JP5434085B2 - 投射型画像表示装置および投射光学系 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーン上に投影画像を表示する投射型画像表示装置および当該投射型画像表示装置に用いられる投射光学系に関する。

近年、スクリーン上に投影画像を表示する投射型画像表示装置として、プロジェクタ装置が広く知られている。プロジェクタ装置を用いれば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）等のフラットパネルディスプレイ装置に比べて、高解像度を維持しつつ表示画像の大型化を実現することが容易となる。

ところで、プロジェクタ装置の中には、複数画像の表示出力に対応するように構成されたものがある。
その一例としては、１台のプロジェクタ装置から２つのスクリーン上へ画像を投影することができ、右目用画像と左目用画像とを各スクリーンに時分割で投影することで、各スクリーン上に視差を形成するものがある（例えば、特許文献１参照。）。このような構成のプロジェクタ装置を用いれば、観察者の目に右目用画像と左目用画像とが交互に入射するので、当該観察者に立体画像を認識させることができる。
また、他の例としては、液晶表示素子等の表示デバイスの表示領域を二分割し、それぞれの表示領域で右目用画像と左目用画像とを同時に表示して、立体映像を作り出すように構成されたものがある（例えば、特許文献２参照。）。このプロジェクタ装置では、投射光学系と表示デバイスの間に、画面を切り分けることを目的とするリレー光学系が設置されており、そのリレー光学系で一旦結像した後、二分割で表示された画像を反射面でそれぞれに分割するようになっている。
さらに他の例としては、投射光学系とスクリーンの間に時分割で光路を切り替える光路切替え部を設け、それぞれの光路を通った投影光を用いてスクリーン上の左右に複数の画像を並べるように構成されたものがある（例えば、特許文献３参照。）。このような構成のプロジェクタ装置を用いれば、１台のプロジェクタ装置から複数の画像が左右に並ぶワイド画面が表示出力されることになる。

特許公報４０５２３１５号 特開２００７−２７１８２８号公報 特開２００４−２７９８４７号公報

上述した従来技術によるプロジェクタ装置は、複数画像の表示出力を行うように構成されているので、立体映像やワイド画面等については対応できる。しかしながら、複数画像の表示出力を行うように構成されていると、高解像度を維持しつつも表示デバイスの全解像力を使用した単一画像の画面表示を行うことが困難となる。
例えば、映画館やホームシアタ等においては、通常の二次元表示で単一の画面に出力させる映像コンテンツを扱うことが殆どである。したがって、複数画像の表示出力を要する映像コンテンツにも対応しようとすると、２台のプロジェクタ装置を用意するか、あるいはプロジェクタ装置における投射光学系を入れ替えることを必要とする。
つまり、従来技術によるプロジェクタ装置では、単一画像を単一画面に表示する映像コンテンツと複数画像の表示出力を要する映像コンテンツとの両方に対応しようとすると、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化が避けられない。

本発明は、１台であっても投射光学系の入れ替えを要することなく状況に応じて複数画像の表示出力に対応することができるとともに単一画像の表示出力にも対応することのできる投射型画像表示装置および投射光学系を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために案出された投射型画像表示装置で、光源と、前記光源から発せられた光束を１次像面となる画像変調素子の面上に均一照射する照明光学系と、前記画像変調素子で変調された前記１次像面の画像情報を２次像面となるスクリーン上へ拡大投射する投射光学系とを備え、前記投射光学系は、前記１次像面の画像情報を中間像に結像させる第１光学系と、前記中間像の拡大投射により前記スクリーン上への単一画像の表示出力を行う単一画像対応第２光学系と、前記中間像の拡大投射により前記スクリーン上への複数画像の表示出力を行う複数画像対応第２光学系と、前記第１光学系と、前記単一画像対応第２光学系及び複数画像対応第２光学系と、の間に配置され、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのいずれかに選択的に導く光路切替機構と、を有し、前記光路切替機構は、前記第１光学系と前記単一画像対応第２光学系及び前記複数画像対応第２光学系との間に配置され、前記第１光学系からの光束の偏光方向によって、当該光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらに導くかを切り替える偏光ビームスプリッタと、前記第１光学系からの光束の偏光方向を特定偏光方向に変換する位相差板と、前記位相差板が前記第１光学系と前記偏光ビームスプリッタとの間で前記偏光ビームスプリッタの光路上前段に介在する介在状態と介在しない非介在状態とを切り替える位相差板可動機構と、を有し、前記偏光ビームスプリッタは、前記介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらか一方に導き、前記非介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系との他方に導く。

上記構成の投射型画像表示装置では、第１光学系からの光束が単一画像対応第２光学系に導かれると、スクリーン上に対して単一画像を単一画面に表示することになる。一方、第１光学系からの光束が複数画像対応第２光学系に導かれると、スクリーン上に対して複数画像の表示出力を行うことになる。つまり、光路切替機構による光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行うのである。

本発明によれば、投射型画像表示装置が１台のみであっても、投射光学系の入れ替えを要することなく、光路切替機構による光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とのいずれにも対応することが実現可能となる。したがって、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化を招くことなく、様々な映像コンテンツに対応することが可能となる。

液晶プロジェクタ装置における光源および照明光学系の概略構成例を示す説明図である。 第１の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。 第２の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。 第３の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。 第４の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。 光源から画像変調素子の一例である液晶パネルまでの照明光学系について、第４の実施の形態における概略構成例を示す説明図である。 第５の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。 １次像面および２次像面の具体例を示す説明（その１）である。 １次像面および２次像面の具体例を示す説明（その２）である。 １次像面および２次像面の具体例を示す説明（その３）である。 １次像面および２次像面の具体例を示す説明（その４）である。

以下、図面に基づき本発明に係る投射型画像表示装置および投射光学系について説明する。

［投射型画像表示装置の概略構成例］
先ず、投射型画像表示装置の概略構成について、液晶プロジェクタ装置を例に挙げて、簡単に説明する。

液晶プロジェクタ装置は、その筐体内に、光源と、照明光学系と、投射光学系と、を備えている。そして、光源から照射される光を、画像変調素子である液晶表示素子で変調して映像信号に応じた光学像を形成するとともに、その光学像を投射光学系で拡大投影してスクリーン上に表示するように構成されている。このような液晶プロジェクタ装置としては、Ｒ（赤）色、Ｇ（緑）色およびＢ（青）色のそれぞれに対応するパネル状の液晶表示素子を備えた、いわゆる三板式が広く知られている。なお、以下の説明では、パネル状の液晶表示素子を、単に「液晶パネル」ともいう。

図１は、液晶プロジェクタ装置における光源１および照明光学系２の概略構成例を示す説明図である。
光源１は、例えば高圧水銀ランプからなり、照明光学系２に対して光束を発するようになっている。
照明光学系２は、光源１から発せられた光束を、１次像面となる画像変調素子（液晶パネル）の面上に均一照射するようになっている。さらに具体的には、照明光学系２では、光源１からの光束が、第１および第２のフライアイレンズＦＬ、偏光変換素子ＰＳおよび集光レンズＬを経る。そして、これらを経た後に、特定の波長帯域の光だけを反射するダイクロイック・ミラーＤＭによって、ＲＧＢの各色成分光に分離される。ＲＧＢの各色成分光は、全反射ミラーＭやレンズＬ等を利用しつつ、ＲＧＢの各色に対応して設けられた液晶パネルＰに入射される。そして、各液晶パネルＰにて映像信号に応じた光変調が行われた後は、光変調された各色成分光がダイクロイック・プリズムＰＰによって合成されて、図示せぬ投射光学系に向けて出射されるようになっている。
なお、ここでは、透過型液晶パネルを用いて構成された照明光学系２を例に挙げているが、反射型液晶パネルを用いても照明光学系２を構成することは可能である。また、画像変調素子としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いることもできる。さらには、ダイクロイック・プリズムＰＰに代わり、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）やＲＧＢ各色の映像信号を合成する色合成プリズム、ＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズム等を用いることも考えられる。

［投射光学系の構成例］
以上のような光源１および照明光学系２に加えて、液晶プロジェクタ装置は、投射光学系を備えている。
投射光学系は、照明光学系２からの出射光を受け取ることで、照明光学系２の液晶パネルＰで変調された１次像面の画像情報を、２次像面となるスクリーン上へ拡大投射する。
ここで説明する液晶プロジェクタ装置は、投射光学系に特徴がある。

以下、投射光学系の構成について、第１〜第７の実施の形態を例に挙げて順に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図２は、第１の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。
図例のように、投射光学系は、縮小側の１次像面から拡大側の２次像面へ拡大投射するように構成されている。すなわち、照明光学系２の液晶パネルで変調されダイクロイック・プリズムＰＰによって合成された１次像面の画像情報を、２次像面となるスクリーン上へ拡大投射するようになっている。

そのために、投射光学系は、１次像面の画像情報を中間像に結像させる第１光学系Ｌ１と、中間像の拡大投射によりスクリーン上への画像表示出力を行う第２光学系と、を有している。
ただし、第２光学系としては、スクリーン上への単一画像の表示出力を行う単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒと、スクリーン上への複数画像の表示出力を行う複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂと、が並設されている。

単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒと複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの並設に伴い、第１光学系Ｌ１と各第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの間には、λ/２位相差板ＷＲと、偏光ビームスプリッタＰＢＳと、が配されている。
λ/２位相差板ＷＲは、第１光学系Ｌ１からの光束の偏光方向を特定偏光方向に変換する。例えば、ｓ偏光をｐ偏光に変換し、ｐ偏光をｓ偏光に変換するといった具合である。ただし、λ/２位相差板ＷＲは、第１光学系Ｌ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳとの間の光路上に介在する状態と介在しない状態とが切り替えられるようになっている。λ/２位相差板ＷＲの位置切り替えは、図示せぬ位相差板可動機構が行う。なお、位相差板可動機構については、自動または手動を問わず、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
また、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、例えば、ｓ偏光の光束を反射し、ｐ偏光の光束を透過させるように構成されている。
これらλ/２位相差板ＷＲ、位相差板可動機構および偏光ビームスプリッタＰＢＳは、第１光学系Ｌ１からの光束を単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒと複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとのいずれかに選択的に導く光路切替機構として機能する。

偏光ビームスプリッタＰＢＳと単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒとの間には、光束の進行方向を変換するために、ミラー等からなる平面反射面Ｍ２Ｒが配されている。さらに、偏光ビームスプリッタＰＢＳと複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの間には、光束の進行方向を変換するために、ミラー等からなる複数の平面反射面ＭＴａ１，ＭＴａ２，ＭＴｂ１，ＭＴｂ２が配されている。

このような構成の投射光学系において、例えば、液晶パネルからｓ偏光状態の光束が発せられる場合を考える。なお、図中において、二重丸印（振動方向が図中奥行き方向）はｓ偏光、上下方向矢印（振動方向が図中上下方向）はｐ偏光を示している。

図２（ａ）に示すように、λ/２位相差板ＷＲが第１光学系Ｌ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳとの間の光路上に介在しない状態では、液晶パネルＰから発せられた光束が、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。そして、液晶パネルＰの面上の１次像面の画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIに結像させる。
このとき、偏光ビームスプリッタＰＢＳの手前において、光束は、ｓ偏光を持つ。つまり、λ/２位相差板ＷＲが光路上に介在しない状態では、ｓ偏光の状態のまま偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射されることになる。
偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射された光束は、平面反射面Ｍ２Ｒで進行方向を変え、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒに入射する。そして、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒを通過した光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

一方、図２（ｂ）に示すように、λ/２位相差板ＷＲが第１光学系Ｌ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳとの間の光路上に介在する状態のときにも、液晶パネルＰａ，Ｐｂから発せられた光束は、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。ただし、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上では、表示出力すべき複数画像（例えば、右目用画像と左目用画像。）に対応するように、１次像面の画像情報が複数に分割されている。そして、そして、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の各画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIａ，IIｂに結像させる。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は中間像IIａに結像され、液晶パネルＰｂから発せられた光束は中間像IIｂで結像される。
このとき、偏光ビームスプリッタＰＢＳの手前において、光束は、λ/２位相差板ＷＲが介在していることから、偏光方向が９０度回転し、ｐ偏光を持つことになる。つまり、λ/２位相差板ＷＲが光路上に介在する状態では、ｓ偏光からｐ偏光に変換された後に偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過することになる。
偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した光束は、平面反射面ＭＴａ１，ＭＴａ２，ＭＴｂ１，ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂに入射する。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は、中間像IIａに結像された後に、平面反射面ＭＴａ１，ＭＴａ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａに入射する。また、液晶パネルＰｂから発せられた光束は、中間像IIｂに結像された後に、平面反射面ＭＴｂ１，ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔｂに入射する。そして、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを通過したそれぞれの光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

以上のような構成の投射光学系では、第１光学系Ｌ１からの光束が単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒに導かれると、スクリーン上に対して単一画像を単一画面に表示することになる。一方、第１光学系Ｌ１からの光束が複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂに導かれると、スクリーン上に対して複数画像の表示出力を行うことになる。つまり、λ/２位相差板ＷＲの光路上への挿抜によって、光束の偏光方向を変換／非変換し、光路切り替えを行う。そして、その光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行うのである。

したがって、以上のような構成の投射光学系を備えて構成された液晶プロジェクタ装置は、当該液晶プロジェクタ装置が１台のみであっても、投射光学系の入れ替えを要することなく、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とのいずれにも対応できる。つまり、λ/２位相差板ＷＲの光路上への挿抜によって、光束の偏光方向を変換／非変換して光路切り替えを行うことで、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化を招くことなく、様々な映像コンテンツに対応することが可能となる。

＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。ここでは、上述した第１の実施の形態との相違点について説明する。
図例の投射光学系では、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒを挟んで、その両側に複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂのそれぞれが位置するように配されている。また、これに対応するように、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、第１光学系Ｌ１からの光束を反射する場合に、当該光束を複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂのそれぞれの側に分割して反射するようになっている。
なお、偏光ビームスプリッタＰＢＳは、例えば、ｓ偏光の光束を分割反射し、ｐ偏光の光束をそのまま透過させるように構成されている。

このような構成の投射光学系において、例えば、液晶パネルからｐ偏光状態の光束が発せられる場合を考える。なお、図中において、二重丸印（振動方向が図中奥行き方向）はｓ偏光、上下方向矢印（振動方向が図中上下方向）はｐ偏光を示している。

図３（ａ）に示すように、λ/２位相差板ＷＲが第１光学系Ｌ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳとの間の光路上に介在しない状態では、液晶パネルＰから発せられた光束が、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。そして、液晶パネルＰの面上の１次像面の画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIに結像させる。
このとき、偏光ビームスプリッタＰＢＳの手前において、光束は、ｐ偏光を持つ。つまり、λ/２位相差板ＷＲが光路上に介在しない状態では、ｐ偏光の状態のまま偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳをそのまま透過することになる。
偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過した光束は、そのまま単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒに入射する。そして、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒを通過した光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

一方、図３（ｂ）に示すように、λ/２位相差板ＷＲが第１光学系Ｌ１と偏光ビームスプリッタＰＢＳとの間の光路上に介在する状態のときにも、液晶パネルＰａ，Ｐｂから発せられた光束は、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。ただし、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上では、表示出力すべき複数画像（例えば、右目用画像と左目用画像。）に対応するように、１次像面の画像情報が複数に分割されている。そして、そして、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の各画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIａ，IIｂに結像させる。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は中間像IIａに結像され、液晶パネルＰｂから発せられた光束は中間像IIｂで結像される。
このとき、偏光ビームスプリッタＰＢＳの手前において、光束は、λ/２位相差板ＷＲが介在していることから、偏光方向が９０度回転し、ｓ偏光を持つことになる。つまり、λ/２位相差板ＷＲが光路上に介在する状態では、ｐ偏光からｓ偏光に変換された後に偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、偏光ビームスプリッタＰＢＳで分割反射されることになる。
偏光ビームスプリッタＰＢＳで分割反射された光束は、平面反射面ＭＴａ２，ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂに入射する。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は、中間像IIａに結像された後に、平面反射面ＭＴａ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａに入射する。また、液晶パネルＰｂから発せられた光束は、中間像IIｂに結像された後に、平面反射面ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔｂに入射する。そして、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを通過したそれぞれの光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

以上のような構成の投射光学系においても、上述した第１の実施の形態の場合と同様に、λ/２位相差板ＷＲの光路上への挿抜によって、光束の偏光方向を変換／非変換し、光路切り替えを行う。そして、その光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行うのである。
したがって、以上のような構成の投射光学系を備えて構成された液晶プロジェクタ装置は、当該液晶プロジェクタ装置が１台のみであっても、投射光学系の入れ替えを要することなく、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とのいずれにも対応できる。つまり、λ/２位相差板ＷＲの光路上への挿抜によって、光束の偏光方向を変換／非変換して光路切り替えを行うことで、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化を招くことなく、様々な映像コンテンツに対応することが可能となる。

＜第３の実施の形態＞
図４は、第３の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。ここでも、上述した第１の実施の形態との相違点について説明する。
図例の投射光学系では、第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの間に、ミラーＭが配されている。このミラーＭは、光束の進行方向を変換する平面反射面を有した反射部材として機能するものである。
ただし、ミラーＭは、第１光学系Ｌ１から発せられる光束の光路上に介在する状態と介在しない状態とが切り替えられるようになっている。ミラーＭの位置切り替えは、図示せぬ反射部材可動機構が行う。なお、反射部材可動機構については、自動または手動を問わず、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
これらミラーＭおよび反射部材可動機構は、第１光学系Ｌ１からの光束を単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒと複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとのいずれかに選択的に導く光路切替機構として機能する。

このような構成の投射光学系において、例えば、液晶パネルから光束が発せられる場合を考える。なお、この場合における光束の偏光状態は、特に限定されることはなく、ｓ偏光とｐ偏光のどちらであっても構わない。

図４（ａ）に示すように、ミラーＭが第１光学系Ｌ１からの光束の光路上に介在する状態では、液晶パネルＰから発せられた光束が、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。そして、液晶パネルＰの面上の１次像面の画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIに結像させる。
このとき、光束は、ミラーＭが光路上に介在しているので、当該ミラーＭによって反射されて、その進行方向が変換される。さらに、平面反射面ＭＲによっても、その進行方向が変換される。
これにより、第１光学系Ｌ１から発せられた光束は、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒに導かれて、当該単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒに入射する。そして、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒを通過した光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

一方、図４（ｂ）に示すように、ミラーＭが第１光学系Ｌ１からの光束の光路上に介在しない状態のときにも、液晶パネルＰａ，Ｐｂから発せられた光束は、ダイクロイック・プリズムＰＰおよび第１光学系Ｌ１を通過する。ただし、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上では、表示出力すべき複数画像（例えば、右目用画像と左目用画像。）に対応するように、１次像面の画像情報が複数に分割されている。そして、そして、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の各画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIａ，IIｂに結像させる。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は中間像IIａに結像され、液晶パネルＰｂから発せられた光束は中間像IIｂで結像される。
ただし、このとき、第１光学系Ｌ１の後段における光路上には、ミラーＭが介在していない。すなわち、ミラーＭは、反射部材可動機構によって光路上から退避されている。
したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、平面反射面ＭＴａ１，ＭＴｂ１，ＭＴａ２，ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂに入射する。すなわち、液晶パネルＰａから発せられた光束は、中間像IIａに結像された後に、平面反射面ＭＴａ１，ＭＴａ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａに入射する。また、液晶パネルＰｂから発せられた光束は、中間像IIｂに結像された後に、平面反射面ＭＴｂ１，ＭＴｂ２で進行方向を変え、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔｂに入射する。そして、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを通過したそれぞれの光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射されることになる。

以上のような構成の投射光学系においては、ミラーＭの光路上への挿抜によって、光束を反射／非反射して光路切り替えを行う。そして、その光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行うのである。
したがって、以上のような構成の投射光学系を備えて構成された液晶プロジェクタ装置は、当該液晶プロジェクタ装置が１台のみであっても、投射光学系の入れ替えを要することなく、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とのいずれにも対応できる。つまり、ミラーＭの光路上への挿抜によって光束の光路切り替えを行うことで、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化を招くことなく、様々な映像コンテンツに対応することが可能となる。

＜第４の実施の形態＞
図５は、第４の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。ここでも、上述した第１の実施の形態との相違点について説明する。
図例の投射光学系は、２つの第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔが並設されている。これらは、それぞれが並設されていることで、複数画像対応第２光学系として機能する。また、これらのうちの一方の第２光学系Ｌ２Ｔは、単一画像対応第２光学系としても機能するようになっている。つまり、第２光学系Ｌ２Ｔについては、単一画像対応第２光学系としても、あるいは複数画像対応第２光学系としても用いられる。

これら第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔと、第１光学系Ｌ１との間には、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）が配されている。第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）は、例えば、ｓ偏光の光束を反射し、ｐ偏光の光束を透過させるように構成されている。

このような構成の投射光学系に対して、第１光学系Ｌ１の前段には、画像変調素子として、２つの液晶パネルＰ１，Ｐ２が配設されている。液晶パネルＰ１，Ｐ２は、いずれも、光源および照明光学系から発せられた光を、映像信号に基づいて変調して、１次像面を形成する。なお、図例では、光反射型の液晶パネルＰ１，Ｐ２を示しているが、透過型のドットマトリックス液晶パネルやデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いることもできる。

図６は、光源から画像変調素子の一例である液晶パネルまでの照明光学系について、第４の実施の形態における概略構成例を示す説明図である。
図例のように、液晶パネルＰ１，Ｐ２と光源Ｌｐとの間には、フライアイレンズＦＬおよび偏光ビームスプリッタＰＢに加えて、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）および第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）が配されている。第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）および第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）は、例えば、ｓ偏光の光束を反射し、ｐ偏光の光束を透過させるように構成されている。

また、偏光ビームスプリッタＰＢと第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）との間には、ハーフミラーＨＭ、ミラーＭおよびλ/２位相差板ＷＲが配されている。
ハーフミラーＨＭは、入射する光束を、反射光と透過光との２つの光束に分割する。ただし、ハーフミラーＨＭは、偏光ビームスプリッタＰＢと第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）との間の光路上に介在する状態と介在しない状態とが切り替えられるようになっている。ハーフミラーＨＭの位置切り替えは、図示せぬハーフミラー可動機構が行う。なお、ハーフミラー可動機構については、自動または手動を問わず、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
ミラーＭは、光束の進行方向を変換する平面反射面を有して構成されている。そして、ハーフミラーＨＭで分割された一方の光束について、その光束の進行方向を変換するようになっている。
λ/２位相差板ＷＲは、ミラーＭによって光束の進行方向が変換されて、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）に入射する光束について、その光束の偏光方向を特定偏光方向に変換する。例えば、ｓ偏光をｐ偏光に変換するといった具合である。

このような構成の投射光学系および照明光学系において、例えば、光源Ｌｐからｓ偏光状態の光束が発せられる場合を考える。なお、図中において、二重丸印（振動方向が図中奥行き方向）はｓ偏光、上下方向矢印（振動方向が図中上下方向）はｐ偏光を示している。

図６（ａ）に示すように、ハーフミラーＨＭが光源Ｌｐからの光束の光路上に介在する状態では、当該光源Ｌｐからの光束が、そのまま第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）に入射する。このとき、光束は、ｓ偏光を持つ。したがって、光源Ｌｐからの光束は、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）で反射されて、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）に入射する。さらには、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）においても反射され、液晶パネルＰ１に入射することになる。

その後は、図５（ａ）に示すように、ｓ偏光を持つ光束が液晶パネルＰ１に入射すると、当該液晶パネルＰ１での映像信号に基づく変調により、ｐ偏光を持つ光束が当該液晶パネルＰ１から反射されて、第１光学系Ｌ１を通過する。そして、液晶パネルＰ１の面上の１次像面の画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIに結像させる。
このとき、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）の手前において、光束は、ｐ偏光を持つ。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）をそのまま透過することになる。
第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）を透過した光束は、次いで、第２光学系Ｌ２Ｔに入射する。そして、第２光学系Ｌ２Ｔを通過した光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射される。これにより、スクリーン上には、単一画像が表示出力されることになる。

一方、図６（ｂ）に示すように、ハーフミラーＨＭが光源Ｌｐからの光束の光路上に介在しない状態では、当該光源Ｌｐからの光束が、当該ハーフミラーＨＭで２つに分割される。そして、一方の光束は、そのまま第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）に入射する。このとき、当該一方の光束は、ｓ偏光を持つ。したがって、当該一方の光束は、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）で反射されて、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）に入射する。また、他方の光束は、ミラーＭおよびλ/２位相差板ＷＲを経た後に、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）に入射する。このとき、当該他方の光束は、λ/２位相差板ＷＲを経ているので、ｐ偏光を持つ。したがって、当該他方の光束は、第１の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（１）を透過して、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）に入射する。つまり、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）には、ｓ偏光とｐ偏光とが重畳された光束が入射することになる。
ｓ偏光とｐ偏光とが重畳された光束が入射すると、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）では、そのうちのｓ偏光を持つ光束を反射する。これにより、ｓ偏光を持つ光束は、液晶パネルＰ１に入射することになる。また、第２の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（２）は、ｐ偏光を持つ光束を透過する。これにより、ｐ偏光を持つ光束は、液晶パネルＰ２に入射することになる。

その後は、図５（ｂ）に示すように、ｓ偏光を持つ光束が液晶パネルＰ１に入射すると、当該液晶パネルＰ１での映像信号に基づく変調により、ｐ偏光を持つ光束が当該液晶パネルＰ１から反射されて、第１光学系Ｌ１を通過する。また、ｐ偏光を持つ光束が液晶パネルＰ２に入射すると、当該液晶パネルＰ２での映像信号に基づく変調により、ｓ偏光を持つ光束が当該液晶パネルＰ２から反射されて、第１光学系Ｌ１を通過する。そして、液晶パネルＰ１の面上の１次像面の画像情報および液晶パネルＰ２の面上の１次像面の画像情報を、第１光学系Ｌ１が中間像IIに結像させる。
このとき、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）の手前において、光束は、ｓ偏光とｐ偏光とが重畳されている。したがって、第１光学系Ｌ１を通過した光束のうち、ｓ偏光を持つ光束は、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）で反射されて、ミラーＭを経て、第２光学系Ｌ２Ｒに入射する。また、第１光学系Ｌ１を通過した光束のうち、ｐ偏光を持つ光束は、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）をそのまま透過して、第２光学系Ｌ２Ｔに入射する。つまり、第１光学系Ｌ１を通過した光束は、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）で再び分割されるのである。
そして、第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔを通過したそれぞれの光束は、２次像面上に結像することで、拡大投射される。これにより、スクリーン上には、複数画像が表示出力されることになる。

以上のような構成の投射光学系においては、第１光学系Ｌ１からの光束の偏光方向によって、当該光束を第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔの一方のみに導くか、両方に導くかを、第３の偏光ビームスプリッタＰＢＳ（３）が切り替える。そして、光束の偏光方向に応じた光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行うのである。
したがって、以上のような構成の投射光学系を備えて構成された液晶プロジェクタ装置は、当該液晶プロジェクタ装置が１台のみであっても、投射光学系の入れ替えを要することなく、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とのいずれにも対応できる。つまり、光束の偏光方向に応じた光路切り替えを行うことで、装置コストアップや装置の大型化、さらには切替え作業の煩雑化を招くことなく、様々な映像コンテンツに対応することが可能となる。

＜第５の実施の形態＞
図７は、第５の実施の形態における投射光学系の概略構成例を示す説明図である。ここでも、上述した第１の実施の形態との相違点について説明する。
図例の投射光学系は、第１の実施の形態で説明した構成に加えて、偏光ビームスプリッタＰＢＳと各第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの間のそれぞれに、光の進行を遮断する遮光板Ｓａ，Ｓｂが配されている。これら遮光板Ｓａ，Ｓｂは、第１光学系Ｌ１からの光束を導かないほうの単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒまたは複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂへの光の進行を遮断するためのものである。
そのために、各遮光板Ｓａ，Ｓｂは、第１光学系Ｌ１からの光束の光路上に存在する状態と存在しない状態とが切り替えられるようになっている。各遮光板Ｓａ，Ｓｂの位置切り替えは、いずれも、図示せぬ遮光板可動機構が行う。遮光板可動機構は、位相差板可動機構によるλ/２位相差板ＷＲの位置切り替えに連動するものであってもよい。なお、遮光板可動機構については、自動または手動を問わず、また遮光板可動機構の連動有無を問わず、公知技術を利用して実現すればよいため、ここではその説明を省略する。

以上のような構成の投射光学系では、λ/２位相差板ＷＲの光路上への挿抜によって、光束の偏光方向を変換／非変換し、光路切り替えを行う。そして、その光路切り替えによって、スクリーン上への単一画像の表示出力または当該スクリーン上への複数画像の表示出力のいずれかを選択的に行う。
その場合において、λ/２位相差板ＷＲの挿抜による光路切り替えに対応して、第１光学系Ｌ１からの光束を導かない側の各第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとの間には、遮光板Ｓａ，Ｓｂを介在させる。これにより、各第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂが並設されており、それぞれに対して選択的な光路切り替えを行う場合であっても、光束を導かない側への光漏れが発生することがない。したがって、光漏れに起因する表示画像の品質低下を未然に防止することができる。

＜第６の実施の形態＞
次に、第６の実施の形態として、投射光学系を用いて表示出力される画像について、具体例を挙げて説明する。ここでは、第１の実施の形態で説明した構成の投射光学系を用いた場合を例に挙げて、以下の説明を行う。ただし、投射光学系の構成は、上述した第１〜第５の実施の形態のいずれであっても構わない。

図８〜１１は、１次像面および２次像面の具体例を示す説明図である。

図８（ａ）は、単一画像の表示出力を行う場合における液晶パネルＰの面上の１次像面の画像情報を、２次像面側から観察したものである。ここで、液晶パネルＰは、横幅Ｘ、縦幅Ｙとなる。
単一画像の表示出力を行う場合、液晶パネルＰの面上の１次像面の画像情報は、第１光学系Ｌ１および単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒを経た後に、図８（ｂ）に示すように、２次像面上に画像情報Ｐ′として結像される。ここで、２次像面上に画像情報Ｐ′についての横幅Ｘ′、縦幅Ｙ′は、第１光学系Ｌ１の結像倍率をβ１、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒの結像倍率をβ２Ｒとした場合、Ｘ′＝Ｘ・β１・β２Ｒとなり、同様にＹ′＝Ｙ・β１・β２Ｒとなる。

図９（ａ）は、複数画像の表示出力を行う場合における液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の各画像情報を、２次像面側から観察したものである。ここで、液晶パネルＰａ，Ｐｂは、いずれも、横幅Ｘ／２、縦幅Ｙ／２としている。
複数画像の表示出力を行う場合、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の１次像面の画像情報は、第１光学系Ｌ１および複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを経た後に、図９（ｂ）に示すように、２次像面上に画像情報Ｐａ′，Ｐｂ′として結像される。ここで、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒ、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂの焦点距離をそれぞれｆ２Ｒ、ｆ２１Ｔ、ｆ２２Ｔとする。そして、ｆ２Ｒ＝２×ｆ２１Ｔ、ｆ２１Ｔ＝ｆ２２Ｒである場合について考える。この場合に、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒ、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂの結像倍率を、それぞれβ２Ｒ、β２Ｔａ、β２Ｔｂとすると、２×β２Ｒ＝β２Ｔａ、β２Ｔａ＝β２Ｔｂとなる。したがって、上述した単一画像の表示出力の場合の画像サイズ（図８（ｂ）参照）と同じサイズを結像することが可能となる。
また、複数画像の表示出力を行う場合には、例えば液晶パネルＰａを左目用画像、液晶パネルＰｂを右目用画像として、互いに視差を持たせるように投射すれば、スクリーン上には、立体画像を表示することができる。

なお、図９の具体例では、図８に示した単一画像と同一のアスペクト比で画像表示を行う場合を示しているが、例えば図１０（ａ）に示すように、液晶パネルＰａ，Ｐｂにおけるアスペクト比を、横幅Ｘ、縦幅Ｙ／２とすることも考えられる。この場合、２次像面の横幅は、図１０（ｂ）に示すように、Ｘ′となる。

図１１（ａ）は、複数画像の表示出力を行う場合の他の具体例であり、液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の各画像情報を、２次像面側から観察したものである。
このような液晶パネルＰａ，Ｐｂの面上の１次像面の画像情報は、第１光学系Ｌ１および複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを経た後に、図１１（ｂ）に示すように、２次像面上に画像情報Ｐａ′，Ｐｂ′として結像される。ただし、ここでは、画像情報Ｐａ′を左側画面、画像情報Ｐｂ′を右側画面とし、お互いを隣り合わせることで、水平方向に広視野角を持つ画像を表示することが可能となる。また、画像情報Ｐａ′，Ｐｂ′の中心あたりの点線は、お互いの画像の繋ぎ目となる。この繋ぎ目においては、例えば、一部の画像情報を重ね合わせ、公知技術であるエッジブレンディング処理を行うことで、左右の画像を自然な形で繋ぎ合わすことができる。

以上のように、第１〜第５の実施の形態のいずれかで説明した投射光学系を用いれば、複数画像の表示出力を行うように光路切り替えを行うことで、１次像面で変調された画像情報を複数に分割して、２次像面上に複数画像を表示出力することができる。
特に、１次像面で変調され、かつ、分割された画像情報が、左目用画像と右目用画像とからなり、これらを互いに視差を持たせた状態で２次像面上に重ね合わせて表示すれば、立体画像を表示することができる。その場合に、立体画像の表示は、以下に述べる方式を利用して行うことが考えられる。例えば、１次像面で変調され、かつ、分割された画像情報が、互いに直交する直線偏光、あるいは互いに逆回転する円偏光を持つようにする。つまり、いわゆる偏光方式を利用して立体画像の表示を行う。あるいは、１次像面で変調され、かつ、分割された画像情報が、互いに異なるスペクトル特性を持つようにする。つまり、いわゆる色分割方式を利用して立体画像の表示を行う。
なお、このとき、中間像上に画像変調素子を配置して、１次像面に配置された画像変調素子と同期を採る、いわゆる２段階変調を行うようにすることも考えられる。
また、立体画像ではなく、１次像面で変調された画像情報を、横方向に隣り合わせた状態で２次像面上に表示すれば、水平方向に広視野角を持つ、いわゆる超ワイド画面を表示することができる。その場合に、超ワイド画面の表示は、以下に述べる方式を利用して行うことが考えられる。例えば、第１光学系Ｌ１により結像される画像変調素子の中心位置に対して、当該第１光学系Ｌ１を当該画像変調素子の表示面に対して平行に移動させることで、２次像面の表示位置を移動させるようにする。つまり、第１光学系Ｌ１のシフト機構を構成して、超ワイド画面の表示を行うのである。あるいは、第１光学系Ｌ１により結像される画像変調素子の中心位置に対して、第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂを当該画像変調素子の表示面に対して平行に移動させることで、２次像面の表示位置を移動させるようにする。つまり、第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂのシフト機構を構成して、超ワイド画面の表示を行うのである。
いずれの場合においても、複数画像の表示出力を実現可能にする光線分離プリズム形状は、それぞれにおける各反射面が、全反射条件を満たすことが望ましい。

＜第７の実施の形態＞
次に、第７の実施の形態として、投射光学系を構成する上での好適な条件について、具体例を挙げて説明する。ここでは、第１の実施の形態で説明した構成の投射光学系を用いた場合を例に挙げて、以下の説明を行う。ただし、投射光学系の構成は、上述した第１〜第５の実施の形態のいずれであっても構わない。

投射光学系において、第１光学系Ｌ１は、その結像倍率β１が、以下の条件式（１）を満たすことが望ましい。

０．４＜β１＜２．５・・・（１）

上記の条件式（１）は、第１光学系Ｌ１の結像倍率β１の下限と上限とを規定する。下限を下回る場合、中間像の表示サイズは小さくなる一方で、第２光学系に対する開口数が大きくなる。そのため、第２光学系は、結像性能を良好にするために、第２光学系の大型化や構成レンズ枚数の増大を招く。また、上限を超える場合、第２光学系に対する開口数は小さくできるものの、中間像の表示サイズが大きくなるため、同様に第２光学系の大型化や構成レンズ枚数の増大を招く。以上の理由から、第１光学系Ｌ１の結像倍率β１は、上記の条件式（１）を満たすことが望ましい。

光路切り替えを行うためのλ/２位相差板ＷＲについては、当該λ/２位相差板ＷＲに入射する光線角度θ１が、以下の条件式（２）を満たすことが望ましい。

−１５°＜θ１＜１５°・・・（２）

上記の条件式（２）は、λ/２位相差板ＷＲに対する直線偏光の入射角度θ１の下限と上限とを規定する。上下限を超えた場合、直線偏光が大きく回転するため、偏光ビームスプリッタＰＢＳで効率よく光束を分けることができなくなる。

投射光学系において、第１光学系Ｌ１の出射瞳位置Ｐ１と、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒおよび複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂの入射瞳位置Ｐ２とは、以下の条件式（３）を満たすことが望ましい。

０．８＜｜Ｐ１／Ｐ２｜＜１．２・・・（３）

上記の条件式（３）は、第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂをノンテレセントリック光学系とし、小型化を行うためのものである。この場合、第１光学系Ｌ１と第２光学系Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとは、瞳のマッチングが必要となる。したがって、上記の条件式（３）で規定する上下限を外れる場合、良好な結像性能を達成できない。故に、上記の条件式（３）を満たすことが望ましいのである。

ところで、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とに選択的に対応する場合には、それぞれの場合における表示画面サイズを合わせることが望ましい。このことから、投射光学系において、単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒの焦点距離ｆ２Ｒと、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂの焦点距離ｆ２Ｔとは、以下の条件式（４）を満たすことが望ましい。

０．８＜ｆ２Ｒ／ｆ２Ｔ＜１．２・・・（４）

上記の条件式（４）は、焦点距離ｆ２Ｒと焦点距離ｆ２Ｔとの比の下限と上限とを規定する。この条件式（４）で規定する上下限の範囲に収まっていれば、単一画像の表示出力と複数画像の表示出力とに選択的に対応する場合であっても、それぞれの場合における表示画面サイズを略同等にすることができる。

さらに、複数画像対応第２光学系Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂとして、第２１光学系に相当する第２光学系Ｌ２Ｔａと、第２２光学系に相当する第２光学系Ｌ２Ｔｂとが存在する場合には、以下の条件式（５），（６）を満たすことが望ましい。

０．８＜ｆ２１Ｔ／ｆ２２Ｔ＜１．２・・・（５）
１．５＜ｆ２Ｒ／ｆ２１Ｔ＜２．５・・・（６）

上記の条件式（５），（６）において、ｆ２Ｒは単一画像対応第２光学系Ｌ２Ｒの焦点距離である。ｆ２１Ｔは、第２１光学系に相当する第２光学系Ｌ２Ｔａの焦点距離、すなわち第２１Ｔ光束の進行方向上にある第２光学系の焦点距離である。ｆ２２Ｔは、第２２光学系に相当する第２光学系Ｌ２Ｔｂの焦点距離、すなわち第２２Ｔ光束の進行方向上にある第２光学系の焦点距離である。

なお、ここでは、透過し、分割された２つの光束について、互いのスクリーンサイズを合わせる場合の条件を示しているが、反射し、分割された２つの光束について、互いのスクリーンサイズを合わせる場合には、以下の条件式（７），（８）のようになる。

０．８＜ｆ２１Ｒ/ｆ２２Ｒ＜１．２・・・（７）
１．５＜ｆ２Ｔ/ｆ２１Ｒ＜２．５・・・（８）

上記の条件式（７），（８）において、ｆ２１Ｒは、第２１Ｒ光束の進行方向上にある第２光学系の焦点距離である。ｆ２２Ｒは、第２２Ｒ光束の進行方向上にある第２光学系の焦点距離である。

また、透過および反射した４つの光束について、お互いのスクリーンサイズを合わせる場合であれば、以下の条件式（９）〜（１１）のようになる。

０．８＜ｆ２１Ｔ/ｆ２２Ｔ＜１．２・・・（９）
０．８＜ｆ２１Ｔ/ｆ２１Ｒ＜１．２・・・（１０）
０．８＜ｆ２１Ｔ/ｆ２２Ｒ＜１．２・・・（１１）

上記の条件式（５），（７），（９），（１０），（１１）は、第２Ｔ光束と第２Ｒ光束の進行方向上に設置される第２光学系の焦点距離の比の下限と上限とを規定する。ここで規定する上下限を超えた場合、２次像面上のそれぞれのスクリーンサイズが大きく異なってしまい、立体表示やスクリーンを並列させる場合に不都合となる。
また、上記の条件式（６），（８）は、第２Ｔ光束あるいは第２Ｒ光束のいずれかを２つの進行方向にさらに分けた場合の、それぞれの焦点距離の比の下限と上限とを規定する。ここで規定する上下限を超えた場合、例えば立体表示画面と単一画面表示とを切り替えたときのそれぞれのスクリーンサイズが大きく異なってしまう。そのため、映画館やホームシアタ等のように、スクリーンが既に設置されている空間においては、不都合になってしまう。

なお、上述した第１〜第７の各実施の形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されることはない。
すなわち、第１〜第７の実施の形態で例示した各部の具体的形状および数値は、本発明を実施するに際して行う具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
例えば、上述した各実施の形態では、投射型画像表示装置として液晶プロジェクタ装置を例に挙げて説明したが、他の投射型画像表示装置、すなわち画像変調素子として液晶パネル以外を用いたものであっても、全く同様に本発明を適用することが可能である。
このように、本発明は、本実施形態で説明した内容に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することが可能である。

１…光源、２…照明光学系、Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ…画像変調素子（液晶パネル）、Ｌ１…第１光学系、Ｌ２Ｒ…単一画像対応第２光学系、Ｌ２Ｔａ，Ｌ２Ｔｂ…複数画像対応第２光学系、ＷＲ…λ/２位相差板、ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ、Ｍ…ミラー、Ｌ２Ｒ，Ｌ２Ｔ…第２光学系、ＰＢＳ（１）…第１の偏光ビームスプリッタ、ＰＢＳ（２）…第２の偏光ビームスプリッタ、ＰＢＳ（３）…第３の偏光ビームスプリッタ

Claims (9)

1. 光源と、
   前記光源から発せられた光束を１次像面となる画像変調素子の面上に均一照射する照明光学系と、
   前記画像変調素子で変調された前記１次像面の画像情報を２次像面となるスクリーン上へ拡大投射する投射光学系とを備え、
   前記投射光学系は、
   前記１次像面の画像情報を中間像に結像させる第１光学系と、
   前記中間像の拡大投射により前記スクリーン上への単一画像の表示出力を行う単一画像対応第２光学系と、
   前記中間像の拡大投射により前記スクリーン上への複数画像の表示出力を行う複数画像対応第２光学系と、
   前記第１光学系と、前記単一画像対応第２光学系及び前記複数画像対応第２光学系と、の間に配置され、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのいずれかに選択的に導く光路切替機構と、を有し、
   前記光路切替機構は、前記第１光学系と前記単一画像対応第２光学系及び前記複数画像対応第２光学系との間に配置され、前記第１光学系からの光束の偏光方向によって、当該光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらに導くかを切り替える偏光ビームスプリッタと、
   前記第１光学系からの光束の偏光方向を特定偏光方向に変換する位相差板と、
   前記位相差板が前記第１光学系と前記偏光ビームスプリッタとの間で前記偏光ビームスプリッタの光路上前段に介在する介在状態と介在しない非介在状態とを切り替える位相差板可動機構と、を有し、
   前記偏光ビームスプリッタは、前記介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらか一方に導き、前記非介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系との他方に導く
   投射型画像表示装置。
2. 前記第１光学系の結像倍率β１が、
   （１）０．４＜β１＜２．５
   の関係を満たす請求項１記載の投射型画像表示装置。
3. 前記位相差板に入射する光線角度θ１が、
   （２）−１５°＜θ１＜１５°
   の関係を満たす請求項１記載の投射型画像表示装置。
4. 前記光路切替機構は、
   前記第１光学系からの光束を導かない前記単一画像対応第２光学系または前記複数画像対応第２光学系への光の進行を遮断する遮光板と、
   前記遮光板が前記第１光学系からの光束の光路上に存在する状態と存在しない状態とを切り替える遮光板可動機構と、
   を有して構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記第１光学系の出射瞳位置Ｐ１と、前記単一画像対応第２光学系および前記複数画像対応第２光学系の入射瞳位置Ｐ２とが、
   （３）０．８＜｜Ｐ１／Ｐ２｜＜１．２
   の関係を満たす請求項１〜４のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記単一画像対応第２光学系の焦点距離ｆ２Ｒと、前記複数画像対応第２光学系の焦点距離ｆ２Ｔとが、
   （４）０．８＜ｆ２Ｒ／ｆ２Ｔ＜１．２
   の関係を満たす請求項１〜５のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
7. 前記複数画像対応第２光学系は、
   前記複数画像の数に対応した複数の第２光学系と、
   前記複数画像対応第２光学系へ導く光束を前記複数の第２光学系の数に対応した複数の光束に分割する光学部材と
   を有して構成される請求項１〜６のいずれか１項に記載の投射型画像表示装置。
8. 前記複数画像対応第２光学系が二つの画像の表示出力を行うとともに、前記複数の第２光学系として第２１光学系と第２２光学系とが存在する場合に、前記単一画像対応第２光学系の焦点距離ｆ２Ｒと、前記第２１光学系の焦点距離ｆ２１Ｔと、前記第２２光学系の焦点距離ｆ２２Ｔとが、
   （５）０．８＜ｆ２１Ｔ／ｆ２２Ｔ＜１．２
   （６）１．５＜ｆ２Ｒ／ｆ２１Ｔ＜２．５
   の関係を満たす請求項７記載の投射型画像表示装置。
9. 画像変調素子で変調された１次像面の画像情報を中間像に結像させる第１光学系と、
   前記中間像の拡大投射により２次像面となるスクリーン上への単一画像の表示出力を行う単一画像対応第２光学系と、
   前記中間像の拡大投射により前記スクリーン上への複数画像の表示出力を行う複数画像対応第２光学系と、
   前記第１光学系と、前記単一画像対応第２光学系及び前記複数画像対応第２光学系と、の間に配置され、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのいずれかに選択的に導く光路切替機構と、を有し、
   前記光路切替機構は、前記第１光学系と前記単一画像対応第２光学系及び前記複数画像対応第２光学系との間に配置され、前記第１光学系からの光束の偏光方向によって、当該光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらに導くかを切り替える偏光ビームスプリッタと、
   前記第１光学系からの光束の偏光方向を特定偏光方向に変換する位相差板と、
   前記位相差板が前記第１光学系と前記偏光ビームスプリッタとの間で前記偏光ビームスプリッタの光路上前段に介在する介在状態と介在しない非介在状態とを切り替える位相差板可動機構と、を有し
   前記偏光ビームスプリッタは、前記介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系とのどちらか一方に導き、前記非介在状態のとき、前記第１光学系からの光束を前記単一画像対応第２光学系と前記複数画像対応第２光学系との他方に導く
   投射光学系。

Images