイクロイックミラー１２ｂを通過し、投射レンズに入射される。

そして、第１のダイクロイックミラー１２ａから反射された青色の光は、第１の平板型ＰＢＳ１３ａに向かい、そこで反射されて第３のＬＣｏＳパネル１５ｃに入射される。そこで、位相が変えられて反射され、再び第１の平板型ＰＢＳ１３ａを経て第２のダイクロイックミラー１２ｂにより反射されて投射レンズに入射される。

図４の構造を有する平板型ＰＢＳを用いる照明系は、ランプ１６から照射された光が、集光レンズを経て第１のダイクロイックミラー１７に向けられ、赤色Ｒ、緑色Ｇの光は反射して青色Ｂの光は透過する。

透過した青色の光は、第２のリレーレンズ１８ｂ、反射ミラー、第３のリレーレンズ１８ｃを経て第３の平板型ＰＢＳ２０ｃにより反射され、第３のＬＣｏＳパネル２１ｃに入射する。
第３のＬＣｏＳパネル２１ｃに入射した青色の光は、位相が変わって反射され、再び第３の平板型ＰＢＳ２０ｃを経てＸ−プリズム２２に入射する。

そして、第１のダイクロイックミラー１７を過ぎながら反射された赤色Ｒ、緑色Ｇの光は、第１のリレーレンズ１８ａを経て、第２のダイクロイックミラー１９で赤色は透過し、緑色は反射される。
反射された緑色は、第２の平板型ＰＢＳ２０ｂにより反射され、第２のＬＣｏＳパネル２１ｂに入射して位相が変えられて第２の平板型ＰＢＳ２０ｂを透過し、Ｘ−プリズム２２に入射される。

そして第２のダイクロイックミラー１９を透過した赤色は、第１の平板型ＰＢＳ２０ａにより反射され、第１のＬＣｏＳパネル２１ａに入射し、位相が変わって第１の平板型ＰＢＳ２０ａを透過し、Ｘ−プリズム２２に入射される。

このようにＸ−プリズム２２に入射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、Ｘ−プリズム２２で合成されて投射レンズ２３に入射する。
図５に示すように、このような照明系で平板型ＰＢＳは、ガラス板上に所定パターンが形成されている。
ここで、上記ガラス板上の所定パターンは、数10ナノの大きさを有している。

このような平板型ＰＢＳを用いて照明系を構成する場合、光弾性問題と価格的な問題、低い照明効率などの問題は解決されるが、非点収差問題が発生するようになる。
ガラス板を結像レンズ系に斜角で挿入する場合、非点収差が発生するが、この収差は上下方向の焦点距離と左右方向の焦点距離が違い、一つの面では一方の方向がデフォーカシングされる現象である。

特に、光がＬＣｏＳパネルに反射された後、平板型ＰＢＳを透過する場合に非点収差が大きく発生する。
図３を参照すると、第２のＬＣｏＳパネル１５ｂから反射された緑色光は、第２の平板型ＰＢＳ１３ｂを透過し、第３のＬＣｏＳパネル１５ｃから反射された青色光は、第１の平板型ＰＢＳ１３ａを透過する。

また、図４を参照すると、第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル２１ａ、２１ｂ、２１ｃから反射された光は、第１、第２、第３の平板型ＰＢＳ２０ａ、２０ｂ、２０ｃを透過する。
このように、ＬＣｏＳパネルから反射された光が平板型ＰＢＳを透過する時、非点収差が大きく発生する。

図６ないし図８を参照しながら説明する。
図６は、光が平板型ＰＢＳを透過する場合の投射レンズのレイアウト構成図であって、図７と図８は、図６の場合における波面図である。
シミュレーターを利用して、光が斜角で挿入された平板型ＰＢＳを透過する場合を説明する。

図６のように、光が投射レンズとＬＣｏＳパネル間に斜角で挿入された平板型ＰＢＳを透過する場合の収差特性は、図７と図８のようになる。
すなわち、図面に示すように、光が投射レンズとＬＣｏＳパネル間に斜角で挿入された平板型ＰＢＳ５０を透過する場合、非点収差が発生する問題点がある。
このように従来の反射型照明系はいろいろ問題点を有するようになる。

図１で説明した３―ＰＢＳシステムの反射型照明系は、全体の光経路が３段構成を有するものであって、システムの奥行きが大きくなって、システムを構成するのに多くの部品を必要とするようになる。

図２で説明したカラークオードシステムの反射型照明系は、２段構成であって全体構造が単純化されたが、４個のカラーセレクターとＰＢＳを含むために価格面で有利でない。
また、ＰＢＳでＰ／Ｓ分離及び合成をする過程で、入力された波が出力される時、他の成分の偏光を有するようになる光弾性問題がありうる。

図３と図４で説明した平板型ＰＢＳを用いる反射型照明系は、光弾性問題と価格的な問題、低い照明効率などの問題は解決されるが、収差問題が発生するようになる。
非点収差を減らす方法で挿入された平板型ＰＢＳの厚さを薄くしたり、二個の平板型ＰＢＳを相異なる方向に配置する方法を用いる場合にも、次のような問題がある。

すなわち、挿入されたＰＢＳの厚さが薄くなれば、ガラス板が曲がる問題が発生する。ＰＢＳの配置を相異なるようにしても、非点収差を補償されず、単にスポットの形状を円形に作ったものに過ぎず、スポットの大きさを増加させる。また、ＰＢＳが互いに異なる角度を有するので、一平面上に照明系を構成できなくなる。

本発明は、前記のような従来技術の照明光学系の問題を解決するためのものであって、プロジェクションシステムにおいてＬＣｏＳパネルから反射されたＲ、Ｇ、Ｂの信号が平板型ＰＢＳを透過せずに反射し、投射レンズに入射させて、非点収差の発生を抑制し、照明効率を高めた反射型照明光学系を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、平板型ＰＢＳのようなフィルムタイプの光学部品を用いる光学系において、投射レンズのバック焦点距離ＢＦＬを最小化し、全体光学系の大きさを最小化できるようにすることである。
また、光学系の高さを最小化しながら、平板ＰＢＳを照明系に用いながらも、光学的な性能に影響を与えない光学系を提供することを目的とする。

本発明による反射型照明光学系は、光を放射するランプと、前記ランプから放射され、偏光成分が整列された赤色、緑色、青色の光をそれぞれの経路に分離させるダイクロイックミラーと、赤色、緑色、青色の光のうち少なくとも１つの光経路を補償するためのリレーシステムとを、下段部に備える照明部、及び、前記赤色、緑色、青色の光を、位相を変えて反射するイメージャと、前記ダイクロイックミラーによりそれぞれの経路に分離された光が透過して、前記イメージャで位相が変えられて反射された光が反射される平板型ＰＢＳと、前記平板型ＰＢＳから反射されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させるＸ−プリズムとを、上段部に備える合成部を含み、前記リレーシステムは、Ｐ波またはＳ波を透過させる前記平板型ＰＢＳと、入射した光の位相を変調してＳ波またはＰ波で反射し、さらに前記平板型ＰＢＳに入射させるミラー及びウエーブプレートと、前記平板型ＰＢＳから反射された光の位相を変調するウエーブプレートとを含むことを特徴とする。

本発明による反射型照明光学系は次のような効果がある。
第１に、反射型３板式光学系の構成時に、平板型ＰＢＳを用いて光弾性問題を解決することができる。
第２に、Ｘ−プリズムと平板ＰＢＳの間に偏光板を挿入する場合に、投射レンズに入射する光のコントラストを向上させることができる。
第３に、投射レンズに入射する光を、平板型ＰＢＳを透過せずに反射し、投射レンズに入射させて非点収差が発生しないようにする。
第４に、光の経路が３段または２段で構成する場合システムの奥行きが大きくなり、システムを構成するのに多くの部品を必要とする以前の技術に比べて、全体構造が単純化されて価格面で有利である。
第５に、イメージャの短辺側に平板型ＰＢＳを斜角で配置し、投射レンズとイメージャとの距離ＢＦＬを最小化し、イメージャ全体を同一平面上に構成し、以前の光学系の平面上の３段構成を２平面２段構成で構成してＴＶセットの奥行きを減らすことができる。

本発明による反射型照明光学系の望ましい実施形態に関して、図面を参照しながら以下に説明する。
図９は、本発明による反射型照明光学系の構成図である。
本発明は反射型ＬＣＤであるＬｃｏＳパネルを利用したプロジェクションディスプレイ装置の照明系に係り、平板型ＰＢＳを利用して優秀な性能を有して、価格が低廉な新しい形態の３板式反射型照明系を提供する。

本発明はフィルムタイプの平板型ＰＢＳを用いるが、非点収差が発生しないようにするために、ＬｃｏＳパネルから反射されて投射レンズに入射されるＲ、Ｇ、Ｂの光は、すべて平板型ＰＢＳを透過せずに反射されてＸ−プリズムに入射する。
すなわち、以前のＰＢＳの光弾性問題によるコントラスト低下及び光量低下問題を解決するために、ＰＢＳのような機能（Ｐ／Ｓ分離及び合成）を備える偏光フィルムである平板型ＰＢＳを用いる。

本発明は、このような平板型ＰＢＳにより以前のＰＢＳより小さいＦ／＃においても、Ｐ／Ｓ分離及び合成を行うことができ、さらに明るい照明系を実現する。また、フィルムタイプの平板型ＰＢＳに反射し、投射レンズに入射する光のコントラストを向上させるために、Ｘ−プリズムと平板型ＰＢＳの間に偏光板を挿入した構造を有する。

ここで、Ｆ／＃は照明光の角度を示すものであって、Ｆ／＃が小さいほど照明光の角度が大きくなるものであって、このように照明角度が大きくなる場合に多くの光を受けることができる。

このような本発明による反射型照明光学系の一実施形態は、図９に示される。
先に、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を照射するランプ３１と、ランプ３１から照射されてＰＣＳ（Polarization Converting System）を経て片方方向に偏光成分が整列された光を受け、青色Ｂの光を透過して緑色Ｇ、赤色Ｒの光を反射し、二個の経路に分離する第１のダイクロイックミラー３２ａと、反射された黄色（Ｇ＋Ｒ）の光を、第１のリレーレンズ３３ａを通して受けた赤色の光は透過し緑色の光は反射する第２のダイクロイックミラー３２ｂと、第２のダイクロイックミラー３２ｂにより反射された緑色の光を、第２のＬＣｏＳパネル３５ｂに透過する第２の平板型ＰＢＳ３４ｂと、第２のダイクロイックミラー３２ｂにより透過された赤色の光を、第１のＬＣｏＳパネル３５ａに透過する第１の平板型ＰＢＳ３４ａと、第１のダイクロイックミラー３２ａを透過し第２のリレーレンズ３３ｂ、ミラー、第３のリレーレンズ３３ｃを経て入射される青色の光を、第３のＬＣｏＳパネル３５ｃに透過する第３の平板型ＰＢＳ３４ｃと、第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル３５ａ、３５ｂ、３５ｃにより反射されてそれぞれ第１、第２、第３の平板型ＰＢＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃにより反射されるＲ、Ｇ、Ｂの光を合成し投射レンズ３８に入射させるＸ−プリズム３６と、Ｘ−プリズム３６に入射する前にコントラストを高めるためにそれぞれのＲ、Ｇ、Ｂの光を偏光する第１、第２、第３の偏光板３７ａ、３７ｂ、３７ｃが含まれる。

このような本発明による反射型照明光学系は、第１のダイクロイックミラー３２ａにより一番目に反射された黄色（緑色＋赤色）光は、第２のダイクロイックミラーに入射して反射された緑色の光が、第２の平板型ＰＢＳ３４ｂを透過して第２のＬＣｏＳパネル３５ｂに入射され、透過した赤色光は、第１の平板型ＰＢＳ３４ａを透過して第１のＬＣｏＳパネル３５ａに入射される。

そして、第１のダイクロイックミラー３２ａを透過した青色の光は、リレーレンズ３３ｂ、３３ｃを経て第３の平板型ＰＢＳ３４ｃを透過し、第３のＬＣｏＳパネル３５ｃに入射される。
このように第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル３５ａ、３５ｂ、３５ｃに入射したＲ、Ｇ、Ｂの光は、第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル３５ａ、３５ｂ、３５ｃによって反射され、このように反射された光は、各第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル３５ａ、３５ｂ、３５ｃの前にある第１、第２、第３の平板型ＰＢＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃによって反射され、Ｘ−プリズム３６に入射される。

ここで、第１、第２、第３の平板型ＰＢＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃによって反射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、コントラストを高めるためにＸ−プリズム３６に入射する前に、第１、第２、第３の各偏光板３７ａ、３７ｂ、３７ｃを経てＸ−プリズム３６に入射する。

このような本発明による反射型照明系は、光学的性能に異常を起こさず、平板型ＰＢＳのようなフィルムタイプの光学部品を照明系に用いることができる構造を有しており、反射型照明系に用いられるＰＢＳの光弾性問題によるコントラスト低下及び光量低下問題を解決する。

このような本発明による反射型照明光学系の非点収差特性を説明すると次の通りである。
図１０は、ＬＣｏＳパネルから反射された光が平板型ＰＢＳを透過せずに反射する場合の投射レンズのレイアウト構成図であって、図１１と図１２は図１０の場合における波面図である。

図１０を図６と比較してみれば、図１０は光が平板型ＰＢＳを透過せずに反射されるので、図６と違って平板型ＰＢＳ５０が図示されていない。
図６ないし図８と図１１及び図１２を比較すると、ＬＣｏＳパネルから反射された光が、平板型ＰＢＳを透過せずに反射する場合、図１１と図１２は、非点収差が発生しないことを示している。

このように平板型ＰＢＳによって反射されて投射レンズに入射される構造を有した本発明による光学系では、ＬＣｏＳパネルから反射された光が平板型ＰＢＳを透過しないので非点収差が発生しない。
また、平板型ＰＢＳの厚さを厚くして構造物に付着する場合、曲がる問題を除去することができて、光学性能に影響を与えない。

しかしこのような本発明の照明光学系は、パネルと投射レンズの距離を減らすことに限界があってバック焦点距離（ＢＦＬ）が長くなる問題がある。
このようにＢＦＬが増加する場合には、投射レンズの効率の低下が起きて所望するだけの性能を得るのが難しい。
このようにＢＦＬが増加する問題を補完するために、ＬＣｏＳパネルを９０゜回転させて光学系を立てる図１３の構造が提示されている。

しかしこのようにＢＦＬを最小化するための図１３の構造は、光学系の奥行きが増加し、実際のＴＶセットの大きさが大きくなる問題がある。
したがって、図１４ではＢＦＬを最小化するための構成を提示する。
図１４は、本発明による反射型照明光学系の構成図であって、図１５は平板ＰＢＳを利用した光学系の下段構成図である。
そして図１６は、平板ＰＢＳを利用した光学系の上段構成図であって、図１７は平板ＰＢＳを利用した光学系の投射レンズ正面の構成図である。

本発明による照明光学系は、フィルムタイプの平板型ＰＢＳを用いるが、非点収差が発生しないようにするために投射レンズに入射されるＲ、Ｇ、Ｂの光が、ＰＢＳを透過せずに反射し入射させる構造を有する。
また、従来のＰＢＳのような機能（Ｐ／Ｓ分離及び合成）を備える偏光フィルム、すなわち平板型ＰＢＳを用いて、以前のＰＢＳの光弾性問題によるコントラスト低下及び光量低下問題を解決することができる構造を有する。

ここで、平板型ＰＢＳは、以前のＰＢＳより小さいＦ／＃においても、Ｐ／Ｓ分離及び合成をすることができ、さらに明るい照明系を実現することができるようにするものである。Ｆ／＃は照明光の角度を示すものであって、Ｆ／＃が小さいほど照明光の角度が大きくなり、照明角度が大きくなる場合に多くの光を受けることができる。

本発明は、光学系構造においてフィルムタイプの平板型ＰＢＳに反射し投射レンズに入射する光のコントラストを向上させるために、Ｘ−プリズムと平板型ＰＢＳの間に偏光板を挿入する。
このような本発明の照明光学系の実施形態を示した図１４を参照すれば、投射レンズとイメージャとの距離ＢＦＬを最小化するために、イメージャの短辺側に対して平板ＰＢＳを斜角で配置して、以前の光学系の３段構成を２平面２段構成で構成してＴＶセットの奥行きを減らすことができる。

その構成は、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を照射するランプ４１と、ランプ４１から照射されてＰＣＳ４２を経て片方方向に偏光成分が整列された光を受けて青色Ｂの光を反射し、緑色Ｇ、赤色Ｒの光を透過して二個の経路に分離する第１ダイクロイックミラー４３と、第１のダイクロイックミラー４３を透過した黄色（Ｇ＋Ｒ）の光を受け、赤色の光は透過し緑色の光は反射する第２のダイクロイックミラー４４と、第２のダイクロイックミラー４４により反射された緑色の光を第２のイメージャ（緑色ＬＣｏＳパネル）４６ｂに透過する第１の平板型ＰＢＳ４５ａと、第２のダイクロイックミラー４４を透過した赤色の光を、赤色リレーシステム（図１５を参照して以下に説明する）に透過する第２の平板型ＰＢＳ４５ｂと、第２の平板型ＰＢＳ４５ｂを透過した赤色の光の光経路を補償する赤色リレーシステムを経た光を第１のイメージャ（赤色ＬＣｏＳパネル）４６ａに透過する第３の平板型ＰＢＳ４５ｃと、第１のダイクロイックミラー４３から反射された青色の光を第３のイメージャ（青色ＬＣｏＳパネル）４６ｃに透過する第４の平板型ＰＢＳ４５ｄと、第１、第２、第３の各イメージャ４６ａ、４６ｂ、４６ｃにより反射され、それぞれ第３の平板型ＰＢＳ４５ｃ、第１の平板型ＰＢＳ４５ａ、第４の平板型ＰＢＳ４５ｄにより反射されるＲ、Ｇ、Ｂの光を合成して投射レンズ４８に入射させるＸ−プリズム４７を含む。

ここで、平板型ＰＢＳの構造は、ガラス板上に微細な縞模様のパターンを記録した板からなっており、これは以前のＰＢＳより構造的に簡単で加工も容易であって、低廉な光学系を実現することができる。

このような本発明の照明光学系は、ランプ４１から出た光がＰＣＳ４２を経て片方方向に偏光成分が整列されて、偏光が整列された光は第１のダイクロイックミラー（青色反射、緑色／赤色透過ミラー）４３によって二個の経路に分離される。
一番目に反射された黄色（緑色＋赤色）光は、第２のダイクロイックミラー（緑色反射、赤色透過ミラー）４４によって、緑色光は反射されて赤色光は透過される。
このように図１４の実施形態による光学系の構造は、合成部である上段部と照明部である下段部で構成されており、第１平面上に構成される下段部の場合はイメージャに光を照らして色を分離する部分で構成される。

そして第２平面上に構成される上段部は、平板型ＰＢＳとイメージャ（ＬＣｏＳパネル）そして色を合成するＸ−プリズムと投射レンズで構成される。
先に、下段部の色分離部分と照明部分を、図１５を参照して以下に説明する。
本発明による光学系の下段部は、ランプ４１から出た光の偏光をＲ、Ｇ、ＢすべてをＰ波で整列するＰＣＳ４２と、整列された光のうち青色光を分離する第１のダイクロイックミラー４３と、分離された青色の光を第３のイメージャ（ブルー イメージャー）４６ｃの下部に位置する第４の平板型ＰＢＳ４５ｄに入射されるように反射する第１の反射ミラー５２と、第１のダイクロイックミラー４３により透過された緑色、赤色の光から、緑色の光を反射して第２のイメージャ（グリーン イメージャー）４６ｂの下部に位置する第１の平板ＰＢＳ４５ａに入射させ、赤色の光を透過する第２のダイクロイックミラー４４と、透過した赤色光を第１のイメージャ（レッド イメージャー）４６ａの下部に位置する第３の平板ＰＢＳ４５ｃに入射させる赤色リレーシステム５１と、第３の反射ミラー５７とで構成される。

ここで、赤色リレーシステム５１は、第２のダイクロイックミラー４４により透過されたＰ波の赤色の光を透過する第２の平板型ＰＢＳ４５ｂと、第２の平板型ＰＢＳ４５ｂを透過した赤色の光を反射する第２の反射ミラー５４と、第２の反射ミラー５４により反射されたＰ波の赤色の光をＳ波に変調して反射するミラー及びウェーブプレート５５と、ミラー及びウェーブプレート５５によりＳ波に変調した赤色の光を、第２の反射ミラー５４及び第２の平板型ＰＢＳ４５ｂを通じて受け、Ｐ波に変調して第３の反射ミラー５７に入射させるウェーブプレート５６で構成される。

このような赤色リレーシステムは、多様な方法で構成が可能であり、緑色と青色の光とは異なった赤色の光の光経路を補償する役割を遂行する。
すなわち、ＰＢＳと反射ミラー、レンズを利用して充分な長さの光経路を確保し、このように確保された経路を利用してイメージャに入射する光の大きさを緑色や青色と同じ大きさに作る。

次に、本発明による光学系の上段部の構成を、図１６を参照して以下に説明する。
上段部は、下段と違ってその構成が平板型ＰＢＳと、第１、第２、第３のイメージャと、色を合成するためのＸ−プリズム、投射レンズなどで構成される。
その構成及び動作原理を説明すれば、下段でＲ、Ｇ、Ｂの色が分離された光がＰ波であって、第１、第２、第３の各イメージャ４６ａ、４６ｂ、４６ｃの下部に位置する第１、第２、第３の平板ＰＢＳ４５ａ、４５ｃ、４５ｄを透過し、第１、第２、第３の各イメージャ４６ａ、４６ｂ、４６ｃに入射する。

第１、第２、第３の各イメージャ４６ａ、４６ｂ、４６ｃでは、照明された光を映像情報によってＰ波からＳ波に変調して反射し、反射された光のうちＳ波に変調した光は、平板ＰＢＳによって反射されてＸプリズム４７に入射する。
ここで、Ｘプリズム４７に入射する前に、コントラストを高めるために偏光板を用いる場合もある。
すなわち、Ｘプリズム４７と第１、第３、第４の平板型ＰＢＳ４５ａ、４５ｃ、４５ｄ間に、それぞれ第１、第２、第３の偏光板（図示せず）を配置することができる。

このように入射されたＲ、Ｇ、Ｂの光は、Ｘプリズム４７によって色が合成されて投射レンズ４８に入射し、この投射レンズ４８によってスクリーンに映像が伝達される。
そして投射レンズの正面から眺めた構成を示した図１７のように、イメージャと平板ＰＢＳの配置によって、投射レンズからイメージャまでの距離ＢＦＬが変わる。このＢＦＬが小さければ小さいほど投射レンズのフォーカス性能は向上し、システムの奥行きも減る。

これを考慮して本発明の光学系では、イメージャの短辺側に対して平板型ＰＢＳを斜角で配置し、光学系のＢＦＬを最小化して全体イメージャの配置を同一平面上に位置されるようにして、ドライブボード（Drive Board）の構造を単純化する。
また、光学系を垂直に回転させ、ＴＶセットに装着する構造で光学系の配置によるＴＶセットの高さが増加する問題を防ぐために、光学系を上段と下段の基本２段で構成する。

本発明による光学系は、図１８と図１９のように、垂直方向に２段構成を有し、水平方向でも２段構成を有する光学系の大きさを減らすことができる構造を有している。
図１８と図１９は、平板型ＰＢＳを利用して光学系の垂直、水平方向における２段構造を示した構成図である。すなわち、図１４を下側方向と正面方向から眺めた図面である。

以上のように本発明による平板型ＰＢＳ（Wire Grid Type ＰＢＳ、高分子物質を利用したＰＢＳなどの平板形状を有しているＰＢＳ）を利用した反射型３板式光学系は、以前のＰＢＳを用いずに、平板型ＰＢＳを用いて以前の光学系より小さい大きさを有するように構成することが可能であって、平板型ＰＢＳを用いる光学系においてＢＦＬが最小化され、光学系の高さが最小になる光学系を構成できる。

以上説明した内容を通じて、当業者ならば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることがわかる。
そして、本発明の技術的範囲は、実施形態に記載された内容に限定されることでなく、特許請求の範囲に記載された事項の均等物や変形例も含まれるものである。

本発明は、反射型３板式光学系の構成時に平板型ＰＢＳを用いて光弾性問題を解決することができ、Ｘ−プリズムと平板ＰＢＳの間に偏光板を挿入する場合、投射レンズに入射する光のコントラストを向上させる。
また、本発明は投射レンズに入射する光を、平板型ＰＢＳを透過せずに反射し、投射レンズに入射させて非点収差が発生しないようにする。
また、本発明は光の経路が３段または２段で構成する場合システムの奥行きが大きくなり、システムを構成するのに多くの部品を必要とする以前の技術に比べて、全体構造が単純化されて価格面で有利である。
また、本発明は、イメージャの短辺側に平板型ＰＢＳを斜角で配置して投射レンズとイメージャとの距離ＢＦＬを最小化でき、全体イメージャを同一平面上に構成し、以前の光学系の平面上の３段構成を２平面２段構成で構成してＴＶセットの奥行き（Depth）を減らす。

従来の３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成図である。 従来の３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成図である。 従来の３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成図である。 従来の３板式反射型ＬＣＤ照明系の構成図である。 平板型ＰＢＳを説明する図面である。 平板型ＰＢＳがある場合の投射レンズのレイアウト構成図である。 図６の場合における波面図である。 図６の場合における波面図である。 本発明による反射型照明光学系の構成図である。 ＬＣｏＳパネルから反射された光が、平板型ＰＢＳを透過せずに反射する場合の投射レンズのレイアウト構成図である。 図１０の場合における破面図である。 図１０の場合における破面図である。 本発明による反射型照明光学系で、ＬＣｏＳパネルを９０゜回転させた実施形態を説明する図面である。 本発明による反射型照明光学系の構成図である。 平板ＰＢＳを利用した光学系の下段構成図である。 平板ＰＢＳを利用した光学系の上段構成図である。 平板ＰＢＳを利用した光学系の投射レンズ正面における構成図である。 平板型ＰＢＳを利用して光学系の垂直、水平方向における２段構造を示した構成図である。 平板型ＰＢＳを利用して光学系の垂直、水平方向における２段構造を示した構成図である。

符号の説明

３１；ランプ
３２ａ、３２ｂ；第１、第２のダイクロイックミラー
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ；第１、第２、第３のリレーレンズ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ；第１、第２、第３の平板型ＰＢＳ
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ；第１、第２、第３のＬＣｏＳパネル
３６；Ｘ−プリズム
３７ａ、３７ｂ、３７ｃ；第１、第２、第３の偏光板
３８；投射レンズ
４１；ランプ
４２；ＰＣＳ
４３；第１のダイクロイックミラー
４４；第２のダイクロイックミラー
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄ；第１、第２、第３、第４の平板型ＰＢＳ
４６ａ、４６ｂ、４６ｃ；第１、第２、第３のイメージャ
４７；Ｘ−プリズム
４８；投射レンズ
５０；平板型ＰＢＳ
５１；赤色リレーシステム
５２；第１の反射ミラー
５４；第２の反射ミラー
５５；ミラー及びウェーブプレート
５６；ウェーブプレート
５７；第３の反射ミラー

Claims (9)

1. 光を放射するランプと、前記ランプから放射され、偏光成分が整列された赤色、緑色、青色の光をそれぞれの経路に分離させるダイクロイックミラーと、赤色、緑色、青色の光のうち少なくとも１つの光経路を補償するためのリレーシステムとを、下段部に備える照明部、及び、
   前記赤色、緑色、青色の光を、位相を変えて反射するイメージャと、前記ダイクロイックミラーによりそれぞれの経路に分離された光が透過して、前記イメージャで位相が変えられて反射された光が反射される平板型ＰＢＳと、前記平板型ＰＢＳから反射されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させるＸ−プリズムとを、上段部に備える合成部を含み、
   前記リレーシステムは、Ｐ波またはＳ波を透過させる前記平板型ＰＢＳと、入射した光の位相を変調してＳ波またはＰ波で反射し、さらに前記平板型ＰＢＳに入射させるミラー及びウエーブプレートと、前記平板型ＰＢＳから反射された光の位相を変調するウエーブプレートとを含むことを特徴とする反射型照明光学系。
2. 前記Ｘ−プリズムと前記平板型ＰＢＳ間の経路には、偏光板がさらに含まれることを特徴とする請求項１に記載の反射型照明光学系。
3. 前記平板型ＰＢＳは、前記イメージャの短辺側に対して斜角で配置したことを特徴とする請求項１に記載の反射型照明光学系。
4. 前記平板型ＰＢＳは、フィルムタイプであることを特徴とする請求項１に記載の反射型照明光学系。
5. 前記ダイクロイックミラーは、
   青色の光は透過し、緑色、赤色の光は反射する第１のダイクロイックミラーと、
   前記赤色、緑色の光のうち、赤色の光を透過し緑色の光は反射する第２のダイクロイックミラーとから形成されることを特徴とする請求項１に記載の反射型照明光学系。
6. 光を放射するランプと、
   前記ランプから放射され、偏光成分が整列された赤色、緑色、青色の光をそれぞれの経路に分離させるダイクロイックミラーと、
   前記赤色、緑色、青色の光を、位相を変えて反射するイメージャと、
   前記赤色、緑色、青色の光のうち少なくとも１つの光経路を補償するためのリレーシステムと、
   前記ダイクロイックミラーにより、それぞれの経路に分離された光が透過され、前記イメージャで位相が変えられて反射された光が反射されるように前記イメージャの短辺側に対して斜角で配置した平板型ＰＢＳと、
   前記平板型ＰＢＳから反射されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させるＸ−プリズムとを含み、
   前記リレーシステムは、Ｐ波またはＳ波を透過させる前記平板型ＰＢＳと、入射した光の位相を変調してＳ波またはＰ波で反射し、さらに前記平板型ＰＢＳに入射させるミラー及びウエーブプレートと、前記平板型ＰＢＳから反射された光の位相を変調するウエーブプレートとを含むことを特徴とする反射型照明光学系。
7. 前記Ｘ−プリズムと前記平板型ＰＢＳ間の経路には、偏光板がさらに含まれたことを特徴とする請求項６に記載の反射型照明光学系。
8. 前記平板型ＰＢＳは、フィルムタイプであることを特徴とする請求項６に記載の反射型照明光学系。
9. 前記反射型照明光学系は、前記ランプと前記ダイクロイックミラーが、下段部に配置され、
   前記イメージャと、前記平板型ＰＢＳ及び前記Ｘ−プリズムが、上段部に配置されたことを特徴とする請求項６に記載の反射型照明光学系。