JP2010054572A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の色光の偏光方向を制御する偏光変換素子を用いた画像投射装置において、投射画像の明るさの減少やカラーブレイクの発生を抑える。
【解決手段】画像投射装置は、少なくとも２つの色光をそれぞれ射出する複数の光源１１１〜１１３と、各色光の偏光方向を制御する偏光変換素子２と、入射光を変調する少なくとも２つの光変調素子４１，４２と、偏光変換素子からの少なくとも２つの色光を、それらの偏光方向に応じて少なくとも２つの光変調素子に導く導光光学系３１と、投射光学系５とを有する。偏光変換素子から、該少なくとも２つの色光のうち１つの色光と他の色光とが互いに偏光方向が異なる光としてそれぞれ射出される。駆動手段６は、該１つの色光と、該他の色光のうち少なくとも１つの色光とが同時に該少なくとも２つの光変調素子に入射するように複数の光源を点灯させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の色光を、偏光変換素子を介して複数の光変調素子に導き、該複数の光変調素子からの複数の色光を投射する液晶プロジェクタ等の画像投射装置に関する。

複数の色光を射出する複数の光源と、該複数の色光の偏光方向を制御する偏光変換素子とを用いた画像投射装置が、特許文献１，２に開示されている。

特許文献１にて開示された画像投射装置では、Ｒ，Ｇ，Ｂの発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）からＲ光，Ｇ光及びＢ光が順次射出される。該Ｒ光，Ｇ光及びＢ光の全ては、複数の偏光変換セルにより構成される偏光変換素子から特定の偏光光（例えば、Ｓ偏光光）に変換される。偏光変換素子からのＲ光，Ｇ光及びＢ光は、１つのダイクロイックプリズムと１つの偏光ビームスプリッタによって１つの反射型光変調素子に順次入射する。Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤの順次点灯に同期して反射型光変調素子に色ごとの原画を形成することで、フルカラー画像が投射される。

特許文献２にて開示された画像投射装置では、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤから順次射出されたＲ光，Ｇ光及びＢ光が、複数の偏光変換セルを含む偏光変換素子から互いに直交した偏光方向を有する偏光光（Ｐ偏光光及びＳ偏光光）として時間的に交互に射出される。これらの偏光光は、１つのダイクロイックプリズムと１つの偏光ビームスプリッタとによりＳ偏光用とＰ偏光用の２つの反射型光変調素子に交互に導かれる。該２つの反射型光変調素子が、交互に入射するＳ偏光光とＰ偏光光に同期して原画を形成することで、フルカラー画像が投射される。
特開２００２−２４４２１１号公報 特開２００４−２０６０４６号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された画像投射装置では、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤの点灯を順次切り替えるため、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤが全て点灯する場合に比べて、投射される画像の明るさが大幅に減少したり、カラーブレイクが発生したりする。

また、特許文献２にて開示された画像投射装置でも、偏光変換素子からＳ偏光とＰ偏光が交互に射出されるため、投射画像の明るさが半分となり、カラーブレイクが発生する。また、各反射型光変調素子が時間間隔をおいて動作するため、これらの利用効率が悪い。

本発明は、複数の色光を射出する光源と、該複数の色光の偏光方向を制御する偏光変換素子とを用いた画像投射装置であって、投射画像の明るさの減少やカラーブレイクの発生を抑えることができるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、互いに波長帯域が異なる少なくとも２つの色光をそれぞれ射出する複数の光源と、各色光の偏光方向を制御する偏光変換素子と、入射光を変調する少なくとも２つの光変調素子と、偏光変換素子からの該少なくとも２つの色光を、それらの偏光方向に応じて該少なくとも２つの光変調素子に導く導光光学系と、各光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、該複数の光源を点灯させる駆動手段とを有する。偏光変換素子から、該少なくとも２つの色光のうち１つの色光と他の色光とが互いに偏光方向が異なる光としてそれぞれ射出される。駆動手段は、該１つの色光と、該他の色光のうち少なくとも１つの色光とが同時に該少なくとも２つの光変調素子に入射するように複数の光源を点灯させることを特徴とする。

なお、画像投射装置と、該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有する画像表示システムも本発明の他の一側面を構成する。

本発明によれば、偏光変換素子から少なくとも２つの色光が同時に少なくとも２つの光変調素子に入射して、該２つの色光に対応する画像が投射されるので、投射画像の明るさの低減を少なくしたり、カラーブレイクの発生を抑えたりすることができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１から図４には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。これらの図においては、３次元空間にｘｙｚ座標系を設定し、ＬＥＤアレイ光源（以下、単にアレイ光源という）１からの光が後述する照明光学系をｚ方向に伝播するものと定義する。

図１及び図２には、液晶プロジェクタにおけるアレイ光源１と偏光変換素子２の一部の互いに異なるｙ方向位置でのｘｚ断面をそれぞれ示している。また、図３には、アレイ光源１をｚ方向とは反対側から見た複数のＬＥＤの配置を示している。さらに、図４には、液晶プロジェクタの全体構成のｘｚ断面を示している。

まず、図１〜図３を用いて、アレイ光源１と偏光変換素子２の構成について説明する。アレイ光源１と偏光変換素子２により偏光変換光学系が構成される。

図１〜図３において、１１１は緑（Ｇ）波長帯域の光（第１の色光：以下、Ｇ光という）を射出するＧＬＥＤ（第１の光源）である。１１２は赤（Ｒ）波長帯域の光（第２の色光：以下、Ｒ光という）を射出するＲＬＥＤ（第２の光源）である。１１３は青（Ｂ）帯域の光（第３の色光：以下、Ｂ光という））を射出するＢＬＥＤ（第３の光源）である。本実施例のプロジェクタは、互いに波長帯域が異なる３つの色光をそれぞれ射出する複数の光源（ＬＥＤ）を含む。各ＬＥＤは、無偏光光を射出する。

図３に示すように、アレイ光源１では、ＧＬＥＤ１１１がｘ方向（第１の方向）に直交するｙ方向（第２の方向）に複数配置されてＧＬＥＤ列を構成している。また、ＲＬＥＤ１１２及びＢＬＥＤ１１３がｙ方向にそれぞれ複数配置されてＲＢＬＥＤ列を構成している。これらＧＬＥＤ列とＲＢＬＥＤ列とが、ｘ方向において互いに隣り合って交互に配置されている。ＲＢＬＥＤ列のｙ方向においては、ＲＬＥＤ１１２とＢＬＥＤ１１３とが交互に配置されている。

図１及び図２に示すように、偏光変換素子２は、ｘ方向に配列された複数の偏光変換セルＣを有する。ｙ方向は各偏光変換セルＣの長手方向である。アレイ光源１におけるＧＬＥＤ列及びＲＢＬＥＤ列のｘ方向での配置周期は、偏光変換セルＣの同方向での配置周期の２倍になっている。各偏光変換セルＣは、２つの第１の偏光分離膜（偏光分離面）１３１と、その間に配置された１つの第２の偏光分離膜（偏光分離面）１３２と、１つの位相板１５とを有する。複数の偏光変換セルＣの配列方向、つまりは複数の第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２の配列方向（ｘ方向）は、上述したＧＬＥＤ列とＲＢＬＥＤ列との交互配置方向と一致している。

各偏光変換セルＣの入射面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその上側の第２の偏光分離膜１３２の位置までの領域を、第１の入射開口部１２１という。また、該入射面のうち、第２の偏光分離膜１３２の位置からその上側の第１の偏光分離膜１３１の位置までの領域を第２の入射開口部１２２という。

各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその下側の第２の偏光分離膜１３２の位置までの領域を第１の射出開口部１４１という。また、該射出面のうち、第２の偏光分離膜１３２の位置からその下側の第１の偏光分離膜１３１の位置までの領域を第２の射出開口部１４２という。

第１の偏光分離膜１３１及び第２の偏光分離膜１３２はそれぞれ、光の入射光軸方向（ｚ方向）に対して４５度の傾きを有する。各偏光分離膜は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。各偏光分離膜は、実際には、平行平板であるガラスやアクリル製の基板の表面に多層膜として形成されている。第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２は、３つの色光であるＧ光、Ｒ光及びＢ光のそれぞれを、互いに偏光方向が異なる２つの偏光光（Ｐ偏光及びＳ偏光）に分離する。

フィルム状に形成された位相板１５は、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の射出開口部１４１に設けられている。位相板１５は、１／２波長板であり、入射した直線偏光の偏光方向を変える（９０度回転させる）機能を有する。

偏光変換素子１の光学作用について説明する。ＧＬＥＤ１１１から無偏光光として射出した緑色光（以下、Ｇ光という）に含まれるＰ偏光１１１Ｐ及びＳ偏光１１１Ｓは、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射する。また、ＲＬＥＤ１１２から無偏光光として射出した赤色光（以下、Ｒ光という）に含まれるＰ偏光１１２Ｐ及びＳ偏光１１２Ｓは、第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射する。さらに、ＢＬＥＤ１１３から無偏光光として射出した青色光（以下、Ｂ光という）に含まれるＰ偏光１１３Ｐ及びＳ偏光１１３Ｓも、第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射する。

なお、アレイ光源１と偏光変換素子２との間には、各ＬＥＤから射出した発散光束を平行光束又は各偏光分離膜に収束する収束光束に変換する不図示の光学部材を設けることが望ましい。

第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ光のうちＰ偏光１１１Ｐは、第１の偏光分離膜１３１を透過し、第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＳ偏光１１１Ｓに変換されて射出する。また、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ光のうちＳ偏光１１１Ｓは、第１の偏光分離膜１３１で反射し、さらに第２の偏光分離膜１３２で反射し、第２の射出開口部１４２からＳ偏光１１１Ｓのまま射出する。このように、ＧＬＥＤ１１１からのＧ光は、そのすべてがＳ偏光に変換されて偏光変換素子２から射出する。以下の説明において、Ｇ光のＳ偏光をＧ−Ｓ偏光という。

第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＲ光のうちＰ偏光１１２Ｐは、第２の偏光分離膜１３２を透過し、第２の射出開口部１４２からＰ偏光１１２Ｐのまま射出する。第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＲ光のうちＳ偏光１１２Ｓは、第２の偏光分離膜１３２で反射し、さらに第１の偏光分離膜１３１で反射し、第１の射出開口部１４２に設けられた位相板１５によってＰ偏光１１２Ｐに変換されて射出する。このように、ＲＬＥＤ１１２からのＲ光は、そのすべてがＰ偏光に変換されて偏光変換素子２から射出する。以下の説明において、Ｒ光のＰ偏光をＲ−Ｐ偏光という。

第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＢ光のうちＰ偏光１１３Ｐは、第２の偏光分離膜１３２を透過し、第２の射出開口部１４２からＰ偏光１１３Ｐのまま射出する。第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＢ光のうちＳ偏光１１３Ｓは、第２の偏光分離膜１３２で反射し、さらに第１の偏光分離膜１３１で反射し、第１の射出開口部１４２に設けられた位相板１５によってＰ偏光１１３Ｐに変換されて射出する。このように、ＢＬＥＤ１１３からのＢ光は、そのすべてがＰ偏光に変換されて偏光変換素子２から射出する。以下の説明において、Ｂ光のＰ偏光をＢ−Ｐ偏光という。

図４において、上述したように、偏光変換素子１からは、Ｇ−Ｓ偏光１１１Ｓ、Ｒ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐがそれぞれ光束として射出する。各光束は第１のフライアイレンズ２１によって複数の光束に分割され、各分割光束は第２のフライアイレンズ２２の近傍に集光されて光源像（２次元光源像）を形成する。第１及び第２のフライアイレンズ２１，２２はそれぞれ、複数のレンズセルが２次元方向に配置されて構成されている。各レンズセルは、被照明面である後述する液晶パネル（光変調素子又は画像形成素子）と相似形状である矩形のレンズ形状を有する。

第２のフライアイレンズ２２を透過したＧ−Ｓ偏光１１１Ｓとして複数の分割光束は、コンデンサレンズ２３によって集光され、偏光ビームスプリッタ３１を介してＧ反射型液晶パネル４１上にて重ね合わされる。これにより、Ｇ反射型液晶パネル４１がＧ−Ｓ偏光１１１Ｓによって均一に照明される。偏光ビームスプリッタ３１は、入射した光を、その偏光方向に応じて２つの反射型液晶パネル４１，４２に導く導光光学系又は色分解合成光学系を構成する。また、Ｇ反射型液晶パネル（以下、Ｇパネルという）４１は、第１の光変調素子に相当する。

第２のフライアイレンズ２２を透過したＲ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐとしての複数の分割光束はそれぞれ、コンデンサレンズ２３によって集光され、偏光ビームスプリッタ３１を介してＲＢ反射型液晶パネル４２上にて重ね合わされる。これにより、ＲＢ反射型液晶パネル４２がＲ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐによって均一に照明される。ＲＬＥＤ１１２及びＢＬＥＤ１１３は、後述するように交互に点灯するため、Ｒ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｐ偏光１１３ＰはＲＢ反射型液晶パネル４２を交互に照明する。ＲＢ反射型液晶パネル（以下、ＲＢパネルという）４２は、第２の光変調素子に相当する。

なお、アレイ光源１から少なくともコンデンサレンズ２３までを照明光学系という。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

偏光ビームスプリッタ３１は、その内部に偏光分離膜（偏光分離面）を有する。該偏光分離膜は、入射光軸方向（ｚ方向）に対して４５度の傾きを有する。該偏光分離膜は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。この偏光分離膜は、多層膜として形成されている。

コンデンサレンズ２３からのＧ−Ｓ偏光１１１Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜で反射されてＧパネル４１に入射する。

ここで、各反射型液晶パネルは、駆動回路６に接続されている。プロジェクタの一部である駆動回路６には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、テレビチューナ等の画像供給装置７から画像情報（画像信号）が入力される。これらプロジェクタと画像供給装置７とによって、画像表示システムが構成される。

駆動回路６は、入力された画像信号のＲ，Ｇ，Ｂ成分に基づいてそれぞれの色に対応する反射型液晶パネルを駆動する。これにより、Ｇパネル４１にはＧ用の原画が形成され、ＲＢパネル４２には、Ｒ用の原画とＢ用の原画とが交互に形成される。各反射型液晶パネルは、入射光を反射するとともに変調して画像光として射出する。また、駆動回路６は、アレイ光源１における各ＬＥＤの点灯も制御する。なお、このような構成は、後述する他の実施例でも、図示はしないが同じである。

Ｇパネル４１からのＧ画像光であるＰ偏光（Ｇ−Ｐ偏光）１１１Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１を透過して投射レンズ（投射光学系）５により不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。

一方、コンデンサレンズ２３を透過したＲ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１を透過してＲＢパネル４２に入射する。

ＲＢパネル４２からのＲ，Ｂ画像光であるＳ偏光（Ｒ−Ｓ偏光、Ｂ−Ｓ偏光）１１２Ｓ，１１３Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１の偏光分離膜で反射して、投射レンズ５によって被投射面に投射される。

このように、本実施例では、偏光変換素子２から、３つの色光のうち１つの色光（Ｇ光）と２つの色光（Ｒ光及びＢ光）とが互いに偏光方向が異なる光としてそれぞれ射出される。そして、以下に説明するように、該１つの色光と、該２つの色光のうち少なくとも一方とが同時に２つのパネル４１，４２に入射するように複数のＬＥＤ１１１〜１１３を点灯させる。

図５を用いて、本実施例におけるＬＥＤ１１１〜１１３の点灯制御とＧパネル４１及びＲＢパネル４２の駆動制御について説明する。図５は、これらの制御のタイムチャートを示している。図５において、「ＬＥＤ」の「Ｏｎ」はＬＥＤが点灯することを示し、「Ｏｆｆ」はＬＥＤが消灯することを示す。また、「液晶パネル入射光」は、Ｇパネル４１とＲＢパネル４２に入射する光とその偏光方向を示している。

ＧＬＥＤ１１１は常に点灯し、Ｇパネル４１には常にＧ−Ｓ偏光１１１Ｓが入射する。このため、Ｇパネル４１には、常にＧ用の原画が形成される。これに対し、ＲＬＥＤ１１２とＢＬＥＤ１１３は時間的に交互に点灯し、ＲＢパネル４２には、Ｒ−Ｐ偏光１１２ＰとＢ−Ｐ偏光１１３Ｐとが交互に形成される。このため、Ｒ−Ｐ偏光１１２ＰとＢ−Ｐ偏光１１３Ｐとの交互入射に同期して、ＲＢパネル４２には、Ｒ用の原画とＢ用の原画とが交互に形成される。これにより、被投射面には、ＲＧＢカラー画像としての投射画像が表示される。

白色を得る場合においては、Ｇ光がおよそ６０〜８０％を占めるため、Ｇ光の明るさへの影響が大きい。本実施例では、Ｇ光が常にＧパネル４１に入射して被投射面に投射されるようにＧＬＥＤ１１１を常に点灯させている。このため、Ｇ光と、Ｒ光及びＢ光のうち一方とが同時に２つのパネル４１，４２に入射して被投射面に投射される。したがって、本実施例によれば、Ｒ，Ｇ及びＢＬＥＤを順次点灯させる場合に比べて、投射画像の明るさを向上させる（明るさの低下を減少させる）ことができる。また、Ｒ，Ｇ及びＢＬＥＤを順次点灯させるとカラーブレイクが発生するが、本実施例では、ＧＬＥＤ１１１を常に点灯させているため、カラーブレイクの発生を抑制することができる。

図６には、本実施例におけるプロジェクタの変形例を示す。図４に示したプロジェクタでは、漏れ光に対する検光性能が低く、黒表示時に漏れ光が被投射面に投射され、コントラストが減少するおそれがある。これに対して、図6に示したプロジェクタでは、偏光ビームスプリッタ３１と投射レンズ５の間に、Ｇ光の偏光方向のみを９０°回転させる波長選択性位相板３２と、特定の偏光方向の光のみを遮断する偏光子３３とが設けられている。その他の構成とＬＥＤ及び液晶パネルの制御については、図４及び図５に示したものと同様である。

白表示時には、偏光ビームスプリッタ３１を透過したＧ画像光としてのＧ−Ｐ偏光１１１Ｐは、波長選択性位相板３２でＧ−Ｓ偏光１１１Ｓに変換され、偏光子３３を透過する。また、Ｒ，Ｂ画像光としてのＲ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、波長選択性位相板３２をそのまま透過して、偏光子３３を透過する。

黒表示時には、各パネルからは入射した光の偏光方向と同じ偏光方向を有する光が射出される。このため、偏光ビームスプリッタ３１において、Ｇパネル４１からのＧ−Ｓ偏光は反射して、ＲＢパネル４２からのＲ−Ｐ偏光及びＢ−Ｐ偏光は透過して、それぞれアレイ光源１に戻る。

ただし、偏光ビームスプリッタ３１で漏れ光が発生する。偏光ビームスプリッタ３１から射出するＧ漏れ光はＳ偏光であるため、波長選択性位相板３２でＰ偏光に変換され、偏光子３３で遮断される。また、偏光ビームスプリッタ３１から射出するＲ及びＢ漏れ光はＰ偏光であるため、波長選択性位相板３２をＰ偏光のまま透過し、偏光子３３で遮断される。このようにして、偏光ビームスプリッタ３１で発生した漏れ光を偏光子３３によって遮断することができるので、投射画像のコントラストを向上させることができる。

なお、図３では、ｘ方向にＧＬＥＤ列とＲＢＬＥＤ列とが交互に配置されている場合を示したが、これらは必ずしも交互に配置される必要ななく、必要な個数のＬＥＤが配置されていればよい。このことは後述する他の実施例でも同じである。

また、本実施例では、ＧＬＥＤを常時点灯させ、ＲＬＥＤ及びＢＬＥＤを交互に点灯させる場合について説明したが、Ｇ，Ｒ及びＢを入れ替えてもよい。この場合も、ある程度の投射画像の明るさの低下の減少効果及びカラーブレイクの発生の抑制効果を得ることができる。このことは後述する他の実施例でも同じである。

また、本実施例では、光源としてＬＥＤを複数を用いた場合について説明したが、レーザダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子等の他の発光素子を用いてもよい。このことは、後述する他の実施例でも同じである
また、本実施例では、偏光変換素子１において、位相板１５を第１の射出開口部１４１に設けた場合について説明したが、第２の射出開口部１４２に設けてもよい。この場合、偏光変換素子から射出する偏光方向がＧ光とＲ，Ｂ光とで逆になる。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

また、偏光ビームスプリッタとしては、プリズムの内部に多層膜を配置した構成のものがよく知られているが、構造複屈折を利用した偏光ビームスプリッタを用いてもよい。構造複屈折を利用した偏光ビームスプリッタは、入射角度範囲が多層膜を用いた偏光ビームスプリッタよりも広いため、漏れ光が少なく、投射画像のコントラストを向上させるのに有効である。

ここで、本実施例においては、１１１をＧ光を発する光源とし、１１２をＲ光を発する光源とし、１１３をＢ光を発する光源としたが、この限りではない。例えば、１１１をＧ光を発する光源とし、１１２，１１３をともにＢ光又はＲ光を発する光源としてもよい。この場合は、光の３原色のうち２つの色光しか存在しないため、フルカラーの画像表示はできない。しかし、光源１１２，１１３から１/６０秒以下（好ましくは１/１２０秒以下）の周期でＲ光とＢ光とが交互に発するように構成すれば、人間の視覚に与える残像効果により、（擬似的に）フルカラーの画像を表示することができる。つまり、本発明は、２つの色光が複数の光源から射出されて２つの光変調素子に導かれる画像投射装置にも適用することができる。

図７には、本発明の実施例２である液晶プロジェクタの構成を示す。本実施例における アレイ光源１及び偏光変換素子２の構成は実施例１と同じである。このため、偏光変換素子２からは、Ｇ−Ｓ偏光と、Ｒ−Ｐ偏光と、Ｂ−Ｐ偏光とが射出する。また、コンデンサレンズ２３までの照明光学系の構成も実施例１と同じである。

コンデンサレンズ２３を透過したＧ−Ｓ偏光１１１Ｓは、ダイクロイックプリズム３４に入射する。

ダイクロイックプリズム３４は、その内部に偏光分離膜（偏光分離面）を有し、入射光軸方向（ｚ方向）に対して４５度の傾きを有する。ダイクロイックプリズム３４の偏光分離膜は、図８（ａ）に示すように、Ｐ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域及びＧ帯域では１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｒ帯域では０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。また、該偏光分離膜は、Ｓ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域では１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｇ帯域及びＲ帯域では０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。偏光分離膜は、プリズムの内部に多層膜として形成されている。

コンデンサレンズ２３を透過したＧ−Ｓ偏光１１１Ｓは、ダイクロイックプリズム３４の偏光分離膜で反射し、実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ａで反射してＧパネル（第１の光変調素子）４１に入射する。

Ｇパネル４１からのＧ画像光であるＧ−Ｐ偏光１１１Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１Ａを透過してダイクロイックプリズム３５に入射する。

ダイクロイックプリズム３５は、その内部に偏光分離膜（偏光分離面）を有し、入射光軸方向（ｚ方向又はｘ方向）に対して４５度の傾きを有する。ダイクロイックプリズム３５の偏光分離膜は、図８（ｂ）に示すように、Ｐ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域及びＧ帯域では０％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｒ帯域では１００％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。また、該偏光分離膜は、Ｓ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域、Ｇ帯域及びＲ帯域で０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。この偏光分離膜は、プリズムの内部に多層膜として形成されている。

ダイクロイックプリズム３５にＧ画像光として入射したＧ−Ｐ偏光１１１Ｐは、ダイクロイックプリズム３５を透過して投射レンズ５により不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。

一方、コンデンサレンズ２３を透過したＲ−Ｐ偏光１１２Ｐは、ダイクロイックプリズム３４を透過し、実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ｂを透過してＲパネル（第２の光変調素子）４２に入射する。Ｒパネル４２からのＲ画像光であるＲ−Ｓ偏光１１２Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１Ｂで反射し、ダイクロイックプリズム３５で反射し、投射レンズ５によって被投射面に投射される。

また、コンデンサレンズ２３を透過したＢ−Ｐ偏光１１３Ｐは、ダイクロイックプリズム３４で反射し、偏光ビームスプリッタ３１Ａを透過してＢパネル（第３の光変調素子）４３に入射する。Ｂパネル４３からのＢ画像光であるＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１Ａで反射し、ダイクロイックプリズム３５を透過して投射レンズ５により被投射面に投射される。

このように、本実施例のプロジェクタでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応した３つの液晶パネル４１〜４３を用いている。そして、３つの色光のうちＧ光（１つの色光）がＧパネル４１に入射するのと同時に、Ｒ光及びＢ光（２つの色光）がそれぞれＲ及びＢパネル４２，４３に入射するようにＧ，Ｒ，ＢＬＥＤ１１１〜１１３を点灯させる。これにより、ＲＧＢカラー画像としての投射画像を表示する。

前述した実施例１では、液晶パネルを２つしか用いていないために、ＲＬＥＤ及びＢＬＥＤを交互に点灯させ、それに同期させてＲＢパネルを制御する必要がある。これに対して、本実施例では、Ｒ，Ｇ，Ｂの全てのＬＥＤを同時に点灯させることができるため、投射画像をより明るくすることができる。また、カラーブレイクも発生しない。

なお、図７に示した、ダイクロイックプリズム３４，３５及び偏光ビームスプリッタ３１Ａ，３１Ｂにより構成される導光光学系（色分解合成光学系）は例にすぎず、他の構成を有する導光光学系を用いてもよい。

また、実施例１の変形例で説明したように波長選択性位相板と偏光子を設けることにより、偏光ビームスプリッタ３１Ａ，３１Ｂでの漏れ光を低減することができ、投射画像のコントラストを向上させることができる。このことは、後述する他の実施例でも同じである。

図９から図１１には、本発明の実施例３である液晶プロジェクタの構成を示す。これらの図においては、３次元空間にｘｙｚ座標系を設定し、ＬＥＤアレイ光源（以下、単にアレイ光源という）１０Ａ，１０Ｂからの光がそれぞれ、後述する照明光学系をｚ方向及びｘ方向に伝播するものと定義する。

図９には、液晶プロジェクタにおけるアレイ光源１０Ａ，１０Ｂと偏光変換素子１１，１２の一部のｘｚ断面をそれぞれ示している。また、図１０には、アレイ光源１０Ａ，１０Ｂをそれぞれｚ方向とｘ方向とは反対側から見た複数のＬＥＤの配置を示している。さらに、図１１には、液晶プロジェクタの全体構成のｘｚ断面を示している。

図９及び図１０において、１１１は緑（Ｇ）波長帯域の光（第１の色光：以下、Ｇ光という）を射出するＧＬＥＤである。１１２は第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域である赤（Ｒ）帯域の光（第２の色光：以下、Ｒ光という））を射出するＲＬＥＤである。１１３は第１及び第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域である青（Ｂ）帯域の光（第３の色光：以下、Ｂ光という））を射出するＢＬＥＤである。このように、本実施例のプロジェクタは、互いに波長帯域が異なる３つの色光をそれぞれ射出する複数の光源（ＬＥＤ）を含む。各ＬＥＤは、無偏光光を射出する。

図１０（ａ）に示すように、アレイ光源１０Ａでは、ＧＬＥＤ１１１が第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）に複数配置されてＧＬＥＤ列を構成している。ＧＬＥＤ列は、第１の方向において１列おきに配置されている。

また、図１０（ｂ）に示すように、アレイ光源１０Ｂでは、ＲＬＥＤ１１２が第１の方向（ｚ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）に複数配置されてＲＬＥＤ列を構成するとともに、ＢＬＥＤ１１３も同方向に複数配置されてＢＬＥＤ列を構成している。これらＲＬＥＤ列とＢＬＥＤ列とが、ｚ方向において互いに隣り合って交互に配置されている。

図９（ａ）において、偏光変換素子１１は、ｘ方向に配列された複数の偏光変換セルＣを有する。ｙ方向は各偏光変換セルＣの長手方向である。アレイ光源１０ＡにおけるＧＬＥＤ列のｘ方向での配置周期は、偏光変換セルＣの同方向での配置周期と等しい。各偏光変換セルＣは、２つの第１の偏光分離膜（偏光分離面）１３１と、その間に配置された１つの第２の偏光分離膜（偏光分離面）１３２と、１つの位相板１５とを有する。複数の偏光変換セルＣの配列方向、つまりは複数の第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２の配列方向（ｘ方向）は、ＧＬＥＤ列の配置方向と一致している。

図９（ｂ）において、偏光変換素子１２は、ｚ方向に配列された複数の偏光変換セルＣを有する。ｙ方向は各偏光変換セルＣの長手方向である。アレイ光源１０ＢにおけるＲＬＥＤ列及びＢＬＥＤ列のｚ方向での配置周期は、偏光変換セルＣの同方向での配置周期の２倍になっている。各偏光変換セルＣは、２つの第１の偏光分離膜（偏光分離面）１３１と、その間に配置された１つの第２の偏光分離膜（偏光分離面）１３２と、１つの位相板１５とを有する。複数の偏光変換セルＣの配列方向、つまりは複数の第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２の配列方向（ｚ方向）は、ＲＬＥＤ列とＢＬＥＤ列の交互配置方向と一致している。

両偏光変換素子１１，１２において、各偏光変換セルＣの入射面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその上側の第２の偏光分離膜１３２までの領域を、第１の入射開口部１２１という。また、偏光変換素子１２において、各偏光変換セルＣの入射面のうち、第２の偏光分離膜１３２からその上側の第１の偏光分離膜１３１までの領域を第２の入射開口部１２２という。

また、両偏光変換素子１１，１２において、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその下側の第２の偏光分離膜１３２の位置までの領域を第１の射出開口部１４１という。偏光変換素子１２において、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第２の偏光分離膜１３２の位置からその下側の第１の偏光分離膜１３１の位置までの領域を第２の射出開口部１４２という。

第１の偏光分離膜１３１及び第２の偏光分離膜１３２はそれぞれ、光の入射光軸方向（偏光変換素子１１ではｚ方向、偏光変換素子１２ではｘ方向）に対して４５度の傾きを有する。各偏光分離膜は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。各偏光分離膜は、実際には、平行平板であるガラスやアクリル製の基板の表面に多層膜として形成されている。第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２は、３つの色光であるＧ光、Ｒ光及びＢ光のそれぞれを、互いに偏光方向が異なる２つの偏光光（Ｐ偏光及びＳ偏光）に分離する。

フィルム状に形成された位相板１５は、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の射出開口部１４１に設けられている。位相板１５は、１／２波長板であり、入射した直線偏光の偏光方向を変える（９０度回転させる）機能を有する。

偏光変換素子１１の光学作用について説明する。アレイ光源１０ＡのＧＬＥＤ１１１から無偏光光として射出したＧ光に含まれるＰ偏光１１１Ｐ及びＳ偏光１１１Ｓは、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射する。なお、アレイ光源１０Ａと偏光変換素子１１との間には、各ＧＬＥＤから射出された発散光束を平行光束又は各偏光分離膜に収束する収束光束に変換する不図示の光学部材を設けることが望ましい。

第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ光のうちＰ偏光１１１Ｐは、第１の偏光分離膜１３１を透過し、第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＳ偏光１１１Ｓに変換されて射出する。また、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ光のうちＳ偏光１１１Ｓは、第１の偏光分離膜１３１で反射し、さらに第２の偏光分離膜１３２で反射して第２の射出開口部１４２からＳ偏光１１１Ｓのまま射出する。このため、ＧＬＥＤ１１１から射出したＧ光は、その全てがＳ偏光（以下、Ｇ−Ｓ偏光という）に変換されて偏光変換素子１１から射出する。

次に、偏光変換素子1２の光学作用について説明する。アレイ光源１０ＢのＲＬＥＤ１１２から無偏光光として射出したＲ光に含まれるＰ偏光１１２Ｐ及びＳ偏光１１２Ｓは、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射する。さらに、アレイ光源１０ＢのＢＬＥＤ１１３から無偏光光として射出されたＢ光に含まれるＰ偏光１１３Ｐ及びＳ偏光１１３Ｓも、第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射する。

なお、アレイ光源１０Ｂと偏光変換素子１２との間には、各ＲＬＥＤ及び各ＢＬＥＤから射出された発散光束を平行光束又は各偏光分離膜に収束する収束光束に変換する不図示の光学部材を設けることが望ましい。

第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＲ光のうちＰ偏光１１２Ｐは、第１の偏光分離膜１３１を透過し、第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＳ偏光１１２Ｓに変換されて射出する。また、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＲ光のうちＳ偏光１１２Ｓは、第１の偏光分離膜１３１で反射し、さらに第２の偏光分離膜１３２で反射して第２の射出開口部１４２からＳ偏光１１２Ｓのまま射出する。このように、ＲＬＥＤ１１２からのＲ光は、そのすべてがＳ偏光（以下、Ｒ−Ｓ偏光という）に変換されて偏光変換素子１２から射出する。

第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＢ光のうちＰ偏光１１３Ｐは、第２の偏光分離膜１３２を透過し、第２の射出開口部１４２からＰ偏光１１３Ｐのまま射出する。第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＢ光のうちＳ偏光１１３Ｓは、第２の偏光分離膜１３２で反射し、さらに第１の偏光分離膜１３１で反射して第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＰ偏光１１３Ｐに変換されて射出する。このように、ＢＬＥＤ１１３からのＢ光は、そのすべてがＰ偏光（以下、Ｂ−Ｐ偏光という）に変換されて偏光変換素子１２から射出する。

図１１において、上述したように、偏光変換素子１１，１２からは、Ｇ−Ｓ偏光１１１Ｓ、Ｒ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐがそれぞれ光束として射出する。各光束は第１のフライアイレンズ２１Ａ又は２１Ｂによって複数の光束に分割され、各分割光束は第２のフライアイレンズ２２Ａ又は２２Ｂの近傍に集光されて光源像（２次元光源像）を形成する。第１及び第２のフライアイレンズ２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、複数のレンズセルが２次元方向に配置されて構成されている。各レンズセルは、被照明面である後述する反射型液晶パネルであるＧ，Ｒ，Ｂパネル（光変調素子又は画像形成素子）と相似形状である矩形のレンズ形状を有する。

第２のフライアイレンズ２２Ａを透過したＧ−Ｓ偏光１１１Ｓとして複数の分割光束は、コンデンサレンズ２３Ａによって集光される。そして、反射ミラー３６及び実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ａで反射してＧパネル４１上にて重ね合わされる。これにより、Ｇパネル４１がＧ−Ｓ偏光１１１Ｓによって均一に照明される。Ｇパネル４１は、第１の光変調素子に相当する。

第２のフライアイレンズ２２Ｂを透過したＲ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐとしての複数の分割光束はそれぞれ、コンデンサレンズ２３Ｂによって集光される。そして、反射ミラー３６で反射し、実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ｂで反射又は透過してＲパネル４２及びＢパネル４３上にて重ね合わされる。これにより、Ｒパネル４２及びＢパネル４３がそれぞれＲ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐによって均一に照明される。Ｒパネル４２は第２の光変調素子に、Ｂパネル４３は第３の光変調素子に相当する。

Ｇパネル４１からのＧ画像光であるＧ−Ｐ偏光１１１Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１Ａを透過してダイクロイックプリズム３７に入射する。

ダイクロイックプリズム３７は、その内部に偏光分離膜を有し、入射光軸方向（ｚ方向及びｘ方向）に対して４５度の傾きを有する。ダイクロイックプリズム３７の偏光分離膜は、図１２に示すように、Ｐ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域及びＧ帯域では１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｒ帯域では０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。また、該偏光分離膜は、Ｓ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域、Ｇ帯域及びＲ帯域で０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。この偏光分離膜は、プリズムの内部に多層膜として形成されている。

ダイクロイックプリズム３７に入射したＧ−Ｐ偏光１１１Ｐは、ダイクロイックプリズム３７を透過して、投射レンズ５により不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。

Ｒパネル４２からのＲ画像光であるＲ−Ｐ偏光１１２Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１Ｂを透過してダイクロイックプリズム３７に入射する。また、Ｂパネル４３からのＢ画像光であるＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１Ｂで反射してダイクロイックプリズム３７に入射する。

ダイクロイックプリズム３７に入射したＲ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、ダイクロイックプリズム３７で反射して、投射レンズ５により被投射面に投射される。

このように、本実施例のプロジェクタは、２つのアレイ光源１０Ａ，１０Ｂと２つの偏光変換素子１１，１２と３つの液晶パネル４１〜４３を用いて構成されている。そして、３つの色光のうちＧ光（１つの色光）がＧパネル４１に入射するのと同時に、Ｒ光及びＢ光（２つの色光）がそれぞれＲ及びＢパネル４２，４３に入射するようにＧ，Ｒ，ＢＬＥＤ１１１〜１１３を点灯させる。これにより、被投射面にＲＧＢカラー画像としての投射画像を表示する。

前述した実施例１では、液晶パネルを２つしか用いていないために、ＲＬＥＤ及びＢＬＥＤを交互に点灯させ、それに同期させてＲＢパネルを制御する必要がある。これに対して、本実施例では、Ｒ，Ｇ，Ｂの全てのＬＥＤを同時に点灯させることができるため、投射画像をより明るくすることができる。また、カラーブレイクも発生しない。

なお、図１１に示した、反射ミラー３６、ダイクロイックプリズム３７及び偏光ビームスプリッタ３１Ａ，３１Ｂにより構成される導光光学系（色分解合成光学系）は例にすぎず、他の構成を有する導光光学系を用いてもよい。

図１３から図１５には、本発明の実施例４である液晶プロジェクタの構成を示す。これらの図においては、３次元空間にｘｙｚ座標系を設定し、ＬＥＤアレイ光源（以下、単にアレイ光源という）１０Ｃ，１０Ｂからの光がそれぞれ、後述する照明光学系をｚ方向及びｘ方向に伝播するものと定義する。

図１３には、液晶プロジェクタにおけるアレイ光源１０Ｃ，１０Ｂと偏光変換素子１３３，１２の一部のｘｚ断面をそれぞれ示している。また、図１４には、アレイ光源１０Ｃ，１０Ｂをそれぞれｚ方向とｘ方向とは反対側から見た複数のＬＥＤの配置を示している。さらに、図１５には、液晶プロジェクタの全体構成のｘｚ断面を示している。

図１３及び図１４において、１１４は緑（Ｇ）波長帯域のうち短波長側の光（第１の色光：以下、Ｇ１光という）を射出するＧ１ＬＥＤである。１１５はＧ波長帯域のうち長波長側の光（第４の色光：以下、Ｇ２光という）を射出するＧ２ＬＥＤである。１１２は第１の波長帯域とは異なる第２の波長帯域である赤（Ｒ）帯域の光（第２の色光：以下、Ｒ光という））を射出するＲＬＥＤである。１１３は第１及び第２の波長帯域とは異なる第３の波長帯域である青（Ｂ）帯域の光（第３の色光：以下、Ｂ光という））を射出するＢＬＥＤである。

Ｇ２光は、Ｒ光及びＢ光に比べてＧ１光に近い色の光である。言い換えれば、Ｇ２光は、Ｇ１光と同色系の色光である。

このように、本実施例のプロジェクタは、互いに波長帯域が異なる４つの色光をそれぞれ射出する複数の光源（ＬＥＤ）を含む。各ＬＥＤは、無偏光光を射出する。

図１４（ａ）に示すように、アレイ光源１０Ｃでは、Ｇ１ＬＥＤ１１４が第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）に複数配置されてＧ１ＬＥＤ列を構成するとともに、Ｇ２ＬＥＤ１１５も同方向に複数配置されてＧ２ＬＥＤ列を構成している。これらＧ１ＬＥＤ列とＧ２ＬＥＤ列とが、ｘ方向において互いに隣り合って交互に配置されている。

また、図１４（ｂ）に示すように、アレイ光源１０Ｂでは、ＲＬＥＤ１１２が第１の方向（ｚ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）に複数配置されてＲＬＥＤ列を構成するとともに、ＢＬＥＤ１１３も同方向に複数配置されてＢＬＥＤ列を構成している。これらＲＬＥＤ列とＢＬＥＤ列とが、ｚ方向において互いに隣り合って交互に配置されている。

図１３（ａ）において、偏光変換素子１３は、ｘ方向に配列された複数の偏光変換セルＣを有する。ｙ方向は各偏光変換セルＣの長手方向である。アレイ光源１０ＣにおけるＧ１ＬＥＤ列及びＧ２ＬＥＤ列のｘ方向での配置周期は、偏光変換セルＣの同方向での配置周期の２倍となっている。各偏光変換セルＣは、２つの第１の偏光分離膜（偏光分離面）１３１と、その間に配置された１つの第２の偏光分離膜（偏光分離面）１３２と、１つの位相板１５とを有する。複数の偏光変換セルＣの配列方向、つまりは複数の第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２の配列方向（ｘ方向）は、Ｇ１ＬＥＤ列及びＧ２ＬＥＤ列の交互配置方向と一致している。

図１３（ｂ）において、偏光変換素子１２は、ｚ方向に配列された複数の偏光変換セルＣを有する。ｙ方向は各偏光変換セルＣの長手方向である。アレイ光源１０ＢにおけるＲＬＥＤ列とＢＬＥＤ列のｚ方向での配置周期は、偏光変換セルＣの同方向での配置周期の２倍になっている。各偏光変換セルＣは、２つの第１の偏光分離膜（偏光分離面）１３１と、その間に配置された１つの第２の偏光分離膜（偏光分離面）１３２と、１つの位相板１５とを有する。複数の偏光変換セルＣの配列方向、つまりは複数の第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２の配列方向（ｚ方向）は、ＲＬＥＤ列及びＢＬＥＤ列の交互配置方向と一致している。

両偏光変換素子１３，１２において、各偏光変換セルＣの入射面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその上側の第２の偏光分離膜１３２までの領域を、第１の入射開口部１２１という。また、偏光変換素子１２において、各偏光変換セルＣの入射面のうち、第２の偏光分離膜１３２からその上側の第１の偏光分離膜１３１までの領域を第２の入射開口部１２２という。

また、両偏光変換素子１３，１２において、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の偏光分離膜１３１の位置からその下側の第２の偏光分離膜１３２の位置までの領域を第１の射出開口部１４１という。偏光変換素子１２において、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第２の偏光分離膜１３２の位置からその下側の第１の偏光分離膜１３１の位置までの領域を第２の射出開口部１４２という。

第１の偏光分離膜１３１及び第２の偏光分離膜１３２はそれぞれ、光の入射光軸方向（偏光変換素子１３ではｚ方向、偏光変換素子１２ではｘ方向）に対して４５度の傾きを有する。各偏光分離膜は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。各偏光分離膜は、実際には、平行平板であるガラスやアクリル製の基板の表面に多層膜として形成されている。第１及び第２の偏光分離膜１３１，１３２は、３つの色光であるＧ光、Ｒ光及びＢ光のそれぞれを、互いに偏光方向が異なる２つの偏光光（Ｐ偏光及びＳ偏光）に分離する。

フィルム状に形成された位相板１５は、各偏光変換セルＣの射出面のうち、第１の射出開口部１４１に設けられている。位相板１５は、１／２波長板であり、入射した直線偏光の偏光方向を変える（９０度回転させる）機能を有する。

偏光変換素子１３の光学作用について説明する。アレイ光源１０ＣのＧ１ＬＥＤ１１４から無偏光光として射出したＧ１光に含まれるＰ偏光１１４Ｐ及びＳ偏光１１４Ｓは、第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射する。

また、アレイ光源１０ＣのＧ２ＬＥＤ１１５から無偏光光として射出したＧ２光に含まれるＰ偏光１１５Ｐ及びＳ偏光１１５Ｓは、第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射する。

なお、アレイ光源１０Ｃと偏光変換素子１３との間には、各Ｇ１ＬＥＤ，Ｇ２ＬＥＤから射出された発散光束を平行光束又は各偏光分離膜に収束する収束光束に変換する不図示の光学部材を設けることが望ましい。

第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ１光のうちＰ偏光１１４Ｐは、第１の偏光分離膜１３１を透過し、第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＳ偏光１１４Ｓに変換されて射出する。第１の入射開口部１２１から各偏光変換セルＣに入射したＧ１光のうちＳ偏光１１４Ｓは、第１の偏光分離膜１３１で反射し、さらに第２の偏光分離膜１３２で反射して第２の射出開口部１４２からＳ偏光１１４Ｓのまま射出する。このため、Ｇ１ＬＥＤ１１４から射出したＧ１光は、その全てがＳ偏光（以下、Ｇ１−Ｓ偏光という）に変換されて偏光変換素子１３から射出する。

第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＧ２光のうちＰ偏光１１５Ｐは、第２の偏光分離膜１３２を透過し、第２の射出開口部１４２からＰ偏光１１５Ｐのまま射出する。第２の入射開口部１２２から各偏光変換セルＣに入射したＧ２光のうちＳ偏光１１５Ｓは、第２の偏光分離膜１３２で反射し、さらに第１の偏光分離膜１３１で反射して第１の射出開口部１４１に設けられた位相板１５によってＰ偏光１１５Ｐに変換されて射出する。このように、Ｇ２ＬＥＤ１１５からのＧ２光は、そのすべてがＰ偏光（以下、Ｇ２−Ｐ偏光という）に変換されて偏光変換素子１３から射出する。

偏光変換素子１２のアレイ光源１０ＢにおけるＲＬＥＤ１１２及びＢＬＥＤ１１３から無偏光光として射出したＲ光及びＢ光に含まれるＰ偏光１１２Ｐ，１１３Ｐ及びＳ偏光１１２Ｓ，１１３Ｓに対する光学作用は、実施例３の偏光変換素子１２と同じである。偏光変換素子１２からは、Ｒ光のすべてがＳ偏光（Ｒ−Ｓ偏光）となって射出し、Ｂ光のすべてがＰ偏光（Ｂ−Ｐ偏光）となって射出する。

このように、本実施例では、偏光変換素子１３，１２から、互いに偏光方向が異なるＧ１光及びＧ２光と、互いに偏光方向が異なるＲ光及びＢ光とが射出される。

図１５において、上述したように、偏光変換素子１３，１２からは、Ｇ１−Ｓ偏光１１４Ｓ、Ｇ２−Ｐ偏光１１５Ｐ、Ｒ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐがそれぞれ光束として射出する。各光束は第１のフライアイレンズ２１Ａ又は２１Ｂによって複数の光束に分割され、各分割光束は第２のフライアイレンズ２２Ａ又は２２Ｂの近傍に集光されて光源像（２次元光源像）を形成する。第１及び第２のフライアイレンズ２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂはそれぞれ、複数のレンズセルが２次元方向に配置されて構成されている。各レンズセルは、被照明面である後述する反射型液晶パネルであるＧ１，Ｇ２，Ｒ，Ｂパネル（光変調素子又は画像形成素子）と相似形状である矩形のレンズ形状を有する。

第２のフライアイレンズ２２Ａを透過したＧ１−Ｓ偏光１１４Ｓとして複数の分割光束は、コンデンサレンズ２３Ａによって集光される。そして、反射ミラー３６及び実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ａで反射してＧパネル４１上にて重ね合わされる。これにより、Ｇ１パネル（第１の光変調素子）４４がＧ１−Ｓ偏光１１４Ｓによって均一に照明される。

第２のフライアイレンズ２２Ａを透過したＧ２−Ｐ偏光１１５Ｐとして複数の分割光束は、コンデンサレンズ２３Ａによって集光され、反射ミラー３６で反射し、偏光ビームスプリッタ３１Ａを透過してＧ２パネル４５上にて重ね合わされる。これにより、Ｇ２パネル（第４の光変調素子）４５がＧ２−Ｐ偏光１１５Ｐによって均一に照明される。

第２のフライアイレンズ２２Ｂを透過したＲ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐとしての複数の分割光束はそれぞれ、コンデンサレンズ２３Ｂによって集光される。そして、反射ミラー３６で反射し、実施例１の偏光ビームスプリッタ３１と同じ特性を有する偏光ビームスプリッタ３１Ｂで反射又は透過してＲパネル４２及びＢパネル４３上にて重ね合わされる。これにより、Ｒパネル（第２の光変調素子）４２及びＢパネル（第３の光変調素子）４３がそれぞれＲ−Ｓ偏光１１２Ｓ及びＢ−Ｐ偏光１１３Ｐによって均一に照明される。

Ｇ１パネル４４からのＧ１画像光であるＧ１−Ｐ偏光１１４Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１Ａを透過してダイクロイックプリズム３８に入射する。

ダイクロイックプリズム３８は、その内部に偏光分離膜を有し、入射光軸方向（ｚ方向及びｘ方向）に対して４５度の傾きを有する。ダイクロイックプリズム３８の偏光分離膜は、図１６に示すように、Ｐ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域では０％又はそれに近く（５０％より低く）、Ｇ１帯域、Ｇ２帯域及びＲ帯域では１００％又はそれに近い（５０％より高い）特性を有する。また、該偏光分離膜は、Ｓ偏光に対する透過率が、Ｂ帯域及びＲ帯域では０％又はそれに近く（５０％より低い）、Ｇ１帯域及びＧ２帯域では１００％又はそれに近い（５０％より高い）特性を有する。この偏光分離膜は、プリズムの内部に多層膜として形成されている。

ダイクロイックプリズム３８に入射したＧ１−Ｐ偏光１１４Ｐは、ダイクロイックプリズム３８を透過して、投射レンズ５により不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。

Ｇ２パネル４５からのＧ２画像光であるＧ２−Ｓ偏光１１５Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１Ａで反射してダイクロイックプリズム３８に入射する。ダイクロイックプリズム３８に入射したＧ２−Ｓ偏光１１５Ｓは、ダイクロイックプリズム３８を透過して、投射レンズ５により被投射面に投射される。

Ｒパネル４２からのＲ画像光であるＲ−Ｐ偏光１１２Ｐは、偏光ビームスプリッタ３１Ｂを透過してダイクロイックプリズム３８に入射する。また、Ｂパネル４３からのＢ画像光であるＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、偏光ビームスプリッタ３１Ｂで反射してダイクロイックプリズム３８に入射する。

ダイクロイックプリズム３８に入射したＲ−Ｐ偏光１１２Ｐ及びＢ−Ｓ偏光１１３Ｓは、ダイクロイックプリズム３８で反射して、投射レンズ５により被投射面に投射される。

このように本実施例のプロジェクタは、２つのアレイ光源１０Ｃ，１０Ｂと、２つの偏光変換素子１３，１２と、４つの液晶パネル４４，４２，４３，４５とを用いて構成されている。そして、４つの色光であるＧ１光，Ｒ光，Ｂ光，Ｇ２光が同時にＧ１，Ｒ，Ｂ，Ｇ２パネル４４，４２，４３，４５に入射するようにＧ１，Ｒ，Ｂ，Ｇ２ＬＥＤ１１４，１１２，１１３，１１５を点灯させる。これにより、被投射面にＲＧＢカラー画像としての投射画像を表示する。

前述した実施例１では、液晶パネルを２つしか用いていないために、ＲＬＥＤ及びＢＬＥＤを交互に点灯させ、それに同期させてＲＢパネルを制御する必要がある。これに対して、本実施例では、Ｒ，Ｇ１，Ｇ２，Ｂの全てのＬＥＤを同時に点灯させることができるため、投射画像をより明るくすることができる。また、カラーブレイクも発生しない。さらに、４つの色光を用いているので、投射画像の色再現領域を広げることができる。

なお、Ｇ１光とＧ２光のうち少なくとも一方の色光と、Ｒ光とＢ光のうち少なくとも一方とが同時に少なくとも２つの光変調素子に入射するように複数のＬＥＤを点灯させるようにしてもよい。

また、上記実施例ではＧ光をＧ１光とＧ２光とに分けてそれぞれのＬＥＤを独立して制御する場合について説明したが、Ｒ光又はＢ光を分けてもよい。また、上記実施例において４つの色光（ＬＥＤ１１２〜１１５）を互いに入れ替えてもよい。

さらに、図１５に示した、反射ミラー３６、ダイクロイックプリズム３８及び偏光ビームスプリッタ３１Ａ，３１Ｂにより構成される導光光学系（色分解合成光学系）は例にすぎず、他の構成を有する導光光学系を用いてもよい。

さらに、上記各実施例では、光変調素子として反射型液晶パネルを用いる場合について説明したが、本発明では、透過型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）等の他の光変調素子を用いてもよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

本発明の実施例１である液晶プロジェクタに用いられるアレイ光源及び偏光変換素子の一部の構成を示す図。 実施例１におけるアレイ光源及び偏光変換素子の一部の構成を示す別の図。 実施例１におけるアレイ光源でのＬＥＤの配置を示す図。 実施例１の液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例１におけるＬＥＤと液晶パネルの制御タイムチャート図。 実施例１の液晶プロジェクタの変形例を示す図。 本発明の実施例２である液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例２におけるダイクロイックプリズムの光学特性を示す図。 本発明の実施例３である液晶プロジェクタに用いられる２つのアレイ光源及び２つの偏光変換素子の一部の構成を示す図。 実施例３における２つのアレイ光源でのＬＥＤの配置を示す図。 実施例３の液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例３におけるダイクロイックプリズムの光学特性を示す図。 本発明の実施例４である液晶プロジェクタに用いられる２つのアレイ光源及び２つの偏光変換素子の一部の構成を示す図。 実施例４における２つのアレイ光源でのＬＥＤの配置を示す図。 実施例４の液晶プロジェクタの構成を示す図。 実施例４におけるダイクロイックプリズムの光学特性を示す図。

本発明の実施例４である偏光変換素子の構成を示す図。

符号の説明

１，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ＬＥＤアレイ光源
２，１１，１２，１３ 偏光変換素子
１１１，１１２，１１３，１１４，１１５ ＬＥＤ
１２１，１２２ 入射開口部
１３１，１３２ 偏光分離膜
１４１，１４２ 射出開口部
１５ 位相板
２１，２２，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ フライアイレンズ
２３，２３Ａ，２３Ｂ：コンデンサレンズ
３１，３１Ａ，３１Ｂ 偏光ビームスプリッタ
３２ 波長選択性位相板
３３ 偏光子
３４，３５，３７，38：ダイクロイックプリズム
３６ 反射ミラー
４１，４２，４３，４４，４５ 反射型液晶パネル
５ 投射レンズ

Claims (7)

1. 互いに波長帯域が異なる少なくとも２つの色光をそれぞれ射出する複数の光源と、
   前記各色光の偏光方向を制御する偏光変換素子と、
   入射光を変調する少なくとも２つの光変調素子と、
   前記偏光変換素子からの前記少なくとも２つの色光を、それらの偏光方向に応じて前記少なくとも２つの光変調素子に導く導光光学系と、
   前記各光変調素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、
   前記複数の光源を点灯させる駆動手段とを有し、
   前記偏光変換素子から、前記少なくとも２つの色光のうち１つの色光と他の色光とが互いに偏光方向が異なる光としてそれぞれ射出され、
   前記駆動手段は、前記１つの色光と、前記他の色光のうち少なくとも１つの色光とが同時に前記少なくとも２つの光変調素子に入射するように前記複数の光源を点灯させることを特徴とする画像投射装置。
2. 前記複数の光源は、前記少なくとも２つの色光として、互いに波長帯域が異なる３つの色光をそれぞれ射出し、
   前記偏光変換素子から、前記３つの色光のうち１つの色光と２つの色光とが互いに偏光方向が異なる光としてそれぞれ射出され、
   前記駆動手段は、前記１つの色光と、前記２つの色光のうち少なくとも一方とが同時に前記少なくとも２つの光変調素子に入射するように前記複数の光源を点灯させることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記偏光変換素子は、前記３つの色光のそれぞれを互いに偏光方向が異なる２つの偏光光に分離する複数の偏光分離面と、該偏光分離面からの前記２つの偏光光のうち一方の偏光光の偏光方向を変える位相板とを有し、
   前記複数の光源のうち前記１つの色光を射出する光源を第１の光源とし、前記２つの色光をそれぞれ射出する光源を第２の光源及び第３の光源とするとき、
   前記偏光変換素子における前記複数の偏光分離面が配列された第１の方向において、該第１の方向に直交する第２の方向に複数配置された前記第１の光源を含む列と、前記第２の方向にそれぞれ複数配置された前記第２及び第３の光源を含む列とが、互いに隣り合って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
4. 前記少なくとも２つの光変調素子として、第１の光変調素子と第２の光変調素子とを有し、
   前記駆動手段は、前記偏光変換素子から、前記１つの色光が前記第１の光変調素子に入射するのと同時に、前記２つの色光が交互に前記第２の光変調素子に入射するように前記複数の光源を点灯させることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像投射装置。
5. 前記少なくとも２つの光変調素子として、第１の光変調素子、第２の光変調素子及び第３の光変調素子とを有し、
   前記駆動手段は、前記偏光変換素子から、前記１つの色光が前記第１の光変調素子に入射するのと同時に、前記２つの光がそれぞれ前記第２及び第３の光変調素子に入射するように前記複数の光源を点灯させることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像投射装置。
6. 前記３つの色光をそれぞれ、第１の色光、第２の色光及び第３の色光とするとき、
   前記複数の光源は、前記第２及び第３の色光に比べて前記第１の色光に近い色の第４の色光を射出する光源を含み、
   前記偏光変換素子から、互いに偏光方向が異なる前記第１及び第４の色光と、互いに偏光方向が異なる前記第２及び第３の色光とが射出され、
   前記駆動手段は、前記第１及び第４の色光のうち少なくとも一方の色光と、前記第２及び第３の色光のうち少なくとも一方とが同時に前記少なくとも２つの光変調素子に入射するように前記複数の光源を点灯させることを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の画像投射装置と、
   該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。