JP4082160B2 - プリズム及び投影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された照明光を波長又は偏光成分に応じて分離するプリズムと、光源から出射された照明光を反射型の光変調素子を用いて変調してレンズを用いて拡大投影する投影装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大画面表示を可能とするために、入力された映像信号に応じたパターンが表示された液晶パネルにランプから照明光を照射し、液晶パネルで変調し反射して、この反射光を、投影レンズを用いて拡大投影する投影装置がある。
【０００３】
この投影装置では、液晶パネルへの照明光と液晶パネルで変調された反射光とが同一光路とならないように、光路中に往路と復路とを分離する偏光ビームスプリッタ（以下では、ＰＢＳ：Polarized Beam Splitterという。）が配設されている。このＰＢＳ２００は、図１０に示すように、誘電体多層膜２０１を挟み込むように基材となる一対のコーナープリズム２０２を張り合わせた構造となっている。また、このＰＢＳ２００は、誘電体多層膜２０１が光の波長又は偏光方向に応じて反射率と透過率とが異なるように形成され、波長又は偏光方向応じて光束を分離するビームスプリッタとして機能する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
なお、上述したようなＰＢＳ２００は、誘電体多層膜２０１が偏光成分に応じて光束を分離するマクナイル型と、波長に応じて光束を分離するダイクロイック型とに分類することができる。
【０００５】
マクナイル型やダイクロイック型のように誘電体多層膜の干渉を利用したＰＢＳでは、基材の屈折率や積層される誘電体材料の組み合わせにより性能が決定され、所望の性能とするには限界がある。例えば、このようなＰＢＳでは、広い入射角度でＰ偏光とＳ偏光との分離特性を維持することが非常に困難である。このため、このＰＢＳを角度分布の大きい、いわゆるＦ値の小さい光学系の中に組み入れると分離特性が悪く、光の利用効率も悪くなってしまう。
【０００６】
その解決策として、図１１に示すような、平板形状の回折グリッドＰＢＳ２１０を用いることができる（例えば、特許文献２参照。）。このような回折グリッドＰＢＳ２１０は、例えば、ガラス基材２１１上に、アルミ等により形成されたグリッド状の回折グリッド２１２が設けられ、この回折グリッド２１２により偏光成分に応じて光を分離する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１４７２４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−６９８９号公報（第６頁、第１２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した回折グリッド２１２をビームスプリッタとして使用する場合には、この回折グリッドＰＢＳ２１０を主光線に対して斜めに配置することが必要であるため、結像光学系の光学パス内に入れる際には非点収差が発生してしまう。
【０００９】
また、マクナイル型やダイクロイック型のプリズムを使用する場合には、プリズムの温度上昇や保持機構によってプリズム内部に歪みが生じ、基材の屈折率分布が不均一になることによって基材を透過する光に位相差が発生し、この影響で部分的に消光比が悪くなる。このようなプリズムを用いた投影装置では、投影される映像にいわゆる黒むらが発生し、鮮明な映像を投影することができなくなってしまう。
【００１０】
このため、プリズムの基材としては、プリズム内部の歪みが生じにくい光学弾性定数の低い材料を選択する必要がある。しかし、光学弾性定数の低い材料はコストが高く、このような光学弾性定数の低い材料を用いたプリズム、さらにそのプリズムを用いた投影装置全体のコストも高くなってしまう。また、光学弾性定数の高い安価なガラス材料では、性能の良いプリズムを作成することは非常に困難である。
【００１１】
そこで、本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、非点収差の発生を抑えるとともに、基材の屈折率分布が均一なプリズム及びこれを用いた投影装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプリズムは、入射された光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムであって、金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、一対の回折グリッド基材の回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、接着層を介して上記一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを備え、回折グリッドと一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、上記ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１３】
上述したように構成された本発明に係るプリズムは、回折グリッドを一対のブロック部材で挟み込むことにより結像光学系内で非点収差を抑え、入射された光を広い入射角度の範囲で良好な偏光分離特性を維持し、偏光成分に応じて透過又は反射させることができ、さらに、一対のブロック部材が複数の板状部材を軟質接着層を介して交互に積層されてなり光学的に結合されているため、内部に発生する応力を低減することができ、これにより屈折率分布を均一に保って偏光状態を乱すことなく光を透過でき、光学的な歪を低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る投影装置は、照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、プリズムで反射又は透過した光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、プリズムが、金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、一対の回折グリッド基材の回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、接着層を介して一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを有し、回折グリッドと一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１５】
上述したように構成された本発明に係る投影装置は、光変調素子で変調された反射光がプリズムを透過又は反射する際に、その反射光を良好に偏光分離すると共に、非点収差の発生を抑えて、投影レンズにより映像を投影する。
【００１８】
さらに、本発明に係るプリズムは、板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び光分離層の板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、接着層を介して光分離層を挟持する一対のブロック部材とを備え、ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１９】
上述したように構成された本発明に係るプリズムは、複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されたブロック部材を用いて光分離層を挟み込むことにより非点収差を抑えて、入射された光を偏光成分に応じて透過又は反射させ、偏光状態を乱すことなく出射する。
【００２０】
さらに、本発明に係る投影装置は、照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、プリズムで反射又は透過した光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、そのプリズムは、板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び光分離層の板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、接着層を介して光分離層を挟持する一対のブロック部材とを有し、ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とすることを特徴とする。
【００２１】
上述したように構成された本発明に係る投影装置は、光変調素子で変調された反射光がプリズムを透過又は反射する際に、その反射光を良好に偏光分離すると共に、非点収差の発生を抑えて、投影レンズにより映像を投影する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたプロジェクタ装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明が適用されたプロジェクタ装置１０は、照明光を出射する光源となるランプ１１と、このランプ１１側から光路順に、メインコンデンサ１２と、フィールドレンズ１３と、プリ偏光板１４と、回折プリズム１５と、反射型液晶パネル１６と、投影レンズ１７とを備えている。
【００２４】
ランプ１１は、白色光を発する発光体１１ａと、発光体１１ａから発せられた光を反射するリフレクタ１１ｂとを有している。ランプ１１の発光体１１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ１１のリフレクタ１１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【００２５】
メインコンデンサ１２は、ランプ１１から出射した照明光を集光する凸レンズにより構成されている。
【００２６】
フィールドレンズ１３は、凸レンズにより構成され、メインコンデンサ１２を透過した照明光を集光し、その照明光による光束が反射型液晶パネル１６により変調されて投影レンズ１７を介して出力されるように配置されている。
【００２７】
プリ偏光板１４は、フィールドレンズ１３を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。
【００２８】
回折プリズム１５は、プリ偏光板１４を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。回折プリズム１５は、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面１５ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【００２９】
回折プリズム１５では、プリ偏光板１４を透過した照明光が、回折プリズム１５を透過して直進する光と、反射面１５ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【００３０】
また、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５の反射面１５ａで反射された照明光の進行方向に反射型液晶パネル１６を備えている。
【００３１】
反射型液晶パネル１６は、映像信号が入力され、この映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この反射型液晶パネル１６は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【００３２】
また、回折プリズム１５では、反射型液晶パネル１６で変調された反射光が反射面１５ａを透過して直進する。
【００３３】
さらに、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５の反射面１５ａを透過した反射型液晶パネル１６で変調された反射光の進行方向に、投影レンズ１７を備えている。
【００３４】
投影レンズ１７は、回折プリズム１５の反射面１５ａを透過した反射型液晶パネル１６で変調された反射光を拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【００３５】
ここで、上述した回折プリズム１５の構成について説明する。
【００３６】
回折プリズム１５は、図２に示すように、入射した光を回折させる回折グリッド２１と、この回折グリッド２１を挟み込む一対の回折グリッド基材２２と、この回折グリッド基材２２の回折グリッド２１と対向する面側にそれぞれ接着層２３を介して接合された一対のプリズム基材２４とを備えている。
【００３７】
回折グリッド２１は、一対の回折グリッド基材２２の間に略グリッド状に金属によって形成されている。また、回折グリッド２１は、例えば、アルミによって形成されている。なお、回折グリッド２１は、アルミに限定されるものではなく、光学系に応じて他の材料を用いるようにしてもよい。
【００３８】
回折グリッド基材２２は、例えば、ガラス等の薄い平板であり、回折グリッド２１を挟み込むようになっている。
【００３９】
接着層２３は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。また、接着層２３は、回折グリッド基材２２の回折グリッド２１と対向する面側にそれぞれ設けられている。
【００４０】
プリズム基材２４は、例えば、複屈折性の少ない石英やショット社製ＳＦ５７等の硝材により形成されており、略角柱形状を有した、いわゆるコーナープリズムである。この実施形態においてプリズム基材２４は、略直角三角形の形状をした底面の三角柱の形状をなし、プリズム基材２４の底面において略直角に交差する短辺を稜とする方形の側面に対し、回折グリッド基材２２が長辺を稜とする側面に沿って傾斜して配置されている。
【００４１】
また、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２との空隙には、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２とを光学的に結合する回折グリッド媒質２５が充填されている。なお、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２との空隙に回折グリッド媒質２５が充填されていない場合には、この空隙がエアギャップとなり、空気と回折グリッド基材２２の界面において屈折率の差による反射が起こり、分離特性が著しく悪化する。
【００４２】
ここで、回折グリッド基材２２と回折グリッド媒質２５とは、プリズム基材２４と略同程度の屈折率として設計、作成され、且つプリズム基材２４、回折グリッド基材２２の界面が接着層２３により光学的に結合されている。すなわち金属により形成された回折グリッド２１のピッチや高さを、回折グリッド媒質２５やガラス等で構成される回折グリッド基材２２にあわせて、所定の偏光分離特性が得られるように設定し、光学的に結合された回折グリッド２１を作成する。
【００４３】
このような回折プリズム１５では、無偏光光が入射すると、全ての界面が上述の通り光学的に結合されているので、内部での反射を受けずに回折グリッド２１に達し、この回折グリッド２１により回折の影響を受けてＳ偏光が反射面１５ａで反射し、Ｐ偏光が反射面１５ａを透過することで、Ｐ偏光とＳ偏光との分離が良好に行われる。
【００４４】
以上のように回折プリズム１５は、回折グリッド２１及び回折グリッド基材２２により形成され、広い入射角度における分離特性に優れた回折グリッドＰＢＳを、接着層２３を介してプリズム基材２４で挟み込む構成とされているために、広い入射角度における分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。
【００４５】
また、回折プリズム１５は、回折グリッド基材２２、回折グリッド媒質２５やプリズム基材２４等について、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【００４６】
さらに、回折プリズム１５は、広い入射角度における分離特性に優れているために、高級な硝材、すなわち屈折率がそれほど高くない基材を用いても、所望の特性を得ることができるため、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い硝材は比重が重いため、この回折プリズム１５では、一般的に屈折率を少しでも低くすることで軽量化を図ることができる。
【００４７】
さらにまた、回折プリズム１５は、回折グリッド基材２２とプリズム基材２４と間に軟性を有する接着層２３が設けられているため、この回折プリズム１５に発生する応力を温和することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００４８】
ここで、上述したように構成されたプロジェクタ装置１０について、ランプ１１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【００４９】
ランプ１１から出射した照明光は、無偏光光としてメインコンデンサ１２に入射する。
【００５０】
次に、メインコンデンサ１２に入射した照明光は、メインコンデンサ１２により集光されてフィールドレンズ１３に導かれ、フィールドレンズ１３により集光されプリ偏光板１４に導かれる。
【００５１】
次に、プリ偏光板１４に導かれた照明光は、例えば、Ｓ偏光の成分だけ透過して回折プリズム１５に導かれる。
【００５２】
次に、回折プリズム１５に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、回折プリズム１５の反射面１５ａにおいて不要なＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面１５ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、照明光は、回折プリズム１５の反射面１５ａで反射されて進行方向を９０°変化させ反射型液晶パネル１６に導かれる。
【００５３】
次に、反射型液晶パネル１６に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、映像信号に基づくパターンが表示された反射型液晶パネル１６により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、回折プリズム１５に戻される。
【００５４】
次に、回折プリズム１５に戻された反射型液晶パネル１６からの反射光は、Ｐ偏光と、不要なＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光が回折プリズム１５の反射面１５ａを透過して投射レンズ１７に導かれ、Ｓ偏光が反射面１５ａで反射され進行方向を９０°変化させ、ランプ１１側に戻される。
【００５５】
以上のように、ランプ１１から出射された照明光は、回折プリズム１５により反射型液晶パネル１６に導かれ、反射型液晶パネル１６により変調され反射される。そして、反射型液晶パネル１６で変調された反射光は、投影レンズ１７に導かれ、この投影レンズ１７によりスクリーン等に拡大投影される。
【００５６】
以上のようにプロジェクタ装置１０は、回折グリッド２１を有する回折プリズム１５を用いることにより、光の入射角に対する偏光分離特性の依存性が少なくなり、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。
【００５７】
また、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５を用いることにより、従来の平板状の回折グリッドＰＢＳだけでは、結像光学系内において発生してしまう非点収差を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。
【００５８】
さらに、プロジェクタ装置１０は、上述したように回折プリズム１５が低コストで、且つ軽量に作成することができるため、装置全体のコストと重量を低減することができる。
【００５９】
さらにまた、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５が光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができる。
【００６０】
次に、本発明を適用した他のプロジェクタ装置として、図３に示す、プロジェクタ装置３０について説明する。
【００６１】
プロジェクタ装置３０は、照明光を出射する光源となるランプ３１と、このランプ３１側から光路順に、メインコンデンサ３２と、フィールドレンズ３３と、プリ偏光板３４と、回折プリズム３５とを備えている。
【００６２】
ランプ３１は、白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ３１は、白色光を発する発光体３１ａと、発光体３１ａから発せられた光を反射するリフレクタ３１ｂとを有している。ランプ３１の発光体３１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ３１のリフレクタ３１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【００６３】
メインコンデンサ３２は、ランプ３１から出射した照明光を集光する凸レンズである。
【００６４】
フィールドレンズ３３は、メインコンデンサ３２を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【００６５】
プリ偏光板３４は、フィールドレンズ３３を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光素子であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。なお、この偏光素子としてＰＢＳを用いてもよい。
【００６６】
回折プリズム３５は、プリ偏光板３４を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。回折プリズム３５は、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面３５ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【００６７】
回折プリズム３５では、プリ偏光板３４を透過した照明光が、回折プリズム３５を透過して直進する光と、反射面３５ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【００６８】
また、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５の反射面３５ａで反射された照明光の進行方向に反射型液晶パネル３６を備えている。
【００６９】
反射型液晶パネル３６は、映像信号が入力され、この映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この反射型液晶パネル３６は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【００７０】
また、回折プリズム３５では、反射型液晶パネル３６で変調された反射光が反射面３５ａを透過して直進する。
【００７１】
さらに、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５の反射面３５ａを透過した反射型液晶パネル３６で変調された反射光の進行方向に、投影レンズ３７を備えている。
【００７２】
投影レンズ３７は、回折プリズム３５の反射面３５ａを透過した反射型液晶パネル３６で変調された反射光を拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【００７３】
ところで、上述したような回折プリズム３５等の光学部材は、光源からの光による加熱や、装置に固定又は接着する際の外部からの保持力や接着力等により、応力を受け光学的な歪みが発生する。
【００７４】
そこで、図４に示すように、光学部材４０を複数の平板部材４１に分割し、軟質接着層４２を介して積層することで、このような問題を解決することができる。
【００７５】
すなわち、光学部材４０は、複数の平板部材４１と、これらを接着する軟性を有する軟質接着層４２とを備えている。平板部材４１は、表面が鏡面研磨された部材であり、光学部材４０と略同等の材質からなる。軟質接着層４２は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。
【００７６】
このように構成された光学部材４０は、平板部材４１と軟質接着層４２との界面が光学的に結合されており、１つの部材として機能する。
【００７７】
また、光学部材４０は、構成する部材を複数の平板部材４１に分割して、その界面に軟質接着層４２を挿入することで、界面方向に加わる応力を軟質接着層４２により逃がして、光学的な歪の発生を抑制することができる。すなわち、光学部材４０全体での光学弾性定数を低下させることができる。言い換えると、光学弾性定数の高い部材を上述したように複数の平板部材４１に分割することにより、光学弾性定数の低い光学部材４０を作成することができる。
【００７８】
以上のように、所定の光学部材の応力を逃がすために光学部材を複数の平板に分割し、これら平板同士の界面を、軟性を有する接着剤で光学的に接合することで、界面方向に加わる応力を接着材により逃がして、光学的な歪の発生を抑制することができる。従って、入射した光がその光学部品を通過する経路において、偏光分離層等で分離されて例えばＳ偏光又はＰ偏光のような所定の偏光状態の光となっても、光学的な歪に伴う偏光方向の乱れを起こすことなくその光を透過して出射させることができる。
【００７９】
さらに、例えば三角柱や角錐等の形状の光学部材をその断面形状が徐々に変化する複数の平板部材に分割し、その平板部材を、軟性接着剤を介して積層して構成した場合に、すなわち、各平板部材が軟性を有する接着剤を介して積層される２つの積層面の形状が異なり、その積層面は隣接する他の平板部材の積層面とその形状が等しくされている場合に、寸法の異なる各平板部材の温度変化等による応力が軟性を有する接着剤により吸収されるため好適である。
【００８０】
そこで、上述したような手法を上述したプロジェクタ装置３０では、回折プリズム３５に用いる。
【００８１】
ここで、上述した回折プリズム３５の構成について説明する。
【００８２】
回折プリズム３５は、図５に示すように、回折グリッド５１と、この回折グリッド５１を挟み込む一対の回折グリッド基材５２と、この回折グリッド基材５２の回折グリッド５１と対向する面側にそれぞれ接着層５３を介して接合された一対のプリズム基材５４とを備えている。
【００８３】
回折グリッド５１は、一対の回折グリッド基材５２の間に略グリッド状に金属によって形成されている。また、回折グリッド５１は、例えば、アルミによって形成されている。なお、回折グリッド５１は、アルミに限定されるものではなく、光学系に応じて他の材料を用いることができる。
【００８４】
回折グリッド基材５２は、例えば、ガラス等の薄い平板であり、回折グリッド５１を挟み込むようになっている。
【００８５】
接着層５３は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。また、接着層５３は、回折グリッド基材５２の回折グリッド５１と対向する面側にそれぞれ設けられている。
【００８６】
プリズム基材５４は、略角柱形状を有した、いわゆるコーナープリズムである。
【００８７】
また、プリズム基材５４は、表面が鏡面研磨された複数の平板部材５５が軟質接着層５６を介して接合された構成とされており、各平板部材５５が軟質接着層５６を介して光学的に結合されている。
【００８８】
軟質接着層５６は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。
【００８９】
この実施形態では、その底面の形が略直角三角形である三角柱状のプリズム基材５４を、その断面が方形をなす複数の平板部材５５に分割して構成している。この場合、少なくとも１つの平板部材５５は、軟質接着層５６を介して積層される２つの積層面の形状が異なり、その積層面は隣接する他の平板部材５５の積層面とその形状が等しくされている。これら異なる形状の複数の平板部材５５を積み重ねることにより、全体として三角柱状のプリズム基材５４を構成している。このように構成されたプリズム基材５４は、平板部材５５とが軟質接着層５６との界面が光学的に結合されており、１つのプリズムとして機能する。
【００９０】
さらに、プリズム基材５４を構成する複数の平板部材５５は、回折グリッド基材５２の接着層５３と軟質接着層５６が平行となる方向に配置されているので、回折グリッド基材５２と平板部材５５が互いの平面を対向させて接着層５３を介して良好に光学的に結合させることができる。
【００９１】
また、回折グリッド５１と回折グリッド基材５２との空隙には、回折グリッド媒質５７が充填されている。なお、回折グリッド５１と回折グリッド基材５２との空隙に回折グリッド媒質５７が充填されていない場合には、この空隙がエアギャップとなり、空気と回折グリッド基材５２の界面において屈折率の差による反射が起こり、分離特性が著しく悪化する。
【００９２】
ここで、回折グリッド基材５２と回折グリッド媒質５７とは、プリズム基材５４と略同程度の屈折率として設計、作成され、且つ、プリズム基材５４と回折グリッド基材５２の界面が接着層５３により光学的に結合されている。
【００９３】
このような回折プリズム３５では、無偏光光が入射すると、全ての界面が上述の通り光学的に結合されているので、内部での反射を受けずに回折グリッド５１に達し、この回折グリッド５１により回折の影響を受けてＳ偏光が反射面３５ａで反射し、Ｐ偏光が反射面３５ａを透過することで、Ｐ偏光とＳ偏光との分離が行われる。
【００９４】
このような回折プリズム３５は、回折グリッド５１及び回折グリッド基材５２により形成され、広い入射角度における分離特性に優れた回折グリッドＰＢＳを、接着層５３を介してプリズム基材５４で挟み込む構成とされているために、広い入射角度における分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。
【００９５】
また、回折プリズム３５は、広い入射角度における分離特性に優れているために、高級な硝材、すなわち屈折率がそれほど高くない基材を用いても、所望の特性を得ることができるため、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い硝材は比重が重いため、この回折プリズム３５では、一般的に屈折率を少しでも低くすることで軽量化を図ることができる。
【００９６】
さらに、回折プリズム３５は、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【００９７】
さらにまた、回折プリズム３５は、回折グリッド基材５２とプリズム基材５４と間に軟性を有する接着層５３が設けられているため、この回折プリズム３５に発生する応力を低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００９８】
さらにまた、回折プリズム３５は、プリズム基材５４が複数の平板部材５５の間に軟質接着層５６が設けられているため、この回折プリズム３５に発生する応力をさらに低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００９９】
ここで、上述したように構成されたプロジェクタ装置３０について、ランプ３１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０１００】
ランプ３１から出射した照明光は、無偏光光としてメインコンデンサ３２に入射する。
【０１０１】
次に、メインコンデンサ３２に入射した照明光は、メインコンデンサ３２により集光されてフィールドレンズ３３に導かれ、フィールドレンズ３３により集光されプリ偏光板３４に導かれる。
【０１０２】
次に、プリ偏光板３４に導かれた照明光は、例えば、Ｓ偏光の成分だけ透過して回折プリズム３５に導かれる。
【０１０３】
次に、回折プリズム３５に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、回折プリズム３５の反射面３５ａにおいて不要なＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面３５ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、照明光は、回折プリズム３５の反射面３５ａで反射されて進行方向を９０°変化させ反射型液晶パネル３６に導かれる。
【０１０４】
次に、反射型液晶パネル３６に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、映像信号に基づくパターンが表示された反射型液晶パネル３６により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、回折プリズム３５に戻される。
【０１０５】
次に、回折プリズム３５に戻された反射型液晶パネル３６からの反射光は、Ｐ偏光と、不要なＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光が回折プリズム３５の反射面３５ａを透過して投射レンズ１７に導かれ、Ｓ偏光が反射面３５ａで反射され進行方向を９０°変化させ、ランプ３１側に戻される。
【０１０６】
以上のように、ランプ３１から出射された照明光は、回折プリズム３５により反射型液晶パネル３６に導かれ、反射型液晶パネル３６により変調され反射される。そして、反射型液晶パネル３６で変調された反射光は、投影レンズ３７に導かれ、この投影レンズ３７によりスクリーン等に拡大投影される。
【０１０７】
以上のようにプロジェクタ装置３０では、回折グリッド５１を有する回折プリズム３５を用いることにより、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。
【０１０８】
また、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５を用いることにより、従来の平板状の回折グリッドＰＢＳだけでは、結像光学系内において発生してしまう非点収差を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。
【０１０９】
さらに、プロジェクタ装置３０は、上述したように回折プリズム３５が低コストで作成することができるため、装置全体のコストを低減することができる。
【０１１０】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５が光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができる。
【０１１１】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５を軽量化することが可能であるので、装置全体の軽量化を行うことができる。
【０１１２】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５が熱の応力による歪みを抑制することができるので、入力する光量を上げることによる熱の発生の影響が低減できるため、投影する映像の明るさを向上させることができる。
【０１１３】
なお、上述した回折プリズム３５は、図６に示すように、プリズム基材５４の平板部材５５の積層方向が異なる構成とされていても良い。平板部材５５の積層方向は、図５及び図６に示す方向に限定されるもではなく、用いる光学系によってそれぞれ最適な方向としても良い。
【０１１４】
なお、本発明は、上述した回折プリズム１５及び／又は回折プリズム３５を複数個用いてカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置にも用いることができる。
【０１１５】
まず、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図７に示す、プロジェクタ装置６０について説明する。
【０１１６】
プロジェクタ装置６０は、照明光を出射する光源となるランプ６１と、このランプ６１側から光路順に、フライアイインテグレータ６２と、ＰＳ変換合成素子６３と、メインコンデンサ６４と、フィールドレンズ６５と、プリ偏光板６６と、第１のＧ偏光回転素子６７と、入射ＰＢＳ６８とを備えている。
【０１１７】
ランプ６１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ６１は、白色光を発する発光体６１ａと、発光体６１ａから発せられた光を反射するリフレクタ６１ｂとを有している。ランプ６１の発光体６１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ６１のリフレクタ６１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０１１８】
フライアイインテグレータ６２は、ランプ６１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ６２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ６１側のマルチレンズアレイ６２ａによりランプ６１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ６２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０１１９】
ＰＳ変換合成素子６３は、ランプ６１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子６３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０１２０】
メインコンデンサ６４は、ＰＳ変換合成素子６３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１２１】
フィールドレンズ６５は、メインコンデンサ６４を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１２２】
プリ偏光板６６は、フィールドレンズ６５を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。
【０１２３】
第１のＧ偏光回転素子６７は、フィールドレンズ６５に集光された照明光のうち、緑の波長帯域、すなわち緑色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域、すなわち赤及び青色の成分の偏光状態を保持して透過するように最適化された積層型の位相差フィルムである。
【０１２４】
入射ＰＢＳ６８は、第１のＧ偏光回転素子６７を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。入射ＰＢＳ６８は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面６８ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１２５】
入射ＰＢＳ６８では、第１のＧ偏光回転素子６７を透過した照明光が、入射ＰＢＳ６８を透過して直進する光と、反射面６８ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１２６】
また、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８を透過した照明光の進行方向にＧ−ＰＢＳ６９が備えられている。
【０１２７】
Ｇ−ＰＢＳ６９は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａを透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射するようにされている。Ｇ−ＰＢＳ６９は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面６９ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１２８】
Ｇ−ＰＢＳ６９では、入射ＰＢＳ６８を透過した照明光を透過させる。
【０１２９】
さらに、プロジェクタ装置６０は、Ｇ−ＰＢＳ６９を透過した光の進行方向に第１の液晶パネル７０を備えている。
【０１３０】
第１の液晶パネル７０は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。第１の液晶パネル７０は、液晶分子が封入された表示パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３１】
また、Ｇ−ＰＢＳ６９では、第１の液晶パネル７０で変調された反射光を反射面６９ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１３２】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射した照明光の光路順に、第１のＲ偏光回転素子７１と、ＲＢ−ＰＢＳ７２とを備えている。
【０１３３】
第１のＲ偏光回転素子７１は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射した照明光のうち、所定の波長帯域、すなわち所定の色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域の偏光状態を保持して透過するように最適化された位相差フィルムである。第１のＲ偏光回転素子７１は、例えば、すでに入射ＰＢＳ６８によって緑色の成分が透過分離されているので、反射面６８ａで反射した青色及び赤色の成分のうち、赤色の照明光だけ偏光面を９０°回転させ、他の波長帯域の照明光すなわち青色の照明光の偏光状態を保持して、それぞれ透過させる。
【０１３４】
ＲＢ−ＰＢＳ７２は、第１のＲ偏光回転素子７１を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。ＲＢ−ＰＢＳ７２は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面７２ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１３５】
ＲＢ−ＰＢＳ７２では、第１のＲ偏光回転素子７１を透過した照明光と後述する液晶パネルで変調された反射光とが、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過して直進する光と反射面７２ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１３６】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過した照明光の進行方向に第２の液晶パネル７３と、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した照明光の進行方向に第３の液晶パネル７４とを備える。
【０１３７】
第２の液晶パネル７３は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル７３は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３８】
第３の液晶パネル７４は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル７４は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３９】
また、ＲＢ−ＰＢＳ７２では、第２の液晶パネル７３で変調された反射光が反射面７２ａで反射して進行方向が９０°変化するとともに、第３の液晶パネル７４で変調された反射光がＲＢ−ＰＢＳ７２を直進して透過する。
【０１４０】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、ＲＢ−ＰＢＳ７２ａを透過した第３の液晶パネル７４で変調された反射光との光路順に、第２のＲ偏光回転素子７５を備えている。
【０１４１】
第２のＲ偏光回転素子７５は、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過した第３の液晶パネル７４で変調された反射光とのうち、所定の波長帯域、すなわち所定の色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域の偏光状態を保持して透過するように最適化された位相差フィルムである。第２のＲ偏光回転素子７５は、例えば、すでに入射ＰＢＳ６８によって緑色の成分が透過分離されているので、透過した青色及び赤色の成分のうち、赤色の光だけ偏光面を９０°回転させ、他の波長帯域の光すなわち青色の光の偏光状態を保持して、それぞれ透過させる。
【０１４２】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光の進行方向で、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光との進行方向で、出射ＰＢＳ７６を備えている。
【０１４３】
出射ＰＢＳ７６は、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを、偏光成分に応じて透過又は反射させて合成するようにされている。出射ＰＢＳ７６は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面７６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１４４】
出射ＰＢＳ７６では、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光を反射面７６ａで反射させ、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを透過して直進させ、これらを同一方向に出力する。
【０１４５】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、出射ＰＢＳ７６を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光との進行方向に光路順に、第２のＧ偏光回転素子７７と、出射偏光板７８と、投影レンズ７９とを備えている。
【０１４６】
第２のＧ偏光回転素子７７は、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、出射ＰＢＳ７６を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とのうち、緑の波長帯域、すなわち緑色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域、すなわち赤及び青色の成分の偏光状態を保持して透過するように最適化された積層型の位相差フィルムである。
【０１４７】
出射偏光板７８は、第２のＧ偏光回転素子７７を透過した、第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＰ偏光の成分を透過させるようになっている。
【０１４８】
投影レンズ７９は、出射偏光板７８を透過した、第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０１４９】
上述したように構成されたプロジェクタ装置６０について、ランプ６１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０１５０】
ランプ６１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ６２に導かれる。
【０１５１】
次に、フライアイインテグレータ６２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ６２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子６３に入射する。
【０１５２】
次に、ＰＳ変換合成素子６３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ６４に入射する。
【０１５３】
次に、メインコンデンサ６４に入射した照明光は、メインコンデンサ６４により集光されてフィールドレンズ６５に導かれ、フィールドレンズ６５により集光されプリ偏光板６６に入射する。
【０１５４】
次に、プリ偏光板６６に入射した照明光は、さらに偏光成分が揃えられＳ偏光として第１のＧ偏光回転素子６７に導かれる。
【０１５５】
次に、第１のＧ偏光回転素子６７に入射した照明光は、緑の波長帯域だけ偏光面が９０°回転してＰ偏光とされ透過して入射ＰＢＳ６８に導かれるとともに、赤及び青の波長帯域の成分がＳ偏光のまま透過して入射ＰＢＳ６８に導かれる。
【０１５６】
次に、入射ＰＢＳ６８に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光と赤及び青の波長帯域のＳ偏光とであり、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａにおいてＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面６８ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、緑の波長帯域の照明光は、入射ＰＢＳ６８内を透過して直進してＧ−ＰＢＳ６９に導かれ、赤及び青色の波長帯域の照明光は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射されて進行方向を９０°変化させて第１のＲ偏光回転素子７１に導かれる。
【０１５７】
ここで、上述した入射ＰＢＳ６８により分離された照明光のうち、入射ＰＢＳ６８を透過してＧ−ＰＢＳ６９に導かれた緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０１５８】
次に、Ｇ−ＰＢＳ６９に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ６９を透過して直進して第１の液晶パネル７０に導かれる。
【０１５９】
第１の液晶パネル７０に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル７０により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＳ偏光が生成され、Ｇ−ＰＢＳ６９に戻される。
【０１６０】
次に、Ｇ−ＰＢＳ６９に戻された第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光と不要なＯＦＦ光であるＰ偏光とであり、Ｓ偏光が反射面６９ａで反射され進行方向を９０°変化させ出射ＰＢＳ７６に導かれ、Ｐ偏光が反射面６９ａを透過してランプ６１側に戻される。
【０１６１】
次に、出射ＰＢＳ７６に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２の偏光回転素子７７に導かれる。
【０１６２】
次に、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、第２のＧ偏光回転素子７７により緑の波長帯域の偏光面が９０°回転されＰ偏光となり、出射偏光板７８に導かれる。
【０１６３】
次に、出射偏光板７８に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。
【０１６４】
一方、上述した入射ＰＢＳ６８により分離された照明光のうち、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射して進行方向を９０度変化された、赤及び青の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０１６５】
第１のＲ偏光回転素子７１に導かれた照明光は、赤及び青の波長帯域のＳ偏光であり、第１のＲ偏光回転素子７１により赤の波長帯域の偏光面だけが９０°回転されＰ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ７２に導かれる。
【０１６６】
次に、ＲＢ−ＰＢＳ７２に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＰ偏光と青の波長帯域のＳ偏光とであり、赤の波長帯域のＰ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過して、第２の液晶パネル７３に導かれ、青の波長帯域のＳ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第３の液晶パネル７４に導かれる。
【０１６７】
次に、第２の液晶パネル７３に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル７３により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＳ偏光が生成され、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻される。
【０１６８】
次に、第３の液晶パネル７４に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル７４により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻される。
【０１６９】
次に、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻された第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＳ偏光とＯＦＦ光であるＰ偏光とであり、Ｐ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過してランプ６１側へ戻され、Ｓ偏光が反射面７２ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれる。また、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻された第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｓ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射されランプ６１側へ戻され、Ｐ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過して、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれる。
【０１７０】
次に、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、第２のＲ偏光回転素子７５により偏光面が９０°回転されてＰ偏光となり、出射ＰＢＳ７６に導かれる。また、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、第２のＲ偏光回転素子７５を透過して、出射ＰＢＳ７６に導かれる。
【０１７１】
次に、出射ＰＢＳ７６に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し第２のＧ偏光回転素子７７に導かれる。また、出射ＰＢＳ７６に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し第２のＧ偏光回転素子７７に導かれる。
【０１７２】
次に、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し出射偏光板７８に導かれる。また、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し出射偏光板７８に導かれる。
【０１７３】
次に、出射偏光板７８に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。また、出射偏光板７８に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。
【０１７４】
以上のように、入射ＰＢＳ６８やＲＢ−ＰＢＳ７２により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、出射ＰＢＳ７６で合成されて投影レンズ７９に導かれ、この投影レンズ７９によりスクリーン等に拡大投影される。
【０１７５】
このような、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８、Ｇ−ＰＢＳ６９、ＲＢ−ＰＢＳ７２、出射ＰＢＳ７６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０１７６】
次に、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図８に示す、プロジェクタ装置８０について説明する。
【０１７７】
プロジェクタ装置８０は、照明光を出射する光源となるランプ８１と、このランプ８１側から光路順に、フライアイインテグレータ８２と、ＰＳ変換合成素子８３と、メインコンデンサ８４と、クロスダイクロイックミラー８５とを備えている。
【０１７８】
ランプ８１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ８１は、白色光を発する発光体８１ａと、発光体８１ａから発せられた光を反射するリフレクタ８１ｂとを有している。ランプ８１の発光体８１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ８１のリフレクタ８１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０１７９】
フライアイインテグレータ８２は、ランプ８１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ８２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ８１側のマルチレンズアレイ８２ａによりランプ８１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ８２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０１８０】
ＰＳ変換合成素子８３は、ランプ８１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子８３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０１８１】
メインコンデンサ８４は、ＰＳ変換合成素子８３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１８２】
クロスダイクロイックミラー８５は、メインコンデンサ８４で集光された照明光の波長帯域に応じて、この照明光を光路にたいして４５°傾き、且つ互いに直行する反射面８５ａ又は反射面８５ｂにより反射させて分離するようにされている。クロスダイクロイックミラー８５は、誘電体多層膜等により構成されており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面８５ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤及び緑の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面８５ｂで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１８３】
クロスダイクロイックミラー８５では、メインコンデンサ８４で集光された照明光が、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射して進行方向が９０度変化する光と、反射面８５ｂで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１８４】
また、プロジェクタ装置８０は、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射した照明光の光路順に、第１の平面ミラー８６と、第１のフィールドレンズ８７と、Ｂ−ＰＢＳ８８と、第１の液晶パネル８９とを備えている。
【０１８５】
第１の平面ミラー８６は、入射した光を反射するように設けられた平面形状のミラーであり、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射した照明光の進行方向に対して４５°傾いて配設されている。
【０１８６】
第１のフィールドレンズ８７は、第１の平面ミラー８６で反射した照明光を第１の液晶パネル８９に集光するようにされた凸レンズである。
【０１８７】
Ｂ−ＰＢＳ８８は、第１のフィールドレンズ８７を透過した照明光を偏光成分に応じて、透過又は反射させて分離するようにされている。Ｂ−ＰＢＳ８８は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面８８ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１８８】
第１の液晶パネル８９は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第１の液晶パネル８９は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１８９】
Ｂ−ＰＢＳ８８では、第１のフィールドレンズ８７を透過した照明光と、第１の液晶パネル８９で変調された反射光とが、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過して直進する光と反射面８８ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１９０】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射した照明光の光路順に第２の平面ミラー９０と、ダイクロイックミラー９１とを備えている。
【０１９１】
第２の平面ミラー９０は、入射した光を反射するように設けられた平面形状のミラーであり、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射した照明光の進行方向に対して４５°傾いて配設されている。
【０１９２】
ダイクロイックミラー９１は、第２の平面ミラー９０で反射した照明光の光路に対して４５°傾いて設けられ、第２の平面ミラー９０で反射した照明光の波長帯域に応じて、透過又は反射させて分離するようにされている。ダイクロイックミラー９１は、誘電体多層膜等により構成されており、例えば、緑の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９１ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤の波長帯域の光を透過させ直進させる。
【０１９３】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、ダイクロイックミラー９１を透過した照明光の光路順に、第２のフィールドレンズ９２と、Ｒ−ＰＢＳ９３と、第２の液晶パネル９４とを備えている。
【０１９４】
第２のフィールドレンズ９２は、ダイクロイックミラー９１を透過した照明光を第２の液晶パネル９４に集光するようにされた凸レンズである。
【０１９５】
Ｒ−ＰＢＳ９３は、第２のフィールドレンズ９２を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。Ｒ−ＰＢＳ９３は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面９３ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１９６】
第２の液晶パネル９４は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル９４は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１９７】
Ｒ−ＰＢＳ９３では、第２のフィールドレンズ９２を透過した照明光と、第２の液晶パネル９４で変調された反射光とが、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過して直進する光と、反射面９３ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１９８】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、ダイクロイックミラー９１で反射された照明光の光路順に、第３のフィールドレンズ９５と、Ｇ−ＰＢＳ９６と、第３の液晶パネル９７とを備えている。
【０１９９】
第３のフィールドレンズ９５は、ダイクロイックミラー９１で反射した照明光を第３の液晶パネル９７に集光するようにされた凸レンズである。
【０２００】
Ｇ−ＰＢＳ９６は、第３のフィールドレンズ９５を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。Ｇ−ＰＢＳ９３は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面９６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２０１】
第３の液晶パネル９７は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル９７は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２０２】
Ｇ−ＰＢＳ９６では、第３のフィールドレンズ９５を透過した照明光と、第３の液晶パネル９７で変調された反射光とが、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過して直進する光と、反射面９６ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０２０３】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光との進行方向に、合成プリズム９８を備えている。
【０２０４】
合成プリズム９８は、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光とを、波長帯域に応じて透過又は反射させて合成するようにされている。合成プリズム９８は、異なる特性の誘電体多層膜を互いの面が直交するようにプリズムにより挟み込まれた構造とされており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９８ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９９ｂで反射させ進行方向を９０°変化させ、緑の波長帯域の光を透過させ直進させる。
【０２０５】
合成プリズム９８では、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光を反射面９８ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光を反射面９８ｂで反射させ進行方向を９０°変化させるとともに、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光を透過させ直進させ、これらを同一方向に出力する。
【０２０６】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、合成プリズム９８を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光との進行方向に、投影レンズ９９を備えている。
【０２０７】
投影レンズ９９は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、合成プリズム９８を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０２０８】
上述したように構成されたプロジェクタ装置８０について、ランプ８１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０２０９】
ランプ８１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ８２に導かれる。
【０２１０】
次に、フライアイインテグレータ８２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ８２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子８３に入射する。
【０２１１】
次に、ＰＳ変換合成素子８３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ８４に入射する。
【０２１２】
次に、メインコンデンサ８４に入射した照明光は、メインコンデンサ８４により集光されてクロスダイクロイックミラー８５に入射する。
【０２１３】
次に、クロスダイクロイックミラー８５に入射した照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、青の波長帯域が反射面８５ａにより反射され進行方向を９０°変化させ、赤及び緑の波長帯域が反射面８５ｂにより反射され進行方向を９０°変化させる。なお、青の波長帯域の照明光と赤及び緑の波長帯域の照明光とは、進行方向が１８０°異なるように分離され、青の波長帯域の照明光が第１の平面ミラー８６に導かれ、赤及び緑の波長帯域の照明光が第２の平面ミラー９０に導かれる。
【０２１４】
ここで、上述したクロスダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射して第１の平面ミラー８６に導かれた、青の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２１５】
第１の平面ミラー８６に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、第１の平面ミラー８６により反射されて進行方向が９０°変化して、第１のフィールドレンズ８７に導かれる。
【０２１６】
次に、第１のフィールドレンズ８７に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、第１のフィールドレンズ８７により第１の液晶パネル８９に集光するようにされて、Ｂ−ＰＢＳ８８に導かれる。
【０２１７】
次に、Ｂ−ＰＢＳ８８に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、Ｂ−ＰＢＳ８８の反射面８８ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第１の液晶パネル８９に導かれる。
【０２１８】
次に、第１の液晶パネル８９に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル８９により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｂ−ＰＢＳ８８に戻される。
【０２１９】
次に、Ｂ−ＰＢＳ８８に戻された第１の液晶パネル８９からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＢ−ＰＢＳ８８の反射面８８ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面８８ａで反射され進行方向を９０°変化させ第１のフィールドレンズ８７側に戻される。
【０２２０】
次に、合成プリズム９８に導かれた第１の液晶パネル８９で変調された反射光は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射され進行方向を９０°変化させ、投影レンズ９９に導かれる。
【０２２１】
一方、上述したクロスダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射され第２の平面ミラー９０に導かれた赤及び緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２２２】
第２の平面ミラー９０に導かれた照明光は、赤及び緑の波長帯域のＳ偏光であり、第２の平面ミラー９０により反射されて進行方向が９０°変化して、ダイクロイックミラー９１に導かれる。
【０２２３】
次に、ダイクロイックミラー９１に導かれた照明光は、赤及び緑の波長帯域のＳ偏光であり、赤の波長帯域がダイクロイックミラー９１を透過して第２のフィールドレンズ９２に導かれ、緑の波長帯域がダイクロイックミラー９１で反射され第３のフィールドレンズ９５に導かれる。
【０２２４】
ここで、上述したダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５を透過して第２のフィールドレンズ９２に導かれた、赤の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２２５】
第２のフィールドレンズ９２に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、第２のフィールドレンズ９２により第２の液晶パネル９４に集光するようにされて、Ｒ−ＰＢＳ９３に導かれる。
【０２２６】
次に、Ｒ−ＰＢＳ９３に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、Ｒ−ＰＢＳ９３の反射面９３ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２の液晶パネル９４に導かれる。
【０２２７】
次に、第２の液晶パネル９４に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル９４により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｒ−ＰＢＳ９３に戻される。
【０２２８】
次に、Ｒ−ＰＢＳ９３に戻された第２の液晶パネル９４からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＲ−ＰＢＳ９３の反射面９３ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面９３ａで反射され進行方向を９０°変化させ第２のフィールドレンズ９２側に戻される。
【０２２９】
次に、合成プリズム９８に導かれた第２の液晶パネル９４で変調された反射光は、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射して進行方向を９０°変化され、投影レンズ９９に導かれる。
【０２３０】
一方、上述したダイクロイックミラー９１により分離された照明光のうち、ダイクロイックミラー９１で反射され第３のフィールドレンズ９５に導かれた緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２３１】
第３のフィールドレンズ９５に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、第３のフィールドレンズ９５により第３の液晶パネル９７に集光するようにされて、Ｇ−ＰＢＳ９６に導かれる。
【０２３２】
次に、Ｇ−ＰＢＳ９６に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ９６の反射面９６ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第３の液晶パネル９７に導かれる。
【０２３３】
次に、第３の液晶パネル９７に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル９７により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｇ−ＰＢＳ９６に戻される。
【０２３４】
次に、Ｇ−ＰＢＳ９６に戻された第３の液晶パネル９７からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＧ−ＰＢＳ９６の反射面９６ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面９６ａで反射され進行方向を９０°変化させ第３のフィールドレンズ９５側に戻される。
【０２３５】
次に、合成プリズム９８に導かれた第３の液晶パネル９７で変調された反射光は、合成プリズム９８を透過して直進し、投影レンズ９９に導かれる。
【０２３６】
以上のように、クロスダイクロイックミラー８５やダイクロイックミラー９１により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、合成プリズム９８で合成されて投影レンズ９９に導かれ、この投影レンズ９９によりスクリーン等に拡大投影される。
【０２３７】
このような、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８、Ｇ−ＰＢＳ６９、ＲＢ−ＰＢＳ７２、出射ＰＢＳ７６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５をもちいることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２３８】
このような、プロジェクタ装置８０は、Ｂ−ＰＢＳ８８、Ｒ−ＰＢＳ９３、Ｇ−ＰＢＳ９６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２３９】
次に、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図９に示す、プロジェクタ装置１００について説明する。
【０２４０】
プロジェクタ装置１００は、照明光を出射する光源となるランプ１０１と、このランプ１０１側から光路順に、フライアイインテグレータ１０２と、ＰＳ変換合成素子１０３と、メインコンデンサ１０４と、フィールドレンズ１０５と、ＰＢＳ１０６とを備えている。
【０２４１】
ランプ１０１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ１０１は、白色光を発する発光体１０１ａと、発光体１０１ａから発せられた光を反射するリフレクタ１０１ｂとを有している。ランプ１０１の発光体１０１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ１０１のリフレクタ１０１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０２４２】
フライアイインテグレータ１０２は、ランプ１０１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ１０２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ１０１側のマルチレンズアレイ１０２ａによりランプ１０１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ１０２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０２４３】
ＰＳ変換合成素子１０３は、ランプ１０１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子１０３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０２４４】
メインコンデンサ１０４は、ＰＳ変換合成素子１０３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０２４５】
フィールドレンズ１０５は、メインコンデンサ１０４で集光された照明光を、さらに後述する３枚の液晶パネルに集光するようにされた凸レンズである。
【０２４６】
なお、これら集光レンズは、凸レンズに限定されるものではない。例えばメインコンデンサ１０４の機能は、フライアイインテグレータ１０２のマルチレンズアレイ１０２ｂの各レンズエレメントをマルチレンズアレイ１０２ａの各レンズエレメントに対して偏芯させることでも得ることができる。
【０２４７】
ＰＢＳ１０６は、フィールドレンズ１０５を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。ＰＢＳ１０６は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面１０６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２４８】
また、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射した照明光の進行方向に、分離合成プリズム１０７を備えている。
【０２４９】
分離合成プリズム１０７は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射された照明光の波長帯域に応じて、この照明光を光路にたいして４５°傾き、且つ互いに直行する反射面１０７ａで反射させ、反射面１０７ｂで反射させ、又は反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過させて分離するようにされている。分離合成プリズム１０７は、誘電体多層膜等を互いの面が直交するようにプリズムに挟み込まれた構造とされており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面１０７ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、緑の波長帯域の光を透過させて直進させ、赤の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面１０７ｂで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２５０】
さらに、プロジェクタ装置１００は、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａで反射した照明光の進行方向に第１の液晶パネル１０８と、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過した照明光の進行方向に第２の液晶パネル１０９と、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ｂで反射した照明光の進行方向に第３の液晶パネル１１０とを備えている。
【０２５１】
第１の液晶パネル１０８は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第１の液晶パネル１０８は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５２】
第２の液晶パネル１０９は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル１０９は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５３】
第３の液晶パネル１１０は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル１１０は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５４】
分離合成プリズム１０７では、フィールドレンズ１０５を透過した照明光と、第１の液晶パネル１０８、第２の液晶パネル１０９及び第３の液晶パネル１１０でそれぞれ変調された反射光とがこの分離合成プリズム１０７を透過して直進する光と反射面１０７ａ又は反射面１０７ｂで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０２５５】
また、ＰＢＳ１０６では、第１の液晶パネル１０８、第２の液晶パネル１０９及び第３の液晶パネル１１０でそれぞれ変調された反射光とがこのＰＢＳ１０６を透過して直進する。
【０２５６】
さらにまた、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第１の液晶パネル１０８で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第２の液晶パネル１０９で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第３の液晶パネル１１０で変調された反射光との進行方向に、投影レンズ１１１を備えている。
【０２５７】
投影レンズ１１１は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第１の液晶パネル１０８で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第２の液晶パネル１０９で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第３の液晶パネル１１０で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０２５８】
上述したように構成されたプロジェクタ装置１００について、ランプ１０１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０２５９】
ランプ１０１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ１０２に導かれる。
【０２６０】
次に、フライアイインテグレータ１０２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ１０２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子１０３に入射する。
【０２６１】
次に、ＰＳ変換合成素子１０３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ１０４に入射する。
【０２６２】
次に、メインコンデンサ１０４に入射した照明光は、メインコンデンサ１０４により集光されてフィールドレンズ１０５に導かれる。
【０２６３】
次に、フィールドレンズ１０５に導かれた照明光は、フィールドレンズ１０５により第１の液晶パネル１０８と第２の液晶パネル１０９と第３の液晶パネル１１０とに集光するようにＰＢＳ１０６に導かれる。
【０２６４】
次に、ＰＢＳ１０６に導かれた照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化され、分離合成プリズム１０７に導かれる。
【０２６５】
次に、分離合成プリズム１０７に入射した照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、青の波長帯域が反射面１０７ａにより反射され進行方向を９０°変化され第１の液晶パネル１０８に導かれ、緑の波長帯域が反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して直進し第２の液晶パネル１０９に導かれ、赤の波長帯域が反射面１０７ｂで反射され進行方向を９０°変化され第３の液晶パネルに導かれる。なお、青の波長帯域の照明光と赤の波長帯域の照明光とは、進行方向が１８０°異なるように分離される。
【０２６６】
次に、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａで反射して第１の液晶パネル１０８に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル１０８により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。また、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して第２の液晶パネル１０９に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル１０９により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。
【０２６７】
さらに、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ｂで反射して第３の液晶パネル１１０に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル１１０により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。
【０２６８】
次に、分離合成プリズム１０７に戻された第１の液晶パネル１０８からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ａで反射され進行方向を９０°変化されてＰＢＳ１０６に戻される。
【０２６９】
また、分離合成プリズム１０７に戻された第２の液晶パネル１０９からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して直進しＰＢＳ１０６に戻される。
【０２７０】
さらに、分離合成プリズム１０７に戻された第３の液晶パネル１１０からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ｂで反射され進行方向を９０°変化されてＰＢＳ１０６に戻される。
【０２７１】
次に、ＰＢＳ１０６に戻された第１の液晶パネル１０８からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７２】
また、ＰＢＳ１０６に戻された第２の液晶パネル１０９からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７３】
さらに、ＰＢＳ１０６に戻された第３の液晶パネル１１０からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７４】
以上のように、分離合成プリズム１０７により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、分離合成プリズム１０７で合成されて投影レンズ１１１に導かれ、この投影レンズ１１１によりスクリーン等に拡大投影される。
【０２７５】
このような、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６に、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２７６】
なお、上述では、光変調素子として液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、偏光状態を空間的に変調する素子であれば、その種類を問わない。
【０２７７】
また、図５及び図６に示される回折グリッド５１、回折グリッド基材５２に代えて、板状の透明基材の上に波長成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層を形成し、プリズム基材５４を、複数の平板部材５５が軟質接着層５６を介して接合された構成としてもよい。もちろん光分離層は板状の透明部材を介さずに所定の平板部材５５の上に直接形成してもよい。
【０２７８】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明に係るプリズムは、広い入射角度における光束の分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。また、分離特性に優れているために屈折率の高い基材を用いずとも所望の特性を得ることができるので、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い基材を用いなくても良いことから低コスト化及び軽量化を図ることができる。さらに、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【０２７９】
また、グリッド基材とプリズム基材と間に軟性を有する接着層が設けられているため、内部に発生する応力を低減することができ、光学的な歪を低減することができるとともに、プリズム基材が複数の平板部材を軟質接着層を介して光学的に結合されているため内部に発生する応力をさらに低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【０２８０】
また、本発明に係る投影装置は、上述のプリズムを用いることにより、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。また、上述のプリズムを用いることにより、結像光学系内での非点収差の発生を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。さらに、上述のプリズムを用いることにより低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【０２８１】
また、プリズムが光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができ、また、熱の応力による歪みも抑制することができるので、このプリズムに入力する光量を上げることによる熱の発生の影響が低減できるため、光源から出射すること光量を上げて投影する映像の明るさを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプロジェクタ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明が適用されたプリズムの構成を示す図である。
【図３】本発明が適用されたプロジェクタ装置の他の構成を示す図である。
【図４】本発明が適用された光学部材の構成を示す図である。
【図５】本発明が適用されたプリズムのコーナープリズムが積層構造である構成を示す図である。
【図６】本発明が適用されたプリズムのコーナープリズムが積層構造である他の構成を示す図である。
【図７】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成における他の構成を示す図である。
【図８】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成におけるさらに他の構成を示す図である。
【図９】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成におけるさらに他の構成を示す図である。
【図１０】従来のＰＢＳの構成を示す図である。
【図１１】従来の回折グリッドＰＢＳを示す図である。
【符号の説明】
１５ 回折プリズム、２１ 回折グリッド、２２ 回折グリッド基材、２３接着層、２４ プリズム基材、２５ 回折グリッド媒質
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から出射された照明光を波長又は偏光成分に応じて分離するプリズムと、光源から出射された照明光を反射型の光変調素子を用いて変調してレンズを用いて拡大投影する投影装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大画面表示を可能とするために、入力された映像信号に応じたパターンが表示された液晶パネルにランプから照明光を照射し、液晶パネルで変調し反射して、この反射光を、投影レンズを用いて拡大投影する投影装置がある。
【０００３】
この投影装置では、液晶パネルへの照明光と液晶パネルで変調された反射光とが同一光路とならないように、光路中に往路と復路とを分離する偏光ビームスプリッタ（以下では、ＰＢＳ：Polarized Beam Splitterという。）が配設されている。このＰＢＳ２００は、図１０に示すように、誘電体多層膜２０１を挟み込むように基材となる一対のコーナープリズム２０２を張り合わせた構造となっている。また、このＰＢＳ２００は、誘電体多層膜２０１が光の波長又は偏光方向に応じて反射率と透過率とが異なるように形成され、波長又は偏光方向応じて光束を分離するビームスプリッタとして機能する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
なお、上述したようなＰＢＳ２００は、誘電体多層膜２０１が偏光成分に応じて光束を分離するマクナイル型と、波長に応じて光束を分離するダイクロイック型とに分類することができる。
【０００５】
マクナイル型やダイクロイック型のように誘電体多層膜の干渉を利用したＰＢＳでは、基材の屈折率や積層される誘電体材料の組み合わせにより性能が決定され、所望の性能とするには限界がある。例えば、このようなＰＢＳでは、広い入射角度でＰ偏光とＳ偏光との分離特性を維持することが非常に困難である。このため、このＰＢＳを角度分布の大きい、いわゆるＦ値の小さい光学系の中に組み入れると分離特性が悪く、光の利用効率も悪くなってしまう。
【０００６】
その解決策として、図１１に示すような、平板形状の回折グリッドＰＢＳ２１０を用いることができる（例えば、特許文献２参照。）。このような回折グリッドＰＢＳ２１０は、例えば、ガラス基材２１１上に、アルミ等により形成されたグリッド状の回折グリッド２１２が設けられ、この回折グリッド２１２により偏光成分に応じて光を分離する。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１４７２４６号公報
【特許文献２】
特開平１１−６９８９号公報（第６頁、第１２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した回折グリッド２１２をビームスプリッタとして使用する場合には、この回折グリッドＰＢＳ２１０を主光線に対して斜めに配置することが必要であるため、結像光学系の光学パス内に入れる際には非点収差が発生してしまう。
【０００９】
また、マクナイル型やダイクロイック型のプリズムを使用する場合には、プリズムの温度上昇や保持機構によってプリズム内部に歪みが生じ、基材の屈折率分布が不均一になることによって基材を透過する光に位相差が発生し、この影響で部分的に消光比が悪くなる。このようなプリズムを用いた投影装置では、投影される映像にいわゆる黒むらが発生し、鮮明な映像を投影することができなくなってしまう。
【００１０】
このため、プリズムの基材としては、プリズム内部の歪みが生じにくい光学弾性定数の低い材料を選択する必要がある。しかし、光学弾性定数の低い材料はコストが高く、このような光学弾性定数の低い材料を用いたプリズム、さらにそのプリズムを用いた投影装置全体のコストも高くなってしまう。また、光学弾性定数の高い安価なガラス材料では、性能の良いプリズムを作成することは非常に困難である。
【００１１】
そこで、本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、非点収差の発生を抑えるとともに、基材の屈折率分布が均一なプリズム及びこれを用いた投影装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るプリズムは、入射された光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムであって、金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、一対の回折グリッド基材の回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、接着層を介して上記一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを備え、回折グリッドと一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、上記ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１３】
上述したように構成された本発明に係るプリズムは、回折グリッドを一対のブロック部材で挟み込むことにより結像光学系内で非点収差を抑え、入射された光を広い入射角度の範囲で良好な偏光分離特性を維持し、偏光成分に応じて透過又は反射させることができ、さらに、一対のブロック部材が複数の板状部材を軟質接着層を介して交互に積層されてなり光学的に結合されているため、内部に発生する応力を低減することができ、これにより屈折率分布を均一に保って偏光状態を乱すことなく光を透過でき、光学的な歪を低減することができる。
【００１４】
また、本発明に係る投影装置は、照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、プリズムで反射又は透過した光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、プリズムが、金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、一対の回折グリッド基材の回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、接着層を介して一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを有し、回折グリッドと一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１５】
上述したように構成された本発明に係る投影装置は、光変調素子で変調された反射光がプリズムを透過又は反射する際に、その反射光を良好に偏光分離すると共に、非点収差の発生を抑えて、投影レンズにより映像を投影する。
【００１８】
さらに、本発明に係るプリズムは、板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び光分離層の板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、接着層を介して光分離層を挟持する一対のブロック部材とを備え、ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする。
【００１９】
上述したように構成された本発明に係るプリズムは、複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されたブロック部材を用いて光分離層を挟み込むことにより非点収差を抑えて、入射された光を偏光成分に応じて透過又は反射させ、偏光状態を乱すことなく出射する。
【００２０】
さらに、本発明に係る投影装置は、照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、プリズムで反射又は透過した光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、そのプリズムは、板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び光分離層の板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、接着層を介して光分離層を挟持する一対のブロック部材とを有し、ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とすることを特徴とする。
【００２１】
上述したように構成された本発明に係る投影装置は、光変調素子で変調された反射光がプリズムを透過又は反射する際に、その反射光を良好に偏光分離すると共に、非点収差の発生を抑えて、投影レンズにより映像を投影する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用されたプロジェクタ装置について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明が適用されたプロジェクタ装置１０は、照明光を出射する光源となるランプ１１と、このランプ１１側から光路順に、メインコンデンサ１２と、フィールドレンズ１３と、プリ偏光板１４と、回折プリズム１５と、反射型液晶パネル１６と、投影レンズ１７とを備えている。
【００２４】
ランプ１１は、白色光を発する発光体１１ａと、発光体１１ａから発せられた光を反射するリフレクタ１１ｂとを有している。ランプ１１の発光体１１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ１１のリフレクタ１１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【００２５】
メインコンデンサ１２は、ランプ１１から出射した照明光を集光する凸レンズにより構成されている。
【００２６】
フィールドレンズ１３は、凸レンズにより構成され、メインコンデンサ１２を透過した照明光を集光し、その照明光による光束が反射型液晶パネル１６により変調されて投影レンズ１７を介して出力されるように配置されている。
【００２７】
プリ偏光板１４は、フィールドレンズ１３を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。
【００２８】
回折プリズム１５は、プリ偏光板１４を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。回折プリズム１５は、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面１５ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【００２９】
回折プリズム１５では、プリ偏光板１４を透過した照明光が、回折プリズム１５を透過して直進する光と、反射面１５ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【００３０】
また、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５の反射面１５ａで反射された照明光の進行方向に反射型液晶パネル１６を備えている。
【００３１】
反射型液晶パネル１６は、映像信号が入力され、この映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この反射型液晶パネル１６は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【００３２】
また、回折プリズム１５では、反射型液晶パネル１６で変調された反射光が反射面１５ａを透過して直進する。
【００３３】
さらに、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５の反射面１５ａを透過した反射型液晶パネル１６で変調された反射光の進行方向に、投影レンズ１７を備えている。
【００３４】
投影レンズ１７は、回折プリズム１５の反射面１５ａを透過した反射型液晶パネル１６で変調された反射光を拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【００３５】
ここで、上述した回折プリズム１５の構成について説明する。
【００３６】
回折プリズム１５は、図２に示すように、入射した光を回折させる回折グリッド２１と、この回折グリッド２１を挟み込む一対の回折グリッド基材２２と、この回折グリッド基材２２の回折グリッド２１と対向する面側にそれぞれ接着層２３を介して接合された一対のプリズム基材２４とを備えている。
【００３７】
回折グリッド２１は、一対の回折グリッド基材２２の間に略グリッド状に金属によって形成されている。また、回折グリッド２１は、例えば、アルミによって形成されている。なお、回折グリッド２１は、アルミに限定されるものではなく、光学系に応じて他の材料を用いるようにしてもよい。
【００３８】
回折グリッド基材２２は、例えば、ガラス等の薄い平板であり、回折グリッド２１を挟み込むようになっている。
【００３９】
接着層２３は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。また、接着層２３は、回折グリッド基材２２の回折グリッド２１と対向する面側にそれぞれ設けられている。
【００４０】
プリズム基材２４は、例えば、複屈折性の少ない石英やショット社製ＳＦ５７等の硝材により形成されており、略角柱形状を有した、いわゆるコーナープリズムである。この実施形態においてプリズム基材２４は、略直角三角形の形状をした底面の三角柱の形状をなし、プリズム基材２４の底面において略直角に交差する短辺を稜とする方形の側面に対し、回折グリッド基材２２が長辺を稜とする側面に沿って傾斜して配置されている。
【００４１】
また、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２との空隙には、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２とを光学的に結合する回折グリッド媒質２５が充填されている。なお、回折グリッド２１と回折グリッド基材２２との空隙に回折グリッド媒質２５が充填されていない場合には、この空隙がエアギャップとなり、空気と回折グリッド基材２２の界面において屈折率の差による反射が起こり、分離特性が著しく悪化する。
【００４２】
ここで、回折グリッド基材２２と回折グリッド媒質２５とは、プリズム基材２４と略同程度の屈折率として設計、作成され、且つプリズム基材２４、回折グリッド基材２２の界面が接着層２３により光学的に結合されている。すなわち金属により形成された回折グリッド２１のピッチや高さを、回折グリッド媒質２５やガラス等で構成される回折グリッド基材２２にあわせて、所定の偏光分離特性が得られるように設定し、光学的に結合された回折グリッド２１を作成する。
【００４３】
このような回折プリズム１５では、無偏光光が入射すると、全ての界面が上述の通り光学的に結合されているので、内部での反射を受けずに回折グリッド２１に達し、この回折グリッド２１により回折の影響を受けてＳ偏光が反射面１５ａで反射し、Ｐ偏光が反射面１５ａを透過することで、Ｐ偏光とＳ偏光との分離が良好に行われる。
【００４４】
以上のように回折プリズム１５は、回折グリッド２１及び回折グリッド基材２２により形成され、広い入射角度における分離特性に優れた回折グリッドＰＢＳを、接着層２３を介してプリズム基材２４で挟み込む構成とされているために、広い入射角度における分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。
【００４５】
また、回折プリズム１５は、回折グリッド基材２２、回折グリッド媒質２５やプリズム基材２４等について、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【００４６】
さらに、回折プリズム１５は、広い入射角度における分離特性に優れているために、高級な硝材、すなわち屈折率がそれほど高くない基材を用いても、所望の特性を得ることができるため、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い硝材は比重が重いため、この回折プリズム１５では、一般的に屈折率を少しでも低くすることで軽量化を図ることができる。
【００４７】
さらにまた、回折プリズム１５は、回折グリッド基材２２とプリズム基材２４と間に軟性を有する接着層２３が設けられているため、この回折プリズム１５に発生する応力を温和することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００４８】
ここで、上述したように構成されたプロジェクタ装置１０について、ランプ１１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【００４９】
ランプ１１から出射した照明光は、無偏光光としてメインコンデンサ１２に入射する。
【００５０】
次に、メインコンデンサ１２に入射した照明光は、メインコンデンサ１２により集光されてフィールドレンズ１３に導かれ、フィールドレンズ１３により集光されプリ偏光板１４に導かれる。
【００５１】
次に、プリ偏光板１４に導かれた照明光は、例えば、Ｓ偏光の成分だけ透過して回折プリズム１５に導かれる。
【００５２】
次に、回折プリズム１５に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、回折プリズム１５の反射面１５ａにおいて不要なＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面１５ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、照明光は、回折プリズム１５の反射面１５ａで反射されて進行方向を９０°変化させ反射型液晶パネル１６に導かれる。
【００５３】
次に、反射型液晶パネル１６に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、映像信号に基づくパターンが表示された反射型液晶パネル１６により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、回折プリズム１５に戻される。
【００５４】
次に、回折プリズム１５に戻された反射型液晶パネル１６からの反射光は、Ｐ偏光と、不要なＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光が回折プリズム１５の反射面１５ａを透過して投射レンズ１７に導かれ、Ｓ偏光が反射面１５ａで反射され進行方向を９０°変化させ、ランプ１１側に戻される。
【００５５】
以上のように、ランプ１１から出射された照明光は、回折プリズム１５により反射型液晶パネル１６に導かれ、反射型液晶パネル１６により変調され反射される。そして、反射型液晶パネル１６で変調された反射光は、投影レンズ１７に導かれ、この投影レンズ１７によりスクリーン等に拡大投影される。
【００５６】
以上のようにプロジェクタ装置１０は、回折グリッド２１を有する回折プリズム１５を用いることにより、光の入射角に対する偏光分離特性の依存性が少なくなり、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。
【００５７】
また、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５を用いることにより、従来の平板状の回折グリッドＰＢＳだけでは、結像光学系内において発生してしまう非点収差を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。
【００５８】
さらに、プロジェクタ装置１０は、上述したように回折プリズム１５が低コストで、且つ軽量に作成することができるため、装置全体のコストと重量を低減することができる。
【００５９】
さらにまた、プロジェクタ装置１０は、回折プリズム１５が光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができる。
【００６０】
次に、本発明を適用した他のプロジェクタ装置として、図３に示す、プロジェクタ装置３０について説明する。
【００６１】
プロジェクタ装置３０は、照明光を出射する光源となるランプ３１と、このランプ３１側から光路順に、メインコンデンサ３２と、フィールドレンズ３３と、プリ偏光板３４と、回折プリズム３５とを備えている。
【００６２】
ランプ３１は、白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ３１は、白色光を発する発光体３１ａと、発光体３１ａから発せられた光を反射するリフレクタ３１ｂとを有している。ランプ３１の発光体３１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ３１のリフレクタ３１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【００６３】
メインコンデンサ３２は、ランプ３１から出射した照明光を集光する凸レンズである。
【００６４】
フィールドレンズ３３は、メインコンデンサ３２を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【００６５】
プリ偏光板３４は、フィールドレンズ３３を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光素子であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。なお、この偏光素子としてＰＢＳを用いてもよい。
【００６６】
回折プリズム３５は、プリ偏光板３４を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。回折プリズム３５は、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面３５ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【００６７】
回折プリズム３５では、プリ偏光板３４を透過した照明光が、回折プリズム３５を透過して直進する光と、反射面３５ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【００６８】
また、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５の反射面３５ａで反射された照明光の進行方向に反射型液晶パネル３６を備えている。
【００６９】
反射型液晶パネル３６は、映像信号が入力され、この映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この反射型液晶パネル３６は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【００７０】
また、回折プリズム３５では、反射型液晶パネル３６で変調された反射光が反射面３５ａを透過して直進する。
【００７１】
さらに、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５の反射面３５ａを透過した反射型液晶パネル３６で変調された反射光の進行方向に、投影レンズ３７を備えている。
【００７２】
投影レンズ３７は、回折プリズム３５の反射面３５ａを透過した反射型液晶パネル３６で変調された反射光を拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【００７３】
ところで、上述したような回折プリズム３５等の光学部材は、光源からの光による加熱や、装置に固定又は接着する際の外部からの保持力や接着力等により、応力を受け光学的な歪みが発生する。
【００７４】
そこで、図４に示すように、光学部材４０を複数の平板部材４１に分割し、軟質接着層４２を介して積層することで、このような問題を解決することができる。
【００７５】
すなわち、光学部材４０は、複数の平板部材４１と、これらを接着する軟性を有する軟質接着層４２とを備えている。平板部材４１は、表面が鏡面研磨された部材であり、光学部材４０と略同等の材質からなる。軟質接着層４２は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。
【００７６】
このように構成された光学部材４０は、平板部材４１と軟質接着層４２との界面が光学的に結合されており、１つの部材として機能する。
【００７７】
また、光学部材４０は、構成する部材を複数の平板部材４１に分割して、その界面に軟質接着層４２を挿入することで、界面方向に加わる応力を軟質接着層４２により逃がして、光学的な歪の発生を抑制することができる。すなわち、光学部材４０全体での光学弾性定数を低下させることができる。言い換えると、光学弾性定数の高い部材を上述したように複数の平板部材４１に分割することにより、光学弾性定数の低い光学部材４０を作成することができる。
【００７８】
以上のように、所定の光学部材の応力を逃がすために光学部材を複数の平板に分割し、これら平板同士の界面を、軟性を有する接着剤で光学的に接合することで、界面方向に加わる応力を接着材により逃がして、光学的な歪の発生を抑制することができる。従って、入射した光がその光学部品を通過する経路において、偏光分離層等で分離されて例えばＳ偏光又はＰ偏光のような所定の偏光状態の光となっても、光学的な歪に伴う偏光方向の乱れを起こすことなくその光を透過して出射させることができる。
【００７９】
さらに、例えば三角柱や角錐等の形状の光学部材をその断面形状が徐々に変化する複数の平板部材に分割し、その平板部材を、軟性接着剤を介して積層して構成した場合に、すなわち、各平板部材が軟性を有する接着剤を介して積層される２つの積層面の形状が異なり、その積層面は隣接する他の平板部材の積層面とその形状が等しくされている場合に、寸法の異なる各平板部材の温度変化等による応力が軟性を有する接着剤により吸収されるため好適である。
【００８０】
そこで、上述したような手法を上述したプロジェクタ装置３０では、回折プリズム３５に用いる。
【００８１】
ここで、上述した回折プリズム３５の構成について説明する。
【００８２】
回折プリズム３５は、図５に示すように、回折グリッド５１と、この回折グリッド５１を挟み込む一対の回折グリッド基材５２と、この回折グリッド基材５２の回折グリッド５１と対向する面側にそれぞれ接着層５３を介して接合された一対のプリズム基材５４とを備えている。
【００８３】
回折グリッド５１は、一対の回折グリッド基材５２の間に略グリッド状に金属によって形成されている。また、回折グリッド５１は、例えば、アルミによって形成されている。なお、回折グリッド５１は、アルミに限定されるものではなく、光学系に応じて他の材料を用いることができる。
【００８４】
回折グリッド基材５２は、例えば、ガラス等の薄い平板であり、回折グリッド５１を挟み込むようになっている。
【００８５】
接着層５３は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。また、接着層５３は、回折グリッド基材５２の回折グリッド５１と対向する面側にそれぞれ設けられている。
【００８６】
プリズム基材５４は、略角柱形状を有した、いわゆるコーナープリズムである。
【００８７】
また、プリズム基材５４は、表面が鏡面研磨された複数の平板部材５５が軟質接着層５６を介して接合された構成とされており、各平板部材５５が軟質接着層５６を介して光学的に結合されている。
【００８８】
軟質接着層５６は、軟性を有する軟質接着剤により形成されており、例えば、ゴム性を有するＵＶ接着剤や、ゴム性を有するシリコン接着剤などが用いられる。
【００８９】
この実施形態では、その底面の形が略直角三角形である三角柱状のプリズム基材５４を、その断面が方形をなす複数の平板部材５５に分割して構成している。この場合、少なくとも１つの平板部材５５は、軟質接着層５６を介して積層される２つの積層面の形状が異なり、その積層面は隣接する他の平板部材５５の積層面とその形状が等しくされている。これら異なる形状の複数の平板部材５５を積み重ねることにより、全体として三角柱状のプリズム基材５４を構成している。このように構成されたプリズム基材５４は、平板部材５５とが軟質接着層５６との界面が光学的に結合されており、１つのプリズムとして機能する。
【００９０】
さらに、プリズム基材５４を構成する複数の平板部材５５は、回折グリッド基材５２の接着層５３と軟質接着層５６が平行となる方向に配置されているので、回折グリッド基材５２と平板部材５５が互いの平面を対向させて接着層５３を介して良好に光学的に結合させることができる。
【００９１】
また、回折グリッド５１と回折グリッド基材５２との空隙には、回折グリッド媒質５７が充填されている。なお、回折グリッド５１と回折グリッド基材５２との空隙に回折グリッド媒質５７が充填されていない場合には、この空隙がエアギャップとなり、空気と回折グリッド基材５２の界面において屈折率の差による反射が起こり、分離特性が著しく悪化する。
【００９２】
ここで、回折グリッド基材５２と回折グリッド媒質５７とは、プリズム基材５４と略同程度の屈折率として設計、作成され、且つ、プリズム基材５４と回折グリッド基材５２の界面が接着層５３により光学的に結合されている。
【００９３】
このような回折プリズム３５では、無偏光光が入射すると、全ての界面が上述の通り光学的に結合されているので、内部での反射を受けずに回折グリッド５１に達し、この回折グリッド５１により回折の影響を受けてＳ偏光が反射面３５ａで反射し、Ｐ偏光が反射面３５ａを透過することで、Ｐ偏光とＳ偏光との分離が行われる。
【００９４】
このような回折プリズム３５は、回折グリッド５１及び回折グリッド基材５２により形成され、広い入射角度における分離特性に優れた回折グリッドＰＢＳを、接着層５３を介してプリズム基材５４で挟み込む構成とされているために、広い入射角度における分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。
【００９５】
また、回折プリズム３５は、広い入射角度における分離特性に優れているために、高級な硝材、すなわち屈折率がそれほど高くない基材を用いても、所望の特性を得ることができるため、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い硝材は比重が重いため、この回折プリズム３５では、一般的に屈折率を少しでも低くすることで軽量化を図ることができる。
【００９６】
さらに、回折プリズム３５は、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【００９７】
さらにまた、回折プリズム３５は、回折グリッド基材５２とプリズム基材５４と間に軟性を有する接着層５３が設けられているため、この回折プリズム３５に発生する応力を低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００９８】
さらにまた、回折プリズム３５は、プリズム基材５４が複数の平板部材５５の間に軟質接着層５６が設けられているため、この回折プリズム３５に発生する応力をさらに低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【００９９】
ここで、上述したように構成されたプロジェクタ装置３０について、ランプ３１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０１００】
ランプ３１から出射した照明光は、無偏光光としてメインコンデンサ３２に入射する。
【０１０１】
次に、メインコンデンサ３２に入射した照明光は、メインコンデンサ３２により集光されてフィールドレンズ３３に導かれ、フィールドレンズ３３により集光されプリ偏光板３４に導かれる。
【０１０２】
次に、プリ偏光板３４に導かれた照明光は、例えば、Ｓ偏光の成分だけ透過して回折プリズム３５に導かれる。
【０１０３】
次に、回折プリズム３５に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、回折プリズム３５の反射面３５ａにおいて不要なＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面３５ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、照明光は、回折プリズム３５の反射面３５ａで反射されて進行方向を９０°変化させ反射型液晶パネル３６に導かれる。
【０１０４】
次に、反射型液晶パネル３６に導かれた照明光は、Ｓ偏光であり、映像信号に基づくパターンが表示された反射型液晶パネル３６により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、回折プリズム３５に戻される。
【０１０５】
次に、回折プリズム３５に戻された反射型液晶パネル３６からの反射光は、Ｐ偏光と、不要なＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光が回折プリズム３５の反射面３５ａを透過して投射レンズ１７に導かれ、Ｓ偏光が反射面３５ａで反射され進行方向を９０°変化させ、ランプ３１側に戻される。
【０１０６】
以上のように、ランプ３１から出射された照明光は、回折プリズム３５により反射型液晶パネル３６に導かれ、反射型液晶パネル３６により変調され反射される。そして、反射型液晶パネル３６で変調された反射光は、投影レンズ３７に導かれ、この投影レンズ３７によりスクリーン等に拡大投影される。
【０１０７】
以上のようにプロジェクタ装置３０では、回折グリッド５１を有する回折プリズム３５を用いることにより、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。
【０１０８】
また、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５を用いることにより、従来の平板状の回折グリッドＰＢＳだけでは、結像光学系内において発生してしまう非点収差を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。
【０１０９】
さらに、プロジェクタ装置３０は、上述したように回折プリズム３５が低コストで作成することができるため、装置全体のコストを低減することができる。
【０１１０】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５が光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができる。
【０１１１】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５を軽量化することが可能であるので、装置全体の軽量化を行うことができる。
【０１１２】
さらにまた、プロジェクタ装置３０は、回折プリズム３５が熱の応力による歪みを抑制することができるので、入力する光量を上げることによる熱の発生の影響が低減できるため、投影する映像の明るさを向上させることができる。
【０１１３】
なお、上述した回折プリズム３５は、図６に示すように、プリズム基材５４の平板部材５５の積層方向が異なる構成とされていても良い。平板部材５５の積層方向は、図５及び図６に示す方向に限定されるもではなく、用いる光学系によってそれぞれ最適な方向としても良い。
【０１１４】
なお、本発明は、上述した回折プリズム１５及び／又は回折プリズム３５を複数個用いてカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置にも用いることができる。
【０１１５】
まず、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図７に示す、プロジェクタ装置６０について説明する。
【０１１６】
プロジェクタ装置６０は、照明光を出射する光源となるランプ６１と、このランプ６１側から光路順に、フライアイインテグレータ６２と、ＰＳ変換合成素子６３と、メインコンデンサ６４と、フィールドレンズ６５と、プリ偏光板６６と、第１のＧ偏光回転素子６７と、入射ＰＢＳ６８とを備えている。
【０１１７】
ランプ６１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ６１は、白色光を発する発光体６１ａと、発光体６１ａから発せられた光を反射するリフレクタ６１ｂとを有している。ランプ６１の発光体６１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ６１のリフレクタ６１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０１１８】
フライアイインテグレータ６２は、ランプ６１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ６２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ６１側のマルチレンズアレイ６２ａによりランプ６１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ６２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０１１９】
ＰＳ変換合成素子６３は、ランプ６１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子６３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０１２０】
メインコンデンサ６４は、ＰＳ変換合成素子６３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１２１】
フィールドレンズ６５は、メインコンデンサ６４を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１２２】
プリ偏光板６６は、フィールドレンズ６５を透過した照明光を所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＳ偏光の成分を透過させるようになっている。
【０１２３】
第１のＧ偏光回転素子６７は、フィールドレンズ６５に集光された照明光のうち、緑の波長帯域、すなわち緑色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域、すなわち赤及び青色の成分の偏光状態を保持して透過するように最適化された積層型の位相差フィルムである。
【０１２４】
入射ＰＢＳ６８は、第１のＧ偏光回転素子６７を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。入射ＰＢＳ６８は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面６８ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１２５】
入射ＰＢＳ６８では、第１のＧ偏光回転素子６７を透過した照明光が、入射ＰＢＳ６８を透過して直進する光と、反射面６８ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１２６】
また、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８を透過した照明光の進行方向にＧ−ＰＢＳ６９が備えられている。
【０１２７】
Ｇ−ＰＢＳ６９は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａを透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射するようにされている。Ｇ−ＰＢＳ６９は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面６９ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１２８】
Ｇ−ＰＢＳ６９では、入射ＰＢＳ６８を透過した照明光を透過させる。
【０１２９】
さらに、プロジェクタ装置６０は、Ｇ−ＰＢＳ６９を透過した光の進行方向に第１の液晶パネル７０を備えている。
【０１３０】
第１の液晶パネル７０は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。第１の液晶パネル７０は、液晶分子が封入された表示パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３１】
また、Ｇ−ＰＢＳ６９では、第１の液晶パネル７０で変調された反射光を反射面６９ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１３２】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射した照明光の光路順に、第１のＲ偏光回転素子７１と、ＲＢ−ＰＢＳ７２とを備えている。
【０１３３】
第１のＲ偏光回転素子７１は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射した照明光のうち、所定の波長帯域、すなわち所定の色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域の偏光状態を保持して透過するように最適化された位相差フィルムである。第１のＲ偏光回転素子７１は、例えば、すでに入射ＰＢＳ６８によって緑色の成分が透過分離されているので、反射面６８ａで反射した青色及び赤色の成分のうち、赤色の照明光だけ偏光面を９０°回転させ、他の波長帯域の照明光すなわち青色の照明光の偏光状態を保持して、それぞれ透過させる。
【０１３４】
ＲＢ−ＰＢＳ７２は、第１のＲ偏光回転素子７１を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。ＲＢ−ＰＢＳ７２は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面７２ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１３５】
ＲＢ−ＰＢＳ７２では、第１のＲ偏光回転素子７１を透過した照明光と後述する液晶パネルで変調された反射光とが、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過して直進する光と反射面７２ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１３６】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過した照明光の進行方向に第２の液晶パネル７３と、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した照明光の進行方向に第３の液晶パネル７４とを備える。
【０１３７】
第２の液晶パネル７３は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル７３は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３８】
第３の液晶パネル７４は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル７４は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１３９】
また、ＲＢ−ＰＢＳ７２では、第２の液晶パネル７３で変調された反射光が反射面７２ａで反射して進行方向が９０°変化するとともに、第３の液晶パネル７４で変調された反射光がＲＢ−ＰＢＳ７２を直進して透過する。
【０１４０】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、ＲＢ−ＰＢＳ７２ａを透過した第３の液晶パネル７４で変調された反射光との光路順に、第２のＲ偏光回転素子７５を備えている。
【０１４１】
第２のＲ偏光回転素子７５は、ＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、ＲＢ−ＰＢＳ７２を透過した第３の液晶パネル７４で変調された反射光とのうち、所定の波長帯域、すなわち所定の色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域の偏光状態を保持して透過するように最適化された位相差フィルムである。第２のＲ偏光回転素子７５は、例えば、すでに入射ＰＢＳ６８によって緑色の成分が透過分離されているので、透過した青色及び赤色の成分のうち、赤色の光だけ偏光面を９０°回転させ、他の波長帯域の光すなわち青色の光の偏光状態を保持して、それぞれ透過させる。
【０１４２】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光の進行方向で、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光との進行方向で、出射ＰＢＳ７６を備えている。
【０１４３】
出射ＰＢＳ７６は、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを、偏光成分に応じて透過又は反射させて合成するようにされている。出射ＰＢＳ７６は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面７６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１４４】
出射ＰＢＳ７６では、Ｇ−ＰＢＳ６９の反射面６９ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光を反射面７６ａで反射させ、第２のＲ偏光回転素子７５を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを透過して直進させ、これらを同一方向に出力する。
【０１４５】
さらにまた、プロジェクタ装置６０は、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、出射ＰＢＳ７６を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光との進行方向に光路順に、第２のＧ偏光回転素子７７と、出射偏光板７８と、投影レンズ７９とを備えている。
【０１４６】
第２のＧ偏光回転素子７７は、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射した第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、出射ＰＢＳ７６を透過した第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とのうち、緑の波長帯域、すなわち緑色の成分の偏光面を９０°回転させるとともに、それ以外の波長帯域、すなわち赤及び青色の成分の偏光状態を保持して透過するように最適化された積層型の位相差フィルムである。
【０１４７】
出射偏光板７８は、第２のＧ偏光回転素子７７を透過した、第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とを所定の偏光成分のみ透過させる偏光板であり、例えばＰ偏光の成分を透過させるようになっている。
【０１４８】
投影レンズ７９は、出射偏光板７８を透過した、第１の液晶パネル７０で変調された反射光と、第２の液晶パネル７３で変調された反射光と、第３の液晶パネル７４で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０１４９】
上述したように構成されたプロジェクタ装置６０について、ランプ６１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０１５０】
ランプ６１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ６２に導かれる。
【０１５１】
次に、フライアイインテグレータ６２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ６２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子６３に入射する。
【０１５２】
次に、ＰＳ変換合成素子６３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ６４に入射する。
【０１５３】
次に、メインコンデンサ６４に入射した照明光は、メインコンデンサ６４により集光されてフィールドレンズ６５に導かれ、フィールドレンズ６５により集光されプリ偏光板６６に入射する。
【０１５４】
次に、プリ偏光板６６に入射した照明光は、さらに偏光成分が揃えられＳ偏光として第１のＧ偏光回転素子６７に導かれる。
【０１５５】
次に、第１のＧ偏光回転素子６７に入射した照明光は、緑の波長帯域だけ偏光面が９０°回転してＰ偏光とされ透過して入射ＰＢＳ６８に導かれるとともに、赤及び青の波長帯域の成分がＳ偏光のまま透過して入射ＰＢＳ６８に導かれる。
【０１５６】
次に、入射ＰＢＳ６８に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光と赤及び青の波長帯域のＳ偏光とであり、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａにおいてＰ偏光だけが透過して直進するとともに、Ｓ偏光が反射面６８ａにより反射され進行方向を９０°変化させる。すなわち、緑の波長帯域の照明光は、入射ＰＢＳ６８内を透過して直進してＧ−ＰＢＳ６９に導かれ、赤及び青色の波長帯域の照明光は、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射されて進行方向を９０°変化させて第１のＲ偏光回転素子７１に導かれる。
【０１５７】
ここで、上述した入射ＰＢＳ６８により分離された照明光のうち、入射ＰＢＳ６８を透過してＧ−ＰＢＳ６９に導かれた緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０１５８】
次に、Ｇ−ＰＢＳ６９に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ６９を透過して直進して第１の液晶パネル７０に導かれる。
【０１５９】
第１の液晶パネル７０に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル７０により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＳ偏光が生成され、Ｇ−ＰＢＳ６９に戻される。
【０１６０】
次に、Ｇ−ＰＢＳ６９に戻された第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光と不要なＯＦＦ光であるＰ偏光とであり、Ｓ偏光が反射面６９ａで反射され進行方向を９０°変化させ出射ＰＢＳ７６に導かれ、Ｐ偏光が反射面６９ａを透過してランプ６１側に戻される。
【０１６１】
次に、出射ＰＢＳ７６に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２の偏光回転素子７７に導かれる。
【０１６２】
次に、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、第２のＧ偏光回転素子７７により緑の波長帯域の偏光面が９０°回転されＰ偏光となり、出射偏光板７８に導かれる。
【０１６３】
次に、出射偏光板７８に導かれた第１の液晶パネル７０からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。
【０１６４】
一方、上述した入射ＰＢＳ６８により分離された照明光のうち、入射ＰＢＳ６８の反射面６８ａで反射して進行方向を９０度変化された、赤及び青の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０１６５】
第１のＲ偏光回転素子７１に導かれた照明光は、赤及び青の波長帯域のＳ偏光であり、第１のＲ偏光回転素子７１により赤の波長帯域の偏光面だけが９０°回転されＰ偏光となり、ＲＢ−ＰＢＳ７２に導かれる。
【０１６６】
次に、ＲＢ−ＰＢＳ７２に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＰ偏光と青の波長帯域のＳ偏光とであり、赤の波長帯域のＰ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過して、第２の液晶パネル７３に導かれ、青の波長帯域のＳ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第３の液晶パネル７４に導かれる。
【０１６７】
次に、第２の液晶パネル７３に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル７３により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＳ偏光が生成され、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻される。
【０１６８】
次に、第３の液晶パネル７４に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル７４により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻される。
【０１６９】
次に、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻された第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＳ偏光とＯＦＦ光であるＰ偏光とであり、Ｐ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過してランプ６１側へ戻され、Ｓ偏光が反射面７２ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれる。また、ＲＢ−ＰＢＳ７２に戻された第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｓ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａで反射されランプ６１側へ戻され、Ｐ偏光がＲＢ−ＰＢＳ７２の反射面７２ａを透過して、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれる。
【０１７０】
次に、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、第２のＲ偏光回転素子７５により偏光面が９０°回転されてＰ偏光となり、出射ＰＢＳ７６に導かれる。また、第２のＲ偏光回転素子７５に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、第２のＲ偏光回転素子７５を透過して、出射ＰＢＳ７６に導かれる。
【０１７１】
次に、出射ＰＢＳ７６に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し第２のＧ偏光回転素子７７に導かれる。また、出射ＰＢＳ７６に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し第２のＧ偏光回転素子７７に導かれる。
【０１７２】
次に、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し出射偏光板７８に導かれる。また、第２のＧ偏光回転素子７７に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射ＰＢＳ７６の反射面７６ａを透過して直進し出射偏光板７８に導かれる。
【０１７３】
次に、出射偏光板７８に導かれた第２の液晶パネル７３からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。また、出射偏光板７８に導かれた第３の液晶パネル７４からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光であり、出射偏光板７８により偏光成分がＰ偏光に揃えられて透過し投影レンズ７９に導かれる。
【０１７４】
以上のように、入射ＰＢＳ６８やＲＢ−ＰＢＳ７２により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、出射ＰＢＳ７６で合成されて投影レンズ７９に導かれ、この投影レンズ７９によりスクリーン等に拡大投影される。
【０１７５】
このような、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８、Ｇ−ＰＢＳ６９、ＲＢ−ＰＢＳ７２、出射ＰＢＳ７６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０１７６】
次に、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図８に示す、プロジェクタ装置８０について説明する。
【０１７７】
プロジェクタ装置８０は、照明光を出射する光源となるランプ８１と、このランプ８１側から光路順に、フライアイインテグレータ８２と、ＰＳ変換合成素子８３と、メインコンデンサ８４と、クロスダイクロイックミラー８５とを備えている。
【０１７８】
ランプ８１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ８１は、白色光を発する発光体８１ａと、発光体８１ａから発せられた光を反射するリフレクタ８１ｂとを有している。ランプ８１の発光体８１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ８１のリフレクタ８１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０１７９】
フライアイインテグレータ８２は、ランプ８１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ８２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ８１側のマルチレンズアレイ８２ａによりランプ８１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ８２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０１８０】
ＰＳ変換合成素子８３は、ランプ８１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子８３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０１８１】
メインコンデンサ８４は、ＰＳ変換合成素子８３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０１８２】
クロスダイクロイックミラー８５は、メインコンデンサ８４で集光された照明光の波長帯域に応じて、この照明光を光路にたいして４５°傾き、且つ互いに直行する反射面８５ａ又は反射面８５ｂにより反射させて分離するようにされている。クロスダイクロイックミラー８５は、誘電体多層膜等により構成されており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面８５ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤及び緑の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面８５ｂで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１８３】
クロスダイクロイックミラー８５では、メインコンデンサ８４で集光された照明光が、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射して進行方向が９０度変化する光と、反射面８５ｂで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１８４】
また、プロジェクタ装置８０は、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射した照明光の光路順に、第１の平面ミラー８６と、第１のフィールドレンズ８７と、Ｂ−ＰＢＳ８８と、第１の液晶パネル８９とを備えている。
【０１８５】
第１の平面ミラー８６は、入射した光を反射するように設けられた平面形状のミラーであり、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射した照明光の進行方向に対して４５°傾いて配設されている。
【０１８６】
第１のフィールドレンズ８７は、第１の平面ミラー８６で反射した照明光を第１の液晶パネル８９に集光するようにされた凸レンズである。
【０１８７】
Ｂ−ＰＢＳ８８は、第１のフィールドレンズ８７を透過した照明光を偏光成分に応じて、透過又は反射させて分離するようにされている。Ｂ−ＰＢＳ８８は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面８８ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１８８】
第１の液晶パネル８９は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第１の液晶パネル８９は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１８９】
Ｂ−ＰＢＳ８８では、第１のフィールドレンズ８７を透過した照明光と、第１の液晶パネル８９で変調された反射光とが、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過して直進する光と反射面８８ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１９０】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射した照明光の光路順に第２の平面ミラー９０と、ダイクロイックミラー９１とを備えている。
【０１９１】
第２の平面ミラー９０は、入射した光を反射するように設けられた平面形状のミラーであり、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射した照明光の進行方向に対して４５°傾いて配設されている。
【０１９２】
ダイクロイックミラー９１は、第２の平面ミラー９０で反射した照明光の光路に対して４５°傾いて設けられ、第２の平面ミラー９０で反射した照明光の波長帯域に応じて、透過又は反射させて分離するようにされている。ダイクロイックミラー９１は、誘電体多層膜等により構成されており、例えば、緑の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９１ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤の波長帯域の光を透過させ直進させる。
【０１９３】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、ダイクロイックミラー９１を透過した照明光の光路順に、第２のフィールドレンズ９２と、Ｒ−ＰＢＳ９３と、第２の液晶パネル９４とを備えている。
【０１９４】
第２のフィールドレンズ９２は、ダイクロイックミラー９１を透過した照明光を第２の液晶パネル９４に集光するようにされた凸レンズである。
【０１９５】
Ｒ−ＰＢＳ９３は、第２のフィールドレンズ９２を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。Ｒ−ＰＢＳ９３は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面９３ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０１９６】
第２の液晶パネル９４は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル９４は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０１９７】
Ｒ−ＰＢＳ９３では、第２のフィールドレンズ９２を透過した照明光と、第２の液晶パネル９４で変調された反射光とが、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過して直進する光と、反射面９３ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０１９８】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、ダイクロイックミラー９１で反射された照明光の光路順に、第３のフィールドレンズ９５と、Ｇ−ＰＢＳ９６と、第３の液晶パネル９７とを備えている。
【０１９９】
第３のフィールドレンズ９５は、ダイクロイックミラー９１で反射した照明光を第３の液晶パネル９７に集光するようにされた凸レンズである。
【０２００】
Ｇ−ＰＢＳ９６は、第３のフィールドレンズ９５を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。Ｇ−ＰＢＳ９３は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面９６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２０１】
第３の液晶パネル９７は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル９７は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２０２】
Ｇ−ＰＢＳ９６では、第３のフィールドレンズ９５を透過した照明光と、第３の液晶パネル９７で変調された反射光とが、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過して直進する光と、反射面９６ａで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０２０３】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光との進行方向に、合成プリズム９８を備えている。
【０２０４】
合成プリズム９８は、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光とを、波長帯域に応じて透過又は反射させて合成するようにされている。合成プリズム９８は、異なる特性の誘電体多層膜を互いの面が直交するようにプリズムにより挟み込まれた構造とされており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９８ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、赤の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面９９ｂで反射させ進行方向を９０°変化させ、緑の波長帯域の光を透過させ直進させる。
【０２０５】
合成プリズム９８では、Ｂ−ＰＢＳ８８を透過した第１の液晶パネル８９で変調された反射光を反射面９８ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、Ｒ−ＰＢＳ９３を透過した第２の液晶パネル９４で変調された反射光を反射面９８ｂで反射させ進行方向を９０°変化させるとともに、Ｇ−ＰＢＳ９６を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光を透過させ直進させ、これらを同一方向に出力する。
【０２０６】
さらにまた、プロジェクタ装置８０は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、合成プリズム９８を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光との進行方向に、投影レンズ９９を備えている。
【０２０７】
投影レンズ９９は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射した第１の液晶パネル８９で変調された反射光と、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射した第２の液晶パネル９４で変調された反射光と、合成プリズム９８を透過した第３の液晶パネル９７で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０２０８】
上述したように構成されたプロジェクタ装置８０について、ランプ８１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０２０９】
ランプ８１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ８２に導かれる。
【０２１０】
次に、フライアイインテグレータ８２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ８２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子８３に入射する。
【０２１１】
次に、ＰＳ変換合成素子８３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ８４に入射する。
【０２１２】
次に、メインコンデンサ８４に入射した照明光は、メインコンデンサ８４により集光されてクロスダイクロイックミラー８５に入射する。
【０２１３】
次に、クロスダイクロイックミラー８５に入射した照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、青の波長帯域が反射面８５ａにより反射され進行方向を９０°変化させ、赤及び緑の波長帯域が反射面８５ｂにより反射され進行方向を９０°変化させる。なお、青の波長帯域の照明光と赤及び緑の波長帯域の照明光とは、進行方向が１８０°異なるように分離され、青の波長帯域の照明光が第１の平面ミラー８６に導かれ、赤及び緑の波長帯域の照明光が第２の平面ミラー９０に導かれる。
【０２１４】
ここで、上述したクロスダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ａで反射して第１の平面ミラー８６に導かれた、青の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２１５】
第１の平面ミラー８６に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、第１の平面ミラー８６により反射されて進行方向が９０°変化して、第１のフィールドレンズ８７に導かれる。
【０２１６】
次に、第１のフィールドレンズ８７に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、第１のフィールドレンズ８７により第１の液晶パネル８９に集光するようにされて、Ｂ−ＰＢＳ８８に導かれる。
【０２１７】
次に、Ｂ−ＰＢＳ８８に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、Ｂ−ＰＢＳ８８の反射面８８ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第１の液晶パネル８９に導かれる。
【０２１８】
次に、第１の液晶パネル８９に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル８９により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｂ−ＰＢＳ８８に戻される。
【０２１９】
次に、Ｂ−ＰＢＳ８８に戻された第１の液晶パネル８９からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＢ−ＰＢＳ８８の反射面８８ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面８８ａで反射され進行方向を９０°変化させ第１のフィールドレンズ８７側に戻される。
【０２２０】
次に、合成プリズム９８に導かれた第１の液晶パネル８９で変調された反射光は、合成プリズム９８の反射面９８ａで反射され進行方向を９０°変化させ、投影レンズ９９に導かれる。
【０２２１】
一方、上述したクロスダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５の反射面８５ｂで反射され第２の平面ミラー９０に導かれた赤及び緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２２２】
第２の平面ミラー９０に導かれた照明光は、赤及び緑の波長帯域のＳ偏光であり、第２の平面ミラー９０により反射されて進行方向が９０°変化して、ダイクロイックミラー９１に導かれる。
【０２２３】
次に、ダイクロイックミラー９１に導かれた照明光は、赤及び緑の波長帯域のＳ偏光であり、赤の波長帯域がダイクロイックミラー９１を透過して第２のフィールドレンズ９２に導かれ、緑の波長帯域がダイクロイックミラー９１で反射され第３のフィールドレンズ９５に導かれる。
【０２２４】
ここで、上述したダイクロイックミラー８５により分離された照明光のうち、クロスダイクロイックミラー８５を透過して第２のフィールドレンズ９２に導かれた、赤の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２２５】
第２のフィールドレンズ９２に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、第２のフィールドレンズ９２により第２の液晶パネル９４に集光するようにされて、Ｒ−ＰＢＳ９３に導かれる。
【０２２６】
次に、Ｒ−ＰＢＳ９３に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、Ｒ−ＰＢＳ９３の反射面９３ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第２の液晶パネル９４に導かれる。
【０２２７】
次に、第２の液晶パネル９４に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル９４により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｒ−ＰＢＳ９３に戻される。
【０２２８】
次に、Ｒ−ＰＢＳ９３に戻された第２の液晶パネル９４からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＲ−ＰＢＳ９３の反射面９３ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面９３ａで反射され進行方向を９０°変化させ第２のフィールドレンズ９２側に戻される。
【０２２９】
次に、合成プリズム９８に導かれた第２の液晶パネル９４で変調された反射光は、合成プリズム９８の反射面９８ｂで反射して進行方向を９０°変化され、投影レンズ９９に導かれる。
【０２３０】
一方、上述したダイクロイックミラー９１により分離された照明光のうち、ダイクロイックミラー９１で反射され第３のフィールドレンズ９５に導かれた緑の波長帯域の照明光の光路について説明する。
【０２３１】
第３のフィールドレンズ９５に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、第３のフィールドレンズ９５により第３の液晶パネル９７に集光するようにされて、Ｇ−ＰＢＳ９６に導かれる。
【０２３２】
次に、Ｇ−ＰＢＳ９６に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、Ｇ−ＰＢＳ９６の反射面９６ａで反射され進行方向を９０°変化させ、第３の液晶パネル９７に導かれる。
【０２３３】
次に、第３の液晶パネル９７に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル９７により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、Ｇ−ＰＢＳ９６に戻される。
【０２３４】
次に、Ｇ−ＰＢＳ９６に戻された第３の液晶パネル９７からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＧ−ＰＢＳ９６の反射面９６ａを透過して合成プリズム９８に導かれ、Ｓ偏光が反射面９６ａで反射され進行方向を９０°変化させ第３のフィールドレンズ９５側に戻される。
【０２３５】
次に、合成プリズム９８に導かれた第３の液晶パネル９７で変調された反射光は、合成プリズム９８を透過して直進し、投影レンズ９９に導かれる。
【０２３６】
以上のように、クロスダイクロイックミラー８５やダイクロイックミラー９１により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、合成プリズム９８で合成されて投影レンズ９９に導かれ、この投影レンズ９９によりスクリーン等に拡大投影される。
【０２３７】
このような、プロジェクタ装置６０は、入射ＰＢＳ６８、Ｇ−ＰＢＳ６９、ＲＢ−ＰＢＳ７２、出射ＰＢＳ７６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５をもちいることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２３８】
このような、プロジェクタ装置８０は、Ｂ−ＰＢＳ８８、Ｒ−ＰＢＳ９３、Ｇ−ＰＢＳ９６に、それぞれ上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２３９】
次に、本発明を適用したカラー映像を投影することができるプロジェクタ装置として、図９に示す、プロジェクタ装置１００について説明する。
【０２４０】
プロジェクタ装置１００は、照明光を出射する光源となるランプ１０１と、このランプ１０１側から光路順に、フライアイインテグレータ１０２と、ＰＳ変換合成素子１０３と、メインコンデンサ１０４と、フィールドレンズ１０５と、ＰＢＳ１０６とを備えている。
【０２４１】
ランプ１０１は、カラー画像を表示するために必要とされる、光の３原色である赤，緑，青の波長帯域の光を含む白色光を出射することができるようにされている。このようなランプ１０１は、白色光を発する発光体１０１ａと、発光体１０１ａから発せられた光を反射するリフレクタ１０１ｂとを有している。ランプ１０１の発光体１０１ａとしては、例えば、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられる。ランプ１０１のリフレクタ１０１ｂとしては、凹面鏡が用いられ、その鏡面が周効率のよい形状とされていることが好ましく、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
【０２４２】
フライアイインテグレータ１０２は、ランプ１０１から出射された照明光が後述する液晶パネルの有効面積内を均一に照明するために、照明光を液晶パネルの有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するようにされている。このようなフライアイインテグレータ１０２は、マルチレンズアレイとも呼ばれ、複数の小さな凸レンズをアレイ状に設けたものを二つ組み合わせ、ランプ１０１側のマルチレンズアレイ１０２ａによりランプ１０１からの照明光を集光し小さな点光源を作り出し、他方のマルチレンズアレイ１０２ｂによりそれぞれの点光源からの照明光を合成するようにされている。
【０２４３】
ＰＳ変換合成素子１０３は、ランプ１０１からの照明光を有効利用するために、照明光の偏光成分を揃えるようにされている。ＰＳ変換合成素子１０３は、λ／２板や偏光ビームスプリッタ等により構成され、例えば、Ｐ偏光をＳ偏光に変換することができるようにされており、入射した照明光の内でＳ偏光を透過するとともにＰ偏光をＳ偏光に変換して出力するので、照明光を全てＳ偏光にすることができる。
【０２４４】
メインコンデンサ１０４は、ＰＳ変換合成素子１０３を透過した照明光を集光する凸レンズである。
【０２４５】
フィールドレンズ１０５は、メインコンデンサ１０４で集光された照明光を、さらに後述する３枚の液晶パネルに集光するようにされた凸レンズである。
【０２４６】
なお、これら集光レンズは、凸レンズに限定されるものではない。例えばメインコンデンサ１０４の機能は、フライアイインテグレータ１０２のマルチレンズアレイ１０２ｂの各レンズエレメントをマルチレンズアレイ１０２ａの各レンズエレメントに対して偏芯させることでも得ることができる。
【０２４７】
ＰＢＳ１０６は、フィールドレンズ１０５を透過した照明光の偏光成分に応じて、この照明光を透過又は反射させて分離するようにされている。ＰＢＳ１０６は、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５と略同等の構成とされており、例えば、Ｐ偏光を透過させ直進させるとともに、Ｓ偏光を光路に対して４５°傾いた反射面１０６ａで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２４８】
また、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射した照明光の進行方向に、分離合成プリズム１０７を備えている。
【０２４９】
分離合成プリズム１０７は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射された照明光の波長帯域に応じて、この照明光を光路にたいして４５°傾き、且つ互いに直行する反射面１０７ａで反射させ、反射面１０７ｂで反射させ、又は反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過させて分離するようにされている。分離合成プリズム１０７は、誘電体多層膜等を互いの面が直交するようにプリズムに挟み込まれた構造とされており、例えば、青の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面１０７ａで反射させ進行方向を９０°変化させ、緑の波長帯域の光を透過させて直進させ、赤の波長帯域の光を光路に対して４５°傾いた反射面１０７ｂで反射させ進行方向を９０°変化させる。
【０２５０】
さらに、プロジェクタ装置１００は、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａで反射した照明光の進行方向に第１の液晶パネル１０８と、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過した照明光の進行方向に第２の液晶パネル１０９と、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ｂで反射した照明光の進行方向に第３の液晶パネル１１０とを備えている。
【０２５１】
第１の液晶パネル１０８は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち青色の映像信号が入力され、この青色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第１の液晶パネル１０８は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５２】
第２の液晶パネル１０９は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち緑色の映像信号が入力され、この緑色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第２の液晶パネル１０９は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５３】
第３の液晶パネル１１０は、光の３原色毎に分離された映像信号のうち赤色の映像信号が入力され、この赤色の映像信号に基づいたパターンを表示し、照明光が入射されることにより、この照射光を変調し反射するようにされている。この第３の液晶パネル１１０は、液晶分子が封入された液晶パネルであり、各画素ごとに光を変調することができる。
【０２５４】
分離合成プリズム１０７では、フィールドレンズ１０５を透過した照明光と、第１の液晶パネル１０８、第２の液晶パネル１０９及び第３の液晶パネル１１０でそれぞれ変調された反射光とがこの分離合成プリズム１０７を透過して直進する光と反射面１０７ａ又は反射面１０７ｂで反射して進行方向が９０°変化する光とに分離される。
【０２５５】
また、ＰＢＳ１０６では、第１の液晶パネル１０８、第２の液晶パネル１０９及び第３の液晶パネル１１０でそれぞれ変調された反射光とがこのＰＢＳ１０６を透過して直進する。
【０２５６】
さらにまた、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第１の液晶パネル１０８で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第２の液晶パネル１０９で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第３の液晶パネル１１０で変調された反射光との進行方向に、投影レンズ１１１を備えている。
【０２５７】
投影レンズ１１１は、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第１の液晶パネル１０８で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第２の液晶パネル１０９で変調された反射光と、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過した第３の液晶パネル１１０で変調された反射光とをともに拡大投影することができるようにされた凸レンズであり、図示しないスクリーン等に映像を投影することができるようにされている。
【０２５８】
上述したように構成されたプロジェクタ装置１００について、ランプ１０１から出射した照明光の光路に沿って各部の動作を説明する。
【０２５９】
ランプ１０１から出射した照明光は、光の３原色となる赤、緑、青の波長帯域を含み、無偏光光としてフライアイインテグレータ１０２に導かれる。
【０２６０】
次に、フライアイインテグレータ１０２に導かれた照明光は、フライアイインテグレータ１０２により照度分布を均一化され透過し、ＰＳ変換合成素子１０３に入射する。
【０２６１】
次に、ＰＳ変換合成素子１０３に入射した照明光は、Ｓ偏光がそのまま透過するとともに、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されて、全てＳ偏光としてメインコンデンサ１０４に入射する。
【０２６２】
次に、メインコンデンサ１０４に入射した照明光は、メインコンデンサ１０４により集光されてフィールドレンズ１０５に導かれる。
【０２６３】
次に、フィールドレンズ１０５に導かれた照明光は、フィールドレンズ１０５により第１の液晶パネル１０８と第２の液晶パネル１０９と第３の液晶パネル１１０とに集光するようにＰＢＳ１０６に導かれる。
【０２６４】
次に、ＰＢＳ１０６に導かれた照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、ＰＢＳ１０６の反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化され、分離合成プリズム１０７に導かれる。
【０２６５】
次に、分離合成プリズム１０７に入射した照明光は、赤、緑、青の波長帯域全てを含むＳ偏光であり、青の波長帯域が反射面１０７ａにより反射され進行方向を９０°変化され第１の液晶パネル１０８に導かれ、緑の波長帯域が反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して直進し第２の液晶パネル１０９に導かれ、赤の波長帯域が反射面１０７ｂで反射され進行方向を９０°変化され第３の液晶パネルに導かれる。なお、青の波長帯域の照明光と赤の波長帯域の照明光とは、進行方向が１８０°異なるように分離される。
【０２６６】
次に、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａで反射して第１の液晶パネル１０８に導かれた照明光は、青の波長帯域のＳ偏光であり、青色の映像信号に基づくパターンが表示された第１の液晶パネル１０８により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。また、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して第２の液晶パネル１０９に導かれた照明光は、緑の波長帯域のＳ偏光であり、緑色の映像信号に基づくパターンが表示された第２の液晶パネル１０９により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。
【０２６７】
さらに、上述した分離合成プリズム１０７により分離された照明光のうち、分離合成プリズム１０７の反射面１０７ｂで反射して第３の液晶パネル１１０に導かれた照明光は、赤の波長帯域のＳ偏光であり、赤色の映像信号に基づくパターンが表示された第３の液晶パネル１１０により変調され反射されて進行方向を１８０°変化させ、この際にＰ偏光が生成され、分離合成プリズム１０７に戻される。
【０２６８】
次に、分離合成プリズム１０７に戻された第１の液晶パネル１０８からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ａで反射され進行方向を９０°変化されてＰＢＳ１０６に戻される。
【０２６９】
また、分離合成プリズム１０７に戻された第２の液晶パネル１０９からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ａ及び反射面１０７ｂを透過して直進しＰＢＳ１０６に戻される。
【０２７０】
さらに、分離合成プリズム１０７に戻された第３の液晶パネル１１０からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、反射面１０７ｂで反射され進行方向を９０°変化されてＰＢＳ１０６に戻される。
【０２７１】
次に、ＰＢＳ１０６に戻された第１の液晶パネル１０８からの反射光は、青の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７２】
また、ＰＢＳ１０６に戻された第２の液晶パネル１０９からの反射光は、緑の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７３】
さらに、ＰＢＳ１０６に戻された第３の液晶パネル１１０からの反射光は、赤の波長帯域のＰ偏光とＯＦＦ光であるＳ偏光とであり、Ｐ偏光がＰＢＳ１０６の反射面１０６ａを透過して投影レンズ１１１に導かれ、ＯＦＦ光であるＳ偏光が反射面１０６ａで反射され進行方向を９０°変化させランプ１０１側に戻される。
【０２７４】
以上のように、分離合成プリズム１０７により３つの光路に分離されたそれぞれの波長帯域の光は、照明光としてそれぞれの波長帯域に対応した液晶パネルに入射され、それぞれの液晶パネルにより変調され反射される。そして、それぞれの液晶パネルで変調された反射光は、分離合成プリズム１０７で合成されて投影レンズ１１１に導かれ、この投影レンズ１１１によりスクリーン等に拡大投影される。
【０２７５】
このような、プロジェクタ装置１００は、ＰＢＳ１０６に、上述した回折プリズム１５又は回折プリズム３５を用いることで、上述したプロジェクタ装置１０及び／又はプロジェクタ装置３０と同等の効果を得ることができる。
【０２７６】
なお、上述では、光変調素子として液晶パネルを用いているが、これに限定されるものではなく、偏光状態を空間的に変調する素子であれば、その種類を問わない。
【０２７７】
また、図５及び図６に示される回折グリッド５１、回折グリッド基材５２に代えて、板状の透明基材の上に波長成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層を形成し、プリズム基材５４を、複数の平板部材５５が軟質接着層５６を介して接合された構成としてもよい。もちろん光分離層は板状の透明部材を介さずに所定の平板部材５５の上に直接形成してもよい。
【０２７８】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明に係るプリズムは、広い入射角度における光束の分離特性に優れ、且つ結像光学系内に用いても非点収差の発生を抑制することができる。また、分離特性に優れているために屈折率の高い基材を用いずとも所望の特性を得ることができるので、誘電体多層膜によるＰＢＳと比較して低コストで同等の性能を得ることができる。また、屈折率の高い基材を用いなくても良いことから低コスト化及び軽量化を図ることができる。さらに、それぞれの構成要素の材料の組み合わせ自由度が高く所望の特性を得やすいため、様々な光学系において容易に用いることができる。
【０２７９】
また、グリッド基材とプリズム基材と間に軟性を有する接着層が設けられているため、内部に発生する応力を低減することができ、光学的な歪を低減することができるとともに、プリズム基材が複数の平板部材を軟質接着層を介して光学的に結合されているため内部に発生する応力をさらに低減することができ、光学的な歪を低減することができる。
【０２８０】
また、本発明に係る投影装置は、上述のプリズムを用いることにより、高いＮＡでの分離特性の維持が可能であるため、コントラストの良い映像を投影することができ、また光の利用効率も向上し、明るい映像を投影することができる。また、上述のプリズムを用いることにより、結像光学系内での非点収差の発生を抑制することができるので、鮮明な映像を投影することができる。さらに、上述のプリズムを用いることにより低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【０２８１】
また、プリズムが光学的な歪を低減することができるため、投影する映像の黒むらを抑制することができ、また、熱の応力による歪みも抑制することができるので、このプリズムに入力する光量を上げることによる熱の発生の影響が低減できるため、光源から出射すること光量を上げて投影する映像の明るさを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたプロジェクタ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明が適用されたプリズムの構成を示す図である。
【図３】本発明が適用されたプロジェクタ装置の他の構成を示す図である。
【図４】本発明が適用された光学部材の構成を示す図である。
【図５】本発明が適用されたプリズムのコーナープリズムが積層構造である構成を示す図である。
【図６】本発明が適用されたプリズムのコーナープリズムが積層構造である他の構成を示す図である。
【図７】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成における他の構成を示す図である。
【図８】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成におけるさらに他の構成を示す図である。
【図９】本発明が適用されたプロジェクタ装置構成におけるさらに他の構成を示す図である。
【図１０】従来のＰＢＳの構成を示す図である。
【図１１】従来の回折グリッドＰＢＳを示す図である。
【符号の説明】
１５ 回折プリズム、２１ 回折グリッド、２２ 回折グリッド基材、２３接着層、２４ プリズム基材、２５ 回折グリッド媒質
Claims (16)
- 入射された光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムであって、
金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、
上記回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、
上記一対の回折グリッド基材の上記回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、
上記接着層を介して上記一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを備え、
上記回折グリッドと上記一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、上記ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、
上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とするプリズム。 - 上記ブロック部材を形成する少なくとも１つの上記板状部材は、上記軟質接着層を介して積層される２つの積層面の形状が異なり、当該積層面の形状が当該積層面に隣接する他の板状部材の上記積層面の形状と等しいことを特徴とする請求項１記載のプリズム。
- 上記ブロック部材は互いに略直角に交差する２辺を有する三角形の底面を有する角柱であり、上記複数の板状部材は、上記回折グリッド基材の接着面と上記積層面が平行になるように、上記軟質接着層を介して交互に積層して構成されていることを特徴とする請求項２記載のプリズム。
- 上記接着層は、軟性を有することを特徴とする請求項１記載のプリズム。
- 上記ブロック部材は、互いに略直角に交差する２辺を有する三角形の底面を有する角柱であり、
上記一対の回折グリッド基材は、それぞれ対応する上記ブロック部材の上記２辺を稜とする側面に対し、当該２辺以外の１辺を稜とする側面に沿って傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１記載のプリズム。 - 照明光を出射する光源と、
上記光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、
上記集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、
上記プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、
上記プリズムで反射又は透過した上記光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、
上記プリズムは、金属により形成された略グリッド状の回折グリッドと、上記回折グリッドを挟み込む一対の回折グリッド基材と、上記一対の回折グリッド基材の上記回折グリッドと対向するそれぞれの面側に設けられた接着層と、上記接着層を介して上記一対の回折グリッド基材にそれぞれ固定される一対のブロック部材とを有し、上記回折グリッドと上記一対の回折グリッド基材とにより形成される空隙に、上記ブロック部材と略同等の屈折率を有する媒質が充填され、
上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする投影装置。 - 上記光源と上記プリズムの間に、上記照明光を所定の偏光方向の光として上記プリズムに出力する偏光手段をさらに有することを特徴とする請求項６記載の投影装置。
- 上記偏光手段は、上記照明光の偏光成分を揃える偏光変換合成素子、又は上記プリズムに入射する上記照明光のうち所定の偏光成分の光を透過させるプリ偏光素子であることを特徴とする請求項７記載の投影装置。
- 上記プリズムは、上記接着層が軟性を有する請求項６記載の投影装置。
- 上記プリズムは、上記ブロック部材が表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して積層されている請求項６記載の投影装置。
- 板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、
上記板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び上記光分離層の上記板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、
上記接着層を介して上記光分離層を挟持する一対のブロック部材とを備え、上記ブロック部材は、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とするプリズム。 - 上記接着層は、軟性を有することを特徴とする請求項１１記載のプリズム。
- 上記ブロック部材は、互いに略直角に交差する２辺を有する三角形の底面を有する角柱であることを特徴とする請求項１１記載のプリズム。
- 上記ブロック部材を形成する少なくとも１つの上記板状部材は、上記軟質接着層を介して積層される２つの積層面の面積が異なり、当該積層面に隣接する他の板状部材の上記積層面は当該積層面とその形状が等しいことを特徴とする請求項１１記載のプリズム。
- 照明光を出射する光源と、
上記光源から出射された照明光を集光する集光レンズと、
上記集光レンズからの光を偏光成分に応じて透過又は反射するプリズムと、
上記プリズムで透過又は反射した照明光を変調して反射する光変調素子と、
上記プリズムで反射又は透過した上記光変調素子で変調された反射光を拡大投影する投影レンズとを備え、
上記プリズムは、板状基材の上に設けられ、偏光成分に応じて光を透過又は反射する特性を有する光分離層と、上記板状基材の光分離層が設けられていない主面側及び上記光分離層の上記板状基材に当接しない主面側に設けられた一対の接着層と、上記接着層を介して上記光分離層を挟持する一対のブロック部材とを有し、上記ブロック部材が、表面を鏡面研磨された複数の板状部材が軟性を有する軟質接着層を介して交互に積層されてなり、光学的に結合されていることを特徴とする投影装置。 - 上記光源と上記プリズムの間に、上記照明光を所定の偏光方向の光として上記プリズムに出力する偏光手段をさらに有することを特徴とする請求項１５記載の投影装置。
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