JP4572457B2 - 光学装置およびそれを用いた投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば液晶プロジェクタ装置（投射装置）等の照明装置として用いられる光学装置およびそれを用いた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ装置は、液晶材料を用いた空間光変調器（以下、液晶パネルと呼ぶ）を用いるプロジェクタ装置である。
液晶プロジェクタにおいて、液晶パネル自体は発光しないことから、光源と組み合わせ、液晶パネルに光を照明する。そして、液晶パネルに映像信号を印加し、液晶パネルの像を、投射レンズにより、スクリーンに投射する。
これにより、小型で効率のよいプロジェクタ装置を実現できる。
【０００３】
ところで、コンピュータの高速化と共に、コンピュータの扱う画面の画素数は年々増加している。また、テレビジョン放送も、高画質化と共に、一画面の画素数が増える傾向にある。
これらに対応して、液晶プロジェクタにおいても画素数を増やして、高画質化を目指すようになってきた。
【０００４】
液晶パネルにおいて、画素数を増やすと、内部の配線が増えることになる。
液晶パネルに光が入射し、その入射した面の逆側から光が出射する、いわゆる透過型液晶パネルでは、画素数が増え、内部配線が増加すると、次のような問題が生じる。
それは、光が通過できる部分の面積（開口率と呼ぶ）が減少し、プロジェクタの光の利用率が減少することである。加えて、この問題は液晶パネルのサイズが小さくなるほど、顕著になる。
小さな液晶プロジェクタを作る上では、液晶パネルのサイズを小さくすることが肝心であるが、透過型液晶パネルを用い、画素数を増やすと、高輝度なプロジェクタ装置を実現することは困難である。
【０００５】
そこで、反射型液晶パネルを用いる技術が提案されてきた。
これは、液晶パネルに光が入射する面と、同じ面から光が出射するものである。反射型液晶パネルでは、液晶パネルの内部に光の反射層が内蔵されている。光は反射層で、反射し、液晶層を往復する。このときに各画素に印加される電界により、液晶が回転し、液晶材料の閃光性という性質により、入射光の偏光面が回転する。
反射型液晶パネルでは、各画素の配線を、反射層の光の非入射側（光が通らない部位側）に作ることで、画素数が増えても、開口率が劣化しないという特徴がある。このため、小さなサイズの液晶パネルで、かつ多くの画素を持つことができる。
【０００６】
反射型液晶パネルを用いる液晶プロジェクタ装置は、入射光と出射光が同一の面から出てくるために、入射光と出射光を分離する必要がある。
そこで、一般的に、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）が用いられる。
【０００７】
基本的には、図１４に示すように、反射層１ａを内蔵する液晶パネル１の光入出射面１ｂ側にＰＢＳ２を配置する。そして、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａは、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬは反射し、Ｐ偏光Ｐ−ＰＬは透過する機能を有する。
このような構成において、入射光ＬＩＮは、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａに対してＳ偏光Ｓ−ＰＬとなるようにし、ＰＢＳ２で反射させて液晶パネル１に入射させる。そして、液晶パネル１の反射層１ａで反射され、液晶層で変調されて液晶パネル１を出射し、再びＰＢＳ２に入射する。
液晶パネル１内部で変調され、偏光方向が変化した光は、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａに対して、Ｐ偏光Ｐ−ＰＬの成分を持つので、ＰＢＳ２を透過し、図示しない投射レンズに入射して、スクリーンに向かう。
【０００８】
なお、図１５に示すように、入射光をＰ偏光Ｐ−ＰＬとし、スクリーンにはＳ偏光Ｓ−ＰＬが向かうようにした構成も採用可能である。
【０００９】
図１４、および図１５に示した光学系が、反射型液晶プロジェクタの基本原理である。
しかし、この光学系では、フルカラー画像を再現することができない。一般に光源として白色光を発する放電ランプなどが用いられる場合、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色の３原色に対応する３枚の液晶パネルを用いる必要がある。
【００１０】
反射型液晶パネルを用いて、フルカラー液晶プロジェクタを実現する場合、大きく２つの方法に分けることができる。
第１はＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を３個用いる方法であり、第２は一個のみ用いる方法である。
以下では、３個のＰＢＳを用いる第１の方法を採用した３板式反射型プロジェクタ装置について説明する。
【００１１】
３個のＰＢＳを用いる３板式反射型プロジェクタ装置には、図１６に示すような光学装置のほかに、図１７に示すような光学装置が用いられる。
【００１２】
図１６の３板式反射型プロジェクタ装置１０は、光源１１、集光レンズ１２、第１色分離ミラー１３、第２色分離ミラー１４、反射ミラー１５、リレーレンズ１６、第１反射型液晶パネル１７、第２反射型液晶パネル１８、第３反射型液晶パネル１９、第１ＰＢＳ２０、第２ＰＢＳ２１、第３ＰＢＳ２２、第１フィールドレンズ２３、第２フィールドレンズ２４、第３フィールドレンズ２５、色合成プリズム２６、投射レンズ２７、およびスクリーン２８を有している。
【００１３】
図１６の３板式反射型プロジェクタ装置１０においては、放電ランプ１１ａとリフレクタ１１ｂにより構成される光源１１から白色光による照明光を出射される。光源１１により出射される照明光は、集光レンズ１２によりほぼ平行な光束に変換されて第１色分離ミラー１３に向けて出射される。
第１色分離ミラー１３では、集光レンズ１２より出射された照明光の光路上にて、所定波長の光が第２色分離ミラー１４の配置方向に反射され、残る照明光が透過される。
第２色分離ミラー１４では、第１色分離ミラー１３で反射された照明光の光路上にて、所定波長の照明光が反射され、残る照明光が透過される。これらにより、光源１１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００１４】
第２色分離ミラー１４を透過した照明光は、第１フィールドレンズ２３を介して第１ＰＢＳ２０に入射され、第２色分離ミラー１４で反射された照明光は、第２フィールドレンズ２４を介して第２ＰＢＳ２１に入射される。
また、第１色分離ミラー１３を透過した照明光は、反射ミラー１５で光路が略９０度異なる方向（第１色分離ミラー１３の反射方向に平行な方向）に反射され、リレーレンズ１６、さらに第３フィールドレンズ２５を介して第３ＰＢＳ２２に入射される。
【００１５】
第１ＰＢＳ２０では、第１フィールドレンズ２３を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第１反射型液晶パネル１７に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第１反射型液晶パネル１７では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第１ＰＢＳ２０に入射される。
そして、第１ＰＢＳ２０では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
【００１６】
同様に、第２ＰＢＳ２１では、第２フィールドレンズ２４を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第２反射型液晶パネル１８に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第２反射型液晶パネル１８では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第２ＰＢＳ２１に入射される。
そして、第２ＰＢＳ２１では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
第３ＰＢＳ２３では、第３フィールドレンズ２５を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第３反射型液晶パネル１９に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第３反射型液晶パネル１９では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第３ＰＢＳ２２に入射される。
そして、第３ＰＢＳ２２では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
【００１７】
色合成プリズム２６では、第１〜第３ＰＢＳ２０〜２２より入射された変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ２７を介してスクリーン２８に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置１０においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル１７〜１９で形成された映像がスクリーン２８に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【００１８】
また、図１７の３板式反射型プロジェクタ装置３０は、光源３１、集光レンズ３２、第１色分離ミラー３３、第２色分離ミラー３４、第３色分離ミラー３５、第４色分離ミラー３６、第５色分離ミラー３７、第１反射ミラー３８、第２反射ミラー３９、第１反射型液晶パネル４０、第２反射型液晶パネル４１、第３反射型液晶パネル４２、第１ＰＢＳ４３、第２ＰＢＳ４４、第３ＰＢＳ４５、第１フィールドレンズ４６、第２フィールドレンズ４７、第３フィールドレンズ４８、色合成プリズム４９、投射レンズ５０、およびスクリーン５１を有している。
【００１９】
図１７の３板式反射型プロジェクタ装置３０は、光源の位置が異なる点を除けば、基本的には図１６の装置と略同様の構成を有することから、その動作説明については、ここでは省略する。
【００２０】
図１６のプロジェクタ装置１０では、光源１１から、３枚の液晶パネル１７〜１９までの距離が等距離ではないが、図１７のプロジェクタ装置３０の場合では等距離となる。
このため、図１７のプロジェクタ装置３０は、図１６のプロジェクタ装置１０の場合に比べて、リレーレンズが不要である。
以下、図１６のプロジェクタ装置１０の光学装置を不等光路光学系、図１７のプロジェクタ装置３０の光学装置を等光路光学系と称することにする。
【００２１】
また、図１６、図１７のプロジェクタ装置１０，３０では、ともに第１〜第３ＰＢＳ１７〜１９、４３〜４５の光入射面側に、第１〜第３フィールドレンズ２３〜２５、４６〜４８が配置されている。
これらフィールドレンズ２３〜２５、４６〜４８は、各ＰＢＳに入射する光束をテレセントリック光学系とするものである。テレセントリック光学系とすることで、液晶パネルの各位置での輝度むらや色むらなどを均一にすることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＢＳの偏光分離合成面と入射光の中心のなす入射角度は自由に決めることができない。
この入射角度とは、ＰＢＳの入射面に対して垂直に入射した光線が、偏光分離膜への入射する角度である。
たとえば、図１８に示すＰＢＳ２は、入射角度θ＝４５度の場合である。この角度θは、ＰＢＳを構成するガラスの屈折率により制限される。
一般的に用いられるガラスをＰＢＳに用いるとすると、θ＝４５度付近である場合が、良好な分離合成効率の設計が可能である。
【００２３】
また、液晶パネルに入る光束は、完全な平行光ではなく、ある角度を持つ光束が入射する。
図１９に示すように、液晶パネル１上のある一点に入射する光は、立体角を持つように光が入射するようになる。
これは、レーザのように、点光源とみなせるような光源でない場合（放電ランプなど）、効率よく光を液晶パネル１に集光するためには、ある角度を持ってパネル１に光を入射させなくてはならないためである。
【００２４】
このため、高輝度な光輝度を得るには、大きな角度で液晶パネルに光を入射させる必要が生じる。
しかし、図１６、図１７に示すような従来の光学系では以下のような問題があった。
【００２５】
大きな広がり角度で液晶パネルに光を入射させる場合、光路の断面積が増大してしまうことである。
ここで、図１６に示した光学系において、光の入射角度を大きくすることを考える。
すると、図２０に示すように、ＰＢＳ、特に第１ＰＢＳ２０の入射前の光路において、光束の断面積が大きくなるため、光学素子である第２フィールドレンズ２４と照明光が干渉してしまう。
【００２６】
これを防ぐには、たとえば図２１に示すように、色合成プリズム２６を大きくするか、図２２に示すように、ＰＢＳ２０〜２２と色合成プリズム２６の間を離す、もしくは図２３に示すように、ＰＢＳ２０〜２２と色合成プリズム２６の間に、透明部材６１、６２、６３を設置することが必要であった。
【００２７】
図２１のように色合成プリズムを大きくすると、コストの面、重量の面で不利である。
また、図２１〜２３においては、液晶パネルから投射レンズまでの距離（バックフォーカス）が増大し、投射レンズが大きく、重くなってしまうという欠点があった。
これは、等長光学系である図１７に示す光学系でも同様であった。
【００２８】
また、これまではＰＢＳへの入射角度θが４５度である場合をみてきたが、これが４５度より大きくなると、さらに、干渉する条件が厳しくなる。
【００２９】
このように、従来用いられてきた３つのＰＢＳを有する３板フルカラー反射型液晶プロジェクタ１０，３０では、高輝度を得るために、液晶パネルへの入射角度を大きくする場合、投射レンズから液晶パネルまでのバックフォーカス長が増大し、投射レンズが大きくなり装置の大型化を招き、また、重くなるという不利益があった。
また、ＰＢＳの体積も増大する可能性がある。
【００３０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を防止でき、また軽量化を図れる光学装置およびそれを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３２】
また、本発明の光学装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３３】
また、本発明の投射型表示装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３４】
また、本発明の投射型表示装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３５】
また、本発明では、上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる。
【００３６】
また、本発明では、上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む。
【００３７】
また、本発明では、上記レンズはフレネルレンズを含む。
【００３８】
また、本発明では、上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む。
【００３９】
また、本発明では、上記光学素子は、偏角プリズムを含む。
【００４０】
また、本発明では、上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している。
【００４１】
本発明によれば、光源から、たとえば白色光による照明光が第１の色分離手段に出射される。
そして、第１の色分離手段では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む合成波長光（照明光）と第３の波長帯域の第３の波長光とに分離され、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む合成波長光は、反射手段に入射される。
一方、第３の波長光は、たとえば他の反射手段等を介して、光学素子に導かれ、第３反射型空間光変調手段に入射される。
反射手段では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、反射光の光束の、端の光線が、第２の偏光処理手段の入射部に配置された光学素子に至らない（当たらない）光路をもって第２の色分離手段に入射するように反射される。
第２の色分離手段では、反射手段で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として、たとえば第１の偏光処理手段の入射部に配置された第１の光学素子に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第２の色分離手段で反射されて第２の波長光として、第２の偏光処理手段の入射部に配置された第２の光学素子に出射される。
以上の第１および第２の色分離手段の波長分離機能により、光源より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００４２】
たとえば第１の光学素子では、第２の色分離手段を透過した第１の波長光が、斜めに入射される。そして、第１の光学素子では、少なくとも光束の中心光線が第１の偏光処理手段の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１の偏光処理手段に出射される。
また、第２の光学素子では、第２の色分離手段で反射された第２の波長光が、斜めに入射される。そして、第２の光学素子では、少なくとも光束の中心光線が第２の偏光処理手段の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２の偏光処理手段に出射される。
第１の偏光処理手段では、第１の光学素子を介して入射した第１の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第１の照明光として第１の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第１の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、たとえば印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射部から第１の偏光分離手段に出射される。
そして、第１の偏光分離手段では、第１の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
【００４３】
第２の偏光分離手段では、第２の光学素子を介して入射した第２の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第２の照明光として第２の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第２の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射部から第２の偏光処理手段に出射される。
そして、第２の偏光処理手段では、第２の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
同様に、第３の偏光処理手段では、入射した第３の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第３の照明光として第３の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第３の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射部から第３の偏光処理手段に出射される。
そして、第３の偏光処理手段では、第３の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
色合成手段では、第１〜第３の偏光分離手段より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射光学系を介してスクリーンに投射される。
【００４４】
本発明によれば、光学素子は、上述したように、光学素子を通過する光束を所定の角度、折り曲げるように作用し、すなわち、前記光束の光軸を折り曲げ、偏光分離手段に入射せしめる。
これにより、光学系において、光束と、部品などとの干渉を防ぎ、小さな光学系を実現できる。
この結果、この光学装置を採用した投射型表示装置においては、投射光学系と反射型空間光変調手段との光路長が短くなり、投射光学系を小さくすることが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第１の実施形態を示す構成図である。
この反射型液晶プロジェクタ装置１００は、不等光路光学系の光学装置を用いている。
【００４６】
この反射型液晶プロジェクタ装置１００は、図１に示すように、光源１０１、集光レンズ１０２、反射手段および第１の色分離手段としての第１色分離ミラー１０３、第２色分離ミラー１０４、反射ミラー１０５、リレーレンズ１０６、第１の反射型空間光変調手段としての第１反射型液晶パネル１０７、第２の反射型空間光変調手段としての第２反射型液晶パネル１０８、第３の反射型空間光変調手段としての第３反射型液晶パネル１０９、第１の偏光処理手段としての第１ＰＢＳ１１０、第２の偏光処理手段としての第２ＰＢＳ１１１、第３の偏光処理手段としての第３ＰＢＳ１１２、光学素子としての第１フィールドレンズ１１３、光学素子としての第２フィールドレンズ１１４、光学素子としての第３フィールドレンズ１１５、色合成手段としての色合成プリズム１１６、投射光学系としての投射レンズ１１７、およびスクリーン１１８を有している。
【００４７】
反射型液晶プロジェクタ装置１００において、色合成プリズム１１６は、図１において上面１１６ａが投射レンズ１１７の光入射面と対向するように配置されている。
第１ＰＢＳ１１０は、色合成プリズム１１６の図１において左側面１１６ｂ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第２ＰＢＳ１１１は、色合成プリズム１１６の図１において下面１１６ｃ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第３ＰＢＳ１１２は、色合成プリズム１１６の図１において右側面１１６ｄ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
【００４８】
第１ＰＢＳ１１０の図１において左側面１１０ａに近接して、第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａが対向するように配置されている。また、第１ＰＢＳ１１０の図１において下面１１０ｂに近接して、あるいは一体的に第１フィールドレンズ１１３が配置されている。
【００４９】
第２ＰＢＳ１１１の図１において下面１１１ａに近接して、第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａが対向するように配置されている。また、第２ＰＢＳ１１１の図１において左側面１１１ｂに近接して、あるいは一体的に第２フィールドレンズ１１４が配置されている。
【００５０】
第３ＰＢＳ１１２の図１において右側面１１２ａに近接して、第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａが対向するように配置されている。また、第３ＰＢＳ１１２の図１において下面１１２ｂに近接して、あるいは一体的に第３フィールドレンズ１１５が配置されている。
【００５１】
光源１０１は、たとえば放電ランプ１０１ａとリフレクタ１０１ｂにより構成され、白色光による照明光を出射する。
【００５２】
集光レンズ１０２は、光源１０１により出射される照明光を、ほぼ平行な光束に変換して第１色分離ミラー１０３に向けて出射する。
集光レンズ１０２としては、ガラスやプラスチックのものが用いられる。
なお、図１の例では、光源１０１による照明光をほぼ平行光束に変換する手段として、集光レンズを用いているが、たとえばマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）と呼ばれる複数のレンズを組み合わせたレンズ板や透明物質で作られた導光筒等を用いることも可能である。
【００５３】
第１色分離ミラー１０３は、集光レンズ１０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光（合成波長光）を、第２色分離ミラー１０４に向かって反射し、第３の波長帯域の照明光を透過させて反射ミラー１０５に向かって出射する。
第１色分離ミラー１０３は、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を、反射するに際し、図２に示すように、反射光の光束の、端の光線１０３Ｒが、第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）光路をもって第２色分離ミラー１０４に入射するように、配置されている。
そして、第１色分離ミラー１０３は、反射光束が第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するために、図２に示すように、第２フィールドレンズ１１４の配置位置より第２色分離ミラー１０４の配置側（図１では左側）で、反射光束の中心の光線１０３Ｃが、投射レンズ１１７の光軸ＯＡと平行にならない角度もって斜めに反射させ得る角度をもって配置されている。
なお、第１色分離ミラー１０３は、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【００５４】
第２色分離ミラー１０４は、色分離面が第１分離ミラー１０３の分離面とほぼ平行となるように第１フィールドレンズ１１３および第２フィールドレンズ１１４の近傍に配置され、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を入射し、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として第１フィールドレンズ１１３に出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として第２フィールドレンズ１１４に出射する。
なお、第２色分離ミラー１０４は、第１色分離ミラー１０３と同様に、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【００５５】
反射ミラー１０５は、第１色分離ミラー１０３を透過した第３の波長帯域の照明光を、リレーレンズ１０６、第３ＰＢＳ１１２の配置方向で、投射レンズ１１７の光軸ＯＡにほぼ平行な方向に反射する。
【００５６】
リレーレンズ１０６は、反射ミラー１０５で反射された第３の波長帯域の照明光を受けて、光源１０１から第１反射型液晶パネル１０７、第２反射型液晶パネル１０８への光路長と、第３反射型液晶パネル１０９への光路長との違いに基づいて、さらに照明光の像を生成させ、第３の波長光として第３フィールドレンズ１１５に出射する。
【００５７】
第１反射型液晶パネル１０７は、反射層を内蔵し、第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａから出射され、光入出射面１０７ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面１０７ａから第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａに出射する。
【００５８】
第２反射型液晶パネル１０８は、反射層を内蔵し、第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａから出射され、光入出射面１０８ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面１０８ａから第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａに出射する。
【００５９】
第３反射型液晶パネル１０９は、反射層を内蔵し、第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａから出射され、光入出射面１０９ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面１０９ａから第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａに出射する。
【００６０】
第１ＰＢＳ１１０は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１０ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第１フィールドレンズ１１３による第１の波長光のうち、図３（ａ）に示すように、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面１１０ａから第１の照明光として第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａに出射し、また、図３（ｂ）に示すように、第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａから出射された第１の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１０ｃで透過させて色合成プリズム１１６の側面１１６ｂに出射する。
なお、第１ＰＢＳ１１０は、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６１】
第２ＰＢＳ１１１は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１１ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第２フィールドレンズ１１４による第２の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して下面１１１ａから第２の照明光として第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａに出射し、また、第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａから出射された第２の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１１ｃで透過させて色合成プリズム１１６の下面１１６ｃに出射する。
なお、第２ＰＢＳ１１１は、第１ＰＢＳ１１０と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６２】
第３ＰＢＳ１１２は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１２ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第３フィールドレンズ１１３による第３の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面１１２ａから第３の照明光として第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａに出射し、また、第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａから出射された第３の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１２ｃで透過させて色合成プリズム１１６の側面１１６ｄに出射する。
なお、第３ＰＢＳ１１２は、第１ＰＢＳ１１０および第２ＰＢＳ１１１と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６３】
第１フィールドレンズ１１３は、第１ＰＢＳ１１０の光入射面を形成する下面１１０ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第２色分離ミラー１０４を透過した第１の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第１ＰＢＳ１１０の偏光分離合成面１１０ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第１フィールドレンズ１１３は、その光軸が、第１フィールドレンズ１１３を通過する第１の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、図４に示すように、第１フィールドレンズ１１３は、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束Ｌ１０４の出射方向を投射レンズ１１７の光軸ＯＡに略平行な方向の光束Ｌ１１３に変更して第１ＰＢＳ１１０に入射させる。
【００６４】
第２フィールドレンズ１１４は、第２ＰＢＳ１１１の光入射面を形成する側面１１１ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に平行ではない方向から斜めに入射される第２色分離ミラー１０４を反射され第２の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第２ＰＢＳ１１１の偏光分離合成面１１１ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第２フィールドレンズ１１４は、第１フィールドレンズ１１３と同様に、その光軸が、第２フィールドレンズ１１４を通過する第２の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ１１４は、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射した第２の波長光の光束の出射方向を投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に略平行な方向の光束に変更して第２ＰＢＳ１１１に入射させる。
【００６５】
第３フィールドレンズ１１５は、第３ＰＢＳ１１２の光入射面を形成する下面１１２ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されるリレーレンズ１０６を透過した第３の波長光の光束の中心光線を第３ＰＢＳ１１２の偏光分離合成面１１２ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
なお、第３フィールドレンズ１１５は、入射光束の中心が投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されことから、偏心構造をとっていない。
ただし、第３フィールドレンズ１１５も偏心構造を採用したものを用いることは勿論可能である。この場合、反射ミラー１０５やリレーレンズ１０６の配置位置や角度が適宜変更される。
【００６６】
なお、入射光束を屈折させて、ＰＢＳの入射角度をもって出射させる光学素子としては、偏心構造を持ったせたフィールドレンズを用いる代わりに、たとえば図５、図６、図７に示すような光学素子を用いることも可能である。
【００６７】
図５に示す例は、偏心構造を持たないフィールドレンズ１２０と、フィールドレンズ１２０への入射光路に配置された透明部材で形成された偏角プリズム１２１との組み合わせで、入射光束を屈折させてＰＢＳに入射される例である。
【００６８】
図６に示す例は、フィールドレンズをフレネルレンズ１２２で構成し、その光軸を入射光束に対し偏心させた例である。
【００６９】
また、図７に示す例は、偏角プリズムとＰＢＳを一体化し、ＰＢＳ１３０の入射面１３０ａ自体で光束を屈折させる例である。
【００７０】
色合成プリズム１１６は、図８に示すように、第１ＰＢＳ１１０から出射され、左側面１１６ｂ側から入射した第１反射型液晶パネル１０７による第１の変調光を投射レンズ１１７の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、第２ＰＢＳ１１１から出射され、下面１１６ｃから入射した第２反射型液晶パネル１０８による第２の変調光を、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向に透過させ、第３ＰＢＳ１１２から出射され、右側面１１６ｄ側から入射した第３反射型液晶パネル１０９による第３の変調光を投射レンズ１１７の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、これら第１〜第３の変調光を合成して、合成光を投射レンズ１１７に出射する。
【００７１】
投射レンズ１１７は、色合成プリズム１１６による合成光、すなわち、第１〜第３反射型液晶パネル１０７〜１０９による映像光をスクリーン１１８上に結像させる。
【００７２】
次に、上記構成による動作を説明する。
【００７３】
光源１０１に対して図示しない電源回路から所定の電力が供給され、これにより、光源１０１から白色光による照明光を出射される。光源１０１により出射される照明光は、集光レンズ１０２によりほぼ平行な光束に変換されて第１色分離ミラー１０３に向けて出射される。
【００７４】
第１色分離ミラー１０３では、集光レンズ１２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が第２色分離ミラー１０４に向かって反射され、第３の波長帯域の光が透過されて反射ミラー１０５に向かって出射される。
このとき、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光は、反射光の光束の、端の光線１０３Ｒが、第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）光路で、しかも第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路をもって第２色分離ミラー１０４に入射される。
【００７５】
第２色分離ミラー１０４では、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として第１フィールドレンズ１１３に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第２色分離ミラー１０４で反射されて第２の波長光として第２フィールドレンズ１１４に出射される。
以上の第１色分離ミラー１０３および第２色分離ミラー１０４の波長分離機能により、光源１０１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００７６】
また、第１色分離ミラー１０３を透過した第３の波長帯域の照明光は、反射ミラー１０５においてリレーレンズ１０６、第３ＰＢＳ１１２の配置方向で、投射レンズ１１７の光軸ＯＡにほぼ平行な方向に反射されて、リレーレンズ１０６に入射される。
そして、リレーレンズ１０６では、反射ミラー１０５で反射された第３の波長帯域の照明光を受けて、光源１０１から第１反射型液晶パネル１０７、第２反射型液晶パネル１０８への光路長と、第３反射型液晶パネル１０９への光路長との違いに基づいて、さらに照明光の像が生成され、第３の波長光として第３フィールドレンズ１１５に出射される。
【００７７】
第１フィールドレンズ１１３では、第２色分離ミラー１０４を透過した第１の波長光が、投射レンズ１１７の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第１フィールドレンズ１１３では、少なくとも光束の中心光線が第１ＰＢＳ１１０の偏光分離合成面１１０ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１ＰＢＳ１１０に出射される。
また、第２フィールドレンズ１１４では、第２色分離ミラー１０４で反射された第２の波長光が、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向とは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第２フィールドレンズ１１４では、少なくとも光束の中心光線が第２ＰＢＳ１１１の偏光分離合成面１１１ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２ＰＢＳ１１１に出射される。
また、第３フィールドレンズ１１４では、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されるリレーレンズ１０６を透過した第３の波長光が、その光束の中心光線が第３ＰＢＳ１１２の偏光分離合成面１１２ｃに４５度の入射角度をもって入射するように出射される。
【００７８】
第１ＰＢＳ１１０では、第１フィールドレンズ１１３を介して入射した第１の波長光のうち、Ｓ偏光が第１の照明光として第１反射型液晶パネル１０７に向けて反射される。
第１反射型液晶パネル１０７では、光入出射面１０７ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面１０７ａから第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａに出射される。
そして、第１ＰＢＳ１１０では、第１の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００７９】
第２ＰＢＳ１１１では、第２フィールドレンズ１１４を介して入射した第２の波長光のうち、Ｓ偏光が第２の照明光として第２反射型液晶パネル１０８に向けて反射される。
第２反射型液晶パネル１０８では、光入出射面１０８ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面１０８ａから第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａに出射される。
そして、第２ＰＢＳ１１１では、第２の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００８０】
同様に、第３ＰＢＳ１１２では、第３フィールドレンズ１１５を介して入射した第３の波長光のうち、Ｓ偏光が第３の照明光として第２反射型液晶パネル１０９に向けて反射される。
第３反射型液晶パネル１０９では、光入出射面１０９ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面１０９ａから第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａに出射される。
そして、第３ＰＢＳ１１２では、第３の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００８１】
色合成プリズム１１６では、第１〜第３ＰＢＳ１１０〜１１２より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ１１７を介してスクリーン１１８に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置１００においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル１０７〜１０９で形成された映像がスクリーン１１８に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【００８２】
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、第１色分離ミラー１０３を、反射光束が第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）ように、しかも可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するように、第２フィールドレンズ１１４の配置位置より第２色分離ミラー１０４の配置側で、反射光束の中心の光線１０３Ｃが、投射レンズ１１７の光軸ＯＡと平行にならない角度をもって斜めに反射させ得る角度をもって配置し、また、第１ＰＢＳ１１０および第２ＰＢＳ１１１の入射側において、入射光束を屈折させて設定入射角度をもってＰＢＳに入射させる光学素子としての第１フィールドレンズ１１３、第２フィールドレンズ１１４を設けたので、光束を第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に近づけることができることから、第１ＰＢＳ１１０、第２ＰＢＳ１１１と色合成プリズム１１６との距離を短くできる。このため、投射レンズと液晶パネルの距離を長くする必要がなく投射レンズの増大を避けることができる。また、ＰＢＳに、光束が入射する角度は、たとえば偏心構造を持ったフィールドレンズにより、従来と同じ角度で、入射できる。
【００８３】
なお、以上の説明では、ＰＢＳの入射角度θが４５度に設定された場合を例に説明したが、本発明は、図９および図１０に示すように、入射角度が４５度以外のＰＢＳを用いる場合でも適用できる。
なお、図９は、入射角度θが４５度より大きいＰＢＳを用いた場合を示し、図１０は、入射角度θが４５度より小さいＰＢＳを用いた例を示している。
これらの場合、フィールドレンズの偏心量等が最適なものに適宜設定される。
【００８４】
また、本実施形態では、図１において光源１０１を色分離ミラー１０３の左側方に配置した例を説明したが、たとえば、図１において色分離ミラー１０３の下方に配置し、色分離ミラーとして、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を透過させ、第３の波長帯域の照明光を反射ミラー１０５に向かって反射するものを用いて構成することも可能である。この場合も、上記した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
第２実施形態
図１１は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第２の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００は、等光路光学系の光学装置を用いている。
【００８６】
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００は、図１１に示すように、光源２０１、集光レンズ２０２、第１の色分離手段としての第１色分離ミラー２０３、第１の色分離手段としての第２色分離ミラー２０４、第１の色分離手段としての第３色分離ミラー２０５、第１の色分離手段としての第４色分離ミラー２０６、第２の色分離手段としての第５色分離ミラー２０７、反射手段としての第１反射ミラー２０８、第２反射ミラー２０９、第１の反射型空間光変調手段としての第１反射型液晶パネル２１０、第２の反射型空間光変調手段としての第２反射型液晶パネル２１１、第３の反射型空間光変調手段としての第３反射型液晶パネル２１２、第１の偏光処理手段としての第１ＰＢＳ２１３、第２の偏光処理手段としての第２ＰＢＳ２１４、第３の偏光処理手段としての第３ＰＢＳ２１５、光学素子としての第１フィールドレンズ２１６、光学素子としての第２フィールドレンズ２１７、光学素子としての第３フィールドレンズ２１８、色合成手段としての色合成プリズム２１９、投射系光学系としての投射レンズ２２０、およびスクリーン２２１を有している。
【００８７】
反射型液晶プロジェクタ装置２００においては、色合成プリズム２１９は、その光学的中心部が投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行配置するように、図１１において上面２１９ａが投射レンズ２２０の光入射面と対向するように配置されている。
また、反射型液晶プロジェクタ装置２００においては、光源２０１、および集光レンズ２０２は、その光軸が１１が投射レンズ２２０の光軸ＯＡと略一致するように配置されている。
【００８８】
そして、第１ＰＢＳ２１３は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに直交するように、色合成プリズム２１９の図１１において左側面２１９側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第２ＰＢＳ２１４は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに一致するように、色合成プリズム２１９の図１１において下面２１９ｃ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第３ＰＢＳ２１５は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに直交するように、色合成プリズム２１９の図１１において右側面２１９ｄ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
【００８９】
第１ＰＢＳ２１３の図１１において左側面２１３ａに近接して、第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａが対向するように配置されている。また、第１ＰＢＳ２１３の図１１において下面２１３ｂに近接して、あるいは一体的に第１フィールドレンズ２１６が配置されている。
【００９０】
第２ＰＢＳ２１４の図１１において下面２１４ａに近接して、第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａが対向するように配置されている。また、第２ＰＢＳ２１４の図１１において左側面２１４ｂに近接して、あるいは一体的に第２フィールドレンズ２１７が配置されている。
【００９１】
第３ＰＢＳ２１５の図１１において右側面２１５ａに近接して、第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａが対向するように配置されている。また、第３ＰＢＳ２１５の図１１において下面２１５ｂに近接して、あるいは一体的に第３フィールドレンズ２１８が配置されている。
【００９２】
光源２０１は、たとえば放電ランプ２０１ａとリフレクタ２０１ｂにより構成され、白色光による照明光を出射する。
【００９３】
集光レンズ２０２は、光源１０１により出射される照明光を、ほぼ平行な光束に変換して交差するように配置された第１〜第４色分離ミラー２０３〜２０６に向けて出射する。
集光レンズ１０２としては、ガラスやプラスチックのものが用いられる。
なお、図１１の例では、光源１０１による照明光をほぼ平行光束に変換する手段として、集光レンズを用いているが、たとえばマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）と呼ばれる複数のレンズを組み合わせたレンズ板や透明物質で作られた導光筒等を用いることも可能である。
【００９４】
第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６が直線状に配置され、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５が直線状に配置され、両者がＸ字状に交差するように配置されている。
そして、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６が同じ特性を持ち、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５が同じ特性を持つように構成されている。
【００９５】
具体的は、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６は、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光（合成波長光）を、図１１において左側に配置された第１反射ミラー２０８に向かって反射（照明光の入射光路に対して略９０度の角度で左方向に反射）し、第３の波長帯域の照明光（第３の波長光）を透過させる。
一方、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５は、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、第３の波長帯域の照明光を図１１において右側に配置された第２反射ミラー２０９に向かって反射（照明光の入射光路に対して略９０度の角度で右方向に反射）し、残りの光を透過させる。
したがって、第３色分離ミラー２０５を透過し、第１色分離ミラー２０３で反射された光束、あるいは、第４色分離ミラー２０６で反射され第３色分離ミラー２０４を透過した照明光が第１反射ミラー２０８の反射面に入射される。
一方、第４色分離ミラー２０６を透過し、第２色分離ミラー２０４で反射された光束、あるいは、第３色分離ミラー２０５で反射され第４色分離ミラー２０６を透過した照明光が第２反射ミラー２０９の反射面に入射される。
【００９６】
第１反射ミラー２０８は、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を、反射するに際し、図１１に示すように、反射光の光束の、端の光線２０８Ｒが、第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第５色分離ミラー２０７に入射するように、配置されている。
さらに具体的には、第１反射ミラー２０８は、反射光束が第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するために、図１１に示すように、第２フィールドレンズ２１７の配置位置より第５色分離ミラー２０７の配置側（図１１では左側）で、反射光束の中心の光線２０８Ｃが、投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行にならない角度もって、図１１において、右斜め上方向に反射させ得る角度をもって配置されている。
【００９７】
第２反射ミラー２０９は、第３の波長帯域の照明光を、反射するに際し、図１１に示すように、反射光の光束の、端の光線２０９Ｒが、第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第３フィールドレンズ２１８に入射するように、配置されている。
さらに具体的には、第２反射ミラー２０９が、反射光束が第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２ＰＢＳ２１４に近接した反射光路を確保するために、図１１に示すように、第２ＰＢＳ２１４の配置位置より第３ＰＢＳ２１５の配置側（図１１では右側）で、反射光束の中心の光線２０９Ｃが、投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行にならない角度もって、図１１において、右斜め左方向に反射させ得る角度をもって配置されている。
【００９８】
第５色分離ミラー２０７は、第１フィールドレンズ２１６および第２フィールドレンズ２１７の近傍に配置され、第１反射ミラー２０８で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を入射し、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として第１フィールドレンズ２１６に出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として第２フィールドレンズ２１７に出射する。
【００９９】
なお、第１〜第５色分離ミラー２０３〜２０７は、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【０１００】
第１反射型液晶パネル２１０は、反射層を内蔵し、第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａから出射され、光入出射面２１０ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面２１０ａから第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａに出射する。
【０１０１】
第２反射型液晶パネル２１１は、反射層を内蔵し、第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａから出射され、光入出射面２１１ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面２１１ａから第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａに出射する。
【０１０２】
第３反射型液晶パネル２１２は、反射層を内蔵し、第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａから出射され、光入出射面２１２ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面２１２ａから第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａに出射する。
【０１０３】
第１ＰＢＳ２１３は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１３ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第１フィールドレンズ２１６による第１の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面２１３ａから第１の照明光として第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａに出射し、また、第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａから出射された第１の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１３ｃで透過させて色合成プリズム２１９の側面２１９ｂに出射する。
なお、第１ＰＢＳ２１３は、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０４】
第２ＰＢＳ２１４は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１４ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第２フィールドレンズ２１７による第２の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して下面２１４ａから第２の照明光として第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａに出射し、また、第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａから出射された第２の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１４ｃで透過させて色合成プリズム２１９の下面２１９ｃに出射する。
なお、第２ＰＢＳ２１４は、第１ＰＢＳ２１３と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０５】
第３ＰＢＳ２１５は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１５ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第３フィールドレンズ２１８による第３の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面２１５ａから第３の照明光として第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａに出射し、また、第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａから出射された第３の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１５ｃで透過させて色合成プリズム２１９の側面２１９ｄに出射する。
なお、第３ＰＢＳ２１５は、第１ＰＢＳ２１３および第２ＰＢＳ２１４と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０６】
第１フィールドレンズ２１６は、第１ＰＢＳ２１３の光入射面を形成する下面２１３ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第５色分離ミラー２０７を透過した第１の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第１ＰＢＳ２１３の偏光分離合成面２１３ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第１フィールドレンズ２１６は、その光軸が、第１フィールドレンズ２１６を通過する第１の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ２１６は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束Ｌ２０７の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに略平行な方向の光束Ｌ２１６に変更して第１ＰＢＳ２１３に入射させる。
【０１０７】
第２フィールドレンズ２１７は、第２ＰＢＳ２１４の光入射面を形成する側面２１４ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に平行ではない方向から斜めに入射される第５色分離ミラー２０７を反射され第２の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第２ＰＢＳ２１４の偏光分離合成面２１４ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第２フィールドレンズ２１７は、第１フィールドレンズ２１６と同様に、その光軸が、第２フィールドレンズ２１７を通過する第２の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ２１７は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射した第２の波長光の光束の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に略平行な方向の光束に変更して第２ＰＢＳ２１４に入射させる。
【０１０８】
第３フィールドレンズ２１８は、第３ＰＢＳ２１５の光入射面を形成する下面２１５ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第２反射ミラー２０９で反射された第３の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第３ＰＢＳ２１５の偏光分離合成面２１５ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第３フィールドレンズ２１８は、その光軸が、第３フィールドレンズ２１８を通過する第３の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第３フィールドレンズ２１８は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに略平行な方向の光束に変更して第３ＰＢＳ２１５に入射させる。
【０１０９】
なお、入射光束を屈折させて、ＰＢＳの入射角度をもって出射させる光学素子としては、偏心構造を持ったせたフィールドレンズを用いる代わりに、たとえば図５、図６、図７に示すような光学素子を用いることも勿論可能である。
【０１１０】
色合成プリズム２１９は、第１ＰＢＳ２１３から出射され、左側面２１９ｂ側から入射した第１反射型液晶パネル２１０による第１の変調光を投射レンズ２２０の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、第２ＰＢＳ２１４から出射され、下面２１９ｃから入射した第２反射型液晶パネル２１１による第２の変調光を、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行な方向に透過させ、第３ＰＢＳ２１５から出射され、右側面２１９ｄ側から入射した第３反射型液晶パネル２１２による第３の変調光を投射レンズ２２０の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、これら第１〜第３の変調光を合成して、投射レンズ２２０に出射する。
【０１１１】
投射レンズ２２０は、色合成プリズム２１９による合成光、すなわち、第１〜第３反射型液晶パネル２１０〜２１２による映像光をスクリーン２２１上に結像させる。
【０１１２】
次に、上記構成による動作を説明する。
【０１１３】
光源２０１に対して図示しない電源回路から所定の電力が供給され、これにより、光源２０１から白色光による照明光を出射される。光源２０１により出射される照明光は、集光レンズ２０２によりほぼ平行な光束に変換されて交差配置された第１〜第４色分離ミラー２０３〜２０６に向けて出射される。
【０１１４】
そして、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６において、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、第１反射ミラー２０８に向かって反射される。
一方、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５において、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、第３の波長帯域の照明光が、第２反射ミラー２０９に向かって反射される。
【０１１５】
第１反射ミラー２０８では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、反射光の光束の、端の光線２０８Ｒが、第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第５色分離ミラー２０７に入射するように反射される。
また、第２反射ミラー２０９では、第３の波長帯域の照明光が、反射光の光束の、端の光線２０９Ｒが、第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第３フィールドレンズ２１８に入射するように反射される。
【０１１６】
第５色分離ミラー２０７では、第１反射ミラー２０８で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として第１フィールドレンズ２１７に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第５色分離ミラー２０７で反射されて第２の波長光として第２フィールドレンズ２１７に出射される。
以上の第１〜第５色分離ミラー２０３〜２０７の波長分離機能により、光源２０１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【０１１７】
第１フィールドレンズ２１６では、第５色分離ミラー２０７を透過した第１の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第１フィールドレンズ２１６では、少なくとも光束の中心光線が第１ＰＢＳ２１３の偏光分離合成面２１３ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１ＰＢＳ２１３に出射される。
また、第２フィールドレンズ２１７では、第５色分離ミラー２０７で反射された第２の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向とは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第２フィールドレンズ２１７では、少なくとも光束の中心光線が第２ＰＢＳ２１４の偏光分離合成面２１４ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２ＰＢＳ２１４に出射される。
また、第３フィールドレンズ２１８では、第２反射ミラー２０９で反射された第３の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第３フィールドレンズ２１８では、少なくとも光束の中心光線が第３ＰＢＳ２１５の偏光分離合成面２１５ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第３ＰＢＳ２１５に出射される。
【０１１８】
第１ＰＢＳ２１３では、第１フィールドレンズ２１６を介して入射した第１の波長光のうち、Ｓ偏光が第１の照明光として第１反射型液晶パネル２１０に向けて反射される。
第１反射型液晶パネル２１０では、光入出射面２１０ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面２１０ａから第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａに出射される。
そして、第１ＰＢＳ２１３では、第１の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１１９】
第２ＰＢＳ２１４では、第２フィールドレンズ２１７を介して入射した第２の波長光のうち、Ｓ偏光が第２の照明光として第２反射型液晶パネル２１１に向けて反射される。
第２反射型液晶パネル２１１では、光入出射面２１１ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面２１１ａから第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａに出射される。
そして、第２ＰＢＳ２１４では、第２の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１２０】
同様に、第３ＰＢＳ２１５では、第３フィールドレンズ２１８を介して入射した第３の波長光のうち、Ｓ偏光が第３の照明光として第３反射型液晶パネル２１２に向けて反射される。
第３反射型液晶パネル２１２では、光入出射面２１２ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面２１２ａから第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａに出射される。
そして、第３ＰＢＳ２１５では、第３の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１２１】
色合成プリズム２１９では、第１〜第３ＰＢＳ２１３〜２１５より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ２２０を介してスクリーン２２１に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置２００においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル２１０〜２１２で形成された映像がスクリーン２２１に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【０１２２】
以上説明したように、本第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
すなわち、光束を第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に近づけることができことから、第１ＰＢＳ２１３、第２ＰＢＳ２１４と色合成プリズム２１９との距離を短くできる。このため、投射レンズと液晶パネルの距離を長くする必要がなく投射レンズの増大を避けることができる。また、ＰＢＳに、光束が入射する角度は、たとえば偏心構造を持ったフィールドレンズにより、従来と同じ角度で、入射できる。
【０１２３】
また、本第２の実施形態においても、ＰＢＳの入射角度θが４５度に設定された場合を例に説明したが、本発明は、前述した第１の実施形態の場合と同様、図９および図１０に示すように、入射角度が４５度以外のＰＢＳを用いる場合でも適用できる。
これらの場合、フィールドレンズの偏心量等が最適なものに適宜設定される。
【０１２４】
第３実施形態
図１２は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第３の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００Ａは、等光路光学系の光学装置を用いている。
【０１２５】
本第３の実施形態が上述した第２の実施形態と異なる点は、光源２０１の照明光の出射側と集光レンズ２０２の光入射面側との間に、いわゆるインテグレータ光学系２３０を配置したことにある。
【０１２６】
このインテグレータ光学系２３０は、複数のレンズが配置され、光源２０１から出射された照明光を複数の像に分割し、これら分割像を集光して各分割像の光スポットを所定の位置にレイアウトさせる第１のマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）２３１と、第１ＭＬＡ２３１により集光される複数の光スポットに対応する複数のレンズが配置され、各レンズにより第１のＭＬＡ２３１により分割像を重畳結合して集光レンズ２０２に出射する第２のＭＬＡ２３２を有している。
【０１２７】
その他の構成は上述した第２の実施形態と同様である。
【０１２８】
本第３の実施形態によれば、上述した第２の実施形態の効果と同様の効果を得られることはもとより、効率の良い照明を実現できる利点がある。
【０１２９】
なお、インテグレータ光学系は、図１に示す不等光路光学系に適用できることはいうまでもない。
【０１３０】
第４実施形態
図１３は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第４の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００Ｂは、等光路光学系の光学装置を用いている。
【０１３１】
本第４の実施形態が上述した第３の実施形態と異なる点は、第１ＰＢＳ２１３Ａおよび第３ＰＢＳ２１５Ａが、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる特性のものを用いるに代えて、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射させる特性に有するもの構成したことにある。
そのため、第１反射型液晶パネル２１０が第１ＰＢＳ２１３Ａの上面側に配置され、同様に、第３反射型液晶パネル２１２が第３ＰＢＳ２１５Ａの上面側に配置されている。
【０１３２】
その他の構成は上述した第３の実施形態と同様である。
【０１３３】
本第４の実施形態によれば、上述した第３の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
なお、この構成は、図１に示す不等光路光学系に適用できることはいうまでもない。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光処理手段と色合成手段との距離を短くでき、光学装置の小型化、軽量化を図ることができる。
また、投射光学系と反射型空間光変調手段との距離を長くする必要がなく投射光学系の増大を避けることができ、投射光学系の小型化を図ることができる。
これに従い、装置の小型化、軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の第１色分離ミラーの配置および機能を説明するための図である。
【図３】図１のＰＢＳの機能を説明するための図である。
【図４】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子としての偏心構造を持つフィールドレンズを説明するための図である。
【図５】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図６】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図７】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図８】図１の色合成プリズムの機能を説明するための図である。
【図９】偏光分離合成面への入射角度が４５度より大きな角度であるようなＰＢＳを示す図である。
【図１０】偏光分離合成面への入射角度が４５度より小さな角度であるようなＰＢＳを示す図である。
【図１１】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図１２】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図１４】反射型液晶パネルを用いるプロジェクタ装置の基本動作を説明するための図である。
【図１５】反射型液晶パネルを用いるプロジェクタ装置の基本動作を他の例を説明するための図である。
【図１６】不等光路光学系を採用した従来の３板式反射型プロジェクタ装置を示す構成図である。
【図１７】等光路光学系を採用した従来の３板式反射型プロジェクタ装置を示す構成図である。
【図１８】偏光合成分離面への入射角度が４５度であるようなＰＢＳ（偏光ビームスプリッタスプリッタ）を説明するための図である。
【図１９】液晶パネルのある一点に入射する光束の様子を説明するための図である。
【図２０】従来装置において、液晶パネルへの入射角度を増すと、フィールドレンズ、ＰＢＳ、液晶パネルと光束が干渉してしまうことを説明するための図である。
【図２１】色合成プリズムを大きくして光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【図２２】色合成プリズムとＰＢＳの間隔を離し、光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【図２３】色合成プリズムとＰＢＳの間に透明部材を挿入し、光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【符号の説明】
１００…不等光路光学系の反射型液晶プロジェクタ装置、１０１…光源、１０２…集光レンズ、１０３…第１色分離ミラー（反射手段および第１の色分離手段）、１０４…第２色分離ミラー（第２の色分離手段）、１０５…反射ミラー、１０６…リレーレンズ、１０７…第１反射型液晶パネル（第１の反射型空間光変調手段）、１０８…第２反射型液晶パネル（第２の反射型空間光変調手段）、１０９…第３反射型液晶パネル（第３の反射型空間光変調手段）、１１０…第１ＰＢＳ（第１の偏光処理手段）、１１１…第２ＰＢＳ（第２の偏光処理手段）、１１２…第３ＰＢＳ（第３の偏光処理手段）、１１３…第１フィールドレンズ（光学素子）、１１４…第２フィールドレンズ（光学素子）、１１５…第３フィールドレンズ（光学素子）、１１６…色合成プリズム（色合成手段）、１１７…投射レンズ（投射光学系）、１１８…スクリーン、１２０…フィールドレンズ（光学素子）、１２１…偏角プリズム（光学素子）、１２２…偏心フレネルレンズ（光学素子）、１３０〜１３２…ＰＢＳ、２００，２００Ａ，２００Ｂ…等光路光学系の反射型液晶プロジェクタ装置、２０１…光源、２０２…集光レンズ、２０３…第１色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０４…第２色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０５…第３色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０６…第４色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０７…第５色分離ミラー（第２の色分離手段）、２０８…第１反射ミラー（反射手段）、２０９…第２反射ミラー、２１０…第１反射型液晶パネル（第１の反射型空間光変調手段）、２１１…第２反射型液晶パネル（第２の反射型空間光変調手段）、２１２…第３反射型液晶パネル（第３の反射型空間光変調手段）、２１３，２１３Ａ…第１ＰＢＳ（第１の偏光処理手段）、２１４…第２ＰＢＳ（第２の偏光処理手段）、２１５，２１５Ａ…第３ＰＢＳ（第３の偏光処理手段）、２１６…第１フィールドレンズ（光学素子）、２１７…第２フィールドレンズ（光学素子）、２１８…第３フィールドレンズ（光学素子）、２１９…色合成プリズム（色合成手段）、２２０…投射レンズ（投射光学系）、２２１…スクリーン２２１、２３０…インテグレータ光学系、２３１…第１のマイクロレンズアレイ、２３２…第２のマイクロレンズアレイ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば液晶プロジェクタ装置（投射装置）等の照明装置として用いられる光学装置およびそれを用いた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ装置は、液晶材料を用いた空間光変調器（以下、液晶パネルと呼ぶ）を用いるプロジェクタ装置である。
液晶プロジェクタにおいて、液晶パネル自体は発光しないことから、光源と組み合わせ、液晶パネルに光を照明する。そして、液晶パネルに映像信号を印加し、液晶パネルの像を、投射レンズにより、スクリーンに投射する。
これにより、小型で効率のよいプロジェクタ装置を実現できる。
【０００３】
ところで、コンピュータの高速化と共に、コンピュータの扱う画面の画素数は年々増加している。また、テレビジョン放送も、高画質化と共に、一画面の画素数が増える傾向にある。
これらに対応して、液晶プロジェクタにおいても画素数を増やして、高画質化を目指すようになってきた。
【０００４】
液晶パネルにおいて、画素数を増やすと、内部の配線が増えることになる。
液晶パネルに光が入射し、その入射した面の逆側から光が出射する、いわゆる透過型液晶パネルでは、画素数が増え、内部配線が増加すると、次のような問題が生じる。
それは、光が通過できる部分の面積（開口率と呼ぶ）が減少し、プロジェクタの光の利用率が減少することである。加えて、この問題は液晶パネルのサイズが小さくなるほど、顕著になる。
小さな液晶プロジェクタを作る上では、液晶パネルのサイズを小さくすることが肝心であるが、透過型液晶パネルを用い、画素数を増やすと、高輝度なプロジェクタ装置を実現することは困難である。
【０００５】
そこで、反射型液晶パネルを用いる技術が提案されてきた。
これは、液晶パネルに光が入射する面と、同じ面から光が出射するものである。反射型液晶パネルでは、液晶パネルの内部に光の反射層が内蔵されている。光は反射層で、反射し、液晶層を往復する。このときに各画素に印加される電界により、液晶が回転し、液晶材料の閃光性という性質により、入射光の偏光面が回転する。
反射型液晶パネルでは、各画素の配線を、反射層の光の非入射側（光が通らない部位側）に作ることで、画素数が増えても、開口率が劣化しないという特徴がある。このため、小さなサイズの液晶パネルで、かつ多くの画素を持つことができる。
【０００６】
反射型液晶パネルを用いる液晶プロジェクタ装置は、入射光と出射光が同一の面から出てくるために、入射光と出射光を分離する必要がある。
そこで、一般的に、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳという）が用いられる。
【０００７】
基本的には、図１４に示すように、反射層１ａを内蔵する液晶パネル１の光入出射面１ｂ側にＰＢＳ２を配置する。そして、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａは、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬは反射し、Ｐ偏光Ｐ−ＰＬは透過する機能を有する。
このような構成において、入射光ＬＩＮは、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａに対してＳ偏光Ｓ−ＰＬとなるようにし、ＰＢＳ２で反射させて液晶パネル１に入射させる。そして、液晶パネル１の反射層１ａで反射され、液晶層で変調されて液晶パネル１を出射し、再びＰＢＳ２に入射する。
液晶パネル１内部で変調され、偏光方向が変化した光は、ＰＢＳ２の偏光分離合成面２ａに対して、Ｐ偏光Ｐ−ＰＬの成分を持つので、ＰＢＳ２を透過し、図示しない投射レンズに入射して、スクリーンに向かう。
【０００８】
なお、図１５に示すように、入射光をＰ偏光Ｐ−ＰＬとし、スクリーンにはＳ偏光Ｓ−ＰＬが向かうようにした構成も採用可能である。
【０００９】
図１４、および図１５に示した光学系が、反射型液晶プロジェクタの基本原理である。
しかし、この光学系では、フルカラー画像を再現することができない。一般に光源として白色光を発する放電ランプなどが用いられる場合、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色の３原色に対応する３枚の液晶パネルを用いる必要がある。
【００１０】
反射型液晶パネルを用いて、フルカラー液晶プロジェクタを実現する場合、大きく２つの方法に分けることができる。
第１はＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）を３個用いる方法であり、第２は一個のみ用いる方法である。
以下では、３個のＰＢＳを用いる第１の方法を採用した３板式反射型プロジェクタ装置について説明する。
【００１１】
３個のＰＢＳを用いる３板式反射型プロジェクタ装置には、図１６に示すような光学装置のほかに、図１７に示すような光学装置が用いられる。
【００１２】
図１６の３板式反射型プロジェクタ装置１０は、光源１１、集光レンズ１２、第１色分離ミラー１３、第２色分離ミラー１４、反射ミラー１５、リレーレンズ１６、第１反射型液晶パネル１７、第２反射型液晶パネル１８、第３反射型液晶パネル１９、第１ＰＢＳ２０、第２ＰＢＳ２１、第３ＰＢＳ２２、第１フィールドレンズ２３、第２フィールドレンズ２４、第３フィールドレンズ２５、色合成プリズム２６、投射レンズ２７、およびスクリーン２８を有している。
【００１３】
図１６の３板式反射型プロジェクタ装置１０においては、放電ランプ１１ａとリフレクタ１１ｂにより構成される光源１１から白色光による照明光を出射される。光源１１により出射される照明光は、集光レンズ１２によりほぼ平行な光束に変換されて第１色分離ミラー１３に向けて出射される。
第１色分離ミラー１３では、集光レンズ１２より出射された照明光の光路上にて、所定波長の光が第２色分離ミラー１４の配置方向に反射され、残る照明光が透過される。
第２色分離ミラー１４では、第１色分離ミラー１３で反射された照明光の光路上にて、所定波長の照明光が反射され、残る照明光が透過される。これらにより、光源１１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００１４】
第２色分離ミラー１４を透過した照明光は、第１フィールドレンズ２３を介して第１ＰＢＳ２０に入射され、第２色分離ミラー１４で反射された照明光は、第２フィールドレンズ２４を介して第２ＰＢＳ２１に入射される。
また、第１色分離ミラー１３を透過した照明光は、反射ミラー１５で光路が略９０度異なる方向（第１色分離ミラー１３の反射方向に平行な方向）に反射され、リレーレンズ１６、さらに第３フィールドレンズ２５を介して第３ＰＢＳ２２に入射される。
【００１５】
第１ＰＢＳ２０では、第１フィールドレンズ２３を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第１反射型液晶パネル１７に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第１反射型液晶パネル１７では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第１ＰＢＳ２０に入射される。
そして、第１ＰＢＳ２０では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
【００１６】
同様に、第２ＰＢＳ２１では、第２フィールドレンズ２４を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第２反射型液晶パネル１８に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第２反射型液晶パネル１８では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第２ＰＢＳ２１に入射される。
そして、第２ＰＢＳ２１では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
第３ＰＢＳ２３では、第３フィールドレンズ２５を介して入射した照明光のうち、所定偏光面の照明光が第３反射型液晶パネル１９に向けて反射され、この偏光面と直交する偏光面の照明光は透過される。
また、第３反射型液晶パネル１９では、入射した照明光が空間光変調され、この変調光が再び第３ＰＢＳ２２に入射される。
そして、第３ＰＢＳ２２では、変調光のうち偏光成分が透過されて色合成プリズム２６に出射される。
【００１７】
色合成プリズム２６では、第１〜第３ＰＢＳ２０〜２２より入射された変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ２７を介してスクリーン２８に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置１０においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル１７〜１９で形成された映像がスクリーン２８に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【００１８】
また、図１７の３板式反射型プロジェクタ装置３０は、光源３１、集光レンズ３２、第１色分離ミラー３３、第２色分離ミラー３４、第３色分離ミラー３５、第４色分離ミラー３６、第５色分離ミラー３７、第１反射ミラー３８、第２反射ミラー３９、第１反射型液晶パネル４０、第２反射型液晶パネル４１、第３反射型液晶パネル４２、第１ＰＢＳ４３、第２ＰＢＳ４４、第３ＰＢＳ４５、第１フィールドレンズ４６、第２フィールドレンズ４７、第３フィールドレンズ４８、色合成プリズム４９、投射レンズ５０、およびスクリーン５１を有している。
【００１９】
図１７の３板式反射型プロジェクタ装置３０は、光源の位置が異なる点を除けば、基本的には図１６の装置と略同様の構成を有することから、その動作説明については、ここでは省略する。
【００２０】
図１６のプロジェクタ装置１０では、光源１１から、３枚の液晶パネル１７〜１９までの距離が等距離ではないが、図１７のプロジェクタ装置３０の場合では等距離となる。
このため、図１７のプロジェクタ装置３０は、図１６のプロジェクタ装置１０の場合に比べて、リレーレンズが不要である。
以下、図１６のプロジェクタ装置１０の光学装置を不等光路光学系、図１７のプロジェクタ装置３０の光学装置を等光路光学系と称することにする。
【００２１】
また、図１６、図１７のプロジェクタ装置１０，３０では、ともに第１〜第３ＰＢＳ１７〜１９、４３〜４５の光入射面側に、第１〜第３フィールドレンズ２３〜２５、４６〜４８が配置されている。
これらフィールドレンズ２３〜２５、４６〜４８は、各ＰＢＳに入射する光束をテレセントリック光学系とするものである。テレセントリック光学系とすることで、液晶パネルの各位置での輝度むらや色むらなどを均一にすることができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＢＳの偏光分離合成面と入射光の中心のなす入射角度は自由に決めることができない。
この入射角度とは、ＰＢＳの入射面に対して垂直に入射した光線が、偏光分離膜への入射する角度である。
たとえば、図１８に示すＰＢＳ２は、入射角度θ＝４５度の場合である。この角度θは、ＰＢＳを構成するガラスの屈折率により制限される。
一般的に用いられるガラスをＰＢＳに用いるとすると、θ＝４５度付近である場合が、良好な分離合成効率の設計が可能である。
【００２３】
また、液晶パネルに入る光束は、完全な平行光ではなく、ある角度を持つ光束が入射する。
図１９に示すように、液晶パネル１上のある一点に入射する光は、立体角を持つように光が入射するようになる。
これは、レーザのように、点光源とみなせるような光源でない場合（放電ランプなど）、効率よく光を液晶パネル１に集光するためには、ある角度を持ってパネル１に光を入射させなくてはならないためである。
【００２４】
このため、高輝度な光輝度を得るには、大きな角度で液晶パネルに光を入射させる必要が生じる。
しかし、図１６、図１７に示すような従来の光学系では以下のような問題があった。
【００２５】
大きな広がり角度で液晶パネルに光を入射させる場合、光路の断面積が増大してしまうことである。
ここで、図１６に示した光学系において、光の入射角度を大きくすることを考える。
すると、図２０に示すように、ＰＢＳ、特に第１ＰＢＳ２０の入射前の光路において、光束の断面積が大きくなるため、光学素子である第２フィールドレンズ２４と照明光が干渉してしまう。
【００２６】
これを防ぐには、たとえば図２１に示すように、色合成プリズム２６を大きくするか、図２２に示すように、ＰＢＳ２０〜２２と色合成プリズム２６の間を離す、もしくは図２３に示すように、ＰＢＳ２０〜２２と色合成プリズム２６の間に、透明部材６１、６２、６３を設置することが必要であった。
【００２７】
図２１のように色合成プリズムを大きくすると、コストの面、重量の面で不利である。
また、図２１〜２３においては、液晶パネルから投射レンズまでの距離（バックフォーカス）が増大し、投射レンズが大きく、重くなってしまうという欠点があった。
これは、等長光学系である図１７に示す光学系でも同様であった。
【００２８】
また、これまではＰＢＳへの入射角度θが４５度である場合をみてきたが、これが４５度より大きくなると、さらに、干渉する条件が厳しくなる。
【００２９】
このように、従来用いられてきた３つのＰＢＳを有する３板フルカラー反射型液晶プロジェクタ１０，３０では、高輝度を得るために、液晶パネルへの入射角度を大きくする場合、投射レンズから液晶パネルまでのバックフォーカス長が増大し、投射レンズが大きくなり装置の大型化を招き、また、重くなるという不利益があった。
また、ＰＢＳの体積も増大する可能性がある。
【００３０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型化を防止でき、また軽量化を図れる光学装置およびそれを用いた投射型表示装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光学装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３２】
また、本発明の光学装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３３】
また、本発明の投射型表示装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３４】
また、本発明の投射型表示装置は、光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、上記反射手段は、反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている。
【００３５】
また、本発明では、上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる。
【００３６】
また、本発明では、上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む。
【００３７】
また、本発明では、上記レンズはフレネルレンズを含む。
【００３８】
また、本発明では、上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む。
【００３９】
また、本発明では、上記光学素子は、偏角プリズムを含む。
【００４０】
また、本発明では、上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している。
【００４１】
本発明によれば、光源から、たとえば白色光による照明光が第１の色分離手段に出射される。
そして、第１の色分離手段では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む合成波長光（照明光）と第３の波長帯域の第３の波長光とに分離され、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む合成波長光は、反射手段に入射される。
一方、第３の波長光は、たとえば他の反射手段等を介して、光学素子に導かれ、第３反射型空間光変調手段に入射される。
反射手段では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、反射光の光束の、端の光線が、第２の偏光処理手段の入射部に配置された光学素子に至らない（当たらない）光路をもって第２の色分離手段に入射するように反射される。
第２の色分離手段では、反射手段で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として、たとえば第１の偏光処理手段の入射部に配置された第１の光学素子に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第２の色分離手段で反射されて第２の波長光として、第２の偏光処理手段の入射部に配置された第２の光学素子に出射される。
以上の第１および第２の色分離手段の波長分離機能により、光源より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００４２】
たとえば第１の光学素子では、第２の色分離手段を透過した第１の波長光が、斜めに入射される。そして、第１の光学素子では、少なくとも光束の中心光線が第１の偏光処理手段の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１の偏光処理手段に出射される。
また、第２の光学素子では、第２の色分離手段で反射された第２の波長光が、斜めに入射される。そして、第２の光学素子では、少なくとも光束の中心光線が第２の偏光処理手段の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２の偏光処理手段に出射される。
第１の偏光処理手段では、第１の光学素子を介して入射した第１の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第１の照明光として第１の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第１の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、たとえば印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射部から第１の偏光分離手段に出射される。
そして、第１の偏光分離手段では、第１の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
【００４３】
第２の偏光分離手段では、第２の光学素子を介して入射した第２の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第２の照明光として第２の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第２の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射部から第２の偏光処理手段に出射される。
そして、第２の偏光処理手段では、第２の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
同様に、第３の偏光処理手段では、入射した第３の波長光のうち、たとえばＳ偏光が第３の照明光として第３の反射型空間光変調手段に向けて反射される。
第３の反射型空間光変調手段では、光入出射部からたとえば所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射部から第３の偏光処理手段に出射される。
そして、第３の偏光処理手段では、第３の変調光のうちたとえばＰ偏光成分が透過されて色合成手段に出射される。
色合成手段では、第１〜第３の偏光分離手段より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射光学系を介してスクリーンに投射される。
【００４４】
本発明によれば、光学素子は、上述したように、光学素子を通過する光束を所定の角度、折り曲げるように作用し、すなわち、前記光束の光軸を折り曲げ、偏光分離手段に入射せしめる。
これにより、光学系において、光束と、部品などとの干渉を防ぎ、小さな光学系を実現できる。
この結果、この光学装置を採用した投射型表示装置においては、投射光学系と反射型空間光変調手段との光路長が短くなり、投射光学系を小さくすることが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第１の実施形態を示す構成図である。
この反射型液晶プロジェクタ装置１００は、不等光路光学系の光学装置を用いている。
【００４６】
この反射型液晶プロジェクタ装置１００は、図１に示すように、光源１０１、集光レンズ１０２、反射手段および第１の色分離手段としての第１色分離ミラー１０３、第２色分離ミラー１０４、反射ミラー１０５、リレーレンズ１０６、第１の反射型空間光変調手段としての第１反射型液晶パネル１０７、第２の反射型空間光変調手段としての第２反射型液晶パネル１０８、第３の反射型空間光変調手段としての第３反射型液晶パネル１０９、第１の偏光処理手段としての第１ＰＢＳ１１０、第２の偏光処理手段としての第２ＰＢＳ１１１、第３の偏光処理手段としての第３ＰＢＳ１１２、光学素子としての第１フィールドレンズ１１３、光学素子としての第２フィールドレンズ１１４、光学素子としての第３フィールドレンズ１１５、色合成手段としての色合成プリズム１１６、投射光学系としての投射レンズ１１７、およびスクリーン１１８を有している。
【００４７】
反射型液晶プロジェクタ装置１００において、色合成プリズム１１６は、図１において上面１１６ａが投射レンズ１１７の光入射面と対向するように配置されている。
第１ＰＢＳ１１０は、色合成プリズム１１６の図１において左側面１１６ｂ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第２ＰＢＳ１１１は、色合成プリズム１１６の図１において下面１１６ｃ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第３ＰＢＳ１１２は、色合成プリズム１１６の図１において右側面１１６ｄ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
【００４８】
第１ＰＢＳ１１０の図１において左側面１１０ａに近接して、第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａが対向するように配置されている。また、第１ＰＢＳ１１０の図１において下面１１０ｂに近接して、あるいは一体的に第１フィールドレンズ１１３が配置されている。
【００４９】
第２ＰＢＳ１１１の図１において下面１１１ａに近接して、第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａが対向するように配置されている。また、第２ＰＢＳ１１１の図１において左側面１１１ｂに近接して、あるいは一体的に第２フィールドレンズ１１４が配置されている。
【００５０】
第３ＰＢＳ１１２の図１において右側面１１２ａに近接して、第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａが対向するように配置されている。また、第３ＰＢＳ１１２の図１において下面１１２ｂに近接して、あるいは一体的に第３フィールドレンズ１１５が配置されている。
【００５１】
光源１０１は、たとえば放電ランプ１０１ａとリフレクタ１０１ｂにより構成され、白色光による照明光を出射する。
【００５２】
集光レンズ１０２は、光源１０１により出射される照明光を、ほぼ平行な光束に変換して第１色分離ミラー１０３に向けて出射する。
集光レンズ１０２としては、ガラスやプラスチックのものが用いられる。
なお、図１の例では、光源１０１による照明光をほぼ平行光束に変換する手段として、集光レンズを用いているが、たとえばマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）と呼ばれる複数のレンズを組み合わせたレンズ板や透明物質で作られた導光筒等を用いることも可能である。
【００５３】
第１色分離ミラー１０３は、集光レンズ１０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光（合成波長光）を、第２色分離ミラー１０４に向かって反射し、第３の波長帯域の照明光を透過させて反射ミラー１０５に向かって出射する。
第１色分離ミラー１０３は、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を、反射するに際し、図２に示すように、反射光の光束の、端の光線１０３Ｒが、第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）光路をもって第２色分離ミラー１０４に入射するように、配置されている。
そして、第１色分離ミラー１０３は、反射光束が第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するために、図２に示すように、第２フィールドレンズ１１４の配置位置より第２色分離ミラー１０４の配置側（図１では左側）で、反射光束の中心の光線１０３Ｃが、投射レンズ１１７の光軸ＯＡと平行にならない角度もって斜めに反射させ得る角度をもって配置されている。
なお、第１色分離ミラー１０３は、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【００５４】
第２色分離ミラー１０４は、色分離面が第１分離ミラー１０３の分離面とほぼ平行となるように第１フィールドレンズ１１３および第２フィールドレンズ１１４の近傍に配置され、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を入射し、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として第１フィールドレンズ１１３に出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として第２フィールドレンズ１１４に出射する。
なお、第２色分離ミラー１０４は、第１色分離ミラー１０３と同様に、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【００５５】
反射ミラー１０５は、第１色分離ミラー１０３を透過した第３の波長帯域の照明光を、リレーレンズ１０６、第３ＰＢＳ１１２の配置方向で、投射レンズ１１７の光軸ＯＡにほぼ平行な方向に反射する。
【００５６】
リレーレンズ１０６は、反射ミラー１０５で反射された第３の波長帯域の照明光を受けて、光源１０１から第１反射型液晶パネル１０７、第２反射型液晶パネル１０８への光路長と、第３反射型液晶パネル１０９への光路長との違いに基づいて、さらに照明光の像を生成させ、第３の波長光として第３フィールドレンズ１１５に出射する。
【００５７】
第１反射型液晶パネル１０７は、反射層を内蔵し、第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａから出射され、光入出射面１０７ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面１０７ａから第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａに出射する。
【００５８】
第２反射型液晶パネル１０８は、反射層を内蔵し、第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａから出射され、光入出射面１０８ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面１０８ａから第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａに出射する。
【００５９】
第３反射型液晶パネル１０９は、反射層を内蔵し、第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａから出射され、光入出射面１０９ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面１０９ａから第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａに出射する。
【００６０】
第１ＰＢＳ１１０は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１０ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第１フィールドレンズ１１３による第１の波長光のうち、図３（ａ）に示すように、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面１１０ａから第１の照明光として第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａに出射し、また、図３（ｂ）に示すように、第１反射型液晶パネル１０７の光入出射面１０７ａから出射された第１の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１０ｃで透過させて色合成プリズム１１６の側面１１６ｂに出射する。
なお、第１ＰＢＳ１１０は、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６１】
第２ＰＢＳ１１１は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１１ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第２フィールドレンズ１１４による第２の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して下面１１１ａから第２の照明光として第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａに出射し、また、第２反射型液晶パネル１０８の光入出射面１０８ａから出射された第２の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１１ｃで透過させて色合成プリズム１１６の下面１１６ｃに出射する。
なお、第２ＰＢＳ１１１は、第１ＰＢＳ１１０と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６２】
第３ＰＢＳ１１２は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面１１２ｃが投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第３フィールドレンズ１１３による第３の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面１１２ａから第３の照明光として第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａに出射し、また、第３反射型液晶パネル１０９の光入出射面１０９ａから出射された第３の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面１１２ｃで透過させて色合成プリズム１１６の側面１１６ｄに出射する。
なお、第３ＰＢＳ１１２は、第１ＰＢＳ１１０および第２ＰＢＳ１１１と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【００６３】
第１フィールドレンズ１１３は、第１ＰＢＳ１１０の光入射面を形成する下面１１０ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第２色分離ミラー１０４を透過した第１の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第１ＰＢＳ１１０の偏光分離合成面１１０ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第１フィールドレンズ１１３は、その光軸が、第１フィールドレンズ１１３を通過する第１の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、図４に示すように、第１フィールドレンズ１１３は、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束Ｌ１０４の出射方向を投射レンズ１１７の光軸ＯＡに略平行な方向の光束Ｌ１１３に変更して第１ＰＢＳ１１０に入射させる。
【００６４】
第２フィールドレンズ１１４は、第２ＰＢＳ１１１の光入射面を形成する側面１１１ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に平行ではない方向から斜めに入射される第２色分離ミラー１０４を反射され第２の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第２ＰＢＳ１１１の偏光分離合成面１１１ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第２フィールドレンズ１１４は、第１フィールドレンズ１１３と同様に、その光軸が、第２フィールドレンズ１１４を通過する第２の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ１１４は、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射した第２の波長光の光束の出射方向を投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向に略平行な方向の光束に変更して第２ＰＢＳ１１１に入射させる。
【００６５】
第３フィールドレンズ１１５は、第３ＰＢＳ１１２の光入射面を形成する下面１１２ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されるリレーレンズ１０６を透過した第３の波長光の光束の中心光線を第３ＰＢＳ１１２の偏光分離合成面１１２ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
なお、第３フィールドレンズ１１５は、入射光束の中心が投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されことから、偏心構造をとっていない。
ただし、第３フィールドレンズ１１５も偏心構造を採用したものを用いることは勿論可能である。この場合、反射ミラー１０５やリレーレンズ１０６の配置位置や角度が適宜変更される。
【００６６】
なお、入射光束を屈折させて、ＰＢＳの入射角度をもって出射させる光学素子としては、偏心構造を持ったせたフィールドレンズを用いる代わりに、たとえば図５、図６、図７に示すような光学素子を用いることも可能である。
【００６７】
図５に示す例は、偏心構造を持たないフィールドレンズ１２０と、フィールドレンズ１２０への入射光路に配置された透明部材で形成された偏角プリズム１２１との組み合わせで、入射光束を屈折させてＰＢＳに入射される例である。
【００６８】
図６に示す例は、フィールドレンズをフレネルレンズ１２２で構成し、その光軸を入射光束に対し偏心させた例である。
【００６９】
また、図７に示す例は、偏角プリズムとＰＢＳを一体化し、ＰＢＳ１３０の入射面１３０ａ自体で光束を屈折させる例である。
【００７０】
色合成プリズム１１６は、図８に示すように、第１ＰＢＳ１１０から出射され、左側面１１６ｂ側から入射した第１反射型液晶パネル１０７による第１の変調光を投射レンズ１１７の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、第２ＰＢＳ１１１から出射され、下面１１６ｃから入射した第２反射型液晶パネル１０８による第２の変調光を、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向に透過させ、第３ＰＢＳ１１２から出射され、右側面１１６ｄ側から入射した第３反射型液晶パネル１０９による第３の変調光を投射レンズ１１７の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、これら第１〜第３の変調光を合成して、合成光を投射レンズ１１７に出射する。
【００７１】
投射レンズ１１７は、色合成プリズム１１６による合成光、すなわち、第１〜第３反射型液晶パネル１０７〜１０９による映像光をスクリーン１１８上に結像させる。
【００７２】
次に、上記構成による動作を説明する。
【００７３】
光源１０１に対して図示しない電源回路から所定の電力が供給され、これにより、光源１０１から白色光による照明光を出射される。光源１０１により出射される照明光は、集光レンズ１０２によりほぼ平行な光束に変換されて第１色分離ミラー１０３に向けて出射される。
【００７４】
第１色分離ミラー１０３では、集光レンズ１２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が第２色分離ミラー１０４に向かって反射され、第３の波長帯域の光が透過されて反射ミラー１０５に向かって出射される。
このとき、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光は、反射光の光束の、端の光線１０３Ｒが、第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）光路で、しかも第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路をもって第２色分離ミラー１０４に入射される。
【００７５】
第２色分離ミラー１０４では、第１色分離ミラー１０３で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として第１フィールドレンズ１１３に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第２色分離ミラー１０４で反射されて第２の波長光として第２フィールドレンズ１１４に出射される。
以上の第１色分離ミラー１０３および第２色分離ミラー１０４の波長分離機能により、光源１０１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【００７６】
また、第１色分離ミラー１０３を透過した第３の波長帯域の照明光は、反射ミラー１０５においてリレーレンズ１０６、第３ＰＢＳ１１２の配置方向で、投射レンズ１１７の光軸ＯＡにほぼ平行な方向に反射されて、リレーレンズ１０６に入射される。
そして、リレーレンズ１０６では、反射ミラー１０５で反射された第３の波長帯域の照明光を受けて、光源１０１から第１反射型液晶パネル１０７、第２反射型液晶パネル１０８への光路長と、第３反射型液晶パネル１０９への光路長との違いに基づいて、さらに照明光の像が生成され、第３の波長光として第３フィールドレンズ１１５に出射される。
【００７７】
第１フィールドレンズ１１３では、第２色分離ミラー１０４を透過した第１の波長光が、投射レンズ１１７の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第１フィールドレンズ１１３では、少なくとも光束の中心光線が第１ＰＢＳ１１０の偏光分離合成面１１０ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１ＰＢＳ１１０に出射される。
また、第２フィールドレンズ１１４では、第２色分離ミラー１０４で反射された第２の波長光が、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに垂直な方向とは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第２フィールドレンズ１１４では、少なくとも光束の中心光線が第２ＰＢＳ１１１の偏光分離合成面１１１ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２ＰＢＳ１１１に出射される。
また、第３フィールドレンズ１１４では、投射レンズ１１７の光軸ＯＡに平行な方向から入射されるリレーレンズ１０６を透過した第３の波長光が、その光束の中心光線が第３ＰＢＳ１１２の偏光分離合成面１１２ｃに４５度の入射角度をもって入射するように出射される。
【００７８】
第１ＰＢＳ１１０では、第１フィールドレンズ１１３を介して入射した第１の波長光のうち、Ｓ偏光が第１の照明光として第１反射型液晶パネル１０７に向けて反射される。
第１反射型液晶パネル１０７では、光入出射面１０７ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面１０７ａから第１ＰＢＳ１１０の側面１１０ａに出射される。
そして、第１ＰＢＳ１１０では、第１の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００７９】
第２ＰＢＳ１１１では、第２フィールドレンズ１１４を介して入射した第２の波長光のうち、Ｓ偏光が第２の照明光として第２反射型液晶パネル１０８に向けて反射される。
第２反射型液晶パネル１０８では、光入出射面１０８ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面１０８ａから第２ＰＢＳ１１１の下面１１１ａに出射される。
そして、第２ＰＢＳ１１１では、第２の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００８０】
同様に、第３ＰＢＳ１１２では、第３フィールドレンズ１１５を介して入射した第３の波長光のうち、Ｓ偏光が第３の照明光として第２反射型液晶パネル１０９に向けて反射される。
第３反射型液晶パネル１０９では、光入出射面１０９ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面１０９ａから第３ＰＢＳ１１２の側面１１２ａに出射される。
そして、第３ＰＢＳ１１２では、第３の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム１１６に出射される。
【００８１】
色合成プリズム１１６では、第１〜第３ＰＢＳ１１０〜１１２より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ１１７を介してスクリーン１１８に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置１００においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル１０７〜１０９で形成された映像がスクリーン１１８に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【００８２】
以上説明したように、本第１の実施形態によれば、第１色分離ミラー１０３を、反射光束が第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に至らない（当たらない）ように、しかも可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するように、第２フィールドレンズ１１４の配置位置より第２色分離ミラー１０４の配置側で、反射光束の中心の光線１０３Ｃが、投射レンズ１１７の光軸ＯＡと平行にならない角度をもって斜めに反射させ得る角度をもって配置し、また、第１ＰＢＳ１１０および第２ＰＢＳ１１１の入射側において、入射光束を屈折させて設定入射角度をもってＰＢＳに入射させる光学素子としての第１フィールドレンズ１１３、第２フィールドレンズ１１４を設けたので、光束を第２フィールドレンズ１１４や第２ＰＢＳ１１１に近づけることができることから、第１ＰＢＳ１１０、第２ＰＢＳ１１１と色合成プリズム１１６との距離を短くできる。このため、投射レンズと液晶パネルの距離を長くする必要がなく投射レンズの増大を避けることができる。また、ＰＢＳに、光束が入射する角度は、たとえば偏心構造を持ったフィールドレンズにより、従来と同じ角度で、入射できる。
【００８３】
なお、以上の説明では、ＰＢＳの入射角度θが４５度に設定された場合を例に説明したが、本発明は、図９および図１０に示すように、入射角度が４５度以外のＰＢＳを用いる場合でも適用できる。
なお、図９は、入射角度θが４５度より大きいＰＢＳを用いた場合を示し、図１０は、入射角度θが４５度より小さいＰＢＳを用いた例を示している。
これらの場合、フィールドレンズの偏心量等が最適なものに適宜設定される。
【００８４】
また、本実施形態では、図１において光源１０１を色分離ミラー１０３の左側方に配置した例を説明したが、たとえば、図１において色分離ミラー１０３の下方に配置し、色分離ミラーとして、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を透過させ、第３の波長帯域の照明光を反射ミラー１０５に向かって反射するものを用いて構成することも可能である。この場合も、上記した効果と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
第２実施形態
図１１は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第２の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００は、等光路光学系の光学装置を用いている。
【００８６】
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００は、図１１に示すように、光源２０１、集光レンズ２０２、第１の色分離手段としての第１色分離ミラー２０３、第１の色分離手段としての第２色分離ミラー２０４、第１の色分離手段としての第３色分離ミラー２０５、第１の色分離手段としての第４色分離ミラー２０６、第２の色分離手段としての第５色分離ミラー２０７、反射手段としての第１反射ミラー２０８、第２反射ミラー２０９、第１の反射型空間光変調手段としての第１反射型液晶パネル２１０、第２の反射型空間光変調手段としての第２反射型液晶パネル２１１、第３の反射型空間光変調手段としての第３反射型液晶パネル２１２、第１の偏光処理手段としての第１ＰＢＳ２１３、第２の偏光処理手段としての第２ＰＢＳ２１４、第３の偏光処理手段としての第３ＰＢＳ２１５、光学素子としての第１フィールドレンズ２１６、光学素子としての第２フィールドレンズ２１７、光学素子としての第３フィールドレンズ２１８、色合成手段としての色合成プリズム２１９、投射系光学系としての投射レンズ２２０、およびスクリーン２２１を有している。
【００８７】
反射型液晶プロジェクタ装置２００においては、色合成プリズム２１９は、その光学的中心部が投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行配置するように、図１１において上面２１９ａが投射レンズ２２０の光入射面と対向するように配置されている。
また、反射型液晶プロジェクタ装置２００においては、光源２０１、および集光レンズ２０２は、その光軸が１１が投射レンズ２２０の光軸ＯＡと略一致するように配置されている。
【００８８】
そして、第１ＰＢＳ２１３は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに直交するように、色合成プリズム２１９の図１１において左側面２１９側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第２ＰＢＳ２１４は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに一致するように、色合成プリズム２１９の図１１において下面２１９ｃ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
第３ＰＢＳ２１５は、その光学的中心部が色合成プリズム２１９の光学的中心部に一致し、かつそれら光学的中心部を結ぶ延長線が投射レンズ２２０の光軸ＯＡとに直交するように、色合成プリズム２１９の図１１において右側面２１９ｄ側に近接して（あるいは接触させて）配置されている。
【００８９】
第１ＰＢＳ２１３の図１１において左側面２１３ａに近接して、第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａが対向するように配置されている。また、第１ＰＢＳ２１３の図１１において下面２１３ｂに近接して、あるいは一体的に第１フィールドレンズ２１６が配置されている。
【００９０】
第２ＰＢＳ２１４の図１１において下面２１４ａに近接して、第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａが対向するように配置されている。また、第２ＰＢＳ２１４の図１１において左側面２１４ｂに近接して、あるいは一体的に第２フィールドレンズ２１７が配置されている。
【００９１】
第３ＰＢＳ２１５の図１１において右側面２１５ａに近接して、第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａが対向するように配置されている。また、第３ＰＢＳ２１５の図１１において下面２１５ｂに近接して、あるいは一体的に第３フィールドレンズ２１８が配置されている。
【００９２】
光源２０１は、たとえば放電ランプ２０１ａとリフレクタ２０１ｂにより構成され、白色光による照明光を出射する。
【００９３】
集光レンズ２０２は、光源１０１により出射される照明光を、ほぼ平行な光束に変換して交差するように配置された第１〜第４色分離ミラー２０３〜２０６に向けて出射する。
集光レンズ１０２としては、ガラスやプラスチックのものが用いられる。
なお、図１１の例では、光源１０１による照明光をほぼ平行光束に変換する手段として、集光レンズを用いているが、たとえばマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）と呼ばれる複数のレンズを組み合わせたレンズ板や透明物質で作られた導光筒等を用いることも可能である。
【００９４】
第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６が直線状に配置され、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５が直線状に配置され、両者がＸ字状に交差するように配置されている。
そして、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６が同じ特性を持ち、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５が同じ特性を持つように構成されている。
【００９５】
具体的は、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６は、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光（合成波長光）を、図１１において左側に配置された第１反射ミラー２０８に向かって反射（照明光の入射光路に対して略９０度の角度で左方向に反射）し、第３の波長帯域の照明光（第３の波長光）を透過させる。
一方、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５は、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、第３の波長帯域の照明光を図１１において右側に配置された第２反射ミラー２０９に向かって反射（照明光の入射光路に対して略９０度の角度で右方向に反射）し、残りの光を透過させる。
したがって、第３色分離ミラー２０５を透過し、第１色分離ミラー２０３で反射された光束、あるいは、第４色分離ミラー２０６で反射され第３色分離ミラー２０４を透過した照明光が第１反射ミラー２０８の反射面に入射される。
一方、第４色分離ミラー２０６を透過し、第２色分離ミラー２０４で反射された光束、あるいは、第３色分離ミラー２０５で反射され第４色分離ミラー２０６を透過した照明光が第２反射ミラー２０９の反射面に入射される。
【００９６】
第１反射ミラー２０８は、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を、反射するに際し、図１１に示すように、反射光の光束の、端の光線２０８Ｒが、第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第５色分離ミラー２０７に入射するように、配置されている。
さらに具体的には、第１反射ミラー２０８は、反射光束が第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２フィールドレンズ１１４に近接した反射光路を確保するために、図１１に示すように、第２フィールドレンズ２１７の配置位置より第５色分離ミラー２０７の配置側（図１１では左側）で、反射光束の中心の光線２０８Ｃが、投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行にならない角度もって、図１１において、右斜め上方向に反射させ得る角度をもって配置されている。
【００９７】
第２反射ミラー２０９は、第３の波長帯域の照明光を、反射するに際し、図１１に示すように、反射光の光束の、端の光線２０９Ｒが、第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第３フィールドレンズ２１８に入射するように、配置されている。
さらに具体的には、第２反射ミラー２０９が、反射光束が第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）ように、しかも大型化を防止する観点から可能な限り第２ＰＢＳ２１４に近接した反射光路を確保するために、図１１に示すように、第２ＰＢＳ２１４の配置位置より第３ＰＢＳ２１５の配置側（図１１では右側）で、反射光束の中心の光線２０９Ｃが、投射レンズ２２０の光軸ＯＡと平行にならない角度もって、図１１において、右斜め左方向に反射させ得る角度をもって配置されている。
【００９８】
第５色分離ミラー２０７は、第１フィールドレンズ２１６および第２フィールドレンズ２１７の近傍に配置され、第１反射ミラー２０８で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光を入射し、入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として第１フィールドレンズ２１６に出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として第２フィールドレンズ２１７に出射する。
【００９９】
なお、第１〜第５色分離ミラー２０３〜２０７は、たとえばガラスなどの透明材料に、誘電体薄膜を蒸着すること等により作製され、この誘電体薄膜において、入射光の波長により、透過光と反射光に分離する。
【０１００】
第１反射型液晶パネル２１０は、反射層を内蔵し、第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａから出射され、光入出射面２１０ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面２１０ａから第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａに出射する。
【０１０１】
第２反射型液晶パネル２１１は、反射層を内蔵し、第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａから出射され、光入出射面２１１ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面２１１ａから第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａに出射する。
【０１０２】
第３反射型液晶パネル２１２は、反射層を内蔵し、第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａから出射され、光入出射面２１２ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調を行い、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面２１２ａから第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａに出射する。
【０１０３】
第１ＰＢＳ２１３は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１３ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第１フィールドレンズ２１６による第１の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面２１３ａから第１の照明光として第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａに出射し、また、第１反射型液晶パネル２１０の光入出射面２１０ａから出射された第１の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１３ｃで透過させて色合成プリズム２１９の側面２１９ｂに出射する。
なお、第１ＰＢＳ２１３は、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０４】
第２ＰＢＳ２１４は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１４ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第２フィールドレンズ２１７による第２の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して下面２１４ａから第２の照明光として第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａに出射し、また、第２反射型液晶パネル２１１の光入出射面２１１ａから出射された第２の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１４ｃで透過させて色合成プリズム２１９の下面２１９ｃに出射する。
なお、第２ＰＢＳ２１４は、第１ＰＢＳ２１３と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０５】
第３ＰＢＳ２１５は、たとえば入射角度θが４５度に設定されており、偏光分離合成面２１５ｃが投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に対して略４５度の傾斜を持つように配置され、第３フィールドレンズ２１８による第３の波長光のうち、Ｓ偏光Ｓ−ＰＬを反射して側面２１５ａから第３の照明光として第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａに出射し、また、第３反射型液晶パネル２１２の光入出射面２１２ａから出射された第３の変調光のＰ偏光Ｐ−ＰＬを偏光分離合成面２１５ｃで透過させて色合成プリズム２１９の側面２１９ｄに出射する。
なお、第３ＰＢＳ２１５は、第１ＰＢＳ２１３および第２ＰＢＳ２１４と同様に、２つのガラスプリズムの間に誘電体多層膜を単層もしくは複数積層して構成される。
【０１０６】
第１フィールドレンズ２１６は、第１ＰＢＳ２１３の光入射面を形成する下面２１３ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第５色分離ミラー２０７を透過した第１の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第１ＰＢＳ２１３の偏光分離合成面２１３ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第１フィールドレンズ２１６は、その光軸が、第１フィールドレンズ２１６を通過する第１の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ２１６は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束Ｌ２０７の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに略平行な方向の光束Ｌ２１６に変更して第１ＰＢＳ２１３に入射させる。
【０１０７】
第２フィールドレンズ２１７は、第２ＰＢＳ２１４の光入射面を形成する側面２１４ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に平行ではない方向から斜めに入射される第５色分離ミラー２０７を反射され第２の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第２ＰＢＳ２１４の偏光分離合成面２１４ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第２フィールドレンズ２１７は、第１フィールドレンズ２１６と同様に、その光軸が、第２フィールドレンズ２１７を通過する第２の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第１フィールドレンズ２１７は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射した第２の波長光の光束の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向に略平行な方向の光束に変更して第２ＰＢＳ２１４に入射させる。
【０１０８】
第３フィールドレンズ２１８は、第３ＰＢＳ２１５の光入射面を形成する下面２１５ｂに近接して、あるいは一体的に配置され、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される第２反射ミラー２０９で反射された第３の波長光を、その入射光束を屈折させて（入射光束の出射角度を変えて）、少なくとも光束の中心光線を第３ＰＢＳ２１５の偏光分離合成面２１５ｃに４５度の入射角度をもって入射させる。
第３フィールドレンズ２１８は、その光軸が、第３フィールドレンズ２１８を通過する第３の波長光の光束の中心からずらしてある、すなわち、偏心させてある。
この偏心構造によって、第３フィールドレンズ２１８は、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行でない方向から斜めに入射した第１の波長光の光束の出射方向を投射レンズ２２０の光軸ＯＡに略平行な方向の光束に変更して第３ＰＢＳ２１５に入射させる。
【０１０９】
なお、入射光束を屈折させて、ＰＢＳの入射角度をもって出射させる光学素子としては、偏心構造を持ったせたフィールドレンズを用いる代わりに、たとえば図５、図６、図７に示すような光学素子を用いることも勿論可能である。
【０１１０】
色合成プリズム２１９は、第１ＰＢＳ２１３から出射され、左側面２１９ｂ側から入射した第１反射型液晶パネル２１０による第１の変調光を投射レンズ２２０の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、第２ＰＢＳ２１４から出射され、下面２１９ｃから入射した第２反射型液晶パネル２１１による第２の変調光を、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに平行な方向に透過させ、第３ＰＢＳ２１５から出射され、右側面２１９ｄ側から入射した第３反射型液晶パネル２１２による第３の変調光を投射レンズ２２０の配置方向で、その光軸ＯＡに平行な方向に反射し、これら第１〜第３の変調光を合成して、投射レンズ２２０に出射する。
【０１１１】
投射レンズ２２０は、色合成プリズム２１９による合成光、すなわち、第１〜第３反射型液晶パネル２１０〜２１２による映像光をスクリーン２２１上に結像させる。
【０１１２】
次に、上記構成による動作を説明する。
【０１１３】
光源２０１に対して図示しない電源回路から所定の電力が供給され、これにより、光源２０１から白色光による照明光を出射される。光源２０１により出射される照明光は、集光レンズ２０２によりほぼ平行な光束に変換されて交差配置された第１〜第４色分離ミラー２０３〜２０６に向けて出射される。
【０１１４】
そして、第１色分離ミラー２０３と第４色分離ミラー２０６において、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、少なくとも第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、第１反射ミラー２０８に向かって反射される。
一方、第２色分離ミラー２０４と第３色分離ミラー２０５において、集光レンズ２０２より出射された照明光の光路上にて、第３の波長帯域の照明光が、第２反射ミラー２０９に向かって反射される。
【０１１５】
第１反射ミラー２０８では、第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が、反射光の光束の、端の光線２０８Ｒが、第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第５色分離ミラー２０７に入射するように反射される。
また、第２反射ミラー２０９では、第３の波長帯域の照明光が、反射光の光束の、端の光線２０９Ｒが、第２ＰＢＳ２１４に至らない（当たらない）光路をもって第３フィールドレンズ２１８に入射するように反射される。
【０１１６】
第５色分離ミラー２０７では、第１反射ミラー２０８で反射された第１の波長帯域および第２の波長帯域を含む照明光が入射され、入射光のうちの第１の波長帯域の光が透過され第１の波長光として第１フィールドレンズ２１７に出射される。
一方、第２の波長帯域の光が第５色分離ミラー２０７で反射されて第２の波長光として第２フィールドレンズ２１７に出射される。
以上の第１〜第５色分離ミラー２０３〜２０７の波長分離機能により、光源２０１より出射された照明光は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の照明光に分離される。
【０１１７】
第１フィールドレンズ２１６では、第５色分離ミラー２０７を透過した第１の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第１フィールドレンズ２１６では、少なくとも光束の中心光線が第１ＰＢＳ２１３の偏光分離合成面２１３ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第１ＰＢＳ２１３に出射される。
また、第２フィールドレンズ２１７では、第５色分離ミラー２０７で反射された第２の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡに垂直な方向とは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第２フィールドレンズ２１７では、少なくとも光束の中心光線が第２ＰＢＳ２１４の偏光分離合成面２１４ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第２ＰＢＳ２１４に出射される。
また、第３フィールドレンズ２１８では、第２反射ミラー２０９で反射された第３の波長光が、投射レンズ２２０の光軸ＯＡとは平行ではない方向から斜めに入射される。そして、第３フィールドレンズ２１８では、少なくとも光束の中心光線が第３ＰＢＳ２１５の偏光分離合成面２１５ｃに４５度の入射角度をもって入射するように、入射光束が所定角度だけ屈折作用を受けて第３ＰＢＳ２１５に出射される。
【０１１８】
第１ＰＢＳ２１３では、第１フィールドレンズ２１６を介して入射した第１の波長光のうち、Ｓ偏光が第１の照明光として第１反射型液晶パネル２１０に向けて反射される。
第１反射型液晶パネル２１０では、光入出射面２１０ａから所定の立体角をもって入射した第１の波長帯域の第１の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第１の変調光として光入出射面２１０ａから第１ＰＢＳ２１３の側面２１３ａに出射される。
そして、第１ＰＢＳ２１３では、第１の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１１９】
第２ＰＢＳ２１４では、第２フィールドレンズ２１７を介して入射した第２の波長光のうち、Ｓ偏光が第２の照明光として第２反射型液晶パネル２１１に向けて反射される。
第２反射型液晶パネル２１１では、光入出射面２１１ａから所定の立体角をもって入射した第２の波長帯域の第２の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第２の変調光として光入出射面２１１ａから第２ＰＢＳ２１４の下面２１４ａに出射される。
そして、第２ＰＢＳ２１４では、第２の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１２０】
同様に、第３ＰＢＳ２１５では、第３フィールドレンズ２１８を介して入射した第３の波長光のうち、Ｓ偏光が第３の照明光として第３反射型液晶パネル２１２に向けて反射される。
第３反射型液晶パネル２１２では、光入出射面２１２ａから所定の立体角をもって入射した第３の波長帯域の第３の照明光（たとえばＳ偏光）に対し、印加される映像信号に応じて偏光面を回転させる空間光変調が行われ、反射層で反射して第３の変調光として光入出射面２１２ａから第３ＰＢＳ２１５の側面２１５ａに出射される。
そして、第３ＰＢＳ２１５では、第３の変調光のうちＰ偏光成分が透過されて色合成プリズム２１９に出射される。
【０１２１】
色合成プリズム２１９では、第１〜第３ＰＢＳ２１３〜２１５より入射された第１〜第３の変調光が合成されて、この合成光が投射レンズ２２０を介してスクリーン２２１に投射される。
これにより、３板式反射型プロジェクタ装置２００においては、それぞれ第１〜第３反射型液晶パネル２１０〜２１２で形成された映像がスクリーン２２１に拡大投影され、所望のカラー画像が表示される。
【０１２２】
以上説明したように、本第２の実施形態によれば、上述した第１の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
すなわち、光束を第２フィールドレンズ２１７や第２ＰＢＳ２１４に近づけることができことから、第１ＰＢＳ２１３、第２ＰＢＳ２１４と色合成プリズム２１９との距離を短くできる。このため、投射レンズと液晶パネルの距離を長くする必要がなく投射レンズの増大を避けることができる。また、ＰＢＳに、光束が入射する角度は、たとえば偏心構造を持ったフィールドレンズにより、従来と同じ角度で、入射できる。
【０１２３】
また、本第２の実施形態においても、ＰＢＳの入射角度θが４５度に設定された場合を例に説明したが、本発明は、前述した第１の実施形態の場合と同様、図９および図１０に示すように、入射角度が４５度以外のＰＢＳを用いる場合でも適用できる。
これらの場合、フィールドレンズの偏心量等が最適なものに適宜設定される。
【０１２４】
第３実施形態
図１２は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第３の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００Ａは、等光路光学系の光学装置を用いている。
【０１２５】
本第３の実施形態が上述した第２の実施形態と異なる点は、光源２０１の照明光の出射側と集光レンズ２０２の光入射面側との間に、いわゆるインテグレータ光学系２３０を配置したことにある。
【０１２６】
このインテグレータ光学系２３０は、複数のレンズが配置され、光源２０１から出射された照明光を複数の像に分割し、これら分割像を集光して各分割像の光スポットを所定の位置にレイアウトさせる第１のマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）２３１と、第１ＭＬＡ２３１により集光される複数の光スポットに対応する複数のレンズが配置され、各レンズにより第１のＭＬＡ２３１により分割像を重畳結合して集光レンズ２０２に出射する第２のＭＬＡ２３２を有している。
【０１２７】
その他の構成は上述した第２の実施形態と同様である。
【０１２８】
本第３の実施形態によれば、上述した第２の実施形態の効果と同様の効果を得られることはもとより、効率の良い照明を実現できる利点がある。
【０１２９】
なお、インテグレータ光学系は、図１に示す不等光路光学系に適用できることはいうまでもない。
【０１３０】
第４実施形態
図１３は、本発明に係る３板式反射型液晶プロジェクタ装置の第４の実施形態を示す構成図である。
この３板式反射型液晶プロジェクタ２００Ｂは、等光路光学系の光学装置を用いている。
【０１３１】
本第４の実施形態が上述した第３の実施形態と異なる点は、第１ＰＢＳ２１３Ａおよび第３ＰＢＳ２１５Ａが、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させる特性のものを用いるに代えて、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射させる特性に有するもの構成したことにある。
そのため、第１反射型液晶パネル２１０が第１ＰＢＳ２１３Ａの上面側に配置され、同様に、第３反射型液晶パネル２１２が第３ＰＢＳ２１５Ａの上面側に配置されている。
【０１３２】
その他の構成は上述した第３の実施形態と同様である。
【０１３３】
本第４の実施形態によれば、上述した第３の実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【０１３４】
なお、この構成は、図１に示す不等光路光学系に適用できることはいうまでもない。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光処理手段と色合成手段との距離を短くでき、光学装置の小型化、軽量化を図ることができる。
また、投射光学系と反射型空間光変調手段との距離を長くする必要がなく投射光学系の増大を避けることができ、投射光学系の小型化を図ることができる。
これに従い、装置の小型化、軽量化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の第１色分離ミラーの配置および機能を説明するための図である。
【図３】図１のＰＢＳの機能を説明するための図である。
【図４】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子としての偏心構造を持つフィールドレンズを説明するための図である。
【図５】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図６】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図７】本発明に係る入射光束をＰＢＳの入射角度に応じて屈折させる光学素子を他の例を示す図である。
【図８】図１の色合成プリズムの機能を説明するための図である。
【図９】偏光分離合成面への入射角度が４５度より大きな角度であるようなＰＢＳを示す図である。
【図１０】偏光分離合成面への入射角度が４５度より小さな角度であるようなＰＢＳを示す図である。
【図１１】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図１２】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る光学装置を用いた反射型液晶プロジェクタ装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図１４】反射型液晶パネルを用いるプロジェクタ装置の基本動作を説明するための図である。
【図１５】反射型液晶パネルを用いるプロジェクタ装置の基本動作を他の例を説明するための図である。
【図１６】不等光路光学系を採用した従来の３板式反射型プロジェクタ装置を示す構成図である。
【図１７】等光路光学系を採用した従来の３板式反射型プロジェクタ装置を示す構成図である。
【図１８】偏光合成分離面への入射角度が４５度であるようなＰＢＳ（偏光ビームスプリッタスプリッタ）を説明するための図である。
【図１９】液晶パネルのある一点に入射する光束の様子を説明するための図である。
【図２０】従来装置において、液晶パネルへの入射角度を増すと、フィールドレンズ、ＰＢＳ、液晶パネルと光束が干渉してしまうことを説明するための図である。
【図２１】色合成プリズムを大きくして光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【図２２】色合成プリズムとＰＢＳの間隔を離し、光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【図２３】色合成プリズムとＰＢＳの間に透明部材を挿入し、光路と光学素子との干渉を防ぐ従来例を示す図である。
【符号の説明】
１００…不等光路光学系の反射型液晶プロジェクタ装置、１０１…光源、１０２…集光レンズ、１０３…第１色分離ミラー（反射手段および第１の色分離手段）、１０４…第２色分離ミラー（第２の色分離手段）、１０５…反射ミラー、１０６…リレーレンズ、１０７…第１反射型液晶パネル（第１の反射型空間光変調手段）、１０８…第２反射型液晶パネル（第２の反射型空間光変調手段）、１０９…第３反射型液晶パネル（第３の反射型空間光変調手段）、１１０…第１ＰＢＳ（第１の偏光処理手段）、１１１…第２ＰＢＳ（第２の偏光処理手段）、１１２…第３ＰＢＳ（第３の偏光処理手段）、１１３…第１フィールドレンズ（光学素子）、１１４…第２フィールドレンズ（光学素子）、１１５…第３フィールドレンズ（光学素子）、１１６…色合成プリズム（色合成手段）、１１７…投射レンズ（投射光学系）、１１８…スクリーン、１２０…フィールドレンズ（光学素子）、１２１…偏角プリズム（光学素子）、１２２…偏心フレネルレンズ（光学素子）、１３０〜１３２…ＰＢＳ、２００，２００Ａ，２００Ｂ…等光路光学系の反射型液晶プロジェクタ装置、２０１…光源、２０２…集光レンズ、２０３…第１色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０４…第２色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０５…第３色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０６…第４色分離ミラー（第１の色分離手段）、２０７…第５色分離ミラー（第２の色分離手段）、２０８…第１反射ミラー（反射手段）、２０９…第２反射ミラー、２１０…第１反射型液晶パネル（第１の反射型空間光変調手段）、２１１…第２反射型液晶パネル（第２の反射型空間光変調手段）、２１２…第３反射型液晶パネル（第３の反射型空間光変調手段）、２１３，２１３Ａ…第１ＰＢＳ（第１の偏光処理手段）、２１４…第２ＰＢＳ（第２の偏光処理手段）、２１５，２１５Ａ…第３ＰＢＳ（第３の偏光処理手段）、２１６…第１フィールドレンズ（光学素子）、２１７…第２フィールドレンズ（光学素子）、２１８…第３フィールドレンズ（光学素子）、２１９…色合成プリズム（色合成手段）、２２０…投射レンズ（投射光学系）、２２１…スクリーン２２１、２３０…インテグレータ光学系、２３１…第１のマイクロレンズアレイ、２３２…第２のマイクロレンズアレイ。
Claims (32)
- 光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、
入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、
上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、
上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、
異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、
上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、
上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、
上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、
上記反射手段は、
反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている
光学装置。 - 上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、
上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる
請求項１記載の光学装置。 - 上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む
請求項２記載の光学装置。 - 上記レンズはフレネルレンズを含む
請求項３記載の光学装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項３記載の光学装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項４記載の光学装置。 - 上記光学素子は、偏角プリズムを含む
請求項２記載の光学装置。 - 上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、
上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している
請求項７記載の光学装置。 - 光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、
照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、
入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、
上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、
上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、
上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、
異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、
上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、
上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、
上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、を有し、
上記反射手段は、
反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている
光学装置。 - 上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、
上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる
請求項９記載の光学装置。 - 上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む
請求項１０記載の光学装置。 - 上記レンズはフレネルレンズを含む
請求項１１記載の光学装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項１１記載の光学装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項１２記載の光学装置。 - 上記光学素子は、偏角プリズムを含む
請求項１０記載の光学装置。 - 上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、
上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している
請求項１５記載の光学装置。 - 光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、
入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する色分離手段と、
上記色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、
上記色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、
異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光を合成し、第１の波長光と第２の波長光の入射方向とは異なる方向で、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、
上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、
上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に照明光を上記色分離手段に入射し得ない位置に配置された光源と、
上記光源による照明光を、上記色分離手段に入射させる反射手段と、
上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、
上記反射手段は、
反射面が上記色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている
投射型表示装置。 - 上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、
上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる
請求項１７記載の投射型表示装置。 - 上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む
請求項１８記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフレネルレンズを含む
請求項１９記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項１９記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項２０記載の投射型表示装置。 - 上記光学素子は、偏角プリズムを含む
請求項１８記載の投射型表示装置。 - 上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、
上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している
請求項２３記載の投射型表示装置。 - 光入出射部から入射した第１の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第１の変調光として上記光入出射部から出射する第１の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第２の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第２の変調光として上記光入出射部から出射する第２の反射型空間光変調手段と、
光入出射部から入射した第３の照明光の偏光面を回転させる空間光変調が可能で、入射光を反射して第３の変調光として上記光入出射部から出射する第３の反射型空間光変調手段と、
照明光から第１の波長帯域の第１の波長光および第２の波長帯域の第２の波長光を含む合成波長光と、第３の波長帯域の第３の波長光に分離する第１の色分離手段と、
入射光のうちの第１の波長帯域の光を透過して第１の波長光として出射し、第２の波長帯域の光を反射して第２の波長光として出射する第２の色分離手段と、
上記第２の色分離手段により分離された第１の波長光が入射され、当該第１の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第１の照明光として上記第１の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第１の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第１の変調光を上記第１の波長光とは異なる方向に出射する第１の偏光処理手段と、
上記第２の色分離手段により分離された第２の波長光が入射され、当該第２の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第２の照明光として上記第２の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第２の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第２の変調光を上記第２の波長光とは異なる方向に出射する第２の偏光処理手段と、
上記第３の波長光が入射され、当該第３の波長光に含まれる所定の偏光面の光を上記第３の照明光として上記第３の反射型空間光変調手段に入射させ、当該第３の反射型空間光変調手段で偏光面が回転された上記第３の変調光を上記第３の波長光とは異なる方向に出射する第３の偏光処理手段と、
異なる方向から入射した上記第１の偏光処理手段から出射された第１の波長光と上記第２の偏光処理手段から出射された第２の波長光と上記第３の偏光処理手段から出射された第３の波長光とを合成し、第１の波長光と第２の波長光と第３の波長光の入射方向とは異なる方向、出射先の光学系の光軸に平行な方向に出射する色合成手段と、
上記第１の偏光処理手段の第１の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段を透過して上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に平行でない方向から斜めに入射される上記第１の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第１の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行となる光路で上記第１の偏光処理手段に入射させる第１の光学素子と、
上記第２の偏光処理手段の第２の波長光の入射部に配置され、上記第２の色分離手段で反射されて上記色合成手段の出射先の光学系の光軸に垂直な方向に平行でない方向から斜めに入射される上記第２の波長光の入射光束の出射角度を変えて、第２の波長光束の中心の光線が上記光学系の光軸に垂直な方向に平行となる光路で上記第２の偏光処理手段に入射させる第２の光学素子と、
直接的に上記照明光を上記第２の色分離手段に入射し得ない位置に配置され、当該照明光を上記第１の色分離手段に入射させる光源と、
上記第１の色分離手段による合成波長光を、上記第２の色分離手段に入射させる反射手段と、
上記色合成手段の合成光をスクリーン上に投射する投射光学系と、を有し、
上記反射手段は、
反射面が上記第２の色分離手段の光入射面に対向し、光学系の光軸に垂直な方向において上記第２の光学素子の配置位置より上記第２の色分離手段の配置位置側で、反射光束の中心の光線が上記光学系の光軸に平行にならない角度をもって斜めに反射させ、反射光束の端の光線が上記第２の光学素子に当たらず、かつ当該第２の光学素子に近い反射光路を確保し得る角度をもって配置されている
投射型表示装置。 - 上記偏光処理手段は入射角度が所定の角度に設定されており、
上記偏光処理手段の入射部に配置された光学素子は、入射した波長光束を、当該光路が上記設定された入射角度を満足するように屈折させて偏光処理手段に入射させる
請求項２５記載の投射型表示装置。 - 上記光学素子は、入射光に対して偏心したレンズを含む
請求項２６記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフレネルレンズを含む
請求項２７記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項２７記載の投射型表示装置。 - 上記レンズはフィールドレンズとしての機能を含む
請求項２８記載の投射型表示装置。 - 上記光学素子は、偏角プリズムを含む
請求項２６記載の投射型表示装置。 - 上記偏光処理手段は偏光ビームスプリッタを含み、
上記偏角プリズムは、上記偏光ビームスプリッタと一体化している
請求項３１記載の投射型表示装置。
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