プロジェクタ
【課題】単板型の液晶プロジェクタの照明光学系において、ロッドインテグレータを用いた構成でありながら、偏光変換が高効率で実行され、光利用効率の高いプロジェクタを提供する。
【解決手段】照明光学系１０の照明レンズ光軸７３に対し同じ間隔で第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが設けられ、第１の導光部材の光軸７１からの出射光は照明レンズ４１、４２を経由して反射型偏光板５１に入射し、第１の偏光の光は透過して液晶パネル５３に投写され、第２の偏光の光は反射して照明レンズ４２、４１から第２の導光部材の光軸７２を経由して第２の選択反射透光膜２４で反射され、第２の導光部材の光軸７２および照射レンズ光軸７３を戻って、１／４波長板５２で第１の偏光に偏光変換され、反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に投写される。
【解決手段】照明光学系１０の照明レンズ光軸７３に対し同じ間隔で第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが設けられ、第１の導光部材の光軸７１からの出射光は照明レンズ４１、４２を経由して反射型偏光板５１に入射し、第１の偏光の光は透過して液晶パネル５３に投写され、第２の偏光の光は反射して照明レンズ４２、４１から第２の導光部材の光軸７２を経由して第２の選択反射透光膜２４で反射され、第２の導光部材の光軸７２および照射レンズ光軸７３を戻って、１／４波長板５２で第１の偏光に偏光変換され、反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に投写される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクタに関し、特に単板型の液晶プロジェクタの照明光学系を用いるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、投射型表示装置であるプロジェクタとして、角柱状の導光部材の入射端に光源を配置して、この導光部材の出射端側には画像形成素子である液晶パネルを配置し、導光部材から出射する光を直接液晶パネルに入射させる照明光学系を有するプロジェクタが知られている。
【０００３】
液晶パネルを表示素子に用いるプロジェクタにおいては、光源が放電ランプであっても発光ダイオードであっても、非偏光を発する光源を使う限り、光利用効率を高めるためにどちらか一方の直線偏光光に統一するための偏光変換を実施することが行われている。また、偏光変換と同時に、投射画像の輝度の均一性の確保も非常に重要なので、偏光変換と輝度均一化を両立させることが必要であった。
【０００４】
この両立を果たすことのできる構成としては、放電ランプ（白色の非偏光光）と、フライアイレンズと、そしてフラットＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）とを用いる構成が、セイコーエプソン社により確立されて、現在の液晶プロジェクタにおける最先端の技術として認められている。
【０００５】
この構成の優れている点は、フライアイレンズによる光束分割と、この分割光束の集光によって作り出される空間的な隙間を巧みに利用して、その隙間に位相差板が一体化されている偏光ビームスプリッタアレイを配置することで、ランプリフレクタから供給される光束の、光束径が増加することを抑制しつつ偏光変換を実施しているところにある。
【０００６】
しかしながら、この構成は、光源が発光ダイオードを使った超小型プロジェクタに適用しようとする場合には、最適な構成とはいい難い。それは、この方式が、発光長が約１ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の光源放電ランプに、放物面を有するリフレクタを組み合わせて略平行光を作り出すことを前提としており、発光ダイオードを用いて小型薄型で電池駆動も可能なプロジェクタを目指す場合には、光学系が大きくなって適用することが難しいからである。
【０００７】
小型の光源である発光ダイオードの発光部の大きさは、通常約２ｍｍ四方以上である。放電ランプと同じようにリフレクタを組み合わせたのでは、光源部の大きさが数十ｍｍ径にも及んでしまい、小型のプロジェクタを実現することはできない。仮に口径の小さなリフレクタと組み合わせれば、ランプリフレクタ（光源部）としては小型になるものの、放電ランプの２倍以上もある発光部からの光を平行化することは非常に困難であり、高い光利用効率を獲得することはできない。
【０００８】
投射画面輝度の均一性を高めるという点においてはロッドインテグレータ用いることは非常に有効な手段である。このことは以前から露光装置の照明系において知られている。ロッドインテグレータのプロジェクタ照明系への適用例としては、白色放電ランプを用いたＤLＰ（（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタの光学系で実用化されていて、標準となっている。ＤLＰは、その素子の性格上、液晶と大きく異なり、非偏光の光は全く要求されないので偏光変換を実施する必要はない。
【０００９】
数年前、米Ｍｏｘｔｅｋ社により、反射型の偏光板が実用化された。反射型であることを利用し、それを単なる偏光板としてではなく、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）の代替として利用できれば、偏光変換の新たな構成が期待できると考えられた。
【００１０】
実際、過去において、ロッドインテグレータの入射開口に穴あきミラーを配し、出射側に１／４波長板と反射型偏光板を備えるという構成で、ロッドインテグレータによって輝度均一化の機能と偏光変換（偏光統一）機能とを一体化したものが開示された。海外メーカーも、マイクロディスプレィ関連の国際学術会議の論文で発表している。
【００１１】
しかしながら、この構成を具現化したプロジェクタは、今のところどこのメーカーからも発売されていない。その大きな理由は２つ考えられる。一つは、ロッドインテグレータの入射端面に配置する穴あきミラーの存在である。この穴は入射光の開口制限になるとともに、偏光板反射光の損失を招く。
【００１２】
即ち、この穴あきミラーに向けて光源からの収束光束が入射するが、より多くの光を入射させようとすると穴はできるだけ大きい方がよい。しかしながら、出射端面の反射型偏光板で反射された光は、入射端面の穴あきミラーの方向に一旦戻ってくる。それ故に穴が大きいと戻ってきた光が穴あきミラーのミラー部分で反射せずに穴を通って光源側に抜けて使用されないという問題がある。
【００１３】
それに対して穴を小さくすると別の問題が発生する。穴が小さくなったことによって光源側に抜ける反射型偏光板からの反射光は減少するものの、最初にロッドインテグレータに入射させるべき光が少なくなってしまうので、これもまた問題である。
【００１４】
それでは相対的にロッドインテグレータの外形を大きくすればよいように思われるが、それは避けなければならない。もしそうした場合には、結果として光利用効率を低下させることとなる。ロッドインテグレータの出射端面の形状の出射光は、表示パネルに対応するまで拡大されるのだから、光利用効率を上げたい場合は、ロッドインテグレータの出射端面は小さいほどよい。
【００１５】
より詳しく説明すると、ロッドインテグレータの出射端面の大きさは、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）の表示パネルの大きさよりも小さくするというのが通常である。ロッドインテグレータの出射面の大きさがＤＭＤより小さいということは、ＤＭＤの表示領域相応の大きさに拡大して結像するための照明系を構成する必要がある。
【００１６】
この拡大する過程の中で、ロッドインテグレータ出射時の光線の広がり角度が小さくなってＤＭＤへ達するのである。広がり角度が小さくなれば、ＤＭＤを効率よく照明し、その後のレンズ系も通過しやすくなるから、トータルとして高い光利用効率が達成できる。
【００１７】
実用化していないもうひとつの理由は、偏光変換過程、すなわちロッドインテグレータ内を伝播中における偏光の乱れである。この乱れは、特に偏光板反射光が偏光変換される過程で生ずる。反射型偏光板において直線偏光光に効率良く分離されても、ロッドインテグレータ内で何回も反射している間に偏光の乱れが生じてしまう。乱れた偏光は最終的には反射型偏光板を透過することができず、光の損失を招くこととなる。
【００１８】
ロッドインテグレータの性格上、内面反射が多いほど輝度の均一性は高まる。しかし、一方では偏光の乱れが増大するのは必至である。均一性の確保と偏光の乱れの抑制とを両立させることは難しい。
【００１９】
以上の２つの大きな理由で、反射型の偏光板を利用してＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）の代替としての利用する方法はなかなか実用化に至ってないと考えられる。当然のこととして、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）に変わったからといって改善できる訳ではない。
【００２０】
近年ＬＥＤを光源に使用したプロジェクタが開示されている。ＬＥＤを光源にすることで、従来の白色放電ランプを使ったプロジェクタに比べて低コスト化が期待でき、小型で低消費電力、かつ、色再現範囲が広いといった特徴を実現することができる。
【００２１】
特許文献１（特開２００６-１０６６８３号公報）には、表示パネルに単一のＤＭＤ素子を用い、光源に発光ダイオードを用いた従来例のプロジェクタが開示されており、特許文献２（特開２００６-１０６６８２号公報）にも、表示パネルに単一のＤＭＤ素子を用い、光源に発光ダイオードを用いた従来例のプロジェクタが開示されている。
【００２２】
また、非特許文献１には発光ダイオード光源を有し表示素子に単一の反射型液晶デバイスであるＬＣｏＳ素子（反射型液晶デバイス）を用いた従来例のプロジェクタが開示されており、非特許文献２と非特許文献３とには発光ダイオード光源と３枚の液晶パネルを使用した携帯型のミニプロジェクタが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０６６８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６６８２号公報
【非特許文献１】"Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐａｎｅｌ ＬＣｏＳ Ｃｏｌｏｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ” ＳＩＤ ０５ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ１６９８−１７０１
【非特許文献２】"Ａ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ＬＥＤ Lｉｇｈｔ Ｓｏuｒｃｅs” ＳＩＤ ０５ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ１７０６−１７０９
【非特許文献３】“Ｃｏｍｐａｃｔ Ｔｈｒｅｅ Ｐａｎｅｌ ＬＥＤ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｅｎｇｉｎｅ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎs” ＳＩＤ ０６ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ２０１１−２０１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
プロジェクタの低コスト化のためには、光学エンジンの部品点数が少ないことが望ましい。従って非特許文献２や３に開示されている３つの表示素子を用いるプロジェクタよりも単一の表示素子を用いるプロジェクタの方が有利といえる。また、光学系の部品点数の少ないことはプロジェクタ全体の小型化にも少なからず寄与する。
【００２４】
従って、反射光学系の構成が必要となる特許文献１、２に開示されているＤＭＤ素子を用いるよりも、単一の液晶パネルを用いることが好ましい。
【００２５】
また、プロジェクタの色再現性を高め、しかも輝度を明るくするには、光源の発光ダイオードは、赤、青、緑の色光のものを個別に用意することが好ましい。しかしながら、単一の表示パネルに個別に設けられた発光ダイオードからの光を照射するには、各々の光源からの光をダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等を用いて、それぞれの光の経路を一旦合流させた上で表示パネルに光を照射する必要があり、それらの光学部品を配置するための空間が必要となるので小型化という意味では、好ましいとはいい難い。
【００２６】
また、単一の液晶パネルに対しＬＥＤ光源を用いてプロジェクタの光学系を実現するときには、液晶パネルには偏光光を照射しなければならない。ＬＥＤからの光は非偏光光なので、そのためには偏光変換を実施する必要がある。
【００２７】
一般的には、表示パネルがＴＮ液晶パネルである場合には、直線偏光光を照射する必要がある。すなわち、光源からの非偏光光の直交する直線偏光成分のうち、どちらか一方を他の偏光成分と同じになるように変換して照射する必要がある。
【００２８】
この偏光変換が効率よく実行されないと、光利用効率の低下が生ずる。仮に偏光変換を全く行わないなら、約半分の光が捨てられてしまうことになる。この対策として、例えば、非特許文献１では、光源であるＬＥＤ素子のすぐ後にＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒと呼ばれる複合放物面形状を有する導光部材が配置されている。
【００２９】
光源からの光束をＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒでの全反射を利用して略平行光に変換して出射させ、表示パネルの照明を行っている。偏光変換は、ＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒの出口のところに１／４波長板と反射型の偏光板を配置している。
【００３０】
反射型の偏光板で反射した成分の直線偏光光（例えばＳ偏光）を、光源であるＬＥＤまで戻し、ＬＥＤ表面で再び反射させてＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒから取り出すことで、１／４波長板の２回通過を利用して偏光板透過可能な直線偏光光（例えばＰ偏光）に変換している。
【００３１】
しかしながら、この手法では高い偏光変換効率を達成することはできない。反射型の偏光板で反射した成分の光は効率よくＬＥＤ光源の表面までは戻っていく。しかしながら、半導体であるＬＥＤ素子表面の反射率はせいぜい１７％から２０％程度しかないので、ここでの反射は、さほど期待できない。このＬＥＤ表面での光損失が大きいので反射型の偏光板を設けない場合と比較して、偏光変換の効率（ゲイン）としては１．２程度にとどまる。
【００３２】
また、単一の表示パネルを用いた単板型のプロジェクタを用いる場合、この表示パネルには赤→青→緑→赤→青→緑→・・・という色光の繰り返しが供給される必要がある。光源を発光ダイオードに限定するなら、プロジェクタとしての色再現性を高め、高輝度化を達成するためには赤、青、緑の３種の発光ダイオードを配備して光学系を構成するのがこのましい。
【００３３】
異なる色光の発光ダイオードからの光を液晶パネルに照射する必要があるので、発光ダイオードの各々にロッドインテグレータを対応させて、その各々のロッドインテグレータからの光が液晶パネルに照射されるように照明レンズを構成し、各々の発光ダイオードが順番に点灯するように制御することが最も望ましい。単板型であるので、色再現性を高め、高輝度化を達成するためには、異なる色光の発光ダイオードと、複数のロッドインテグレータは必要不可欠な構成要素である。あとは、偏光変換の手段をどうするかということが問題であるが、構造的に大型化や複雑化となることは避けたい。
【００３４】
本発明の目的は、単板型の液晶プロジェクタの照明光学系において、ロッドインテグレータを用いた構成でありながら、偏光変換が高効率で実行され、光利用効率の高いプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明のプロジェクタは、
光源からの第１の色光と第２の色光と第３の色光とを、導光部材と照明レンズとを経由して単一の画像形成素子に入射させ、形成された画像を投射するプロジェクタであって、第１の色光は透過し第２の色光および第３の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第１の導光部材と、第１の導光部材の光軸上に配置されて第１の色光を発光する第１の光源とからなる第１の光源部と、照明レンズの光軸を対称軸として、第１の導光部材および第１の光源と対称の位置に設けられており、第２の色光および第３の色光は透過し第１の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第２の導光部材と、第２の導光部材の光軸上に配置されて第２の色光および第３の色光を選択して発光する、第１の光源と共に光源を形成する第２の光源とからなる第２の光源部と、照明レンズと画像形成素子との間に設けられ、第１の偏光光は透過し第２の偏光光は反射する反射型偏光板と、反射型偏光板からの反射光を円偏光に変換し、選択反射透光膜からの反射光を第１の偏光に変換させる位相差板と、第１の光源部からの出射光と反射光とを反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第２の光源部の選択反射透光膜に出射し、第２の光源部からの出射光と反射光とを反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第１の光源部の選択反射透光膜に出射する照明レンズ群と、を有する光学系を備えたことを特徴とする。
【００３６】
第１の光源部と、その第１の光源部と組み合わされる第２の光源部との組合せが１つ以上設けられ、組となる第１の光源部の第１の導光部材の光軸と第２の光源部の第２の導光部材の光軸とは、照明レンズの光軸を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の第１の導光部材の光軸、および複数の第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されていてもよい。
【００３７】
第１の光源部と第２の光源部の組合せが２組以上であり、第２の光源は、第２の色光を発光する第３の光源および第３の色光を発光する第４の光源に分割され、第３の光源と第４の光源とがそれぞれ所定の個数となるように第２の光源部に配置されていてもよい。また、第１の色光は緑色であり、第２の色光は赤色であり、第３の色光は青色であってもよい。また、選択反射透光膜はガラス基板上に形成され、そのガラス基板が導光部材の入射側および出射側のいずれかに配置されていてもよい。
【００３８】
照明レンズ群は、第１の導光部材および第２の導光部材のそれぞれの出射側に設けられた光源用の補助レンズ、ならびに、第１の導光部材側の補助レンズからの出射光を反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第２の導光部材側の補助レンズを経由して第２の導光部材の選択反射透光膜に出射し、第２の導光部材側の補助レンズからの出射光を反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第１の導光部材の補助レンズを経由して第１の導光部材の選択反射透光膜に出射する、第１の照明レンズおよび第２の照明レンズから構成されてもよい。
【００３９】
単板型の画像形成素子が単一の液晶パネルであってもよく、第１から第４の光源は発光ダイオードであってもよい。
【００４０】
第２の導光部材の光軸を照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、反射ミラーで変換された第２の導光部材の光軸上に第２の光源と、第２のロッドインテグレータと、補助レンズとが設けられていてもよく、第１の導光部材の光軸を照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、反射ミラーで変換された第１の導光部材の光軸上に第１の光源と、第１のロッドインテグレータと、補助レンズとが設けられていてもよい。
【００４１】
光源からの光をロッドインテグレータに入射させ、ロッドインテグレータから出射した光を照明レンズにより所定の倍率で拡大して単一の液晶パネルに照射し、液晶パネルの画像を投射レンズにより拡大投射する単板型の液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルの入射側近傍に、反射型の偏光板を備えている。
【００４２】
また、少なくとも２個のロッドインテグレータを備え、各々のロッドインテグレータは、その中心軸が、照明レンズの光軸に対して平行かつ所定の距離離れて配置されている。ここで、所定の距離とは２つのロッドインテグレータの中心軸が、照明レンズの光軸と等距離離れていることである。つまり、照明レンズの光軸に対して２つのロッドインテグレータは対称に配置されている。照明レンズの光軸と表示パネルの中心軸とは略一致してしてもそうでなくともかまわない。
【００４３】
１対となる２個のロッドインテグレータの入射面近傍にはそれぞれ光源が配置されている。第１のロッドインテグレータには、例えば緑の色光の光源が配置され、第２のロッドインテグレータには例えば青と赤の色光を選択して発光する光源が配置される。２個のロッドインテグレータには互いに異なる色光の光源が配置されることが望ましい。
【００４４】
各ロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には、配置されている光源の色光を透過し、他のロッドインテグレータに配置されている光源の色光の光を反射させる特性を有する選択反射型透光膜が設けられている。即ち、第１のロッドインテグレータに緑の光源が配置され、第２のロッドインテグレータに赤と青の光源が配置されているならば、第１のロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には、緑の色光を透過し青と赤の色光を反射する選択反射型透光膜が蒸着されており、第２のロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には青と赤の色光を透過し緑の色光を反射させる選択反射型透光膜が蒸着されている。
【００４５】
個々のロットインテグレータの出射端面側には補助レンズが備えられている。この補助レンズの中心軸は、ロッドインテグレータの中心軸と一致していることが好ましい。補助レンズは複数個備えられていてもよい。
【００４６】
第１のロッドインテグレータに入射する緑の色光の光（非偏光光）はロッドインテグレータ内での内面反射により、たとえ光源に輝度ムラが存在しても、輝度が均一化され出射端面より出射される。出射された光は、補助レンズによりその広がりが抑制されて照明レンズに入射し、照明レンズにより液晶パネルの表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル近傍に結像する。
【００４７】
それは、ロッドインテグレータの出射端面と液晶パネル面とが共役となるように照明レンズの諸元（焦点距離や材質等）が定められているからである。
【００４８】
液晶パネルに向かう光（非偏光光）のうち、一方の直線偏光光（たとえばＰ偏光光）は、液晶パネル直前に配置されている反射型の偏光板を透過し、最終的に液晶パネルの照明光として投射レンズを通過後にスクリーン上に到達する。反射型の偏光板は、照明レンズの光軸と垂直であることが望ましい。
【００４９】
反射型偏光板で反射された直線偏光光（例えばＳ偏光は）の殆どは、照明レンズを進んできた経路とは逆方向に戻ってゆくが、第１のロッドインテグレータの出射面には到達せず、対称関係にある第２のロッドインテグレータの出射面に集光されて到達する。
【００５０】
この出射面に緑の色光を反射させる特性の選択反射透光膜が蒸着されているので、その膜により殆どの光が反射されて、再び、液晶パネルに向かって補助レンズ、そして照明レンズを通過して進み、さらに反射型の偏光板まで到達する。
【００５１】
ここで、選択反射透光膜と反射型偏光板との間に位相差板、例えば１／４波長板が配置されていれば、この光は反射型偏光板を透過可能な偏光光、すなわちＰ偏光光に殆どが偏光変換される。
【００５２】
しかも、ロッドインテグレータからの照明光と共通の照明レンズを経由しているので、最初に反射型偏光板を透過した光も反射した光も同じ結像倍率で液晶パネルを照明することになる。即ち、光源の非偏光の光は、その殆どがＰ偏光光に偏光変換されて、液晶パネルの照明光となる。
【００５３】
第２のロッドインテグレータには、例えば赤と青の光源が１パッケージ化された光源が配置されている。光源から第２のロッドインテグレータに入射した光（非偏光光）はロッドインテグレータ内での内面反射によりその輝度が均一化され出射端面より出射する。
【００５４】
出射後の光の動作、進行経路は第１のロッドインテグレータのそれと同様である。異なるのは、第１のロッドインテグレータの出射端面に赤および青の色光が反射される特性の選択反射透光膜が蒸着されている点である。
【００５５】
このように光源から出射された非偏光の光のうち、反射型の偏光板から反射される光も、再び偏光変換されて反射型の偏光板を透過可能な光として照明に利用されるので、反射型の偏光板を直接透過する光と合わさることによって、高い偏光変換効率と光利用効率を両立させることができる。
【００５６】
さらに、この構成では異なる色光の光路を合成するための光学素子が不要となるので小型、低コスト化が促進でき、光利用効率の高い、小型で明るいプロジェクタが実現できる。
【００５７】
各光源を順次点灯すれば、すなわち、第１のロッドインテグレータに配置される緑の発光ダイオードをまず点灯し、それを消灯後、第２のロッドインテグレータに配置される赤の発光ダイオードを点灯し、それを消灯後に第２のロッドインテグレータに配置される青の発光ダイオードを点灯するというような繰り返しを実施することで、時分割で液晶パネルに緑、赤、青の照明光を順次供給することができ、その色光の変化に同期させて液晶パネルを駆動することでカラー表示を容易に実施できることができる。
【発明の効果】
【００５８】
以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、光源からの非偏光の光のうち、まず、反射型偏光板を通過したＰ偏光光を液晶パネルの照明光として利用し、反射型偏光板で反射された成分の光も、一旦、元の光源とは異なる位置に集光し、それを二次的な光源として、反射型偏光板通過可能な偏光成分の光に偏光変換して、即ち、Ｐ偏光光に偏光変換して液晶パネルの照明光として利用している。特に、この反射型偏光板から反射された成分の光は、光源まで戻ることはなく反射されるので、偏光変換過程での光の損失は殆ど起きず非常に高い偏光変換効率を達成でき、結果として光利用効率を高める効果がある。
【００５９】
さらに、本発明の構成においては、反射型偏光板から反射された光の再利用過程で、他の光源が配備される光路を巧みに利用していること、そして、光源と表示パネルとの間に、異なる色の光の経路を合流させるための光学部品を必要としないことによって小型化が促進できるという効果を併せ持つ。
【００６０】
さらにまた、光源の数を容易に増加させることができ、かつ高い偏光変換効率は維持できるので、光利用効率の高い、色再現性の良い高輝度なプロジェクタを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明のプロジェクタは、単板型の液晶プロジェクタの照明光学系において、導光部材であるロッドインテグレータを用いた構成でありながら、分離した偏光の統合が高効率で実行できることにより、光利用効率の高いプロジェクタが提供できることを特徴とする。
【００６２】
次に、本発明のプロジェクタの実施の形態の構成と機能について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【００６３】
本発明のプロジェクタ１は、照明光学系１０と、液晶パネル５３を含む画像形成素子と、投射レンズ５５とを有する光学系２を備える。
【００６４】
照明光学系１０は、第１の色光を発光する第１の光源１１と、第２の色光と第３の色光とを選択して発光する第２の光源１２と、第１のロッドインテグレータ２１と、第２のロッドインテグレータ２２と、複数の補助レンズ３１〜３４と、２個の照明レンズ４１、４２とを有している。さらに、第１のロッドインテグレータ２１と、第２のロッドインテグレータ２２との出射面あるいは入射面には本願発明の特徴である選択反射透光膜２３、２４を備えている。ここでは出射面に設けられているものとして説明する。
【００６５】
第１の導光部材の光軸７１上において、第１の光源１１が第１のロッドインテグレータ２１の入射面側となるように配置され、第２の導光部材の光軸７２上において、第２の光源１２が第２のロッドインテグレータ２２の入射面側となるように配置されている。
【００６６】
第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とは、照明レンズ光軸７３を対称軸として対称に設けられており、第１の光源１１と第１のロッドインテグレータ２１、および第２の光源１２と第２のロッドインテグレータ２２もそれぞれ対称の位置に配置されている。
【００６７】
ここでは、照明光学系１０の小型化のために、光源１１、１２には発光ダイオードを使用するものとして説明する。しかし、光源は発光ダイオードに限定されるものではなく、画像形成に使用できる光源であれば例えば有機ＥＬなどの固体光源あっても、本願の照明光学系を適用することができる。
【００６８】
発光ダイオードは、単一の色光を発する光源であって、赤、青、緑の発光ダイオードを用いれば、プロジェクタとして広い色再現を実現できる利点がある。
【００６９】
ここでは、第１の光源１１には緑色の色光の発光ダイオードが使用されている。実施例では、発光素子の大きさとしては１ｍｍ四方の発光素子を４個用い、これらが微小の間隔で同一平面上に並べられており、全体として約２ｍｍ四方の大きさの発光面積を有する固体光源が形成されている。
【００７０】
第２の光源１２には青色と赤色の色光の発光ダイオードが使用されている。実施例では、約１ｍｍ四方の赤色の発光素子を２個備え、同じく青色の発光素子を２個備え、計４個の発光素子が微小の間隔で同一平面上に並べられており、全体として約２ｍｍ四方の発光面積を有する固体光源が形成されている。赤色の発光素子と青色の発光素子とは独立して駆動できる。
【００７１】
光源となる発光ダイオードの発光部の大きさは、実施例のように約２ｍｍ四方に限定されるものではない。発光素子の大きさが大きくなれば、それだけ発光光量も増えるが、点灯に必要な消費電力の増大も伴うので、製品の目標性能等の製品企画を勘案して決定される必要がある。
【００７２】
第１の光源の色光と第２の光源の色光も、それぞれ緑色、および青色と赤色に限定されるものではないが、２個のロッドインテグレータ２１、２２には互いに異なる色光の光源が配置されることが望ましい。
【００７３】
ロッドインテグレータ２１および２２は、光学ガラス製でも樹脂製でもかまわない。実施例では、大きさとして、上述の光源１１、１２のサイズに対応させて縦×横が２ｍｍ×２．７ｍｍで長さが１５ｍｍのものが使用された。
【００７４】
本実施の形態では導光部材をロッドインテグレータとして説明するが、これに限定されるものではなく例えばライトトンネルであってもよい。さらに入射端面と出射端面とが異なる大きさでもよい。ただし、入射端面の大きさは発光素子よりも大きいことが好ましい。
【００７５】
また、出射端面の形状としては、表示パネル５３のアスペクト比と相似としておくことが好ましい。さらに、ロッドインテグレータの長さは、長いほうが光源の輝度むら低減効果は高いが、その長さも１５ｍｍに限定されるものではない。
【００７６】
光源とロッドインテグレータとの間隔はできるだけ近い方が好ましい。それは、光源の発光ダイオードから発する光はあらゆる方向に出射しているので、ロッドインテグレータと光源との距離が離れるに従ってロッドインテグレータに入射する光が減ってしまい、その結果、最終的にスクリーンに到達する光量の低下を招くからである。
【００７７】
各々のロッドインテグレータ２１、２２の入射端面もしくは出射端面には、自らの光源の色光を透過し、他の色光を反射する特性を有する選択反射透光膜２３、２４が蒸着されている。
【００７８】
図３は選択反射透光膜の反射特性を示すグラフであり、（ａ）は赤と青とを反射する第１の選択反射透光膜の特性であり、（ｂ）は緑を反射する第２の選択反射透光膜の特性であり、図４はロッドインテグレータと、選択反射透光膜を形成したガラス基板とを示す斜視図である。
【００７９】
ここでは、第１のロッドインテグレータ２１に緑色の第１の光源１１が配置され、第２のロッドインテグレータ２２には赤色と青色の第２の光源１２が配置されている。
【００８０】
従って、第１のロッドインテグレータ２１の入射端面もしくは出射端面には、図３（ａ）に示した特性のごとく、第２の光源１２の青色と赤色の色光を反射し、第１の光源１１の緑色の色光は透過させる特性の第１の選択反射透光膜２３が蒸着されている。また、第２のロッドインテグレータ２２の入射端面もしくは出射端面には、図３（ｂ）に示す特性のような、第１の光源１１の緑色の色光を反射し、第２の光源１２の青色と赤色の色光を透過させる特性の第２の選択反射透光膜２４が蒸着されている。
【００８１】
このような特性を有する薄膜は、誘電多層膜を真空蒸着すれば得ることができ周知の技術で形成できる。なお、選択反射透光膜は必ずしもロッドインテグレータの入射または出射端面への薄膜形成には限定されない。例えば、図４に示すようにガラス基板８２等に選択反射透光膜８３を形成して、これをロッドインテグレータ８１の入射または出射端面に隣接して配置してもよい。
【００８２】
選択反射透光膜２３、２４は、ここではロッドインテグレータ２１、２２の出射端面に形成することとしているが、入射端面に形成されていてもよい。
【００８３】
第１のロットインテグレータ２１の出射端面側には第１の補助レンズ３１および第２の補助レンズ３２が設けられており、第２のロットインテグレータ２２の出射端面側には第３の補助レンズ３３および第４の補助レンズ３４が設けられている。
【００８４】
これらの補助レンズ３１、３２の中心軸は、第１のロッドインテグレータ２１の中心軸と一致し、補助レンズ３３、３４の中心軸は、第２のロッドインテグレータ２２の中心軸と一致していることが好ましい。ロッドインテグレータの中心軸とは、入射端面の中心と出射端面の中心とを結ぶ直線を意味する。
【００８５】
補助レンズには正の屈折力を有するレンズが使用されている。これらの補助レンズは必ずしも必要なわけではないが、光学系を小型化するにはあった方が好ましい。ロッドインテグレータからの出射光束はかなりの広がりもった光束なので、補助レンズによりその広がりを抑制することで、照明レンズの大型化を抑止できるためである。
【００８６】
補助レンズは２枚構成には限定されない。また、補助レンズの外形形状は、円形に限定されるものではない。なぜなら、矩形の出射面を有するロッドインテグレータから出射する光は、その直後においては円形ではないからである。レンズの小型化や製造コストを勘案して決定すればよい。例えば、矩形の補助レンズを使用して、それらを一体成形で得ることも可能である。
【００８７】
ここでは、第１のロッドインテグレータ２１と第２のロッドインテグレータ２２、第１の補助レンズ３１と第３の補助レンズ３３、および第２の補助レンズ３２と第４の補助レンズ３４は光学的に同一諸元のものが使用されている。
【００８８】
同一諸元とは、焦点距離や屈折率、物理形状が同じであるという意味である。同一諸元のものを使用することで部品の共通化が図れ、大量生産したときのコストメリットを引き出すことができる。
【００８９】
第２の補助レンズ３２、第４の補助レンズ３４と液晶パネル５３との間には、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２が配置されている。
【００９０】
第１のロッドインテグレータ２１に入射する緑色の色光の光（非偏光光）は、たとえ光源に輝度ムラが存在しても、第１のロッドインテグレータ２１内での内面反射によって輝度が均一化されて出射端面より出射される。
【００９１】
第１のロッドインテグレータ２１から出射された光は、第１の補助レンズ３１、第２の補助レンズ３２によりその広がりが抑制されて、第１の照明レンズ４１に入射し、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２によって、液晶パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９２】
また、第２の光源１２から出射された光も、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４によりその広がりが抑制されて、第１の照明レンズ４１に入射し、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２によって、液晶パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９３】
それは、ロッドインテグレータの出射面と液晶パネル面とが共役となるように照明レンズの諸元（焦点距離や形状材質等）が定められているからである。照明レンズと表示パネルの中心軸とは略一致していることが望ましいが一致していなくともかまわない。
【００９４】
第１の照明レンズ４１、第２の照明レンズ４２は、第１のロッドインテグレータ２１、および第２のロッドインテグレータ２２の出射面の照明情報を液晶パネル５３の入射面上に結像するように、その配置位置や焦点距離が決定されている。ここでは２枚構成としているが、必ずしも２枚構成に限定する必要はない。
【００９５】
第２のロッドインテグレータ２２に入射する青色と赤色の色光の光（非偏光光）も同様の経路を経て液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９６】
画像形成素子は、液晶パネル５３と、反射型偏光板５１と、１／４波長板５２と、偏光板５４とを備える。
【００９７】
液晶パネル５３の直前には反射型偏光板５１が配置されている。この反射型偏光板５１は偏光子である。反射型偏光板５１は、第２の照明レンズ４２から入射した非偏光光に対して、相直交する成分の直線偏光光のうち一方の直線偏光成分を透過させ、他方を反射させる特性を有するものが使用されている。
【００９８】
このような反射型偏光板５１は、周知の技術で製造可能であり、商用ルートで入手することができる。図５は反射型偏光板の模式的側面図である。反射型偏光板５１には１／４波長板５２が反射型偏光板５１の入射側に貼合されて一体化された構成となっている。
【００９９】
入射する非偏光光９１は透過光９２（Ｐ偏光、ここでは第１の偏光と略称する）と反射光９３（ここでは第２の偏光と略称する）に分離される。第２の偏光は反射型偏光板５１で反射された時にはＳ偏光であるが、１／４波長板５２を通過したので円偏光となっている。液晶パネル５３の出射側には検光子として偏光板５４を備えている。
【０１００】
実施例では、液晶パネル５３としては透過型の対角寸法で０．５型の大きさのものが使われた。液晶パネル５３は単板型のプロジェクタで構成されているので、液晶の応答速度ができるだけ速いものが好ましい。
【０１０１】
表示パネルとしてＬＣｏＳやＤＭＤ等を使用することもできるが、この場合には光路を反射光路にするための光学素子が追加になる。装置全体の小型化のためには単一の透過型の液晶を使うことが好ましい。
【０１０２】
第１のロッドインテグレータ２１から出射されて液晶パネル５３に向かう光（非偏光光）のうち、一方の第１の偏光である直線偏光光（たとえばＰ偏光光）は、液晶パネル５３の直前に配置されている反射型偏光板５１を透過し、液晶パネル５３の照明光として投射レンズ５５を通過後に最終的に不図示の投射面上に到達する。ここで反射型偏光板５１は、照明レンズの光軸７３と垂直であることが望ましい。
【０１０３】
反射型偏光板５１で反射された第２の偏光である直線偏光光（例えばＳ偏光）の殆どは、１／４波長板５２を通過して円偏光となり、第２の照明レンズ４２から第１の照明レンズ４１を経由して、進んできた経路とは逆方向に戻っていく。
【０１０４】
しかし、第１のロッドインテグレータ２１から出射された光線は第１のロッドインテグレータ２１の出射面には到達せず、第４の補助レンズ３４、第３の補助レンズ３３を経由して、照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係にある第２のロッドインテグレータ２２の出射面に集光されて到達する。
【０１０５】
ここで、この第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に緑色の色光を反射させる特性の第２の選択反射透光膜２４が蒸着されているので、入射した光の殆どが第２の選択反射透光膜２４で反射されて、再び補助レンズ３３、３４、および照明レンズ４１、４２を通過して液晶パネル５３に向かって進み、反射型偏光板５１まで到達する。
【０１０６】
第２の選択反射透光膜２４と反射型偏光板５１との光路の間に位相差版、例えば１／４波長板５２が配置されているので、この円偏光光は反射型偏光板５１を透過可能な第１の偏光光、すなわちＰ偏光光に殆どが偏光変換される。
【０１０７】
しかも、第２のロッドインテグレータ２２からの照明光と共通の照明レンズ４１、４２を経由しているので、最初に反射型偏光板５１を透過した光も反射された光も同じ結像倍率で液晶パネル５３を照明することになる。
【０１０８】
すなわち、第１の光源１１から出射された非偏光の光は、最終的にその殆どがＰ偏光光に偏光変換されて、液晶パネル５３の照明光となる。
【０１０９】
一方、例えば赤色と青色の発光ダイオードが１パッケージ化された第２の光源１２から第２のロッドインテグレータ２２に入射した赤色または青色の光（非偏光光）は、第２のロッドインテグレータ２２内での内面反射によりその輝度が均一化されて出射端面より出射される。出射後の光の挙動、進行経路は第１のロッドインテグレータ２１の場合と殆ど同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１０】
異なるのは、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に緑色は透光し赤色および青色の色光を反射する特性の第１の選択反射透光膜２３が蒸着されている点である。
【０１１１】
このように光源から発する非偏光の光のうち、反射型偏光板から反射した成分の光の殆どが偏光板透過可能な直線偏光光に変換されて照明光として利用できるので、高い偏光変換効率と光利用効率とを両立させて液晶パネルの照明を行うことができる。
【０１１２】
さらに、異なる色光の光路を合成するための光学素子が不要となるので照明光学系の小型、低コスト化が促進できる。従って、光利用効率の高い、小型で明るいプロジェクタが実現できる。
【０１１３】
各光源の発光ダイオードを順次点灯すれば、すなわち、第１のロッドインテグレータ２１に配置されている緑色の発光ダイオードをまず点灯し、それを消灯後、第２のロッドインテグレータ２２に配置されている赤色の発光ダイオードを点灯し、それを消灯後に同じ第２のロッドインテグレータ２２に配置されている青色の発光ダイオードを点灯する、というような繰り返しの点灯動作を実施することで、時分割で液晶パネル５３に緑色、赤色、青色の照明光を順次供給することができるので、その色光の変化に同期させて液晶パネル５３を駆動することによってカラー表示が容易に実施できる。
【０１１４】
投射レンズ５５は、液晶パネル２２に形成された画像を投射面に投射するための複数のレンズから構成される。本実施の形態では、単一の液晶表示パネルを用いているので投射レンズのバックフォーカスは短くでき、プロジェクタの光学系全体の小型化も実現しやすい。
【０１１５】
次に本実施の形態のプロジェクタの光学系の動作について図面を参照しながら説明する。図６は本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の動作を説明するための模式的構成図であり、図７は本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。図７では反射型偏光板以降の光束の表示を省略している。
【０１１６】
図６を参照すると、緑色の色光を発する第１の光源１１からの非偏光の光は、まず第１のロッドインテグレータ２１の入射端面に入射する。光源は発光ダイオードなので、それから発する光は非偏光の光である。
【０１１７】
第１のロッドインテグレータ２１に入射した非偏光の光は、第１のロッドインテグレータ２１の壁面での多数の全反射により、光源の輝度ムラが均一に変換されて出射端面に到達する。
【０１１８】
出射端面には、緑色の色光を透過し、青色および赤色の色光を反射させる特性の第１の選択反射透光膜２３が形成されているので、出射端面に達した緑色の色光はその殆どが損失なく出射端面より出射される。
【０１１９】
出射端面の直後には、正の屈折力を有する第１の補助レンズ３１および第２の補助レンズ３２の２枚が配置されており、第１のロットインテグレータ２１から出射された光は、その補助レンズ３１、３２により拡散が抑制されて第１の照明レンズ４１に入射する。
【０１２０】
その後、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２を経由して、液晶パネル５３の画像表示領域を照明する。
【０１２１】
ロッドインテグレータ２１の出射端面は矩形であり、かつ液晶パネル５３の画像表示領域と相似形であるので、出射端面と液晶表示パネルの画像表示領域とがほぼ共役関係となるように照明レンズ４１および４２の諸元（相互の位置関係とレンズの焦点距離など）が定められている。
【０１２２】
図６の入射光束６１はロッドインテグレータ２１の出射端面と液晶パネル５３との共役関係を示すものである。
【０１２３】
液晶表示パネル５３の直前には反射型偏光板５１があり、液晶パネル５３に達する非偏光の直交する直線偏光成分の光のうち、例えば第１の偏光であるＰ偏光の光が反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に到達する。この光が液晶パネルの照明光となる。
【０１２４】
なお、反射型偏光板５１の光源側には１／４波長板５２が貼合されているが、非偏光の光は１／４波長板５２を透過しても非偏光のままである。もう一方の偏光成分の光、例えば第２の偏光であるＳ偏光光はその殆どが反射される。反射型偏光板５１と液晶パネル５３との間隔はできるだけ接近していることが好ましい。
【０１２５】
液晶パネル５３の照明に寄与した光は、液晶パネル５３を透過後、検光子である偏光板５４、投射レンズ５５を経由して不図示の投射面に液晶パネル５３の画像を拡大投射する。
【０１２６】
反射型偏光板５１で反射された第２の偏光であるＳ偏光の光の動作を、図７を用いて説明する。第１のロッドインテグレータ２１から出射されて反射型偏光板５１に達する非偏光の入射光束６１のうち、反射されたＳ偏光の光は、反射型偏光板５１の光源側に貼合されている１／４波長板５２により直ちに円偏光に偏光変換されて、第２の照明レンズ４２および第１の照明レンズ４１を逆方向に進行して行く。即ち第１の反射光束６３および第２の反射光束６４である。
【０１２７】
これらの光は、今度は第２の照明レンズ４２、第１の照明レンズ４１、第４の補助レンズ３４、および第３の補助レンズ３３を経由して、第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に集光する。
【０１２８】
それは、図２に示されるように第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが照明レンズの光軸７３（中心軸）に対してＴ＝Ｔ’となるように照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係に配置されていて、出射端面と液晶表示パネルの画像表示領域とがほぼ共役関係となるように照明レンズ４１および４２の諸元が設定されているからである。
【０１２９】
第２のロッドインテグレータ２２の出射端面には、緑色の色光を反射し、赤色および青色の色光を透過させる特性を有する第２の選択反射透光膜２４が形成されている。従って、この第２のロッドインテグレータ２２の出射面に集光する緑色の色光（円偏光）は、出射面の第２の選択反射透光膜２４でその殆どが反射され、再び液晶パネル５３の方向に向かって進行して行く第１の反射光束６３および第２の反射光束６４に変わる。これは、緑色の色光の二次光源が第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に出現したのと等価と見ることもできる。
【０１３０】
この第１の反射光束６３および第２の反射光束６４は、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２により所定の倍率、すなわち、液晶表示パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて、液晶パネル直前の反射型偏光板５１に達する。
【０１３１】
これも、第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが照明レンズの光軸７３（中心軸）に対してＴ＝Ｔ’となるように照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係に配置されており、第１のロッドインテグレータ２１と第２のロッドインテグレータ２２に対応する補助レンズの諸元が同一だからである。
【０１３２】
ここで、先にも説明したように、反射型偏光板５１には１／４波長板５２が貼合されおり、この１／４波長板５２を通過した光束は直ちに円偏光からＰ偏光光に偏光変換される。即ち、この偏光変換により反射型偏光板５１を透過可能な偏光成分の光に変化する。
【０１３３】
そして、この光は液晶パネル５３の照明光として、偏光板５４と投射レンズ５５を経由して不図示の投射面に液晶パネル５３の画像を拡大投射する。
【０１３４】
このようにして、緑色の発光ダイオードからの非偏光の光は、反射型偏光板５１での偏光分離そして１／４波長板５２での偏光変換という過程を通じて、その殆どが液晶パネル５３の照明光として利用されるので、非常に高い光利用効率が得られる。しかも偏光分離後の光は一旦集光され、そのほとんどが再度、反射型偏光板５１を透過可能な偏光成分に変換されるので非常に高い偏光変換効率を達成できる。
【０１３５】
次に、第２のロッドインテグレータ２２の入射端面に配置される第２の光源１２の赤色および青色の発光ダイオードからの光について、その動作を説明する。
【０１３６】
その動作は第１のロッドインテグレータ２１に配置された第１の光源からの緑色の光の動作と殆ど同様である。異なるのは、反射型偏光板５１で反射され、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に戻ってきたとき、この出射端面には赤色および青色の色光を反射する特性を有する第１の選択反射透光膜２３が形成されていることである。
【０１３７】
即ち、第２のロッドインテグレータ２２から出射された赤色または青色の光（非偏光光）は、先ず、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４、第１の照明レンズ４１、および第２の照明レンズ４２により所定の倍率で拡大されて液晶パネル５３直前の反射型偏光板５１に達する。ここで、第１の偏光であるＰ偏光の光が反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に到達し、反射型偏光板５１で反射されるＳ偏光の偏光成分の光は、反射型偏光板５１に貼合されている１／４波長板５２を透過して円偏光の光となって、逆方向すなわち、光源側に進行してゆく。
【０１３８】
この光は、第２の照明レンズ４２、第１の照明レンズ４１、第２の補助レンズ３２、および第１の補助レンズ３１を進行後、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に集光する。
【０１３９】
そして、出射端面に形成された赤色および青色の色光を反射し、緑色の色光を透過させる特性を有する第２の選択反射透光膜２４によって、入射した赤色.および青色の色光（円偏光）は、出射面でその殆どが反射され、再び液晶パネル５３の方向に進行してゆく反射光束に変わる。これは、赤色または青色の色光の二次光源が第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に出現したのと等価と見ることもできる。
【０１４０】
再び液晶パネル側に進路を変更した赤色または青色の色光は、第１の補助レンズ３１、第２の補助レンズ３２、第１の照明レンズ４１、および第２の照明レンズ４２の順番に進行したあと、反射型偏光板５１に貼合されている１／４波長板５２に到達し、ここで円偏光光からＰ偏光光への偏光変換が実施されて反射型偏光板５１を透過可能な光となって液晶パネル５３の照明に寄与できる。緑色の色光のときと同様、高い偏光変換効率と高い光利用効率を得ることが可能である。
【０１４１】
図８は、第１のロッドインテグレータおよび第２のロッドインテグレータを出射した光束のうち、反射型偏光板を透過した光と、反射型偏光板で反射され、第２のロッドインテグレータおよび第１のロッドインテグレータまで戻って反射され、再度反射型偏光板に到達後、偏光変換されて液晶パネルに到達した光の両方を描いた光路図である。
【０１４２】
なお、第１および第２のロッドインテグレータの出射端面に、それぞれ選択反射透光膜を形成した例で説明したが、選択反射透光膜の形成場所としてはロッドインテグレータの出射端面に限定されるものでなく、入射端面に形成されていても同様の動作および効果を実現できる。すなわち、第１のロッドインテグレータの入射端面に緑の光を透過させ、赤および青の光を反射する特性の選択反射透光膜を形成し、第２のロッドインテグレータの入射端面に赤および青の光を透過させ、緑の光を反射する特性の選択反射透光膜を形成してもよい。
【０１４３】
それは、反射型偏光板から戻ってきて、各ロッドインテグレータの出射端面に集光する光は、そこからロッドインテグレータに進入し、反射されながらロッドインテグレータの入射端面に達するからである。しかもロッドインテグレータ内を進行中は、ロッドインテグレータ壁面での反射が全反射なので光の損失も殆ど起きない。従って、選択反射透光膜がロッドインテグレータの入射端面にあっても出射端面にあっても、同様の効果を得られる。
【０１４４】
次に、本発明のプロジェクタの第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図９は、第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的斜視図であり、図１０は第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的上面図であり、図１１は第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的側面図であり、図１２は第２の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【０１４５】
プロジェクタの輝度を増加させるために光源を増やすことは容易に可能である。光源を増やせば、それに応じて高輝度化が期待できる。
【０１４６】
第１の実施の形態では、光源としては、緑の色光の発光ダイオードと赤色と青色の色光の発光ダイオードが１パッケージ化された発光素子をそれぞれ１個使用していた。しかし、例えば図９の斜視図に示すごとく、光源を６個備えた構成をとることもできる。光源を増やせば、それに応じて高輝度化が期待できる。
【０１４７】
図１２に示すように、光源付近では、６個の光源のうち、緑色の発光ダイオードを備えた第１の光源１１１を３個備え、赤色と青色の発光ダイオードが１パッケージ化した発光素子を備えた第２の光源１１２を３個備えている。
【０１４８】
ここでは、第１の光源１１１と第１のロッドインテグレータ１２１とからなる第１の光源部と、第２の光源１１２と第２のロッドインテグレータ１２２からなる第２の光源部との組合せが複数設けられ、それぞれの１組の第１の光源部の第１の導光部材の光軸と、第２の光源部の第２の導光部材の光軸とは、照明レンズ光軸７３を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の第１の導光部材の光軸、および複数の第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されている、
即ち、図１２では、第１の光源１１１ａが第２の光源１１２ｃと１組となり、第１の光源１１１ｂが第２の光源１１２ｂと１組となり、第１の光源１１１ｃが第２の光源１１２ａと１組となっている。
【０１４９】
例えば、第１の光源１１１ａの出射光の反射型偏光板５１からの反射光は第２の光源１１２ｃの第２のロッドインテグレータ１２２ｃの出射端に入射し、第２の光源１１２ｃの出射光の反射型偏光板５１からの反射光は第１の光源１１１ａの第１のロッドインテグレータ１２１ａの出射端に入射する。
【０１５０】
図１０のＹＺ面を示す上面図に示されるように、３個ある第２の光源１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、赤色と青色の発光素子が１パッケージ化した発光ダイオードを備えた光源である。この３個の第２の光源１１２の発光面は、３個の第２のロッドインテグレータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの入射面に近接して設けられている。３個の第２のロッドインテグレータ１２２のそれぞれの出射面に近接して、第３の補助レンズ１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃが設けられている。
【０１５１】
３個の第２のロッドインテグレータ１２２の出射端には、第１の光源１１１の緑色の色光を反射し、第２の光源１１２の青色と赤色の色光を透過させる特性の第２の選択反射透光膜１２４が蒸着されている。
【０１５２】
図１０における第２の光源、第２のロッドインテグレータ、および第３の補助レンズのそれぞれの下側には、一部が図１１に示されるように、不図示の第１の光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、第１のロッドインテグレータ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、および第１の補助レンズ１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃが設けられている。
【０１５３】
３個の第１のロッドインテグレータ１２１の出射端面には、第２の光源１１２の青色と赤色の色光を反射し、第１の光源１１１の緑色の色光を透過させる特性の第１の選択反射透光膜１２３が蒸着されている。
【０１５４】
３個の第１の補助レンズ１３１および３個の第３の補助レンズ１３３のそれぞれの出射側には、第２の補助レンズ１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃと第４の補助レンズ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃとが一体となった第２の補助レンズ群１３５が設けられている。
【０１５５】
第２の補助レンズ群１３５からの出射光は、第１の照明レンズ４１に入射する。第１の照明レンズ４１以降の構成と動作は第１の実施の形態と同じなので、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１５６】
光源の数が増えても、第１の照明レンズ４１と第２の照明レンズ４２の設計仕様を対応させることにより、各光源から発した光の動作は第１の実施の形態と同じとすることができ、高い偏光変換効率が維持され、光源が増加したことに対応して格段の高輝度が達成できる。ここでは、それぞれを３個の光源としているが、３個に限定されるものではない。
【０１５７】
次に、本発明のプロジェクタの第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図１３は第３の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【０１５８】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態の応用例であり、光源の数が増加したことから光源には単色の発光ダイオードを使用した。第１および第２の実施の形態では、青色と赤色の発光ダイオードを１パッケージ化した光源を用いたが、第３の実施の形態では赤色のみの発光ダイオードと青色のみの発光ダイオードをそれぞれ１パッケージ化した光源を用いて光源部を構成した。
【０１５９】
図１３に示すような配置で、緑色の発光ダイオードからなる第１の光源２１１と、赤色の発光ダイオードからなる第３の光源２１３と、青色の発光ダイオードからなる第４の光源２１４とを使用することもできる。
【０１６０】
図１３の例では、緑色の発光ダイオードからなる第１の光源２１１が３個下段に配置されており、赤色の発光ダイオードからなる第３の光源２１３の２個と青色の発光ダイオードからなる第４の光源２１４の１個との計３個が上段に配置されている。どのような組み合わせにするかは、使用する発光ダイオードの光出力に応じて適宜決めればよい。
【０１６１】
この組み合わせの場合には、ロッドインテグレータに設けられる選択反射透光膜は第１の実施の形態と同じでよい。
【０１６２】
次に、本発明のプロジェクタの第４の実施の形態について図面を参照して説明する。図１４は第４の実施の形態の光学系の模式的構成図であり、図１５は、本発明の第４の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【０１６３】
第４の実施の形態では、図１４に示すように、第１の光源３１１、第１のロッドインテグレータ３２１、第１の補助レンズ３３１、および第２の補助レンズ３３２の第１の導光部材の光軸３７１と、第２の光源３１２、第２のロッドインテグレータ３２２、第３の補助レンズ３３３、および第４の補助レンズ３３４の第２の導光部材の光軸７２とが直交するように配置されている。
【０１６４】
そのため、第２の導光部材の光軸７２を直角に折り曲げるための反射ミラー３４１を備えている。照明レンズ光軸７３と、第１の導光部材の光軸３７１および第２の導光部材の光軸３７２ａとは、結果的に平行でかつ、照明レンズ光軸７３と距離Ｔ、およびＴ’だけ離れている。Ｔ＝Ｔ'であることが好ましい。
【０１６５】
動作の説明は省略する。なぜなら、このような配置であっても、第１の実施の形態で説明した効果が得られることは自明であるからである。図１５には、この構成による、光路図が示されている。光路図にはロッドインテグレータから反射型偏光板までの光線が描かれており、偏光板以降の光線の描画は省略してある。
【０１６６】
この配置によれば、第１の光源３１１、第１のロッドインテグレータ３２１、第１の補助レンズ３３１、および第２の補助レンズ３３２と、第２の光源３１２、第２のロッドインテグレータ３２２、第３の補助レンズ３３３、および第４の補助レンズ３３４とを平行に配置する必要がない。従って、光学系全体を、プロジェクタの外装ケースに収容するときに、光学系以外のプロジェクタ構成要素である電気回路基板等も含めて配置の空間自由度の高い設計が可能となる。すなわち、デザイン性に富んだ外形設計に寄与するものである。
【０１６７】
次に、本発明のプロジェクタの第５の実施の形態について図面を参照して説明する。図１６は第５の実施の形態の光学系の模式的構成図であり、図１７は、本発明の第５の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【０１６８】
図１４、図１５に示す第４の実施の形態と、図１６、図１７に示す第５の実施の形態との違いは、第５の実施の形態では第１の導光部材の光軸４７１と第２の導光部材の光軸４７２の両方ともが、第１の反射ミラー４４１および第２の反射ミラー４４２を用いて、中間で直角に光軸を折り曲げている点である。
【０１６９】
当然のこととして、このような構成にしても、高い偏光変換効率と、高い光利用効率は達成される。この配置では特に照明レンズの光軸方向の距離Ｌを短くすることができるので、光学系をコンパクトにできるという効果がある。第４の実施の形態と同様に、断面光路図の一部を図１７に示す。ここでも偏光板以降の光線の描画は省略してある。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図３】選択反射透光膜の反射特性を示すグラフであり、（ａ）は赤と青とを反射する第１の選択反射透光膜の特性であり、（ｂ）は緑を反射する第２の選択反射透光膜の特性である。
【図４】ロッドインテグレータと、選択反射透光膜を形成したガラス基板とを示す斜視図である。
【図５】反射型偏光板の模式的側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の動作を説明するための模式的構成図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【図８】第１のロッドインテグレータおよび第２のロッドインテグレータを出射した光束のうち、反射型偏光板を透過した光と、反射型偏光板で反射され、第２のロッドインテグレータおよび第１のロッドインテグレータまで戻って反射され、再度反射型偏光板に到達後、偏光変換されて液晶パネルに到達した光の両方を描いた光路図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的上面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的側面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１ プロジェクタ
２ 光学系
１０ 照明光学系
１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、３１１、４１１ 第１の光源
１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、２１２、３１２、４１２ 第２の光源
２１、１２１、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、３２１、４２１ 第１のロッドインテグレータ
２２、１２２、２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、３２２、４２２ 第２のロッドインテグレータ
２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、２２３、３２３、４２３ 第１の選択反射透光膜
２４、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、２２４、３２４、４２４ 第２の選択反射透光膜
３１、１３１、２３１、３３１、４３１ 第１の補助レンズ
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ 第２の補助レンズ
３３、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、２３３、３３３、４３３ 第３の補助レンズ
３４、１３４、２３４、３３４、４３４ 第４の補助レンズ
４１ 第１の照明レンズ
４２ 第２の照明レンズ
５１ 反射型偏光板
５２ １／４波長板
５３ 液晶パネル
５４ 偏光板
５５ 投射レンズ
６１ 入射光束
６３ 第１の反射光束
６４ 第２の反射光束
７１、３７１、４７１ａ、４７１ｂ 第１の導光部材の光軸
７２、３７２ａ、３７２ｂ、４７２ａ、４７２ｂ 第２の導光部材の光軸
７３ 照明レンズ光軸
８１ ロッドインテグレータ
８２ ガラス基板
８３ 選択反射透光膜
９１ 非偏光光
９２ 透過光（Ｐ偏光）
９３ 反射光（円偏光）
１３５ 第２の補助レンズ群
２１３ａ、２１３ｂ 第３の光源
２１４ 第４の光源
３４１ 反射ミラー
４４１ 第１の反射ミラー
４４２ 第２の反射ミラー
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロジェクタに関し、特に単板型の液晶プロジェクタの照明光学系を用いるプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、投射型表示装置であるプロジェクタとして、角柱状の導光部材の入射端に光源を配置して、この導光部材の出射端側には画像形成素子である液晶パネルを配置し、導光部材から出射する光を直接液晶パネルに入射させる照明光学系を有するプロジェクタが知られている。
【０００３】
液晶パネルを表示素子に用いるプロジェクタにおいては、光源が放電ランプであっても発光ダイオードであっても、非偏光を発する光源を使う限り、光利用効率を高めるためにどちらか一方の直線偏光光に統一するための偏光変換を実施することが行われている。また、偏光変換と同時に、投射画像の輝度の均一性の確保も非常に重要なので、偏光変換と輝度均一化を両立させることが必要であった。
【０００４】
この両立を果たすことのできる構成としては、放電ランプ（白色の非偏光光）と、フライアイレンズと、そしてフラットＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）とを用いる構成が、セイコーエプソン社により確立されて、現在の液晶プロジェクタにおける最先端の技術として認められている。
【０００５】
この構成の優れている点は、フライアイレンズによる光束分割と、この分割光束の集光によって作り出される空間的な隙間を巧みに利用して、その隙間に位相差板が一体化されている偏光ビームスプリッタアレイを配置することで、ランプリフレクタから供給される光束の、光束径が増加することを抑制しつつ偏光変換を実施しているところにある。
【０００６】
しかしながら、この構成は、光源が発光ダイオードを使った超小型プロジェクタに適用しようとする場合には、最適な構成とはいい難い。それは、この方式が、発光長が約１ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の光源放電ランプに、放物面を有するリフレクタを組み合わせて略平行光を作り出すことを前提としており、発光ダイオードを用いて小型薄型で電池駆動も可能なプロジェクタを目指す場合には、光学系が大きくなって適用することが難しいからである。
【０００７】
小型の光源である発光ダイオードの発光部の大きさは、通常約２ｍｍ四方以上である。放電ランプと同じようにリフレクタを組み合わせたのでは、光源部の大きさが数十ｍｍ径にも及んでしまい、小型のプロジェクタを実現することはできない。仮に口径の小さなリフレクタと組み合わせれば、ランプリフレクタ（光源部）としては小型になるものの、放電ランプの２倍以上もある発光部からの光を平行化することは非常に困難であり、高い光利用効率を獲得することはできない。
【０００８】
投射画面輝度の均一性を高めるという点においてはロッドインテグレータ用いることは非常に有効な手段である。このことは以前から露光装置の照明系において知られている。ロッドインテグレータのプロジェクタ照明系への適用例としては、白色放電ランプを用いたＤLＰ（（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタの光学系で実用化されていて、標準となっている。ＤLＰは、その素子の性格上、液晶と大きく異なり、非偏光の光は全く要求されないので偏光変換を実施する必要はない。
【０００９】
数年前、米Ｍｏｘｔｅｋ社により、反射型の偏光板が実用化された。反射型であることを利用し、それを単なる偏光板としてではなく、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）の代替として利用できれば、偏光変換の新たな構成が期待できると考えられた。
【００１０】
実際、過去において、ロッドインテグレータの入射開口に穴あきミラーを配し、出射側に１／４波長板と反射型偏光板を備えるという構成で、ロッドインテグレータによって輝度均一化の機能と偏光変換（偏光統一）機能とを一体化したものが開示された。海外メーカーも、マイクロディスプレィ関連の国際学術会議の論文で発表している。
【００１１】
しかしながら、この構成を具現化したプロジェクタは、今のところどこのメーカーからも発売されていない。その大きな理由は２つ考えられる。一つは、ロッドインテグレータの入射端面に配置する穴あきミラーの存在である。この穴は入射光の開口制限になるとともに、偏光板反射光の損失を招く。
【００１２】
即ち、この穴あきミラーに向けて光源からの収束光束が入射するが、より多くの光を入射させようとすると穴はできるだけ大きい方がよい。しかしながら、出射端面の反射型偏光板で反射された光は、入射端面の穴あきミラーの方向に一旦戻ってくる。それ故に穴が大きいと戻ってきた光が穴あきミラーのミラー部分で反射せずに穴を通って光源側に抜けて使用されないという問題がある。
【００１３】
それに対して穴を小さくすると別の問題が発生する。穴が小さくなったことによって光源側に抜ける反射型偏光板からの反射光は減少するものの、最初にロッドインテグレータに入射させるべき光が少なくなってしまうので、これもまた問題である。
【００１４】
それでは相対的にロッドインテグレータの外形を大きくすればよいように思われるが、それは避けなければならない。もしそうした場合には、結果として光利用効率を低下させることとなる。ロッドインテグレータの出射端面の形状の出射光は、表示パネルに対応するまで拡大されるのだから、光利用効率を上げたい場合は、ロッドインテグレータの出射端面は小さいほどよい。
【００１５】
より詳しく説明すると、ロッドインテグレータの出射端面の大きさは、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）の表示パネルの大きさよりも小さくするというのが通常である。ロッドインテグレータの出射面の大きさがＤＭＤより小さいということは、ＤＭＤの表示領域相応の大きさに拡大して結像するための照明系を構成する必要がある。
【００１６】
この拡大する過程の中で、ロッドインテグレータ出射時の光線の広がり角度が小さくなってＤＭＤへ達するのである。広がり角度が小さくなれば、ＤＭＤを効率よく照明し、その後のレンズ系も通過しやすくなるから、トータルとして高い光利用効率が達成できる。
【００１７】
実用化していないもうひとつの理由は、偏光変換過程、すなわちロッドインテグレータ内を伝播中における偏光の乱れである。この乱れは、特に偏光板反射光が偏光変換される過程で生ずる。反射型偏光板において直線偏光光に効率良く分離されても、ロッドインテグレータ内で何回も反射している間に偏光の乱れが生じてしまう。乱れた偏光は最終的には反射型偏光板を透過することができず、光の損失を招くこととなる。
【００１８】
ロッドインテグレータの性格上、内面反射が多いほど輝度の均一性は高まる。しかし、一方では偏光の乱れが増大するのは必至である。均一性の確保と偏光の乱れの抑制とを両立させることは難しい。
【００１９】
以上の２つの大きな理由で、反射型の偏光板を利用してＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）の代替としての利用する方法はなかなか実用化に至ってないと考えられる。当然のこととして、光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）に変わったからといって改善できる訳ではない。
【００２０】
近年ＬＥＤを光源に使用したプロジェクタが開示されている。ＬＥＤを光源にすることで、従来の白色放電ランプを使ったプロジェクタに比べて低コスト化が期待でき、小型で低消費電力、かつ、色再現範囲が広いといった特徴を実現することができる。
【００２１】
特許文献１（特開２００６-１０６６８３号公報）には、表示パネルに単一のＤＭＤ素子を用い、光源に発光ダイオードを用いた従来例のプロジェクタが開示されており、特許文献２（特開２００６-１０６６８２号公報）にも、表示パネルに単一のＤＭＤ素子を用い、光源に発光ダイオードを用いた従来例のプロジェクタが開示されている。
【００２２】
また、非特許文献１には発光ダイオード光源を有し表示素子に単一の反射型液晶デバイスであるＬＣｏＳ素子（反射型液晶デバイス）を用いた従来例のプロジェクタが開示されており、非特許文献２と非特許文献３とには発光ダイオード光源と３枚の液晶パネルを使用した携帯型のミニプロジェクタが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１０６６８３号公報
【特許文献２】特開２００６−１０６６８２号公報
【非特許文献１】"Ｓｉｎｇｌｅ−Ｐａｎｅｌ ＬＣｏＳ Ｃｏｌｏｒ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ＬＥＤ Ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ” ＳＩＤ ０５ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ１６９８−１７０１
【非特許文献２】"Ａ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ ＬＥＤ Lｉｇｈｔ Ｓｏuｒｃｅs” ＳＩＤ ０５ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ１７０６−１７０９
【非特許文献３】“Ｃｏｍｐａｃｔ Ｔｈｒｅｅ Ｐａｎｅｌ ＬＥＤ Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ Ｅｎｇｉｎｅ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎs” ＳＩＤ ０６ ＤＩＧＥＳＴ ｐｐ２０１１−２０１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
プロジェクタの低コスト化のためには、光学エンジンの部品点数が少ないことが望ましい。従って非特許文献２や３に開示されている３つの表示素子を用いるプロジェクタよりも単一の表示素子を用いるプロジェクタの方が有利といえる。また、光学系の部品点数の少ないことはプロジェクタ全体の小型化にも少なからず寄与する。
【００２４】
従って、反射光学系の構成が必要となる特許文献１、２に開示されているＤＭＤ素子を用いるよりも、単一の液晶パネルを用いることが好ましい。
【００２５】
また、プロジェクタの色再現性を高め、しかも輝度を明るくするには、光源の発光ダイオードは、赤、青、緑の色光のものを個別に用意することが好ましい。しかしながら、単一の表示パネルに個別に設けられた発光ダイオードからの光を照射するには、各々の光源からの光をダイクロイックミラーやダイクロイックプリズム等を用いて、それぞれの光の経路を一旦合流させた上で表示パネルに光を照射する必要があり、それらの光学部品を配置するための空間が必要となるので小型化という意味では、好ましいとはいい難い。
【００２６】
また、単一の液晶パネルに対しＬＥＤ光源を用いてプロジェクタの光学系を実現するときには、液晶パネルには偏光光を照射しなければならない。ＬＥＤからの光は非偏光光なので、そのためには偏光変換を実施する必要がある。
【００２７】
一般的には、表示パネルがＴＮ液晶パネルである場合には、直線偏光光を照射する必要がある。すなわち、光源からの非偏光光の直交する直線偏光成分のうち、どちらか一方を他の偏光成分と同じになるように変換して照射する必要がある。
【００２８】
この偏光変換が効率よく実行されないと、光利用効率の低下が生ずる。仮に偏光変換を全く行わないなら、約半分の光が捨てられてしまうことになる。この対策として、例えば、非特許文献１では、光源であるＬＥＤ素子のすぐ後にＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒと呼ばれる複合放物面形状を有する導光部材が配置されている。
【００２９】
光源からの光束をＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒでの全反射を利用して略平行光に変換して出射させ、表示パネルの照明を行っている。偏光変換は、ＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒの出口のところに１／４波長板と反射型の偏光板を配置している。
【００３０】
反射型の偏光板で反射した成分の直線偏光光（例えばＳ偏光）を、光源であるＬＥＤまで戻し、ＬＥＤ表面で再び反射させてＣＰＣ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒから取り出すことで、１／４波長板の２回通過を利用して偏光板透過可能な直線偏光光（例えばＰ偏光）に変換している。
【００３１】
しかしながら、この手法では高い偏光変換効率を達成することはできない。反射型の偏光板で反射した成分の光は効率よくＬＥＤ光源の表面までは戻っていく。しかしながら、半導体であるＬＥＤ素子表面の反射率はせいぜい１７％から２０％程度しかないので、ここでの反射は、さほど期待できない。このＬＥＤ表面での光損失が大きいので反射型の偏光板を設けない場合と比較して、偏光変換の効率（ゲイン）としては１．２程度にとどまる。
【００３２】
また、単一の表示パネルを用いた単板型のプロジェクタを用いる場合、この表示パネルには赤→青→緑→赤→青→緑→・・・という色光の繰り返しが供給される必要がある。光源を発光ダイオードに限定するなら、プロジェクタとしての色再現性を高め、高輝度化を達成するためには赤、青、緑の３種の発光ダイオードを配備して光学系を構成するのがこのましい。
【００３３】
異なる色光の発光ダイオードからの光を液晶パネルに照射する必要があるので、発光ダイオードの各々にロッドインテグレータを対応させて、その各々のロッドインテグレータからの光が液晶パネルに照射されるように照明レンズを構成し、各々の発光ダイオードが順番に点灯するように制御することが最も望ましい。単板型であるので、色再現性を高め、高輝度化を達成するためには、異なる色光の発光ダイオードと、複数のロッドインテグレータは必要不可欠な構成要素である。あとは、偏光変換の手段をどうするかということが問題であるが、構造的に大型化や複雑化となることは避けたい。
【００３４】
本発明の目的は、単板型の液晶プロジェクタの照明光学系において、ロッドインテグレータを用いた構成でありながら、偏光変換が高効率で実行され、光利用効率の高いプロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明のプロジェクタは、
光源からの第１の色光と第２の色光と第３の色光とを、導光部材と照明レンズとを経由して単一の画像形成素子に入射させ、形成された画像を投射するプロジェクタであって、第１の色光は透過し第２の色光および第３の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第１の導光部材と、第１の導光部材の光軸上に配置されて第１の色光を発光する第１の光源とからなる第１の光源部と、照明レンズの光軸を対称軸として、第１の導光部材および第１の光源と対称の位置に設けられており、第２の色光および第３の色光は透過し第１の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第２の導光部材と、第２の導光部材の光軸上に配置されて第２の色光および第３の色光を選択して発光する、第１の光源と共に光源を形成する第２の光源とからなる第２の光源部と、照明レンズと画像形成素子との間に設けられ、第１の偏光光は透過し第２の偏光光は反射する反射型偏光板と、反射型偏光板からの反射光を円偏光に変換し、選択反射透光膜からの反射光を第１の偏光に変換させる位相差板と、第１の光源部からの出射光と反射光とを反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第２の光源部の選択反射透光膜に出射し、第２の光源部からの出射光と反射光とを反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第１の光源部の選択反射透光膜に出射する照明レンズ群と、を有する光学系を備えたことを特徴とする。
【００３６】
第１の光源部と、その第１の光源部と組み合わされる第２の光源部との組合せが１つ以上設けられ、組となる第１の光源部の第１の導光部材の光軸と第２の光源部の第２の導光部材の光軸とは、照明レンズの光軸を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の第１の導光部材の光軸、および複数の第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されていてもよい。
【００３７】
第１の光源部と第２の光源部の組合せが２組以上であり、第２の光源は、第２の色光を発光する第３の光源および第３の色光を発光する第４の光源に分割され、第３の光源と第４の光源とがそれぞれ所定の個数となるように第２の光源部に配置されていてもよい。また、第１の色光は緑色であり、第２の色光は赤色であり、第３の色光は青色であってもよい。また、選択反射透光膜はガラス基板上に形成され、そのガラス基板が導光部材の入射側および出射側のいずれかに配置されていてもよい。
【００３８】
照明レンズ群は、第１の導光部材および第２の導光部材のそれぞれの出射側に設けられた光源用の補助レンズ、ならびに、第１の導光部材側の補助レンズからの出射光を反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第２の導光部材側の補助レンズを経由して第２の導光部材の選択反射透光膜に出射し、第２の導光部材側の補助レンズからの出射光を反射型偏光板に出射し、反射型偏光板からの反射光を第１の導光部材の補助レンズを経由して第１の導光部材の選択反射透光膜に出射する、第１の照明レンズおよび第２の照明レンズから構成されてもよい。
【００３９】
単板型の画像形成素子が単一の液晶パネルであってもよく、第１から第４の光源は発光ダイオードであってもよい。
【００４０】
第２の導光部材の光軸を照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、反射ミラーで変換された第２の導光部材の光軸上に第２の光源と、第２のロッドインテグレータと、補助レンズとが設けられていてもよく、第１の導光部材の光軸を照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、反射ミラーで変換された第１の導光部材の光軸上に第１の光源と、第１のロッドインテグレータと、補助レンズとが設けられていてもよい。
【００４１】
光源からの光をロッドインテグレータに入射させ、ロッドインテグレータから出射した光を照明レンズにより所定の倍率で拡大して単一の液晶パネルに照射し、液晶パネルの画像を投射レンズにより拡大投射する単板型の液晶プロジェクタにおいて、液晶パネルの入射側近傍に、反射型の偏光板を備えている。
【００４２】
また、少なくとも２個のロッドインテグレータを備え、各々のロッドインテグレータは、その中心軸が、照明レンズの光軸に対して平行かつ所定の距離離れて配置されている。ここで、所定の距離とは２つのロッドインテグレータの中心軸が、照明レンズの光軸と等距離離れていることである。つまり、照明レンズの光軸に対して２つのロッドインテグレータは対称に配置されている。照明レンズの光軸と表示パネルの中心軸とは略一致してしてもそうでなくともかまわない。
【００４３】
１対となる２個のロッドインテグレータの入射面近傍にはそれぞれ光源が配置されている。第１のロッドインテグレータには、例えば緑の色光の光源が配置され、第２のロッドインテグレータには例えば青と赤の色光を選択して発光する光源が配置される。２個のロッドインテグレータには互いに異なる色光の光源が配置されることが望ましい。
【００４４】
各ロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には、配置されている光源の色光を透過し、他のロッドインテグレータに配置されている光源の色光の光を反射させる特性を有する選択反射型透光膜が設けられている。即ち、第１のロッドインテグレータに緑の光源が配置され、第２のロッドインテグレータに赤と青の光源が配置されているならば、第１のロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には、緑の色光を透過し青と赤の色光を反射する選択反射型透光膜が蒸着されており、第２のロッドインテグレータの入射端面もしくは出射端面には青と赤の色光を透過し緑の色光を反射させる選択反射型透光膜が蒸着されている。
【００４５】
個々のロットインテグレータの出射端面側には補助レンズが備えられている。この補助レンズの中心軸は、ロッドインテグレータの中心軸と一致していることが好ましい。補助レンズは複数個備えられていてもよい。
【００４６】
第１のロッドインテグレータに入射する緑の色光の光（非偏光光）はロッドインテグレータ内での内面反射により、たとえ光源に輝度ムラが存在しても、輝度が均一化され出射端面より出射される。出射された光は、補助レンズによりその広がりが抑制されて照明レンズに入射し、照明レンズにより液晶パネルの表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル近傍に結像する。
【００４７】
それは、ロッドインテグレータの出射端面と液晶パネル面とが共役となるように照明レンズの諸元（焦点距離や材質等）が定められているからである。
【００４８】
液晶パネルに向かう光（非偏光光）のうち、一方の直線偏光光（たとえばＰ偏光光）は、液晶パネル直前に配置されている反射型の偏光板を透過し、最終的に液晶パネルの照明光として投射レンズを通過後にスクリーン上に到達する。反射型の偏光板は、照明レンズの光軸と垂直であることが望ましい。
【００４９】
反射型偏光板で反射された直線偏光光（例えばＳ偏光は）の殆どは、照明レンズを進んできた経路とは逆方向に戻ってゆくが、第１のロッドインテグレータの出射面には到達せず、対称関係にある第２のロッドインテグレータの出射面に集光されて到達する。
【００５０】
この出射面に緑の色光を反射させる特性の選択反射透光膜が蒸着されているので、その膜により殆どの光が反射されて、再び、液晶パネルに向かって補助レンズ、そして照明レンズを通過して進み、さらに反射型の偏光板まで到達する。
【００５１】
ここで、選択反射透光膜と反射型偏光板との間に位相差板、例えば１／４波長板が配置されていれば、この光は反射型偏光板を透過可能な偏光光、すなわちＰ偏光光に殆どが偏光変換される。
【００５２】
しかも、ロッドインテグレータからの照明光と共通の照明レンズを経由しているので、最初に反射型偏光板を透過した光も反射した光も同じ結像倍率で液晶パネルを照明することになる。即ち、光源の非偏光の光は、その殆どがＰ偏光光に偏光変換されて、液晶パネルの照明光となる。
【００５３】
第２のロッドインテグレータには、例えば赤と青の光源が１パッケージ化された光源が配置されている。光源から第２のロッドインテグレータに入射した光（非偏光光）はロッドインテグレータ内での内面反射によりその輝度が均一化され出射端面より出射する。
【００５４】
出射後の光の動作、進行経路は第１のロッドインテグレータのそれと同様である。異なるのは、第１のロッドインテグレータの出射端面に赤および青の色光が反射される特性の選択反射透光膜が蒸着されている点である。
【００５５】
このように光源から出射された非偏光の光のうち、反射型の偏光板から反射される光も、再び偏光変換されて反射型の偏光板を透過可能な光として照明に利用されるので、反射型の偏光板を直接透過する光と合わさることによって、高い偏光変換効率と光利用効率を両立させることができる。
【００５６】
さらに、この構成では異なる色光の光路を合成するための光学素子が不要となるので小型、低コスト化が促進でき、光利用効率の高い、小型で明るいプロジェクタが実現できる。
【００５７】
各光源を順次点灯すれば、すなわち、第１のロッドインテグレータに配置される緑の発光ダイオードをまず点灯し、それを消灯後、第２のロッドインテグレータに配置される赤の発光ダイオードを点灯し、それを消灯後に第２のロッドインテグレータに配置される青の発光ダイオードを点灯するというような繰り返しを実施することで、時分割で液晶パネルに緑、赤、青の照明光を順次供給することができ、その色光の変化に同期させて液晶パネルを駆動することでカラー表示を容易に実施できることができる。
【発明の効果】
【００５８】
以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、光源からの非偏光の光のうち、まず、反射型偏光板を通過したＰ偏光光を液晶パネルの照明光として利用し、反射型偏光板で反射された成分の光も、一旦、元の光源とは異なる位置に集光し、それを二次的な光源として、反射型偏光板通過可能な偏光成分の光に偏光変換して、即ち、Ｐ偏光光に偏光変換して液晶パネルの照明光として利用している。特に、この反射型偏光板から反射された成分の光は、光源まで戻ることはなく反射されるので、偏光変換過程での光の損失は殆ど起きず非常に高い偏光変換効率を達成でき、結果として光利用効率を高める効果がある。
【００５９】
さらに、本発明の構成においては、反射型偏光板から反射された光の再利用過程で、他の光源が配備される光路を巧みに利用していること、そして、光源と表示パネルとの間に、異なる色の光の経路を合流させるための光学部品を必要としないことによって小型化が促進できるという効果を併せ持つ。
【００６０】
さらにまた、光源の数を容易に増加させることができ、かつ高い偏光変換効率は維持できるので、光利用効率の高い、色再現性の良い高輝度なプロジェクタを提供できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明のプロジェクタは、単板型の液晶プロジェクタの照明光学系において、導光部材であるロッドインテグレータを用いた構成でありながら、分離した偏光の統合が高効率で実行できることにより、光利用効率の高いプロジェクタが提供できることを特徴とする。
【００６２】
次に、本発明のプロジェクタの実施の形態の構成と機能について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【００６３】
本発明のプロジェクタ１は、照明光学系１０と、液晶パネル５３を含む画像形成素子と、投射レンズ５５とを有する光学系２を備える。
【００６４】
照明光学系１０は、第１の色光を発光する第１の光源１１と、第２の色光と第３の色光とを選択して発光する第２の光源１２と、第１のロッドインテグレータ２１と、第２のロッドインテグレータ２２と、複数の補助レンズ３１〜３４と、２個の照明レンズ４１、４２とを有している。さらに、第１のロッドインテグレータ２１と、第２のロッドインテグレータ２２との出射面あるいは入射面には本願発明の特徴である選択反射透光膜２３、２４を備えている。ここでは出射面に設けられているものとして説明する。
【００６５】
第１の導光部材の光軸７１上において、第１の光源１１が第１のロッドインテグレータ２１の入射面側となるように配置され、第２の導光部材の光軸７２上において、第２の光源１２が第２のロッドインテグレータ２２の入射面側となるように配置されている。
【００６６】
第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とは、照明レンズ光軸７３を対称軸として対称に設けられており、第１の光源１１と第１のロッドインテグレータ２１、および第２の光源１２と第２のロッドインテグレータ２２もそれぞれ対称の位置に配置されている。
【００６７】
ここでは、照明光学系１０の小型化のために、光源１１、１２には発光ダイオードを使用するものとして説明する。しかし、光源は発光ダイオードに限定されるものではなく、画像形成に使用できる光源であれば例えば有機ＥＬなどの固体光源あっても、本願の照明光学系を適用することができる。
【００６８】
発光ダイオードは、単一の色光を発する光源であって、赤、青、緑の発光ダイオードを用いれば、プロジェクタとして広い色再現を実現できる利点がある。
【００６９】
ここでは、第１の光源１１には緑色の色光の発光ダイオードが使用されている。実施例では、発光素子の大きさとしては１ｍｍ四方の発光素子を４個用い、これらが微小の間隔で同一平面上に並べられており、全体として約２ｍｍ四方の大きさの発光面積を有する固体光源が形成されている。
【００７０】
第２の光源１２には青色と赤色の色光の発光ダイオードが使用されている。実施例では、約１ｍｍ四方の赤色の発光素子を２個備え、同じく青色の発光素子を２個備え、計４個の発光素子が微小の間隔で同一平面上に並べられており、全体として約２ｍｍ四方の発光面積を有する固体光源が形成されている。赤色の発光素子と青色の発光素子とは独立して駆動できる。
【００７１】
光源となる発光ダイオードの発光部の大きさは、実施例のように約２ｍｍ四方に限定されるものではない。発光素子の大きさが大きくなれば、それだけ発光光量も増えるが、点灯に必要な消費電力の増大も伴うので、製品の目標性能等の製品企画を勘案して決定される必要がある。
【００７２】
第１の光源の色光と第２の光源の色光も、それぞれ緑色、および青色と赤色に限定されるものではないが、２個のロッドインテグレータ２１、２２には互いに異なる色光の光源が配置されることが望ましい。
【００７３】
ロッドインテグレータ２１および２２は、光学ガラス製でも樹脂製でもかまわない。実施例では、大きさとして、上述の光源１１、１２のサイズに対応させて縦×横が２ｍｍ×２．７ｍｍで長さが１５ｍｍのものが使用された。
【００７４】
本実施の形態では導光部材をロッドインテグレータとして説明するが、これに限定されるものではなく例えばライトトンネルであってもよい。さらに入射端面と出射端面とが異なる大きさでもよい。ただし、入射端面の大きさは発光素子よりも大きいことが好ましい。
【００７５】
また、出射端面の形状としては、表示パネル５３のアスペクト比と相似としておくことが好ましい。さらに、ロッドインテグレータの長さは、長いほうが光源の輝度むら低減効果は高いが、その長さも１５ｍｍに限定されるものではない。
【００７６】
光源とロッドインテグレータとの間隔はできるだけ近い方が好ましい。それは、光源の発光ダイオードから発する光はあらゆる方向に出射しているので、ロッドインテグレータと光源との距離が離れるに従ってロッドインテグレータに入射する光が減ってしまい、その結果、最終的にスクリーンに到達する光量の低下を招くからである。
【００７７】
各々のロッドインテグレータ２１、２２の入射端面もしくは出射端面には、自らの光源の色光を透過し、他の色光を反射する特性を有する選択反射透光膜２３、２４が蒸着されている。
【００７８】
図３は選択反射透光膜の反射特性を示すグラフであり、（ａ）は赤と青とを反射する第１の選択反射透光膜の特性であり、（ｂ）は緑を反射する第２の選択反射透光膜の特性であり、図４はロッドインテグレータと、選択反射透光膜を形成したガラス基板とを示す斜視図である。
【００７９】
ここでは、第１のロッドインテグレータ２１に緑色の第１の光源１１が配置され、第２のロッドインテグレータ２２には赤色と青色の第２の光源１２が配置されている。
【００８０】
従って、第１のロッドインテグレータ２１の入射端面もしくは出射端面には、図３（ａ）に示した特性のごとく、第２の光源１２の青色と赤色の色光を反射し、第１の光源１１の緑色の色光は透過させる特性の第１の選択反射透光膜２３が蒸着されている。また、第２のロッドインテグレータ２２の入射端面もしくは出射端面には、図３（ｂ）に示す特性のような、第１の光源１１の緑色の色光を反射し、第２の光源１２の青色と赤色の色光を透過させる特性の第２の選択反射透光膜２４が蒸着されている。
【００８１】
このような特性を有する薄膜は、誘電多層膜を真空蒸着すれば得ることができ周知の技術で形成できる。なお、選択反射透光膜は必ずしもロッドインテグレータの入射または出射端面への薄膜形成には限定されない。例えば、図４に示すようにガラス基板８２等に選択反射透光膜８３を形成して、これをロッドインテグレータ８１の入射または出射端面に隣接して配置してもよい。
【００８２】
選択反射透光膜２３、２４は、ここではロッドインテグレータ２１、２２の出射端面に形成することとしているが、入射端面に形成されていてもよい。
【００８３】
第１のロットインテグレータ２１の出射端面側には第１の補助レンズ３１および第２の補助レンズ３２が設けられており、第２のロットインテグレータ２２の出射端面側には第３の補助レンズ３３および第４の補助レンズ３４が設けられている。
【００８４】
これらの補助レンズ３１、３２の中心軸は、第１のロッドインテグレータ２１の中心軸と一致し、補助レンズ３３、３４の中心軸は、第２のロッドインテグレータ２２の中心軸と一致していることが好ましい。ロッドインテグレータの中心軸とは、入射端面の中心と出射端面の中心とを結ぶ直線を意味する。
【００８５】
補助レンズには正の屈折力を有するレンズが使用されている。これらの補助レンズは必ずしも必要なわけではないが、光学系を小型化するにはあった方が好ましい。ロッドインテグレータからの出射光束はかなりの広がりもった光束なので、補助レンズによりその広がりを抑制することで、照明レンズの大型化を抑止できるためである。
【００８６】
補助レンズは２枚構成には限定されない。また、補助レンズの外形形状は、円形に限定されるものではない。なぜなら、矩形の出射面を有するロッドインテグレータから出射する光は、その直後においては円形ではないからである。レンズの小型化や製造コストを勘案して決定すればよい。例えば、矩形の補助レンズを使用して、それらを一体成形で得ることも可能である。
【００８７】
ここでは、第１のロッドインテグレータ２１と第２のロッドインテグレータ２２、第１の補助レンズ３１と第３の補助レンズ３３、および第２の補助レンズ３２と第４の補助レンズ３４は光学的に同一諸元のものが使用されている。
【００８８】
同一諸元とは、焦点距離や屈折率、物理形状が同じであるという意味である。同一諸元のものを使用することで部品の共通化が図れ、大量生産したときのコストメリットを引き出すことができる。
【００８９】
第２の補助レンズ３２、第４の補助レンズ３４と液晶パネル５３との間には、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２が配置されている。
【００９０】
第１のロッドインテグレータ２１に入射する緑色の色光の光（非偏光光）は、たとえ光源に輝度ムラが存在しても、第１のロッドインテグレータ２１内での内面反射によって輝度が均一化されて出射端面より出射される。
【００９１】
第１のロッドインテグレータ２１から出射された光は、第１の補助レンズ３１、第２の補助レンズ３２によりその広がりが抑制されて、第１の照明レンズ４１に入射し、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２によって、液晶パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９２】
また、第２の光源１２から出射された光も、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４によりその広がりが抑制されて、第１の照明レンズ４１に入射し、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２によって、液晶パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９３】
それは、ロッドインテグレータの出射面と液晶パネル面とが共役となるように照明レンズの諸元（焦点距離や形状材質等）が定められているからである。照明レンズと表示パネルの中心軸とは略一致していることが望ましいが一致していなくともかまわない。
【００９４】
第１の照明レンズ４１、第２の照明レンズ４２は、第１のロッドインテグレータ２１、および第２のロッドインテグレータ２２の出射面の照明情報を液晶パネル５３の入射面上に結像するように、その配置位置や焦点距離が決定されている。ここでは２枚構成としているが、必ずしも２枚構成に限定する必要はない。
【００９５】
第２のロッドインテグレータ２２に入射する青色と赤色の色光の光（非偏光光）も同様の経路を経て液晶パネル５３近傍に結像する。
【００９６】
画像形成素子は、液晶パネル５３と、反射型偏光板５１と、１／４波長板５２と、偏光板５４とを備える。
【００９７】
液晶パネル５３の直前には反射型偏光板５１が配置されている。この反射型偏光板５１は偏光子である。反射型偏光板５１は、第２の照明レンズ４２から入射した非偏光光に対して、相直交する成分の直線偏光光のうち一方の直線偏光成分を透過させ、他方を反射させる特性を有するものが使用されている。
【００９８】
このような反射型偏光板５１は、周知の技術で製造可能であり、商用ルートで入手することができる。図５は反射型偏光板の模式的側面図である。反射型偏光板５１には１／４波長板５２が反射型偏光板５１の入射側に貼合されて一体化された構成となっている。
【００９９】
入射する非偏光光９１は透過光９２（Ｐ偏光、ここでは第１の偏光と略称する）と反射光９３（ここでは第２の偏光と略称する）に分離される。第２の偏光は反射型偏光板５１で反射された時にはＳ偏光であるが、１／４波長板５２を通過したので円偏光となっている。液晶パネル５３の出射側には検光子として偏光板５４を備えている。
【０１００】
実施例では、液晶パネル５３としては透過型の対角寸法で０．５型の大きさのものが使われた。液晶パネル５３は単板型のプロジェクタで構成されているので、液晶の応答速度ができるだけ速いものが好ましい。
【０１０１】
表示パネルとしてＬＣｏＳやＤＭＤ等を使用することもできるが、この場合には光路を反射光路にするための光学素子が追加になる。装置全体の小型化のためには単一の透過型の液晶を使うことが好ましい。
【０１０２】
第１のロッドインテグレータ２１から出射されて液晶パネル５３に向かう光（非偏光光）のうち、一方の第１の偏光である直線偏光光（たとえばＰ偏光光）は、液晶パネル５３の直前に配置されている反射型偏光板５１を透過し、液晶パネル５３の照明光として投射レンズ５５を通過後に最終的に不図示の投射面上に到達する。ここで反射型偏光板５１は、照明レンズの光軸７３と垂直であることが望ましい。
【０１０３】
反射型偏光板５１で反射された第２の偏光である直線偏光光（例えばＳ偏光）の殆どは、１／４波長板５２を通過して円偏光となり、第２の照明レンズ４２から第１の照明レンズ４１を経由して、進んできた経路とは逆方向に戻っていく。
【０１０４】
しかし、第１のロッドインテグレータ２１から出射された光線は第１のロッドインテグレータ２１の出射面には到達せず、第４の補助レンズ３４、第３の補助レンズ３３を経由して、照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係にある第２のロッドインテグレータ２２の出射面に集光されて到達する。
【０１０５】
ここで、この第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に緑色の色光を反射させる特性の第２の選択反射透光膜２４が蒸着されているので、入射した光の殆どが第２の選択反射透光膜２４で反射されて、再び補助レンズ３３、３４、および照明レンズ４１、４２を通過して液晶パネル５３に向かって進み、反射型偏光板５１まで到達する。
【０１０６】
第２の選択反射透光膜２４と反射型偏光板５１との光路の間に位相差版、例えば１／４波長板５２が配置されているので、この円偏光光は反射型偏光板５１を透過可能な第１の偏光光、すなわちＰ偏光光に殆どが偏光変換される。
【０１０７】
しかも、第２のロッドインテグレータ２２からの照明光と共通の照明レンズ４１、４２を経由しているので、最初に反射型偏光板５１を透過した光も反射された光も同じ結像倍率で液晶パネル５３を照明することになる。
【０１０８】
すなわち、第１の光源１１から出射された非偏光の光は、最終的にその殆どがＰ偏光光に偏光変換されて、液晶パネル５３の照明光となる。
【０１０９】
一方、例えば赤色と青色の発光ダイオードが１パッケージ化された第２の光源１２から第２のロッドインテグレータ２２に入射した赤色または青色の光（非偏光光）は、第２のロッドインテグレータ２２内での内面反射によりその輝度が均一化されて出射端面より出射される。出射後の光の挙動、進行経路は第１のロッドインテグレータ２１の場合と殆ど同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１０】
異なるのは、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に緑色は透光し赤色および青色の色光を反射する特性の第１の選択反射透光膜２３が蒸着されている点である。
【０１１１】
このように光源から発する非偏光の光のうち、反射型偏光板から反射した成分の光の殆どが偏光板透過可能な直線偏光光に変換されて照明光として利用できるので、高い偏光変換効率と光利用効率とを両立させて液晶パネルの照明を行うことができる。
【０１１２】
さらに、異なる色光の光路を合成するための光学素子が不要となるので照明光学系の小型、低コスト化が促進できる。従って、光利用効率の高い、小型で明るいプロジェクタが実現できる。
【０１１３】
各光源の発光ダイオードを順次点灯すれば、すなわち、第１のロッドインテグレータ２１に配置されている緑色の発光ダイオードをまず点灯し、それを消灯後、第２のロッドインテグレータ２２に配置されている赤色の発光ダイオードを点灯し、それを消灯後に同じ第２のロッドインテグレータ２２に配置されている青色の発光ダイオードを点灯する、というような繰り返しの点灯動作を実施することで、時分割で液晶パネル５３に緑色、赤色、青色の照明光を順次供給することができるので、その色光の変化に同期させて液晶パネル５３を駆動することによってカラー表示が容易に実施できる。
【０１１４】
投射レンズ５５は、液晶パネル２２に形成された画像を投射面に投射するための複数のレンズから構成される。本実施の形態では、単一の液晶表示パネルを用いているので投射レンズのバックフォーカスは短くでき、プロジェクタの光学系全体の小型化も実現しやすい。
【０１１５】
次に本実施の形態のプロジェクタの光学系の動作について図面を参照しながら説明する。図６は本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の動作を説明するための模式的構成図であり、図７は本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。図７では反射型偏光板以降の光束の表示を省略している。
【０１１６】
図６を参照すると、緑色の色光を発する第１の光源１１からの非偏光の光は、まず第１のロッドインテグレータ２１の入射端面に入射する。光源は発光ダイオードなので、それから発する光は非偏光の光である。
【０１１７】
第１のロッドインテグレータ２１に入射した非偏光の光は、第１のロッドインテグレータ２１の壁面での多数の全反射により、光源の輝度ムラが均一に変換されて出射端面に到達する。
【０１１８】
出射端面には、緑色の色光を透過し、青色および赤色の色光を反射させる特性の第１の選択反射透光膜２３が形成されているので、出射端面に達した緑色の色光はその殆どが損失なく出射端面より出射される。
【０１１９】
出射端面の直後には、正の屈折力を有する第１の補助レンズ３１および第２の補助レンズ３２の２枚が配置されており、第１のロットインテグレータ２１から出射された光は、その補助レンズ３１、３２により拡散が抑制されて第１の照明レンズ４１に入射する。
【０１２０】
その後、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２を経由して、液晶パネル５３の画像表示領域を照明する。
【０１２１】
ロッドインテグレータ２１の出射端面は矩形であり、かつ液晶パネル５３の画像表示領域と相似形であるので、出射端面と液晶表示パネルの画像表示領域とがほぼ共役関係となるように照明レンズ４１および４２の諸元（相互の位置関係とレンズの焦点距離など）が定められている。
【０１２２】
図６の入射光束６１はロッドインテグレータ２１の出射端面と液晶パネル５３との共役関係を示すものである。
【０１２３】
液晶表示パネル５３の直前には反射型偏光板５１があり、液晶パネル５３に達する非偏光の直交する直線偏光成分の光のうち、例えば第１の偏光であるＰ偏光の光が反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に到達する。この光が液晶パネルの照明光となる。
【０１２４】
なお、反射型偏光板５１の光源側には１／４波長板５２が貼合されているが、非偏光の光は１／４波長板５２を透過しても非偏光のままである。もう一方の偏光成分の光、例えば第２の偏光であるＳ偏光光はその殆どが反射される。反射型偏光板５１と液晶パネル５３との間隔はできるだけ接近していることが好ましい。
【０１２５】
液晶パネル５３の照明に寄与した光は、液晶パネル５３を透過後、検光子である偏光板５４、投射レンズ５５を経由して不図示の投射面に液晶パネル５３の画像を拡大投射する。
【０１２６】
反射型偏光板５１で反射された第２の偏光であるＳ偏光の光の動作を、図７を用いて説明する。第１のロッドインテグレータ２１から出射されて反射型偏光板５１に達する非偏光の入射光束６１のうち、反射されたＳ偏光の光は、反射型偏光板５１の光源側に貼合されている１／４波長板５２により直ちに円偏光に偏光変換されて、第２の照明レンズ４２および第１の照明レンズ４１を逆方向に進行して行く。即ち第１の反射光束６３および第２の反射光束６４である。
【０１２７】
これらの光は、今度は第２の照明レンズ４２、第１の照明レンズ４１、第４の補助レンズ３４、および第３の補助レンズ３３を経由して、第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に集光する。
【０１２８】
それは、図２に示されるように第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが照明レンズの光軸７３（中心軸）に対してＴ＝Ｔ’となるように照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係に配置されていて、出射端面と液晶表示パネルの画像表示領域とがほぼ共役関係となるように照明レンズ４１および４２の諸元が設定されているからである。
【０１２９】
第２のロッドインテグレータ２２の出射端面には、緑色の色光を反射し、赤色および青色の色光を透過させる特性を有する第２の選択反射透光膜２４が形成されている。従って、この第２のロッドインテグレータ２２の出射面に集光する緑色の色光（円偏光）は、出射面の第２の選択反射透光膜２４でその殆どが反射され、再び液晶パネル５３の方向に向かって進行して行く第１の反射光束６３および第２の反射光束６４に変わる。これは、緑色の色光の二次光源が第２のロッドインテグレータ２２の出射端面に出現したのと等価と見ることもできる。
【０１３０】
この第１の反射光束６３および第２の反射光束６４は、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４、第１の照明レンズ４１および第２の照明レンズ４２により所定の倍率、すなわち、液晶表示パネル５３の表示領域相応の大きさに拡大されて、液晶パネル直前の反射型偏光板５１に達する。
【０１３１】
これも、第１の導光部材の光軸７１と第２の導光部材の光軸７２とが照明レンズの光軸７３（中心軸）に対してＴ＝Ｔ’となるように照明レンズの光軸７３を対称軸として対称の関係に配置されており、第１のロッドインテグレータ２１と第２のロッドインテグレータ２２に対応する補助レンズの諸元が同一だからである。
【０１３２】
ここで、先にも説明したように、反射型偏光板５１には１／４波長板５２が貼合されおり、この１／４波長板５２を通過した光束は直ちに円偏光からＰ偏光光に偏光変換される。即ち、この偏光変換により反射型偏光板５１を透過可能な偏光成分の光に変化する。
【０１３３】
そして、この光は液晶パネル５３の照明光として、偏光板５４と投射レンズ５５を経由して不図示の投射面に液晶パネル５３の画像を拡大投射する。
【０１３４】
このようにして、緑色の発光ダイオードからの非偏光の光は、反射型偏光板５１での偏光分離そして１／４波長板５２での偏光変換という過程を通じて、その殆どが液晶パネル５３の照明光として利用されるので、非常に高い光利用効率が得られる。しかも偏光分離後の光は一旦集光され、そのほとんどが再度、反射型偏光板５１を透過可能な偏光成分に変換されるので非常に高い偏光変換効率を達成できる。
【０１３５】
次に、第２のロッドインテグレータ２２の入射端面に配置される第２の光源１２の赤色および青色の発光ダイオードからの光について、その動作を説明する。
【０１３６】
その動作は第１のロッドインテグレータ２１に配置された第１の光源からの緑色の光の動作と殆ど同様である。異なるのは、反射型偏光板５１で反射され、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に戻ってきたとき、この出射端面には赤色および青色の色光を反射する特性を有する第１の選択反射透光膜２３が形成されていることである。
【０１３７】
即ち、第２のロッドインテグレータ２２から出射された赤色または青色の光（非偏光光）は、先ず、第３の補助レンズ３３、第４の補助レンズ３４、第１の照明レンズ４１、および第２の照明レンズ４２により所定の倍率で拡大されて液晶パネル５３直前の反射型偏光板５１に達する。ここで、第１の偏光であるＰ偏光の光が反射型偏光板５１を透過して液晶パネル５３に到達し、反射型偏光板５１で反射されるＳ偏光の偏光成分の光は、反射型偏光板５１に貼合されている１／４波長板５２を透過して円偏光の光となって、逆方向すなわち、光源側に進行してゆく。
【０１３８】
この光は、第２の照明レンズ４２、第１の照明レンズ４１、第２の補助レンズ３２、および第１の補助レンズ３１を進行後、第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に集光する。
【０１３９】
そして、出射端面に形成された赤色および青色の色光を反射し、緑色の色光を透過させる特性を有する第２の選択反射透光膜２４によって、入射した赤色.および青色の色光（円偏光）は、出射面でその殆どが反射され、再び液晶パネル５３の方向に進行してゆく反射光束に変わる。これは、赤色または青色の色光の二次光源が第１のロッドインテグレータ２１の出射端面に出現したのと等価と見ることもできる。
【０１４０】
再び液晶パネル側に進路を変更した赤色または青色の色光は、第１の補助レンズ３１、第２の補助レンズ３２、第１の照明レンズ４１、および第２の照明レンズ４２の順番に進行したあと、反射型偏光板５１に貼合されている１／４波長板５２に到達し、ここで円偏光光からＰ偏光光への偏光変換が実施されて反射型偏光板５１を透過可能な光となって液晶パネル５３の照明に寄与できる。緑色の色光のときと同様、高い偏光変換効率と高い光利用効率を得ることが可能である。
【０１４１】
図８は、第１のロッドインテグレータおよび第２のロッドインテグレータを出射した光束のうち、反射型偏光板を透過した光と、反射型偏光板で反射され、第２のロッドインテグレータおよび第１のロッドインテグレータまで戻って反射され、再度反射型偏光板に到達後、偏光変換されて液晶パネルに到達した光の両方を描いた光路図である。
【０１４２】
なお、第１および第２のロッドインテグレータの出射端面に、それぞれ選択反射透光膜を形成した例で説明したが、選択反射透光膜の形成場所としてはロッドインテグレータの出射端面に限定されるものでなく、入射端面に形成されていても同様の動作および効果を実現できる。すなわち、第１のロッドインテグレータの入射端面に緑の光を透過させ、赤および青の光を反射する特性の選択反射透光膜を形成し、第２のロッドインテグレータの入射端面に赤および青の光を透過させ、緑の光を反射する特性の選択反射透光膜を形成してもよい。
【０１４３】
それは、反射型偏光板から戻ってきて、各ロッドインテグレータの出射端面に集光する光は、そこからロッドインテグレータに進入し、反射されながらロッドインテグレータの入射端面に達するからである。しかもロッドインテグレータ内を進行中は、ロッドインテグレータ壁面での反射が全反射なので光の損失も殆ど起きない。従って、選択反射透光膜がロッドインテグレータの入射端面にあっても出射端面にあっても、同様の効果を得られる。
【０１４４】
次に、本発明のプロジェクタの第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図９は、第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的斜視図であり、図１０は第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的上面図であり、図１１は第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的側面図であり、図１２は第２の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【０１４５】
プロジェクタの輝度を増加させるために光源を増やすことは容易に可能である。光源を増やせば、それに応じて高輝度化が期待できる。
【０１４６】
第１の実施の形態では、光源としては、緑の色光の発光ダイオードと赤色と青色の色光の発光ダイオードが１パッケージ化された発光素子をそれぞれ１個使用していた。しかし、例えば図９の斜視図に示すごとく、光源を６個備えた構成をとることもできる。光源を増やせば、それに応じて高輝度化が期待できる。
【０１４７】
図１２に示すように、光源付近では、６個の光源のうち、緑色の発光ダイオードを備えた第１の光源１１１を３個備え、赤色と青色の発光ダイオードが１パッケージ化した発光素子を備えた第２の光源１１２を３個備えている。
【０１４８】
ここでは、第１の光源１１１と第１のロッドインテグレータ１２１とからなる第１の光源部と、第２の光源１１２と第２のロッドインテグレータ１２２からなる第２の光源部との組合せが複数設けられ、それぞれの１組の第１の光源部の第１の導光部材の光軸と、第２の光源部の第２の導光部材の光軸とは、照明レンズ光軸７３を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の第１の導光部材の光軸、および複数の第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されている、
即ち、図１２では、第１の光源１１１ａが第２の光源１１２ｃと１組となり、第１の光源１１１ｂが第２の光源１１２ｂと１組となり、第１の光源１１１ｃが第２の光源１１２ａと１組となっている。
【０１４９】
例えば、第１の光源１１１ａの出射光の反射型偏光板５１からの反射光は第２の光源１１２ｃの第２のロッドインテグレータ１２２ｃの出射端に入射し、第２の光源１１２ｃの出射光の反射型偏光板５１からの反射光は第１の光源１１１ａの第１のロッドインテグレータ１２１ａの出射端に入射する。
【０１５０】
図１０のＹＺ面を示す上面図に示されるように、３個ある第２の光源１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、赤色と青色の発光素子が１パッケージ化した発光ダイオードを備えた光源である。この３個の第２の光源１１２の発光面は、３個の第２のロッドインテグレータ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃの入射面に近接して設けられている。３個の第２のロッドインテグレータ１２２のそれぞれの出射面に近接して、第３の補助レンズ１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃが設けられている。
【０１５１】
３個の第２のロッドインテグレータ１２２の出射端には、第１の光源１１１の緑色の色光を反射し、第２の光源１１２の青色と赤色の色光を透過させる特性の第２の選択反射透光膜１２４が蒸着されている。
【０１５２】
図１０における第２の光源、第２のロッドインテグレータ、および第３の補助レンズのそれぞれの下側には、一部が図１１に示されるように、不図示の第１の光源１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、第１のロッドインテグレータ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、および第１の補助レンズ１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃが設けられている。
【０１５３】
３個の第１のロッドインテグレータ１２１の出射端面には、第２の光源１１２の青色と赤色の色光を反射し、第１の光源１１１の緑色の色光を透過させる特性の第１の選択反射透光膜１２３が蒸着されている。
【０１５４】
３個の第１の補助レンズ１３１および３個の第３の補助レンズ１３３のそれぞれの出射側には、第２の補助レンズ１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃと第４の補助レンズ１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃとが一体となった第２の補助レンズ群１３５が設けられている。
【０１５５】
第２の補助レンズ群１３５からの出射光は、第１の照明レンズ４１に入射する。第１の照明レンズ４１以降の構成と動作は第１の実施の形態と同じなので、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１５６】
光源の数が増えても、第１の照明レンズ４１と第２の照明レンズ４２の設計仕様を対応させることにより、各光源から発した光の動作は第１の実施の形態と同じとすることができ、高い偏光変換効率が維持され、光源が増加したことに対応して格段の高輝度が達成できる。ここでは、それぞれを３個の光源としているが、３個に限定されるものではない。
【０１５７】
次に、本発明のプロジェクタの第３の実施の形態について図面を参照して説明する。図１３は第３の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【０１５８】
第３の実施の形態は、第２の実施の形態の応用例であり、光源の数が増加したことから光源には単色の発光ダイオードを使用した。第１および第２の実施の形態では、青色と赤色の発光ダイオードを１パッケージ化した光源を用いたが、第３の実施の形態では赤色のみの発光ダイオードと青色のみの発光ダイオードをそれぞれ１パッケージ化した光源を用いて光源部を構成した。
【０１５９】
図１３に示すような配置で、緑色の発光ダイオードからなる第１の光源２１１と、赤色の発光ダイオードからなる第３の光源２１３と、青色の発光ダイオードからなる第４の光源２１４とを使用することもできる。
【０１６０】
図１３の例では、緑色の発光ダイオードからなる第１の光源２１１が３個下段に配置されており、赤色の発光ダイオードからなる第３の光源２１３の２個と青色の発光ダイオードからなる第４の光源２１４の１個との計３個が上段に配置されている。どのような組み合わせにするかは、使用する発光ダイオードの光出力に応じて適宜決めればよい。
【０１６１】
この組み合わせの場合には、ロッドインテグレータに設けられる選択反射透光膜は第１の実施の形態と同じでよい。
【０１６２】
次に、本発明のプロジェクタの第４の実施の形態について図面を参照して説明する。図１４は第４の実施の形態の光学系の模式的構成図であり、図１５は、本発明の第４の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【０１６３】
第４の実施の形態では、図１４に示すように、第１の光源３１１、第１のロッドインテグレータ３２１、第１の補助レンズ３３１、および第２の補助レンズ３３２の第１の導光部材の光軸３７１と、第２の光源３１２、第２のロッドインテグレータ３２２、第３の補助レンズ３３３、および第４の補助レンズ３３４の第２の導光部材の光軸７２とが直交するように配置されている。
【０１６４】
そのため、第２の導光部材の光軸７２を直角に折り曲げるための反射ミラー３４１を備えている。照明レンズ光軸７３と、第１の導光部材の光軸３７１および第２の導光部材の光軸３７２ａとは、結果的に平行でかつ、照明レンズ光軸７３と距離Ｔ、およびＴ’だけ離れている。Ｔ＝Ｔ'であることが好ましい。
【０１６５】
動作の説明は省略する。なぜなら、このような配置であっても、第１の実施の形態で説明した効果が得られることは自明であるからである。図１５には、この構成による、光路図が示されている。光路図にはロッドインテグレータから反射型偏光板までの光線が描かれており、偏光板以降の光線の描画は省略してある。
【０１６６】
この配置によれば、第１の光源３１１、第１のロッドインテグレータ３２１、第１の補助レンズ３３１、および第２の補助レンズ３３２と、第２の光源３１２、第２のロッドインテグレータ３２２、第３の補助レンズ３３３、および第４の補助レンズ３３４とを平行に配置する必要がない。従って、光学系全体を、プロジェクタの外装ケースに収容するときに、光学系以外のプロジェクタ構成要素である電気回路基板等も含めて配置の空間自由度の高い設計が可能となる。すなわち、デザイン性に富んだ外形設計に寄与するものである。
【０１６７】
次に、本発明のプロジェクタの第５の実施の形態について図面を参照して説明する。図１６は第５の実施の形態の光学系の模式的構成図であり、図１７は、本発明の第５の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【０１６８】
図１４、図１５に示す第４の実施の形態と、図１６、図１７に示す第５の実施の形態との違いは、第５の実施の形態では第１の導光部材の光軸４７１と第２の導光部材の光軸４７２の両方ともが、第１の反射ミラー４４１および第２の反射ミラー４４２を用いて、中間で直角に光軸を折り曲げている点である。
【０１６９】
当然のこととして、このような構成にしても、高い偏光変換効率と、高い光利用効率は達成される。この配置では特に照明レンズの光軸方向の距離Ｌを短くすることができるので、光学系をコンパクトにできるという効果がある。第４の実施の形態と同様に、断面光路図の一部を図１７に示す。ここでも偏光板以降の光線の描画は省略してある。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の光学系を備えたプロジェクタの模式的構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図３】選択反射透光膜の反射特性を示すグラフであり、（ａ）は赤と青とを反射する第１の選択反射透光膜の特性であり、（ｂ）は緑を反射する第２の選択反射透光膜の特性である。
【図４】ロッドインテグレータと、選択反射透光膜を形成したガラス基板とを示す斜視図である。
【図５】反射型偏光板の模式的側面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の動作を説明するための模式的構成図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【図８】第１のロッドインテグレータおよび第２のロッドインテグレータを出射した光束のうち、反射型偏光板を透過した光と、反射型偏光板で反射され、第２のロッドインテグレータおよび第１のロッドインテグレータまで戻って反射され、再度反射型偏光板に到達後、偏光変換されて液晶パネルに到達した光の両方を描いた光路図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的上面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のプロジェクタの光学系の模式的側面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の光源とロッドインテグレータと補助レンズを示す斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の光学系の模式的構成図である。
【図１７】本発明の第５の実施の形態のプロジェクタの光学系の反射型偏光板で反射された光束の動作を説明するための模式的構成図である。
【符号の説明】
【０１７１】
１ プロジェクタ
２ 光学系
１０ 照明光学系
１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、３１１、４１１ 第１の光源
１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、２１２、３１２、４１２ 第２の光源
２１、１２１、２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、３２１、４２１ 第１のロッドインテグレータ
２２、１２２、２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、３２２、４２２ 第２のロッドインテグレータ
２３、１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、２２３、３２３、４２３ 第１の選択反射透光膜
２４、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、２２４、３２４、４２４ 第２の選択反射透光膜
３１、１３１、２３１、３３１、４３１ 第１の補助レンズ
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ 第２の補助レンズ
３３、１３３ａ、１３３ｂ、１３３ｃ、２３３、３３３、４３３ 第３の補助レンズ
３４、１３４、２３４、３３４、４３４ 第４の補助レンズ
４１ 第１の照明レンズ
４２ 第２の照明レンズ
５１ 反射型偏光板
５２ １／４波長板
５３ 液晶パネル
５４ 偏光板
５５ 投射レンズ
６１ 入射光束
６３ 第１の反射光束
６４ 第２の反射光束
７１、３７１、４７１ａ、４７１ｂ 第１の導光部材の光軸
７２、３７２ａ、３７２ｂ、４７２ａ、４７２ｂ 第２の導光部材の光軸
７３ 照明レンズ光軸
８１ ロッドインテグレータ
８２ ガラス基板
８３ 選択反射透光膜
９１ 非偏光光
９２ 透過光（Ｐ偏光）
９３ 反射光（円偏光）
１３５ 第２の補助レンズ群
２１３ａ、２１３ｂ 第３の光源
２１４ 第４の光源
３４１ 反射ミラー
４４１ 第１の反射ミラー
４４２ 第２の反射ミラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの第１の色光と第２の色光と第３の色光とを、導光部材と照明レンズとを経由して単一の画像形成素子に入射させ、形成された画像を投射するプロジェクタであって、
前記第１の色光は透過し前記第２の色光および前記第３の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第１の導光部材と、前記第１の導光部材の光軸上に配置されて前記第１の色光を発光する第１の光源とからなる第１の光源部と、
前記照明レンズの光軸を対称軸として、前記第１の導光部材および前記第１の光源と対称の位置に設けられており、前記第２の色光および前記第３の色光は透過し前記第１の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第２の導光部材と、前記第２の導光部材の光軸上に配置されて前記第２の色光および前記第３の色光を選択して発光する、前記第１の光源と共に前記光源を形成する第２の光源とからなる第２の光源部と、
前記照明レンズと前記画像形成素子との間に設けられ、第１の偏光光は透過し第２の偏光光は反射する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板からの反射光を円偏光に変換し、前記選択反射透光膜からの反射光を前記第１の偏光に変換させる位相差板と、
前記第１の光源部からの出射光と反射光とを前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第２の光源部の前記選択反射透光膜に出射し、前記第２の光源部からの出射光と反射光とを前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第１の光源部の前記選択反射透光膜に出射する照明レンズ群と、を有する光学系を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の光源部と、該第１の光源部と組み合わされる前記第２の光源部との組合せが１つ以上設けられ、組となる前記第１の光源部の前記第１の導光部材の光軸と前記第２の光源部の前記第２の導光部材の光軸とは、前記照明レンズの光軸を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の前記第１の導光部材の光軸、および複数の前記第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されている、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の光源部と前記第２の光源部の組合せが２組以上であり、
前記第２の光源は、前記第２の色光を発光する第３の光源および前記第３の色光を発光する第４の光源に分割され、前記第３の光源と前記第４の光源とがそれぞれ所定の個数となるように前記第２の光源部に配置されている、プロジェクタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の色光は緑色であり、前記第２の色光は赤色であり、前記第３の色光は青色である、プロジェクタ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記選択反射透光膜はガラス基板上に形成され、該ガラス基板が前記導光部材の入射側および出射側のいずれかに配置されている、プロジェクタ。
【請求項６】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記照明レンズ群は、
前記第１の導光部材および前記第２の導光部材のそれぞれの出射側に設けられた光源用の補助レンズ、ならびに、
前記第１の導光部材側の前記補助レンズからの出射光を前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第２の導光部材側の前記補助レンズを経由して前記第２の導光部材の前記選択反射透光膜に出射し、前記第２の導光部材側の前記補助レンズからの出射光を前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第１の導光部材の前記補助レンズを経由して前記第１の導光部材の選択反射透光膜に出射する、第１の照明レンズおよび第２の照明レンズから構成される、プロジェクタ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記単板型の画像形成素子が単一の液晶パネルである、プロジェクタ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１から前記第４の光源は発光ダイオードである、プロジェクタ。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第２の導光部材の光軸を前記照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーで変換された前記第２の導光部材の光軸上に前記第２の光源と、前記第２のロッドインテグレータと、前記補助レンズとが設けられている、プロジェクタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の導光部材の光軸を前記照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーで変換された前記第１の導光部材の光軸上に前記第１の光源と、前記第１のロッドインテグレータと、前記補助レンズとが設けられている、プロジェクタ。
【請求項１】
光源からの第１の色光と第２の色光と第３の色光とを、導光部材と照明レンズとを経由して単一の画像形成素子に入射させ、形成された画像を投射するプロジェクタであって、
前記第１の色光は透過し前記第２の色光および前記第３の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第１の導光部材と、前記第１の導光部材の光軸上に配置されて前記第１の色光を発光する第１の光源とからなる第１の光源部と、
前記照明レンズの光軸を対称軸として、前記第１の導光部材および前記第１の光源と対称の位置に設けられており、前記第２の色光および前記第３の色光は透過し前記第１の色光は反射する選択反射透光膜が設けられた第２の導光部材と、前記第２の導光部材の光軸上に配置されて前記第２の色光および前記第３の色光を選択して発光する、前記第１の光源と共に前記光源を形成する第２の光源とからなる第２の光源部と、
前記照明レンズと前記画像形成素子との間に設けられ、第１の偏光光は透過し第２の偏光光は反射する反射型偏光板と、
前記反射型偏光板からの反射光を円偏光に変換し、前記選択反射透光膜からの反射光を前記第１の偏光に変換させる位相差板と、
前記第１の光源部からの出射光と反射光とを前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第２の光源部の前記選択反射透光膜に出射し、前記第２の光源部からの出射光と反射光とを前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第１の光源部の前記選択反射透光膜に出射する照明レンズ群と、を有する光学系を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の光源部と、該第１の光源部と組み合わされる前記第２の光源部との組合せが１つ以上設けられ、組となる前記第１の光源部の前記第１の導光部材の光軸と前記第２の光源部の前記第２の導光部材の光軸とは、前記照明レンズの光軸を対称軸として対象に配置されており、かつ複数の前記第１の導光部材の光軸、および複数の前記第２の導光部材の光軸は、それぞれが同一平面上に配置されている、プロジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の光源部と前記第２の光源部の組合せが２組以上であり、
前記第２の光源は、前記第２の色光を発光する第３の光源および前記第３の色光を発光する第４の光源に分割され、前記第３の光源と前記第４の光源とがそれぞれ所定の個数となるように前記第２の光源部に配置されている、プロジェクタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の色光は緑色であり、前記第２の色光は赤色であり、前記第３の色光は青色である、プロジェクタ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記選択反射透光膜はガラス基板上に形成され、該ガラス基板が前記導光部材の入射側および出射側のいずれかに配置されている、プロジェクタ。
【請求項６】
請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
前記照明レンズ群は、
前記第１の導光部材および前記第２の導光部材のそれぞれの出射側に設けられた光源用の補助レンズ、ならびに、
前記第１の導光部材側の前記補助レンズからの出射光を前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第２の導光部材側の前記補助レンズを経由して前記第２の導光部材の前記選択反射透光膜に出射し、前記第２の導光部材側の前記補助レンズからの出射光を前記反射型偏光板に出射し、前記反射型偏光板からの反射光を前記第１の導光部材の前記補助レンズを経由して前記第１の導光部材の選択反射透光膜に出射する、第１の照明レンズおよび第２の照明レンズから構成される、プロジェクタ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記単板型の画像形成素子が単一の液晶パネルである、プロジェクタ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１から前記第４の光源は発光ダイオードである、プロジェクタ。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプロジェクタにおいて、
前記第２の導光部材の光軸を前記照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーで変換された前記第２の導光部材の光軸上に前記第２の光源と、前記第２のロッドインテグレータと、前記補助レンズとが設けられている、プロジェクタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロジェクタにおいて、
前記第１の導光部材の光軸を前記照明レンズ光軸と直交する方向に変換する反射ミラーを有し、
前記反射ミラーで変換された前記第１の導光部材の光軸上に前記第１の光源と、前記第１のロッドインテグレータと、前記補助レンズとが設けられている、プロジェクタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−９６７０７（Ｐ２００８−９６７０７Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７８６３６（Ｐ２００６−２７８６３６）
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（３０００１６７６５）ＮＥＣディスプレイソリューションズ株式会社 (289)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（３０００１６７６５）ＮＥＣディスプレイソリューションズ株式会社 (289)
【Ｆターム（参考）】
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