JP2007086279A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型の光学系によってカラー画像を投射することができるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】
本実施形態のプロジェクタ１０では、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを等価な光路で照明することができ、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを照明する各色光の相対的な照度分布を一致させることができる。この際、緑色照明光は、両光分離装置４４，４５間で、赤色光の光路ＯＰ１や青色光の光路ＯＰ３と一部共通する光路を往復するので、プロジェクタ１０を構成する光学系を小型化することができ、小型で高性能のプロジェクタ１０を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶パネル等の光変調装置を複数用いてカラー画像を投射することができるプロジェクタに関する。

従来のプロジェクタとして、光源からの光束を一対のダイクロイックミラーによって色分解し、各色光を両面ミラー等を含む多数のミラーを介してクロスダイクロイックプリズムの３側面に等価な光路で導いて、クロスダイクロイックプリズムで合成を行うものが存在する（特許文献１）。

別のプロジェクタとして、光源からの光束を一方のクロスダイクロイックミラーによって色分解し、下側に隣接して配置した他方のクロスダイクロイックミラーによって分解された各色光を合成すべく、両クロスダイクロイックミラーの側方に各色光に対応させて傾斜した各２枚のミラーを立体的に配置したものが存在する（特許文献２）。

別のプロジェクタとして、光源からの光束を一対のダイクロイックミラー等によって色分解し、１以上の特定色の光束を偏光ビームスプリッタ、位相差板等からなる光路長調整手段に導くことによって各色の光路の長さを調整しつつ、クロスダイクロイックプリズムで合成を行うものが存在する（特許文献３、４）。

別のプロジェクタとして、光源からの光束をダイクロイックミラー及びダイクロイックフィルタによって色分解し、偏光ビームスプリッタ、位相差板等によって各色の光路の長さを調整しつつ、クロスダイクロイックプリズムで合成を行うものが存在する（特許文献５）。
特開平５−６６５０５号公報 特開平５−１５８１６７号公報 特開平８−２５４６７８号公報 特開平１１−１３３５２９号公報 特開２００５−４９３７３号公報

しかし、上述のプロジェクタは、いずれも光路の形状が複雑で光学系が大型化するという問題がある。

そこで、本発明は、小型の光学系によってカラー画像を投射することができるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクタは、（ａ）第１偏光の第１及び第２の色光と、第１偏光と異なる第２偏光の第３の色光とを射出する照明装置と、（ｂ）互いに交差して配置される色分離膜と偏光分離膜とを含み、色分離膜によって、照明装置から入射した第１及び第２の色光を透過させるとともに照明装置から入射した第３の色光を反射し、偏光分離膜によって、照明装置から入射した第１偏光の第１の色光を反射するとともに、第１偏光になっている第２の色光を反射しつつ、第２偏光になっている第２の色光を透過させ、照明装置から入射した第２偏光の第３の色光を透過させる光学部材と、（ｃ）光学部材の第１射出部の後段に配置される位相差板と色分離膜とを含み、第１射出部から射出された第１の色光を透過させるとともに、第１射出部から射出された第２の色光を反射して逆行させる際に第１偏光を第２偏光に変更する第１光分離手段と、（ｄ）光学部材の第２射出部の後段に配置される位相差板と色分離膜とを含み、第２射出部から射出された第３の色光を透過させるとともに、第２射出部から射出された第２の色光を反射して逆行させる際に第２偏光を第１偏光に変更する第２光分離手段と、（ｅ）第１光分離手段を経た第１の色光によって照明される第１光変調装置と、（ｆ）光学部材の第３射出部に対向して配置され、当該第３射出部から射出された第２の色光によって照明される第２光変調装置と、（ｇ）第２光分離手段を経た第３の色光によって照明される第３光変調装置と、（ｈ）光学部材の第１射出部から射出された第１の色光を、光路の折り曲げによって第１光変調装置に案内するとともに、光学部材の第３射出部から射出された第３の色光を、光路の折り曲げによって第３光変調装置に案内する光案内手段と、（ｉ）第１から第３色光を第１から第３光変調装置によってそれぞれ変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、（ｊ）光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系とを備える。

上記プロジェクタでは、光学部材に設けた色分離膜によって、第１及び第２の色光と第３の色光とが互いに分離される。また、第１光分離手段によって、第１の色光と第２の色光とが分離され、この際の偏光方向の切替によって、第２の色光に対して光学部材の偏光分離膜の透過を可能にする。次に、第２光分離手段によって第２の色光の偏光方向が切り替えられ、第２の色光に対して光学部材の偏光分離膜での反射、すなわち光学部材の第３射出部からの射出を可能にする。第２の色光については、結果的に第１及び第２光分離手段間を光学部材を介して１往復させることができ、第２の色光の光路の長さを往復分だけ長くすることができる。一方、第２の色光が第２光変調装置に直接的に入射するのに対し、第１及び第３の色光は、光案内手段を介して第１及び第３光変調装置に間接的にそれぞれ入射する。したがって、光案内手段を経ることで第１及び第３の色光に関して光路の長さが増加する分を、第１及び第２光分離手段間を１往復することで第２の色光に関して光路の長さ増加する分によって相殺することができる。つまり、第１〜第３光変調装置を等価な光路を経た第１〜第３の色光で照明することができ、第１〜第３光変調装置を照明する各色光の相対的な照度分布を簡易に一致させることができる。なお、以上において、第１及び第２光分離手段は、光路方向の寸法を薄くすることができ、第１の色光や第３の色光の光路上で第２の色光を往復させるだけの構成であるので、プロジェクタを構成する光学系のサイズの増加を十分に抑えることができ、小型で高性能のプロジェクタを提供することができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点では、上記プロジェクタにおいて、照明装置が、第１から第３の色光を含む光源光を発生する光源と、当該光源からの光源光を均一化する均一化光学系と、当該光源からの光源光を第１偏光に変換する偏光変換装置と、第１偏光に変換された第１から第３の色光のうち第３の色光を第２偏光に変換する波長選択性位相差板とを含む。本プロジェクタでは、第１から第３の色光を発生する共通のランプ光源等からの光源光を第１偏光に変換して効率的利用を図ることができるだけでなく、光学部材に設けた色分離膜によって第１及び第２の色光から分離される第３の色光が偏光分離膜による不要な干渉を受けないようにできる。

また、本発明の別の態様では、第１光分離手段が、位相差板及び色分離膜を透過した第１の色光の偏光方向を第１偏光にする第１副波長板をさらに備え、第２光分離手段が、位相差板及び色分離膜を透過した第３の色光の偏光方向を第１偏光にする第２副波長板をさらに備える。この場合、第１偏光の設定により、第１の色光や第３の色光が光案内手段内で光路を折り曲げられる際に、反射損失が大きくなることを防止できる。

また、本発明のさらに別の態様では、第１から第３の色光が、波長が異なる３つの帯域に対応し、第２の色光が、中間の波長の帯域に対応する。例えば、第１から第３の色光が赤色光、緑色光、及び青色光とした場合、第２の色光は緑色光となる。第２の色光は、上述のように光学部材から第１及び第２光分離手段にかけて第１の色光や第３の色光と共通する光路を有するので、第２の色光が中間の波長の帯域の場合、各光学要素における各色光の取り扱い比較的無理のないものに設定し易く、効率的な色分離が可能になる。

また、本発明のさらに別の態様では、光合成光学系が、互いに交差して配置される一対の偏光分離膜を含み、第１入射部からの第１の色光を当該一対の偏光分離膜の一方で反射し、第２入射部からの第３の色光を当該一対の偏光分離膜の他方で反射し、かつ、第３入射部からの第２の色光を当該一対の偏光分離膜を介して透過させる。この場合、両偏光分離膜を効率良く利用して、効率的な色合成が可能になる。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ１０は、光源光を発生する光源としての光源装置２０と、光源装置２０からの照明光を均一化するとともにその偏光状態を調整する均一化光学系３０と、均一化光学系３０を経た照明光を赤・緑・青の３色に分割する色分離光学系４０と、色分離光学系４０から射出された各色の照明光によって照明される光変調部５０と、光変調部５０からの各色の変調光を合成するクロスダイクロイックプリズム６０と、クロスダイクロイックプリズム６０を経た像光をスクリーン（不図示）に投射する投射レンズ７０とを備える。なお、以上のうち、光源装置２０と均一化光学系３０とは、色分割前の照明光を射出する照明装置として機能する。

ここで、光源装置２０は、略点状の発光部を形成するランプ本体２１と、ランプ本体２１から射出される光源光を再度集光する楕円面の凹面鏡２２と、凹面鏡２２で反射された光源光をコリメートする凹レンズ２３とを備える。このうち、ランプ本体２１は、例えば高圧水銀ランプからなり、略白色の光源光を射出する。また、凹面鏡２２及び凹レンズ２３は、ランプ本体２１から放射される光線を反射して、平行光束として均一化光学系３０に入射させる。なお、楕円面の凹面鏡２２に変えて、球面や放物面等の各種凹面鏡を用いてもよい。放物面の凹面鏡を用いた場合は、凹面鏡２２の後段に凹レンズ２３等を設けなくとも、光源装置２０から平行光束を射出させることが可能となる。

均一化光学系３０は、分割光を形成する一対のフライアイ光学部材３１，３２と、分割光を重ね合わせるための重畳レンズ３３と、照明光を所定の偏光成分に変換する偏光変換部材３４と、特定色の偏光方向のみを選択的に切り替える波長選択性位相差板３８とを備えている。一対のフライアイ光学部材３１，３２は、マトリックス状に配置された複数の要素レンズからなり、これらの要素レンズによって、光源装置２０からの照明光を分割して個別に集光・発散させる。偏光変換部材３４は、フライアイ光学部材３１，３２から射出された照明光を一種類の偏光（具体的には図１の紙面に垂直なＳ偏光成分のみ）に変換して次段光学系に供給するための偏光変換装置である。重畳レンズ３３は、偏光変換部材３４を経た照明光を全体として適宜収束させて、光変調部５０に設けた各色の光変調装置に対する重畳照明を可能にする。つまり、両フライアイ光学部材３１，３２と重畳レンズ３３とを経た照明光は、以下に詳述する色分離光学系４０を経て、光変調部５０を構成する各色の光変調装置すなわち各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂの画像形成領域を均一に重畳照明する。波長選択性位相差板３８は、均一化光学系３０から射出される照明光のうち、第１の赤色光と第２の緑色光とをＳ偏光状態に維持しつつ、第３の青色光をＳ偏光状態からＰ偏光状態に変換する。波長選択性位相差板３８は、リターダすなわち屈折率異方性材料を積層することによって形成される光学素子であり、特定波長帯域（ここでは青色の帯域）のみについて、その偏光方向を入力された状態から９０°回転させることができ、他の波長帯域（ここでは赤及び緑色の帯域）については、その偏光方向を入力されたままの偏光状態に維持することができるというものである。

色分離光学系４０は、プリズム部材４２と、第１光分離装置４４と、第２光分離装置４５と、折曲ミラー４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄと、フィールドレンズ４９ｒ，４９ｇ，４９ｂとを備える。このうち、プリズム部材４２は、本発明の光学部材に相当するものであり、入射した照明光の波長と偏光方向とに応じて透過及び反射を制御することができ、後述する第１及び第２光分離装置４４，４５と協働して照明光から赤色光と緑色光と青色光とを分岐する色分離手段として機能する。また、第１光分離装置４４は、プリズム部材４２から射出された赤色光を透過させるとともに、緑色光を反射して逆行させる際にＳ偏光状態からＰ偏光状態に変更する第１光分離手段として機能し、第２光分離装置４５は、プリズム部材４２から射出された青色光を透過させるとともに、緑色光を反射して逆行させる際にＰ偏光状態からＳ偏光状態に変更する第２光分離手段として機能する。折曲ミラー４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄは、光案内手段として機能し、第１光分離装置４４から射出された赤色光を、光変調部５０に設けた赤色用の光変調装置すなわち液晶パネル５１ｒに案内するとともに、第２光分離装置４５から射出された青色光を、光変調部５０に設けた青色用の光変調装置すなわち液晶パネル５１ｂに案内する。

プリズム部材４２は、例えば誘電体多層膜で形成されＳ偏光を選択的に反射する偏光分離膜４２ａと、例えば誘電体多層膜で形成され青色光を選択的に反射する色分離膜４２ｂとをＸ字状に交差させた状態で内蔵するものである。このプリズム部材４２は、均一化光学系３０を経たＳ偏光の赤色光を、偏光分離膜４２ａで反射して進行方向右側に射出させる。この際、赤色光は、色分離膜４２ｂを透過しこの作用を受けない。また、プリズム部材４２は、均一化光学系３０を経たＳ偏光の緑色光も、偏光分離膜４２ａで反射して進行方向右側に射出させる。また、プリズム部材４２は、均一化光学系３０を経たＰ偏光の青色光を色分離膜４２ｂで反射して進行方向左側に射出させる。この際、Ｐ偏光である青色光は、偏光分離膜４２ａを透過しこの作用を受けない。

第１光分離装置４４は、フィルタミラー４４ａと、第１波長板４４ｂと、第２波長板４４ｃとを備える。フィルタミラー４４ａは、例えば誘電体多層膜で形成されたダイクロイックミラー等で構成される色分離膜であり、これに略垂直に入射する赤色光を選択的に透過させるとともに、同様に入射する緑色光を選択的に反射する。第１波長板４４ｂは、（１／４）λ板と呼ばれる位相差板であり、プリズム部材４２から第１光分離装置４４側に射出される光束の特定偏光成分の位相をずらすことにより、直線偏光を円偏光にし、円偏光を直線偏光にする。また、第２波長板４４ｃは、（３／４）λ板と呼ばれるもので、第１副波長板として、フィルタミラー４４ａを通過した光束の特定偏光成分の位相をずらすことにより、円偏光を直線偏光にする。以上のような第１光分離装置４４に入射した赤色光に着目すると、この赤色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー４４ａを通過した後に第２波長板４４ｃで円偏光からＳ偏光に戻され、折曲ミラー４７ａに入射する。一方、緑色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー４４ａで反射された後に第１波長板４４ｂを再度通過して円偏光からＰ偏光に変換され、プリズム部材４２に戻される。つまり、第１光分離装置４４を経ることによって、赤色光は、偏光方向を維持したままで直進し、緑色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

第２光分離装置４５は、フィルタミラー４５ａと、第１波長板４５ｂと、第２波長板４５ｃとを備える。フィルタミラー４５ａは、例えば誘電体多層膜で形成されたダイクロイックミラー等で構成される色分離膜であり、これに略垂直に入射する青色光を選択的に透過させるとともに、同様に入射する緑色光を選択的に反射する。第１波長板４５ｂは、（１／４）λ板と呼ばれる位相差板であり、プリズム部材４２から第２光分離装置４５側に射出される光束の特定偏光成分の位相をずらすことにより、直線偏光を円偏光にし、円偏光を直線偏光にする。また、第２波長板４５ｃも、（１／４）λ板と呼ばれるもので、第２副波長板として、フィルタミラー４５ａを通過した光束の特定偏光成分の位相をずらすことにより、円偏光を直線偏光にする。以上のような第２光分離装置４５に入射した青色光に着目すると、この青色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー４５ａを通過した後に第２波長板４５ｃで円偏光からＳ偏光に変換され、折曲ミラー４７ｃに入射する。一方、緑色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー４５ａで反射された後に第１波長板４５ｃを再度通過して円偏光からＳ偏光に変換され、プリズム部材４２に戻される。つまり、第２光分離装置４５を経ることによって、青色光は、偏光方向を９０°変化させて直進し、緑色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

なお、緑色光については、プリズム部材４２の偏光分離膜４２ａで反射されてその第１射出部から射出された後に第１光分離装置４４に入射し、第１光分離装置４４で反射されて逆行する際にＳ偏光からＰ偏光にされる結果として、色分離膜４２ｂのみならず偏光分離膜４２ａを通過してプリズム部材４２の反対側である第２射出部から射出される。この第２射出部から射出された緑色光は、第２光分離装置４５に入射し、第２光分離装置４５で反射されて逆行する際にＰ偏光からＳ偏光にされる結果として、偏光分離膜４２ａで反射され、プリズム部材４２の側面のうち残った第３射出部から射出される。結果的に、緑色光は、プリズム部材４２をあたかも直進したように射出するが、第１光分離装置４４と第２光分離装置４５との間を１往復する分だけ余算の光路を進んだことになる。

折曲ミラー４７ａ，４７ｂは、第１光分離装置４４を通過した赤色光を、Ｓ偏光のままでその光路を二度垂直に折り曲げる。これによって、赤色光は、一定間隔をおいて逆方向に向かう光束とされ、フィールドレンズ４９ｒに入射する。以上のような経路をたどる赤色光の光源装置２０等からの経路を第１光路ＯＰ１と呼ぶものとする。また、折曲ミラー４７ｃ，４７ｄは、第２光分離装置４５を通過した青色光を、Ｓ偏光のままでその光路を二度垂直に折り曲げる。これによって、青色光は、一定間隔をおいて逆方向に向かう光束とされ、フィールドレンズ４９ｂに入射する。この際、赤色光や青色光がともにＳ偏光であることから、折曲ミラー４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄでの各色光の反射損失を最小限に抑えることができる。以上のような経路をたどる青色光の光源装置２０等からの経路を第３光路ＯＰ３と呼ぶものとする。なお、緑色光の光路、すなわち光源装置２０から均一化光学系３０を経てプリズム部材４２に入射し、プリズム部材４２を通過する際に両光分離装置４４，４５間を往復し、フィールドレンズ４９ｇに入射する経路を第２光路ＯＰ２と呼ぶものとする。

光変調部５０は、色分離光学系４０で色分離された３色の照明光がそれぞれ入射する３つの液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを挟むように配置される３組の偏光フィルタ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂとを備える。ここで、例えば赤色光用の液晶パネル５１ｒと、これを挟む一対の偏光フィルタ５２ｒ，５２ｒとは、照明光を２次元的に輝度変調するための液晶ライトバルブを構成する。同様に、緑色光用の液晶パネル５１ｇと、対応する偏光フィルタ５２ｇ，５２ｇも、液晶ライトバルブを構成し、青色光用の液晶パネル５１ｂと、偏光フィルタ５２ｂ，５２ｂも、液晶ライトバルブを構成する。

光変調部５０において、第１光路ＯＰ１に導かれたＳ偏光の赤色光は、フィールドレンズ４９ｒおよび光入射側の偏光フィルタ５２ｒを介して液晶パネル５１ｒの画像形成領域をカバーする被照射領域に入射する。第２光路ＯＰ２に導かれたＳ偏光の緑色光は、フィールドレンズ４９ｇおよび光入射側の偏光フィルタ５２ｇを介して液晶パネル５１ｇの被照射領域に入射する。第３光路ＯＰ３に導かれたＰ偏光の青色光は、フィールドレンズ４９ｂおよび光入射側の偏光フィルタ５２ｂを介して液晶パネル５１ｂの被照射領域に入射する。各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂは、入射した照明光の偏光方向の空間的分布を変化させるための非発光で透過型の光変調装置であり、各光路ＯＰ１〜ＯＰ３を介して各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂにそれぞれ入射した各色光は、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに電気的信号として入力された駆動信号或いは画像信号に応じて、画素単位で偏光状態が調整される。その後、光射出側の偏光フィルタ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂによって、各液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂから射出される光から所定の偏光方向（図示の場合、Ｐ偏光）の変調光が取り出される。

なお、液晶パネル５１ｒの射出側の偏光フィルタ５２ｒの後段であってクロスダイクロイックプリズム６０の第１入射面に対向する位置には、（１／２）λ板５３ｒが配置されており、ライトバルブを経た赤色の変調光をＰ偏光状態からＳ偏光状態に変換する。また、液晶パネル５１ｂの射出側の偏光フィルタ５２ｂの後段であってクロスダイクロイックプリズム６０の第２入射面に対向する位置には、（１／２）λ板５３ｂが配置されており、ライトバルブを経た青色の変調光をＰ偏光状態からＳ偏光状態に変換する。

クロスダイクロイックプリズム６０は、光合成光学系であり、例えば誘電体多層膜で形成される赤色光反射用の反射膜６１と、同様に誘電体多層膜で形成される青色光反射用の反射膜６２とをＸ字状に交差させた状態で内蔵するものである。このクロスダイクロイックプリズム６０は、液晶パネル５１ｒからのＳ偏光の赤色光を反射膜６１で反射して進行方向右側に射出させ、液晶パネル５１ｇからのＰ偏光の緑色光を反射膜６１，６２を介して直進・射出させ、液晶パネル５１ｂからのＳ偏光の青色光を反射膜６２で反射して進行方向左側に射出させる。このようにクロスダイクロイックプリズム６０で合成された像光は、投射光学系である投射レンズ７０を経て適当な拡大率でスクリーン（不図示）にカラー画像として投射される。

図２は、図１のプロジェクタ１０、特に色分離光学系４０と、光変調部５０と、クロスダイクロイックプリズム６０とにおける各色の光路を模式的に説明する図である。なお、説明の便宜上、一部の光学素子を図面から省略している。

プリズム部材４２に入射した赤色光は、偏光分離膜４２ａで反射されて、その第１射出部ＯＵ１から射出された後に第１光分離装置４４に入射し、第１光分離装置４４をＳ偏光のまま通過する。第１光分離装置４４を通過した赤色光は、一対の折曲ミラー４７ａ，４７ｂによって液晶パネル５１ｒに導かれ、クロスダイクロイックプリズム６０の第１入射部ＩＮ１に入射する。クロスダイクロイックプリズム６０にＳ偏光として入射した赤色光は、反射膜６１で反射されて不図示の投射レンズ７０側の側面から射出される。以上の光路ＯＰ１において、赤色光は、照明光として、プリズム部材４２に相当する第１ブロックＢＬ１と、折曲ミラー４７ａ，４７ｂに相当する第２，４ブロックＢＬ２，ＢＬ４を通過し、像光として、クロスダイクロイックプリズム６０に相当する第６ブロックＢＬ６とを通過する。この際、各ブロックＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ４，ＢＬ６の一辺の長さをＬとし、第２，４ブロックＢＬ２，ＢＬ４の間隔をＤとすると、赤色照明光の光路の長さは、３Ｌ＋Ｄで与えられる。

緑色光については、プリズム部材４２の偏光分離膜４２ａで反射されて、その第１射出部ＯＵ１から射出された後に、第１光分離装置４４で反射されて逆行する際にＳ偏光からＰ偏光にされ、偏光分離膜４２ａ及び色分離膜４２ｂを通過してプリズム部材４２の第２射出部ＯＵ２から射出されて第２光分離装置４５に入射する。緑色光は、第２光分離装置４５で反射されて逆行する際にＰ偏光からＳ偏光にされ、偏光分離膜４２ａで反射されてプリズム部材４２の第３射出部ＯＵ３から最終的に射出される。プリズム部材４２から射出された緑色光は、液晶パネル５１ｇを経てクロスダイクロイックプリズム６０の第２入射部ＩＮ３に入射する。クロスダイクロイックプリズム６０にＰ偏光として入射した赤色光は、反射膜６１，６２を透過して不図示の投射レンズ７０側の側面から射出される。以上の光路ＯＰ２において、緑色光は、照明光として、第１ブロックＢＬ１を実質３回通過し、像光として、第６ブロックＢＬ６を１回通過する。結果的に、緑色照明光の光路の長さは、赤色光の場合と同様に３Ｌ＋Ｄで与えられる。

青色光については、プリズム部材４２の色分離膜４２ｂで反射されて、その第２射出部ＯＵ２から射出された後に第２光分離装置４５に入射し、第２光分離装置４５を通過してＳ偏光とされる。第２光分離装置４５を通過した青色光は、一対の折曲ミラー４７ｃ，４７ｄによって液晶パネル５１ｂに導かれ、クロスダイクロイックプリズム６０の第３入射部ＩＮ２に入射する。クロスダイクロイックプリズム６０にＳ偏光として入射した青色光は、反射膜６２で反射されて不図示の投射レンズ７０側の側面から射出される。以上の光路ＯＰ３において、青色光は、照明光として、第１ブロックＢＬ１と、折曲ミラー４７ｃ，４７ｃに相当する第２，４ブロックＢＬ３，ＢＬ５とを通過し、像光として、第６ブロックＢＬ６とを通過する。結果的に、青色照明光の光路の長さは、赤色光や緑色光の場合と同様に３Ｌ＋Ｄで与えられる。

なお、以上の説明では、各色光が同一屈折の媒体中を伝播するように説明したが、実際にはプリズム中と空気中では光路長が異なる。この場合、各ブロックＢＬ１〜ＢＬ６の配置や第１及び第２光分離装置４４，４５の配置の調整によって、各色の光路の長さを正確に一致させることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクタ１０では、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを等価な光路で照明することができ、ひいては、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを照明する各色光の相対的な照度分布を一致させることができる。この際、緑色照明光は、両光分離装置４４，４５間で、赤色光の光路ＯＰ１や青色光の光路ＯＰ３と一部共通する光路を往復するので、緑色光の光路ＯＰ２が外部に拡張することを防止できる。結果的に、プロジェクタ１０を構成する光学系を小型化することができ、小型で高性能のプロジェクタ１０を提供することができる。

以上の第１実施形態では、赤色光を光路ＯＰ１に導き、青色光を光路ＯＰ３に導いているが、青色光を光路ＯＰ１に導き、赤色光を光路ＯＰ３に導くこともできる。この場合、波長選択性位相差板３８は、青色光と緑色光とをＳ偏光状態に維持しつつ、赤色光をＳ偏光状態からＰ偏光状態に変換する。また、プリズム部材４２の色分離膜４２ｂは、赤色光を選択的に反射するものとする。第１光分離装置４４は、フィルタミラー４４ａの特性設定によって、プリズム部材４２からの青色光を透過させるとともに、緑色光を反射して逆行させる際にＳ偏光状態からＰ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｒの位置には青色用の液晶パネルを配置し、反射膜６１は青色光反射用とする。一方、第２光分離装置４５は、フィルタミラー４５ａの特性設定によって、プリズム部材４２からの赤色光を透過させるとともに、緑色光を反射して逆行させる際にＰ偏光状態からＳ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｂの位置には赤色用の液晶パネルを配置し、反射膜６２は赤色光反射用とする。

第１実施形態のプロジェクタ１０において、第１光分離装置４４の第２波長板４４ｃについては、（３／４）λ板に代えて（１／４）λ板にすることができ、この場合、赤色用のライトバルブ５１ｒ，５２ｒをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｒを取り除く。なお、第１光分離装置４４等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｒのみを光路上から取り除くこともできる。

また、第２光分離装置４５の第２波長板４５ｃについては、（１／４）λ板に代えて（３／４）λ板にすることができ、この場合、青色用のライトバルブ５１ｂ，５２ｂをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｂを取り除く。なお、第２光分離装置４５等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｂのみを光路上から取り除くこともできる。

〔第２実施形態〕
図３は、第２実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ１１０は、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態のプロジェクタ１０と同一の構造を有し、また、共通する部分については同一の符号を付して重複説明を省略するものとする。

本実施形態のプロジェクタ１１０は、図１の色分離光学系４０を変形した色分離光学系１４０を備える。これに応じて、光変調部１５０は、図１に示す光変調部５０の構成要素について配置を変更したものとなっている。

この場合、第１光分離装置１４４に設けたフィルタミラー１４４ａは、入射した緑色光を選択的に透過させるとともに、入射した赤色光を選択的に反射する。第１光分離装置１４４に入射した緑色光に着目すると、この緑色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー１４４ａを通過した後に第２波長板４４ｃで円偏光からＳ偏光に戻され、折曲ミラー４７ａに入射する。一方、赤色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー１４４ａで反射された後に第１波長板４４ｂを再度通過して円偏光からＰ偏光に変換され、プリズム部材４２に戻される。つまり、第１光分離装置１４４を経ることによって、緑色光は、偏光方向を維持したままで直進し、赤色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

一方、第２光分離装置１４５に設けたフィルタミラー１４５ａは、入射した青色光を選択的に透過させるとともに、入射した赤色光を選択的に反射する。第２光分離装置１４５に入射した青色光に着目すると、この青色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー１４５ａを通過した後に第２波長板４５ｃで円偏光からＳ偏光に変換され、折曲ミラー４７ｃに入射する。一方、赤色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー１４５ａで反射された後に第１波長板４５ｃを再度通過して円偏光からＳ偏光に変換され、プリズム部材４２に戻される。つまり、第２光分離装置１４５を経ることによって、青色光は、偏光方向を９０°変化させて直進し、赤色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

緑色光が導かれる光路ＯＰ１１には、緑色用の液晶パネル５１ｇや偏光フィルタ５２ｇが配置され、クロスダイクロイックミラー１６０において、図１のような反射膜６１に代えて、緑色を反射させ赤及び青色光を透過させる反射膜１６１を用いる。一方、赤色光が導かれる光路ＯＰ１２には、赤色用の液晶パネル５１ｒや偏光フィルタ５２ｒが配置される。

赤色光については、プリズム部材４２の偏光分離膜４２ａで反射されて、その第１射出部から射出された後に、第１光分離装置１４４で反射されて逆行する際にＳ偏光からＰ偏光にされ、偏光分離膜４２ａ及び色分離膜４２ｂを通過してプリズム部材４２の第２射出部から射出されて第２光分離装置１４５に入射する。この赤色光は、第２光分離装置１４５で反射されて逆行する際にＰ偏光からＳ偏光にされ、偏光分離膜４２ａで反射されてプリズム部材４２の残った側面すなわち液晶パネル５１ｒに対向する第３射出部から射出される。

本実施形態のプロジェクタ１１０でも、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを等価な光路で照明することができ、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを照明する各色光の相対的な照度分布を一致させることができる。この際、赤色照明光は、両光分離装置１４４，１４５間で、緑色光の光路ＯＰ１１や青色光の光路ＯＰ１３と一部共通する光路を往復するので、プロジェクタ１１０を構成する光学系を小型化することができ、小型で高性能のプロジェクタ１１０を提供することができる。

以上の第２実施形態では、緑色光を光路ＯＰ１１に導き、青色光を光路ＯＰ１３に導いているが、青色光を光路ＯＰ１１に導き、緑色光を光路ＯＰ１３に導くこともできる。この場合、波長選択性位相差板３８は、青色光と赤色光とをＳ偏光状態に維持しつつ、緑色光をＳ偏光状態からＰ偏光状態に変換する。また、プリズム部材４２の色分離膜４２ｂは、緑色光を選択的に反射するものとする。第１光分離装置１４４は、フィルタミラー１４４ａの特性設定によって、プリズム部材４２からの青色光を透過させるとともに、赤色光を反射して逆行させる際にＳ偏光状態からＰ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｇの位置には青色用の液晶パネルを配置し、反射膜１６１は青色光反射用とする。一方、第２光分離装置１４５は、フィルタミラー１４５ａの特性設定によって、プリズム部材４２からの緑色光を透過させるとともに、赤色光を反射して逆行させる際にＰ偏光状態からＳ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｂの位置には緑色用の液晶パネルを配置し、反射膜６２は緑色光反射用とする。

第２実施形態のプロジェクタ１１０において、第１光分離装置１４４の第２波長板４４ｃについては、（３／４）λ板に代えて（１／４）λ板にすることができ、この場合、緑色用のライトバルブ５１ｇ，５２ｇをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｇを取り除く。なお、第１光分離装置１４４等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｇのみを光路上から取り除くこともできる。

また、第２光分離装置１４５の第２波長板４５ｃについては、（１／４）λ板に代えて（３／４）λ板にすることができ、この場合、青色用のライトバルブ５１ｂ，５２ｂをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｂを取り除く。なお、第２光分離装置１４５等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｂのみを光路上から取り除くこともできる。

〔第３実施形態〕
図４は、第３実施形態に係るプロジェクタを説明する図である。このプロジェクタ２１０は、図１に示す第１実施形態に係るプロジェクタ１０を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態のプロジェクタ１０と同一の構造を有し、また、共通する部分については同一の符号を付して重複説明を省略するものとする。

本実施形態のプロジェクタ２１０は、図１の色分離光学系４０を変形した色分離光学系２４０を備える。これに応じて、均一化光学系３０に設けた波長選択性位相差板２３８の特性が変更され、色分離光学系４０に設けたプリズム部材２４２に内蔵された色分離膜２４２ｂの特性も変更されている。また、光変調部２５０は、図１の光変調部５０の配置を変更したものとなっている。

本実施形態の場合、波長選択性位相差板２３８は、均一化光学系３０から射出される照明光のうち、赤色光と青色光とをＳ偏光状態に維持しつつ、緑色光のみをＳ偏光状態からＰ偏光状態に変換する。

色分離光学系４０のプリズム部材２４２において、色分離膜２４２ｂは、緑色光のみを反射させ赤及び青色光を透過させる特性を有する。

第１光分離装置２４４に設けたフィルタミラー２４４ａは、入射した赤色光を選択的に透過させるとともに、入射した青色光を選択的に反射する。第１光分離装置２４４に入射した赤色光に着目すると、この赤色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー２４４ａを通過した後に第２波長板４４ｃで円偏光からＳ偏光に戻され、折曲ミラー４７ａに入射する。一方、青色光は、まず第１波長板４４ｂでＳ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー２４４ａで反射された後に第１波長板４４ｂを再度通過して円偏光からＰ偏光に変換され、プリズム部材２４２に戻される。つまり、第１光分離装置２４４を経ることによって、赤色光は、偏光方向を維持したままで直進し、青色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

一方、第２光分離装置２４５に設けたフィルタミラー２４５ａは、入射した緑色光を選択的に透過させるとともに、入射した青色光を選択的に反射する。第２光分離装置２４５に入射した緑色光に着目すると、この緑色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー２４５ａを通過した後に第２波長板４５ｃで円偏光からＳ偏光に変換され、折曲ミラー４７ｃに入射する。一方、青色光は、まず第１波長板４５ｂでＰ偏光から円偏光に変換され、フィルタミラー２４５ａで反射された後に第１波長板４５ｃを再度通過して円偏光からＳ偏光に変換され、プリズム部材２４２に戻される。つまり、第２光分離装置２４５を経ることによって、緑色光は、偏光方向を９０°変化させて直進し、青色光は、偏光方向を９０°変化させて逆行する。

赤色光が導かれる光路ＯＰ２１には、赤色用の液晶パネル５１ｒや偏光フィルタ５２ｒが配置される。また、緑色光が導かれる光路ＯＰ２３には、緑色用の液晶パネル５１ｇや偏光フィルタ５２ｇが配置され、クロスダイクロイックミラー２６０において、図１のような反射膜６２に代えて、緑色光を反射させ赤及び青色光を透過させる反射膜２６２を用いる。一方、青色光が導かれる光路ＯＰ２２には、青色用の液晶パネル５１ｂや偏光フィルタ５２ｂが配置される。

青色光については、プリズム部材２４２の偏光分離膜４２ａで反射されて、その第１射出部から射出された後に、第１光分離装置２４４で反射されて逆行する際にＳ偏光からＰ偏光にされ、偏光分離膜４２ａ及び色分離膜２４２ｂを通過してプリズム部材２４２の第２射出部から射出されて第２光分離装置２４５に入射する。この青色光は、第２光分離装置２４５で反射されて逆行する際にＰ偏光からＳ偏光にされ、偏光分離膜４２ａで反射されてプリズム部材２４２の残った側面すなわち液晶パネル５１ｂに対向する第３射出部から射出される。

本実施形態のプロジェクタ２１０でも、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを等価な光路で照明することができ、各色の液晶パネル５１ｒ，５１ｇ，５１ｂを照明する各色光の相対的な照度分布を一致させることができる。この際、青色照明光は、両光分離装置２４４，２４５間で、赤色光の光路ＯＰ２１や緑色光の光路ＯＰ２３と一部共通する光路を往復するので、プロジェクタ２１０を構成する光学系を小型化することができ、小型で高性能のプロジェクタ２１０を提供することができる。

以上の第３実施形態では、赤色光を光路ＯＰ２１に導き、緑色光を光路ＯＰ２３に導いているが、緑色光を光路ＯＰ２１に導き、赤色光を光路ＯＰ２３に導くこともできる。この場合、波長選択性位相差板２３８は、緑色光と青色光とをＳ偏光状態に維持しつつ、赤色光をＳ偏光状態からＰ偏光状態に変換する。また、プリズム部材２４２の色分離膜２４２ｂは、赤色光を選択的に反射するものとする。第１光分離装置２４４は、フィルタミラー２４４ａの特性設定によって、プリズム部材２４２からの緑色光を透過させるとともに、青色光を反射して逆行させる際にＳ偏光状態からＰ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｒの位置には緑色用の液晶パネルを配置し、反射膜６１は緑色光反射用とする。一方、第２光分離装置２４５は、フィルタミラー２４５ａの特性設定によって、プリズム部材２４２からの赤色光を透過させるとともに、青色光を反射して逆行させる際にＰ偏光状態からＳ偏光状態に変更するものとする。液晶パネル５１ｇの位置には赤色用の液晶パネルを配置し、反射膜２６２は赤色光反射用とする。

第３実施形態のプロジェクタ２１０において、第１光分離装置２４４の第２波長板４４ｃについては、（３／４）λ板に代えて（１／４）λ板にすることができ、この場合、赤色用のライトバルブ５１ｒ，５２ｒをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｒを取り除く。なお、第１光分離装置２４４等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｒのみを光路上から取り除くこともできる。

また、第２光分離装置２４５の第２波長板４５ｃについては、（１／４）λ板に代えて（３／４）λ板にすることができ、この場合、緑色用のライトバルブ５１ｇ，５２ｇをＰ偏光用のものとするとともに、その後段の（１／２）λ板５３ｇを取り除く。なお、第２光分離装置２４５等をそのままとして、（１／２）λ板５３ｇのみを光路上から取り除くこともできる。

この発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

すなわち、第１実施形態等では、均一化光学系３０からＳ偏光の照明光を発生するとしているが、均一化光学系３０からＰ偏光の照明光を発生することもできる。この場合、長選択性位相差板３８によって、赤色光と緑色光とをＰ偏光状態からＳ偏光状態に変換しつつ、青色光をＰ偏光状態に維持する。また、第３実施形態において、均一化光学系３０からＰ偏光の照明光を発生することもできる。この場合、長選択性位相差板２３８によって、赤色光と青色光とをＰ偏光状態からＳ偏光状態に変換しつつ、緑色光をＰ偏光状態に維持する。

また、上記実施形態では、光源装置２０からの光を複数の部分光束に分割するため、２つのフライアイ光学部材３１，３２を用いていたが、この発明は、このようなフライアイ光学部材すなわちレンズアレイを用いないプロジェクタにも適用可能である。さらに、フライアイ光学部材３１，３２をロッドインテグレータに置き換えることもできる。

また、プロジェクタとしては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面プロジェクタと、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面プロジェクタとがあるが、図１、図３、及び図４に示すプロジェクタの構成は、いずれにも適用可能である。

第１実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 色分離光学系における光の分岐を等を説明する図である。 第２実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。 第３実施形態に係るプロジェクタの光学系を説明する図である。

符号の説明

２０…光源装置、 ３０…均一化光学系、 ３１，３２…フライアイ光学部材、 ３３…重畳レンズ、 ３４…偏光変換部材、 ３８…波長選択性位相差板、 ４０…色分離光学系、 ４２…プリズム部材、 ４２ａ…偏光分離膜、 ４２ｂ…色分離膜、 ４４…第１光分離装置、 ４４ａ…フィルタミラー、 ４４ｂ…第１波長板、 ４４ｃ…第２波長板、 ４５…第２光分離装置、 ４５ａ…フィルタミラー、 ４５ｂ…第１波長板、 ４５ｃ…第２波長板、 ４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄ…折曲ミラー、 ５０…光変調部、 ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…液晶パネル、 ５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…偏光フィルタ、 ６０…クロスダイクロイックプリズム、 ６１，６２…反射膜、 ７０…投射レンズ

Claims (5)

1. 第１偏光の第１及び第２の色光と、前記第１偏光と異なる第２偏光の第３の色光とを射出する照明装置と、
   互いに交差して配置される色分離膜と偏光分離膜とを含み、前記色分離膜によって、前記照明装置から入射した前記第１及び第２の色光を透過させるとともに前記照明装置から入射した前記第３の色光を反射し、前記偏光分離膜によって、前記照明装置から入射した前記第１偏光の前記第１の色光を反射するとともに、前記第１偏光になっている前記第２の色光を反射しつつ、前記第２偏光になっている前記第２の色光を透過させ、前記照明装置から入射した前記第２偏光の前記第３の色光を透過させる光学部材と、
   前記光学部材の第１射出部の後段に配置される位相差板と色分離膜とを含み、前記第１射出部から射出された前記第１の色光を透過させるとともに、前記第１射出部から射出された前記第２の色光を反射して逆行させる際に前記第１偏光を前記第２偏光に変更する第１光分離手段と、
   前記光学部材の第２射出部の後段に配置される位相差板と色分離膜とを含み、前記第２射出部から射出された前記第３の色光を透過させるとともに、前記第２射出部から射出された前記第２の色光を反射して逆行させる際に前記第２偏光を前記第１偏光に変更する第２光分離手段と、
   前記第１光分離手段を経た第１の色光によって照明される第１光変調装置と、
   前記光学部材の第３射出部に対向して配置され、当該第３射出部から射出された第２の色光によって照明される第２光変調装置と、
   前記第２光分離手段を経た第３の色光によって照明される第３光変調装置と、
   前記光学部材の前記第１射出部から射出された第１の色光を、光路の折り曲げによって前記第１光変調装置に案内するとともに、前記光学部材の第３射出部から射出された第３の色光を、光路の折り曲げによって前記第３光変調装置に案内する光案内手段と、
   前記第１から第３色光を前記第１から第３光変調装置によってそれぞれ変調することによって得た各色の像光を合成する光合成光学系と、
   前記光合成光学系から射出される合成光を投射する投射光学系と
   を備えるプロジェクタ。
2. 前記照明装置は、前記第１から第３の色光を含む光源光を発生する光源と、当該光源からの光源光を均一化する均一化光学系と、当該光源からの光源光を前記第１偏光に変換する偏光変換装置と、前記第１偏光に変換された第１から第３の色光のうち第３の色光を前記第２偏光に変換する波長選択性位相差板とを含む請求項１記載のプロジェクタ。
3. 前記第１光分離手段は、前記位相差板及び前記色分離膜を透過した前記第１の色光の偏光方向を前記第１偏光にする第１副波長板をさらに備え、前記第２光分離手段は、前記位相差板及び前記色分離膜を透過した前記第３の色光の偏光方向を前記第１偏光にする第２副波長板をさらに備える請求項１及び請求項２のいずれか一項記載のプロジェクタ。
4. 前記第１から第３の色光は、波長が異なる３つの帯域に対応し、前記第２の色光は、中間の波長の帯域に対応する請求項１から請求項３のいずれか一項記載のプロジェクタ。
5. 前記光合成光学系は、互いに交差して配置される一対の偏光分離膜を含み、第１入射部からの前記第１の色光を当該一対の偏光分離膜の一方で反射し、第２入射部からの前記第３の色光を当該一対の偏光分離膜の他方で反射し、かつ、第３入射部からの前記第２の色光を当該一対の偏光分離膜を介して透過させる請求項１から請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。

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