JPH11231260A

JPH11231260A - 像投影装置

Info

Publication number: JPH11231260A
Application number: JP10033295A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Sawai; 靖昌澤井
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】照明光のロスを増加させることなく投影光学
系のコンパクト化を図る。【解決手段】光源３０１からの照明光は第１レンズア
レイ３０３〜第２レンズアレイ３０８からなるオプティ
カルインテグレータでＳ偏光の二次光源像に変換され、
重ね合わせレンズ３０９〜偏光ビームスプリッタ３１１
を介して絞り位置Ｐに結像される。ライトバルブ２０１
〜２０３からの投影光はクロスダイクロイックプリズム
４を透過した後、後群５０２で絞り面内の照明光の結像
位置とは異なる位置に結像される。偏光ビームスプリッ
タ３１１の出射面３１１ｂの投影光光路上に１／２波長
板３１２が設けられ、投影光はＰ偏光に変換されて絞り
位置における照明光との干渉が防止される。照明光及び
投影光を干渉させることなく絞り開口全体を透過させる
ことで、絞り開口面積の小さいコンパクトな投影光学系
の採用を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクリーン上に光
学画像を拡大投影する像投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画像を表示させる手段として、
映像信号に基づき照明光が照射されたライトバルブを駆
動して光学画像（投影光像）を形成し、この光学画像を
投影レンズでスクリーン上に拡大投影する像投影装置が
知られている。

【０００３】例えば特開昭６２−１８０３４３号公報に
は、投影レンズの後方位置にテレセントリック光学系と
ダイクロイックミラー及び全反射ミラーとからなる分光
光学系とＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の光学画像を形成する３
枚の液晶ライトバルブとを設け、投影レンズ側からテレ
セントリック光学系及び分光光学系を介して液晶ライト
バルブ側に照明光を入射し、その照明光の液晶ライトバ
ルブでの反射光（投影光）を分光光学系、テレセントリ
ック光学系及び投影レンズを介してスクリーンに投影す
る反射型像投影装置において、投影レンズとテレセント
リック光学系との間に光束透過領域の半分の領域内に全
反射ミラーを設け、投影レンズの光軸に対して直交する
方向からコンデンサレンズを介して照射される光源から
の照明光を当該全反射ミラーで液晶ライトバルブ側に反
射させる構成が示されている。この反射型像投影装置で
は、投影レンズとテレセントリック光学系との間での照
明光の集光点と投影光の集光点の位置をずらせて照明光
と投影光とが干渉しないように構成している。

【０００４】また、特開平７−１５９７２２号公報に
は、照明光を生成する光源とこの照明光を空間変調して
二次元画像を形成するライトバルブとの間に、フライア
イレンズとこのフライアイレンズの集光点にのみ透過領
域を有する全反射ミラーからなる光路分割手段とこの光
路分割手段を透過した照明光を上記ライトバルブに平行
化して照射するリレーレンズとをこの順に配置し、ライ
トバルブからの照明光の反射光（投影画像を構成する光
束）のうち、ライトバルブのパネル面で正反射した光束
（正反射光）は光路分割手段を透過させ、乱反射した光
束（散乱反射光）のみ光路分割手段でスクリーン側に反
射して当該スクリーンに上記二次元画像を投影する像投
影装置が示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６２−１８
０３４３号公報記載の像投影装置は、光源からの照明光
をリレーレンズで投影レンズの絞り位置に一点集光さ
せ、この二次光源像をテレセントリック光学系で液晶ラ
イトバルブ側に反射させているので、液晶ライトバルブ
のパネル面における照度分布を十分に均一化することが
困難となっている。この問題を解決するため、光源から
の照明光を二次元的に配置された複数の二次光源像に変
換し、この二次光源像を投影レンズの絞り位置に結像さ
せた後、テレセントリック光学系で液晶ライトバルブ側
に導く方法が考えられる。

【０００６】しかし、この方法を採用した場合、投影光
学系の絞り位置に照明光及び投影光の複数の二次光源像
が面的に結像されるので、照明光及び投影光の光量ロス
を低減するため、投影レンズの絞り開口面積を十分に大
きくしなければならず、投影レンズの大型化を招くとい
う問題がある。

【０００７】特に、特開昭６２−１８０３４３号公報記
載の像投影装置では、投影レンズの絞り位置における照
明光の透過領域と投影光の透過領域とを分離しているの
で、照明光の利用率をできるだけ高くしようとすると、
絞り開口面積は大きくならざるを得ず、投影レンズが大
型化する。

【０００８】一方、上記特開平７−１５９７２２号公報
記載の像投影装置は、照明光を複数の二次光源像に分割
し、この二次光源像からの照明光をライトバルブに照射
するもので、照明光の透過領域と投影光の透過領域とを
分離せず、投影レンズの光路上に反射光と散乱光とを分
離する光路分離手段を設け、この光路分離手段で照明光
と投影光とを分離するようにしているので、開昭６２−
１８０３４３号公報記載のものに比べて投影レンズの絞
り開口面積を小さくすることができ、この点では投影レ
ンズの小型化に寄与し得る。

【０００９】しかし、投影レンズの光路上に複数個のフ
ライレンズを階段状にずらせて配置しているので、この
分投影レンズの大型化を招き、その結果、投影レンズの
小型化が困難であるとともに、コスト的にも不利となっ
ている。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、照明光及び投影光の利用率を低下することなく
光学系のコンパクトを図り、装置全体の小型化、コンパ
クト化が可能な像投影装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、映像信号に基
づき照明光を空間変調して投影用の光学画像を形成する
ライトバルブと、上記照明光を生成する光源手段と、上
記ライトバルブとスクリーンとの間に上記ライトバルブ
からの上記光学画像を構成する投影光が絞り面内に複数
の光源像を形成するように配置され、上記光源手段から
の照明光を上記ライトバルブに導くとともに、上記ライ
トバルブからの上記投影光を上記スクリーンに導く投影
光学系と、上記投影光学系の光軸上に設けられ、上記照
明光を上記ライトバルブ側に透過若しくは反射する偏光
ビームスプリッタと、上記光源手段からの照明光を上記
偏光ビームスプリッタを介して上記投影光学系の絞り面
内の上記投影光の光源像の結像位置と異なる位置に集光
し、複数の光源像を形成する光源像形成手段と、上記投
影光学系の絞り面内の上記照明光若しくは上記投影光の
光路上に設けられる１／２波長板と、上記ライトバルブ
と上記投影光学系との間に設けられる偏光板とを備えた
ものである。

【００１２】上記構成によれば、光源手段からの照明光
は、光源像形成手段により複数の二次光源の光束に分割
され、偏光ビームスプリッタに入射される。複数の二次
光源の光束は、偏光板を透過可能な偏光成分（例えばＳ
偏光成分）の光束が偏光ビームスプリッタで分離され、
投影光学系の光軸方向に反射されてその絞り位置に一
旦、結像される。絞り位置に結像された複数の二次光源
像からのＳ偏光光束は、投影光学系をその光軸と平行に
透過し、偏光板を介してライトバルブに入射し、そのパ
ネル面を均一な照度で照明する。

【００１３】そして、ライトバルブでこの照明光を空間
変調して投影用の光学画像（投影像）が形成され、この
投影像を構成するＳ偏光光束は、偏光板を透過し、１／
２波長板でＰ偏光光束に変換された後、投影光学系の絞
り位置であって照明光の二次光源像の結像位置と異なる
位置に一旦、結像される。絞り位置に結像された投影像
は、二次光源像をなし、この二次光源像からのＰ偏光光
束は偏光ビームスプッタを直進してスクリーンに光学画
像を投影する。

【００１４】照明光と投影光の光路が投影光学系の光路
上で一部共通するが、偏光ビームスプリッタと１／２波
長板とにより照明光の偏光面と投影光の偏光面とが直交
するように変換されるので、両光が共通光路上で互いに
干渉することはない。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る像投影装置
の光学系の一実施の形態を示す図である。なお、図１に
おいて、実線で示す光束は照明光を示し、点線で示す光
束は投影光を示している。

【００１６】像投影装置１は、映像信号からなる投影像
を光学画像（Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色の分光画像）に変換す
る光学像形成部２、光学画像を生成するべく光学像形成
部２を照明する照明光を発生する照明光学系３、この照
明光学系３からの照明光をＲ，Ｇ，Ｂの３原色の光に分
光して光学像形成部２に照射するとともに、この照明光
の照射により形成された各色の光学画像を合成して投影
像を生成する光学像合成部４及びこの光学像合成部４で
生成された投影像をスクリーン６に投影する投影光学系
５から構成されている。

【００１７】光学像形成部２は、３個の反射型液晶ライ
トバルブ（以下、単にライトバルブという。）２０１，
２０２，２０３と偏光板２０４，２０５，２０６とから
構成されている。ライトバルブ２０１，２０２，２０３
は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色の電気画像からなる投影
像を光学画像に変換するものである。照明光学系３から
の照明光は、投影光学系５を介して光学像合成部４に入
射され、この光学像合成部４でＲ，Ｇ，Ｂの各色に分解
された後、それぞれライトバルブ２０１，２０２，２０
３に入射される。各ライトバルブ２０１，２０２，２０
３は、対応する色の映像信号に基づき光学像合成部４か
ら入射される照明光の反射光量を画素単位で制御するこ
とにより当該映像信号で構成される電気画像を光学画像
に変換する。

【００１８】偏光板２０４，２０５，２０６は、光学像
合成部４の色分解面４０５，４０６，４０７，４０８に
対してＳ偏光の光束を透過し、Ｐ偏光の光束を吸収する
偏光フィルタである。

【００１９】照明光学系３は、光源３０１、リフレクタ
３０２、第１レンズアレイ３０３、偏光分離プリズム３
０４、１／２波長板３０７、第２レンズアレイ３０８、
重ね合わせレンズ３０９、リレー光学系３１０、偏光ビ
ームスプリッタ３１１及び１／２波長板３１２により構
成されている。そして、第１レンズアレイ３０３、偏光
分離プリズム３０４、１／２波長板３０７及び第２レン
ズアレイ３０８は、後述するようにオプティカルインテ
グレータを構成し、このオプティカルインテグレータと
後述する重ね合わせレンズ３０９及びリレー光学系３１
０とにより本願発明の光源像形成手段が構成されてい
る。

【００２０】光源３０１は、例えばメタルハライドラン
プからなり、例えば図２に示す発光スペクトル特性を有
する白色光（ランダム偏光光）を発光するものである。
なお、光源３０１としてハロゲンランプやキセノンラン
プを用いてもよい。リフレクタ３０２は、光源３０１か
らの放射光を一方向に射出するもので、回転２次曲面の
反射面を有する放物面鏡で構成されている。光源３０１
は、リフレクタ３０２の焦点位置に配置され、光源３０
１からリフレクタ３０２の反射面に向かって放射された
光は、その反射面で回転放物面鏡の軸方向（図１のＡ方
向）に反射され、開口部３０２ａから放出される。

【００２１】第１レンズアレイ３０３は、一方面が平板
で、他方面に複数の凸レンズからなるレンズセル３０３
ａがマトリックス状（本実施形態では３×４個）に配列
されたもので、図３に示すように、光源３０１及びリフ
レクタ３０２から入射する光束を複数の光束に分割し、
二次光源を生成するものである。なお、図３において、
円Ｂ１は、リフレクタ３０２の開口部３０２ａから照射
される光束の有効径を示し、円Ｂ１内のマトリックス状
のブロックは第１レンズアレイ３０３のレンズセル３０
３ａの配列を示している。第１レンズアレイ３０３に入
射された光束は、レンズセル３０３ａで分割され、各レ
ンズセル３０３ａの光軸上（図３の黒点位置）に二次光
源を生成する。

【００２２】第１レンズアレイ３０３は、後述する第２
レンズアレイ３０８、重ね合わせレンズ３０９、リレー
光学系３１０、偏光ビームスプリッタ３１１及び投影レ
ンズ５の後群５０２の光学作用によりライトバルブ２０
１，２０２，２０３に対して共役関係となる位置に配置
されている。

【００２３】偏光分離プリズム３０４は、第１レンズア
レイ３０３の各レンズセル３０３ａから入射される光束
をＳ偏光の光束とＰ偏光の光束とに分離して出力するも
のである。偏光分離プリズム３０４は、傾斜面３０５ｃ
（以下、偏光分離面３０５ｃという。）に透過光と反射
光とが互いに直交した偏光となる特性を有する半透膜が
コーティングされた直角プリズム３０５の当該偏光分離
面３０５ｃに透明ガラスからなる平行平板３０６を貼り
合わせたもので、一方の透過面３０５ａ（以下、入射面
３０５ａという。）が第１レンズアレイ３０３の光軸
（Ａ方向の軸）に直交するように配置されている。

【００２４】第１レンズアレイ３０３の各レンズセル３
０３ａから入射面３０５ａを透過して入射されたＳ偏光
光束は、直角プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃで直
角に反射され、直角プリズム３０５の他方の透過面３０
５ｂ（以下、出射面３０５ｂという。）から出射され
る。一方、Ｐ偏光光束（図中、太線で示す。）は、直角
プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃを透過した後、平
行平板３０６の全反射面３０６ａで直角に反射され、直
角プリズム３０５の偏光分離面３０５ｃを透過した後、
出射面３０５ｂから出射される。

【００２５】Ｐ偏光光束は、平行平板３０６の厚みをｄ
とすると、Ｓ偏光光束よりも√２・ｄだけ反射点がずれ
ているので、出射面３０５ｂにおけるＰ偏光光束の出射
点は、Ｓ偏光光束の出射点より√２・ｄだけリフレクタ
３０２の軸と平行な方向にずれている。そして、第１レ
ンズアレイ３０３の各レンズセル３０３ａから出射され
た光束は、偏光分離プリズム３０４によりそれぞれ互い
に√２・ｄだけ位置をずらせてＳ偏光光束とＰ偏光光束
とに分離されるので、偏光分離プリズム３０４の出射面
３０５ｂでは、リフレクタ３０２の軸と平行な方向にＳ
偏光光束とＰ偏光光束とが交互に出射されることにな
る。

【００２６】同一光束から分離されたＳ偏光光束とＰ偏
光光束の位置ずれ量は、平行平板３０６の厚みｄに対し
て√２・ｄとなるが、隣接する光束から分離されたＳ偏
光光束とＰ偏光光束とは、第１レンズアレイ３０３のレ
ンズセル３０３ａの光軸間の距離をＤとすると、（Ｄ−
√２・ｄ）となる。本実施の形態では、Ｓ偏光光束とＰ
偏光光束とを均一に分布させてそれぞれ新たな二次光源
とするため、（Ｄ−√２・ｄ）＝√２・ｄとなるよう
に、平行平板３０６の厚みｄを設定している。すなわ
ち、ｄ＝Ｄ／（２√２）となっている。

【００２７】第２レンズアレイ３０８は、リフレクタ３
０２、第１レンズアレイ３０３及び偏光分離プリズム３
０４の光学作用により光源３０１と共役関係となる位置
に設けられている。第２レンズアレイ３０８も第１レン
ズアレイ３０３と同様の構造を有しているが、Ｓ偏光成
分及びＰ偏光成分のそれぞれに対応してレンズセル３０
８ａが設けられるので、レンズセルの密度は第１レンズ
アレイ３０３よりも、図３において横方向に倍になって
いる。

【００２８】１／２波長板３０７は、第２レンズアレイ
３０８に入射するＰ偏光光束をＳ偏光光束に変換するも
のである。このため、１／２波長板３０７は、第２レン
ズアレイ３０８のＰ偏光光束に対応するレンズセル３０
８ａの入射面に設けられている。偏光分離プリズム３０
４から入射されるＳ偏光光束は、そのまま第２レンズア
レイ３０８に入射され、Ｐ偏光光束は１／２波長板３０
７でＳ偏光光束に変換された後、第２レンズアレイ３０
８に入射され、それぞれ二次光源像を結んだ後、出射さ
れる。

【００２９】従って、第２レンズアレイ３０８の各レン
ズセル３０８ａからはＳ偏光光束のみが出射される。な
お、１／２波長板３０７を第２レンズアレイ３０８のＳ
偏光光束に対応するレンズセル３０８ａの入射面に設
け、第２レンズアレイ３０８をＰ偏光光束の二次光源と
してもよい。尤も、Ｓ偏光光束を二次光源とする方が偏
光分離プリズム３０４で生じる両偏光の光路差を補正で
きる効果があるので、Ｐ偏光光束をＳ偏光光束に変換す
る方が望ましい。

【００３０】重ね合わせレンズ３０９は、二次光源から
の照明光を重ね合わせて均一な照度が得られるようにす
るものである。リレー光学系３１０は、二次光源の光源
像を投影光学系５の絞り位置Ｐに結像するものである。
すなわち、第２レンズアレイ３０８と投影光学系５の絞
り位置とは、重ね合わせレンズ３０９、リレー光学系３
１０及び偏光ビームスプリッタ３１１の光学作用により
共役関係に設定されている。

【００３１】また、偏光ビームスプリッタ３１１は、リ
レー光学系３１０から入射される照明光と光学像合成部
４から入射される投影光とが互いに干渉しないように分
離し、照明光はライトバルブ２０１，２０２，２０３側
に導き、投影光はスクリーン６側に導くものである。偏
光ビームスプリッタ３１１は、２つの直角プリズムを斜
面で互いに接合したもので、一方の斜面３１１ａ（以
下、偏光分離面３１１ａという。）にＳ偏光光束を反射
し、Ｐ偏光光束を透過する特性を有する半透膜がコーテ
ィングされている。

【００３２】偏光ビームスプリッタ３１１は、投影光学
系５が２群構成のテレセントリック系の投影レンズで構
成され、後群５０２の前側焦点が投影光学系５の絞り位
置Ｐとなるので、投影光学系５の光軸Ｌ上に、偏光分離
面３１１ａを絞り位置Ｐから投影光学系５の前群５０１
側に角度４５°で傾斜させ、かつ、照明光の出射面３１
１ｂを絞り面に一致させて設けられている。

【００３３】１／２波長板３１２は、投影光をＳ偏光か
らＰ偏光に変換するものである。１／２波長板３１２
は、偏光ビームスプリッタ３１１の出射面３１１ｂに、
投影光の複数の二次光源像が形成される位置（照明光の
複数の二次光源像と重複しない位置）に設けられてい
る。

【００３４】上述のように照明光は投影光学系５の絞り
面に二次光源像（以下、二次照明光源像という。）を形
成するが、光学像合成部４から出射される投影像の光束
も投影レンズ５のテレセントリック光学特性により絞り
面内に集光し、二次光源像（以下、二次投影光源像とい
う。）を形成し、絞り面における両二次光源像の位置関
係は、図４に示すようになっている。同図において、黒
丸の点は、絞り位置Ｐの開口面Ｓにおける二次照明光源
像の結像位置であり、白丸の点は、二次投影光源像の結
像位置であり、両二次光源像の位置関係は、例えば二次
投影光源像ｕと二次照明光源像ｖとの位置関係のよう
に、中心Ｏに対して回転対象となっている。そして、各
結像位置には、図５に示すように、二次照明光源像８
（実線の楕円で示す。）と二次投影光源像９（点線の楕
円で示す。）とが横方向に交互に分布する。

【００３５】従って、１／２波長板３１２は、偏光ビー
ムスプリッタ３１１の出射面３１１ｂの二次投影光源像
９の結像位置に対応する部分（図４，図５の斜線部７の
部分を参照）に設けられている。

【００３６】なお、本実施の形態では、偏光ビームスプ
リッタ３１１の出射面３１１ｂを絞り面に一致させて設
けているので、この出射面３１１ｂに１／２波長板３１
２を設けているものであり、この構成を採用せず、偏光
ビームスプリッタ３１１と別体の１／２波長板３１２を
絞り面若しくはその近傍に設けるようにしてもよい。

【００３７】光学像合成部４は、４個の直角プリズム４
０１，４０２，４０３，４０４を直角を挟む面で互いに
接合したプリズム型のクロスダイクロイックプリズムで
構成されている。接合面４０５，４０６には、可視光の
内、略５８０ｎｍ以上の波長の光束を反射し、その他の
波長の光束を透過するダイクロイック多層膜が蒸着さ
れ、接合面４０７，４０８には、可視光の内、略５１０
ｎｍ以下の波長の光束を反射し、その他の波長の光束を
透過するダイクロイック多層膜が蒸着されている。直角
プリズム４０１〜４０３の各傾斜面４０１ａ〜４０３ａ
は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの色成分の照明光の出射面であ
るとともに、ライトバルブ２０１，２０２，２０３で形
成されたＲ，Ｇ，Ｂの光学画像の投影光の入射面となっ
ている。また、直角プリズム４０４の傾斜面４０４ａ
は、投影光学系５の後群５０２を介して入射される照明
光の入射面であるとともに、クロスダイクロイックプリ
ズム４で合成されたＲ，Ｇ，Ｂの光学画像の投影光の出
射面となっている。

【００３８】投影光学系５は、２群構成のテレセントリ
ック系の投影レンズで構成されている。また、投影レン
ズ５は、光学像合成部４に対して、絞り位置Ｐに結像さ
れる光源像が後群５０２、クロスダイクロイックプリズ
ム４を透過し、ライトバルブ２０１，２０２，２０３で
反射した後、その反射光（投影光）が再び絞り位置Ｐに
結像する関係（共役関係）となるように配置されてい
る。

【００３９】上記構成において、光源３０１から放射さ
れたランダム偏光の光束は、リフクレタ３０２の反射面
で回転放物面鏡の回転軸方向（図１のＡ方向）に反射さ
れ、開口部３０２ａから放射される。リフレクタ３０２
の開口部３０２ａから放射された光束は、第１レンズア
レイ３０３に入射し、複数のレンズセル３０３ａにより
複数の光束に分割されて偏光分離プリズム３０４に出射
される。

【００４０】第１レンズアレイ３０３の各レンズセル３
０３ａから出射された光束は、それぞれ偏光分離プリズ
ム３０４を透過、屈折することによりＳ偏光光束とＰ偏
光光束とに分離され、偏光分離プリズム３０４の出射面
３０５ｂから第２レンズアレイ３０８に出射される。Ｓ
偏光光束は、直接、第２レンズアレイ３０８に入射され
る一方、Ｐ偏光光束は、１／２波長板３０７によりＳ偏
光光束に変更された後、第２レンズアレイ３０８に入射
される。

【００４１】光源３０１と第２レンズアレイ３０８とは
共役関係にあり、光源３０１の光源像は第２レンズアレ
イ３０８に結像するので、この結像した光源像を二次光
源として第２レンズアレイ３０８から複数の光束が出射
される。また、第１レンズアレイ３０３〜第２レンズア
レイ３０８はオプティカルインテグレータを構成し、第
２レンズアレイ３０８では光源が複数の二次光源に分離
されているので、複数の光束（Ｓ偏光光束）からなる照
明光が第２レンズアレイ３０８から出射される。

【００４２】第２レンズアレイ３０８から出射された複
数の光束は、照射面が重なるように、重ね合わせレンズ
３０９で各光軸方向が変更された後、リレー光学系３１
０を介して偏光ビームスプリッタ３１１に入射される。
偏光ビームスプリッタ３１１に入射された照明光は、図
６に示すように、Ｓ偏光光であるので、偏光分離面３１
１ａで直角に反射され、投影レンズ５の絞り位置Ｐに、
図５に示すように、二次照明光源８を形成する。

【００４３】なお、図６において、実線で示す矢印は照
明光を示し、点線で示す矢印は投影光を示している。ま
た、照明光Ｕは白色照明光を示し、照明光Ｕr，Ｕg，Ｕ
bはそれぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の照明光を示してい
る。同様に、投影光Ｖr，Ｖg，ＶbはそれぞれＲ，Ｇ，
Ｂの各色成分の投影光を示し、投影光Ｖは合成色の投影
光を示している。更に括弧内の「Ｓ」はＳ偏光であるこ
とを示し、「Ｐ」はＰ偏光であることを示している。

【００４４】投影レンズ５の絞り位置Ｐに二次照明光源
像を形成した照明光は、更に投影レンズ５の後群５０２
に入射され、テレセントリック状態でクロスダイクロイ
ックプリズム４側に出射される。この照明光の光路上に
は１／２波長板３１２は設けられていないので、クロス
ダイクロイックプリズム４にはＳ偏光の照明光が入射さ
れる。

【００４５】クロスダイクロイックプリズム４に入射さ
れた照明光は、略５８０ｎｍ以上の波長の光束が接合面
４０５，４０６で赤色のライトバルブ２０１側に直角に
反射され、５８０ｎｍよりも短い波長の光束が緑色のラ
イトバルブ２０２側に透過される。また、略５１０ｎｍ
以下の波長の光束が接合面４０７，４０８で青色のライ
トバルブ２０３側に直角に反射され、略５１０ｎｍより
も長い波長の光束が緑色のライトバルブ２０２側に透過
される。

【００４６】従って、赤色のライトバルブ２０１には、
偏光板２０４を介して略５８０ｎｍ以上の長波長の照明
光（略赤色の照明光）が照射され、緑色のライトバルブ
２０１には、偏光板２０５を介して略５１０ｎｍ〜５８
０ｎｍの波長の照明光（略緑色の照明光）が照射され、
青色のライトバルブ２０３には、偏光板２０６を介して
略５１０ｎｍ以下の短波長の照明光（略青色の照明光）
が照射される。

【００４７】なお、偏光板２０４〜２０６はＳ偏光透過
特性を有するので、各色の照明光は、偏光板２０４〜２
０６で阻止されることなくそれぞれライトバルブ２０１
〜２０３に照射される（図６参照）。

【００４８】各色の照明光はライトバルブ２０１〜２０
３により空間変調され、光学画像を構成する投影光が投
影光としてクロスダイクロイックプリズム４側に反射さ
れる。各色の投影光はＳ偏光であるので、偏光板２０４
〜２０６で阻止されることなくそれぞれクロスダイクロ
イックプリズム４に入射され、色合成されて投影レンズ
５に出射される。

【００４９】すなわち、図６に示すように、Ｒの色の光
学画像を構成する光束Ｖr(S)は、偏光板２０４を透過し
た後、傾斜面４０１ａからクロスダイクロイックプリズ
ム４に入射し、接合面４０５，４０６で傾斜面４０４ａ
側に反射され、Ｂの色の光学画像を構成する光束Ｖb(S)
は、偏光板２０６を透過した後、傾斜面４０６ａからク
ロスダイクロイックプリズム４に入射し、接合面４０
７，４０７で傾斜面４０４ａ側に反射され、Ｇの色の光
学画像を構成する光束Ｖg(S)は、偏光板２０５を透過し
た後、傾斜面４０５ａからクロスダイクロイックプリズ
ム４に入射し、接合面４０５〜４０８を反射することな
く傾斜面４０４ａ側に透過する。従って、クロスダイク
ロイックプリズム４の傾斜面４０４ａからはＲ，Ｇ，Ｂ
の各色の光学画像を構成する光束Ｖr(S)，Ｖg(s)，Ｖb
(S)が混合された光束Ｖ(S)が出射される。

【００５０】そして、この投影光Ｖ(S)は、１／２波長
板３１２によりＰ偏光の投影光Ｖ(P)に変換された後、
投影レンズ５の後群５０２により絞り位置Ｐに二次投影
光像９を結像し（図５参照）、この二次投影光像９から
出射された投影光Ｖ(P)は、偏光ビームスプリッタ３１
１の偏光分離面３１１ａを反射することなく直進し、投
影レンズ５の前群５０１を介してスクリーン６に投影さ
れる。

【００５１】なお、上記実施の形態では、照明光をＳ偏
光とし、投影光をＰ偏光としているが、図７に示すよう
に、投影レンズ５の前群５０１と後群５０２の光軸が直
交するように折り曲げて配置し、かつ、リレー光学系３
１０と投影レンズ５の後群５０２とを直列に配置するこ
とにより、照明光をＰ偏光とし、投影光をＳ偏光として
もよい。

【００５２】図７に示す光学系は、図１に示す光学系に
おいて、偏光ビームスプリッタ３１１を透過した照明光
の光軸Ｌ上に、後群５０２、色分解／合成部４及びライ
トバルブ２０１〜２０３を配置したもので、１／２波長
板３０７はＳ偏光光束の入力光軸上に配置され、１／２
波長板３１２は照明光の光路上に配置されている。

【００５３】従って、第２レンズアレイ３０８の各レン
ズセル３０８ａからはＰ偏光光束のみが出射され、この
Ｐ偏光光束は、重ね合わせレンズ３０９及びリレー光学
系３１０を介して偏光ビームスプリッタ３１１に入射さ
れる。照明光Ｕ(P)は、Ｐ偏光であるから、偏光ビーム
スプリッタ３１１の偏光分離面３１１ａを反射すること
なく直進し、偏光ビームスプリッタ３１１の出射面３１
１ｂを出射した際、１／２波長板３１２でＳ偏光光束に
変換される。そして、偏光ビームスプリッタ３１１を出
射した照明光Ｕ(S)は、後群５０２を介して色分解／合
成部４に入射され、Ｒ，Ｇ，Ｂの色に分解された後、偏
光板２０４〜２０６を透過して対応する色のライトバル
ブ２０１〜２０３に入射される。

【００５４】ライトバルブ２０１〜２０３を反射した各
色の投影光Ｖ(S)は、偏光板２０４〜２０６を透過して
ダイクロイックプリズム４に入射し、各色が合成された
後、後群５０２を介して偏光ビームスプリッタ３１１に
入射される。そして、投影光Ｖ(S)は、偏光ビームスプ
リッタ３１１の偏光分離面３１１ａで上方に直角に反射
され、前群５０１を介してスクリーン６に投影される。

【００５５】なお、図７において、１／２波長板３１２
を偏光ビームスプリッタ３１１の出射面３１１ａの投影
光の光路上に配置するとともに、偏光板２０４〜２０６
をＰ偏光透過型偏光板としてもよい。この場合は、ライ
トバルブ２０１〜２０３がＰ偏光の照明光Ｕ(P)で照明
され、偏光ビームスプリッタ３１１には色分解／合成部
４及び後群５０２を介してＰ偏光の投影光Ｖ(P)が入射
することになるが、この投影光Ｖ(P)は、出射面３１１
ｂに配置された１／２波長板３１２によりＳ偏光の投影
光Ｖ(S)に変換されるので、偏光分離面３１１ａで上方
に直角に反射され、前群５０１を介してスクリーン６に
投影される。

【００５６】上記のように、反射型像投影装置におい
て、照明光学系３にオプティカルインテグレータを用い
ているので、ライトバルブ２０１〜２０３を照度ムラの
少ない均一な照度分布で照明することができる。

【００５７】また、投影レンズ５の有効径の小さい絞り
位置Ｐで照明光と投影光の二次光源像を回転対象の位置
関係で結像させるとともに、投影光の偏光面を１／２波
長板３１２によりＰ偏光に変換するようにしているの
で、絞り開口全体を透過領域として照明光と投影光とを
互いに干渉させることなく透過させることができ、これ
により光量の利用率を低下させることなく絞り開口の小
さいコンパクトな投影光学系を採用することができる。

【００５８】従って、照明光の色分解手段と投影光の色
合成手段とをクロスダイクロイックプリズム４で構成す
ることによるコンパクト化と投影光学系のコンパクト化
とにより像投影装置１全体の小型化、コンパクト化が可
能になる。

【００５９】なお、上記実施の形態では、カラー画像の
像投影装置について説明したが、本発明は、クロスダイ
クロイックプリズム４を除いたモノクロ画像の像投影装
置についても適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ライトバルブとスクリーン間に投影光学系を設けるとと
もに、投影光学系の光軸と直角に照明光を入射する光源
手段とを設け、光源手段からの照明光を投影光学系の絞
り位置の近傍でライトバルブ側に透過若しくは反射させ
て当該ライトバルブを照明する反射型の像投影装置にお
いて、投影光学系の絞り位置に照明光の複数の二次光源
像を形成する光源像形成手段と、投影光学系内に入射さ
れた照明光を反射する偏光ビームスプリッタと、投影光
学系の絞り面内の照明光若しくは投影光の光路上に１／
２波長板とを設け、絞り面の互いに重複しない位置に照
明光及び投影光の偏光面を互いに直交させて二次光源像
を結像させるようにしたので、照明光及び投影光を絞り
位置の開口面全体を相互に干渉させることなく透過させ
ることができ、光源からの照明光を有効に活用すること
ができる。

【００６１】また、絞り位置における照明光の透過領域
と投影光の透過領域とを分離していないので、この分、
絞り開口面積を小さくでき、投影光学系のコンパクト
化、延いては装置全体の小型化、コンパクト化が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る像投影装置の光学系の一実施の形
態を示す図である。

【図２】照明光の発光スペクトル特性の一例を示す図で
ある。

【図３】リフレクタからの照明光の有効径と第１レンズ
アレイのレンズセルの配置との関係を示す図である。

【図４】絞り面における照明光と投影光の二次光源像の
結像位置及び１／２波長板の配置説位置との関係を示す
図である。

【図５】絞り面に結像された照明光及び投影光の二次光
源像を示す図である。

【図６】偏光ビームスプリッタとライトバルブ間の光路
上における照明光及び投影光の偏光状態を示す図であ
る。

【図７】本発明に係る像投影装置の光学系の他の実施の
形態を示す図である。

【符号の説明】

１像投影装置２光学像形成部２０１，２０２，２０３ライトバルブ２０４，２０５，２０６偏光板３照明光学系３０１光源３０２リフレクタ３０３第１レンズアレイ３０４偏光分離プリズム３０５直角プリズム３０６平行平板３０７，３１２１／２波長板３０８第２レンズアレイ３０９重ね合わせレンズ３１０リレー光学系３１１偏光ビームスプリッタ４光学像合成部（クロスダイクロイックプリズム）４０１，４０２，４０３，４０４直角プリズム５投影光学系５０１前群５０２後群６スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ＤＨ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号に基づき照明光を空間変調して
投影用の光学画像を形成するライトバルブと、上記照明
光を生成する光源手段と、上記ライトバルブとスクリー
ンとの間に上記ライトバルブからの上記光学画像を構成
する投影光が絞り面内に複数の光源像を形成するように
配置され、上記光源手段からの照明光を上記ライトバル
ブに導くとともに、上記ライトバルブからの上記投影光
を上記スクリーンに導く投影光学系と、上記投影光学系
の光軸上に設けられ、上記照明光を上記ライトバルブ側
に透過若しくは反射する偏光ビームスプリッタと、上記
光源手段からの照明光を上記偏光ビームスプリッタを介
して上記投影光学系の絞り面内の上記投影光の光源像の
結像位置と異なる位置に集光し、複数の光源像を形成す
る光源像形成手段と、上記投影光学系の絞り面内の上記
照明光若しくは上記投影光の光路上に設けられる１／２
波長板と、上記ライトバルブと上記投影光学系との間に
設けられる偏光板とを備えたことを特徴とする像投影装
置。