JP4285462B2 - 光学装置および投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型液晶表示装置により変調光を合成する光学装置およびそれを用いた投影装置に関するものである。

空間光変調装置に印加される電気信号に従い、入射光を空間変調して出射し、出射光を集めて投影することで、映像表示を行う投射型表示装置がある。一般的に、カラー表示可能な投影装置は、光源としてランプと集光鏡を持ち、光源から発せられた光を、３つの波長帯域に分離し、分離した光を対応する空間光変調装置に集光して照明する照明光学系と、空間光変調装置で変調された光を合成する光合成プリズムと、光合成プリズムの出射光をスクリーンなどに投影する投影レンズを有する（投影装置をプロジェクタと呼ぶ）。

液晶プロジェクタは、液晶材料を用いた空間光変調装置（以下、液晶パネルという）を用いた液晶プロジェクタである。プロジェクタ装置として、液晶パネル内を被変調光を透過させ、被変調光が液晶パネルを透過する過程で変調をうける透過型プロジェクタ装置と、被変調光を液晶パネルに照射し、照射された被変調光が液晶パネルで反射されるとき変調されて偏光軸を変化される反射型プロジェクタ装置とが知られている。

反射型液晶パネルを用いた反射型液晶プロジェクタは、小型パネルで高解像度のものが実現できる。そして、反射型液晶プロジェクタには、直交する２つの直線偏光（ｓ偏光とｐ偏光）を合成・分離できる、偏光素子が必要となる。

この偏光素子として、ガラスブロックで構成される偏光ビームスプリッタが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載されているように、２つのガラスの間に複数の薄膜を形成することで、２つの直線偏光を分離または合成することが可能となる。

しかし、このようなガラス材料で構成される偏光ビームスプリッタは、その特性が、ガラスの歪の影響を受けるために、低歪ガラスを用いなくてはならない。これには、鉛などをガラス内に溶解することが必要であり、非常に比重の高いガラスとなり、その重量の増加が問題となる。

これに対して、軽量で反射型液晶パネル光学系を実現するものとして、反射型偏光板を用いるものが提案されている（特許文献２参照）。特許文献２には、金属導体を格子状に形成することで、入射光を２つの直交する直線偏光に分離し、１つは、板を透過し、もう一方は板を反射するワイヤグリッド素子を用いた投影装置が提案されている。このような、反射型偏光板を用いる光学系では、軽量化を図ることができる。

反射型液晶パネルを３枚用いて、各パネルに、光の三原色を入力し、変調された光を再び合成すると、フルカラー表示が可能となる投影装置が実現できる。

図１は、液晶パネルを３枚用いた、白黒ではなくカラー表示可能な液晶プロジェクタの光学系の概略構成を示す図である。

この液晶プロジェクタ１０は、図１に示すように、ランプ１１１と集光鏡１１２を有する光源１１、照明光学系１２、３枚の反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ、光合成プリズム１４、および投影レンズ１５を有する。

そして、照明光学系１２は、光源１１から発せられた光を所定の偏光（たとえばｐ偏光）に揃える機能を有する光学系から出力された光が、反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに照射されるように配向するレンズ１２１と、赤色の波長領域の光ＬＲと、緑色および青色の波長領域の光ＬＧＢとを分離するダイクロイックミラー１２２と、ダイクロイックミラー１２２で分離された赤光ＬＲを反射する反射ミラー１２３と、ダイクロイックミラー１２２で分離された緑および青光ＬＧＢを反射する反射ミラー１２４と、反射ミラー１２４で反射された光ＬＧＢのうち緑色の波長領域のみ反射し、青色の波長領域が透過するダイクロイックミラー１２５と、反射ミラー１２３で反射されたｐ偏光である赤光ＬＲを透過して反射型液晶パネル１３Ｒに入射させ、反射型液晶パネル１３Ｒで空間変調され、ｓ偏光に変換された赤光を反射して光合成プリズム１４に入射させる偏光板１２６Ｒと、ダイクロイックミラー１２５で反射されたｐ偏光である緑光ＬＧを透過して反射型液晶パネル１３Ｇに入射させ、反射型液晶パネル１３Ｇで空間変調され、ｓ偏光に変換された緑光を反射して光合成プリズム１４に入射させる偏光板１２６Ｇと、ダイクロイックミラー１２５を透過したｐ偏光である青光ＬＢを透過して反射型液晶パネル１３Ｂに入射させ、反射型液晶パネル１３Ｂで空間変調され、ｓ偏光に変換された青光を反射して光合成プリズム１４に入射させる偏光板１２６Ｂと、各偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂの入射側に配置された光学レンズ１２７〜１２９と、を有する。

液晶プロジェクタ１０において、光源１１より出力された白色光は、図示せぬ均一化光学系（インテグレータ）により均一化され、偏光変換素子（Ｐ−Ｓコンバータ）により所定の偏光に揃えられる。そしてその出力光が、照明光学系１１のレンズ１２１により反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを照射するように配向された後、色分離ミラーとしてのダイクロイックミラー１２２，１２５等により３つの波長帯域の光に分離される。分離された各色光は、反射型偏光板に入射し、ある一方向の偏光方向の光のみが、偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂによって選択されて、反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射する。各反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂには、ＲＧＢの光が入射することになる。

反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂには入射光に対応した色の映像信号が印加され、映像信号に従い、入射光の偏光方向を回転させて変調出力する。液晶パネルから出射した被変調光は、再び偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂに入射する。偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂに入射した偏光から９０度回転した偏光成分のみ選択され、光合成プリズム１４に入射する。３枚の反射型液晶パネルにて変調された各色光は、光合成プリズム１４において、同じ方向に合成されて出射される。光合成プリズム１４からの出射合成光は、投影レンズ１５により、スクリーンなどに投影出力される。
特開２００１−３５００２４号公報 特表２００３−５０８８１３号公報

反射型偏光板を用いる上述した光学系では、以下のような不利益が存在する。

液晶プロジェクタ１０においては、３枚の反射型液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより得られた映像光を、反射型偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂや映像光を合成する光合成プリズム１４を通して、投影レンズ１５により、スクリーン上で、３つの像を重ね合わせる。スクリーンで３つのパネルの像が重なるように液晶パネルの位置を調整し、接着剤等で、パネルを固定する。固定後、各々の反射型液晶パネルや、投影レンズまでの部材が、移動してしまうと、スクリーン上の投影像において、各液晶パネルの重ねあわせがずれてしまい、問題となる。これをレジストレーションずれと呼ぶ。

従来、反射型偏光板を用いる光学系では、図２に示すように、ベースシャーシ１６の上に、光合成プリズム１４を接着などで固定し、反射型偏光板１２６Ｒ，１２６Ｇ，１２６Ｂをベースシャーシ１６に固定することで光合成プリズム１４に対する、反射型偏光板の位置を固定していた。

しかし、ベースシャーシ１６は一般的には金属部材が用いられる。金属部材としては、型複製を考慮すると、アルミニウム（線膨張係数２３．５ｘ１０^−６［／Ｋ］）、マグネシウム（線膨張係数２７ｘ１０^−６［／Ｋ］）が考えられる。しかし、両者ともに、熱膨張係数（線膨張係数）が、比較的大きい。このため、装置の外気の温度変化などにより、ベースシャーシが膨張／収縮してしまい、反射型偏光板と、合成プリズムの位置関係が変化しやすく、レジストレーションずれが起こる可能性が高かった。

以上、簡単な構成により、レジストレーションずれの発生を抑止できる光学装置および投影装置を実現することが望まれている。

本発明の第１の観点の光学装置は、３つの光入射面を有し、当該３つの光入射面から３つの異なる波長帯域の光が入射し、３つの入射光を合成出力する光合成プリズムと、３つの反射型液晶パネルと、上記３つの反射型液晶パネルに対応して設けられ、それぞれが上記３つの異なる波長帯域のうちの異なる一の波長帯域の光が入射し、第１の偏光成分を選択して上記対応する反射型液晶パネルに入射させ、当該反射型液晶パネルに空間変調され第２の偏光成分に変換された変調光を上記合成プリズムの３つの光入射面のうちの対応する入射面に入射させる、３つの板状の反射型偏光素子と、一面が上記光合成プリズムの３つの光入射面に接合可能な少なくとも６つの固定プレートと、を有し、上記固定プレートは三角柱板に形成され、上記光合成プリズムの光入射面の上下縁部に２個の上記固定プレートが略平行に接合され、該固定プレートの上記三角柱板の第１側面に上記光合成プリズムの対応する光入射面が接合され、第２側面に上記反射型偏光素子が取付られ、第３側面に上記反射型液晶パネルが取付けられている。

好適には、上記光合成プリズムの光入射面には、光学的に透明なスペーサが接合され、上記固定プレートは当該スペーサの側部に支持された状態で上記光入射面に対して接合される。

好適には、上記固定プレートに対してプリズム側ブラケットが接合され、上記反射型液晶パネルには、パネル側ブラケットが締結され、上記プリズム側ブラケットと上記パネル側ブラケットが接合されて、上記反射型液晶パネルが固定プレートを介して上記光合成プリズムの対応する光入射面に固定されている。

好適には、上記固定プレートは、線膨張係数が１０ｘ１０^−６［／Ｋ］以下である。好適には、上記固定プレートはガラス材料からなる。好適には、上記固定プレートはステンレスもしくはコバール（ＦｅＮｉＣｏ）により形成されている。

本発明の第２の観点の投射装置は、光源と、上記光源から発生られた光を、波長帯域に従い３つに分離して変調し、３つの変調光を合成して出射する光学装置と、上記光学装置から出射した光を投影出力する投影手段と、を有し、上記光学装置は、３つの光入射面を有し、当該３つの光入射面から３つの異なる波長帯域の光が入射し、３つの入射光を合成出力する光合成プリズムと、３つの反射型液晶パネルと、上記３つの反射型液晶パネルに対応して設けられ、それぞれが上記３つの異なる波長帯域のうちの異なる一の波長帯域の光が入射し、第１の偏光成分を選択して上記対応する反射型液晶パネルに入射させ、当該反射型液晶パネルに空間変調され第２の偏光成分に変換された変調光を上記合成プリズムの３つの光入射面のうちの対応する入射面に入射させる、３つの板状の反射型偏光素子と、一面が上記光合成プリズムの３つの光入射面に接合可能な少なくとも６つの固定プレートと、を有し、上記固定プレートは三角柱板に形成され、上記光合成プリズムの光入射面の上下縁部に２個の上記固定プレートが略平行に接合され、該固定プレートの上記三角柱板の第１側面に上記光合成プリズムの対応する光入射面が接合され、第２側面に上記反射型偏光素子が取付られ、第３側面に上記反射型液晶パネルが取付けられている。

本発明によれば、光合成プリズムの光入射面に対して、たとえば比較的線膨張係数の低い固定プレートを介して板状（フィルム状も含む）偏光素子が固定される。

本発明によれば、簡単な構造で、液晶プロジェクタのレジストレーションずれを防ぐことが可能となる。

〔プロジェクタ装置の主要な構成要素〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るプロジェクタを、図３に関連付けて説明する。なお、図３において、図１に関連付けて説明した構成と同じ照明光学系については図１と同じ符号を付す。

この液晶プロジェクタ１００は、図３に示すように、ランプ１１１と集光鏡１１２を有する光源１１、照明光学系１２、３枚の反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３、第１偏光ビームフィルタ（第１ＰＢＦ：Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｆｉｌｔｅｒ）２６１、第２偏光ビームフィルタ（第２ＰＢＦ：Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｆｉｌｔｅｒ）２６２、第３偏光ビームフィルタ（第３ＰＢＦ：Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｆｉｌｔｅｒ）２６３、光合成プリズム２１０、および投影レンズ２１６を有する。

そして、照明光学系１２は、光源１１から発せられた光を所定の偏光（たとえばｐ偏光）に揃える機能を有する光学系から出力された光が、反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３に照射されるように配向するレンズ１２１と、赤色の波長領域の光ＬＲと、緑色および青色の波長領域の光ＬＧＢとを分離するダイクロイックミラー１２２と、ダイクロイックミラー１２２で分離された赤光ＬＲを反射する反射ミラー１２３と、ダイクロイックミラー１２２で分離された緑および青光ＬＧＢを反射する反射ミラー１２４と、反射ミラー１２４で反射された光ＬＧＢのうち緑色の波長領域のみ反射し、青色の波長領域が透過するダイクロイックミラー１２５と、反射ミラー１２３で反射されたｐ偏光である赤光ＬＲを透過して反射型液晶パネル２１０に入射させ、反射型液晶パネル２１０で空間変調され、ｓ偏光に変換された赤光を反射して光合成プリズム２１０に入射させる第１ＰＢＦ２６１と、ダイクロイックミラー１２５で反射されたｐ偏光である緑光ＬＧを透過して反射型液晶パネル２０２に入射させ、反射型液晶パネル２０２で空間変調され、ｓ偏光に変換された緑光を反射して光合成プリズム２１０に入射させる第２ＰＢＦ２６２と、ダイクロイックミラー１２５を透過したｐ偏光である青光ＬＢを透過して反射型液晶パネル２０３に入射させ、反射型液晶パネル２０３で空間変調され、ｓ偏光に変換された青光を反射して光合成プリズム２１０に入射させる第３ＰＢＦ２６３と、第１、第２及び第３ＰＢＦ２６１，２６２，２６３の各々の入射側に配置された光学レンズ１２７〜１２９と、を有する。

そして、第１、第２および第３ＰＢＦ２６１，２６２，２６３、並びに反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３が、固定プレート３１０−１，３１０−２，３１０−３を介して各々光合成プリズム２１０の対応する光入射面に固定されている。

液晶プロジェクタ１００において、光源１１より出力された白色光は、図示せぬ均一化光学系（インテグレータ）により均一化され、偏光変換素子（Ｐ−Ｓコンバータ）により所定の偏光に揃えられる。そしてその出力光が、照明光学系１１のレンズ１２１により反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３を照射するように配向された後、色分離ミラーとしてのダイクロイックミラー１２２，１２５等により３つの波長帯域の光に分離される。分離された各色光は、反射型偏光板に入射し、ある一方向の偏光方向の光のみが、第１、第２および第３ＰＢＦ２６１，２６２，２６３により選択されて、反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３に入射する。各反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３には、ＲＧＢの光が入射することになる。

反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３には入射光に対応した色の映像信号が印加され、映像信号に従い、入射光の偏光方向を回転させて変調出力する。液晶パネルから出射した被変調光は、再びＰＢＦ２６１，２６２，２６３に入射する。ＰＢＦ２６１，２６２，２６３に入射した偏光から９０度回転した偏光成分のみ選択され、光合成プリズム２１０に入射する。３枚の反射型液晶パネルにて変調された各色光は、光合成プリズム２１０において、同じ方向に合成されて出射される。光合成プリズム２１０からの出射合成光は、投影レンズ２１６により、スクリーンなどに投影出力される。

〔光学装置の構造〕
まず、光学装置３００の各ＰＢＦ等の取付構造について説明する。

図４（Ａ），（Ｂ）は光合成プリズムの入射面および出射面について説明するための図である。

光（色）合成プリズム２１０は、たとえば、複数のガラスプリズム（４つの略同形状の直角二等辺プリズム）を接合することによって構成されており、各ガラスプリズムの接合面には、所定の光学特性を有する２つの干渉フィルタが形成されている。第１干渉フィルタは、青色光を反射し、赤色光および緑色光を透過する。第２干渉フィルタは、赤色光を反射し、緑色光および青色光を透過する。したがって、反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３によって変調された各色光は合成されて、投射レンズ２１６に入射する。

光合成プリズム２１０は、立方体あるいは直方体形状をなし、第１面２１０１が第３ＰＢＦ２６３で反射された液晶パネル２０３による変調光の入射面を形成し、第１面２１０１に直交する第２面２１０２が第２ＰＢＦ２６２で反射された液晶パネル２０２による変調光の入射面を形成し、第１面２１０１に対向し第２面２１０２に直交する第３面２１０３が第１ＰＢＦ２６１で反射された液晶パネル２０１による変調光の入射面を形成する。また、光合成プリズム２１０においては、第１面２１０１と第３面２１０３に直交し第２面２１０２に対向する第４面２１０４が合成光の出射面を形成している。

本実施形態においては、光合成プリズム２１０の３つの入射面である第１面２１０１、第２面２１０２、および第３面２１０３に対して、たとえばガラス材料に形成される固定プレートを接合して、この固定プレートに対して、第１〜第３ＰＢＦ２６１〜２６３および反射型液晶パネル２０１〜２０３が取り付けられる。

図５は、本実施形態に係る固定プレートの構成例を示す図である。
固定プレート３１０は、図５に示すように、たとえば側断面が直角二等辺三角形をなす三角柱板により形成される。そして、３つの側面３１１〜３１３のうち、側面３１１が光合成プリズムと接する面であり、側面３１２が反射型偏光素であるＰＢＦと接する面であり、側面３１３が反射型液晶パネルを保持する面となる。

図６は、光合成プリズムの３つの入射面に対して固定プレートを接合した状態を示す図である。

図６に示すように、光合成プリズム２１０と、固定プレート３１０は接合される。この図の例では光合成プリズム２１０の１つの入射面に、図６において上下縁部に２個の固定プレートが接合されている。具体的には、光合成プリズム２１０の第１面２１０１に、同形、同サイズの固定プレート３１０−１Ｕと３１０−１Ｂの側面３１１が接着剤等により接合されている。合成プリズム２１０の第２面２１０２に、同形、同サイズの固定プレート３１０−２Ｕと３１０−２Ｂの側面３１１が接着剤等により接合されている。合成プリズム２１０の第３面２１０３に、同形、同サイズの固定プレート３１０−３Ｕと３１０−３Ｂの側面３１１が接着剤等により接合されている。

このとき、光合成プリズム２１０の同じ入射面に取り付けられる２つの固定プレート３１０−１Ｕと３１０−１Ｂ、３１０−２Ｕと３１０−２Ｂ、および３１０−３Ｕと３１０−３Ｂの反射型偏光素子である第１〜第３ＰＢＦ２６１〜２６３を接合する面３１２は、平行もしくは略平行であって、鉛直方向においては、略同一面上にある。

図７（Ａ），（Ｂ）は、固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦを取り付けた状態を示す図である。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射型偏光素子である第１〜第３ＰＢＦ２６１〜２６３がそれぞれ２つの固定プレート３１０−１Ｕと３１０−１Ｂ、３１０−２Ｕと３１０−２Ｂ、および３１０−３Ｕと３１０−３Ｂの、反射型偏光素子を接合する面３１２に取付けられる。

図８（Ａ），（Ｂ）は、固定プレートに反射型液晶パネルを取り付けた状態を示す図である。

図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３は、２つの固定プレート３１０−１Ｕと３１０−１Ｂ、３１０−２Ｕと３１０−２Ｂ、および３１０−３Ｕと３１０−３Ｂの反射型液晶パネルを保持する面３１３に対して、たとえば接着剤等により取り付けされる。

図９（Ａ），（Ｂ）は、固定プレートに対する反射型液晶パネルの好適な取り付け構造例を示す図である。

３枚の反射型液晶パネル２０１，２０２，２０３を、それらの投影位置が等しくなるように、位置を調整して固定するために、たとえば図９（Ａ），（Ｂ）のような構造が採用される。固定プレート３１０Ｕ，３１０Ｂに対し、「プリズム側ブラケット３２０Ｕ，３２０Ｂ」を接合する。反射型液晶パネル２０１〜２０３には、「パネル側ブラケット３２１Ｕ，３２１Ｂ」をねじ等で固定する。そして、プリズム側ブラケット３２０Ｕ，３２０Ｂと、パネル側ブラケット３２１Ｕ，３２１Ｂを接着する。プリズム側ブラケット３２０Ｕ，３２０Ｂは断面が略Ｌ状をなし、固定プレート３１０Ｕ，３１０Ｂを安定に支持できるように形成される。

図９（Ａ），（Ｂ）の取付構造の利点として、液晶パネルを交換する際に、パネル側ブラケットと液晶パネルを取り外すのはビス３２２−１Ｕ，３２２−２Ｕ、３２２−１Ｂ，３２２−２Ｂを外すだけでよいことが上げられる。液晶パネルは高価であり、再利用が望ましいためである。図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、直接固定プレート３１０に接続されていると、液晶パネルを外した後、再利用する際、接合に用いた接着剤や、ハンダなどを除去することが必要となるためである。

なお、プリズム側ブラケットを用いず、パネル側ブラケットを直接固定プレートに固定しても良い。

以上のように、本実施形態においては、光合成プリズム２１０に対して、３個の反射型液晶パネル２０１〜２０３と反射型偏光素子としてのＰＢＦ２６１〜２６３が、固定プレート３１０Ｕ，３１０Ｂによって、接合されて固定される。そして、固定プレートはガラス材料でできている。
関連技術の場合、マグネシウムや、アルミニウムなど、線膨張係数の大きい材料を用いていたため、温度変化などの外乱により、３つの液晶パネルの投影画像の位置がずれることがあった。
本実施形態においては、反射型液晶パネル２０１〜２０３と反射型偏光素子としてのＰＢＦ２６１〜２６３が同一の固定プレート３１０により、光合成プリズム２１０に固定することで、液晶パネル・反射型偏光素子の、熱膨張等に起因する動きが小さい。固定プレート３１０をガラス材料などの、線膨張係数が１０ｘ１０^−６［／Ｋ］未満とすることで、動き量が大きく減ることになる。

図１０〜図１４は、固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦ並びに反射型液晶パネルを取り付ける、さらに好適な取付構造を説明するための図である。

この取付構造においては、まず、図１０および図１１に示すように、光合成プリズム２１０の光入射面２１０１，２１０２，２１０３に、透明の基板（柱状）３３１〜３３３を接着する。この基板３３１〜３３３は、光合成プリズム２１０の高さよりも短い。すなわち、各面２１０１，２１０２，２１０３の上下縁部に固定プレート３１０が光合成プリズム２１０の面と透明基板３３１〜３３３により確実に支持可能に形成されている。ここで、透明基板３３１〜３３３をガラススペーサと呼ぶことにする。

そして、図１２および図１３に示すように、ガラススペーサ３３１〜３３３の一面を、光合成プリズム２１０の入射面２１０１，２１０２，２１０３によってできる面に突き当てて接合・固定する。他の固定プレートも同様にして接合する。これにより、固定プレートの接合を、他の保持部材等を介在させずに、固定プレートの一面と合成プリズム２１０の入射面との２面間で行うことができ、精度の高い安定した接合が可能となる。図１４に、反射型液晶パネルを取り付けた場合を図示する。

また、このような構成により、たとえば液晶パネル２０２と光合成プリズム２１０との間に取り付け等に必要なスペースを設けることができ、また、投射レンズ２１６のバックフォーカスの増加を軽減させることができる。

すなわち、空気の屈折率とガラススペーサ３３１〜３３３の屈折率Ｎが異なるため、空気層とガラススペーサ３３１〜３３３との境界において、通過する光は屈折する。この屈折の現象は、スネルの法則に従う。このため、投影レンズ２１６から、液晶パネルまでの光学距離（媒体が空気であると換算した場合）は、ガラススペーサ３３１〜３３３を配置したほうが短くなる。たとえば厚さｄのガラススペーサ３３１〜３３３を配置した場合、ｄ（１−１／Ｎ）の空気換算長だけ短くなる。これによって、ガラススペーサ３３１〜３３３を配置しない場合より、投影レンズ２１６のバックフォーカスを短くできる。

なお、固定プレート３１０は、ガラス材料・石英・コバール（ＦｅＮｉＣｏ）などで作られる。線膨張係数は１０ｘ１０^−６［／Ｋ］である。

以上の取付構造を採用することにより、簡単な構造で、液晶プロジェクタのレジストレーションずれを防ぐことが可能となる。すなわち、レジストレーションずれは合成プリズム２１０の反射面２１０ａ、２１０ｂに対する入射角のずれにより発生する。精度よく加工された光合成プリズム２１０の入射面２１０１，２１０２，２１０３を基準面とし、その入射面に接合された固定プレートにＰＢＦ２６１〜２６３を保持することにより、反射面２１０ａ、２１０ｂに対する入射角のずれの要因となる少なくともＰＢＦ２６１〜２６３の温度変化による位置ずれを、小型の固定プレート３１０の寸法変化として最小に抑えることができる。

なお、以上の説明では、固定プレート３１０を個別に形成されたものを使用する例を示していたが、図１５に示すように、一体的に形成したものを適用することも可能である。この場合、図１０〜図１４に関連付けて取付構造に適用することで、取付工程の簡略化を図れ、実用的である。

図１６（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る光学装置を採用した液晶プロジェクタ装置を示す斜視図である。図１７は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したプロジェクタ装置に適用可能な光源の構成例を示した図である。図１８は第２の実施形態において固定プレートに反射型液晶パネルを取り付けた状態を示す図である。図１９は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したプロジェクタ装置における部分構成と光線軌跡の１例を図解する図である。図２０は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したプロジェクタ装置に配設されているクロスプリズム周辺の光学系の配置の概要を示す図である。

〔プロジェクタ装置の主要な構成要素〕
図１６（Ａ），（Ｂ）において、プロジェクタ装置２００は、図解の中央部分に光合成プリズム（以下、クロスプリズム）２１０Ａを有し、その前方に投射レンズ２１６Ａを有する。プロジェクタ装置２００は、光合成プリズム２１０Ａの両側と、光合成プリズム２１０Ａを挟んで投射レンズ２１６Ａと対向する側との合計３方向に下記の光学系を有する。
図１（Ａ），（Ｂ）において、光合成プリズム２１０Ａの左側に、第１光学系として、第１反射型液晶パネル２０１Ａと、第１偏光ビームフィルタ（第１ＰＢＦ：ＰｏｌａｒｉｚｅｄＢｅａｍＦｉｌｔｅｒ）２６１Ａと、第１直線偏光板２１１と、第１の１／ｎ（ｎは２以上の整数）波長板２２１とを有する。図１６（Ａ），（Ｂ）において、光合成プリズム２１０Ａを挟んで投射レンズ２１６Ａと対向する側に、第２光学系として、第２反射型液晶パネル２０２Ａと、第２偏光ビームフィルタ（第２ＰＢＦ）２６２Ａと、第２直線偏光板２１２とを有する。図１６（Ａ），（Ｂ）において、光合成プリズム２１０Ａの右側に、第３光学系として、第３反射型液晶パネル２０３Ａと、第３偏光ビームフィルタ（第３ＰＢＦ）２６３Ａと、第３直線偏光板２１３と、第３の１／ｎ波長板２２３とを有する。

そして、光合成プリズム２１０Ａと、第１反射型液晶パネル２０１Ａ、第１偏光ビームフィルタ２６１Ａ（第１ＰＢＦ）、第１直線偏光板２１１、および第１の１／ｎ波長板２２１を有する第１光学系と、第２反射型液晶パネル２０２Ａ、第２偏光ビームフィルタ（第２ＰＢＦ）２６２Ａ、第２直線偏光板２１２を有する第２光学系と、第３反射型液晶パネル２０３Ａ、第３偏光ビームフィルタ（第３ＰＢＦ）２６３Ａ、第３直線偏光板２１３、第３の１／ｎ波長板２２３を有する第３光学系により、本発明に係る光学装置３００が形成されている。

なお、第２光学系には、第１および第３の波長板２２１、２２３に該当する第２の波長板が設けられていない。その理由について述べる。光合成プリズム２１０Ａ内において３原色光を合成させるとき、３原色光のうちの２原色光について、図２０に図解した例示においては、第１光学系から光合成プリズム２１０Ａ内の反射面２１０ａ’に入射する光２７１ｍおよび第３光学系から光合成プリズム２１０Ａ内の反射面２１０ｂ’に入射する光２７３ｍについて、光合成プリズム２１０Ａ内の反射面２１０ａ’、２１０ｂ’で反射されることにより９０度位相が変わる。他方、第２光学系から光合成プリズム２１０Ａに入射する光は光合成プリズム２１０Ａ内で反射されない。このような位相反転を調整するため、第１光学系および第３光学系には１／ｎ波長板２２１、２２３を設けており、第２の光学系については１／ｎ波長板を設ける必要がない。

３原色光のうちの２原色光をどう選択するかについては、適宜選択することができる。なお、光合成プリズム２１０Ａにおいて、ｓ偏光は反射に適しており、ｐ偏光は透過に適している。したがって、本実施の形態においては、例示のごとく偏光状態を選択している。

光合成プリズム２１０Ａと投射レンズ２１６Ａとはほぼ同一面に配設されている。光合成プリズム２１０Ａを挟んで、第１光学系の第１ＰＢＦ２６１Ａと第１直線偏光板２１１と第１の１／ｎ波長板２２１と、第２光学系の第２ＰＢＦ２６２Ａと第２直線偏光板２１２と、第２光学系の第３ＰＢＦ２６３Ａと第３直線偏光板２１３と第３の１／ｎ波長板２２３とがほぼ同一面に配設されている。このように、プロジェクタ装置２００を構成する光学系は、光合成プリズム２１０Ａを挟んで、ほぼ同一面に配設（配置）されている。

本発明の実施の形態のプロジェクタ装置２００は上述した光学系の構成要素（光学部品）に加えて、３原色光、すなわち、青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光、赤色（Ｒ）光を出力する３種の光源２５１〜２５３を有するがその詳細は後述する。

本実施形態において、３個の反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａは、３原色光、すなわち、青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光、赤色（Ｒ）光のうちの１色光を画像空間変調させる働きをする。これら反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａの構成自体は、第２光学系において１／ｎ波長板が設けられてないことに起因することを除いて、ほぼ同じであり、これらのいずれかが、青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光、赤色（Ｒ）光のうちのいずれかを画像空間変調させるかは、任意に決定できる。すなわち、第１反射型液晶パネル２０１Ａ、第２反射型液晶パネル２０２Ａ、第３反射型液晶パネル２０３Ａをどの原色光を変調させるかは、任意に設計できる。
本実施の形態においては、例示として、第１反射型液晶パネル２０１Ａが赤色光を画像変調させる赤色用反射型液晶パネルとして機能させ、第２反射型液晶パネル２０２Ａが緑色光を画像変調させる緑色用反射型液晶パネルとして機能させ、第３反射型液晶パネル２０３Ａが青色光を画像変調させる青色用反射型液晶パネルとして機能させる場合について述べる。もちろん、そのためには、図示しない画像信号処理装置から、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに赤色を変調させる画像信号、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａに緑色を変調させる画像信号および青色用反射型液晶パネル２０３Ａに青色を変調させる画像信号を画像表示内容に応じて出力する。ただし、画像信号処理装置の詳細な記述は割愛する。

〔光学装置の構造〕
次にプロジェクタ装置２００に用いられる光学装置の構成を示す。図１８は、前述したように、プロジェクタ装置２００において固定プレートに反射型液晶パネルを取り付けた状態を示す図である。
図１８に示すように、反射型偏光素子である第１〜第３ＰＢＦ２６１Ａ〜２６３Ａがそれぞれ２つ（一対）の固定プレート３１０Ａ−１、３１０Ａ−２、および３１０Ａ−３の、反射型偏光素子を接合する面３１２Ａに取付けられる。また、反射型液晶パネル２０１Ａ，２０２Ａ，２０３Ａは、合成プリズム２１０Ａの上方側（同じ側）に、各々が２つ（一対）の固定プレート３１０Ａ−１、３１０Ａ−２、および３１０Ａ−３の反射型液晶パネルを保持する面に対して、たとえば接着剤等により取り付けられる。

このような構成にすることにより、周囲温度が変化した場合に、固定プレート３１０Ａの寸法変化によりＰＢＦ２６１Ａ〜２６３Ａの位置ずれ（角度ずれ）があっても、それに伴う投射された映像の位置ずれが、反射型液晶パネル２０１Ａ，２０２Ａ，２０３Ａについて同一の方向に発生するため、重ね合わされた映像について実質的にレジストレーションのずれが起こらないか、もしくは、さらに軽減される。

〔光源〕
プロジェクタ装置２００は、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの面に直交して赤色光２７１を照射する赤色照明光源２５１、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａの面に直交して緑色光２７２を照射する緑色照明光源２５２、青色用反射型液晶パネル２０３Ａの面に直交して青色光２７３を照射する青色照明光源２５３を有する。これら赤色照明光源２５１、緑色照明光源２５２、青色照明光源２５３の構成および配置は種々の形態をとることができるが、本実施の形態においては、図１７に例示した構成のものを用いることができる。ただし、本発明の実施形態の画像投射装置において、光源は必須の要件ではなく、図１７に図解したもの以外にも種々の他の形態をとることができる。したがって、図１７に図解した光源は単なる例示である。

図１７に図解した光源５００は、白色光を出力するランプ５０１と、フライアイ（蠅の目）・インテグレーター５０２，５０３と、ｐ偏光とｓ偏光とを変換するＰＳ変換素子５０４と、赤色反射ダイクロイックミラー５０６と、緑青反射ダイクロイックミラー５０７と、全反射ミラー５０８、５０９、５１２、５１１、５１３と、コンデンサレンズ５１５、５１６とを有する。

ランプ５０１から発せられた白色光は、フライアイ・インテグレーター５０２，５０３により均一化された照明光となり、ＰＳ変換素子５０４により偏光方向が揃えられる。こうしてＰＳ変換素子５０４において偏光方向が揃って均一化された白色照明光５２０は、メインコンデンサーレンズ５０５により反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａに向かって集光される。白色光５２０は、赤色反射ダイクロイックミラー５０６、緑青反射ダイクロイックミラー５０７により分離されて、青色、緑色、赤色が分離される。赤色反射ダイクロイックミラー５０６によって反射された赤色反射光５２１は、全反射ミラー５０９で向きを変えられ（偏向され）、コンデンサレンズ５１６により集光され、全反射ミラー５１３でこの光源５００の上方に位置する赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの方向に向かって反射されて、赤色光２７１となる。緑青反射ダイクロイックミラー５０７により反射された緑および青色のスペクトルを持つ反射光５２２は全反射ミラー５０８により向きを変えられ（偏向され）、緑色反射ダイクロイックミラー５１０に至る。この緑色反射ダイクロイックミラー５１０により、全反射ミラー５１１方向に緑色光は反射されて向きを変えられ（偏向され）、全反射ミラー５１１により光源５００の上方向へ向きを変えられ、コンデンサレンズ５１４により、プロジェクタ装置１００の緑色用反射型液晶パネル２０２Ａに向かって集光されて、緑色光２７２となる。全反射ミラー５０８で反射された光がコンデンサレンズ５１５で集光されて、全反射ミラー５１２でプロジェクタ装置１００の青色用反射型液晶パネル２０３Ａに向かって集光されて、青色光２７３となる。

本明細書および図面においては便宜的に、図１７に図解した光源５００のうち、赤色光２７１を出力する部分を赤色照明光源２５１と呼び、緑色光２７２を出力する部分を緑色照明光源２５２と呼び、青色光２７３を出力する部分を赤色照明光源２５３と呼び、図１６（Ａ）、（Ｂ）においては破線で図解している。

図１９は代表して、第１反射型液晶パネル２０１Ａと、赤色照明光源２５１と、これらの間に配設された第１ＰＢＦ２６１Ａとの位置関係を拡大して図解した断面図である。
図１９に図解したように、図解プロジェクタ装置２００は、赤色照明光源２５１と赤色用反射型液晶パネル２０１Ａとの間に、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの面に４５度傾斜した状態で配置されている第１偏光ビームフィルタ（第１ＰＢＦ）２６１Ａを有する。第１ＰＢＦ２６１Ａは、赤色照明光源２５１から出力されて赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに面にほぼ直交して入射する赤色光２７１に対してもほぼ４５度傾斜した状態で配置されている。

同様に、プロジェクタ装置２００は、緑色照明光源２５２と緑色用反射型液晶パネル２０２Ａとの間に、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａの面に４５度傾斜した状態で配置されている第２偏光ビームフィルタ（第２ＰＢＦ）２６２Ａを有する。第２ＰＢＦ２６２Ａは、緑色照明光源２５２から出力されて緑色用反射型液晶パネル２０２Ａの面にほぼ直交して入射する緑色光２７２に対してもほぼ４５度傾斜した状態で配置されている。
また同様に、プロジェクタ装置２００は、青色照明光源２５３と青色用反射型液晶パネル２０３Ａとの間に、青色用反射型液晶パネル２０３Ａの面に４５度傾斜した状態で配置されている第３偏光ビームフィルタ（第３ＰＢＦ）２６３Ａを有する。第３ＰＢＦ２６３Ａは、青色照明光源２５３から出力されて青色用反射型液晶パネル２０３Ａの面にほぼ直交して入射する緑色光２７３に対してもほぼ４５度傾斜した状態で配置されている。

〔赤色の光線軌跡〕
図１９（Ａ）、（Ｂ）を参照して、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａと赤色照明光源２５１と第１偏光ビームフィルタ（第１ＰＢＦ）２６１Ａとの関係の詳細を述べる。赤色照明光源２５１は第１ＰＢＦ２６１Ａを通して、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの面に直交する赤色光２７１を照射する。本実施の形態においては，赤色照明光源２５１は赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの下部から赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに向かって赤色光２７１を照射する。赤色照明光源２５１から出力された赤色光２７１は、紙面に平行なｐ偏光軸を持つ第１ＰＢＦ２６１Ａを通過して赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに入射する。図１９（Ａ）に図解したように、赤色光２７１が赤色用反射型液晶パネル２０１Ａにおいて変調を受けない場合は、ｐ偏光軸を持つ赤色光２７１は赤色用反射型液晶パネル２０１Ａで反射されて、そのまま第１ＰＢＦ２６１Ａに再度入射されて、赤色照明光源２５１に戻る。図１９（Ｂ）に図解したように、他方、赤色光２７１が赤色用反射型液晶パネル２０１Ａにおいて反射のときに変調を受けると、紙面に平行なｐ偏光軸を持つ赤色光２７１は紙面に垂直なｓ偏光軸を持つ赤色変調光２７１ｍとなって第１ＰＢＦ２６１Ａに入射し、第１ＰＢＦ２６１Ａで光合成プリズム２１０Ａ側に反射されて、第１直線偏光板２１１、第１の１／ｎ波長板２２１を透過して光合成プリズム２１０Ａに向かう。

赤色照明光源２５１は、第１ＰＢＦ２６１Ａに対してｐ偏光になるように、図解の偏光軸（図面と平行な軸）を持つような赤色光２７１を出力するように、事前に偏光軸の調整が行われている。第１ＰＢＦ２６１Ａの向きは、当該第１ＰＢＦ２６１Ａに対するｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射する向きに設定されている。したがって、図解の偏光軸を持つ赤色照明光源２５１から出射された赤色光２７１は第１ＰＢＦ２６１Ａを透過して赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに入射する。

赤色用反射型液晶パネル２０１Ａ、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａおよび青色用反射型液晶パネル２０３Ａは、０％黒色を表示している場合は入射された光の偏光面を回転させず、それぞれ１００％の青、赤、緑を表示している場合は、これら反射パネル２０１Ａ〜２０３Ａが入射された光の偏光面をほぼ９０度回転させるように偏光面を変調するよう設定されている。各反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａにどの色を表示させるための変調作業を行わせるかは、たとえば、画像信号処理装置（図示せず）から、これら反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａに入力された画像信号に依存する。

図１９（Ａ）に図解したように、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａが０％黒表示の場合は、赤色光２７１は第１ＰＢＦ２６１Ａを透過して赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに入射するが、そのまま赤色用反射型液晶パネル２０１Ａで反射され、再び第１ＰＢＦ２６１Ａを透過して赤色照明光源２５１側に戻る。

図１９（Ｂ）に図解したように、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａが１００％赤表示の場合は、赤色光２７１は第１ＰＢＦ２６１Ａを透過して赤色用反射型液晶パネル２０１Ａに入射し、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａで反射される際に赤色用反射型液晶パネル２０１Ａにより偏光軸が９０度回転させられるため、ｐ偏光軸を持つ赤色変調光２７１ｍとなり、その時の赤色変調光２７１ｍの偏光軸は紙面に直交するｓ軸となり、第１ＰＢＦ２６１Ａに対してｓ偏光となり、第１ＰＢＦ２６１Ａにおいて反射され、第１直線偏光板２１１を通り、第１の１／ｎ波長板２２１を経由して光合成プリズム２１０Ａの方向へ進行する。赤色変調光２７１ｍは、このように、光合成プリズム２１０Ａに入射する前に、第１ＰＢＦ２６１Ａとプリズム２１０Ａとの間に配置された、第１直線偏光板２１１と、第１の１／ｎ波長板２２１を通過する。第１直線偏光板２１１はその偏光透過軸が、第１ＰＢＦ２６１Ａに対するｓ偏光とほぼ同じ向きに設定されており、赤色変調光２７１ｍはそのまま第１直線偏光板２１１を透過できる。第１の１／ｎ波長板２２１はその偏光軸に対し、４５度の角度をなすように軸が設定されており、第１の１／ｎ波長板２２１を通過した赤変調光２７１ｍの偏光軸は光合成プリズム２１０Ａの反射面に対しｓ偏光となる向きとなる。

図２０に図解したように、光合成プリズム２１０Ａの反射面２１０ａ’は赤色を反射する被覆（コート）が形成（被膜）されており、反射面２１０ａ’で赤色変調光２７１ｍは反射されて、投射レンズ２１６Ａの方に向かい、投射レンズ２１６Ａにより投射レンズ２１６Ａの前方に位置するスクリーン（図示せず）に投影（投射）される。

〔青色の光線軌跡〕
次に青色の光線軌跡（パス）について述べる。青色の光線軌跡も基本的には、上記赤色の光線軌跡と同じである。青色用反射型液晶パネル２０３Ａおよび第３偏光ビームフィルタ（第３ＰＢＦ）２６３Ａの下部に位置する青色照明光源２５３から出力された青色光２７３は、第３ＰＢＦ２６３Ａを通り、青色用反射型液晶パネル２０３Ａに入射する。青色光２７３は第３ＰＢＦ２６３Ａに対してｐ偏光になるような偏光軸を持つよう、事前に偏光軸の調整が行われている。第３ＰＢＦ２６３Ａの向きは当該第３ＰＢＦ２６３Ａに対するｐ偏光軸を透過し、ｓ偏光を反射する向きに設定されているため、上記偏光軸を持つ青色光２７３は透過させ、青色用反射型液晶パネル２０３Ａに入射させる。

青色用反射型液晶パネル２０３Ａが０％黒表示の場合は、第３ＰＢＦ２６３Ａを透過し青色用反射型液晶パネル２０３Ａに入射した青色光２７３は、そのまま青色用反射型液晶パネル２０３Ａでパネルで反射され、ｐ偏光軸を保ったまま、再び第３ＰＢＦ２６３Ａを透過して青色照明光源２５３側に向けて戻る。

青色用反射型液晶パネル２０３Ａが１００％青表示の場合は、第３ＰＢＦ２６３Ａを透過し、青色用反射型液晶パネル２０３Ａに入射した青色光２７３は青色用反射型液晶パネル２０３Ａで反射される際に、偏光軸が９０度回転させられてｓ偏光軸を持つ青色変調光２７３ｍとなる。この青色変調光２７３ｍはｓ偏光となる偏光軸を持ち、第３ＰＢＦ２６３Ａに対してｓ偏光となるため、第３ＰＢＦ２６３Ａで反射されて、第３直線偏光板２１３および第３の１／ｎ波長板２２３を経由して光合成プリズム２１０Ａの方向へ進行する。このように、青色変調光２７３ｍは、光合成プリズム２１０Ａに入射する前に、第３ＰＢＦ２６３Ａと光合成プリズム２１０Ａとの間に配置された、第３直線偏光板２１３と第３の１／ｎ波長板２２３を通過する。第３直線偏光板２１３はその偏光透過軸が、第３ＰＢＦ２６３Ａに対するｓ偏光と概略同じ向きに設定されており、青色変調光２７３ｍはそのまま透過できる。第３の１／ｎ波長板２２３は、その偏光軸に対し４５度の角度をなすように軸が設定されており、これを通過した青色変調光２７３ｍの偏光軸は、光合成プリズム２１０Ａの反射面に対しｓ偏光となる向きとなる。またプリズム２１０Ａの反射面２１０ｂ’は青色を反射する被覆（コート）が形成されており、反射面２１０ｂ’で青色変調光２７３ｍが反射されて、投射レンズ２１６Ａの方に向かい、当該投射レンズ２１６Ａによりスクリーンに投影（投射）される。

〔緑色の光線軌跡〕
緑色の光線軌跡（パス）について述べる。緑色の光線軌跡も基本的には、上記青色の光線軌跡と同じである。緑色用反射型液晶パネル２０２Ａおよび第２偏光ビームフィルタ（第２ＰＢＦ）２６２Ａに下部に位置する緑色照明光源２５２から出力された緑色光２７２は第２ＰＢＦ２６２Ａを透過して緑色用反射型液晶パネル２０２Ａに入射する。緑色照明光源２５２から出力される緑色光２７２は、第２ＰＢＦ２６２Ａに対してｐ偏光になるような偏光軸を持つよう、事前に偏光軸の調整が行われている。第２ＰＢＦ２６２Ａの向きは、当該第２ＰＢＦ２６２Ａに対するｐ偏光軸を透過し、ｓ偏光軸を反射する向きに設定されているため、第２ＰＢＦ２６２Ａはｓ偏光の偏光軸を持つ緑色光２７２を透過し、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａに入射させる。

緑色用反射型液晶パネル２０２Ａが０％黒表示の場合は、緑色光２７２はそのまま緑色用反射型液晶パネル２０２Ａで反射され、ｐ偏光軸を保ったまま、第２ＰＢＦ２６２Ａを透過し、緑色照明光源２５２側に向けて戻る。

緑色用反射型液晶パネル２０２Ａが１００％緑表示の場合は、第２ＰＢＦ２６２Ａを透過して緑色光２７２は緑色用反射型液晶パネル２０２Ａで反射される際に偏光軸が９０度回転させられるため、ｓ偏光の偏光軸を持つ緑色変調光２７２ｍとなる。緑色変調光２７２ｍはｓ偏光の偏光軸を持ち、第２ＰＢＦ２６２Ａに対してｓ偏光となるため、第２ＰＢＦ２６２Ａで反射されて光合成プリズム２１０Ａの方向へ進行する。緑色変調光２７２ｍは光合成プリズム２１０Ａに入射する前に、第２ＰＢＦ２６２Ａと光合成プリズム２１０Ａとの間に配置された第２直線偏光板２１２を通過する。第２直線偏光板２１２はその偏光透過軸が、第２ＰＢＦ２６２Ａに対するｓ偏光とほぼ同じ向きに設定されており、緑色変調光２７２ｍはそのまま第２直線偏光板２１２を透過できる。

なお、上述したように、第２光学系には、第１および第３の波長板に該当する第２の波長板は設けられていない。光合成プリズム２１０Ａの反射面２１０ａ’、２１０ｂ’は、それぞれ青色、赤色を反射する被覆（コート）が形成されているが、反射面２１０ａ’、２１０ｂ’は緑色は通過することから、プリズム２１０Ａに入射した緑色変調光２７２ｍは透過されて、投射レンズ２１６Ａの方向に向かい、当該投射レンズ２１６Ａによりスクリーンに投影（投射）される。

〔評価〕
図２１（Ａ）はプロジェクタ装置２００に使用した第１ＰＢＦ２６１Ａ〜第３ＰＢＦ２６３Ａ（以下、偏光ビームフィルタ（ＰＢＦ））の波長λと透過率μとの関係を、たとえば、赤色光２７１の赤色用反射型液晶パネル２０１Ａへの入射角度４５°、５５°について図解したグラフである。図２１（Ｂ）は関連する技術のプロジェクタ装置に使用した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の波長λと透過率μとの関係を、たとえば、赤色光の赤色用反射型液晶パネルへの入射角度４５°、５５°について図解したグラフである。

（１）偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と偏光ビームフィルタ（ＰＢＦ）とを比較すると、ＰＢＦはＰＢＳに比較して波長依存性が非常に低い。すなわち、ＰＢＦを用いると、波長の異なる青色、緑色、赤色のいずれも同じ程度の透過率であるから、３原色の種類に依存した波長差に起因する透過率の変化が少ない。その結果、たとえば、プリズム２１０Ａに到達する各色のレベルは同じ条件となる。このように、本発明の実施の形態によれば、輝度の低下が少なく、コントラストの低下が少ない。換言すれば、ＰＢＳを用いたプロジェクタ装置に比較して、ＰＢＦを用いた本発明の実施の形態としてのプロジェクタ装置２００のＦナンバーは小さくなり、その結果、輝度は高くなり、コントラストも高くなる。

（２）ＰＢＦはＰＢＳより入射角度依存性が低い。したがって、ＰＢＦを用いた本発明の実施の形態のプロジェクタ装置２００は反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａへの入射光に多少の傾きがあっても透過率の低下は少ない（透過率の変動が少ない）。その結果、たとえば、赤色照明光源２５１と赤色用反射型液晶パネル２０１Ａと第１偏光ビームフィルタ（第１ＰＢＦ）２６１Ａとの配置に余裕が出る。すなわち、赤色照明光源２５１、第１ＰＢＦ２６１Ａ、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａの光学的配置が多少ずれても、輝度の低下、コントラストの低下は少ない。その結果、光学系を組み立てた後などの光学部品の位置の微調整が不要となる。

図１６（Ａ）、（Ｂ）に図解したプロジェクタ装置２００の構成または構造を考察すると、図２０に概略的に図解したように、光合成プリズム２１０Ａの周囲に、３原色用の３個の光学系が理路整然と配置されている。平面的に考察すると、たとえば、光合成プリズム２１０Ａの左側には、赤色用の第１光学系（赤色用反射型液晶パネル２０１Ａ、第１ＰＢＦ２６１Ａ、第１直線偏光板２１１、第１の１／ｎ波長板２２１）が配置され、光合成プリズム２１０Ａの右側には緑色用の第２の光学系（青色用反射型液晶パネル２０２Ａ、第２ＰＢＦ２６２Ａ、第２直線偏光板２１２、第２の１／ｎ波長板２２２）が配置され、光合成プリズム２１０Ａを挟んで投射レンズ２１６Ａと対向する側には、青色用の第３の光学系（青色用反射型液晶パネル２０３Ａ、第３ＰＢＦ２６３Ａ、第３直線偏光板２１３）が配置されており、これら３個の光学系が光合成プリズム２１０Ａの３方向に理路整然と配置されている。立体的に考察すると、光合成プリズム２１０Ａの面に上記３個の光学系が同じ平面位置に配置されているからプロジェクタ装置２００の高さ方向の寸法を小さくできる。このような配置において、赤色光２７１、緑色光２７２、青色光７２３を仕分けるための付属的な光学系、たとえば、全反射ミラーなどが一切不要である。以上を考察すると、プロジェクタ装置２００は配置設計が容易であり、構成要素の収容効率も高いから、コンパクトに収容でき、小型、軽量化を図ることができる。

偏光ビームフィルタ（ＰＢＦ）は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）に比較して、小型であり、軽量である。その結果、プロジェクタ装置２００はさらに小型化、軽量化を図ることができる。

プロジェクタ装置において、光源のランプ部分と、液晶パネル部分は電力消費が高く、高温になるから、冷却が要求される。図１６Ａ，Ｂおよび図１７に図解したプロジェクタ装置２００においては、赤色用反射型液晶パネル２０１Ａ、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａ、青色用反射型液晶パネル２０３Ａは画像信号が印加され、液晶パネルを駆動するから、プロジェクタ装置２００の中での電力消費が多く、高温になり、冷却が必要になる。当然、光源５００のランプ５０１部分も電力消費が多く、高温になり、冷却が必要になる。赤色用反射型液晶パネル２０１Ａ、緑色用反射型液晶パネル２０２Ａおよび青色用反射型液晶パネル２０３Ａの冷却は、これらが同じ高さに配置されているから、これら反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａの面に沿って、たとえば、冷却ファンから水平方向に冷却用風を流すなど冷却対策が容易であり、冷却効果も高い。

図１６（Ａ）、（Ｂ）に図解した例示においては、赤色照明光源２５１、緑色照明光源２５２および青色照明光源２５３は全て、たとえば、図１７に例示した１個の光源５００で構成でき、赤色照明光源２５１、緑色照明光源２５２および青色照明光源２５３、すなわち、光源５００は、プリズム２１０Ａおよび上記３個の光学系の下部に位置する。このように、光源５００と光学系を立体的に分離できるから、冷却対策も別個に行うことができる。

光源５００のランプ５０１の放熱量と、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａの放熱量とは大きく異なり、ランプ５０１の放熱量が圧倒的に多い。上述したように、光源５００と、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａを含む上記光学系は分離して配置できるから、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａなどが光源５００のランプ５０１の熱の影響を受けないようにすることができる。したがって、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａの冷却対策は自己の冷却対策のみ講ずればよく、無用な冷却対策を講ずる必要はない。その観点からも、冷却用ファンは小型でよく、プロジェクタ装置２００を一層小型、軽量にできる。冷却用ファンの騒音も低い。

光源５００、とりわけ、ランプ５０１を、図１６（Ａ）、（Ｂ）に図解した構成要素を収容してプロジェクタ装置２００の筐体の外部に配置し、ランプ５０１からの白色光５２０のみを導入するように構成すれば、冷却対策は非常に簡単になる。

反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａの配線接続部（多数のケーブルが接続されるように図解されている部分）は、それぞれ、別個の方向を向いている。しかも、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａは上部に位置しているから、これらの配線接続部への配線は容易である。反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａへのケーブル本数はかなりの数になるから、実装面が大きな効果を奏する。このように、プロジェクタ装置２００は、配線周り（布線）の容易さ、配線のためのスペースが少なくてすみ、コンパクトに配線できるという効果も得られる。

図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したように、投射レンズ２１６Ａの周囲に構成要素が配置されないため、投射レンズ２１６Ａの配置の柔軟性が高く投射レンズ２１６Ａの上下シフト機構等も実装しやすい。

図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したように、反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａは下向きに配置されている。したがって、プロジェクタ装置２００の筐体内を浮遊するゴミなどが反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａのパネル面につきにくく、ゴミの付着による偏光光のレベル低下は少なく、表示画質の低下が少ない。

光合成プリズム２１０Ａの周りに反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａを含めた結像光学系がコンパクトに配置されており、機構構造的な剛性を向上しやすい。そのため、３枚の反射型液晶パネル２０１Ａ〜２０３Ａ間の画素位置ずれ等が発生しにくく、高い画質の画像が得られる。

本発明の画像投射装置の実施に際しては上述した例示に限定されず、上述した実施の形態と同等または類似する種々の変形態様をとることができる。

たとえば、図１６（Ａ），（Ｂ）に図解したプロジェクタ装置２００の向きは、光源５００（赤色照明光源２５１、緑色照明光源２５２、青色照明光源２５３）を上にして、光合成プリズム２１０Ａなどをした上下逆に配置することもできるし、光源５００と光合成プリズム２１０Ａなどを同じ平面に横並びに配置することもできる。

図１は関連する技術における反射型液晶プロジェクタの構成例を示す図である。 図２は反射型偏光素子をベースプレートに装着する例を示す図である。 図３は本発明の第１の実施形態に係る光学装置を採用した液晶プロジェクタを示す図である。 図４（Ａ），（Ｂ）は光合成プリズムの入射面および出射面について説明するための図である。 図５は本実施形態に係る固定プレートの構成例を示す図である。 図６は光合成プリズムの３つの入射面に対して固定プレートを接合した状態を示す図である。 図７（Ａ），（Ｂ）は固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦを取り付けた状態を示す図である。 図８（Ａ），（Ｂ）は固定プレートに反射型液晶パネルを取り付けた状態を示す図である。 図９（Ａ），（Ｂ）は固定プレートに対する反射型液晶パネルの好適な取り付け構造例を示す図である。 図１０は固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦ並びに反射型液晶パネルを取り付ける、さらに好適な取付構造を説明するための上面図である。 図１１は固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦ並びに反射型液晶パネルを取り付ける、さらに好適な取付構造を説明するための斜視図である。 図１２は固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦ並びに反射型液晶パネルを取り付ける、さらに好適な取付構造を説明するための斜視図である。 図１３は固定プレートに反射型偏光素子であるＰＢＦ並びに反射型液晶パネルを取り付ける、さらに好適な取付構造を説明するための斜視図である。 図１４は図１０〜図１３の取付構造を採用した場合の光学装置の組み立て後の構成を示す図である。 図１５は一体的に形成した固定プレートの例を示す図である。 図１６（Ａ），（Ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る光学装置を採用した液晶プロジェクタを示す斜視図である。 図１７は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解した画像投射装置における光源の１例を図解した図である。 図１８は第２の実施形態において固定プレートに反射型液晶パネルを取り付けた状態を示す図である。 図１９（Ａ），（Ｂ）は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解した画像投射装置の部分構成および光線軌跡を図解した図である。 図２０は図１６（Ａ），（Ｂ）に図解した光合成プリズムの周辺の光線軌跡を図解した図である。 図２１（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、偏光ビームフィルタ（ＰＢＦ）と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）との特性を示すグラフである。

符号の説明

１００…液晶プロジェクタ、２００…反射型プロジェクタ装置、２０１，２０１Ａ…赤色用反射型液晶パネル（第１反射パネル）、２０２，２０２Ａ…緑色用反射型液晶パネル（第２反射パネル）、２０３，２０３Ａ…青色用反射型液晶パネル（第３反射パネル）、２１０，２１０Ａ…光合成プリズム、２１１〜２１３…直線偏光板、２１６，２１６Ａ…投影レンズ、２２１、２２３…１／ｎ波長板、２５１…赤色照明光源、２５２…緑色照明光源、５３…青色照明光源、２６１〜２６３…偏光ビームフィルタ（ＰＢＦ）、３００…光学装置、３１０，３１０−１Ｕ，３１０−１Ｂ、３１０−２Ｕ，３１０−２Ｂ、３１０−３Ｕ，３１０−３Ｂ…固定プレート、３１１〜３１３…側面（取付面）、３２０Ｕ，３２０Ｂ…プリズム側ブラケット、３２１Ｕ，３２１Ｂ…パネル側ブラケット、３２２−１Ｕ，３２２−２Ｕ、３２２−１Ｂ，３２２−２Ｂ…ビス、５００…光源、５０１…ランプ、５０２、５０３…フライアイ・インテグレーター、５０４…ＰＳ変換素子、５０５…メインコンデンサーレンズ、５０６…赤色反射ダイクロイックミラー、５０７…緑青反射ダイクロイックミラー、５０８、５０９…全反射ミラー、５１０…緑色反射ダイクロイックミラー、５１１、５１２、５１３…全反射ミラー、５１５、５１６…コンデンサレンズ。

Claims (8)

1. ３つの光入射面を有し、当該３つの光入射面から３つの異なる波長帯域の光が入射し、３つの入射光を合成出力する光合成プリズムと、
   ３つの反射型液晶パネルと、
   上記３つの反射型液晶パネルに対応して設けられ、それぞれが上記３つの異なる波長帯域のうちの異なる一の波長帯域の光が入射し、第１の偏光成分を選択して上記対応する反射型液晶パネルに入射させ、当該反射型液晶パネルに空間変調され第２の偏光成分に変換された変調光を上記合成プリズムの３つの光入射面のうちの対応する入射面に入射させる、３つの板状の反射型偏光素子と、
   一面が上記光合成プリズムの３つの光入射面に接合可能な少なくとも６つの固定プレートと、を有し、
   上記固定プレートは三角柱板に形成され、上記光合成プリズムの光入射面の上下縁部に２個の上記固定プレートが略平行に接合され、該固定プレートの上記三角柱板の第１側面に上記光合成プリズムの対応する光入射面が接合され、第２側面に上記反射型偏光素子が取付られ、第３側面に上記反射型液晶パネルが取付けられている
   光学装置。
2. 上記光合成プリズムの光入射面には、光学的に透明なスペーサが接合され、上記固定プレートは当該スペーサの側部に支持された状態で上記光入射面に対して接合される
   請求項１記載の光学装置。
3. 上記固定プレートに対してプリズム側ブラケットが接合され、上記反射型液晶パネルには、パネル側ブラケットが締結され、上記プリズム側ブラケットと上記パネル側ブラケットが接合されて、上記反射型液晶パネルが固定プレートを介して上記光合成プリズムの対応する光入射面に固定されている
   請求項２記載の光学装置。
4. 上記固定プレートは、線膨張係数が１０ｘ１０^−６［／Ｋ］以下である
   請求項１記載の光学装置。
5. 上記固定プレートはガラス材料からなる
   請求項１記載の光学装置。
6. 上記固定プレートはステンレスもしくはコバール（ＦｅＮｉＣｏ）により形成されている
   請求項１記載の光学装置。
7. 光源と、
   上記光源から発生られた光を、波長帯域に従い３つに分離して変調し、３つの変調光を合成して出射する光学装置と、
   上記光学装置から出射した光を投影出力する投影手段と、を有し、
   上記光学装置は、
   ３つの光入射面を有し、当該３つの光入射面から３つの異なる波長帯域の光が入射し、３つの入射光を合成出力する光合成プリズムと、
   ３つの反射型液晶パネルと、
   上記３つの反射型液晶パネルに対応して設けられ、それぞれが上記３つの異なる波長帯域のうちの異なる一の波長帯域の光が入射し、第１の偏光成分を選択して上記対応する反射型液晶パネルに入射させ、当該反射型液晶パネルに空間変調され第２の偏光成分に変換された変調光を上記合成プリズムの３つの光入射面のうちの対応する入射面に入射させる、３つの板状の反射型偏光素子と、
   一面が上記光合成プリズムの３つの光入射面に接合可能な少なくとも６つの固定プレートと、を有し、
   上記固定プレートは三角柱板に形成され、上記光合成プリズムの光入射面の上下縁部に２個の上記固定プレートが略平行に接合され、該固定プレートの上記三角柱板の第１側面に上記光合成プリズムの対応する光入射面が接合され、第２側面に上記反射型偏光素子が取付られ、第３側面に上記反射型液晶パネルが取付けられている
   投影装置。
8. 上記光合成プリズムの光入射面には、光学的に透明なスペーサが接合され、上記固定プレートは当該スペーサの側部に支持された状態で上記光入射面に対して接合される
   請求項７記載の投影装置。

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