プロジェクタ用光学系および色合成素子
【課題】 高品質な画像の提供を保証しつつも単板式プロジェクタ等の小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供すること。
【解決手段】 プロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成した。
【解決手段】 プロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラープロジェクタとして、白色光を照射する光源、該白色光をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三つの成分に分離する色分離手段、各成分をそれぞれ独立して変調する３つの液晶素子、各液晶素子により変調された各色成分を合成する色合成手段を備える３板式プロジェクタが知られている。３板式プロジェクタは、以下の特許文献１に例示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８９３７号公報
【０００４】
特許文献１に記載の３板式プロジェクタにおいて、色合成手段は、各液晶素子で変調された各成分のうち、二つを残りの一つの成分の直進方向に偏向させることにより、色合成を行っている。色合成は、プロジェクタにより投影される画像の色ずれ等が起きないように、非常に高い精度をもって実現される必要がある。そのため、特許文献１に記載の３板式プロジェクタのように、従来の色合成手段は、同一材料、同一形状の４つの直角プリズムを貼り合わせたキューブ形状を有している。そして、Ｘ字状に表れる貼り合わせ面を偏向面とすることにより、各成分の光路長を揃えてずれのない精度の高い色合成を実現し、投影画像の高画質を保証している。
【０００５】
上記プロジェクタは、近年、持ち運びを容易にする等の利便性向上のため、より一層の小型化、軽量化を図ることが強く要望されている。該要望に応えるためには、プロジェクタ内の部品点数の削減や部品自体の小型化等が重要となる。しかも、小型化、軽量化した場合であっても高品質な画像の提供が保証される必要がある。
【０００６】
また、カラープロジェクタとして単板式プロジェクタも知られている。単板式プロジェクタとしては、例えば、白色光を照射する光源、該白色光をＲ、Ｇ、Ｂの各成分に分離する回転円板、各成分を変調するＤＭＤ（登録商標）、回転円板から射出された各成分をＤＭＤに斜入射させる導光手段を備える構成が知られている。単板式プロジェクタであっても、上記３板式プロジェクタと同様に、高品質な画像の提供が保証されつつも小型化、軽量化を図ることが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、高品質な画像の提供を保証しつつも単板式プロジェクタや３板式プロジェクタの小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載のプロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成したこと、を特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系によれば、空気との屈折率差を小さく抑えた薄肉板状光学素子を用いて光合成手段を構成している。従って、従来のキューブ形状よりも軽量かつ小型化された光合成手段を提供できる。よって、３板式プロジェクタ全体としての小型化や軽量化に寄与することができる。しかも、色合成手段によって色合成される際、各色成分は色合成手段と空気との界面で無用な屈折作用を受けたり、光路長差を生じたりすることがないため、高品質な画像を投影することができる。
【００１０】
請求項２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、上記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることが望ましい。上記の屈折率を満足する光学材料として、エアロゲルが好適である（請求項３）。
【００１１】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、色合成手段は、第一の色成分のみを反射する第一反射面、および該第一反射面に直交し第二の色成分のみを反射する第二反射面が形成されるように、複数の薄肉板状光学素子を組み合わせて構成することができる。
【００１２】
より詳しくは、上記色合成手段は、互いに同一形状である四つの薄肉板状光学素子から構成され、四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施される（請求項５）。
【００１３】
また、請求項５に記載の構成を採用した場合、四つの薄肉板状光学素子は、互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が該一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされる（請求項６）。
【００１４】
請求項７に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の直線偏光をＳ偏光、第二の直線偏光をＰ偏光として構成することができる。
【００１５】
なお、第一から第三の液晶素子は、透過型であっても反射型であっても良い。反射型の液晶素子を使用した場合、色合成手段を前記色分離手段と同一にすることができる（請求項１０）。
【００１６】
また、別の観点から本発明に係るプロジェクタ用光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、赤成分、緑成分、青成分に順次分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調する光空間変調素子と、変調された各色成分を拡大投影する投影レンズ群と、色分離手段により分離された、第一の直線偏光状態にある各色成分を光空間変調素子に導くと共に、該光空間変調素子により変調された、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にある各色成分を投影レンズ群に導く偏向素子と、を備え、偏向素子を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４以下の光学材料で形成したことを特徴とする（請求項１１）。
【００１７】
請求項１１に記載のプロジェクタ用光学系は、高品質な画像の投影を保証しつつも単板式のプロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。
【００１８】
請求項１２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、上記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることが望ましい。上記の屈折率を満足する光学材料として、エアロゲルが好適である（請求項１３）。
【００１９】
請求項１４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、偏向素子と前記光空間変調素子間に１／４波長板をさらに有することができる。
【００２０】
なお、上記偏向素子としては、色分離手段を介した各色成分が入射する第一端面と、主として第一の直線偏光を反射し、第二の直線偏光は透過するコーティングが施された第二端面と、第二端面で反射した各色成分を１／４波長板を介して光空間素子に導く第三端面と、を有する偏光プリズムとすることができる（請求項１５）。
【００２１】
より好ましくは、上記偏向素子は第二端面を斜面とする直角プリズムとして構成する（請求項１６）。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、３板式プロジェクタにあっては色合成手段、単板式プロジェクタにあっては偏向素子、をそれぞれ空気との屈折率差が小さい材料によって構成し、従来の形状よりも小型化することにより、プロジェクタから投影される画像の画質を高く維持しつつ、該プロジェクタの小型化、軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は反射型液晶プロジェクタに搭載される本発明の第一実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【００２４】
プロジェクタ用光学系１００は、光源１、ライトトンネル（登録商標）２、リレーレンズ群３、単一偏光板４、第一ダイクロイックミラー５、第二ダイクロイックミラー６、ミラー７、Ｒ用偏光ビームスプリッタ８Ｒ、Ｇ用偏光ビームスプリッタ８Ｇ、Ｂ用偏光ビームスプリッタ８Ｂ、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒ、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇ、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂ、色合成素子１０、投影レンズ群１１、吸収偏光板１２を有する。
【００２５】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂとを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射してライトトンネル２に導かれる。ライトトンネル２は、入射する白色光を、強度分布を均一にしつつ後段にあるリレーレンズ群３に導く。リレーレンズ群３は、ライトトンネル２を介して入射する白色光を平行光束にしつつ単一偏光板４に導く。単一偏光板４は、入射する白色光を第一ダイクロイックミラー５に対してＳ偏光となるように偏光状態を揃える。
【００２６】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、第一と第二のダイクロイックミラー５、６によってＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に色分離される。具体的には、第一ダイクロイックミラー５は、入射する白色光束のうち、Ｒ成分のみ何ら偏向することなく透過させ、それ以外の色成分（Ｇ、Ｂ）を略直角に偏向する。第二ダイクロイックミラー６は、第一のダイクロイックミラー５で反射した二種類の色成分のうち、Ｂ成分を何ら偏向することなく透過させ、Ｇ成分を略直角に偏向する。なお図１中、Ｒ成分の光路を実線で、Ｇ成分の光路を一点鎖線で、Ｂ成分の光路を破線で、それぞれ示す。
【００２７】
第一ダイクロイックミラー５を透過したＲ成分は、ミラー７で直角に偏向されてＲ用偏光ビームスプリッタ８Ｒに入射する。偏光ビームスプリッタ８Ｒは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する性質を持つ。ここで、第一ダイクロイックミラー５を透過したＲ成分は、単一偏光板４によりＳ偏光状態にあるため、Ｒ用偏光ビームスプリッタ８Ｒで反射し、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒに入射する。
【００２８】
Ｒ用反射型液晶素子９Ｒは、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビットに入射したＲ成分を変調する。変調信号は、所定のＲ用の映像情報に基づいて生成される。
【００２９】
なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態のＲ成分は、該液晶素子９Ｒで反射して再びＲ用偏光ビームスプリッタ８Ｒに入射し、透過する。そして、Ｐ偏光状態のＲ成分は、色合成素子１０に入射する。
【００３０】
なお、第二ダイクロイックミラー６で反射したＧ成分がＧ用偏光ビームスプリッタ８Ｇ、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇを経て色合成素子１０に入射するまでの光路、および第二ダイクロイックミラー６を透過したＢ成分がＢ用偏光ビームスプリッタ８Ｂ、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂを経て色合成素子１０に入射するまでの光路は、上述したＲ成分の光路と共通している。そこで、ここでは詳説しない。
【００３１】
図２は、色合成素子１０を詳細に示す図である。図２（Ａ）は、色合成素子１０を拡大して示す斜視図、図２（Ｂ）は、色合成素子１０を拡大して示す平面図である。色合成素子１０は、空気に近い屈折率ｎを持つ光学材料により形成された４つの薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄから構成される。詳しくは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄは、矩形状の平行平面板として構成される。そして、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの各面Ｐ１〜Ｐ４に特定の色成分のみを反射する性質のコーティングが施されている。本実施形態では、面Ｐ１、Ｐ３にＢ成分のみを反射するコーティングが、面Ｐ２、Ｐ４にＲ成分のみを反射するコーティングが、それぞれ施されている。
【００３２】
色合成素子１０は、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの一辺Ｌが接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティング面（Ｐ１とＰ３、Ｐ２とＰ４）が同一平面上に位置するように、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄを組み合わせることにより構成される。従って、図２（Ｂ）に示すように、色合成素子１０を俯瞰した場合、同一の性質のコーティング面を持つ薄肉状光学素子（１０ａと１０ｃ、１０ｂと１０ｄ）は、辺Ｌ上の点を対称の中心とした点対称な位置関係にある。なお、同一平面上に配設されたコーティング面Ｐ２、Ｐ４は、Ｒ成分のみを反射させる第一反射面１０Ｒとして作用し、コーティング面Ｐ１、Ｐ３は、Ｂ成分のみを反射させる第二反射面１０Ｂとして作用する。
【００３３】
ここで、従来の構成において色合成素子１０に相当する色合成プリズムは、空気との界面で屈折が起きることにより各色成分間にずれが生じる、あるいは屈折率差により各色成分で光路長差が発生する、などにより高品質な画像が再現できないおそれを回避すべく、同一材料により構成された直角プリズムを４つ組み合わせたキューブ形状を有する。従って、高品質な画像を再現する代償として、プロジェクタの大型化、重量化を招いていた。これに対し、本実施形態の色合成素子１０は、上記の薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄにより構成される。各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの屈折率ｎは、以下の条件（１）を満たす。
１．００＜ｎ≦１．４０・・・（１）
【００３４】
本実施形態の各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄは、屈折率ｎが以下の条件（２）、
１．０５≦ｎ≦１．１０・・・（２）
を満たす光学材料、例えばエアロゲルを用いて形成される。従って、空気との界面での屈折の影響や屈折率差という問題を略無視することが可能になった。そのため、色合成素子１０を、色合成に必要最低限な部位のみの形状であって、キューブ形状よりも軽量かつ小型化された形状（本実施形態ではＸ字状）に形成することを可能にしている。よって、プロジェクタ全体としての小型化、軽量化も達成される。
【００３５】
色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＲ成分は、第一反射面１０Ｒで直角に反射される。色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＢ成分は、第二反射面１０Ｂで直角に反射する。色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＧ成分Ｇｐは、いずれの反射面１０Ｒ、１０Ｂも透過する。これにより、各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂにより変調されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分は合成される。
【００３６】
色合成素子から射出された合成光は、吸収偏光板１２を介して投影レンズ群１１に入射する。吸収偏光板１２は、各偏光ビームスプリッタ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを透過してしまったＳ偏光成分を略全てカットし、投影レンズ群１１に入射するのを回避している。各偏光ビームスプリッタ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂおよび吸収偏光板１２の作用により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが色合成素子１０によって合成され、投影レンズ群１１に入射する。投影レンズ群１１によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が投影される。
【００３７】
上記の第一実施形態は、反射型液晶素子を用いた反射型液晶プロジェクタに好適に搭載されるプロジェクタ用光学系である。本発明に係るプロジェクタ光学系は、以下の第二実施形態に示すように、透過型液晶素子を用いた透過型液晶プロジェクタにも適用でき、該透過型液晶プロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。図３は、透過型液晶プロジェクタに搭載される第二実施形態のプロジェクタ用光学系２００の概略構成を示す図である。なお、図３に示すプロジェクタ用光学系２００において、第一実施形態のプロジェクタ用光学系１００と同一部材には同一の符号を付し、ここでの詳しい説明はしない。
【００３８】
プロジェクタ用光学系２００において、光源１から照射され、ライトトンネル２、リレーレンズ群３、単一偏光板４を介してＳ偏光状態にある白色光は、Ｂ成分のみ反射させる第三ダイクロイックミラー３１、Ｇ成分のみを反射させる第四ダイクロイックミラー３２を介して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に分離される。第三ダイクロイックミラー３１で反射したＢ成分は、ミラー３３を介してＢ用透過型液晶素子３６Ｂに入射する。第四ダイクロイックミラー３２で反射したＧ成分は、Ｇ用透過型液晶素子３６Ｇに入射する。第四ダイクロイックミラー３２を透過したＲ成分は、ミラー３４、３５を介してＲ用透過型液晶素子３６Ｒに入射する。各透過型液晶素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂで変調された各色成分は、本発明の主たる特徴である色合成素子１０により合成され、吸収偏光板１２、投影レンズ群１１を介してスクリーンＳに画像として投影される。
【００３９】
上記の第一実施形態および第二実施形態は、いずれも３板式プロジェクタに好適に搭載されるプロジェクタ用光学系である。本発明に係るプロジェクタ光学系は、以下の第三実施形態に示すように、単板式プロジェクタにも適用でき、該単板式プロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。図４は、単板式プロジェクタに搭載される第三実施形態のプロジェクタ用光学系３００の概略構成を示す図である。図４に示す第三実施形態においても、図３に示す第二実施形態と同様、既述の部材に関しては、同一の符号を付しここでの詳しい説明はしない。
【００４０】
プロジェクタ光学系３００は、光空間変調素子としてＤＭＤ（登録商標）５３を使用している。ＤＭＤ５３は、水平状態を基準として約１０度程度傾けることが可能な微少ミラーを複数有している。そして、該複数の微少ミラーは、所定の画像情報に基づき生成された変調信号により駆動制御される。つまり、ＤＭＤ５３は、ＯＮ光とＯＦＦ光で偏光方向を変化させることにより、変調している。
【００４１】
プロジェクタ光学系３００において、光源１から照射され、ライトトンネル２、リレーレンズ群３、単一偏光板４を介してＳ偏光状態にある白色光は、回転色分離板５１によってＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に順次色分離される。回転色分離板５１から射出された各色成分は、偏光プリズム５０に順次入射する。
【００４２】
偏光プリズム５０は、上記第一および第二実施形態における色合成素子１０と同一材料（ここでは、エアロゲル）により構成される。偏光プリズム５０は、回転色分離板５１から射出された各色成分が入射する第一端面５０ａ、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過する性質のコーティングが施された第二端面５０ｂ、ＤＭＤ５３に対向し１／４波長板５２が当接される第三端面５０ｃを持つ三角プリズムである。なお、本実施形態では、各部材との相対的位置決めを容易にするため、偏光プリズム５０として、第二端面５０ｂが斜面である直角プリズムを採用している。
【００４３】
第一端面５０ａを介して偏光プリズム５０内部に入射した各色成分は、Ｓ偏光状態にあるため、第二端面５０ｂで反射する。そして、第三端面５０ｃ、１／４波長板５２を介してＤＭＤ５３に斜入射する。
【００４４】
ＤＭＤ５３により変調された各色成分のＯＮ光は、１／４波長板５２および偏光プリズム５０（より具体的には第三端面５０ｃ）に直角に入射する。そして、偏光プリズム５０の第二端面５０ｂに向かう。ここで、各色成分のＯＮ光は、１／４波長板５２を２度透過しているため、偏光状態が９０度回転した状態（Ｐ偏光状態）にある。従って、第三端面５０ｃからの各色成分は、第二端面５０ｂを透過する。
【００４５】
ここで、従来の構成であれば、偏光プリズムはプロジェクタ内部の熱上昇等に高い耐久性能を持つガラス等といった空気との屈折率差が比較的大きい光学材料により形成されていた。従って、図５（Ａ）に示すように第二端面５０ｂから空気に射出される各色成分は屈折作用を受けてしまう。そのため、各部材間の相対的位置決めが非常に煩雑となることが指摘されていた。そこで従来は、図５（Ｂ）に示すように、偏光プリズム５０と同一形状の光路補正用プリズムを互いの斜面を貼り合わせることにより、変調された色成分が屈折作用を受けることなく投影レンズ群に導かれるようにしていた。但し、該光路補正用プリズムを使用する分、どうしてもプロジェクタ全体としての大型化、重量化を招いていた。
【００４６】
これに対し、第三実施形態では、偏光プリズム５０を屈折率ｎが上記条件（１）さらには条件（２）を満たすエアロゲルにより形成している。従って、色成分は、第二端面５０ｂにおいて屈折作用を殆ど受けることがない。つまり、上記従来の構成のように光路補正用プリズムを使用することなく、また各部材の相対的位置決めを煩雑にすることなく、変調された各色成分を投影レンズ群に導くことができる。
【００４７】
なお、ＯＦＦ光は、ＤＭＤ５３の偏向作用によって、１／４波長板５２および偏光プリズム５０（より具体的には第三端面５０ｃ）に鋭角で入射する。そのため、ＯＮ光とは異なる光路を進む、つまり、投影レンズ群１１には導かれない。
【００４８】
以上が本発明の実施形態である。本発明にかかるプロジェクタ用光学系は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形を行っても同様の効果を奏する。
【００４９】
第一および第二実施形態において、３板式プロジェクタに搭載されるプロジェクタ用光学系は、必ずしも上記構成に限定されるものではない。例えば、種々の光学部材を適宜組み合わせることによって上記各実施形態のプロジェクタ用光学系とは異なる構成で色分離を行うことも可能である。図６は、第一実施形態の変形例のプロジェクタ用光学系１００’の色合成素子１０近傍の概略構成を表す図である。変形例のプロジェクタ用光学系１００’は、第一実施形態のプロジェクタ用光学系１００とは異なる構成によって光源からの白色光を色分離する。図６に示すプロジェクタ用光学系１００’は、第一実施形態における５、６、７の代替として、偏光ハーフミラー７０を有する。光源１から照射され単一偏光板４によってＳ偏光状態にある白色光は、偏光ハーフミラー７０により偏向され、色合成素子１０に入射する。そして、色合成素子１０の第一反射面１０ＲによってＲ成分を色分離し、第二反射面１０ＢによってＢ成分を色分離する。つまり、本変形例では、色合成素子１０が、各色成分を合成するだけでなく、各色成分を分離する機能を併せ持つ。
【００５０】
各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂで変調されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分は、色合成素子１０により合成され、偏光ハーフミラー７０に再入射する。偏光ハーフミラー７０に再入射するとき、各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの作用により各色成分はＰ偏光状態にある。そのため、各色成分は、偏光ハーフミラー７０を透過し、投影レンズ群１１に導かれる。
【００５１】
さらに、例えば、上記第一および第二実施形態では、光源１からの光束は単一偏光板４によりＳ偏光状態に変換されると説明したが、Ｐ偏光状態に変換される構成であってもよい。また、上記各実施形態における各色成分の光路は任意に置換可能である。すなわち、例えば図１であれば、第一ダイクロイックミラー５を透過するのはＲ成分以外の色成分であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第一実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の第一実施形態の色合成素子を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第三実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図５】本発明の第三実施形態のプロジェクタ用光学系に対応する従来の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 光源
５、６ ダイクロイックミラー
８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ 偏光ビームスプリッタ
９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ 反射型液晶素子
１０ 色合成素子
１１ 投影レンズ群
１０ａ〜１０ｄ 薄肉状光学素子
５０ 偏光プリズム
５１ 回転色分離板
５３ ＤＭＤ
１００、１００’、２００ ３板式プロジェクタ
３００ 単板式プロジェクタ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラープロジェクタとして、白色光を照射する光源、該白色光をＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の三つの成分に分離する色分離手段、各成分をそれぞれ独立して変調する３つの液晶素子、各液晶素子により変調された各色成分を合成する色合成手段を備える３板式プロジェクタが知られている。３板式プロジェクタは、以下の特許文献１に例示される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−９８９３７号公報
【０００４】
特許文献１に記載の３板式プロジェクタにおいて、色合成手段は、各液晶素子で変調された各成分のうち、二つを残りの一つの成分の直進方向に偏向させることにより、色合成を行っている。色合成は、プロジェクタにより投影される画像の色ずれ等が起きないように、非常に高い精度をもって実現される必要がある。そのため、特許文献１に記載の３板式プロジェクタのように、従来の色合成手段は、同一材料、同一形状の４つの直角プリズムを貼り合わせたキューブ形状を有している。そして、Ｘ字状に表れる貼り合わせ面を偏向面とすることにより、各成分の光路長を揃えてずれのない精度の高い色合成を実現し、投影画像の高画質を保証している。
【０００５】
上記プロジェクタは、近年、持ち運びを容易にする等の利便性向上のため、より一層の小型化、軽量化を図ることが強く要望されている。該要望に応えるためには、プロジェクタ内の部品点数の削減や部品自体の小型化等が重要となる。しかも、小型化、軽量化した場合であっても高品質な画像の提供が保証される必要がある。
【０００６】
また、カラープロジェクタとして単板式プロジェクタも知られている。単板式プロジェクタとしては、例えば、白色光を照射する光源、該白色光をＲ、Ｇ、Ｂの各成分に分離する回転円板、各成分を変調するＤＭＤ（登録商標）、回転円板から射出された各成分をＤＭＤに斜入射させる導光手段を備える構成が知られている。単板式プロジェクタであっても、上記３板式プロジェクタと同様に、高品質な画像の提供が保証されつつも小型化、軽量化を図ることが要望されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、高品質な画像の提供を保証しつつも単板式プロジェクタや３板式プロジェクタの小型化や軽量化に寄与することができるプロジェクタ用光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載のプロジェクタ光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成したこと、を特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載のプロジェクタ用光学系によれば、空気との屈折率差を小さく抑えた薄肉板状光学素子を用いて光合成手段を構成している。従って、従来のキューブ形状よりも軽量かつ小型化された光合成手段を提供できる。よって、３板式プロジェクタ全体としての小型化や軽量化に寄与することができる。しかも、色合成手段によって色合成される際、各色成分は色合成手段と空気との界面で無用な屈折作用を受けたり、光路長差を生じたりすることがないため、高品質な画像を投影することができる。
【００１０】
請求項２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、上記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることが望ましい。上記の屈折率を満足する光学材料として、エアロゲルが好適である（請求項３）。
【００１１】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、色合成手段は、第一の色成分のみを反射する第一反射面、および該第一反射面に直交し第二の色成分のみを反射する第二反射面が形成されるように、複数の薄肉板状光学素子を組み合わせて構成することができる。
【００１２】
より詳しくは、上記色合成手段は、互いに同一形状である四つの薄肉板状光学素子から構成され、四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施される（請求項５）。
【００１３】
また、請求項５に記載の構成を採用した場合、四つの薄肉板状光学素子は、互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が該一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされる（請求項６）。
【００１４】
請求項７に記載のプロジェクタ用光学系によれば、第一の直線偏光をＳ偏光、第二の直線偏光をＰ偏光として構成することができる。
【００１５】
なお、第一から第三の液晶素子は、透過型であっても反射型であっても良い。反射型の液晶素子を使用した場合、色合成手段を前記色分離手段と同一にすることができる（請求項１０）。
【００１６】
また、別の観点から本発明に係るプロジェクタ用光学系は、所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、該白色光を、偏光状態を維持しつつ、赤成分、緑成分、青成分に順次分離する色分離手段と、分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調する光空間変調素子と、変調された各色成分を拡大投影する投影レンズ群と、色分離手段により分離された、第一の直線偏光状態にある各色成分を光空間変調素子に導くと共に、該光空間変調素子により変調された、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にある各色成分を投影レンズ群に導く偏向素子と、を備え、偏向素子を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４以下の光学材料で形成したことを特徴とする（請求項１１）。
【００１７】
請求項１１に記載のプロジェクタ用光学系は、高品質な画像の投影を保証しつつも単板式のプロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。
【００１８】
請求項１２に記載のプロジェクタ用光学系によれば、上記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることが望ましい。上記の屈折率を満足する光学材料として、エアロゲルが好適である（請求項１３）。
【００１９】
請求項１４に記載のプロジェクタ用光学系によれば、偏向素子と前記光空間変調素子間に１／４波長板をさらに有することができる。
【００２０】
なお、上記偏向素子としては、色分離手段を介した各色成分が入射する第一端面と、主として第一の直線偏光を反射し、第二の直線偏光は透過するコーティングが施された第二端面と、第二端面で反射した各色成分を１／４波長板を介して光空間素子に導く第三端面と、を有する偏光プリズムとすることができる（請求項１５）。
【００２１】
より好ましくは、上記偏向素子は第二端面を斜面とする直角プリズムとして構成する（請求項１６）。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、３板式プロジェクタにあっては色合成手段、単板式プロジェクタにあっては偏向素子、をそれぞれ空気との屈折率差が小さい材料によって構成し、従来の形状よりも小型化することにより、プロジェクタから投影される画像の画質を高く維持しつつ、該プロジェクタの小型化、軽量化を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は反射型液晶プロジェクタに搭載される本発明の第一実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【００２４】
プロジェクタ用光学系１００は、光源１、ライトトンネル（登録商標）２、リレーレンズ群３、単一偏光板４、第一ダイクロイックミラー５、第二ダイクロイックミラー６、ミラー７、Ｒ用偏光ビームスプリッタ８Ｒ、Ｇ用偏光ビームスプリッタ８Ｇ、Ｂ用偏光ビームスプリッタ８Ｂ、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒ、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇ、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂ、色合成素子１０、投影レンズ群１１、吸収偏光板１２を有する。
【００２５】
光源１は、高圧水銀ランプ１ａと楕円リフレクタ１ｂとを有する。高圧水銀ランプ１ａから照射された白色光は、楕円リフレクタ１ｂで反射してライトトンネル２に導かれる。ライトトンネル２は、入射する白色光を、強度分布を均一にしつつ後段にあるリレーレンズ群３に導く。リレーレンズ群３は、ライトトンネル２を介して入射する白色光を平行光束にしつつ単一偏光板４に導く。単一偏光板４は、入射する白色光を第一ダイクロイックミラー５に対してＳ偏光となるように偏光状態を揃える。
【００２６】
単一偏光板４によってＳ偏光状態に変換された白色光束は、第一と第二のダイクロイックミラー５、６によってＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に色分離される。具体的には、第一ダイクロイックミラー５は、入射する白色光束のうち、Ｒ成分のみ何ら偏向することなく透過させ、それ以外の色成分（Ｇ、Ｂ）を略直角に偏向する。第二ダイクロイックミラー６は、第一のダイクロイックミラー５で反射した二種類の色成分のうち、Ｂ成分を何ら偏向することなく透過させ、Ｇ成分を略直角に偏向する。なお図１中、Ｒ成分の光路を実線で、Ｇ成分の光路を一点鎖線で、Ｂ成分の光路を破線で、それぞれ示す。
【００２７】
第一ダイクロイックミラー５を透過したＲ成分は、ミラー７で直角に偏向されてＲ用偏光ビームスプリッタ８Ｒに入射する。偏光ビームスプリッタ８Ｒは、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する性質を持つ。ここで、第一ダイクロイックミラー５を透過したＲ成分は、単一偏光板４によりＳ偏光状態にあるため、Ｒ用偏光ビームスプリッタ８Ｒで反射し、Ｒ用反射型液晶素子９Ｒに入射する。
【００２８】
Ｒ用反射型液晶素子９Ｒは、図示しない制御部から送信される変調信号に従って、ＯＮビットに入射したＲ成分を変調する。変調信号は、所定のＲ用の映像情報に基づいて生成される。
【００２９】
なお変調の際、液晶の性質によって、反射光束の偏光状態は、入射光束の偏光状態が９０°回転したＰ偏光状態となる。Ｐ偏光状態のＲ成分は、該液晶素子９Ｒで反射して再びＲ用偏光ビームスプリッタ８Ｒに入射し、透過する。そして、Ｐ偏光状態のＲ成分は、色合成素子１０に入射する。
【００３０】
なお、第二ダイクロイックミラー６で反射したＧ成分がＧ用偏光ビームスプリッタ８Ｇ、Ｇ用反射型液晶素子９Ｇを経て色合成素子１０に入射するまでの光路、および第二ダイクロイックミラー６を透過したＢ成分がＢ用偏光ビームスプリッタ８Ｂ、Ｂ用反射型液晶素子９Ｂを経て色合成素子１０に入射するまでの光路は、上述したＲ成分の光路と共通している。そこで、ここでは詳説しない。
【００３１】
図２は、色合成素子１０を詳細に示す図である。図２（Ａ）は、色合成素子１０を拡大して示す斜視図、図２（Ｂ）は、色合成素子１０を拡大して示す平面図である。色合成素子１０は、空気に近い屈折率ｎを持つ光学材料により形成された４つの薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄから構成される。詳しくは、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄは、矩形状の平行平面板として構成される。そして、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの各面Ｐ１〜Ｐ４に特定の色成分のみを反射する性質のコーティングが施されている。本実施形態では、面Ｐ１、Ｐ３にＢ成分のみを反射するコーティングが、面Ｐ２、Ｐ４にＲ成分のみを反射するコーティングが、それぞれ施されている。
【００３２】
色合成素子１０は、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの一辺Ｌが接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティング面（Ｐ１とＰ３、Ｐ２とＰ４）が同一平面上に位置するように、各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄを組み合わせることにより構成される。従って、図２（Ｂ）に示すように、色合成素子１０を俯瞰した場合、同一の性質のコーティング面を持つ薄肉状光学素子（１０ａと１０ｃ、１０ｂと１０ｄ）は、辺Ｌ上の点を対称の中心とした点対称な位置関係にある。なお、同一平面上に配設されたコーティング面Ｐ２、Ｐ４は、Ｒ成分のみを反射させる第一反射面１０Ｒとして作用し、コーティング面Ｐ１、Ｐ３は、Ｂ成分のみを反射させる第二反射面１０Ｂとして作用する。
【００３３】
ここで、従来の構成において色合成素子１０に相当する色合成プリズムは、空気との界面で屈折が起きることにより各色成分間にずれが生じる、あるいは屈折率差により各色成分で光路長差が発生する、などにより高品質な画像が再現できないおそれを回避すべく、同一材料により構成された直角プリズムを４つ組み合わせたキューブ形状を有する。従って、高品質な画像を再現する代償として、プロジェクタの大型化、重量化を招いていた。これに対し、本実施形態の色合成素子１０は、上記の薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄにより構成される。各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄの屈折率ｎは、以下の条件（１）を満たす。
１．００＜ｎ≦１．４０・・・（１）
【００３４】
本実施形態の各薄肉状光学素子１０ａ〜１０ｄは、屈折率ｎが以下の条件（２）、
１．０５≦ｎ≦１．１０・・・（２）
を満たす光学材料、例えばエアロゲルを用いて形成される。従って、空気との界面での屈折の影響や屈折率差という問題を略無視することが可能になった。そのため、色合成素子１０を、色合成に必要最低限な部位のみの形状であって、キューブ形状よりも軽量かつ小型化された形状（本実施形態ではＸ字状）に形成することを可能にしている。よって、プロジェクタ全体としての小型化、軽量化も達成される。
【００３５】
色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＲ成分は、第一反射面１０Ｒで直角に反射される。色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＢ成分は、第二反射面１０Ｂで直角に反射する。色合成素子１０に入射したＯＮ光であるＰ偏光状態のＧ成分Ｇｐは、いずれの反射面１０Ｒ、１０Ｂも透過する。これにより、各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂにより変調されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分は合成される。
【００３６】
色合成素子から射出された合成光は、吸収偏光板１２を介して投影レンズ群１１に入射する。吸収偏光板１２は、各偏光ビームスプリッタ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂを透過してしまったＳ偏光成分を略全てカットし、投影レンズ群１１に入射するのを回避している。各偏光ビームスプリッタ８Ｒ、８Ｇ、８Ｂおよび吸収偏光板１２の作用により、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＯＮ光成分のみが色合成素子１０によって合成され、投影レンズ群１１に入射する。投影レンズ群１１によってスクリーンＳには、大画面の明るいフルカラー映像が投影される。
【００３７】
上記の第一実施形態は、反射型液晶素子を用いた反射型液晶プロジェクタに好適に搭載されるプロジェクタ用光学系である。本発明に係るプロジェクタ光学系は、以下の第二実施形態に示すように、透過型液晶素子を用いた透過型液晶プロジェクタにも適用でき、該透過型液晶プロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。図３は、透過型液晶プロジェクタに搭載される第二実施形態のプロジェクタ用光学系２００の概略構成を示す図である。なお、図３に示すプロジェクタ用光学系２００において、第一実施形態のプロジェクタ用光学系１００と同一部材には同一の符号を付し、ここでの詳しい説明はしない。
【００３８】
プロジェクタ用光学系２００において、光源１から照射され、ライトトンネル２、リレーレンズ群３、単一偏光板４を介してＳ偏光状態にある白色光は、Ｂ成分のみ反射させる第三ダイクロイックミラー３１、Ｇ成分のみを反射させる第四ダイクロイックミラー３２を介して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に分離される。第三ダイクロイックミラー３１で反射したＢ成分は、ミラー３３を介してＢ用透過型液晶素子３６Ｂに入射する。第四ダイクロイックミラー３２で反射したＧ成分は、Ｇ用透過型液晶素子３６Ｇに入射する。第四ダイクロイックミラー３２を透過したＲ成分は、ミラー３４、３５を介してＲ用透過型液晶素子３６Ｒに入射する。各透過型液晶素子３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂで変調された各色成分は、本発明の主たる特徴である色合成素子１０により合成され、吸収偏光板１２、投影レンズ群１１を介してスクリーンＳに画像として投影される。
【００３９】
上記の第一実施形態および第二実施形態は、いずれも３板式プロジェクタに好適に搭載されるプロジェクタ用光学系である。本発明に係るプロジェクタ光学系は、以下の第三実施形態に示すように、単板式プロジェクタにも適用でき、該単板式プロジェクタの小型化、軽量化に寄与することができる。図４は、単板式プロジェクタに搭載される第三実施形態のプロジェクタ用光学系３００の概略構成を示す図である。図４に示す第三実施形態においても、図３に示す第二実施形態と同様、既述の部材に関しては、同一の符号を付しここでの詳しい説明はしない。
【００４０】
プロジェクタ光学系３００は、光空間変調素子としてＤＭＤ（登録商標）５３を使用している。ＤＭＤ５３は、水平状態を基準として約１０度程度傾けることが可能な微少ミラーを複数有している。そして、該複数の微少ミラーは、所定の画像情報に基づき生成された変調信号により駆動制御される。つまり、ＤＭＤ５３は、ＯＮ光とＯＦＦ光で偏光方向を変化させることにより、変調している。
【００４１】
プロジェクタ光学系３００において、光源１から照射され、ライトトンネル２、リレーレンズ群３、単一偏光板４を介してＳ偏光状態にある白色光は、回転色分離板５１によってＲ、Ｇ、Ｂの各色成分に順次色分離される。回転色分離板５１から射出された各色成分は、偏光プリズム５０に順次入射する。
【００４２】
偏光プリズム５０は、上記第一および第二実施形態における色合成素子１０と同一材料（ここでは、エアロゲル）により構成される。偏光プリズム５０は、回転色分離板５１から射出された各色成分が入射する第一端面５０ａ、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過する性質のコーティングが施された第二端面５０ｂ、ＤＭＤ５３に対向し１／４波長板５２が当接される第三端面５０ｃを持つ三角プリズムである。なお、本実施形態では、各部材との相対的位置決めを容易にするため、偏光プリズム５０として、第二端面５０ｂが斜面である直角プリズムを採用している。
【００４３】
第一端面５０ａを介して偏光プリズム５０内部に入射した各色成分は、Ｓ偏光状態にあるため、第二端面５０ｂで反射する。そして、第三端面５０ｃ、１／４波長板５２を介してＤＭＤ５３に斜入射する。
【００４４】
ＤＭＤ５３により変調された各色成分のＯＮ光は、１／４波長板５２および偏光プリズム５０（より具体的には第三端面５０ｃ）に直角に入射する。そして、偏光プリズム５０の第二端面５０ｂに向かう。ここで、各色成分のＯＮ光は、１／４波長板５２を２度透過しているため、偏光状態が９０度回転した状態（Ｐ偏光状態）にある。従って、第三端面５０ｃからの各色成分は、第二端面５０ｂを透過する。
【００４５】
ここで、従来の構成であれば、偏光プリズムはプロジェクタ内部の熱上昇等に高い耐久性能を持つガラス等といった空気との屈折率差が比較的大きい光学材料により形成されていた。従って、図５（Ａ）に示すように第二端面５０ｂから空気に射出される各色成分は屈折作用を受けてしまう。そのため、各部材間の相対的位置決めが非常に煩雑となることが指摘されていた。そこで従来は、図５（Ｂ）に示すように、偏光プリズム５０と同一形状の光路補正用プリズムを互いの斜面を貼り合わせることにより、変調された色成分が屈折作用を受けることなく投影レンズ群に導かれるようにしていた。但し、該光路補正用プリズムを使用する分、どうしてもプロジェクタ全体としての大型化、重量化を招いていた。
【００４６】
これに対し、第三実施形態では、偏光プリズム５０を屈折率ｎが上記条件（１）さらには条件（２）を満たすエアロゲルにより形成している。従って、色成分は、第二端面５０ｂにおいて屈折作用を殆ど受けることがない。つまり、上記従来の構成のように光路補正用プリズムを使用することなく、また各部材の相対的位置決めを煩雑にすることなく、変調された各色成分を投影レンズ群に導くことができる。
【００４７】
なお、ＯＦＦ光は、ＤＭＤ５３の偏向作用によって、１／４波長板５２および偏光プリズム５０（より具体的には第三端面５０ｃ）に鋭角で入射する。そのため、ＯＮ光とは異なる光路を進む、つまり、投影レンズ群１１には導かれない。
【００４８】
以上が本発明の実施形態である。本発明にかかるプロジェクタ用光学系は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形を行っても同様の効果を奏する。
【００４９】
第一および第二実施形態において、３板式プロジェクタに搭載されるプロジェクタ用光学系は、必ずしも上記構成に限定されるものではない。例えば、種々の光学部材を適宜組み合わせることによって上記各実施形態のプロジェクタ用光学系とは異なる構成で色分離を行うことも可能である。図６は、第一実施形態の変形例のプロジェクタ用光学系１００’の色合成素子１０近傍の概略構成を表す図である。変形例のプロジェクタ用光学系１００’は、第一実施形態のプロジェクタ用光学系１００とは異なる構成によって光源からの白色光を色分離する。図６に示すプロジェクタ用光学系１００’は、第一実施形態における５、６、７の代替として、偏光ハーフミラー７０を有する。光源１から照射され単一偏光板４によってＳ偏光状態にある白色光は、偏光ハーフミラー７０により偏向され、色合成素子１０に入射する。そして、色合成素子１０の第一反射面１０ＲによってＲ成分を色分離し、第二反射面１０ＢによってＢ成分を色分離する。つまり、本変形例では、色合成素子１０が、各色成分を合成するだけでなく、各色成分を分離する機能を併せ持つ。
【００５０】
各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂで変調されたＲ、Ｇ、Ｂの各色成分は、色合成素子１０により合成され、偏光ハーフミラー７０に再入射する。偏光ハーフミラー７０に再入射するとき、各反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂの作用により各色成分はＰ偏光状態にある。そのため、各色成分は、偏光ハーフミラー７０を透過し、投影レンズ群１１に導かれる。
【００５１】
さらに、例えば、上記第一および第二実施形態では、光源１からの光束は単一偏光板４によりＳ偏光状態に変換されると説明したが、Ｐ偏光状態に変換される構成であってもよい。また、上記各実施形態における各色成分の光路は任意に置換可能である。すなわち、例えば図１であれば、第一ダイクロイックミラー５を透過するのはＲ成分以外の色成分であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第一実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の第一実施形態の色合成素子を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第三実施形態のプロジェクタ用光学系の概略構成を表す図である。
【図５】本発明の第三実施形態のプロジェクタ用光学系に対応する従来の構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 光源
５、６ ダイクロイックミラー
８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ 偏光ビームスプリッタ
９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ 反射型液晶素子
１０ 色合成素子
１１ 投影レンズ群
１０ａ〜１０ｄ 薄肉状光学素子
５０ 偏光プリズム
５１ 回転色分離板
５３ ＤＭＤ
１００、１００’、２００ ３板式プロジェクタ
３００ 単板式プロジェクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、
分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、
前記第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、
前記色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成したこと、を特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
前記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記薄肉板状光学素子は、エアロゲルを用いて形成されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段は、第一の色成分のみを反射する第一反射面、および該第一反射面に直交し第二の色成分のみを反射する第二反射面が形成されるように、前記複数の薄肉板状光学素子を組み合わせて構成されることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段は、互いに同一形状である四つの薄肉板状光学素子から構成され、
前記四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは前記第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは前記第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記四つの薄肉板状光学素子は、互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が前記一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の直線偏光がＳ偏光であり、前記第二の直線偏光がＰ偏光であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一から第三の液晶素子は、透過型であることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一から第三の液晶素子は、反射型であることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段と前記色分離手段は、同一であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
該白色光を、偏光状態を維持しつつ、赤成分、緑成分、青成分に順次分離する色分離手段と、
分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調する光空間変調素子と、
変調された各色成分を拡大投影する投影レンズ群と、
前記色分離手段により分離された、第一の直線偏光状態にある各色成分を前記光空間変調素子に導くと共に、該光空間変調素子により変調された、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にある各色成分を前記投影レンズ群に導く偏向素子と、を備え、
前記偏向素子を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４以下の光学材料で形成したことを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１２】
前記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記光学材料は、エアロゲルであることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１４】
前記偏向素子と前記光空間変調素子間に１／４波長板をさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏向素子は、
前記色分離手段を介した各色成分が入射する第一端面と、
主として前記第一の直線偏光を反射し前記第二の直線偏光は透過するコーティングが施された第二端面と、
前記第二端面で反射した各色成分を前記１／４波長板を介して前記光空間変調素子に導く第三端面と、を有する偏光プリズムであることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏向素子は、前記第二端面を斜面とする直角プリズムであることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１７】
光源からの光を色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離し、色成分毎に変調する３板式プロジェクタにおける色合成素子であって、
エアロゲルにより形成される同一形状の四つの薄肉状光学素子からなり、
前記四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは前記第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは前記第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、
互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が前記一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされることにより構成される色合成素子。
【請求項１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
該白色光を、偏光状態を維持しつつ、色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離する色分離手段と、
分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調すると共に、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にする、各色成分に対応した第一から第三の液晶素子と、
前記第一から第三の液晶素子によって変調された各色成分を合成する色合成手段と、を備え、
前記色合成手段を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４０以下であり、所定の色成分のみを反射するコーティングが施されている複数の薄肉板状光学素子で構成したこと、を特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項２】
前記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記薄肉板状光学素子は、エアロゲルを用いて形成されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段は、第一の色成分のみを反射する第一反射面、および該第一反射面に直交し第二の色成分のみを反射する第二反射面が形成されるように、前記複数の薄肉板状光学素子を組み合わせて構成されることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項５】
請求項４に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段は、互いに同一形状である四つの薄肉板状光学素子から構成され、
前記四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは前記第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは前記第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されていることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項６】
請求項５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記四つの薄肉板状光学素子は、互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が前記一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一の直線偏光がＳ偏光であり、前記第二の直線偏光がＰ偏光であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一から第三の液晶素子は、透過型であることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系において、
前記第一から第三の液晶素子は、反射型であることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記色合成手段と前記色分離手段は、同一であることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１１】
所定の画像信号に基づいて投影画像を生成するプロジェクタ用光学系において、
第一の直線偏光状態にある白色光を照射する光源部と、
該白色光を、偏光状態を維持しつつ、赤成分、緑成分、青成分に順次分離する色分離手段と、
分離された各色成分を、該所定の画像信号に基づいて変調する光空間変調素子と、
変調された各色成分を拡大投影する投影レンズ群と、
前記色分離手段により分離された、第一の直線偏光状態にある各色成分を前記光空間変調素子に導くと共に、該光空間変調素子により変調された、該第一の直線偏光状態を９０°回転した第二の直線偏光状態にある各色成分を前記投影レンズ群に導く偏向素子と、を備え、
前記偏向素子を、屈折率ｎが１．００より大きく１．４以下の光学材料で形成したことを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１２】
前記屈折率ｎは、１．０５以上１．１０以下であることを特徴とする請求項１１に記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記光学材料は、エアロゲルであることを特徴とするプロジェクタ用光学系。
【請求項１４】
前記偏向素子と前記光空間変調素子間に１／４波長板をさらに有することを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれかに記載のプロジェクタ用光学系。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏向素子は、
前記色分離手段を介した各色成分が入射する第一端面と、
主として前記第一の直線偏光を反射し前記第二の直線偏光は透過するコーティングが施された第二端面と、
前記第二端面で反射した各色成分を前記１／４波長板を介して前記光空間変調素子に導く第三端面と、を有する偏光プリズムであることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプロジェクタ用光学系において、
前記偏向素子は、前記第二端面を斜面とする直角プリズムであることを特徴とするプロジェクタ光学系。
【請求項１７】
光源からの光を色の三原色に対応する第一から第三の色成分に分離し、色成分毎に変調する３板式プロジェクタにおける色合成素子であって、
エアロゲルにより形成される同一形状の四つの薄肉状光学素子からなり、
前記四つの薄肉板状光学素子のうち、二つは前記第一の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、残りの二つは前記第二の色成分のみを反射する性質を持つコーティングが施されており、
互いの一辺が接する状態であって、かつ同一の性質を持つコーティングが施された二つの薄肉板状光学素子が前記一辺上にある点を基準として点対称な関係にあるように組み合わされることにより構成される色合成素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２９３０７１（Ｐ２００６−２９３０７１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１４５９６（Ｐ２００５−１１４５９６）
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【出願人】（００００００５２７）ペンタックス株式会社 (1,878)
【Ｆターム（参考）】
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