JP2000111839A

JP2000111839A - 偏光装置および投射装置

Info

Publication number: JP2000111839A
Application number: JP10280165A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sekine; 淳関根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-04-21
Also published as: US20020015134A1; US6588905B2

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光装置および投射装置を小型軽量化する。【解決手段】光源１から出射され、偏光ビームスプリ
ッタアレイ４で偏光分離されたＳ偏光の光束はダイクロ
イックミラー８、９、１２でＲ、Ｇ、Ｂ各色に色分解さ
れる。これらの光束はＲ、Ｇ、Ｂ各色用の偏光ビームス
プリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂで反射され、ライトバ
ルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂに入射する。ライトバルブ
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂで変調、反射された光は偏光ビ
ームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂで検光され、ク
ロスダイクロイックプリズム１５で色合成され、投射レ
ンズ１６で投射される。偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、
１３Ｇ、１３Ｂに入射する各色の光束は、偏光分離部１
３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐに対して４５度未満の入射
角で入射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光装置および投
射装置に関し、特に光源から出射されて色分離された複
数色の光束を偏光分離して複数のライトバルブに導き、
各ライトバルブで変調された複数色の光束を検光する偏
光装置およびこの偏光装置を用いて検光された光束を色
合成光学系にて合成し、投射レンズを介してスクリーン
上に投射する投射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像をスクリーン上に投影するための投
射装置の一例として特許公報第２５９９３０９号のもの
が知られている。図７を参照してこの投射装置について
説明すると、光源６１より出射される光源光はダイクロ
イックミラー６２、６３にてＲ光、Ｇ光およびＢ光の光
に色分解され、各色光に対応して設けられる偏光ビーム
スプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂに導かれる。偏光ビ
ームスプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂのそれぞれに導
かれる光のうち、偏光分離された光のみが反射型ライト
バルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂにそれぞれ導かれる。各
ライトバルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂに入射した光は、
各ライトバルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂで反射される際
に、各ライトバルブに入力されるそれぞれの色信号に応
じて変調される。各ライトバルブ６５Ｒ、６４Ｇ、６５
Ｂで変調、反射された光は、偏光ビームスプリッタ６４
Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂにそれぞれ導かれ、変調光のみが偏
光ビームスプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂにより検光
されて取り出される。この検光光をクロスダイクロイッ
クプリズム６６にて色合成させて、フルカラー投射像を
投射レンズ６７にて不図示のスクリーン上に投射させ
る。

【０００３】ダイクロイックミラー６２、６３によって
色分解された各色光についてさらに詳しく説明すると、
これらの各色光はそれぞれ偏光ビームスプリッタ６４
Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂの偏光分離部に、４５度の入射角で
入射する。偏光分離部に入射した各色光は、この偏光分
離部で反射されるＳ偏光と、透過するＰ偏光とに偏光分
離される。このうちのＳ偏光を各色光用偏光ビームスプ
リッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂの射出面近傍に配置した
反射型ライトバルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂに入射させ
る。そして反射型ライトバルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６５Ｂ
で変調、反射された各色光はそれぞれ偏光ビームスプリ
ッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂの偏光分離部に再度入射す
る。再入射した光は偏光分離部で検光作用を受け、変調
光であるＰ偏光が透過光として検光され、取り出され
る。検光された各色光は、クロスダイクロイックプリズ
ム６６で色合成される。以上のように、偏光ビームスプ
リッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂは、偏光分離光学系と検
光光学系とを兼ねる構成となっている。

【０００４】偏光ビームスプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６
４Ｂは、いずれも２個の二等辺直角三角柱プリズムの間
に偏光分離膜を挟み込んで接着形成した構造を有してお
り、その断面形状は略正方形を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した投射装置にお
いて、偏光ビームスプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂは
各色光毎に配置されるが、これら偏光ビームスプリッタ
は同一形状の断面を有する直角二等辺三角形プリズム２
個を、偏光分離膜を挟み込んで形成した立方体または直
方体形状を有している。つまり、偏光ビームスプリッタ
６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂは、いわゆる光学ガラスのブロ
ック（固まり）と見なしてよい。そして、これらのブロ
ックを各色光に対応して３個配置することにより光学系
の占有体積および重量が増すという問題があった。

【０００６】さらに、偏光ビームスプリッタ６４Ｒ、６
４Ｇ、６４Ｂは、上述のように検光光学系としての重要
な機能を有するが、各ライトバルブ６５Ｒ、６５Ｇ、６
５Ｂで反射される際に変調された光（直線偏光光）が偏
光ビームスプリッタ６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂを構成する
透明光学部材（ガラス部分）を透過する際に、偏光状態
に有害な影響を及ぼすことのないことが望まれる。さも
ないと、このガラス部分を透過する間に偏光状態が変化
して、検光される変調光が本来の変調光と異なってしま
い、この結果として投射像のコントラストが低下してし
まう。

【０００７】偏光を変化させにくいプリズム部材として
光弾性定数の小さいガラスプリズム材料を使用すればよ
いが、これらの材料は一般に光学ガラス材料のうちでも
比重が大きく、さらに重量増加を招く。

【０００８】本発明の目的は、偏光装置を小型軽量化
し、さらに偏光分離用、検光用としてこの偏光装置が用
いられる投写装置を小型軽量化することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図３
（ａ）に対応付けて以下の発明を説明する。（１）請求項１に記載の発明は、実質的に三角柱形状
を有する第１プリズム１３−１および第２プリズム１３
−２と；第１プリズム１３−１と第２プリズム１３−２
との接合面に介在して設けられる偏光分離膜１３ｐとを
有し；第１プリズム１３−１の一の面Ｂに入射した光の
光軸が偏光分離膜１３ｐに対して４５度未満の入射角で
入射するように第１プリズム１３−１の断面形状が定め
られることにより上述した目的を達成する。（２）請求項２に記載の発明は、実質的な断面形状が
２等辺三角形状であって、第１の内角ａは鈍角であり、
残る第２および第３の内角ｂ、ｃは互いに等しい鋭角を
有する三角柱状の第１プリズム１３−１と；実質的な断
面形状が三角形状であって、第１の内角ｄは第１プリズ
ム１３−１の第２および第３の内角ｂ、ｃと等しい三角
柱状の第２プリズム１３−２と；第１プリズム１３−１
の第１の内角ａと相対する第１の面Ａと、第２プリズム
１３−２の第１の内角ｄを挟む２面のうちの１の面Ｅと
が接合される接合面に設けられる偏光分離膜１３ｐとを
有し；第１プリズム１３−１の第２、第３の内角ｂ、ｃ
とそれぞれ相対する第２および第３の面Ｂ、Ｃのうち、
第２の面Ｂから入射した光の光軸の、偏光分離膜１３ｐ
に対する入射角度が第１プリズム１３−１の第２および
第３の内角ｂ、ｃと等しく、偏光分離膜１３ｐで反射さ
れた光が第１プリズム１３−１の第３の面Ｃより出射す
るものである。（３）一実施の形態を示す図３（ｂ）に対応付けて説
明すると、請求項３に記載の発明は、実質的な断面形状
が三角形状であって、４５度未満の所定角度の第１の内
角ａを有する３角柱状の第１プリズム１３−１と；実質
的な断面形状が２等辺三角形であって、第１の内角ｄは
鈍角であり、他の第２および第３の内角ｅ、ｆは第１プ
リズム１３−１の第１の内角ａと等しい三角柱状の第２
プリズム１３−２と；第１プリズム１３−１の第１の内
角ａを挟む２面のうちの１面Ｂと、第２プリズム１３−
２の第１の内角ｄに相対する第１の面Ｄとが接合される
接合面に設けられる偏光分離膜１３ｐとを有し；第２プ
リズム１３−２の第２の内角ｅと相対する第２の面Ｅか
ら入射した光の光軸の、偏光分離膜１３ｐに対する入射
角度が第１プリズム１３−１の第１の内角ａと等しく、
偏光分離膜１３ｐで反射された光が第２プリズム１３−
２の第３の面Ｆより出射するものである。（４）一実施の形態を示す図１に対応付けて説明する
と、請求項４に記載の発明は、光源１から出射される光
束を複数色の光束に分解する色分解光学系８、９および
１２と；複数の光束に対応して配設される複数のライト
バルブ１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂと；色分解光学系
８、９および１２から射出される複数色の光束を偏光分
離して複数のライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇおよび１４Ｂ
にそれぞれ導き、複数のライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇお
よび１４Ｂでそれぞれ変調されて導かれる複数色の光束
をそれぞれ検光する複数の偏光装置１３Ｂ−１、１３Ｂ
−２および１３Ｂ−３と；複数の偏光装置１３Ｂ−１、
１３Ｂ−２および１３Ｂ−３でそれぞれ検光されて出射
される複数色の光束を合成する色合成光学系１５とを有
し；請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光装置を偏
光装置１３Ｂ−１、１３Ｂ−２および１３Ｂ−３として
用いるものである。

【００１０】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態に係る投射装
置の構成を示す図１において、光線の進行方向等の説明
に際しての便宜上、図１に示すような互いに直交するＸ
軸、Ｙ軸および紙面に垂直なＺ軸を定義する。

【００１２】ランプと、反射面が放物面形状を有する凹
面鏡とを有する光源１から＋Ｘ方向に射出される略平行
光束を有する光源光は第１レンズ板２に入射する。第１
レンズ板２は、複数の小レンズ２ａを平面的に配置した
構成を有し、第１レンズ板２に入射した光源光は、小レ
ンズ２ａの外形で定義される開口で分割される。なお、
小レンズ２ａの外形形状は被照明体である後述のライト
バルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの外形形状（被照明部形
状）と実質的に相似の関係にある。

【００１３】第１レンズ板２の小レンズ２ａの焦点位置
には、複数の小レンズ３ａを平面的に配置して構成され
る第２レンズ板３が配設される。複数の小レンズ３ａ
は、複数の小レンズ２ａのそれぞれに対向して設けられ
る。以上の第１レンズ板２と第２レンズ板３とで、いわ
ゆる分離型フライアイインテグレータが構成される。

【００１４】上記の構成を有していることから、第２レ
ンズ板３の各小レンズ３ａ上には対応する第１レンズ板
２の小レンズ２ａによって形成された２次光源像（輝
点）が形成される。なお、これらの第１レンズ板２およ
び第２レンズ板３は、ガラスプレス技術によってそれぞ
れ一体に成形してもよく、あるいは透明プラスチックを
用いて一体成形するものであってもよい。

【００１５】図１に示される第２レンズ板３の配設部近
傍を拡大して示す図２において、上述の各輝点から小レ
ンズ３ａを透過して射出した光は、第２レンズ板３の射
出面近傍に配置した偏光ビームスプリッタアレイ４に入
射する。ビームスプリッタアレイ４は、複数個（本実施
の形態においては９個）の偏光ビームスプリッタプリズ
ム５１〜５９の積層体と、その所定の射出面に配置され
た複数の１／２波長位相板６とから構成される。偏光ビ
ームスプリッタプリズム５１〜５９のそれぞれの幅（Ｙ
方向の寸法）は、小レンズ３ａのＹ方向の寸法の１／２
となっており、Ｚ方向の寸法は第２レンズ板３のＺ方向
寸法と略一致する。

【００１６】小レンズ３ａと偏光ビームスプリッタプリ
ズム５１〜５９とのＹ方向の相対配設位置関係について
説明すると、偏光ビームスプリッタプリズム５２、５
４、５６、５８はレンズ３ａの中央部近傍に一致して配
設される一方、偏光ビームスプリッタプリズム５１、５
３、５５、５７は小レンズ３ａと小レンズ３ａとの境界
位置近傍に一致して配置される。さらに、各偏光ビーム
スプリッタプリズム５１〜５９の偏光分離部５ｐは、す
べて互いに平行に配置されるように接合されてビームス
プリッタアレイ４が構成される。

【００１７】１／２波長位相板６は、レンズ３ａの中央
部近傍に一致するように配設された偏光ビームスプリッ
タプリズム５２、５４、５６、５８の射出面のみに配置
される構成となっている。つまり、図２に示されるよう
に、１／２波長位相板６は、Ｙ方向に複数配列される偏
光ビームスプリッタプリズム５の射出面に、一つおきに
配設される。

【００１８】上記の構成とすることによって、第２レン
ズ板３ａの中央部近傍に形成された輝点から射出された
光は偏光ビームスプリッタプリズム５２、５４、５６、
５８に入射し、偏光分離部５ｐに達する。偏光分離部５
ｐは、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。偏光分離部
５ｐを透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタプリズ
ム５２、５４、５６、５８の射出面に配置された１／２
波長位相板６によってＳ偏光に変換されて射出される。

【００１９】一方、偏光分離部５ｐによって反射されて
隣接する偏光ビームスプリッタプリズム５３、５５、５
７、５９に入射したＳ偏光は、偏光分離部５ｐによって
反射されて偏光ビームスプリッタプリズム５３、５５、
５７、５９の射出面よりＳ偏光のまま射出する。以上、
上記第１レンズ板２、第２レンズ板３および偏光ビーム
スプリッタアレイ４を経て、本来ランダム偏光であった
光源光がすべてＳ偏光に変換される。

【００２０】図１に戻り、ビームスプリッタアレイ４か
ら射出したＳ偏光はフィールドレンズ７を経てダイクロ
イックミラー８、９がＸ字型に配置されたクロスダイク
ロイックミラーに入射する。

【００２１】ダイクロイックミラー８はＢ（青色）光を
反射し、Ｇ（緑色）光およびＲ（赤色）光を透過する分
光透過特性を有するダイクロイックミラーであり、ダイ
クロイックミラー９はＧ光およびＲ光を反射し、Ｂ光を
透過する分光透過特性を有するダイクロイックミラーで
ある。このクロスダイクロイックミラーに入射したＳ偏
光は、入射光軸（Ｘ方向）と直交する−Ｙ方向に進行す
るＢ光と、このＢ光と反対の＋Ｙ方向に進行するＲ、Ｇ
光の混合光とに色分解する機能を有する。

【００２２】Ｂ光は光軸に対して入射角が４２度の入射
角度に設定された折り曲げミラー１０に入射して反射さ
れ、Ｘ方向に対して＋Ｙ側に傾きを有して進行し、偏光
ビームスプリッタ１３Ｂに入射する。

【００２３】Ｇ、Ｒ混合光は同様に光軸に対して４２度
の入射角度に配置された折り曲げミラー１１に入射して
反射され、Ｘ方向に対して−Ｙ側に傾きを有して進行
し、光軸に対して入射角が５１度となるように配置され
たダイクロイックミラー１２に入射する。

【００２４】ダイクロイックミラー１２はＧ光を反射
し、Ｒ光を透過する特性を有するダイクロイックミラー
であり、入射光を反射法則にしたがって反射するＧ光
と、そのまま透過して進行するＲ光とに色分解する。

【００２５】以上のように、ダイクロイックミラー８お
よび９からなるクロスダイクロイックミラーとダイクロ
イックミラー１２とにより、光源光をＲ光、Ｇ光および
Ｂ光に色分解する色分解光学系を構成する。

【００２６】ダイクロイックミラー１２により上述のよ
うに色分解されたＧ光、Ｒ光は、それぞれ偏光ビームス
プリッタ１３Ｇ、１３Ｒに入射する。

【００２７】上述のように色分解された各色光は、偏光
ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの内部にそれ
ぞれ形成される偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂ
ｐに対してそれぞれ４２度の入射角度で入射する。

【００２８】偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐ
に入射した各色光は、偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、
１３Ｂｐで反射され、偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１
３Ｇ、１ＢよりそれぞれＳ偏光のまま射出する。このと
き、偏光ビームスプリッタ１３Ｒから射出する光の光軸
はＹ方向に、偏光ビームスプリッタ１３Ｇから出射する
光の光軸は−Ｘ方向に、偏光ビームスプリッタ１３Ｂか
ら出射する光の光軸は−Ｙ方向に、それぞれ延在する。

【００２９】なお、以上で説明したように偏光分離部１
３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３ＢｐにはＳ偏光のみが入射し、
偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３ＢｐはこのＳ偏光
をそのまま反射するものであるから偏光分離の機能を果
たしていないようにみえる。しかし、ビームスプリッタ
アレイ４の製造誤差等の要因や、Ｓ偏光がダイクロイッ
クミラー８、９、１２を透過する際に偏光状態が変化す
ることにより、実際には偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇ
ｐ、１３Ｂｐに入射する光にはＰ偏光が混合している。
このＰ偏光が偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐ
で偏光分離される。

【００３０】あるいは、ビームスプリッタアレイ４を除
去して光束をランダム偏光のまま偏光ビームスプリッタ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに導いて、この偏光ビームスプ
リッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂで偏光分離することもで
きる。この場合、Ｐ偏光は偏光ビームスプリッタ１３
Ｒ、１３Ｂ、１３Ｇを透過して廃棄されるので、光の利
用効率はビームスプリッタアレイ４を用いる場合に比べ
て低下する。

【００３１】偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１
３Ｂそれぞれの射出面近傍の光軸上には、それぞれ反射
型液晶ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが配設され
る（以下、この反射型液晶ライトバルブを単に「ライト
バルブ」と称する）。ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１
４Ｂのそれぞれには、各色光ごとの色信号（画像信号）
が入力され、この色信号に応じてライトバルブ１４Ｒ、
１４Ｇ、１４Ｂは位相板層として機能する。そして、ラ
イトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂのそれぞれで各色光
が反射される際に、変調を受けた光はＰ偏光となり、変
調を受けなかった光は入射光と同じＳ偏光のまま反射さ
れる（以下、本明細書中では変調を受けた光を「変調
光」と称し、変調を受けなかった光を「非変調光」と称
する）。

【００３２】なお、ライトバルブの方式として光書き込
み式のものと電気書き込み式のものとが知られている
が、これらのうち電気書き込み式のものが小型化の点で
優れている。したがって、本実施の形態では電気書き込
み式のものを用いることが望ましい。

【００３３】上述のようにしてライトバルブ１４Ｒ、１
４Ｇ、１４Ｂのそれぞれで反射された変調光および非変
調光は、ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂへの入射
光路を逆行する。これらの変調光および非変調光は、偏
光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに逆入射、
すなわち、偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐに
対してそれぞれ４２度の入射角度で入射する。そして、
変調光および非変調光は検光作用を受け、偏光分離部１
３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐに入射した光のうち、変調
光であるＰ偏光は偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３
Ｂｐを透過する一方、非変調光であるＳ偏光は偏光分離
部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐで反射される。

【００３４】以上のように、ライトバルブ１４Ｒ、１４
Ｇ、１４Ｂで反射された各色光のうち、変調光は偏光分
離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐをそれぞれ透過して
進み、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプ
リズム１５に３方向より入射する。

【００３５】クロスダイクロイックプリズム１５は、Ｂ
光を反射してＲ、Ｇ光を透過するダイクロイック膜１５
Ｂと、Ｒ光を反射してＧ、Ｂ光を透過するダイクロイッ
ク膜１５ＲとがＸ字状にクロスするように４つのプリズ
ムを組み合わせて形成される。

【００３６】ライトバルブ１４Ｂで変調され、偏光分離
部１３Ｂｐで検光されたＢ色変調光は、クロスダイクロ
イックプリズム１５に入射し、ダイクロイック膜１５Ｂ
で反射されて投射レンズ１６に入射する。ライトバルブ
１４Ｒで変調され、偏光分離部１３Ｒｐで検光されたＲ
色変調光は、クロスダイクロイックプリズム１５に入射
し、ダイクロイック膜１５Ｒで反射されて投射レンズ１
６に入射する。そして、ライトバルブ１４Ｇで変調さ
れ、偏光分離部１３Ｇｐで検光されたＧ色変調光は、ク
ロスダイクロイックプリズム１５に入射し、ダイクロイ
ック膜１５Ｒ、１５Ｂを透過して投射レンズ１６に入射
する。以上のようにしてＲ、Ｇ、Ｂ各色の変調光はクロ
スダイクロイックプリズム１５で色合成され、投射レン
ズ１６を経て不図示のスクリーンにカラー投射像が投射
される。

【００３７】ここで、上述した投射装置において、偏光
分離および検光を行う偏光装置を構成する偏光ビームス
プリッタ１３Ｒ、１３Ｇおよび１３Ｂについて詳細に説
明する。

【００３８】偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１
３Ｂの図１におけるＸＹ平面に沿う断面形状を示す図３
（ａ）を参照してこれら偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、
１３Ｇ、１３Ｂの形状について説明する。なお、図３
（ａ）においては偏光ビームスプリッタの符号を１３と
したが、偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ
の形状はいずれも図３（ａ）に示す偏光ビームスプリッ
タ１３の形状と同じである。また、以下に説明する断面
形状は、すべて図１のＸＹ平面に沿う断面の形状であ
る。図３（ｂ）については後で説明する。

【００３９】偏光ビームスプリッタ１３は、第１プリズ
ム部材１３−１と第２プリズム部材１３−２との間に偏
光分離部１３ｐを挟んで接着接合し、構成される。偏光
分離部１３ｐは、蒸着により形成されるものであり、第
１プリズム部材１３−１と第２プリズム部材１３−２と
の接合面のうち、いずれかの部材の接合面に形成すれば
よい。

【００４０】第１プリズム部材１３−１の断面形状は、
内角ａが鈍角で残りの内角ｂ、ｃが相等しい２等辺三角
形状であって、本実施の形態においては内角ａが９６
度、内角ｂおよびｃが４２度である。第２プリズム部材
１３−２の断面形状は、内角ｄが内角ｂ（内角ｃ）と等
しく、すなわち本実施の形態では４２度で、内角ｅが９
０度、そして内角ｆは４８度の三角形状をなす。なお、
以下では、第１プリズム部材１３−１の内角ａ、内角
ｂ、内角ｃにそれぞれ相対する辺を辺Ａ、辺Ｂ、辺Ｃと
し、そして第２プリズム部材１３−２の内角ｄ、内角
ｅ、内角ｆにそれぞれ相対する辺を辺Ｄ、辺Ｅ、辺Ｆと
して説明する。これら第１プリズム部材１３−１、第２
プリズム部材１３−２は、いずれも図３（ａ）の紙面垂
直方向に厚みをもたせた三角柱形状をしている。なお、
図３（ａ）において第１プリズム部材１３−１の内角ｂ
およびｃの部分の頂部が破線で示されているが、これは
不要な部分を除去しているためである。第１プリズム部
材１３−１と第２プリズム部材１３−２とは、第１プリ
ズム部材１３−１の鈍角の内角ａに相対する辺Ａの面
と、第２プリズム部材１３−２の内角ｄ、すなわち第１
プリズム部材１３−１の内角ｂと等角度の内角を挟む二
つの辺Ｅ、辺Ｆのうちの辺Ｅの面とが接合される。以上
のように構成される偏光ビームスプリッタ１３におい
て、辺Ｆの面と辺Ｂの面とは平行となる。

【００４１】偏光ビームスプリッタ１３に入射する光
は、その光軸が偏光分離部１３ｐに対して内角ｂと等し
い角度の４２度の入射角となるように内角ｃを挟む２辺
のうちの１辺である辺Ｂの面より導かれる。上述の光
は、偏光分離部１３ｐで反射され、内角ｃに相対する辺
Ｃの面より射出する。辺Ｃの面より出射した光はライト
バルブ１３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）に入射し、反射されて
変調光および非変調光の混合光となる。この変調光およ
び非変調光は第１プリズム部材１３−１中を再度進み、
変調光のみが偏光分離部１３ｐで検光されて直進し、第
２プリズム部材１３−２を透過して辺Ｆより射出する。

【００４２】次に第１プリズム部材１３−１およびプリ
ズム部材１３−２の材料について説明する。以上に説明
したとおり、ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂで反
射される際に変調作用を受けた各色光は、偏光ビームス
プリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂに入射して検光作用を
受ける。このときに、直線偏光が偏光ビームスプリッタ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂそれぞれを構成する第１プリズ
ム部材１３Ｒ−１、１３Ｇ−１、１３Ｂ−１および第２
プリズム部材１３Ｒ−２、１３Ｇ−２、１３Ｂ−２（以
上、図１参照）中を通過する。このため、これらのプリ
ズム中において偏光の状態が変化することは極力なくす
必要がある。

【００４３】なぜなら、三色分解光学系によるＳ偏光の
各色光が偏光ビームスプリッタを経由する際に偏光が乱
れることになれば、その乱れた偏光がライトバルブに入
射することになるからである。さらに、ライトバルブ１
４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂで反射された光のうちの変調光は
Ｐ偏光を有しており、この偏光状態が偏光ビームスプリ
ッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを透過する際に変化してし
まえば、投射される像のコントラストが劣化してしまう
からである。

【００４４】以上の点を考慮し、上記偏光ビームスプリ
ッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂを構成する第１プリズム部
材１３Ｒ−１、１３Ｇ−１、１３Ｂ−１および第２プリ
ズム部材１３Ｒ−２、１３Ｇ−２、１３Ｂ−２は、入射
する偏光の偏光状態を変化させにくい材料を使用する必
要がある。通常使用されるガラス材料、例えばＢＫ７を
使用した場合においては、ガラス部材の複屈折発生の目
安となる光弾性定数の値は２．７８×１０^-8cｍ²/Ｎで
ある。光弾性定数がこれ程大きいと、発生する複屈折に
よって生じる上記コントラストの劣化は無視できないも
のとなる。

【００４５】図４は、本発明に係る偏光ビームスプリッ
タのガラスプリズム硝材の例をその組成、屈折率および
上記光弾性定数を最小とする波長の値を一覧表にして示
したものである。

【００４６】図５は、光弾性定数を決定する重要な組成
物であるＰｂＯの含有率（重量％）と、光弾性定数の絶
対値が最小となるときの光の波長との関係を示したグラ
フである。

【００４７】図６は、図４のＮｏ．１〜Ｎｏ．７で示す
材料の光弾性定数の波長依存性を示すものである。

【００４８】図６の光弾性定数Ｃの波長依存性を示す７
本のグラフから読みとれるように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７
いずれの材料の光弾性定数とも光弾性定数Ｃが０となる
ときの波長に対して、それよりも短波長域でマイナスの
値を示し、長波長域でプラスの値を示す。そしてこれら
のグラフはいずれも上に凸の特性を有する。この光弾性
定数Ｃの絶対値が、使用する波長域内で１．５×１０^-8
ｃｍ²／Ｎ以内にあれば、その材料は実用上十分な特性
を有しているといえる。本実施の形態においては、図４
のＮｏ．６の材料を第１プリズム部材１３−１、第２プ
リズム部材１３−２の材料として用いた。

【００４９】ところで、光弾性定数Ｃが小さい材料は、
図４に示されるＮｏ．６の試料の場合、比重が大きくて
約５．５もある。前述したＢＫ７ガラス材料の比重が
２．５であることと比較すると、光弾性定数Ｃの小さい
材料はかなり重くなることが理解できる。この理由から
も、第１プリズム部材１３−１、第２プリズム部材１３
−２の体積を少しでも減じることが偏光装置の軽量化ひ
いては投写装置の軽量化のために有利である。

【００５０】以上に説明したように、本実施の形態に係
る偏光装置を用いた投射装置では、ダイクロイックミラ
ー８、９、１２で色分解されて進む各色光を４５度未満
の入射角度（本実施の形態では４２度）の折り曲げミラ
ー１０、１１で反射し、各偏光ビームスプリッタ１３
Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、
１３Ｂｐにそれぞれ４２度の入射角度で導く。このた
め、図１に示されるように各ライトバルブ１４Ｒ、１４
Ｇ、１４Ｂから各偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３
Ｂ、１３Ｇ、クロスダイクロイックプリズム１５を経て
投射レンズ１６に至るまでの各色光の光路長を短くする
ことができる。

【００５１】ここで、各ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇ、
１４Ｂの各面から射出して投射レンズ１６に至る光束と
して投射レンズ１６の開口絞りによって決定される開口
数（ＮＡ）を有する光束を考える。本実施の形態に係る
偏光装置を用いた投射装置によれば、上述のように光路
長を短くすることにより、同じ開口数であっても従来の
技術に係る投射装置に比して、各偏光ビームスプリッタ
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂおよびクロスダイクロイックプ
リズムを通過する光束をこの光束の光軸に直交する面で
断面をとったときの径（面積）を小さくすることができ
る。したがって、偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｇおよびクロスダイクロイックプリズム１５の
大きさを小さくすることができ、上述した光路長の短縮
と相まって投射装置の大きさを小さく、かつ軽量にする
ことができる。

【００５２】なお、本実施の形態においては、図４に示
されるＮｏ．６の材料を用いる例について説明したが、
Ｎｏ．６以外の材料を使用しても光弾性定数Ｃの絶対値
が１．５×１０^-8ｃｍ²／Ｎ以下で、偏光の変化は実用
上問題のないレベルに抑えられる。

【００５３】さらに、図４において各色毎に異なるナン
バーの材料を使用してもよい。つまり、図１においてそ
れぞれの波長域を有する各色光に対応して光弾性定数Ｃ
の絶対値が０に近づくような材料を偏光ビームスプリッ
タ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの材料とすれば、偏光装置中
を偏光光が通過する際の偏光状態の変化を最小限に抑制
することができる。したがって、投射像のコントラスト
をさらに向上させることが可能となる。

【００５４】以上の実施の形態の説明においては、偏光
装置を構成する偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、
１３Ｂの偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐに対
して４２度の入射角で各色光が入射する構成としたが、
この角度に限定されるものではない。すなわち、偏光ビ
ームスプリッタ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの屈折率および
偏光分離部１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐの蒸着物質や
膜厚等の設定によって入射角度を４５度未満に設定すれ
ば、以上の実施の形態で説明したのと同様の効果を有す
る偏光装置および投射装置を提供することができる。

【００５５】図３（ａ）に示される偏光ビームスプリッ
タ１３は、上述したように第１プリズム部材１３−１に
入射するＳ偏光の光を偏光分離部１３ｐで反射してライ
トバルブ１３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）に導くものである。
そして、このライトバルブ１３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）で
反射される際に変調されたＰ偏光光を偏光分離部１３ｐ
で検光して色合成系であるクロスダイクロイックプリズ
ム１５（図１）へ導くものである。これに対して、図３
（ｂ）に示されるように第１プリズム部材１３−１に入
射するＰ偏光の光を偏光分離部１３ｐで反射させずに透
過させてライトバルブ１３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）に導く
ようにしてもよい。この場合にはライトバルブ１３Ｒ
（１３Ｇ、１３Ｂ）で反射される際に変調されたＳ偏光
光を偏光分離部１３ｐで検光して色合成系であるクロス
ダイクロイックプリズム１５（図１）へ導けばよい。な
お、この際には偏光ビームスプリッタ１３にＰ偏光を入
射させる必要があるので図２に示す偏光ビームスプリッ
タ５２、５４、５６、５８の射出面に配設される１／２
波長板６を偏光ビームスプリッタプリズム５１、５３、
５５、５７、５９の射出面に配設させる。

【００５６】偏光ビームスプリッタ１３にＰ偏光の光を
導く場合の第１プリズム部材１３−１および第２プリズ
ム部材１３−２の形状について偏光ビームスプリッタ１
３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの図１におけるＸＹ平面に沿う断
面形状を示す図３（ｂ）を参照して説明する。なお、図
３（ｂ）においては図３（ａ）と同様、偏光ビームスプ
リッタの符号を１３としたが、偏光ビームスプリッタ１
３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂの形状はいずれも図３（ｂ）に示
す偏光ビームスプリッタ１３の形状と同じである。ま
た、以下に説明する断面形状は、すべて図１のＸＹ平面
に沿う断面の形状である。

【００５７】図３（ａ）に示すものと同様に、偏光ビー
ムスプリッタ１３は、第１プリズム部材１３−１と第２
プリズム部材１３−２との間に偏光分離部１３ｐを挟ん
で接着接合し、構成される。偏光分離部１３ｐは、蒸着
により形成されるものであり、第１プリズム部材１３−
１と第２プリズム部材１３−２との接合面のうち、いず
れかの部材の接合面に形成すればよい。以下の説明では
図３（ａ）を参照しての説明と同様に第１プリズム部材
１３−１および第２プリズム部材１３−２の各内角ａ，
ｂ、…、ｅ、ｆに相対する辺を辺Ａ、Ｂ、…、Ｆとして
説明する。

【００５８】第１プリズム部材１３−１の断面形状は、
内角ａが４２度、内角ｂが直角で、内角ｃが４８度の三
角形状である。第２プリズム部材１３−２の断面形状
は、内角ｅ、ｆが相等しく、内角ｄが鈍角の２等辺三角
形状であって、内角ｅおよびｆは内角ａと等しく設定さ
れる。つまり、本実施の形態において内角ｅおよびｆは
ともに４２度に設定され、内角ｄは９６度に設定され
る。これら第１プリズム部材１３−１、第２プリズム部
材１３−２は、いずれも図３（ｂ）の紙面垂直方向に厚
みをもたせた三角柱形状をしている。なお、図３（ｂ）
において第２プリズム部材１３−２の内角ｅおよびｆの
部分の頂部が破線で示されているが、これは不要な部分
を除去しているためである。第１プリズム部材１３−１
と第２プリズム部材１３−２とは、第２プリズム部材１
３−２の互いに等しい鋭角を有する内角ｅおよびｆの角
度と等しい内角を有する第１プリズム部材１３−１の内
角ａを挟む２辺ＢおよびＣのうちの辺Ｂの面と、第２プ
リズム部材１３−２の鈍角に相対する辺Ｄの面とが接合
される。

【００５９】偏光ビームスプリッタ１３に入射するＰ偏
光光は、偏光分離部１３ｐを透過して第２プリズム部材
１３−２中を進み、辺Ｅの面より射出してライトバルブ
１３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）に入射する。ライトバルブ１
３Ｒ（１３Ｇ、１３Ｂ）で反射され、変調光および非変
調光の混合光となった光は第２プリズム部材１３−２の
鈍角の内角ｄを挟む辺ＥおよびＦのうち、辺Ｅの面から
入射し、偏光分離部１３ｐでＳ偏光のみが検光されて反
射され、上述した２辺Ｅ、Ｆのうち、辺Ｆの面から射出
する。図３（ｂ）に示す偏光ビームスプリッタ１３によ
っても、図３（ａ）に示すものと同様に各ライトバルブ
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから各偏光ビームスプリッタ１
３Ｒ、１３Ｂ、１３Ｇ、クロスダイクロイックプリズム
１５を経て投射レンズ１６に至るまでの各色光の光路長
を短くすることができる。したがって、先に述べたのと
同様の理由により偏光ビームスプリッタ１３Ｒ、１３
Ｇ、１３Ｂおよびクロスダイクロイックプリズム１５の
大きさを小さくすることができ、上述した光路長の短縮
と相まって投射装置の大きさを小さく、かつ軽量にする
ことができる。

【００６０】以上の発明の実施の形態と請求項との対応
において、第１プリズム部材１３−１、１３Ｒ−１、１
３Ｇ−１、１３Ｂ−１が第１プリズムを、第２プリズム
部材１３−２、１３Ｒ−２、１３Ｇ−２、１３Ｂ−２が
第２プリズムを、偏光分離部１３ｐが偏光分離膜を、偏
光ビームスプリッタ１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂが偏
光装置を、ダイクロイックミラー８、９、１２が色分解
光学系を、クロスダイクロイックプリズム１５が色合成
光学系をそれぞれ構成する。

【００６１】

【発明の効果】以上に説明したように、（１）請求項１〜３に記載の発明によれば、プリズム
の体積を減じて小型軽量な偏光装置を提供することがで
きる。（２）請求項４に記載の発明によれば、偏光装置と色
合成光学系との間の光路長を短縮可能であり、これによ
り投射装置の小型化と色合成光学系の小型化が可能とな
る。したがって、偏光装置の小型軽量化と相まって小型
軽量で可搬性に優れた投射装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る投射装置の構成を示
す図。

【図２】投射装置のビームスプリッタアレイ配設部近傍
を拡大して示す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る偏光装置（偏光ビー
ムスプリッタ）断面を示す図であり、（ａ）が光を偏光
分離部で反射させてライトバルブに導く例を、（ｂ）が
光を偏光分離部で反射させずに透過させてライトバルブ
に導く例を示す図である。

【図４】本発明の実施の形態に係る偏光装置（偏光ビー
ムスプリッタ）に用いられる光学材料の組成およびその
特性を示す図。

【図５】本発明の実施の形態に係る偏光装置（偏光ビー
ムスプリッタ）に用いられる光学材料のＰｂＯ含有率と
光弾性定数の絶対値が最小となる波長との関係を示した
特性図。

【図６】図４に示される光学部材の光弾性定数の波長依
存性を示す図。

【図７】従来の技術に係る投射装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１光源８ダイクロイックミラー（Ｂ光反射）９ダイクロイックミラー（Ｒ、Ｇ光反射）１０、１１折り曲げミラー１２ダイクロイックミラー（Ｇ光反射）１３、１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ偏光ビームスプリッタ１３−１、１３Ｒ−１、１３Ｇ−１、１３Ｂ−１第１
プリズム部材１３−２、１３Ｒ−２、１３Ｇ−２、１３Ｂ−２第２
プリズム部材１３ｐ、１３Ｒｐ、１３Ｇｐ、１３Ｂｐ偏光
分離部１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂライトバルブ１５クロスダイクロイックプリズム１６投射レンズ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA08 CA14 CA15 CA16 CA17 2H049 BA02 BA06 BA43 BB61 BC22 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 HA13 HA15 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 2H099 AA12 BA09 CA01 DA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実質的に三角柱形状を有する第１プリズム
および第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面に介在
して設けられる偏光分離膜とを有し、前記第１プリズムの一の面に入射した光の光軸が前記偏
光分離膜に対して４５度未満の入射角で入射するように
前記第１プリズムの断面形状が定められることを特徴と
する偏光装置。
【請求項２】実質的な断面形状が２等辺三角形状であっ
て、第１の内角は鈍角であり、残る第２および第３の内
角は互いに等しい鋭角を有する三角柱状の第１プリズム
と、実質的な断面形状が三角形状であって、第１の内角は前
記第１プリズムの前記第２および第３の内角と等しい三
角柱状の第２プリズムと、前記第１プリズムの前記第１の内角と相対する第１の面
と、前記第２プリズムの前記第１の内角を挟む２面のう
ちの１の面とが接合される接合面に設けられる偏光分離
膜とを有し、前記第１プリズムの前記第２、第３の内角とそれぞれ相
対する第２および第３の面のうち、前記第２の面から入
射した光の光軸の、前記偏光分離膜に対する入射角度が
前記第１プリズムの前記第２および第３の内角と等し
く、前記偏光分離膜で反射された前記光が前記第１プリ
ズムの前記第３の面より出射することを特徴とする偏光
装置。
【請求項３】実質的な断面形状が三角形状であって、４
５度未満の所定角度の第１の内角を有する３角柱状の第
１プリズムと、実質的な断面形状が２等辺三角形であって、第１の内角
は鈍角であり、他の第２および第３の内角は前記第１プ
リズムの前記第１の内角と等しい三角柱状の第２プリズ
ムと、前記第１プリズムの前記第１の内角を挟む２面のうちの
１面と、前記第２プリズムの前記第１の内角に相対する
第１の面とが接合される接合面に設けられる偏光分離膜
とを有し、前記第２プリズムの前記第２の内角と相対する第２の面
から入射した光の光軸の、前記偏光分離膜に対する入射
角度が前記第１プリズムの前記第１の内角と等しく、前
記偏光分離膜で反射された前記光が前記第２プリズムの
前記第３の面より出射することを特徴とする偏光装置。
【請求項４】光源から出射される光束を複数色の光束に
分解する色分解光学系と、前記複数の光束に対応して配設される複数のライトバル
ブと、前記色分解光学系から射出される前記複数色の光束を偏
光分離して前記複数のライトバルブにそれぞれ導き、前
記複数のライトバルブでそれぞれ変調されて導かれる前
記複数色の光束をそれぞれ検光する複数の偏光装置と、前記複数の偏光装置でそれぞれ検光されて出射される前
記複数色の光束を合成する色合成光学系とを有し、請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光装置を前記偏
光装置として用いることを特徴とする投射装置。