JPH11202432A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置を大型化せずに光の利用効率が向上する
ような照明光学系を有する投射型画像表示装置を提供す
る。 【解決手段】 光源１からの光は色分離素子１１により
Ｒ光とＧ，Ｂ光に分離される。Ｒ光は第３の偏光分離素
子１４を介して反射型画像表示素子１７に入射する。
Ｇ，Ｂ光は、Ｇ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｂ
光のＳ偏光を透過する第１の偏光分離素子により分離さ
れ、Ｇ光は第１の反射型画像表示素子１５に入射する。
第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光は、第４のレン
ズ７，凹面鏡９，第５のレンズ８及び第２の偏光分離素
子１３を介して第３の投射型画像表示素子に入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクタのような、光源からの光を画像表示素子により変
調し、投影レンズによりスクリーンに拡大投影する投射
型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型画像表示装置として、特開
平１―２２７１８５号公報に開示された透過型液晶パネ
ルを用いたものを、図１７により説明する。

【０００３】光源２００から出た光は、第１の色分離素
子２０１においてＲ、Ｇ、Ｂの３原色のうちＧ、Ｂ光を
透過し、Ｒ光を反射する。反射したＲ光は反射ミラー２
０５で反射され第１の透過型画像表示素子２０６に導か
れる。第１の色分離素子２０１を透過したＧ、Ｂ光のう
ちＧ光は第２の色分離素子２０２で反射され第２の透過
型画像表示素子２０７に導かれる。第２の色分離素子２
０２を透過したＢ光は２つの反射ミラー２０３、２０４
により第３の透過型画像表示素子２０８に導かれる。第
１、２、３の透過型画像表示素子２０６、２０７、２０
８で画像信号に応じて偏光変調を受けた光は色合成素子
２１２により合成され投影レンズ２１３によりスクリー
ンに照射される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
投射型画像表示装置では、液晶表示素子として透過型の
ものを用いているため、スイッチング素子や配線電極等
により、画素の区画中に占める有効な画素開口部の面
積、即ち開口率が小さくなるという問題がある。

【０００５】この問題を解決するため、本願出願人は反
射型液晶表示素子を用いた投射型画像表示装置について
提案している（特願平９−１８０４８６号，出願日平成
９年６月２０日）。

【０００６】図１８は、その投射型液晶表示装置の一例
を示す図である。図１８において、光源からでたＲ、
Ｇ、Ｂの３原色は、第１の色分離素子１０１（Ｒ光反
射、Ｇ光、Ｂ光透過）及び第２の色分離素子１０２（Ｇ
光、Ｂ光反射、Ｒ光透過）を十字に組み合わせた色分離
素子により、それぞれＲ光とＧ、Ｂ光に分離される。そ
のうちＲ光は反射ミラー１０３と第１の偏光分離素子１
０５により第１の反射型画像表示素子１０８に導かれ
る。ここで、第１の偏光分離素子１０８は誘電体多層膜
からなり、入射した光のうちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透
過する特性を有する。第１の反射型画像表示素子１０８
に導かれたＳ偏光は画像信号に応じて偏光変調を受けて
Ｐ偏光となった光は、第１の偏光分離素子１０８を透過
し色合成素子１１２に導かれる。一方、Ｇ、Ｂ光は反射
ミラー１０４と第３の色分離素子１１１によりＧ光は反
射、Ｂ光は透過される。反射したＧ光は、入射した光の
うちＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過する特性を有する第２
の偏光分離素子１０６で反射され、画像信号に応じ第２
の反射型画像表示素子１０９で偏光変調を受け、Ｐ偏光
となった光は第２の偏光分離素子１０６を透過する。第
３の色分離素子１１１を透過したＢ光も、Ｒ光、Ｇ光と
同様に色合成素子１１２に導かれ、投影レンズ１１３に
よりスクリーンに照射される。

【０００７】この投射型画像表示装置によれば、透過型
画像表示素子に比べて高開口率の反射型画像表示素子を
使用できるため光の利用効率の高くすることができる。
しかし、その反面、図１９に示す透過型画像表示素子を
もちいた投射型画像表示装置に対して、点線で囲った部
分（図１８）の色分離光学系の大きさ分だけ装置サイズ
が大きくなるという欠点があった。

【０００８】そこで、本願出願人は、反射型画像表示素
子を使用し、かつ、透過型画像表示素子を用いた投射型
画像表示装置とほぼ同等の装置サイズを実現できる投射
型画像表示装置についても提案している（特願平１０−
３４７９号，出願日：平成１０年１月９日）。

【０００９】図２０は、その投射型画像表示装置の一構
成例を示す図である。図２０において、光源３００から
出た光は第１の色分離素子３０１によりＧ、Ｂ光は反射
し、Ｒ光は透過される。反射したＧ、Ｂ光は第１の偏光
板３０９によりＳ偏光のみが透過され、第１の偏光分離
素子３０３に入射する。この第１の偏光分離素子３０３
はＢ光のＳ偏光を透過し、かつ、Ｇ光のＳ偏光を反射、
Ｐ偏光を透過する特性（以下、上記素子のように可視光
の中で、ある特定の波長帯域に対してのみ偏光分離特性
を有する素子を狭帯域偏光分離素子と記す）に入射し、
Ｇ光のＳ偏光を第１の反射型画像表示素子３０６の方向
に反射させる。第１の反射型画像表示素子３０６で画像
信号に応じて偏光変調を受けＰ偏光となった光は第１の
偏光分離素子３０３、第２の偏光板３１０を透過し、色
合成素子３１５に入射する。第１の偏光分離素子３０３
を透過したＢ光は反射ミラー３０２で反射され第３の偏
光板３１１を透過し、第２の偏光分離素子３０４で反射
され第２の反射型画像表示素子３０７に導かれる。第２
の反射型画像表示素子３０７で画像信号に応じて偏光変
調を受けＰ偏光となった光は、第２の偏光分離素子３０
４、第４の偏光板３１２を透過し、色合成素子３１５に
入射する。また、第１の色分離素子３０１を透過したＲ
光は第５の偏光板３１３を透過し、第３の偏光分離素子
３０５で反射されて、第３の反射型画像表示素子３０８
に導かれる。第３の反射型画像表示素子３０８で画像信
号に応じて偏光変調を受けてＰ偏光となった光は第３の
偏光分離素子３０５、第６の偏光板３１４を透過し、色
合成素子３１５に入射する。色合成素子３１５に入射し
たＲ、Ｇ、Ｂ光は投影レンズ３１６によりスクリーンに
照射される。

【００１０】本装置は、透過型画像表示素子に比べて開
口率が高い反射型画像表示素子を用いることにより光の
利用効率を向上させることができ、かつ、上記図１８の
反射型画像表示素子を用いた従来の投射型画像表示装置
に対して装置サイズを小さくできるという利点を有す
る。

【００１１】このように上記装置は非常に優れた利点を
有するが、より効率良く光源からの光を反射型画像表示
素子に導くためには、新たな照明光学系が必要となる。
その点について説明する。

【００１２】まず、図１８の反射型画像表示素子を用い
た従来の投射型画像表示装置の照明光学系について図２
１を用いて説明する。

【００１３】光源３００のリフレクターとしてパラボラ
リフレクターを使用する場合、光源中心からでた光（主
光線１１４とする）は反射型画像表示素子１１５に垂直
に入射する（テレセントリック照明）ように照射され
る。図１９の投射型画像表示装置の場合、光源に対し第
１、２、３の反射型画像表示素子１０８、１０９、１１
０までの光路長が全て等しくなるよう構成することが可
能であるので、全ての反射型画像表示素子に対して等し
く光を照射することができる。

【００１４】次に、従来技術である特開平１―２２７１
８５号公報に開示された透過型画像表示素子を用いた従
来の投射型画像表示装置の照明光学系について図１９、
図２２を用いて説明する。

【００１５】光源２００のリフレクターとして上記と同
様にパラボラリフレクターを使用する場合、光源中心か
ら出た光（主光線２１４とする）は第１、第２の透過型
画像表示素子２０６、２０７に垂直に入射する（テレセ
ントリック照明）ように照射される。しかし、上記反射
型画像表示素子を用いた投射型画像表示装置の照明光学
系と異なる点は、第１、第２の透過型画像表示素子２０
６、２０７に対し第３の透過型画像表示素子２０８が光
源から遠い位置に配置されている点である。その場合、
光源中心以外の部分から発せられた光は光源から遠ざか
るにつれて広がっていくので、第１、第２の透過型画像
表示素子２０６、２０７を照射する光に対し、第３の透
過型画像表示素子２０８を照射する光の光量はその光路
長が長い分だけ損失してしまう。そこで、従来の投射型
画像表示装置においては、第１のレンズ２０９（焦点距
離をｆ１とする）を設け、第２のレンズ２１０（焦点距
離をｆ２とする）、第３のレンズ２１１（焦点距離をｆ
３とする）により第３の透過型画像表示素子２０８を照
明する。ここで、第１のレンズ２０９と第３のレンズ２
１１の焦点位置がちょうど第２のレンズ２１０の位置と
なるように、それぞれのレンズを配置し、ほぼ、 ｆ１＝ｆ２＝ｆ３×２＝ｆ （１） の関係を持たせる（図２２）。第３の透過型画像表示素
子２０８についてこのような照明光学系を設けることに
より、第１、第２の透過型画像表示素子２０６、２０７
とほぼ同じ光量の光を第３の透過型画像表示素子２０８
に照射することができる（但し、この照明光学系では第
１のレンズ２０９から第３のレンズ２１１までに反射板
を２枚と第３のレンズ２１０を配さねばならず、この部
分での部品点数が多くなるとともに装置が大型化すると
いう問題がある）。

【００１６】次に、図２０で示した投射型画像表示装置
について説明する。このような反射型画像表示素子を用
いた投射型画像表示装置では透過型画像表示素子を用い
た投射型画像表示装置と同じように、反射型画像表示素
子直前にレンズを配置した場合に、反射型画像表示素子
で反射され色合成素子へ向かう主光線がレンズで屈折さ
れる。一般に色合成素子は誘電体多層膜により形成され
るが、その反射・透過特性は光線の入射角度に依存する
ため、反射型画像表示素子直前にレンズを配置した場
合、スクリーン上の画面の位置によりホワイトバランス
が変わってしまうため、透過型画像表示素子を用いた従
来の投射型画像表示装置にあるようなレンズ配置をとる
ことができないという問題がある。

【００１７】本発明は以上説明した課題を解決するため
になされたものであり、その目的は画像表示素子を用い
た投射型画像表示装置において装置サイズを大きくする
ことなく、効率よく画像表示素子を照明する照明光学系
を実現するためのものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の投射型
画像表示装置は、光源と、それぞれ第１，第２及び第３
の波長帯域の光に対応して設けられ、画像信号にあわせ
て光の偏光方向を変調する３つの反射型画像表示素子
と、複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第
１，第２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各
波長帯域の光を偏光方向によって透過または反射させ
て、前記３つの反射型画像表示素子に対してそれぞれ対
応する波長帯域の光を導く光学手段と、前記３つの反射
型画像表示素子により変調された光を合成する色合成素
子と、該色合成素子により合成された光を投影する投影
手段と、を備えた投射型画像表示装置において、前記光
学手段は、色分離と偏光分離の両方の機能を併せ持つ少
なくとも１つの光学素子と、少なくとも１つの前記反射
型画像表示素子への光の光路中であって該反射型画像表
示素子で反射された光が入射しない位置に設けられ、前
記３つの反射型画像表示素子に入射する光の光量を略同
一とする複数の集光素子と、を含むことを特徴としてい
る。

【００１９】請求項２に記載の投射型画像表示装置は、
光源と、該光源からの光のうち第３の波長帯域の光と、
第１および第２の波長帯域の光と、を分離する色分離素
子と、前記光源からの光の第１の波長帯域の光のうち第
１の偏光方向の光を反射し、それと直交する第２の偏光
方向の光を透過し、第２の波長帯域の光のうち第１の偏
光方向の光もしくは第２の偏光方向の光の少なくともど
ちらか一方の光を透過する第１の偏光分離素子と、第１
の偏光分離素子で反射した光を受け、画像信号に合わせ
て光の偏光方向を変調させる第１の反射型画像表示素子
と、第１の偏光分離素子を透過した光において少なくと
も第２の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射
し、それと直交する偏光方向の光を透過する第２の偏光
分離素子と、第２の偏光分離素子で反射もしくは透過し
た光を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調さ
せる第２の反射型画像表示素子と、前記色分離素子で分
離された第３の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光
を反射し、それと直交する偏光方向の光を透過する第３
の偏光分離素子と、第３の偏光分離素子で反射された光
を受け、画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる
第３の反射型画像表示素子と、第１の反射型画像表示素
子と第２の反射型画像表示素子と第３の反射型画像表示
素子からの光を合成する色合成素子と、該色合成素子に
より合成された光を投影する投影手段と、を備えた投射
型画像表示装置において、第１の偏光分離素子と第２の
偏光分離素子の間に、少なくとも、第１の集光素子、集
光機能を有する反射素子、第２の集光素子が順に配置さ
れていることを特徴としている。

【００２０】請求項３に記載の投射型画像表示装置は、
請求項２に記載の投射型画像表示装置において、第１の
集光素子と第２の集光素子との間に、２つの集光機能を
有する反射素子を有することを特徴としている。

【００２１】請求項４に記載の投射型画像表示装置は、
請求項３に記載の投射型画像表示装置において、第１の
集光素子の焦点距離、第２の集光素子の焦点距離、第１
の集光素子と前記集光機能を有する反射素子との距離、
前記集光機能を有する反射素子と第２の集光素子との距
離が互いに略等しいことを特徴としている。

【００２２】請求項５に記載の投射型画像表示装置は、
請求項２乃至請求項３のいずれかに記載の投射型画像表
示装置において、第１の集光素子、第２の集光素子のう
ち少なくとも一方が偏心しているものである。

【００２３】請求項６に記載の投射型画像表示装置は、
請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画像表
示装置において、前記集光機能を有する反射素子は、第
１の波長帯域の光を透過または吸収し、第２の波長帯域
の光を反射することを特徴としている。

【００２４】請求項７に記載の投射型画像表示装置は、
請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の投射型画像表
示装置において、一方の偏光方向の光を反射して他方の
偏光方向の光を透過する第４の偏光分離素子と、λ／４
波長板とを、第１の集光素子を透過した光が第４の偏光
分離素子，前記λ／４波長板を介して前記集光機能を有
する反射素子に入射し、前記集光機能を有する反射素子
で反射した光が前記λ／４波長板，第４の偏光分離素子
を介して第２の集光素子に入射するよう、配置したこと
を特徴としている。

【００２５】請求項８に記載の投射型画像表示装置は、
請求項７に記載の投射型画像表示装置において、第４の
偏光分離素子が平板状であるものである。

【００２６】請求項９に記載の投射型画像表示装置は、
請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装置に
おいて、第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間
にλ／２波長板が配置され、該λ／２波長板は第１の集
光素子に接着固定されていることを特徴としている。

【００２７】請求項１０に記載の投射型画像表示装置
は、請求項７または請求項８に記載の投射型画像表示装
置において、第１の偏光分離素子がガラスプリズムによ
り構成されているか、もしくは、透明容器中に充填され
た液体やゲル状の媒質中に平板状の偏光分離素子を埋没
させたもので構成されており、第４の偏光分離素子と第
１の偏光分離素子の間にはλ／２波長板が配置され、λ
／２波長板は前記ガラスプリズムもしくは透明容器の表
面に接着固定されているものである。

【００２８】請求項１１に記載の投射型画像表示装置
は、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の投射型画
像表示装置において、前記集光機能を有する反射素子
は、第１の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸が略
直交する位置に配置され、かつ、前記集光機能を有する
反射素子の光軸が第１の集光素子の光軸と第２の集光素
子の光軸に対して傾くように配置されたことを特徴とし
ている。

【００２９】請求項１２に記載の画像表示装置は、請求
項２乃至請求項１１のいずれかに記載の投射型画像表示
装置において、第１の波長帯域の光を緑とし、第２の波
長帯域の光は赤、青のうち光源のスペクトル強度の相対
的に強い色とすることを特徴としている。

【００３０】請求項１３に記載の画像表示装置は、光源
と、それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応
して設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調
する３つの画像表示素子と、複数の光学素子からなり、
前記光源からの光を第１，第２及び第３の波長帯域の光
に分離するとともに各波長帯域の光を偏光方向によって
透過または反射させて、前記３つの画像表示素子に対し
てそれぞれ対応する波長帯域の光を導く光学手段と、前
記３つの画像表示素子により変調された光を合成する色
合成素子と、該色合成素子により合成された光を投影す
る投影手段と、を備えた投射型画像表示装置において、
前記光学手段は、少なくとも１つの前記画像表示素子へ
の光の光路中に設けられる、複数の集光素子と集光機能
を有する反射素子を含んでおり、前記３つの画像表示素
子に入射する光の光量を略同一とすることを特徴として
いる。

【００３１】請求項１４に記載の画像表示装置は、請求
項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示
装置において、前記集光機能を有する反射素子は、凸レ
ンズと平面鏡からなることを特徴としている。

【００３２】請求項１５に記載の画像表示装置は、請求
項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示
装置において、該集光機能を有する反射素子は凸レンズ
の一方の面に金属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を
形成したものであることを特徴としている。

【００３３】請求項１６に記載の画像表示装置は、請求
項２乃至請求項１３のいずれかに記載の投射型画像表示
装置において、前記集光機能を有する反射素子は凹面鏡
であることを特徴としている。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。

【００３５】（実施の形態１）図１は、本発明の投射型
画像表示装置の構成を示す概略説明図である。光源１か
らでた光は第１のマルチレンズアレイ２、反射ミラー１
０、第２のマルチレンズアレイ３により第１のレンズ４
に導かれる。これらに、後に説明する第２、第３のレン
ズ５、６を加えた照明光学系は画像表示素子に照射され
る光の照度分布を均一にする目的のために設けられたも
のであり、また、各レンズの焦点距離および配置は反射
型画像表示素子におおむねテレセントリック照明される
よう選んでいる。

【００３６】第１のレンズ４を透過したＲ、Ｇ、Ｂ
（赤，緑，青）の３原色の光のうち、Ｇ、Ｂ光は色分離
素子１１で反射される。色分離素子１１で反射された
Ｇ、Ｂ光は、第１の偏光板１８によりＳ偏光のみの光と
なる。Ｓ偏光のＧ、Ｂ光のうちＧ光は第１の偏光分離素
子１２で反射され、Ｂ光は透過される。第１の偏光分離
素子１２は例えば図２（ａ）のような特性を有し、Ｇ光
のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過
する特性を有する。

【００３７】第１の偏光分離素子１２で反射したＧ光
は、第１の反射型画像表示素子１５により画像信号に応
じて偏光変調を受けて反射される。第１の反射型画像表
示素子１５により反射された光のうちＰ偏光は第１の偏
光分離素子１２を透過し、Ｓ偏光は反射される。第１の
偏光分離素子１２を透過したＰ偏光は第２の偏光板１９
を透過し色合成素子２６（ダイクロイックプリズム）に
入射する。

【００３８】一方、第１の偏光分離素子１２を透過した
Ｂ光は第４のレンズ７、凹面鏡９により第５のレンズ８
に導かれる。

【００３９】なお、凹面鏡９はその光軸３１が第４のレ
ンズ、第５のレンズのそれぞれの光軸３２、３３に対し
おおむね４５度傾くよう配置されている。そのように配
置することによりこれら照明光学系の配置をコンパクト
にすることができる。また、凹面鏡９のような集光機能
と反射機能を１つの光学部品により実現しているため部
品点数の削減が可能となる。また、集光と反射という２
つの機能を同時に実現する素子により本構成の照明光学
系の配置がはじめて可能となる。

【００４０】第５のレンズ８を透過した光は第３の偏光
板２０を透過し、第２の偏光分離素子１３で反射され、
第２の反射型画像表示素子１６により画像信号に応じて
偏光変調を受けて反射される。第２の反射型画像表示素
子１６により反射された光のうちＳ偏光は第２の偏光分
離素子１３で反射され、Ｐ偏光の光は第４の偏光板２１
を透過し、第１のλ／２波長板２４によりＳ偏光に変換
された後、色合成素子２６に導かれる。色合成素子２６
はＢ光のＳ偏光を反射するように使用した方が、その色
分離特性が向上するため、本構成においては第１のλ／
２波長板２４により、入射したＰ偏光をＳ偏光としてい
る。また、第１のλ／２波長板２４は第４の偏光板２１
と色合成素子２６との間に配置しているが、これは、第
１のλ／２波長板２４における偏光方向の変換ロスの光
によるコントラストの低下を低減するためである。

【００４１】また、分離素子１色１を透過したＲ光は、
第３のレンズ６、第４の偏光板２２（Ｓ偏光を透過する
よう配置されている）を透過し、第３の偏光分離素子１
４で反射され、第３の反射型画像表示素子１７に導か
れ、画像信号に応じて偏光変調を受ける。第３の反射型
画像表示素子１７で反射された光のうち、Ｓ偏光は第３
の偏光分離素子１４で反射され、Ｐ偏光は透過され第５
の偏光板２３を透過し、第２のλ／２波長板２５により
偏光方向をＳ偏光に変換されたのち色合成素子２６に導
かれる。

【００４２】そして、色合成素子２６で合成されたＲ、
Ｇ、Ｂ光は投影レンズ２７により図示しないスクリーン
に投影される。

【００４３】次に、本発明の特徴である第１の偏光分離
素子１２から第２の反射型画像表示素子１６へと光を導
く照明光学系について図１および図３を用いて詳しく説
明する。

【００４４】第４のレンズ７は第１の偏光分離素子１２
の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５
と面対称な位置にほぼ配置されている。つまり、光源１
から第１の反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ
同じ光路長の位置に第４のレンズ７が配置されている。
この位置に配置することにより、後に述べるように第１
の反射型画像表示素子１５を照射する光量および照度分
布を第２の反射型画像表示素子１６上に再現できる。

【００４５】第４のレンズ７に対し平行に入射し、第４
のレンズ７を透過した光は、第４のレンズ７の焦点位置
に配置されている凹面鏡９に集光される（図３の実
線）。ただし、図３においては説明を簡単にするため
に、凹面鏡９を同一の焦点距離をもつレンズに置き換え
て図示する。凹面鏡９で反射された光は第５のレンズ８
によりほぼ平行光となり、第３の反射型画像表示素子１
６を照射する（テレセントリック照明）。ここで、第５
のレンズ８の焦点距離ｆ３は第４のレンズ７の焦点距離
ｆ１におおむね等しく、また、凹面鏡９と第５のレンズ
８の距離は第５のレンズｆ３におおむね等しい。また、
凹面鏡の焦点距離ｆ２は、第４のレンズ７の各点を発し
て凹面鏡９により第５のレンズ８へと導かれた光（図３
の点線）が第３の反射型画像表示素子１６上に集光する
ように選ばれる。

【００４６】以上のことから、各光学部品の焦点距離や
反射型画像表示素子との距離関係をまとめると次のよう
になる。 第４のレンズ７は、光源１からの光路長が第１の反射
型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しくなるよう
に配置されている（おおむね第１の偏光分離素子１２の
偏光分離面４１に対し、第１の反射型画像表示素子１５
と面対称な位置に配置されている）。 第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置
されている。 第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配置
されている。 第４のレンズ７の焦点距離ｆ１と第５のレンズ８の焦
点距離ｆ３はおおむね等しい。 凹面鏡９の焦点距離ｆ２は、第４のレンズの一点から
発せられた光が第３の反射型画像表示素子１６上に集光
するよう選ばれる。

【００４７】但し、第４のレンズ７、凹面鏡９、第５の
レンズ８の焦点距離およびそれぞれの配置の関係は厳密
に〜を満たしている必要はなく、反射型画像表示素
子に対しおおむねテレセントリック照明となるような範
囲で各焦点距離および配置を変更することは可能であ
る。

【００４８】＜変形例＞上記した本実施の形態において
は光源１としてメタルハライドランプを使用したが、キ
セノンランプ、ＨＩＤランプ、ハロゲンランプ等の他の
ランプであってもよい。一般のメタルハライドランプの
ランプスペクトルはＲ光に対し相対的にＢ光の成分が強
いため、上記図１の構成では、第１，第３の反射型画像
表示素子１５、１７を照射する光に対し、相対的に光の
損失のある第２の反射型画像表示素子１６への光をＢ光
を導く構成としたが、ハロゲンランプにおいてはＢ光に
対し相対的にＲ光が強く、ＨＩＤランプについてはＲ光
に対し相対的にＢ光が強いのでそれぞれ相対的に強い光
を第２の反射型画像表示素子１６への光とするほうが望
ましい。

【００４９】本実施の形態においては偏光板により光の
偏光方向を規制したが、例えば光源１と色分離素子１１
の間に偏光変換素子を設け、予め一方向の偏光方向の光
のみを偏光板に入射させる方が、偏光板の対光性の上で
望ましい。

【００５０】また、第１の偏光分離素子１２として図２
（ａ）に示す特性のものを使用したが、他にも図２
（ｂ）に示すようにＧ光のＳ偏光を反射、Ｐ偏光を透過
し、Ｒ光のＳ偏光を透過する特性を有するものも使用で
きる。また、そのような偏光分離素子としては、「”Ａ
Ｒｅｃｅｎｔ Ａｄｖａｎｃｅ ｉｎ Ｒｅｆｌｅｃ
ｔｉｖｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ”，ＳＩＤ １９９７ Ｍ−９８〜１０６」に開示さ
れているような、等方性層と複屈折層を積層したフィル
ムにより偏光方向により光を反射もしくは透過する原理
を用いたもの（以降複屈折性偏光分離素子とする）や、
本実施の形態に使用したガラスプリズムやガラス板に誘
電体膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有する
ものが使用できる。フィルム状の偏光分離素子はガラス
板にフィルムを貼り付けて使用することも可能である
（図４にこの偏光分離素子１２’を用いた場合の装置構
成例を示す）。また、図５に示すように、誘電体多層膜
をガラス板に蒸着したもの偏光分離素子３８を使用する
場合、ガラス板とほぼ等しい屈折率を有するゲル状もし
くは液体３９を充填した、側面がガラス板などの透明な
材質のものからなる筐体３７中にガラス板を固定したも
の（以降液浸タイプとする）を使用することも可能であ
る。

【００５１】また、本実施の形態ではＧ光に対しＳ偏光
を反射するものを使用したが、複屈折性偏光分離素子を
使用する場合は、反射する偏光方向を任意に設定するこ
とが可能であるので、例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ
偏光に対し４５度方向の偏光方向の光を反射するように
しても良い。

【００５２】さらに、本実施の形態においては集光機能
を有する反射素子として凹面鏡９を使用したが、これ
は、凹面鏡９を利用した場合、ガラスレンズで発生する
ような球面収差の影響を低減でき、かつ、部品点数を削
減できるという効果があるからである。また、集光機能
を有する反射素子としては、図６（ａ）に示すような凸
レンズ２８の裏面側に平面鏡２９を配置したものも利用
できる。その場合、投射型画像表示装置によく使用され
る凸レンズ、平面鏡のみにより構成することが可能とな
り部品の共通化の効果がある。また、図６（ｂ）に示す
ように、凸レンズ２８の裏面側にＡｌなどの金属膜や、
ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂などの誘電体多層膜からなる反射膜３
０を形成したものも利用可能である。その場合、部品点
数の削減が可能となる。

【００５３】以上のような集光機能を有する反射素子の
反射面に、Ｇ光を吸収もしくは透過し、Ｂ光を反射する
ような波長フィルター機能をもたせることも可能であ
る。ここでいう反射面とは、図１の凹面鏡９の場合その
反射面、図６（ａ）の凸レンズ２８の裏面側に平面鏡２
９を配置したものの場合平面鏡２９の反射面、図６
（ｂ）の凸レンズ２８の裏面側に反射膜３０を形成した
ものの場合その反射膜３０をさし、例えば、凹面鏡９の
場合、反射面をＡｌの蒸着面とし、Ｇ光を吸収する色素
等を表面に塗装したり、反射面を誘電体多層膜としＧ光
を透過し、Ｂ光を反射するようにしても良い。このよう
にすることにより、第１の偏光分離素子１２で反射され
ずに透過したＧ光が第２の反射型画像表示素子１６に迷
光として混入することを低減できる効果がある。

【００５４】本実施の形態においては照明光学系のレン
ズ（第４、５のレンズ７、８）としてガラスの球面レン
ズを使用したが、特に第２の反射型画像表示素子１６へ
の光の入射側に配置されるレンズは焦点距離が短く、か
つ有効径が大きい、つまり、Ｆナンバーの小さいレンズ
が必要となり、通常の球面レンズで構成した場合非常に
厚いレンズとなってしまい、レンズの配置が困難とな
る。そこで、レンズの硝材をＢＫ７よりも屈折率の高い
硝材により構成することによりレンズ厚みの低減がはか
れる。他の方法としては非球面レンズの使用やフレネル
レンズを使用するのが望ましい。特にフレネルレンズを
使用した場合、レンズ厚みの大幅な低減が可能となる。
その場合、フレネルレンズの凹凸面は第２の反射型画像
表示素子１６に向けて配置することが望ましい。また、
光線の熱吸収が問題となる場合にはＰＣでなく、ガラス
で形成することが望ましい。以上レンズの種類および硝
材の変更は他のレンズにおいても可能である。

【００５５】また、図７に示すように、第４、第５のレ
ンズ７、８を偏心レンズとしてもよい。その場合、集光
機能を有する反射素子（図１においては凹面鏡９）を、
第４、第５のレンズ７、８から遠ざけて配置することが
できるので、それぞれのレンズおよび集光機能を有する
反射素子の焦点距離を長くでき、Ｆナンバーの大きなレ
ンズの使用が可能となる。また、焦点距離の長いレン
ズ、つまり、集光パワーの比較的小さいレンズを使用す
ることにより、レンズにおける光の偏光方向の回転を低
減することができ、結果として、第２の反射型画像表示
素子１６を照射する光の照度分布ムラの発生を低減する
ことができる。

【００５６】（実施の形態２）本発明の実施の形態２を
図８を用いて説明する。説明において実施の形態１と重
複するものについては一部を簡略化もしくは省略する。

【００５７】光源１からの光を色分離素子１１で第３の
反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像
表示素子１５、１６へ向かう光へと分離し、第１の偏光
分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１
５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう光に分離
することについては実施の形態１と同様である。

【００５８】本実施の形態２と実施の形態１の異なる点
は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光（Ｓ偏光）
の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学
系に第４の偏光分離素子４０を使用した点にある。

【００５９】第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光
（Ｓ偏光）は第４のレンズ７によりの第４の偏光分離素
子４０へと導かれる。第４の偏光分離素子４０で反射し
たＢ光はλ／４波長板３５を透過し、凹面鏡９で反射さ
れ再びλ／４波長板３５を透過することによりＰ偏光に
変換される。Ｐ偏光となったＢ光は第４の偏光分離素子
４０を透過し第５のレンズ８により第２の反射型画像表
示素子１６へと導かれるが、第５のレンズ８と第２の反
射型画像表示素子１６との間には、第３のλ／２波長板
３４、第３の偏光板２０、第２の偏光分離素子１３がこ
の順序で配置されている。第５のレンズ８を透過したＢ
光（Ｐ偏光）は第３のλ／２波長板３６によりＳ偏光に
変換され、Ｓ偏光を透過するように配置された第３の偏
光板２０を透過する。第３の偏光板２０からの光は第２
の偏光分離素子１３で反射され、第２の反射型画像表示
素子１６により画像信号に応じて偏光に変調を受け反射
され、そのうちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反
射され、Ｐ偏光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合
成素子２６へと向かう。ここで、第３の偏光板２０をＰ
偏光を透過するように配置し、第３のλ／２波長板３４
により入射したＰ偏光をＳ偏光に変換する構成も可能で
あるが、第３のλ／２波長板３４による偏光方向の変換
ロスによるコントラストの低下を低減させるために、本
構成の配置がより望ましい。

【００６０】第１の反射型画像表示素子１５、第２の反
射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７
により光が反射され、色合成素子２６により光が合成さ
れたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されること
については実施の形態１と同様である。

【００６１】次に第１の偏光分離素子１２を透過した光
を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系に
ついて説明する。

【００６２】第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２
の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５
と面対称な位置にほぼ配置すること（光源１から第１の
反射型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置
に第４のレンズ７を配置すること）、また、第４のレン
ズ７と第５のレンズ８の焦点距離がおおむね等しいこ
と、第４のレンズ７の焦点位置に凹面鏡９がおおむね配
置され、第５のレンズ８の焦点位置に凹面鏡９がおおむ
ね配置され、凹面鏡９の焦点距離は第４のレンズの一点
を発した光が第５のレンズ８により第２の反射型画像表
示素子１６におおむね集光されるように配置されている
ことも実施の形態１と同様である。

【００６３】本実施の形態が実施の形態１と異なる点
は、第４のレンズ７と凹面鏡９の間に第４の偏光分離素
子４０とλ／４波長板３５を配置した点にある。このよ
うにすることにより、装置サイズを大きくすることな
く、第４のレンズ７から凹面鏡９までの距離、凹面鏡９
から第５のレンズ８までの距離を長くすることができる
ので、第４のレンズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを
大きくすることができる。その結果、レンズの厚みが低
減でき、光学部品配置の困難さが緩和でき、また、レン
ズによる偏光方向の回転が低減でき、結果として、第２
の反射型画像表示素子１６を照射する光の照度分布ムラ
を低減できる。

【００６４】また、凹面鏡９の光軸３１を第４のレンズ
の光軸３２、第５のレンズの光軸３３と一致させる（第
４のレンズ７に対してはその光軸３２を第４の偏光分離
素子４０により９０度傾けているので、凹面鏡９の光軸
３１と一致していると考える）ことができるので凹面鏡
９（集光機能を有する反射素子）で発生する収差を低減
することができ、光の利用効率を向上させることが可能
となる。

【００６５】＜変形例＞本構成では第４のレンズ７から
第５のレンズ８へ向かう光の光路を折り曲げる素子とし
て第４の偏光分離素子４０を用いたが、ハーフミラーな
どの一定の光量を反射もしくは透過する光分離素子をも
ちいても良い。しかし、例えばハーフミラーを使用した
場合、第４のレンズ７を透過し光分離素子に入射した光
のうち３／４の光量をロスしてしまう。また、第４のレ
ンズ７を透過し、ハーフミラーで反射され、凹面鏡９で
反射された光が再びハーフミラーで反射され第１の偏光
分離素子１２により色合成素子２６へと向かう光とな
り、スクリーンでのコントラストに影響を与えるため、
本素子は偏光分離素子であることが望ましい。

【００６６】また、第４の偏光分離素子４０は第１の偏
光分離素子１２と同様、複屈折性偏光分離素子や、本実
施の形態で使用したガラスプリズムやガラス板に誘電体
膜を蒸着し積層することにより同様の特性を有するもの
が使用できる。しかし、ガラスプリズムタイプもしくは
液浸タイプの偏光分離素子を使用する場合、プリズムも
しくは筐体側面のガラス表面の反射光が第１の偏光分離
素子１２によりスクリーンに向かう光となりコントラス
トを低下させる要因となるため、図９に示すような、平
板状の偏光分離素子４０’を使用することが望ましい。
また、その場合、装置寸法を大きくすることなく第４の
レンズ７、凹面鏡などの集光機能を有する反射素子、第
５のレンズ８の焦点距離を長くすることができる。

【００６７】また、第４のレンズ７から第５のレンズ８
へ向かう光の光路を折り曲げる素子として平板状のハー
フミラーや偏光分離素子を使用する場合、凹面鏡などの
集光機能を有する反射素子と第５のレンズの焦点距離を
おおむね等しいものとするためには、第２の偏光分離素
子１３も平板状のものとするのが望ましい。また、その
場合、第１、第２、第３の反射型画像表示素子１５、１
６、１７からスクリーンへと向かう光路において発生す
る収差の量が等しくなるように他の第１、第３の偏光分
離素子１２、１４も平板状のものを使用することが望ま
しい。

【００６８】さらに、本実施の形態では第４の偏光分離
素子４０としてＢ光に対しＳ偏光を反射するものを使用
したが、複屈折性偏光分離素子を使用する場合は、反射
する偏光方向を任意に設定することが可能であるので、
例えば、Ｐ偏光を反射したり、Ｐ偏光に対し４５度方向
の偏光方向の光を反射するようにしても良い。その場合
適宜λ／２波長板を光路中に配置して使用することも可
能である。

【００６９】また、本実施の形態においては第４の偏光
分離素子４０はＢ光のＳ偏光を反射するものを使用した
が、例えば、図１０に示すように第１の偏光分離素子１
２と第４のレンズ７の間に第４のλ／２波長板３６を配
置することにより、第１の偏光分離素子１２を透過した
Ｂ光のＳ偏光をＰ偏光に変換し、Ｂ光のＰ偏光を透過す
る素子として利用することもできる。

【００７０】また、その場合、図１０に示すように第４
のλ／２波長板３６をガラス板に貼り付けて保持するこ
とも可能であるが、ガラス表面からの光が第１の偏光分
離素子１２によりスクリーンに到達しコントラストを低
下させる要因となるため、図１１に示すように第４のλ
／２波長板３６を第４のレンズ７に貼り付けるか、図１
２（ａ）、（ｂ）に示すように第１の偏光分離素子１２
がガラスプリズムタイプもしくは液浸タイプの場合に
は、その表面に貼り付け、表面反射光を発生する光学面
数と低減させることが望ましい。また、その場合、図１
３（ａ）、（ｂ）に示すように、第４のλ／２波長板３
６を介して第１の偏光分離素子１２と第４のレンズ７を
接着固定することもできる。そうすることにより、透過
する光学面するを減じることができるので、表面反射に
よる光の損失を低下させることもできる。なお、図１
２、１３においては主要部のみを示している。

【００７１】また、本実施の形態においては、第１の偏
光分離素子１２としてＧ光のＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を
透過し、Ｂ光のＳ偏光を透過するものについて説明した
が、例えば、Ｇ光のＰ偏光を反射し、Ｓ偏光を透過し、
Ｂ光のＰ偏光を透過するものを使用した場合、第４のλ
／２波長板３６によりＢ光の偏光方向をＳ偏光に変換す
ることにより、例えば、図８に示す構成に使用した第４
の偏光分離素子４０と同様の特性を有する偏光分離素子
が利用可能となる。また、そのような特性を誘電体多層
膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難なため、そ
のような素子としては複屈折性偏光分離素子を使用する
のが望ましい。

【００７２】さらに、第４の偏光分離素子４０としてＰ
偏光を反射し、Ｓ偏光を透過するものを用いればλ／２
波長板が不必要になり、偏光方向の変換の際に生じる光
量のロスを低減することができる。そのような特性を誘
電体多層膜からなる偏光分離素子で実現するのは困難な
ため、そのような素子としては複屈折性偏光分離素子を
使用するのが望ましい。また、図１４に示すように、第
１、２、３の偏光分離素子１２、１３、１４も複屈折性
偏光分離素子とすることにより部品の共通化が図れる。

【００７３】以上のように、第１、第２、第４の偏光分
離素子１２、１３、４０で反射もしくは透過される偏光
方向はさまざまのものが利用可能であり、λ／２波長板
を第４のレンズ７と第４の偏光分離素子４０の間や第４
の偏光分離素子４０と第５のレンズ８の間に適宜配置す
ることによりさまざまな構成が可能である。

【００７４】また、集光機能を有する反射素子として凹
面鏡９を使用した場合について説明したが、実施の形態
１と同様に他の構成も使用可能である（図１５（ａ）、
（ｂ）参照）。

【００７５】（実施の形態３）本発明の実施の形態３を
図１６を用いて説明する。説明において実施の形態１、
実施の形態２と重複するものについては一部を簡略化も
しくは省略する。

【００７６】光源１からの光を色分離素子１１で第３の
反射型画像表示素子１７と第１および第２の反射型画像
表示素子１５、１６ヘ向かう光へと分離し、第１の偏光
分離素子１２によりさらに第１の反射型画像表示素子１
５と第２の反射型画像表示素子１６へと向かう先に分離
することについては実施の形態１および２と同様であ
る。

【００７７】本実施の形態３と実施の形態１および２が
異なる点は、第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光
（Ｓ偏光）の光を第３の反射型画像表示素子１６へと導
く照明光学系に２つの凹面鏡を使用した点にある。

【００７８】第１の偏光分離素子１２を透過したＢ光
（Ｓ偏光）は第４のレンズ７により第１の凹面鏡４２ヘ
と導かれる。凹面鏡４２で反射されたＢ光は第２の凹面
鏡４３で反射され、第５のレンズ８を透過し、第３の偏
光板２０へと向かう。Ｓ偏光を透過するように配置され
た第３の偏光板２０を透過した光は、第２の偏光分離素
子１３で反射され、第２の反射型画像表示素子１６によ
り画像信号に応じて偏光に変調を受け反射され、そのう
ちのＳ偏光は第３の偏光分離素子１３で反射され、Ｐ偏
光は第３の偏光分離素子１３を透過し色合成素子２６ヘ
と向かう。

【００７９】第１の反射型画像表示素子１５、第２の反
射型画像表示素子１６、第３の反射型画像表示素子１７
により光が反射され、色合成素子２６により光が合成さ
れたのち投影レンズ２７でスクリーンに照射されること
については実施の形態１および２と同様である。

【００８０】次に、第１の偏光分離素子１２を透過した
光を第２の反射型画像表示素子１６へと導く照明光学系
について説明する（図１６、図１７）。

【００８１】第４のレンズ７を第１の偏光分離素子１２
の偏光分離面４１に対し第１の反射型画像表示素子１５
と面対称な位置に配置すること（光源１から第１の反射
型画像表示素子１５までの光路長とほぼ等しい位置に第
４のレンズ７を配置すること）は実施の形態１および２
の構成と同様である。

【００８２】第４のレンズ７、第１の凹面鏡４２、第２
の凹面鏡４３、第５のレンズ８の焦点距離とそれぞれの
配置は、第４のレンズ７に入射した平行光が第５のレン
ズによリ第２の反射型画像表示素子１６に対しおおむね
垂直に入射し（図１７の実線）、第４のレンズ７の一点
を発した光が第２の反射型画像表示素子１６におおむね
集光する（図１７の破線）ように選ばれる。但し、図１
７では図を簡略化するため凹面鏡を凸レンズとして図示
している。第４のレンズの光軸３２、第１の凹面鏡の光
軸４４、第２の凹面鏡の光軸４５、第５のレンズの光軸
３３はそれぞれ任意に傾けることが可能であるが、本実
施の形態では装置サイズの小型化のために、第４のレン
ズ７の光軸と第５のレンズ８の光軸はおおむね９０度傾
けた構成となっている。

【００８３】このようにすることにより、装置サイズを
大きくすることなく、第４のレンズ７から第５のレンズ
８までの距離を長くすることができるので、第４のレン
ズ７、第５のレンズ８のＦナンバーを大きくすることが
できる。その結果、レンズの厚みが低減でき、光学部品
配置の困難さが緩和でき、また、レンズによる偏光方向
の回転が低減でき、結果として、第２の反射型画像表示
素子１６を照射する光の照度分布ムラを低減できる。

【００８４】なお、以上の実施の形態で示した第４のレ
ンズ７と第５のレンズ８の間の少なくとも１つの集光機
能を有する反射素子は、その配置，焦点距離を調整する
ことで、第５のレンズ８と反射型画像表示素子１６との
距離を自由に変化でき、その距離をある程度以上離すこ
とができるため、＜発明が解決しようとする課題＞の項
で示した特開平１−２２７１８５号公報に記載の技術の
問題点を解決できる。

【００８５】また、以上の実施の形態では、第４のレン
ズ７と第５のレンズ８の間に少なくとも１つの集光機能
を有する反射素子を設けているが、この集光機能を有す
る反射素子は集光素子と反射素子の２つの部材で置き換
えることが可能である。但し、その場合装置の大型化を
招くため、やはり上記実施の形態１〜３で示したように
集光機能を有する反射素子を用いることが望ましい。な
お、この集光機能を有する反射素子は、上記実施の形態
で示した構成のものに限らず、他の投射型液晶表示装置
における光学系（全ての画像表示素子への入射光の照射
条件を等しくするための光学系）に使用することで、そ
の小型化を実現できる。

【００８６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば以下の効果
を奏する。

【００８７】（１）反射型画像表示素子を用いた投射型
画像表示装置において、偏光分離と色分離の両方の機能
を兼ね備えた偏光分離素子を用いるとともに、全ての反
射型画像表示素子に入射する光量を略同一にするレンズ
を有し、さらにそのレンズを反射型画像表示素子からの
反射光の光路から外して設けたため、装置の小型化が実
現できるとともに、反射型画像表示素子への照明をホワ
イトバランスを変えることなく効率的に実行できる。

【００８８】（２）全ての反射型画像表示素子に入射す
る光量を略同一にするために、２つのレンズと集光機能
を有する反射素子を用いることにより、装置サイズを大
きくすることなく反射型画像表示素子に効率よく光を照
射することができる。

【００８９】（３）全ての反射型画像表示素子に入射す
る光量を略同一にするために、２つのレンズと２つの集
光機能を有する反射素子を用いることにより、２つのレ
ンズ間の距離を長くすることができるので、Ｆナンバー
の大きなレンズを使用することが可能となる。その場
合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる光
学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転
による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減
などの効果がある。

【００９０】（４）２つのレンズと集光機能を有する反
射素子の焦点距離，配置を適切化することにより、反射
型画像表示素子にさらに効率よく光を照射することがで
きる。

【００９１】（５）さらに、偏心したレンズをもちいる
ことにより、レンズや集光機能を有する反射素子の焦点
距離を長くすることができるので、Ｆナンバーの大きな
レンズを使用することが可能となる。その場合、コスト
の削減、レンズ厚みが薄くなることによる光学部品配置
の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回転による画像
表示素子を照射する光の照度分布ムラの低減などの効果
がある。

【００９２】（６）さらに、集光機能を有する反射素子
がある特定の波長帯域の光を透過もしくは吸収し、異な
る波長帯域の光を反射する機能を有することにより、部
品点数を増すことなくスクリーン上でのホワイトバラン
スの低下を抑制できる。

【００９３】（７）２つのレンズと集光機能を有する反
射素子との間に偏光分離素子とλ／４波長板を配置し、
光路を折り曲げる構成としたことにより、装置サイズの
大型化などの問題を招くことなく２つのレンズと集光機
能を有する反射素子の焦点距離を長くすることができる
のでＦナンバーの大きなレンズが使用可能となる。その
場合、コストの削減、レンズ厚みが薄くなることによる
光学部品配置の困難さの緩和、レンズでの偏光方向の回
転による画像表示素子を照射する光の照度分布ムラの低
減などの効果がある。また、レンズの光軸の方向と集光
機能を有する反射素子の光軸の方向を一致させることが
できるので発生する集光機能を有する反射素子で発生す
る収差を低減できる。

【００９４】（８）上記偏光分離素子として平板状のも
のを使用した場合には、コントラストの低下を抑制する
ことができる。

【００９５】（９）さらに、偏光分離素子とレンズの間
にλ／２波長板を配置し、レンズにλ／２波長板を貼り
付けるか、光学面の表面反射光によるコントラストの低
下を低減でき、表面反射による光の損失も低減すること
ができる。

【００９６】（１０）偏光分離素子がガラスプリズムタ
イプか液浸タイプのものである場合、その表面に貼り付
けることにより、光学面の表面反射光によるコントラス
トの低下を低減でき、表面反射による光の損失も低減す
ることができる。

【００９７】（１１）また、２つのレンズと集光機能を
有する反射素子を用い、レンズの光軸方向に対し、集光
機能を有する反射素子の光軸傾けて配置することによ
り、装置サイズを大きくすることなく、反射型画像表示
素子に効率よく光を照射することができる。

【００９８】（１２）さらに、赤、緑、青の３原色にお
いて、第１の波長帯域を緑とし、リレーレンズ系を通過
する第２の波長帯域の光は赤、青のうち光源のランプス
ペクトル強度の相対的に強い光とすることによりスクリ
ーン照射光のホワイトバランスを良好なものとすること
ができ、また、光の利用効率の向上となる。

【００９９】（１３）投射型表示装置において、各表示
素子に入射する光量を略同一とする光学系の一部に集束
機能を有する反射素子を使用することで、光路の設定が
容易となり、装置サイズを減少できる。

【０１００】（１４）集光機能を有する反射素子として
凸レンズと平面鏡を組み合わせたものを使用することに
より光学部品の共通化による低コスト化が図れる。

【０１０１】（１５）また、集光機能を有する反射素子
として凸レンズの一方の面に金属膜もしくは誘電体膜か
らなる反射膜を形成することにより部品点数の削減が可
能となる。

【０１０２】（１６）また、集光機能を有する反射素子
として凹面鏡を使用することにより光学部品点数の削減
ならびに集光機能を有する反射素子で発生する収差によ
る光量ロスの低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態１の投射型画像表示装置の構成を
示す概略説明図である。

【図２】本実施の形態１に使用可能な狭帯域偏光分離素
子の偏光特性の一例である。

【図３】本実施の形態１の第１の偏光分離素子から第２
の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成を
示す概略説明図である。

【図４】本実施の形態１の投射型画像表示装置において
複屈折性偏光分離素子を使用した構成を示す概略説明図
である。

【図５】本実施の形態１の投射型画像表示装置において
液浸タイプの偏光分離素子を使用した構成を示す概略説
明図である。

【図６】本実施の形態１の投射型画像表示装置の集光機
能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図で
ある。

【図７】本実施の形態１の投射型画像表示装置において
偏心レンズを使用した構成を示す概略説明図である。

【図８】本実施の形態２の投射型画像表示装置の構成を
示す概略説明図である。

【図９】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路延
長用の偏光分離素子として平板状のものを使用した構成
を示す概略説明図である。

【図１０】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路
延長用の偏光分離素子に対しＰ偏光が入射するように配
置した構成を示す概略説明図である。

【図１１】本実施の形態２の投射型画像表示装置におい
てλ／２波長板をレンズに接着固定した構成を示す概略
説明図である。

【図１２】本実施の形態２の投射型画像表示装置におい
てλ／２波長板をプリズムタイプないし液浸タイプの偏
光分離素子に接着固定した構成を示す主要概略説明図で
ある。

【図１３】本実施の形態２の投射型画像表示装置におい
てλ／２波長板を介してプリズムタイプないし液浸タイ
プの偏光分離素子とレンズを接着固定した構成を示す主
要概略説明図である。

【図１４】本実施の形態２の投射型画像表示装置の光路
延長用の偏光分離素子として入射した光の波長帯域のＳ
偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する特性を有するものを使
用した構成を示す概略構成図である。

【図１５】本実施の形態２の投射型画像表示装置の集光
機能を有する反射素子の変形例の構成を示す概略説明図
である。

【図１６】本実施の形態３の投射型画像表示装置の構成
を示す概略説明図である。

【図１７】本実施の形態３の第１の偏光分離素子から第
２の反射型画像表示素子へと光を導く照明光学系の構成
を示す概略説明図である。

【図１８】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画
像表示装置の構成を示す概略説明図である。

【図１９】従来の透過型画像表示素子を用いた投射型画
像表示装置の構成を示す概略説明図である。

【図２０】従来の反射型画像表示素子を用いた投射型画
像表示装置の他の構成を示す概略説明図である。

【図２１】図１８に示す投射型画像表示装置の照明光学
系の構成を示す概略説明図である。

【図２２】図１９に示す投射型画像表示装置の照明光学
系の構成を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 第１のマルチレンズアレイ ３ 第２のマルチレンズアレイ ４ 第１のレンズ ５ 第２のレンズ ６ 第３のレンズ ７ 第４のレンズ ８ 第５のレンズ ９ 凹面鏡 １０ 反射ミラー １１ 色分離素子 １２ 第１の偏光分離素子 １３ 第２の偏光分離素子 １４ 第３の偏光分離素子 １５ 第１の反射型画像表示素子 １６ 第２の反射型画像表示素子 １７ 第３の反射型画像表示素子 ２６ 色合成素子 ２７ 投影レンズ ２８ 凸レンズ ２９ 反射ミラー ３０ 反射膜 ３１ 集光機能を有する反射素子の光軸 ３４ 第３のλ／２波長板 ３５ λ／４波長板 ３６ 第４のλ／２波長板 ３８ 偏光分離素子 ３９ ゲル状もしくは液体の充填物 ４０ 第４の偏光分離素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して
   設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する
   ３つの反射型画像表示素子と、 複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第
   ２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯
   域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記
   ３つの反射型画表示素子に対してそれぞれ対応する波長
   帯域の光を導く光学手段と、 前記３つの反射型画像表示素子により変調された光を合
   成する色合成素子と、該色合成素子により合成された光
   を投影する投影手段と、を備えた投射型画像表示装置に
   おいて、 前記光学手段は、 色分離と偏光分離の両方の機能を併せ持つ少なくとも１
   つの光学素子と、 少なくとも１つの前記反射型画像表示素子への光の光路
   中であって該反射型画像表示素子で反射された光が入射
   しない位置に設けられ、前記３つの反射型画像表示素子
   に入射する光の光量を略同一とする集光素子と、を含む
   ことを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 光源と、 該光源からの光のうち第３の波長帯域の光と、第１およ
   び第２の波長帯域の光と、を分離する色分離素子と、 前記光源からの光の第１の波長帯域の光のうち第１の偏
   光方向の光を反射し、それと直交する第２の偏光方向の
   光を透過し、第２の波長帯域の光のうち第１の偏光方向
   の光もしくは第２の偏光方向の光の少なくともどちらか
   一方の光を透過する第１の偏光分離素子と、 第１の偏光分離素子で反射した光を受け、画像信号に合
   わせて光の偏光方向を変調させる第１の反射型画像表示
   素子と、 第１の偏光分離素子を透過した光において少なくとも第
   ２の波長帯域の光のうち一方の偏光方向の光を反射し、
   それと直交する偏光方向の光を透過する第２の偏光分離
   素子と、 第２の偏光分離素子で反射もしくは透過した光を受け、
   画像信号に合わせて光の偏光方向を変調させる第２の反
   射型画像表示素子と、 前記色分離素子で分離された第３の波長帯域の光のうち
   一方の偏光方向の光を反射し、それと直交する偏光方向
   の光を透過する第３の偏光分離素子と、 第３の偏光分離素子で反射された光を受け、画像信号に
   合わせて光の偏光方向を変調させる第３の反射型画像表
   示素子と、 第１の反射型画像表示素子と第２の反射型画像表示素子
   と第３の反射型画像表示素子からの光を合成する色合成
   素子と、 該色合成素子により合成された光を投影する投影手段
   と、を備えた投射型画像表示装置において、 第１の偏光分離素子と第２の偏光分離素子の間に、少な
   くとも、第１の集光素子、集光機能を有する反射素子、
   第２の集光素子が順に配置されていることを特徴とする
   投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の投射型画像表示装置に
   おいて、 第１の集光素子と第２の集光素子との間に、２つの集光
   機能を有する反射素子を有することを特徴とする投射型
   画像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の投射型画像表示装置に
   おいて、 第１の集光素子の焦点距離、第２の集光素子の焦点距
   離、第１の集光素子と前記集光機能を有する反射素子と
   の距離、前記集光機能を有する反射素子と第２の集光素
   子との距離が互いに略等しいことを特徴とする投射型画
   像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至請求項３のいずれかに記載
   の投射型画像表示装置において、 第１の集光素子、第２の集光素子のうち少なくとも一方
   が偏心していることを特徴とする投射型画像表示装置。
6. 【請求項６】 請求項２乃至請求項５のいずれかに記載
   の投射型画像表示装置において、 前記集光機能を有する反射素子は、第１の波長帯域の光
   を透過または吸収し、第２の波長帯域の光を反射するこ
   とを特徴とする投射型画像表示装置。
7. 【請求項７】 請求項２乃至請求項６のいずれかに記載
   の投射型画像表示装置において、 一方の偏光方向の光を反射して他方の偏光方向の光を透
   過する第４の偏光分離素子と、λ／４波長板とを、第１
   の集光素子を透過した光が第４の偏光分離素子，前記λ
   ／４波長板を介して前記集光機能を有する反射素子に入
   射し、前記集光機能を有する反射素子で反射した光が前
   記λ／４波長板，第４の偏光分離素子を介して第２の集
   光素子に入射するよう、配置したことを特徴とする投射
   型画像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の投射型画像表示装置に
   おいて、 第４の偏光分離素子が平板状であることを特徴とする投
   射型画像表示装置。
9. 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載の投射型
   画像表示装置において、 第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にλ／２
   波長板が配置され、 該λ／２波長板は第１の集光素子に接着固定されている
   ことを特徴とする投射型画像表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項７または請求項８に記載の投射
    型画像表示装置において、 第１の偏光分離素子がガラスプリズムにより構成されて
    いるか、もしくは、透明容器中に充填された液体やゲル
    状の媒質中に平板状の偏光分離素子を埋没させたもので
    構成されており、 第４の偏光分離素子と第１の偏光分離素子の間にはλ／
    ２波長板が配置され、 λ／２波長板は前記ガラスプリズムもしくは透明容器の
    表面に接着固定されていることを特徴とする投射型画像
    表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項２乃至請求項５のいずれかに記
    載の投射型画像表示装置において、 前記集光機能を有する反射素子は、第１の集光素子の光
    軸と第２の集光素子の光軸が略直交する位置に配置さ
    れ、かつ、前記集光機能を有する反射素子の光軸が第１
    の集光素子の光軸と第２の集光素子の光軸に対して傾く
    ように配置されたことを特徴とする投射型画像表示装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項２乃至請求項１１のいずれかに
    記載の投射型画像表示装置において、 第１の波長帯域の光を緑とし、第２の波長帯域の光は
    赤、青のうち光源のスペクトル強度の相対的に強い色と
    することを特徴とする投射型画像表示装置。
13. 【請求項１３】 光源と、 それぞれ第１，第２及び第３の波長帯域の光に対応して
    設けられ、画像信号にあわせて光の偏光方向を変調する
    ３つの画像表示素子と、 複数の光学素子からなり、前記光源からの光を第１，第
    ２及び第３の波長帯域の光に分離するとともに各波長帯
    域の光を偏光方向によって透過または反射させて、前記
    ３つの画像表示素子に対してそれぞれ対応する波長帯域
    の光を導く光学手段と、 前記３つの画像表示素子により変調された光を合成する
    色合成素子と、 該色合成素子により合成された光を投影する投影手段
    と、を備えた投射型画像表示装置において、 前記光学手段は、少なくとも１つの前記画像表示素子へ
    の光の光路中に設けられる、複数の集光素子と集光機能
    を有する反射素子を含んでおり、前記３つの画像表示素
    子に入射する光の光量を略同一とすることを特徴とする
    投射型画像表示装置。
14. 【請求項１４】 請求項２乃至請求項１３のいずれかに
    記載の投射型画像表示装置において、 前記集光機能を有する反射素子は、凸レンズと平面鏡か
    らなることを特徴とする投射型画像表示装置。
15. 【請求項１５】 請求項２乃至請求項１３のいずれかに
    記載の投射型画像表示装置において、 該集光機能を有する反射素子は凸レンズの一方の面に金
    属膜もしくは誘電体膜からなる反射膜を形成したもので
    あることを特徴とする投射型画像表示装置。
16. 【請求項１６】 請求項２乃至請求項１３のいずれかに
    記載の投射型画像表示装置において、 前記集光機能を有する反射素子は凹面鏡であることを特
    徴とする投射型画像表示装置。