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JP3273955B2 - 画像投影装置 - Google Patents

画像投影装置

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JP3273955B2
JP3273955B2 JP10333491A JP10333491A JP3273955B2 JP 3273955 B2 JP3273955 B2 JP 3273955B2 JP 10333491 A JP10333491 A JP 10333491A JP 10333491 A JP10333491 A JP 10333491A JP 3273955 B2 JP3273955 B2 JP 3273955B2
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polarized light
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optical system
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英明 光武
則孝 望月
茂 川崎
一己 木村
純子 新嘉喜
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Priority to US08/687,622 priority patent/US6229646B1/en
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  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像投影装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図１２は、この種の画像投影装置の従来
例の一つを示す要部構成図である。
【０００３】この画像投影装置は、ハロゲンランプ，メ
タルハライドランプなどからなる、非偏光光を発する光
源101 と、光源101 から発せられた非偏光光の一部を反
射する反射ミラー102 と、光源101 から直接または反射
ミラー102 を介して入射される非偏光光の熱線を吸収ま
たは反射する熱線カットフィルタ103 と、熱線が除去さ
れた非偏光光を非偏光平行光に変換するコンデンサレン
ズ104 と、非偏光平行光を直線偏光光に変換する偏光板
105 と、直線偏光光をビデオ信号に応じて変調すること
により画像を発生せしめる画像発生器である液晶ライト
バルブ107 と、液晶ライトバルブ107 で変調された直線
偏光光のうちその透過軸方向の成分のみを透過する偏光
板108 と、偏光板108 を透過した直線偏光光をスクリー
ン（不図示）に投射して前記画像を投影する投影光学系
である投写レンズ110 とからなる。
【０００４】図１３は、この種の画像投影装置の他の従
来例を示す要部構成図である。
【０００５】この画像投影装置は、図１２に示した画像
投影装置の２つの偏光板105，108の代わりに、２つの偏
光ビームスプリッタ106，109を液晶ライトバルブ107 の
前後にそれぞれ配置したものである。
【０００６】図１２および図１３に示した画像投影装置
は、光源101 から発せられた非偏光光のうち偏光板105
または偏光ビームスプリッタ106 を透過した直線偏光光
のみを液晶ライトバルブ107 の照明光として利用するた
め、偏光板105 または偏光ビームスプリッタ106を透過
しない直線偏光光が損失となり、光の利用効率が５０％
以下になるという欠点がある。
【０００７】この欠点を解消した画像投影装置として、
図１４に示す特開昭６１−９０５８４号公報に記載され
ているものがある。
【０００８】この画像投影装置では、コンデンサレンズ
104 から出射される非偏光平行光は偏光ビームスプリッ
タ111 に入射し、偏光ビームスプリッタ111 の作用面
（２つの直角プリズムが互いに接着された斜面に形成さ
れた蒸着膜）111aでＰ偏光光ＬP はそのまま透過し、Ｓ
偏光光ＬS は上方に直角に反射して全反射プリズム112
に入射する。Ｓ偏光光ＬS は全反射プリズム112 で右方
に直角に反射されることにより、偏光ビームスプリッタ
111 を透過してくるＰ偏光光ＬP と同一方向に全反射プ
リズム112 から出射される。ここで、Ｓ偏光光ＬS とは
偏光ビームスプリッタ111 の作用面111aに平行な偏光面
を有する直線偏光光のことであり、Ｐ偏光光ＬP とはＳ
偏光成分ＬS と直交する偏光面を有する直線偏光光のこ
とである。全反射プリズム112 の出射側には１／２波長
板113 が配置され、全反射プリズム112 より出射された
Ｓ偏光光ＬS は、１／２波長板113 を透過することによ
り偏光面が９０°回転され、Ｐ偏光光ＬP *に変換され
る。また、偏光ビームスプリッタ111 および１／２波長
板113 の出射側にはそれぞれ光路変更用のクサビ型レン
ズ114，115が配置され、偏光ビームスプリッタ111 を透
過してくるＰ偏光光ＬPおよび１／２波長板113 で変換
されたＰ偏光光ＬP *は光路が変更され、液晶ライトバル
ブ117 の入射側の面上の点Ｐ0 で交差して合成光とな
る。
【０００９】したがって、この画像投影装置では、偏光
ビームスプリッタ111 で分離されたＳ偏光光ＬS および
Ｐ偏光光ＬP の両方で液晶ライトバルブ117 を照明する
ことができるため、図１２および図１３に示した画像投
影装置よりも光の利用効率を倍にすることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した特開
昭６１−９０５８４号公報記載の画像投影装置は、Ｐ偏
光光ＬP と１／２波長板113 で変換されたＰ偏光光ＬP *
とを 図１４に示す角度θをもって液晶ライトバルブ11
7 にそれぞれ入射させるため、入射角による特性劣化が
大きい液晶ライトバルブ117 を使用する場合には、クサ
ビ型レンズ114，115から液晶ライトバルブ117 までの距
離をかなり大きくとり、入射角を小さくする必要がある
という欠点がある。
【００１１】この欠点を解消する方法としては、図１４
のクサビ型レンズ114，115を取り除き、Ｐ偏光光ＬP と
１／２波長板113で変換されたＰ偏光光ＬP *とを互いに
平行のまま液晶ライトバルブ117 に入射させる並列照明
方式が考えられる。しかし、この並列照明方式を特開昭
６１−９０５８４号公報記載の画像投影装置に適用して
も、光源111 が完全な点光源あるいは線光源でない限
り、コンデンサレンズ104 から出射される非偏光平行光
は完全なものでないため、前記２つのＰ偏光成分ＬP，
ＬP * も完全に平行なものとはならない。このことを図
１５を用いて説明する。
【００１２】有限な径φをもつ光源101 から発せられる
非偏光光は 距離Ｌを隔てて配置されたコンデンサレン
ズ104 により集束されるが、コンデンサレンズ104 の出
射光は完全な平行光とはならず、角度２ω（ω＝ｔａｎ
-1｛（φ／２）／Ｌ｝）の範囲で拡がりをもつ非平行光
となる。この非平行光のうち光線αは、偏光ビームスプ
リッタ111 の作用を受けずに１／２波長板113 に入射す
るため、１／２波長板113 からＳ偏光光およびＰ偏光光
をともに含んだまま出射する。また、光線βは、偏光ビ
ームスプリッタ111 でＳ偏光光ＬS となるが、全反射プ
リズム112 で反射されたのち、再び偏光ビームスプリッ
タ111 で反射され、光線β1 で示すように全く別の位置
からＰ偏光光ＬP *として１／２波長板113 から出射する
か、図１５に光線β2 で示すように１／２波長板113 の
界面で吸収されたりそのまま透過するため損失光とな
る。
【００１３】したがって、上述した特開昭６１−９０５
８４号公報記載の画像投影装置は、並列照明方式で使用
するには問題があるため、クサビ型レンズ114，115が必
須となるが、液晶ライトバルブ117 の光入射角特性を考
慮すると、図１４に示す角度θをあまり大きくすること
ができず、クサビ型レンズ114，115と液晶ライトバルブ
117 との距離を一定値以上小さくすることができないの
で、装置全体のコンパクト化を妨げるとともに、光源10
1 と液晶ライトバルブ117 との距離の増加に伴う照明効
率（光の利用率）の低下を招くという欠点がある。
【００１４】また、上述した特開昭６１−９０５８４号
公報記載の画像投影装置は、偏光ビームスプリッタ111
および全反射プリズム112 などが必要であるため、図１
２に示したものよりも装置全体が大きくなるという欠点
がある。
【００１５】本発明の目的は、偏光変換系のコンパクト
化が図れる画像投影装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】第１の発明の画像投影装
置は、照明光学系と、前記照明光学系からの偏光光で画
像光を形成する画像形成手段と、前記画像光を投影する
投影光学系とを備え、前記照明光学系は、光源からの光
の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並んだ
レンズ群と、前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を
有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の
光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位
に入射する偏光素子と、前記偏光素子の前記複数の単位
からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系
と、を有し、前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞ
れ、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する
偏光分離膜と、該偏光分離膜を透過したＰ偏光光をＳ偏
光光に変換する１／２波長板と、前記偏光分離膜で反射
したＳ偏光光を反射して前記１／２波長板を出射する前
記Ｓ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射膜
と、を有することを特徴とする。第２の発明の画像投影
装置は、照明光学系と、前記照明光学系からの偏光光で
画像光を形成する画像形成手段と、前記画像光を投影す
る投影光学系とを備え、前記照明光学系は、光源からの
光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレンズが並ん
だレンズ群と、前記所定方向に沿って並んだ複数の単位
を有し、前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数
の光束のそれぞれが前記複数の単位のうちの対応する単
位に入射する偏光素子と、前記偏光素子の前記複数の単
位からの偏光光により前記画像形成手段を照明する光学
系と、を有し、前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞ
れ、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する
偏光分離膜と、該偏光分離膜で反射したＳ偏光光をＰ偏
光光に変換する１／２波長板と、前記１/２波長板から
のＰ偏光光を反射して前記偏光分離膜を透過したＰ偏光
光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射膜と、を有す
ることを特徴とする。
【００１７】第３の発明の画像投影装置は、照明光学系
と、前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画
像形成手段と、前記画像光を投影する投影光学系とを備
え、前記照明光学系は、光源からの光の光路を横切る所
定方向に沿って複数のレンズが並んだレンズ群と、前記
所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ
群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが
前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏光素
子と、前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光によ
り前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、前記
偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、前記入射する光
束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光分離膜と、該偏
光分離膜で反射したＳ偏光光を反射して前記偏光分離膜
を透過したＰ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向ける
反射膜と、前記反射膜で反射したＳ偏光光をＰ偏光光に
変換する１／２波長板と、を有することを特徴とする。
第４の発明の画像投影装置は、照明光学系と、前記照明
光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形成手段
と、前記画像光を投影する投影光学系とを備え、前記照
明光学系は、光源からの光の光路を横切る所定方向に沿
って複数のレンズが並んだレンズ群と、前記所定方向に
沿って並んだ複数の単位を有し、前記レンズ群からの前
記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞれが前記複数の
単位のうちの対応する単位に入射する偏光素子と、前記
偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記画像
形成手段を照明する光学系と、を有し、前記偏光素子の
前記複数の単位はそれぞれ、互いに逆向きにほぼ同じ角
度で前記光束に対し傾いており且つ各一方の偏光分離膜
で反射した光が各他方の偏光分離膜に入射するように傾
いた、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離す
る一対の偏光分離膜と、該一対の偏光分離膜のそれぞれ
が反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換するために該一対
の偏光分離膜の対向する面に設けた一対の１／４波長板
と、前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記
一対の１／４波長板を通過して偏光変換された後で前記
各他方の偏光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前
記一対の偏光分離膜を前記１／４波長板を介さず透過し
たＰ偏光光とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一
対の偏光分離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を
有することを特徴とする。
【００１８】第５の発明の画像投影装置は、照明光学系
と、前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画
像形成手段と、前記画像光を投影する投影光学系とを備
え、前記照明光学系は、光源からの光の光路を横切る所
定方向に沿って複数の集光レンズが並んだレンズ群と、
前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
光素子と、前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光
により前記画像形成手段を照明する光学系と、を有し、
前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、互いに逆向
きにほぼ同じ角度で前記光束に対し傾いており且つ各一
方の偏光分離膜で反射した光が各他方の偏光分離膜に入
射するようにした、前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏
光光に分離する一対の偏光分離膜と、該一対の偏光分離
膜のそれぞれが反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換する
ために該一対の偏光分離膜の中間に設けた１／２波長板
と、前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記
１／２波長板を通過して偏光変換された後で前記各他方
の偏光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前記一対
の偏光分離膜を前記１／２波長板を介さず透過したＰ偏
光光とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一対の偏
光分離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を有する
ことを特徴とする。第６の発明の画像投影装置は、照明
光学系と、前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成
する画像形成手段と、前記画像光を投影する投影光学系
とを備え、前記照明光学系は、光源からの光の光路を横
切る所定方向に沿って複数の集光レンズが並んだレンズ
群と、前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、
前記レンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束の
それぞれが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射
する偏光素子と、前記偏光素子の前記複数の単位からの
偏光光により前記画像形成手段を照明する光学系と、を
有し、前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、入射
光を互いに偏光方向が直交する反射光および透過光に分
割する分割部と、前記反射光および前記透過光の一方を
反射して他方の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部
と、前記反射光および前記透過光の少なくとも一方の偏
光方向を変化させて両者の偏光方向を一致させる変調部
と、を有することを特徴とする。
【００１９】第１〜６の発明の画像投影装置のいずれか
において、前記画像形成手段は、液晶表示素子と、該液
晶表示素子の光出射側に該液晶表示素子から分離して設
けた偏光板とを有してもよく、また、前記照明光学系は
前記光源としてのランプと該ランプからの光を前記偏光
素子の方へ反射する凹面鏡を有してもよい。第１〜５の
発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記各単位に
おいて前記波長板と前記偏光分離膜とは双方共前記単位
を構成するプリズム上に設けられてもよい。第６の発明
の画像投影装置において、前記各単位において前記変調
部と前記分割部とは双方共前記単位を構成するプリズム
上に設けられてもよい。上述した画像投影装置のいずれ
かにおいて、前記レンズ群は、前記所定方向にレンズが
並ぶフライアイレンズ或いは前記所定方向にレンズが並
ぶレンチキュラーレンズを有してもよい。また、第１〜
５の発明の画像投影装置のいずれかにおいて、前記波長
板は、雲母や水晶などの結晶、延伸した高分子フィル
ム、分子軸をそろえて配向させた低分子液晶、側鎖型高
分子液晶、或いは高分子中に低分子液晶を高分子中に分
散させた高分子液晶で構成してもよい。また、第６の発
明の画像投影装置において、前記変調部は、雲母や水晶
などの結晶、延伸した高分子フィルム、分子軸をそろえ
て配向させた低分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは高
分子中に低分子液晶を高分子中に分散させた高分子液晶
で構成してもよい。以上説明した発明の画像投影装置の
いずれかにおいて、前記供給手段は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三色
の前記偏光光を得るための複数のダイクロイックミラー
を有し、前記画像形成手段は前記Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の偏
光光によりＲ，Ｇ，Ｂ三色の画像光を形成する３つの液
晶表示装置を有し、前記投影手段が、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ三
色の画像光を合成して投影するように構成してもよい。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００２４】図１は本発明の画像投影装置に用いられる
板状偏光素子の第１の実施例を示す、板状偏光素子の単
位２０の構成図である。
【００２５】本実施例の板状偏光素子の単位２０は、断
面が直角三角形の三角柱の形状を有する第１の入射側プ
リズム２１1 と、第１の入射側プリズム２１1 の両隣に
互いに斜面を接触させて並べられた、第１の入射側プリ
ズム２１1 と同じ形状を有する第１および第２の出射側
プリズム２２1，２２2と、第１の出射側プリズム２２1
の第１の入射側プリズム２１1 と反対側で互いに斜面を
接触させて並べられた、第１の入射側プリズム２１1 の
半分の形状を有する第２の入射側プリズム２１2 と、第
２の出射側プリズム２２2 の第１の入射側プリズム２１
1 と反対側で互いに斜面を接触させて並べられた、第２
の入射側プリズム２１2 と同じ形状を有する第３の入射
側プリズム２１3 とからなり、３つの入射側プリズム２
１1 〜２１3 と２つの出射側プリズム２２1，２２2とが
一体となって一枚の平行平板を構成している。また、第
１の入射側プリズム２１1 と第１の出射側プリズム２２
1との接触面には、第１の入射側プリズム２１1 側に第
１の１／４波長板２３1 が設けられており、第１の出射
側プリズム２２1 側に第１の偏光分離作用膜２４1が設
けられている。さらに、第１の入射側プリズム２１1 と
第２の出射側プリズム２２2 との接触面には、第１の入
射側プリズム２１1 側に第２の１／４波長板２３2 が設
けられており、第２の出射側プリズム２２2 側に第２の
偏光分離作用膜２４2 が設けられている。第２の入射側
プリズム２１2 と第１の出射側プリズム２２1 との接触
面には、第１の全反射ミラー２５1 が形成されており、
第３の入射側プリズム２１3 と第２の出射側プリズム２
２2 との接触面には、第２の全反射ミラー２５2 が形成
されている。ここで、第１および第２の偏光分離作用膜
２４1，２４2は、膜面に対して平行な偏光面を有するＳ
偏光光を反射し、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ
偏光光を透過する特性を有する。また、第１および第２
の１／４波長板２３1，２３2は、第１および第２の入射
光Ｐ1 ，Ｐ2 のように入射角４５゜で入射してくる光に
対して作用するものであり、その軸方向はＳ偏光光を円
偏光に変換するように選択されている。
【００２６】すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位
２０では、第１の入射側プリズム２１1 と第１の出射側
プリズム２２1 との接触面および第１の入射側プリズム
２１1 と第２の出射側プリズム２２2 との接触面が、非
偏光光（第１および第２の入射光Ｐ1，Ｐ2）に対してほ
ぼ同じ角度の傾きをもち一方からの反射光（第１および
第２のＳ偏光光ＬS1，ＬS2）が他方へ向かうよう互いに
向き合う一対の分割面として機能し、第１および第２の
偏光分離作用膜２４1，２４2が、入射光を互いに偏光面
が直交する反射光（第１および第２のＳ偏光光ＬS1，Ｌ
S2）および透過光（第１および第２のＰ偏光光ＬP1，Ｌ
P2）に分割する分割部として機能する。また、第１およ
び第２の全反射ミラー２５1 ，２５2 が、反射光および
透過光の一方（第１および第２のＳ偏光光ＬS1，ＬS2）
を反射して他方（第１および第２のＰ偏光光ＬP1，
ＬP2）の進行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部として
機能する。さらに、第１および第２の１／４波長板２３
1，２３2が反射光および透過光の少なくとも一方（第１
および第２のＳ偏光光ＬS1，ＬS2）の偏光面を変化させ
て両者の偏光面を一致させる変調部として機能する。
【００２７】次に、本実施例の板状偏光素子の単位２０
の動作について説明する。
【００２８】第１の入射側プリズム２１1 と第１の出射
側プリズム２２1 との接触面に対して４５゜の入射角で
入射する、ランダムな偏光面を有する第１の入射光Ｐ1
は、第１の１／４波長板２３1 を透過したのち第１の偏
光分離作用膜２４1 に入射し、膜面に対して垂直な偏光
面を有する第１のＰ偏光光ＬP1が第１の偏光分離作用膜
２４1 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有する第
１のＳ偏光光ＬS1が第１の偏光分離作用膜２４1 で右方
に直角に反射されることにより、第１のＰ偏光光ＬP1と
第１のＳ偏光光ＬS1とに分割される。第１のＰ偏光光Ｌ
P1は第１の出射側プリズム２２1 の出射面から出射す
る。一方、第１のＳ偏光光ＬS1は、第１の１／４波長板
２３1 を透過することにより円偏光に変換されたのち、
第２の１／４波長板２３2 を透過することにより第２の
偏光分離作用膜２４2 の膜面に対して垂直な偏光面を有
する第１の変換されたＰ偏光光ＬP1 * に変換される。第
１の変換されたＰ偏光光ＬP1 * は第２の偏光分離作用膜
２４2 を透過したのち、第２の全反射ミラー２５2 で上
方に直角に反射されて、第２の出射側プリズム２２2の
出射面から第１のＰ偏光光ＬP1の進行方向と同じ方向に
出射する。
【００２９】また、第１の入射側プリズム２１1 と第２
の出射側プリズム２２2 との接触面に対して４５゜の入
射角で入射する、ランダムな偏光面を有する第２の入射
光Ｐ2 は、第２の１／４波長板２３2 を透過したのち第
２の偏光分離作用膜２４2 入射し、膜面に対して垂直な
偏光面を有する第２のＰ偏光光ＬP2が第２の偏光分離作
用膜２４2 を透過し、膜面に対して平行な偏光面を有す
る第２のＳ偏光光ＬS2が第２の偏光分離作用膜２４2 で
左方に直角に反射されることにより、第２のＰ偏光光Ｌ
P2と第２のＳ偏光光ＬS2とに分割される。第２のＰ偏光
光ＬP2は第２の出射側プリズム２２2 の出射面から出射
する。一方、第２のＳ偏光光ＬS2は、第２の１／４波長
板２３2 を透過することにより円偏光に変換されたの
ち、第１の１／４波長板２３1 を透過することにより第
１の偏光分離作用膜２４1 の膜面に対して垂直な偏光面
を有する第２の変換されたＰ偏光光ＬP2 * に変換され
る。第２の変換されたＰ偏光光ＬP2 * は第１の偏光分離
作用膜２４1 を透過したのち、第１の全反射ミラー２５
1 で上方に直角に反射されて、第１の出射側プリズム２
２1 の出射面から第２のＰ偏光光ＬP2の進行方向と同じ
方向に出射する。
【００３０】したがって、本実施例の板状偏光素子の単
位２０は、第１の入射側プリズム２１1 に入射する第１
および第２の入射光Ｐ1，Ｐ2を第１および第２のＰ偏光
光ＬP1，ＬP2と第１および第２の変換されたＰ偏光光Ｌ
P1 *，ＬP2 *とに損失なく変換して、出射面全面から出射
させることができる。
【００３１】次に、本実施例の板状偏光素子の単位２０
の各構成部品の材料について説明する。
【００３２】第１，第２および第３の入射側プリズム２
１1〜２１3および第１および第２の出射側プリズム２２
1，２２2は、ガラスまたはプラスチックなどで構成する
ことができるが、第１および第２の偏光分離作用膜２４
1，２４2の分離機能を最適に保つためには、屈折率選択
の自由度が大きいガラスで構成した方がよい。また、プ
リズムを用いないで平行平板の組合わせとすることも可
能であるが、この場合には、Ｐ偏光光の透過率がプリズ
ムを用いた場合よりも劣る。第１および第２の１／４波
長板２３1，２３2は、雲母や水晶などの結晶性のもの，
延伸した高分子フィルム，一定の厚さをもつ、一定方向
に分子軸を揃えて配向させた低分子液晶，側鎖型高分子
液晶、または高分子中に分散させた低分子液晶などで構
成することができる。第１および第２の偏光分離作用膜
２４1，２４2は、公知の光学多層膜で構成できる。第１
および第２の全反射ミラー２５1，２５2は、アルミ蒸着
ミラーを用いてもよいし、第２および第３の入射側プリ
ズム２１2，２１3を取除いて、第１および第２の出射側
プリズム２２1，２２2の第１の入射側プリズム２２1 と
反対側の斜面を空気境界面としてもよい。
【００３３】図１に示した単位２０を複数並べて板状偏
光素子を構成する一構成例としては、図２に示すように
単位２０を横方向に複数並べて構成した板状偏光素子４
１がある。また、他の構成例としては、図３に示すよう
に単位２０を横方向に複数並べて構成した列を、互いに
隣合う列同士ではピッチを半分ずらして複数列並べて構
成した板状偏光素子４１ａがある。なお、図２および図
３に示した板状偏光素子４１，４１ａにおいては、互い
に隣合う単位同士の接続面となる入射側プリズム（図１
に示す第２の入射側プリズム２１2 と第３の入射側プリ
ズム２１3 ）は一体的に構成されてもよい。
【００３４】図４は本発明の画像投影装置に用いられる
板状偏光素子の第２の実施例を示す、板状偏光素子の単
位２０ａの構成図である。
【００３５】本実施例の板状偏光素子の単位２０ａが図
１に示した板状偏光素子の単位２０と異なる点は、第１
および第２の１／４波長板２３1，２３2の代わりに、１
／２波長板２６が第１の入射側プリズム２１1と第１の
出射側プリズム２２1 との接触面および第１の入射側プ
リズム２１1 と第２の出射側プリズム２２2 との接触面
の中間に設けられていることである。
【００３６】本実施例の板状偏光素子の単位２０ａで
は、第１の入射光Ｐ1 は、第１のＰ偏光光ＬP1が第１の
偏光分離作用膜２４1を透過し、第１のＳ偏光光ＬS1が
第１の偏光分離作用膜２４1 で右方に直角に反射される
ことにより、第１のＰ偏光光ＬP1と第１のＳ偏光光ＬS1
とに分割される。第１のＰ偏光光ＬP1は第１の出射側プ
リズム２２1 の出射面から出射する。一方、第１のＳ偏
光光ＬS1は、１／２波長板２６を透過することにより偏
光面が９０゜回転されて第１の変換されたＰ偏光光ＬP1
* に変換される。第１の変換されたＰ偏光光ＬP1 * は第
２の偏光分離作用膜２４2 を透過したのち、第２の全反
射ミラー２５2 で上方に直角に反射されて、第２の出射
側プリズム２２2 の出射面から第１のＰ偏光光ＬP1の進
行方向と同じ方向に出射する。また、第２の入射光Ｐ2
は、第２のＰ偏光光ＬP2が第２の偏光分離作用膜２４2
を透過し、第２のＳ偏光光ＬS2が第２の偏光分離作用膜
２４2 で左方に直角に反射されることにより、第２のＰ
偏光光ＬP2と第２のＳ偏光光ＬS2とに分割される。第２
のＰ偏光光ＬP2は第２の出射側プリズム２２2 の出射面
から出射する。一方、第２のＳ偏光光ＬS2は、１／２波
長板２６を透過することにより偏光面が９０゜回転され
て第２の変換されたＰ偏光光ＬP2 *に変換される。第２
の変換されたＰ偏光光ＬP2 * は第１の偏光分離作用膜２
４1 を透過したのち、第１の全反射ミラー２５1 で上方
に直角に反射されて、第１の出射側プリズム２２1 の出
射面から第２のＰ偏光光ＬP2の進行方向と同じ方向に出
射する。したがって、本実施例の板状偏光素子の単位２
０ａもまた、第１の入射側プリズム２１1 に入射する第
１および第２の入射光Ｐ1，Ｐ2を第１および第２のＰ偏
光光ＬP1，ＬP2と第１および第２の変換されたＰ偏光光
ＬP1 * ，ＬP2 * とに損失なく変換して、出射面全面から
出射させることができる。なお、１／２波長板２６は、
第１の入射側プリズム２１1 と第１の出射側プリズム２
２1 との接触面および第１の入射側プリズム２１1 と第
２の出射側プリズム２２2 との接触面の間であればどこ
に設けられてもよい。
【００３７】図５は本発明の画像投影装置に用いられる
板状偏光素子の第３の実施例を示す、板状偏光素子の単
位３０の構成図である。
【００３８】本実施例の板状偏光素子の単位３０は、分
割部（偏光分離作用膜３４）が非偏光光（入射光Ｐ）に
対して斜設され、反射部（全反射膜３５）が分割部に対
して平行に配され、変調部として１／２波長板３６が反
射光（Ｓ偏光光ＬS ）の光路、特に反射部（全反射膜３
５）で反射された反射光（Ｓ偏光光ＬS ）の光路に配さ
れて構成されている。
【００３９】すなわち、本実施例の板状偏光素子の単位
３０は、断面が平行四辺形の第１のガラス部材３１1
と、第１のガラス部材３１1 の両隣に互いに斜面を接触
させて並べられた、断面が直角三角形の第２および第３
のガラス部材３１2，３１3とからなり、３つのガラス部
材３１1 〜３１3 が一体となって一枚の平行平板を構成
している。また、第１のガラス部材３１1 と第２のガラ
ス部材３１2 との接触面には、全反射膜３５が設けられ
ており、第１のガラス部材３１1 と第３のガラス部材３
１3 との接触面には、偏光分離作用膜３４が設けられて
いる。さらに、第１のガラス部材３１1 の出射面（入射
光Ｐが入射する面と反対側の面）には、１／２波長板３
６が設けられている。ここで、偏光分離作用膜３４は、
膜面に対して平行な偏光面を有するＳ偏光光を反射し、
膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光光を透過する
特性を有する。また、１／２波長板３６は、入射角９０
゜で入射してくる光に対して作用するものである。した
がって、本実施例の板状偏光素子の単位３０では、偏光
分離作用膜３４が、入射光を互いに偏光面が直交する反
射光（Ｓ偏光光ＬS）および透過光（Ｐ偏光光ＬP ）に
分割する分割部として機能する。また、全反射膜３５
が、反射光および透過光の一方（Ｓ偏光光ＬS ）を反射
して他方（Ｐ偏光光ＬP ）の進行方向とほぼ同じ方向に
向ける反射部として機能する。さらに、１／２波長板３
６が反射光および透過光の少なくとも一方（Ｓ偏光光Ｌ
S ）の偏光面を変化させて両者の偏光面を一致させる変
調部として機能する。
【００４０】次に、本実施例の板状偏光素子の単位３０
の動作について説明する。
【００４１】偏光分離作用膜３４の膜面に対して４５゜
の入射角で入射する、ランダムな偏光面を有する入射光
Ｐは、膜面に対して垂直な偏光面を有するＰ偏光光ＬP
が偏光分離作用膜３４を透過し、膜面に対して平行な偏
光面を有するＳ偏光光ＬS が偏光分離作用膜３４で左方
に直角に反射されることにより、Ｐ偏光光ＬP とＳ偏光
光ＬS とに分割される。Ｐ偏光光ＬP は第３のガラス部
材３１3 の出射面（入射光Ｐが入射する面と反対側の
面）から出射する。一方、Ｓ偏光光ＬS は全反射膜３５
で上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１2 の出
射面からＰ偏光光ＬP の進行方向と同じ方向に出射した
のち、１／２波長板３６を透過することにより偏光面が
９０゜回転されてＰ偏光光ＬP *に変換される。したがっ
て、本実施例の板状偏光素子の単位３０は、第１のガラ
ス部材３１1 に入射する入射光ＰをＰ偏光光ＬP と前記
変換されたＰ偏光光ＬP *とに損失なく変換して、出射面
全面から出射させることができる。
【００４２】図５に示した単位３０を複数並べて板状偏
光素子を構成する構成例としては、図１に示した単位２
０と同様に図２および図３に示した構成例がある。ここ
で、図５に示した単位３０は、板状偏光素子を構成する
際、断面が平行四辺形のガラス部材を複数並べて構成で
きるため、図１に示した単位２０よりも加工性に優れて
いるという効果がある。すなわち、単位２０は、偏光分
離作用膜３４を片面に設けたガラス板と全反射膜３５
（たとえば、アルミ蒸着膜）を片面に設けたガラス板と
を交互に積層して、４５゜の断面で切断し、切断面を光
学研磨したのち、１／２波長板３６を接着することによ
り容易に作成できる。
【００４３】図６は本発明の画像投影装置に用いられる
板状偏光素子の第４の実施例を示す、板状偏光素子の単
位３０ａの構成図である。
【００４４】本実施例の板状偏光素子の単位３０ａが図
５に示した板状偏光素子の単位３０と異なる点は、１／
２波長板３６が偏光分離作用膜３４（分割部）と全反射
膜３５（反射部）との間に配されていることである。
【００４５】本実施例の板状偏光素子の単位３０ａで
は、入射光Ｐは、Ｐ偏光光ＬP が偏光分離作用膜３４を
透過し、Ｓ偏光光ＬS が偏光分離作用膜３４で左方に直
角に反射されることにより、Ｐ偏光光ＬP とＳ偏光光Ｌ
S とに分割される。Ｐ偏光光Ｌ P は第３のガラス部材３
１3 の出射面から出射する。一方、Ｓ偏光光ＬS は１／
２波長板３６を透過することにより偏光面が９０゜回転
されてＰ偏光光ＬP *に変換されたのち、全反射膜３５で
上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１2の出射
面からＰ偏光光ＬP の進行方向と同じ方向に出射する。
したがって、本実施例の板状偏光素子の単位３０ａは、
第１のガラス部材３１1 に入射する入射光ＰをＰ偏光光
ＬP と前記変換されたＰ偏光光ＬP *とに損失なく変換し
て、出射面全面から出射させることができる。
【００４６】図７は本発明の画像投影装置に用いられる
板状偏光素子の第５の実施例を示す、板状偏光素子の単
位３０ｂの構成図である。
【００４７】本実施例の板状偏光素子の単位３０ｂが図
５に示した板状偏光素子の単位３０と異なる点は、１／
２波長板３６が透過光（Ｐ偏光光ＬP ）の光路である第
３のガラス部材３１3 の出射面に接着されていることで
ある。
【００４８】本実施例の板状偏光素子の単位３０ｂで
は、入射光Ｐは、Ｐ偏光光ＬP が偏光分離作用膜３４を
透過し、Ｓ偏光光ＬS が偏光分離作用膜３４で左方に直
角に反射されることにより、Ｐ偏光光ＬP とＳ偏光光Ｌ
S とに分割される。Ｐ偏光光ＬP は第３のガラス部材３
１3 の出射面から出射したのち、１／２波長板３６を透
過することにより偏光面が９０゜回転されてＳ偏光光Ｌ
S *に変換されて出射する。一方、Ｓ偏光光ＬS は全反射
膜３５で上方に直角に反射され、第２のガラス部材３１
2 の出射面から前記変換されたＳ偏光光ＬS の進行方向
と同じ方向に出射する。したがって、本実施例の板状偏
光素子の単位３０ｂは、第１のガラス部材３１1 に入射
する入射光ＰをＳ偏光光ＬS と前記変換されたＳ偏光光
ＬS *とに損失なく変換して、出射面全面から出射させる
ことができる。
【００４９】図８は本発明の画像投影装置に用いられる
偏光変換ユニットの第１の実施例の一部分を示す斜視図
である。
【００５０】本実施例の偏光変換ユニット４０は、図２
に示した板状偏光素子４１と、板状偏光素子４１の入射
側に設けられた、非偏光光を柵状パターンの非偏光光に
変換する変換手段である両面レンチキュラーレンズ４２
とからなる。ここで、板状偏光素子４１は、両面レンチ
キュラーレンズ４２から出射する柵状パターンの非偏光
光の光軸に対してほぼ直交するよう配され、柵状パター
ンの非偏光光を透過させてほぼ稠密な偏光光に変換す
る。また、図９に示すように、両面レンチキュラーレン
ズ４２の入射光Ｐ1〜Ｐ3（非偏光光）の入射側の面に
は、入射光Ｐ1〜Ｐ3を集束させる作用をもつ、正パワー
レンズからなる集束作用面４３1〜４３3が、板状偏光素
子４１の各単位２０1〜２０3と同じピッチで設けられて
いる。また、両面レンチキュラーレンズ４２の入射光Ｐ
1〜Ｐ3の出射側の面には、集束された入射光Ｐ1〜Ｐ3を
発散させて平行光にする作用をもつ、負パワーレンズか
らなる発散作用面４４1〜４４3が、各単位２０1〜２０3
の第１の入射側プリズム２１1（図１参照）と互いに対
向するよう設けられている。さらに、各発散作用面４４
1〜４４3の間には、平面である非作用面４５1 ，４５2
が設けられている。
【００５１】したがって、両面レンチキュラーレンズ４
２の入射面に直角に入射してくる入射光Ｐ1〜Ｐ3は集束
作用面４３1〜４３3で集束されることにより、図９に示
すように、非作用面４５1，４５2には入射せず発散作用
面４４1〜４４3にのみ入射したのち、発散作用面４４1
〜４４3で平行光にされて出射するため、両面レンチキ
ュラーレンズ４２から出射する光は柵状パターンの非偏
光光となる。この柵状パターンの非偏光光は板状偏光素
子４１で偏光光に変換されたのち、各単位２０1〜２０3
の出射面の全面から出射する。なお、発散作用面４４1
〜４４3の焦点距離の絶対値を集束作用面４３1〜４３3
の焦点距離の半分とすることにより、両面レンチキュラ
ーレンズ４２から出射する柵状パターンの非偏光光の光
束幅を集束作用面４３1〜４３3のピッチの半分にするこ
とができる。また、非作用面４５1，４５2 に吸収膜を
設けることにより、乱反射などによる悪影響を軽減する
ことができる。
【００５２】本実施例の偏光変換ユニット４０は、以下
に示す利点を有する。
【００５３】（１）両面レンチキュラーレンズ４２で入
射光Ｐ1〜Ｐ3を柵状パターンの非偏光光に変換して板状
偏光素子４１の各単位２０1〜２０3に入射させるため、
各単位２０1〜２０3のサイズを小さくすることができ
る。また、板状偏光素子４１の各単位２０1〜２０3のサ
イズをさらに小さくするためには、両面レンチキュラー
レンズ４２の集束作用面４３1〜４３3のピッチを小さく
して柵状パターンの分割数を多くすればよい。
【００５４】（２）光源が有限の径を有するものであっ
ても、入射光Ｐ1〜Ｐ3は板状偏光素子４１の各単位２０
1〜２０3の第１および第２の偏光分離作用膜２４1，４
５2に必ず入射するため、図１４に示した従来の画像投
影装置における欠点が解消でき、光の利用効率および出
射光の偏光度を向上させることができる。特に、第１お
よび第２の偏光分離作用膜２４1，２４2は、Ｓ偏光光に
対する反射率を１００％にすることが比較的容易である
ため、出射光の偏光度を高く保つことができる。 （３）板状偏光素子４１の各単位２０1〜２０3の構成部
品である、第１，第２および第３の入射側プリズム２１
1〜２１3と第１および第２の出射側プリズム２２1，２
２2とは、形状およびサイズを同じにすることができる
ため、製造上部品の種類を減らすことができ、低コスト
化が図れる。特に、コスト的に大きな割合を占めるプリ
ズムの種類を減らすことができるため、低コスト化の効
果が非常に大きい。
【００５５】両面レンチキュラーレンズ４２は、成形性
の容易さ，透過率などの光学特性を考慮すると、アクリ
ル板を押出し成形したものまたはコンプレッション成形
したものを用いることができる。ただし、特に耐熱性が
要求される場合には、ガラス部材からなるコンプレッシ
ョン成形したものまたは研磨成形したものが好ましい。
また、両面レンチキュラーレンズ４２は一体成形で構成
してもよく、片面レンチキュラーレンズを貼り合わせて
構成してもよい。また、光源が有限な径を有する場合に
は、発散作用面４４1〜４４3の焦点距離の絶対値を集束
作用面４３1〜４３3の焦点距離の半分以下とすることに
より、柵状パターンの非偏光光の光束存在領域と光束不
存在領域との比を１：１にすることができる。
【００５６】本実施例の偏光変換ユニット４０は、図２
に示した板状偏光素子４１と両面レンチキュラーレンズ
４２とを用いて構成されたが、図４〜図７に示した単位
２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂからなる板状偏光素子と
両面レンチキュラーレンズとを用いて構成してもよい。
【００５７】次に、本発明の画像投影装置に用いられる
偏光変換ユニットの第２の実施例について説明する。
【００５８】本実施例の偏光変換ユニットは、図３に示
した板状偏光素子４１ａと、板状偏光素子４１ａの入射
側に設けられた、非偏光光を格子状パターンの非偏光光
に変換する変換手段である両面フライアイレンズとから
なる。本実施例の偏光変換ユニットにおいては、両面フ
ライアイレンズで入射光を上下および左右方向に分割し
たのち、板状偏光素子４１ａの各単位２０1〜２０5の第
１の入射側プリズム２１1 に入射させる。なお、本実施
例においても、図４〜図７に示した単位２０ａ，３０，
３０ａ，３０ｂからなる板状偏光素子と両面フライアイ
レンズとを用いて構成してもよい。
【００５９】図１０は本発明の画像投影装置の第１の実
施例を示す概略構成図である。
【００６０】本実施例の画像投影装置は、第１のコンデ
ンサレンズ６４からの平行白色光（非偏光光）を白色直
線偏光光に変換する照明光学系として図８に示した偏光
変換ユニット４０を用いている点が、図１４に示した画
像投影装置と異なる。なお、本実施例の画像投影装置で
は、偏光変換ユニット４０と液晶ライトバルブ６６との
間に、偏光変換ユニット４０からの白色直線偏光光を投
写レンズ６８の瞳内に集光させる第２のコンデンサレン
ズ６５が設けられている。
【００６１】したがって、本実施例の画像投影装置は、
本発明の偏光変換ユニットである偏光変換ユニット４０
を用いて液晶ライトバルブ６６を照明するため、光源６
１から発せられた白色光（非偏光光）を損失なく液晶ラ
イトバルブ６６に入射させることができるとともに、光
源６１から液晶ライトバルブ６６までの距離を短くする
ことができるため、画像投影装置のコンパクト化が図れ
る。
【００６２】図１１は本発明の画像投影装置の第２の実
施例を示す概略構成図である。
【００６３】本実施例の画像投影装置は、非偏光光（白
色光）を発する光源７１と、反射ミラー７２と、熱線カ
ットフィルタ７３と、第１のコンデンサレンズ７４と、
光源７１からの非偏光光を偏光光に変換する照明光学系
と、偏光光をビデオ信号に応じて変調することにより画
像を発生せしめる画像発生部と、画像を投影する投影光
学系とからなる。ここで、照明光学系は、非偏光光であ
る白色光を赤，緑，青の各色の非偏光光に分解する、第
１の分解用ダイクロイックミラー８１，第２の分解用ダ
イクロイックミラー８２および分解用反射ミラー８３か
らなる色分解系と、各色の非偏光光の光路にそれぞれ設
けられた、図８に示した偏光変換ユニット４０と同様の
構成をもつ偏光変換ユニット４０R，４０G，４０B と、
赤用コンデンサレンズ７５R ，緑用コンデンサレンズ７
５G および青用コンデンサレンズ７５B とから構成され
ている。また、画像発生部は、赤，緑，青の各色の画像
を発生させる３個の発生器である赤色用液晶ライトバル
ブ７６R ，緑色用液晶ライトバルブ７６G および青色用
液晶ライトバルブ７６B からなる。さらに、投影光学系
は、第１の合成用ダイクロイックミラー８４と、合成用
反射ミラー８５と、第２の合成用ダイクロイックミラー
８６と、投写レンズ７８とからなる。
【００６４】本実施例の画像投影装置では、赤色の非偏
光光ＰR が第１の分解用ダイクロイックミラー８１で上
方に直角に反射され、また、第１の分解用ダイクロイッ
クミラー８１を透過したシアンの非偏光光ＰG＋ＰBのう
ち青色の非偏光光ＰB が第２の分解用ダイクロイックミ
ラー８２を透過し、緑色の非偏光光ＰG が第２の分解用
ダイクロイックミラー８２で上方に直角に反射されるこ
とにより、第１のコンデンサレンズ７４から出射され
た、非偏光光である平行白色光ＰR＋ＰG＋ＰBは、赤，
緑，青の各色の非偏光光ＰR，ＰG，ＰB に分解される。
なお、赤色の非偏光光ＰR は分解用反射ミラー８３で左
方に直角に反射されたのち、赤用偏光変換ユニット４０
R に入射して、赤色の偏光光に変換される。また、緑色
の非偏光光ＰG は第２の分解用ダイクロイックミラー８
２で反射されたのち、緑色用偏光変換ユニット４０G に
入射して、緑色の偏光光に変換される。さらに、青色の
非偏光光ＰB は第２の分解用ダイクロイックミラー８２
を透過したのち、青色用偏光変換ユニット４０B に入射
して、青色の偏光光に変換される。
【００６５】赤色の偏光光は、赤用コンデンサレンズ７
５R を介して赤色用液晶ライトバルブ７６R に入射さ
れ、カラービデオ信号の赤色成分に応じて偏光面が回転
させられることにより変調され、Ｐ偏光光およびＳ偏光
光の両方を含む光束になり、さらに赤用偏光板７７R に
より直線偏光の赤色画像光Ｒ* に変換される。同様にし
て、緑色の偏光光は、緑色用液晶ライトバルブ７６G お
よび緑用偏光板７７G の作用により、カラービデオ信号
の緑色成分に応じて変調された緑色画像光Ｇ* に変換さ
れ、また、青色の偏光光は、青色用液晶ライトバルブ７
６B および青用偏光板７７B の作用により、カラービデ
オ信号の青色成分に応じて変調された青色画像光Ｂ* に
変換される。
【００６６】赤色画像光Ｒ* と緑色画像光Ｇ* とは、第
１の合成用ダイクロイックミラー８４で合成されて黄色
画像光Ｒ*＋Ｇ*に変換されたのち、第２の合成用ダイク
ロイックミラー８６に入射する。また、青色画像光Ｂ*
は、合成用反射ミラー８５で上方に直角に反射されたの
ち、第２の合成用ダイクロイックミラー８６に入射す
る。そして、黄色画像光Ｒ*＋Ｇ*が第２の合成用ダイク
ロイックミラー８６を透過し、青色画像光Ｂ* が第２の
合成用ダイクロイックミラー８６で左方に直角に反射さ
れることにより、黄色画像光Ｒ*＋Ｇ*と青色画像光Ｂ*
とが合成されて、カラービデオ信号に応じて変調された
白色画像光Ｒ*＋Ｇ*＋Ｂ* に変換される。白色画像光Ｒ
*＋Ｇ*＋Ｂ* は、投写レンズ７８によりスクリーン（不
図示）に拡大投射され、スクリーンにカラー画像が投写
される。
【００６７】本実施例の画像投射装置は、赤，緑，青の
各色の非偏光光ＰR，ＰG，ＰB ごとに偏光変換ユニット
をもつことにより、以下に示す効果を有する。
【００６８】（１）赤用偏光変換ユニット４０R ，緑用
偏光変換ユニット４０G および青用偏光変換ユニット４
０B の各単位に用いられている１／４波長板および偏光
分離作用膜（図１参照）の波長依存性を零にすることは
困難であるため、非偏光光である平行白色光ＰR＋ＰG＋
ＰBを入射光とするよりも、赤，緑，青の各色の非偏光
光ＰR，ＰG，ＰB を入射光とした方が光の利用効率の向
上が図れる。
【００６９】（２）一般に光源７１は有限な径を有する
ため、光源７１から発せられる白色光は必ず有限の拡が
り角をもつ。また、有限の拡がり角をもつ光のビーム径
を何らかの光学系によって圧縮すると、ビーム径の圧縮
比に逆比例して拡がり角が大きくなる。したがって、図
１４に示した従来の画像投影装置では、偏光変換ユニッ
トと液晶ライトバルブ117 までの距離が大きいため、有
限の拡がり角をもつ光のビーム径を圧縮しても、光の拡
がり角の増加により液晶ライトバルブ117 への集光効率
が低下する。一方、本実施例の画像投影装置では、薄い
平板形状の偏光変換ユニットを用いているため、偏光変
換ユニットを液晶ライトバルブに近接して設置できるの
で、赤，緑，青の各色の非偏光光ＰR，ＰG，ＰB の拡が
り角の増加による液晶ライトバルブ117 への集光効率の
低下を防げる。
【００７０】次に、本発明の画像投射装置の第３の実施
例について説明する。
【００７１】本実施例の画像投射装置は、緑用偏光変換
ユニット４０G および青用偏光変換ユニット４０B の代
わりに、第１の分解用ダイクロイックミラー８１と第２
の分解用ダイクロイックミラー８２との間（緑色の非偏
光光ＰG と青色の非偏光光ＰB との共通光路）に設けら
れたシアン用偏光変換ユニットを有する点が、図１１に
示した画像投射装置と異なる。
【００７２】複数の偏光変換ユニットを用いる場合に
は、光源から発せられる光の利用効率および色ムラの発
生抑圧の点から、各偏光変換ユニットは光学的に等価な
位置（光の進行方向および振幅などが等価な位置）にそ
れぞれ配置された方がよいため、図１１に示した画像投
射装置のように構成することが望ましいが、部品点数の
削減を優先する場合などでは、本実施例の画像投射装置
のように構成して、偏光変換ユニットの個数を減らして
も、従来の画像投射装置よりも光の利用効率を向上をさ
せることができるとともに、装置全体のコンパクト化も
図れる。
【００７３】なお、図１１に示した画像投射装置におい
て、各色用の偏光変換ユニット４０R，４０G，４０B と
して、図４〜図７に示した単位２０ａ，３０，３０ａ，
３０ｂからなる板状偏光素子と両面レンチキュラーレン
ズとを組み合わせた構成のもの、または図３に示した板
状偏光素子４１ａと両面フライアイレンズとを組み合わ
せた構成のものを用いてもよい。また、本発明の画像投
射装置の構成は、図１１に示した構成に限定されること
はなく、たとえば、特開昭６２ー５９９１９号公報のよ
うに、各色フィルタを用いて白色光を各色光に分解し、
液晶ライトバルブで変調された各色光をキューブプリズ
ムで合成する画像投射装置において、各色フィルタごと
に図８に示した偏光変換ユニット４０を配置してもよ
い。また、特開昭６２ー１３９１号公報のように、第１
のキューブプリズムで白色光を各色光に分解し、反射型
液晶ライトバルブで変調された各色光を第２のキューブ
プリズムで合成する画像投射装置において、第１のキュ
ーブプリズムの各色光の出射面に図８に示した偏光変換
ユニット４０を配置してもよい。
【００７４】以上説明したように、本発明によれば、偏
光変換系のコンパクト化が図れる画像投影装置を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素
子の第１の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０の構
成図である。
【図２】図１に示した単位２０を複数並べて板状偏光素
子を構成した一構成例を示す部分図である。
【図３】図１に示した単位２０を複数並べて板状偏光素
子を構成した他の構成例を示す部分図である。
【図４】本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素
子の第２の実施例を示す、板状偏光素子の単位２０ａの
構成図である。
【図５】本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素
子の第３の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０の構
成図である。
【図６】本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素
子の第４の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ａの
構成図である。
【図７】本発明の画像投影装置に用いられる板状偏光素
子の第５の実施例を示す、板状偏光素子の単位３０ｂの
構成図である。
【図８】本発明の画像投影装置に用いられる偏光変換ユ
ニットの第１の実施例の一部分を示す斜視図である。
【図９】図８に示した両面レンチキュラーレンズ４２の
動作を説明する図である。
【図１０】本発明の画像投影装置の第１の実施例を示す
概略構成図である。
【図１１】本発明の画像投影装置の第２の実施例を示す
概略構成図である。
【図１２】この種の投写型表示装置の従来例の一つを示
す要部構成図である。
【図１３】この種の投写型表示装置の他の従来例を示す
要部構成図である。
【図１４】特開昭６１−９０５８４号公報に記載されて
いる投写型表示装置を示す要部構成図である。
【図１５】図１４の投写表示装置において並列照明方式
を適用したときの問題点を説明する図である。
【符号の説明】
２０，２０1〜２０5，２０ａ，３０，３０ａ，３０ｂ
単位 ２０1〜２０3 入射側プリズム ２２1，２２2 出射側プリズム ２３1，２３2 １／４波長板 ２４1，２４2，３４ 偏光分離作用膜 ２５1，２５2 全反射ミラー ３１1〜３１3 ガラス部材 ３５ 全反射膜 ３６ １／２波長板 ４０ 偏光変換ユニット ４０R 赤用偏光変換ユニット ４０G 緑用偏光変換ユニット ４０B 青用偏光変換ユニット ４１ 板状偏光素子 ４２ 両面レンチキュラーレンズ ４３1〜４３3 集束作用面 ４４1〜４４3 発散作用面 ４５1，４５2 非作用面 ６１，７１ 光源 ６２，７２ 反射ミラー ６３，７３ 熱線カットフィルタ ６４，７４ 第１のコンデンサレンズ ６５ 第２のコンデンサレンズ ６６ 液晶ライトバルブ ６７ 偏光板 ６８，７８ 投写レンズ ７５R 赤用コンデンサレンズ ７５G 緑用コンデンサレンズ ７５B 青用コンデンサレンズ ７６R 赤用液晶ライトバルブ ７６G 緑用液晶ライトバルブ ７６B 青用液晶ライトバルブ ７７R 赤用偏光板 ７７G 緑用偏光板 ７７B 青用偏光板 ８１ 第１の分解用ダイクロイックミラー ８２ 第２の分解用ダイクロイックミラー ８３ 分解用反射ミラー ８４ 第１の合成用ダイクロイックミラー ８５ 合成用反射ミラー ８６ 第２の合成用ダイクロイックミラー Ｐ，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3 入射光 ＬP，ＬP1，ＬP2 Ｐ偏光光 ＬS，ＬS1，ＬS2 Ｓ偏光光 ＬP *，ＬP1 *，ＬP2 * 変換されたＰ偏光光 ＬS *，ＬS1 *，ＬS2 * 変換されたＳ偏光光 ＰR＋ＰG＋ＰB 平行白色光 ＰR 赤色の非偏光光 ＰG 緑色の非偏光光 ＰB 青色の非偏光光 Ｒ* 赤色画像光 Ｇ* 緑色画像光 Ｂ* 青色画像光 Ｒ*＋Ｇ* 黄色画像光 Ｒ*＋Ｇ*＋Ｂ* 白色画像光
フロントページの続き (72)発明者 木村 一己 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 新嘉喜 純子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−121821（ＪＰ，Ａ) 米国特許2748659（ＵＳ，Ａ) 米国特許2810324（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 5/30 G03B 21/00 G02B 27/28

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレ
    ンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光
    分離膜と、 該偏光分離膜を透過したＰ偏光光をＳ偏光光に変換する
    １／２波長板と、 前記偏光分離膜で反射したＳ偏光光を反射して前記１／
    ２波長板を出射する前記Ｓ偏光光の進行方向とほぼ同じ
    方向に向ける反射膜と、を有することを特徴とする画像
    投影装置。
  2. 【請求項２】 照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレ
    ンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光
    分離膜と、 該偏光分離膜で反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換する
    １／２波長板と、 前記１/２波長板からのＰ偏光光を反射して前記偏光分
    離膜を透過したＰ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向
    ける反射膜と、を有することを特徴とする画像投影装
    置。
  3. 【請求項３】 照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレ
    ンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 前記入射する光束をＰ偏光光とＳ偏光光に分離する偏光
    分離膜と、 該偏光分離膜で反射したＳ偏光光を反射して前記偏光分
    離膜を透過したＰ偏光光の進行方向とほぼ同じ方向に向
    ける反射膜と、 前記反射膜で反射したＳ偏光光をＰ偏光光に変換する１
    ／２波長板と、を有することを特徴とする画像投影装
    置。
  4. 【請求項４】 照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数のレ
    ンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 互いに逆向きにほぼ同じ角度で前記光束に対し傾いてお
    り且つ各一方の偏光分離膜で反射した光が各他方の偏光
    分離膜に入射するように傾いた、前記入射する光束をＰ
    偏光光とＳ偏光光に分離する一対の偏光分離膜と、 該一対の偏光分離膜のそれぞれが反射したＳ偏光光をＰ
    偏光光に変換するために該一対の偏光分離膜の対向する
    面に設けた一対の１／４波長板と、 前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記一対
    の１／４波長板を通過して偏光変換された後で前記各他
    方の偏光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前記一
    対の偏光分離膜を前記１／４波長板を介さず透過したＰ
    偏光光とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一対の
    偏光分離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を有す
    ることを特徴とする画像投影装置。
  5. 【請求項５】 照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数の集
    光レンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 互いに逆向きにほぼ同じ角度で前記光束に対し傾いてお
    り且つ各一方の偏光分離膜で反射した光が各他方の偏光
    分離膜に入射するようにした、前記入射する光束をＰ偏
    光光とＳ偏光光に分離する一対の偏光分離膜と、 該一対の偏光分離膜のそれぞれが反射したＳ偏光光をＰ
    偏光光に変換するために該一対の偏光分離膜の中間に設
    けた１／２波長板と、 前記各一方の偏光分離膜で反射したＳ偏光光が前記１／
    ２波長板を通過して偏光変換された後で前記各他方の偏
    光分離膜を通過したＰ偏光光を反射して、前記一対の偏
    光分離膜を前記１／２波長板を介さず透過したＰ偏光光
    とほぼ同じ進行方向に向けるために、前記一対の偏光分
    離膜を挟むように配した一対の反射膜と、を有すること
    を特徴とする画像投影装置。
  6. 【請求項６】 照明光学系と、 前記照明光学系からの偏光光で画像光を形成する画像形
    成手段と、 前記画像光を投影する投影光学系とを備え、 前記照明光学系は、 光源からの光の光路を横切る所定方向に沿って複数の集
    光レンズが並んだレンズ群と、 前記所定方向に沿って並んだ複数の単位を有し、前記レ
    ンズ群からの前記所定方向に並んだ複数の光束のそれぞ
    れが前記複数の単位のうちの対応する単位に入射する偏
    光素子と、 前記偏光素子の前記複数の単位からの偏光光により前記
    画像形成手段を照明する光学系と、を有し、 前記偏光素子の前記複数の単位はそれぞれ、 入射光を互いに偏光方向が直交する反射光および透過光
    に分割する分割部と、 前記反射光および前記透過光の一方を反射して他方の進
    行方向とほぼ同じ方向に向ける反射部と、 前記反射光および前記透過光の少なくとも一方の偏光方
    向を変化させて両者の偏光方向を一致させる変調部と、
    を有することを特徴とする画像投影装置。
  7. 【請求項７】 前記画像形成手段は、液晶表示素子と、
    該液晶表示素子の光出射側に該液晶表示素子から分離し
    て設けた偏光板とを有することを特徴とする請求項１〜
    ６のいずれか１項に記載の画像投影装置。
  8. 【請求項８】 前記照明光学系は前記光源としてのラン
    プと該ランプからの光を前記偏光素子の方へ反射する凹
    面鏡を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
    １項に記載の画像投影装置。
  9. 【請求項９】 前記各単位において前記波長板と前記偏
    光分離膜とは双方共前記単位を構成するプリズム上に設
    けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
    に記載の画像投影装置。
  10. 【請求項１０】 前記各単位において前記変調部と前記
    分割部とは双方共前記単位を構成するプリズム上に設け
    られることを特徴とする請求項６に記載の画像投影装
    置。
  11. 【請求項１１】 前記レンズ群は、前記所定方向にレン
    ズが並ぶフライアイレンズ或いは前記所定方向にレンズ
    が並ぶレンチキュラーレンズを有することを特徴とする
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の画像投影装置。
  12. 【請求項１２】 前記波長板は、雲母や水晶などの結
    晶、延伸した高分子フィルム、分子軸をそろえて配向さ
    せた低分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは高分子中に
    低分子液晶を高分子中に分散させた高分子液晶で構成す
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
    の画像投影装置。
  13. 【請求項１３】 前記変調部は、雲母や水晶などの結
    晶、延伸した高分子フィルム、分子軸をそろえて配向さ
    せた低分子液晶、側鎖型高分子液晶、或いは高分子中に
    低分子液晶を高分子中に分散させた高分子液晶で構成す
    ることを特徴とする請求項６に記載の画像投影装置。
  14. 【請求項１４】 前記供給手段は、Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の
    前記偏光光を得るための複数のダイクロイックミラーを
    有し、前記画像形成手段は前記Ｒ，Ｇ，Ｂの三色の偏光
    光によりＲ，Ｇ，Ｂ三色の画像光を形成する３つの液晶
    表示装置を有し、前記投影手段は、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ三色
    の画像光を合成して投影することを特徴とする請求項１
    〜１３のいずれか１項に記載の画像投影装置。
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