JP2011043728A - プロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】クロスダイクロイックミラー等における反射分離効率を簡易に高めることができ、偏光ビームスプリッター等での偏光の損失を抑えることができるプロジェクターを提供すること。
【解決手段】偏光変換装置１７から射出された偏光を分離面としての第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂに入射させる際に、第１方向が両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂへの入射面に垂直になり、すなわちＳ偏光状態での反射色分離が行われるので、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂ等を含む色分離導光光学系４０を比較的簡易で安価なものとしつつ、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂにおける目的の波長光の反射分離効率を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型の液晶パネル等で変調された光束を画像として投射するプロジェクターに関する。

照明光学系からの光束をクロスダイクロイックミラーで複数の色光に分離して各色の光路に導くことにより、各色の光路上に配置される３つの反射型液晶パネルをそれぞれ照明し、これら３つの反射型液晶パネルによって変調された各色の光束をクロスダイクロイックプリズムにて合成するタイプのプロジェクターが存在する（例えば、特許文献１、２参照）。

なお、特許文献２に開示のプロジェクターでは、色分離用のクロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーに対して垂直な第１の平面と、このクロスダイクロイックミラーに隣接する２枚の折り曲げミラーに対して垂直な第２の平面とが互いに直交する構造となっており、光学系の小型化を図っている。

特開２００７−１２７８５１号公報 特開２００４−２４００２２号公報

上記特許文献１に開示のプロジェクターでは、クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーに入射する照明光がＰ偏光状態となっており、ダイクロイックミラーでの反射による目的の色光の分離効率を高めることが容易でなく、反射による色分離効率を敢えて高めようとするとクロスダイクロイックミラーが高価なものとなる。

一方、上記特許文献２に開示のプロジェクターでは、クロスダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッター等に入射する光束について、偏光面の配慮がなされておらず、偏光の反射、分離等の効率が低下し明るい照明が困難となる。また、反射型液晶パネルに対向して偏光ビームスプリッターキューブが用いられており、温度上昇によりガラス部材に熱ひずみが生じて偏光状態が変化したり、誘電体多層膜の偏光分離特性の角度依存性により光線の角度が大きくなるとコントラストが低下したりする。

そこで、本発明は、クロスダイクロイックミラー等における色分離効率を簡易に高めることができるプロジェクターを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るプロジェクターは、光源と、光源からの光束を第１方向に平行な偏光面を有する偏光に揃える偏光変換部と、偏光変換部から射出された偏光を異なる波長帯域の光束に分離する分離面と、分離面を経た光束を折り曲げる少なくとも１つの折曲ミラーとを有する色分離導光光学系と、色分離導光光学系により分離された光束によってそれぞれ照明される複数の光変調装置とを備える。本プロジェクターでは、分離面が、偏光の分離面への入射面が第１方向に垂直となるように配置され、少なくとも１つの折曲ミラーが、分離面を経た偏光の折曲ミラーへの入射面が第１方向に平行であるように配置される。なお、以上のような第１方向に平行な偏光面を有する偏光は、位相素子等による位相作用を受けない限り、その実質的な偏光方向を維持する。つまり、偏光が第１方向に平行な偏光面を有するとは、プロジェクターの光路を直線的に展開した場合における偏光状態を意味するものとする。よって、偏光変換部から色分離導光光学系等に導かれた偏光は、色分離導光光学系等で光路を折り曲げられる際に見かけ上電界の振動方向が変化する作用を受けることになるが、位相素子等によって位相作用を受けない限り第１方向の偏光面が実質的に保持される。

上記プロジェクターによれば、偏光の分離面への入射面が上記第１方向に垂直となるので、分離面等を含む色分離導光光学系を比較的簡易で安価なものとしつつ、分離面における目的の波長光の反射分離効率を高めることができる。なお、分離面を経た偏光の折曲ミラーへの入射面が上記第１方向に平行になるようにしているのは、光変調装置やその光路下流側に配置される光学素子に対して適切な偏光面に設定された偏光を入射させる必要があることを考慮したものである。例えば、光変調装置が偏光分離素子を備える場合、第１方向が入射面に対して平行な光束を偏光分離素子に対して入射させてその透過効率を高めることができる。

なお、偏光変換部や分離面を通常の配置とし、分離面と折曲ミラーとの間や折曲ミラーと光変調装置との間に１／２波長板を挿入することで、上記と同様の機能を達成することもできるが、１／２波長板の挿入によって投射像のコントラストが低下したり、照明光束の照射によって１／２波長板が経時劣化したりという問題が発生する。

また、本発明の具体的な態様又は側面によれば、上記プロジェクターにおいて、複数の光変調装置が、光が入射する面から変調された光を射出する反射型の液晶パネルと、色分離導光光学系からの光を透過し反射型の液晶パネルで変調されて第１方向と異なる第２方向に平行な偏光面を有する偏光を反射する偏光分離素子とをそれぞれ有し、偏光分離素子が、色分離導光光学系からの偏光の偏光分離素子への入射面が第１方向に平行となるように配置される。この場合、色分離導光光学系からの照明用の光束を偏光分離素子において効率よく透過させることができ、液晶パネルを高輝度で照明することができる。

本発明の別の側面によれば、偏光分離素子が複屈折構造体を設けた平板状の光学素子である。ここで、複屈折構造体を設けた平板状の光学素子とは、構造性複屈折を利用した偏光素子を意味し、具体的にはワイヤグリッド型偏光板、積層型フォトニック結晶偏光板等を含む。ワイヤグリッド型偏光板等は、温度等の使用環境に対して安定性が高く、比較的低コストで信頼性を高めることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、上記光学素子が、反射型の液晶パネルからの偏光の複屈折構造体への入射面が第２方向と垂直となるように配置される。この場合、液晶パネルで反射された第２方向の偏光成分である画像光を偏光分離素子において効率よく反射させることができ、明るい画像を投射することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、複数の光変調装置を経た光を合成する合成面を有する光合成光学系と、光合成光学系から射出された合成光を投射する投射光学系とをさらに備え、複数の光変調装置は、透過光を変調する透過型の液晶パネルと、透過型の液晶パネルで変調され第２方向に平行な偏光面を有する偏光を透過させる偏光板とをそれぞれ有し、光合成光学系は、複数の光変調装置のうち少なくともひとつの光変調装置からの偏光の合成面への入射面が第２方向に垂直となるように配置される。この場合、光変調装置の偏光板からの画像光を光合成光学系の合成面において効率よく反射させることができ、明るい画像を投射することができる。

本発明のさらに別の側面によれば、色分離導光光学系が、互いに交差して配置される第１ダイクロイックミラー及び第２ダイクロイックミラーをそれぞれ分離面として有し、第１及び第２ダイクロイックミラーの交差軸と、偏光変換部の光射出側に延びるシステム光軸と、第１及び第２ダイクロイックミラーの光射出側に延びるシステム光軸とが、互いに垂直に配置される。この場合、偏光変換部から射出された偏光を、第１及び第２ダイクロイックミラーに対して、第１方向がこれらの入射面に垂直になるように入射させることができ、第１及び第２ダイクロイックミラーから射出された偏光を、対応する折曲ミラーに対して、第１方向がこれらの入射面に平行になるように入射させることができる。

本発明のさらに別の側面によれば、色分離導光光学系が、第１及び第２ダイクロイックミラーの光路下流側に配置されて、第１及び第２ダイクロイックミラーで分離された一方の光束を異なる波長帯域の光束にさらに分離する第３ダイクロイックミラーをさらに有し、第３ダイクロイックミラーは、上記一方の光束の第３ダイクロイックミラーへの入射面が第１方向に平行となるように配置される。この場合、第３ダイクロイックミラーを色分離導光光学系内に簡易に配置することができる。

第１実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を説明する斜視図である。 図１に示すプロジェクターの光学系の平面図である。 図１のプロジェクターの光学系の一部分を説明する−ｚ方向からの平面図である。 第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の要部の構成を説明する図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜３を参照して、本発明の第１実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、図１〜３において、ｘ、ｙ、及びｚは、３次元直交座標系を構成する３つの座標軸を意味する。

図示のプロジェクター１００は、照明光を射出する照明光学系２０と、照明光学系２０からの照明光を青緑赤の３つの色光に分離する色分離導光光学系４０と、色分離導光光学系４０から射出された３つの色光を画像情報に応じてそれぞれ変調する光変調部６０と、光変調部６０から射出された各色の画像光を合成する光合成光学系７０と、光合成光学系７０によって合成された画像光をスクリーン（不図示）に投射する投射光学系８０とを備える。これらのうち、照明光学系２０から光合成光学系７０までの部分は、光学部品用筐体（不図示）の内部に収納されている。なお、本プロジェクター１００の場合、照明光学系２０におけるシステム光軸ＳＡ１は、ｘ軸に平行に延びてｙｚ平面（基準面）に垂直に配置されおり、それ以外の色分離導光光学系４０から光合成光学系７０までの部分におけるシステム光軸ＳＡ２は、ｘ軸に垂直なｙｚ平面（基準面）に平行に配置されている。

以上のプロジェクター１００において、照明光学系２０は、光源装置１０と、凹レンズ１４と、第１及び第２のレンズアレイ１５，１６と、偏光変換装置１７と、重畳レンズ１８とを備える。このうち、光源装置１０は、照明用の光束を射出する光源であり、例えば高圧水銀ランプ等である発光管１１と、発光管１１から重畳レンズ１８等のある前方（本実施形態では−ｘ方向を中心とする方向）に射出された光束を発光管１１に戻す副鏡１１ａと、発光管１１から後方に射出された光束を回収して前方に射出させる凹面鏡１２とを備える。凹レンズ１４は、光源装置１０からの光束を平行化する役割を有するが、例えば凹面鏡１２が放物面鏡である場合には、省略することもできる。第１のレンズアレイ１５は、マトリクス状に配置された複数の要素レンズ１５ａからなり、レンズ１４から射出された光束を要素レンズ１５ａの区画に対応して分割する。第２のレンズアレイ１６は、複数の要素レンズ１５ａにそれぞれ対応して配置された複数の要素レンズ１６ａからなり、各要素レンズ１５ａからの分割光束の発散状態を調整する。偏光変換装置１７は、レンズアレイ１６から射出された分割光束を第１方向（本実施形態ではｚ方向）に平行な偏光面を有する直線偏光のみに変換して次段光学系に供給する偏光変換部である。重畳レンズ１８は、偏光変換装置１７を経た直線偏光としての照明光Ｉｓを全体として適宜収束させることにより、被照明領域すなわち光変調部６０に設けた各色の液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒに対する重畳照明を可能にする。つまり、両レンズアレイ１５，１６と重畳レンズ１８とを経た照明光Ｉｓは、以下に詳述する色分離導光光学系４０を通って、光変調部６０に設けられた各色の液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒを均一に重畳照明する。

偏光変換装置１７は、ＰＢＳ及びミラーを組み込んだ構造をそれぞれ有する複数のプリズム素子１７ａと、これらプリズム素子１７ａの一方の光射出面上にそれぞれ貼り付けられる複数の波長板１７ｂとを備える。各プリズム素子１７ａは、ｚ方向に延びる棒状の部材であり、これら複数のプリズム素子１７ａは、ｙ方向に配列され、全体としてｙｚ平面に平行に延びる板状に配置される。偏光変換装置１７からは、上述のように第１方向の直線偏光である照明光Ｉｓ（Ｂｓ，Ｇｓ，Ｒｓ）が射出されるが、ここで第１方向とは、プロジェクター１００の光路を直線的に展開した場合における偏光面の方向又は電界の振動方向を意味するものとする。よって、第１方向の偏光は、以下に説明するクロスダイクロイックミラー２１、折曲ミラー２３ａ，２３ｂ等で光路を折り曲げられて見かけ上の振動面が変化した後もそのまま第１方向に平行な偏光面を有する状態に維持されるが、液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒによって９０°回転した第２方向に平行な状態に切り換えられることになる。

色分離導光光学系４０は、クロスダイクロイックミラー２１と、ダイクロイックミラー２２と、折曲ミラー２３ａ，２３ｂと、第１レンズ３１ａ、３１ｂと、第２レンズ３２ｂ，３２ｇ，３２ｒとを備える。ここで、クロスダイクロイックミラー２１は、一対の分離面として、第１ダイクロイックミラー２１ａと、第２ダイクロイックミラー２１ｂとを備える。第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂは互いに直交しており、それらの交差軸２１ｃはｚ方向に延びている。つまり、交差軸２１ｃは、照明光学系２０の光射出側においていてｘ方向に延びるシステム光軸ＳＡ１に対して直交するように配置されており、第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂの光射出側においてｙ方向に延びるシステム光軸ＳＡ２に対しても直交するように配置されている。そして、クロスダイクロイックミラー２１の前後においてシステム光軸ＳＡ１，ＳＡ２は、互いに直交している。

第１ダイクロイックミラー２１ａは、照明光Ｉｓに含まれる１つの色成分として例えば青（Ｂ）色を反射し、他の色成分として緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を透過させる。第２ダイクロイックミラー２１ｂは、上記他の色成分である緑（Ｇ）色及び赤（Ｒ）色を反射し、上記１つの色成分である青（Ｂ）色を透過させる。ダイクロイックミラー２２は、入射した２つの色成分である緑赤（ＧＲ）色のうちの一方として例えば緑（Ｇ）色を反射し、他方として赤（Ｒ）色を透過させる。これにより、照明光学系２０から射出された照明光を構成する青光、緑光、及び赤光は、第１、第２、及び第３光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３にそれぞれ導かれ、異なる照明対象にそれぞれ入射する。

詳細に説明すると、照明光学系２０からの照明光Ｉｓは、クロスダイクロイックミラー２１に入射する。クロスダイクロイックミラー２１の第１ダイクロイックミラー２１ａで反射・分岐された青光は、折曲ミラー２３ａを経て、液晶ライトバルブ６０ｂの偏光分離素子５２ｂに入射する。また、クロスダイクロイックミラー２１の第２ダイクロイックミラー２１ｂで反射・分岐され、折曲ミラー２３ｂを経て、ダイクロイックミラー２２でさらに反射・分岐された緑光は、液晶ライトバルブ６０ｇの偏光分離素子５２ｇに入射する。さらに、クロスダイクロイックミラー２１の第２ダイクロイックミラー２１ｂで反射・分岐され、ダイクロイックミラー２２の通過によって分岐された赤光は、液晶ライトバルブ６０ｒの偏光分離素子５２ｒに入射する。

第１ダイクロイックミラー２１ａによって第１光路ＯＰ１に分岐される青光Ｂｓは、その偏光面に対応する第１方向が第１ダイクロイックミラー２１ａへの入射面（ｘｙ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、青光Ｂｓは、略Ｓ偏光状態で第１ダイクロイックミラー２１ａに入射して効率よく反射される。第２ダイクロイックミラー２１ｂによって第２及び第３光路ＯＰ２，ＯＰ３に分岐される緑光Ｇｓ及び赤光Ｒｓも、その偏光面に対応する第１方向が第２ダイクロイックミラー２１ｂへの入射面（ｘｙ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、緑光Ｇｓ及び赤光Ｒｓも、略Ｓ偏光状態で第１ダイクロイックミラー２１ａに入射して効率よく反射される。なお、入射面とは入射光線と入射法線を含む面であり、システム光軸ＳＡ１に平行な光線における入射面とはｘｙ面に平行な面である。

第１ダイクロイックミラー２１ａから射出され、折曲ミラー２３ａによって反射される青光Ｂｐは、その偏光面に対応する第１方向が折曲ミラー２３ａへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、青光Ｂｐは、略Ｐ偏光状態で折曲ミラー２３ａに入射して反射される。折曲ミラー２３ａで反射される際に、青光Ｂｐの偏光方向は、見かけ上ｚ方向からｙ方向に変化するが、実質的には第１方向に維持されたままとなっている。

第２ダイクロイックミラー２１ｂから射出され、折曲ミラー２３ｂによって反射される緑光Ｇｐ及び赤光Ｒｐは、その偏光面に対応する第１方向が折曲ミラー２３ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、緑光Ｇｐ及び赤光Ｒｐは、略Ｐ偏光状態で折曲ミラー２３ｂに入射して反射される。折曲ミラー２３ｂで反射される際に、緑光Ｇｐ及び赤光Ｒｐの偏光方向は、見かけ上ｚ方向からｙ方向に変化するが、実質的には第１方向に維持されたままとなっている。

ダイクロイックミラー２２に入射する緑光Ｇｐ及び赤光Ｒｐは、その偏光面に対応する第１方向がダイクロイックミラー２２への入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、緑光Ｇｐは、略Ｐ偏光状態でダイクロイックミラー２２で反射され、赤光Ｒｐは、略Ｐ偏光状態でダイクロイックミラー２２を透過する。ダイクロイックミラー２２で反射される際に、緑光Ｇｐの偏光方向は、見かけ上ｙ方向からｚ方向に変化するが、実質的には第１方向に維持されたままとなっている。

なお、第１光路ＯＰ１上に配された第１レンズ３１ａと第２レンズ３２ｂとは、液晶パネル６１ｂに入射する青光Ｂｐの角度状態（例えば被照明領域における光束の開き角）を調整するために設けられている。また、第２光路ＯＰ２上に配された第１レンズ３１ｂと第２レンズ３２ｇとは、液晶パネル６１ｇに入射する緑光Ｇｐの角度状態を調整するために設けられている。ここで、第２レンズ３２ｇに付随して設けられたカラーフィルタ２５ｇは、必須のものではないが、液晶パネル６１ｇに入射する緑光Ｇｐの輝度バランスを調整するために設けられている。第３光路ＯＰ３上に配された第１レンズ３１ｂと第２レンズ３２ｒとは、液晶パネル６１ｒに入射する赤光Ｒｐの角度状態を調整するために設けられている。ここで、第２レンズ３２ｒに付随して設けられたカラーフィルタ２５ｒは、必須のものではないが、液晶パネル６１ｒに入射する赤光Ｒｐの輝度バランスを調整するために設けられている。

光変調部６０は、上記した各色用の３つの光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３に対応して、３つの液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒを備える。各液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒは、入射した照明光の強度の空間分布を変調する非発光型の光変調装置である。

ここで、第１光路ＯＰ１に配置されたＢ色用の液晶ライトバルブ６０ｂは、青光Ｂｐによって照明される液晶パネル６１ｂと、液晶パネル６１ｂの位相ずれを補正する位相差補償板６２ｂと、液晶パネル６１ｂへの青光Ｂｐ及び液晶パネル６１ｂからの青光Ｂｐをその偏光状態に応じて透過又は反射して液晶ライトバルブ６０ｂの青光Ｂｐの入出射を管理する偏光分離素子５２ｂと、偏光分離素子５２ｂの偏光分離特性を補填するクリーンアップ偏光板５５ｂとを備える。この液晶パネル６１ｂは背面側に反射板を備え、照明光が入射した面から変調された光が射出される反射型の液晶パネルであり、第１ダイクロイックミラー２１ａで反射された青光Ｂｐによって均一に照明される。液晶パネル６１ｂは、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性基板と、反射画素電極等を有する駆動基板と、光透過性基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。液晶ライトバルブ６０ｂにおいて、偏光分離素子５２ｂの射出側パターン層５３ｂは、光透過性の本体平板上に導電材料のグリッドをストライプ状に形成したワイヤグリッド型の複屈折構造体で形成されている。射出側パターン層５３ｂは、入射した青光Ｂｐについて、上述の第１方向（この場合、ｙ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル６１ｂに導く。液晶パネル６１ｂは、これに入射した青光Ｂｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換し、偏光分離素子５２ｂに向けて反射する。偏光分離素子５２ｂの射出側パターン層５３ｂは、液晶パネル６１ｂを経て変調され位相差補償板６２ｂを往復した第２方向の直線偏光のみを選択的に反射する。この際、位相差補償板６２ｂやクリーンアップ偏光板５５ｂを設けることによって、偏光分離素子５２ｂの射出側における消光比を高めることができ、変調光のコントラストを向上させることができる。

液晶ライトバルブ６０ｂにおいて、偏光分離素子５２ｂに入射する照明光としての青光Ｂｐは、その偏光面に対応する第１方向が射出側パターン層５３ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、青光Ｂｐは、略Ｐ偏光状態で射出側パターン層５３ｂに入射して効率よく通過する。また、液晶パネル６１ｂから射出され、偏光分離素子５２ｂによって反射される画像光としての青光Ｂｓは、その偏光面に対応する第２方向が射出側パターン層５３ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、青光Ｂｓは、略Ｓ偏光状態で射出側パターン層５３ｂに入射して効率よく反射される。なお、射出側パターン層５３ｂが光合成光学系７０側に形成されているので、投射される第２方向に偏光面を有する青光Ｂｓは、システム光軸に対して傾斜した本体平板を透過せずに光合成光学系７０に入射でき、投射像の非点収差等を低減することができる。

第２光路ＯＰ２に配置された緑色用の液晶ライトバルブ６０ｇは、青色用の液晶ライトバルブ６０ｂと同様の構造を有している。すなわち、液晶ライトバルブ６０ｇは、緑光Ｇｐによって照明される液晶パネル６１ｇと、液晶パネル６１ｇの位相ずれを補正する位相差補償板６２ｇと、液晶パネル６１ｇへの緑光Ｇｐ及び液晶パネル６１ｇからの緑光Ｇｐをその偏光状態に応じて透過又は反射して液晶ライトバルブ６０ｇの緑光Ｇｐの入出射を管理する偏光分離素子５２ｇと、偏光分離素子５２ｇの偏光分離特性を補填するクリーンアップ偏光板５５ｇと、最も射出側に配置される１／２波長板５６とを備える。この液晶パネル６１ｇは背面側に反射板を備え、照明光が入射した面から変調された光が射出される反射型の液晶パネルであり、第２ダイクロイックミラー２１ｂで反射されダイクロイックミラー２２で反射された緑光Ｇｐによって均一に照明される。液晶ライトバルブ６０ｇにおいて、偏光分離素子５２ｇの射出側パターン層５３ｇは、ワイヤグリッド型の複屈折構造体で形成されており、入射した緑光Ｇｐについて、上述の第１方向（この場合、ｚ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル６１ｇに導く。液晶パネル６１ｇは、これに入射した緑光Ｇｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換し、偏光分離素子５２ｇに向けて反射する。偏光分離素子５２ｇの射出側パターン層５３ｇは、液晶パネル６１ｇを経て変調され位相差補償板６２ｇを往復した第２方向の直線偏光のみを選択的に反射する。この際、位相差補償板６２ｇやクリーンアップ偏光板５５ｇを設けることによって、偏光分離素子５２ｇの射出側における消光比を高めることができ、変調光のコントラストを向上させることができる。１／２波長板５６は、偏光分離素子５２ｇの射出側パターン層５３ｇを透過した第２方向の直線偏光の偏光方向を９０°回転させて第１方向の直線偏光に切り換える。

液晶ライトバルブ６０ｇにおいて、偏光分離素子５２ｇに入射する照明光としての緑光Ｇｐは、その偏光面に対応する第１方向が射出側パターン層５３ｇへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、緑光Ｇｐは、略Ｐ偏光状態で射出側パターン層５３ｇに入射して効率よく通過する。また、液晶パネル６１ｇから射出され、偏光分離素子５２ｇによって反射される画像光としての緑光Ｇｓは、その偏光面に対応する第２方向が射出側パターン層５３ｇへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、緑光Ｇｓは、略Ｓ偏光状態で射出側パターン層５３ｇに入射して効率よく反射される。なお、射出側パターン層５３ｇが光合成光学系７０側に形成されているので、投射される第２方向に偏光面を有する緑光Ｇｓは、システム光軸に対して傾斜した本体平板を透過せずに光合成光学系７０に入射でき、投射像の非点収差等を低減することができる。

第３光路ＯＰ３に配置された赤色用の液晶ライトバルブ６０ｒは、青色用の液晶ライトバルブ６０ｂと同様の構造を有している。すなわち、液晶ライトバルブ６０ｒは、赤光Ｒｐによって照明される液晶パネル６１ｒと、液晶パネル６１ｒの位相ずれを補正する位相差補償板６２ｒと、液晶パネル６１ｒへの赤光Ｒｐ及び液晶パネル６１ｒからの赤光Ｒｐをその偏光状態に応じて透過又は反射して液晶ライトバルブ６０ｒの赤光Ｒｐの入出射を管理する偏光分離素子５２ｒと、偏光分離素子５２ｒの偏光分離特性を補填するクリーンアップ偏光板５５ｒとを備える。この液晶パネル６１ｒは背面側に反射板を備え、照明光が入射した面から変調された光が射出される反射型の液晶パネルであり、第２ダイクロイックミラー２１ｂで反射されダイクロイックミラー２２を透過した赤光Ｒｐによって均一に照明される。液晶ライトバルブ６０ｒにおいて、偏光分離素子５２ｒの射出側パターン層５３ｒは、ワイヤグリッド型の複屈折構造体で形成されており、入射した赤光Ｒｐについて、上述の第１方向（この場合、ｙ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル６１ｒに導く。液晶パネル６１ｒは、これに入射した赤光Ｒｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換し、偏光分離素子５２ｒに向けて反射する。偏光分離素子５２ｒの射出側パターン層５３ｒは、液晶パネル６１ｒを経て変調された第２方向の直線偏光のみを選択的に反射する。この際、位相差補償板６２ｒやクリーンアップ偏光板５５ｒを設けることによって、偏光分離素子５２ｒの射出側における消光比を高めることができ、変調光のコントラストを向上させることができる。

液晶ライトバルブ６０ｒにおいて、偏光分離素子５２ｒに入射する照明光としての赤光Ｒｐは、その偏光面に対応する第１方向が射出側パターン層５３ｒへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、赤光Ｒｐは、略Ｐ偏光状態で射出側パターン層５３ｒに入射して効率よく通過する。また、液晶パネル６１ｒから射出され、偏光分離素子５２ｒによって反射される画像光としての赤光Ｒｓは、その偏光面に対応する第２方向が射出側パターン層５３ｒへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、赤光Ｒｓは、略Ｓ偏光状態で射出側パターン層５３ｒに入射して効率よく反射される。なお、射出側パターン層５３ｒが光合成光学系７０側に形成されているので、投射される第２方向に偏光面を有する赤光Ｒｓは、システム光軸に対して傾斜した本体平板を透過せず光合成光学系７０に入射でき、投射像の非点収差等を低減することができる。

光合成光学系７０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、合成面として、Ｘ字状に交差するとともに交差軸７１ｃがｘ方向に延びる一対のダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂが形成されている。両ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂは、特性が異なる誘電体多層膜で形成されている。すなわち、一方の第１ダイクロイックミラー７１ａは青光Ｂｓを反射し、他方の第１ダイクロイックミラー７１ｂは赤光Ｒｓを反射する。この光合成光学系７０は、液晶ライトバルブ６０ｂからの変調後の青光Ｂｓを第１ダイクロイックミラー７１ａで反射して光路を折り曲げることによりｚ方向に射出させ、液晶ライトバルブ６０ｇからの変調後の緑光Ｇｐを第１及び第２ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂを透過させることによりｚ方向に直進させ、液晶ライトバルブ６０ｒからの変調後の赤光Ｒｓを第１ダイクロイックミラー７１ｂで反射して光路を折り曲げることによりｚ方向に射出させる。光合成光学系７０の光射出側では、各色光Ｂｓ，Ｇｐ，Ｒｓが重ね合わされて色合成が行われる。

光合成光学系７０での色合成に際して、偏光分離素子５２ｂから射出されダイクロイックミラー７１ａによって反射される画像光としての青光Ｂｓは、その偏光面に対応する第２方向がダイクロイックミラー７１ａへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、青光Ｂｓは、略Ｓ偏光状態でダイクロイックミラー７１ａに入射して効率よく反射される。また、偏光分離素子５２ｇから射出されて１／２波長板５６を通過し両ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂを透過する画像光としての緑光Ｇｐは、その偏光面に対応する第１方向が両ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になっている。つまり、緑光Ｇｐは、略Ｐ偏光状態で両ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂに入射して効率よく透過する。さらに、偏光分離素子５２ｒから射出されダイクロイックミラー７１ｂによって反射される画像光としての赤光Ｒｓは、その偏光面に対応する第２方向がダイクロイックミラー７１ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になっている。つまり、赤光Ｒｓは、略Ｓ偏光状態でダイクロイックミラー７１ｂに入射して効率よく反射される。以上により、光合成光学系７０における青光Ｂｓ、緑光Ｇｐ、及び赤光Ｒｓの合成効率を高めることができ、色ムラの発生を抑えることができる。

投射光学系８０は、光合成光学系７０で合成されたカラーの画像光を、所望の倍率でスクリーン（不図示）上に投射する。つまり、各液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒに入力された駆動信号或いは画像信号に対応する所望の倍率のカラー動画やカラー静止画がスクリーン上に投射される。なお、投射光学系８０の光軸は、光合成光学系７０の光射出側に延びるシステム光軸ＳＡ２上に配置することができるが、システム光軸ＳＡ２からシフトさせて配置することもできる。さらに、投射光学系８０が反射素子を備えるものである場合、投射光学系８０内で光路を折り曲げることもできる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクター１００によれば、偏光変換装置１７から射出された偏光の第１方向に平行な偏光面が、分離面としての第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂへの入射面に垂直になるので、すなわちＳ偏光状態で反射による色分離が行われるので、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂ等を含む色分離導光光学系４０を比較的簡易で安価なものとしつつ、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂにおける目的の波長光の反射分離効率を高めることができる。また、本プロジェクター１００によれば、色分離導光光学系４０を経た光束を偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒに入射させて透過させる際に、透過する偏光の偏光面に平行な第１方向が射出側パターン層５３ｂ，５３ｇ，５３ｒへの入射面に平行になっており、色分離導光光学系４０からの照明用の光束を偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒにおいて効率よく透過させることができるので、液晶パネルを高輝度で照明することができる。さらに、液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒで変調された画像光を偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒに再度入射させて反射させる際に、反射する偏光の偏光面に平行な第２方向が射出側パターン層５３ｂ，５３ｇ，５３ｒへの入射面に垂直になっており、液晶パネル６１ｂ，６１ｇ，６１ｒから射出された画像光を偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒにおいて効率よく反射させることができるので、明るい画像を投射することができる。

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成について説明する。なお、第２実施形態のプロジェクターは、第１実施形態のプロジェクター１００を変形したものであり、特に説明しない部分は、第１実施形態と同様である。

図４は、第２実施形態に係るプロジェクターの光学系の構成を説明する平面図である。本実施形態のプロジェクター２００の場合、光変調部２６０を構成する３つの液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒが、透過光を変調する透過型の液晶パネル２６１ｂ，２６１ｇ，２６１ｒで構成される。

第１光路ＯＰ１に配置された青色用の液晶ライトバルブ６０ｂは、青光Ｂｐによって照明される液晶パネル２６１ｂと、液晶パネル２６１ｂの光入射側に配置される第１偏光板６３ｂと、液晶パネル２６１ｂの光射出側に配置される第２偏光板６４ｂとを備える。液晶パネル２６１ｂは、図示による説明を省略するが、透明電極等を有する光透過性基板と、画素電極等を有する光透過型の駆動基板と、光透過性基板及び駆動基板間に密閉封入される液晶層とを備える。液晶ライトバルブ６０ｂは、第１ダイクロイックミラー２１ａで分岐され折曲ミラー２３ａ，２６ｂで反射された青光Ｂｐによって均一に照明される。第１偏光板６３ｂは、入射した青光Ｂｐについて、上述の第１方向（この場合、ｚ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６１ｂに導く。液晶パネル２６１ｂは、これに入射した青光Ｂｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換する。第２偏光板６４ｂは、液晶パネル２６１ｂを経て変調された第２方向の直線偏光のみを画像光として選択的に透過させる。結果的に合成の対象となる青光Ｂｓは、その偏光面に平行な第２方向がダイクロイックミラー７１ａへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になる。つまり、青光Ｂｓは、略Ｓ偏光状態でダイクロイックミラー７１ａに入射して効率よく反射される。

第２光路ＯＰ２に配置された緑色用の液晶ライトバルブ６０ｇは、青色用の液晶ライトバルブ６０ｂと同様の構造を有しており、緑光Ｇｐによって照明される液晶パネル２６１ｇと、液晶パネル２６１ｇの光入射側に配置される第１偏光板６３ｇと、液晶パネル２６１ｇの光射出側に配置される第２偏光板６４ｇとを備える。液晶ライトバルブ６０ｇは、第２ダイクロイックミラー２１ｂやダイクロイックミラー２２で分岐され折曲ミラー２３ｂ，２６ｇで反射された緑光Ｇｐによって均一に照明される。第１偏光板６３ｇは、入射した緑光Ｇｐについて、上述の第１方向（この場合、ｙ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６１ｇに導く。液晶パネル２６１ｇは、これに入射した緑光Ｇｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換する。第２偏光板６４ｇは、液晶パネル２６１ｇを経て変調された第２方向の直線偏光のみを画像光として選択的に透過させ、１／２波長板５６は、第２偏光板６４ｇを透過した第２方向の直線偏光の偏光方向を９０°回転させて第１方向の直線偏光に切り換える。結果的に合成の対象となる緑光Ｇｐは、その偏光面に対応する第１方向がダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略平行になる。つまり、緑光Ｇｐは、略Ｐ偏光状態でダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂに入射して効率よく通過する。

第３光路ＯＰ３に配置された赤色用の液晶ライトバルブ６０ｒも、青色用の液晶ライトバルブ６０ｂと同様の構造を有しており、赤光Ｒｐによって照明される液晶パネル２６１ｒと、液晶パネル２６１ｒの光入射側に配置される第１偏光板６３ｒと、液晶パネル２６１ｒの光射出側に配置される第２偏光板６４ｒとを備える。液晶ライトバルブ６０ｒは、第２ダイクロイックミラー２１ｂやダイクロイックミラー２２で分岐され折曲ミラー２３ｂ，２６ｒで反射された赤光Ｒｐによって均一に照明される。第１偏光板６３ｒは、入射した赤光Ｒｐについて、上述の第１方向（この場合、ｚ方向）の直線偏光を選択的に透過させて液晶パネル２６１ｒに導く。液晶パネル２６１ｒは、これに入射した赤光Ｒｐを画像信号に応じて、部分的に第１方向に対して垂直な第２方向（この場合ｘ方向）の直線偏光に変換する。第２偏光板６４ｒは、液晶パネル２６１ｒを経て変調された第２方向の直線偏光のみを画像光として選択的に透過させる。結果的に合成の対象となる赤光Ｒｓは、その偏光面に平行な第２方向がダイクロイックミラー７１ｂへの入射面（ｙｚ面に平行な面）に対して全体として略垂直になる。つまり、赤光Ｒｓは、略Ｓ偏光状態でダイクロイックミラー７１ｂに入射して効率よく反射される。

以上の説明から明らかなように、本実施形態のプロジェクター２００によれば、第１実施形態の場合と同様に、第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂによってＳ偏光状態での反射色分離が行われるので、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂ等を含む色分離導光光学系４０を比較的簡易で安価なものとしつつ、両ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂにおける目的の波長光の反射分離効率を高めることができる。また、本プロジェクター１００によれば、液晶パネル２６１ｂ，２６１ｒで変調され第２偏光板６４ｂ，６４ｒを通過した画像光を光合成光学系７０のダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂで反射させる際に、偏光面に対応する第２方向がダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂへの入射面に垂直になっており、液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｒからの画像光をダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂにおいて効率よく反射させることができ、明るい画像を投射することができる。

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

すなわち、上記実施形態では、第１光路ＯＰ１に青光Ｂｐを導き、第２光路ＯＰ２に緑光Ｇｐを導き、第３光路ＯＰ３に赤光Ｒｐを導いているが、光路と色の組み合わせは変更可能であり、例えば第１光路ＯＰ１に赤光Ｒｐを導き、第２光路ＯＰ２に緑光Ｇｐを導き、第３光路ＯＰ３に青光Ｂｐを導くことができる。

また、色分離導光光学系４０における光路ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３の分岐方法は、実施形態に例示するものに限らず、様々なものとすることができる。

上記実施形態のプロジェクター１００では、液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒの偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒをワイヤグリッド型の複屈折構造体で構成するとしたが、これらの偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒを立体的な誘電体層を多層積層することによって得られるフォトニック結晶光学素子型の複屈折構造体で構成することもできる。また、偏光分離素子５２ｂ，５２ｇ，５２ｒは、誘電体多層膜によって構成される一般的な偏光ビームスプリッターとすることもできる。

上記実施形態のプロジェクター１００，２００では、照明光学系２０を、光源装置１０、一対のレンズアレイ１５，１６、偏光変換装置１７、及び重畳レンズ１８で構成したが、レンズアレイ１５，１６等については省略することができ、光源装置１０も、ＬＥＤ等の別光源に置き換えることができる。また、照明光学系２０を構成する光学要素を直線上に配列する必要はなく、システム光軸ＳＡ１を折り曲げることができる。この場合も、必要なら偏光変換装置１７から射出される照明光の偏光方向を変化させて、第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂに入射させる照明光の偏光面に対応する第１方向が第１及び第２ダイクロイックミラー２１ａ，２１ｂへの入射面（ｘｙ面に平行な面）に対して全体として略垂直になるようにすればよい。

上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒを用いたプロジェクター１００，２００の例のみを挙げたが、本発明は、２つの液晶ライトバルブを用いたプロジェクター、或いは、４つ以上の液晶ライトバルブを用いたプロジェクターにも適用可能である。

上記実施形態では、スクリーンを観察する方向から投射を行なうフロントタイプのプロジェクターの例のみを挙げたが、本発明は、スクリーンを観察する方向とは反対側から投射を行なうリアタイプのプロジェクターにも適用可能である。

１０…光源装置、 １４…凹レンズ、 １５，１６…レンズアレイ、 １７…偏光変換装置、 １７ａ…プリズム素子、 １７ｂ…波長板、 １８…重畳レンズ、 ２０…照明光学系、 ２１…クロスダイクロイックミラー、 ２１ａ，２１ｂ…ダイクロイックミラー、 ２１ｃ…交差軸、 ２２…ダイクロイックミラー、 ２３ａ，２３ｂ…折曲ミラー、 ２３ｂ，２６ｇ，２６ｒ…折曲ミラー、 ４０…色分離導光光学系、 ５２ｂ，５２ｇ，５２ｒ…偏光分離素子、 ５３ｂ，５３ｇ，５３ｒ…射出側パターン層、 ５６…１／２波長板、 ６０…光変調部、 ６０ｂ，６０ｇ，６０ｒ…液晶ライトバルブ、 ６１ｂ，６１ｇ，６１ｒ…液晶パネル、 ７０…光合成光学系、 ７１ａ，７１ｂ…ダイクロイックミラー、 ８０…投射光学系、 １００，２００…プロジェクター、 ２６０…光変調部、 ２６１ｂ，２６１ｇ，２６１ｒ…液晶パネル、 Ｂｐ，Ｂｓ…青光、 Ｇｐ，Ｇｓ…緑光、 Ｒｐ，Ｒｓ…赤光、ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３…光路、 ＳＡ１，ＳＡ２…システム光軸

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光束を第１方向に平行な偏光面を有する偏光に揃える偏光変換部と、
   前記偏光変換部から射出された偏光を異なる波長帯域の光束に分離する分離面と、前記分離面を経た光束を折り曲げる少なくとも１つの折曲ミラーとを有する色分離導光光学系と、
   前記色分離導光光学系により分離された光束によってそれぞれ照明される複数の光変調装置と、を備えるプロジェクターであって、
   前記分離面は、前記偏光の前記分離面への入射面が前記第１方向に垂直となるように配置され、
   前記少なくとも１つの折曲ミラーは、前記分離面を経た偏光の前記折曲ミラーへの入射面が前記第１方向に平行であるように配置される、
   プロジェクター。
2. 前記複数の光変調装置は、光が入射する面から変調された光を射出する反射型の液晶パネルと、前記色分離導光光学系からの光を透過し前記反射型の液晶パネルで変調されて前記第１方向と異なる第２方向に平行な偏光面を有する偏光を反射する偏光分離素子とをそれぞれ有し、
   前記偏光分離素子は、前記色分離導光光学系からの偏光の前記偏光分離素子への入射面が前記第１方向に平行となるように配置される、請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記偏光分離素子は、複屈折構造体を設けた平板状の光学素子である、請求項２に記載のプロジェクター。
4. 前記光学素子は、前記反射型の液晶パネルからの偏光の前記複屈折構造体への入射面が前記第２方向と垂直となるように配置される、請求項３に記載のプロジェクター。
5. 前記複数の光変調装置を経た光を合成する合成面を有する光合成光学系と、前記光合成光学系から射出された合成光を投射する投射光学系とをさらに備え、
   前記複数の光変調装置は、透過光を変調する透過型の液晶パネルと、前記透過型の液晶パネルで変調され第２方向に平行な偏光面を有する偏光を透過させる偏光板とをそれぞれ有し、
   前記光合成光学系は、前記複数の光変調装置のうち少なくともひとつの光変調装置からの偏光の前記合成面への入射面が前記第２方向に垂直となるように配置される、請求項１に記載のプロジェクター。
6. 前記色分離導光光学系は、互いに交差して配置される第１ダイクロイックミラー及び第２ダイクロイックミラーをそれぞれ前記分離面として有し、
   前記第１及び第２ダイクロイックミラーの交差軸と、前記偏光変換部の光射出側に延びるシステム光軸と、前記第１及び第２ダイクロイックミラーの光射出側に延びるシステム光軸とは、互いに垂直に配置される、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のプロジェクター。
7. 前記色分離導光光学系は、前記第１及び第２ダイクロイックミラーの光路下流側に配置されて、前記第１及び第２ダイクロイックミラーで分離された一方の光束を異なる波長帯域の光束にさらに分離する第３ダイクロイックミラーをさらに有し、
   前記第３ダイクロイックミラーは、前記一方の光束の前記第３ダイクロイックミラーへの入射面が前記第１方向に平行となるように配置される、請求項６に記載のプロジェクター。

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