JP2000180792A - 照明光学系および投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色分解および色合成において光量損失が発生
しない照明光を供給する照明光学系を提供する。 【解決手段】 偏光面が無秩序な白色光を発する光源、
光源からの光を偏光面が垂直で進行方向に角度差のある
２つの光に分離する偏光分離装置、分離された２つの光
を受けてそれぞれの特定の波長域を偏光変換する特定波
長偏光変換装置、特定波長域を偏光変換された２つの光
を受けて両者を異なる収束位置に収束させる収束光学
系、および一方の収束位置近傍に配置された１／２波長
板により照明光学系を構成する。この照明光学系が供給
する光は特定波長域と他の波長域で偏光面が異なる白色
光となり、特定波長域と他の波長域とに色分解する際
に、偏光面の違いを利用して光量損失を防止することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型画像表示装
置等の光学装置に用いられる照明光学系に関し、より詳
しくは、光源からの光の偏光面を揃える照明光学系に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投射型画像表示装置の光学系の構
成例を図１２に示す。この投射型画像表示装置は、照明
光学系９０、色分解・色合成兼用のクロスダイクロイッ
クプリズム９８、３つの反射型液晶パネル９９Ｒ、９９
Ｇ、９９Ｂ、および投射光学系１００を備えた瞳分割照
明方式の装置であって、液晶パネル９９Ｒ、９９Ｇ、９
９Ｂに照明光を導くための全反射ミラー１０１が投射光
学系１００の瞳位置に配置されている。照明光学系９０
は、光源であるランプ９１、リフレクタ９２、ＵＶ・Ｉ
Ｒカットフィルタ９３、凹レンズ９４、インテグレータ
９５、偏光分離プリズム９６、および１／２波長板９７
より成る。

【０００３】ランプ９１は偏光面が無秩序な白色光を発
し、リフレクタ９２はランプ９１からの光を反射して収
束させる。ＵＶ・ＩＲカットフィルタ９３は可視光のみ
を透過させ、凹レンズ９４はリフレクタ９２からの光を
平行光束として、インテグレータ９５に導く。

【０００４】インテグレータ９５は第１のレンズアレイ
９５ａと第２のレンズアレイ９５ｂより成り、これらの
レンズアレイ９５ａ、９５ｂの間に偏光分離プリズム９
６が配置されている。第１のレンズアレイ９５ａの各レ
ンズセルは、凹レンズ９４からの光を第２のレンズアレ
イ９５ｂの対応するレンズセル近傍に結像させ、第２の
レンズアレイ９５ｂの各レンズセルは、透過する光を液
晶パネル９９Ｒ、９９Ｇ、９９Ｂの全面に導く。

【０００５】偏光分離プリズム９６にはＳ偏光を反射し
Ｐ偏光を透過させる偏光分離面９６ａと全反射面９６ｂ
が設けられており、第１のレンズアレイ９５ａを透過し
た偏光面が無秩序な光は、偏光分離面９６ａで反射され
るＳ偏光と偏光分離面９６ａを透過するＰ偏光に分離さ
れる。Ｐ偏光は全反射面９６ｂで反射されて、偏光分離
面９６ａで反射されたＳ偏光と同じ方向に進み、両者は
第２のレンズアレイ９５ｂの隣合うレンズセルに入射す
る。１／２波長板９７はＰ偏光が入射するレンズセルに
設けられており、入射するＰ偏光をＳ偏光に変換する。
したがって、照明光学系９０からの光は全てＳ偏光とな
る。

【０００６】投射光学系１００は前群１００ａ、後群１
００ｂおよび絞り１００ｃより成る。投射光学系１００
の瞳は前群１００ａ、後群１００ｂの間に位置し、ここ
に瞳の半分を塞ぐ全反射ミラー１０１が配置され、その
近傍に絞り１００ｃが配置されている。クロスダイクロ
イックプリズム９８は、赤色（Ｒ）光を選択的に反射す
るダイクロイック面９８Ｒと、青色（Ｂ）光を選択的に
反射するダイクロイック面９８Ｂを有しており、液晶パ
ネル９９Ｒ、９９Ｇ、９９Ｂはそれぞれ異なる方向から
クロスダイクロイックプリズム９８に対向している。

【０００７】照明光学系９０からの照明光Ｌ１は全反射
ミラー１０１によって反射され、後群１００ｂを経てク
ロスダイクロイックプリズム９８に入射し、ダイクロイ
ック面９８Ｒによって反射されるＲ光、ダイクロイック
面９８Ｂによって反射されるＢ光、およびダイクロイッ
ク面９８Ｒ、９８Ｂを透過する緑色（Ｇ）光に分解され
る。分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光はそれぞれ液晶パネル
９９Ｒ、９９Ｇ、９９Ｂを照明し、各液晶パネルによっ
て反射される。この間に、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は各液晶パ
ネルで画像の色成分に応じて変調される。

【０００８】液晶パネル９９Ｒ、９９Ｇ、９９Ｂによっ
て反射された変調後のＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、再度クロス
ダイクロイックプリズム９８に入射し、ダイクロイック
面９８Ｒ、９８Ｂにより反射されまたはこれらを透過す
ることによって合成され、投射光Ｌ２となる。投射光Ｌ
２は投射光学系１００の光軸に関して往路と対称な経路
を通り、投射光学系１００から拡大投射される。投射光
学系１００は投射光Ｌ２を不図示のスクリーン上に結像
させ、これによりカラー画像が表示される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の投射型画像表示
装置では、照明光Ｌ１が全てＳ偏光に揃えられた状態で
クロスダイクロイックプリズム９８に入射する。いま、
例えば、クロスダイクロイックプリズム９８でのＳ偏光
の透過率が５０％となるカットオフ値を、ダイクロイッ
ク面９８Ｒで５８０ｎｍとし、ダイクロイック面９８Ｂ
で５１０ｎｍとする。このとき、液晶パネル９９Ｇを照
明するＧ光の波長域は５１０〜５８０ｎｍであり、５１
０ｎｍおよび５８０ｎｍの波長でのエネルギーは、クロ
スダイクロイックプリズム９８に入射する前の５０％で
ある。

【００１０】液晶パネル９９Ｇで反射されて投射光Ｌ２
となるＧ光は、再びダイクロイック面９８Ｒ、９８Ｂを
透過する。このとき、５１０ｎｍおよび５８０ｎｍの波
長の光はさらに５０％しか透過しないので、スクリーン
に到達する投射光のエネルギーは、これらの波長につい
ては元々の２５％になってしまう。したがって、投射光
のＧ光の波長域は、ダイクロイック面９８Ｒ、９８Ｂで
の透過率が７０％（往復で５０％）となる波長域、例え
ば５２０〜５７０ｎｍに狭まることになる。

【００１１】Ｒ光、Ｂ光についても同様である。すなわ
ち、照明光Ｌ１の波長域はダイクロイック面９８Ｒ、９
８Ｂでの反射率が５０％となる波長で決まる波長域（Ｒ
光は５８０ｎｍ以上、Ｂ光は５１０ｎｍ以下）である
が、投射光Ｌ２の波長域はダイクロイック面９８Ｒ、９
８Ｂでの反射率が７０％（往復で５０％）となる波長で
決まる波長域、例えばＲ光は５９０ｎｍ以上、Ｂ光は５
００ｎｍ以下に狭まることになる。

【００１２】これらは主光線における概算である。一般
に、ダイクロイック面の特性は光の入射角に依存し、主
光線と異なる角度でダイクロイック面に入射する光線の
透過率や反射率は主光線の透過率や反射率から変動す
る。この変動を考慮すると、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の波長域
はさらに狭まることになる。

【００１３】前述の投射型画像表示装置では、色分解の
境界波長すなわちカットオフ波長の近傍の波長域で、光
のエネルギーつまり光量に損失が生じていたことにな
る。その失われた光は、図１３に示すように、クロスダ
イクロイックプリズム９８およびその周辺で反射や透過
を繰り返す迷光Ｌ３となる。この迷光Ｌ３は、ゴースト
となって現れたりコントラストを低下させたりして、表
示画像の質の低下を招く原因となる。

【００１４】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、色分解および色合成において光量損失が発生
しない照明光を供給する照明光学系を提供することを目
的とし、また、その照明光学系を用いた明るく質の高い
画像を表示し得る投射型画像表示装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、偏光面が無秩序な白色の光を発する光
源、光源からの光を、互いに垂直な偏光面を有し進行方
向に角度差のある第１および第２の光に分離する偏光分
離装置、進行方向の角度差を維持したまま、第１および
第２の光に含まれる特定の波長域の光のみの偏光面を回
転させる特定波長域偏光変換装置、特定波長域偏光変換
装置からの第１および第２の光をそれぞれ第１および第
２の収束位置に収束させる収束光学系、および第１およ
び第２の収束位置の少なくともいずれか一方の近傍に配
置され、第１または第２の光の偏光面を回転させる１／
２波長板により照明光学系を構成する。

【００１６】この照明光学系では、光源からの白色光は
偏光分離装置によって、偏光面が垂直な第１、第２の光
すなわちＳ偏光とＰ偏光に分離される。分離された第
１、第２の光は角度差をもって異なる方向に進み、特定
波長域偏光変換装置を経て、収束光学系によって個別に
収束させられる。特定波長域偏光変換装置は、偏光分離
装置から収束光学系に進む第１、第２の光に含まれる特
定の波長域の光の偏光面を回転させて、他の波長の光の
偏光面と相違させる。また、特定波長域偏光変換装置は
第１、第２の光の進行方向の角度差に変化をもたらすこ
とがなく、収束光学系による両光の収束に影響を及ぼさ
ない。

【００１７】一方の収束位置の近傍には１／２波長板が
配置されており、これを透過する光の偏光面は同一波長
の他方の光の偏光面と同じにされる。したがって、この
照明光学系が供給する光は、特定の波長域を除く全ての
波長で偏光面が同一で、特定の波長域では他の波長の偏
光面に対して垂直な偏光面をもつ白色光となる。例え
ば、特定の波長域でＰ偏光、他の波長域でＳ偏光の白色
光が得られる。

【００１８】特定波長域偏光変換装置は、特定の波長域
の光を透過させ特定の波長域以外の光を反射するダイク
ロイック面、特定の波長域の光に対する１／４波長板、
およびダイクロイック面を透過した光を反射する反射面
をこの順に配置して構成することができる。特定の波長
域の光は、ダイクロイック面を透過して反射面で反射さ
れるが、この間に１／４波長板を２回透過する。これに
より、特定の波長域の光の偏光面は特定の波長域以外の
光の偏光面に対して垂直になる。この特定波長域偏光変
換装置は、光をダイクロイック面側から入射させてダイ
クロイック面側に射出するミラー型のものとなる。

【００１９】偏光分離装置は、互いに垂直な偏光面を有
する２つの偏光の一方を反射し他方を透過させる偏光分
離面、および偏光分離面に対して傾けて配置され偏光分
離面を透過した偏光を反射する反射面で構成することが
できる。この偏光分離装置はくさび型であり、偏光分離
面をプリズムとの間に設ければ偏光分離くさびプリズム
となる。

【００２０】偏光分離装置は、表面にブレーズ型回折格
子が形成された第１の媒質、および複屈折性を有しブレ
ーズ型回折格子に密着して配置された第２の媒質で構成
することもできる。第２の媒質と第１の媒質の屈折率の
差が、偏光面が互いに垂直な２つの光に対して異なるこ
とにより、両光を異なる回折角で回折させて分離するこ
とができる。

【００２１】特定の波長域は緑色の波長域とするとよ
い。例えば、白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解すると
きに、中央の波長域の偏光面が両側の波長域の偏光面と
異なることになり、これを利用して効率よく色分解を行
うことが可能になる。

【００２２】照明光学系にレンズアレイ方式のインテグ
レータを備えて、インテグレータの第１のレンズアレイ
を収束光学系とし、インテグレータの第２のレンズアレ
イの近傍を第１および第２の収束位置としてもよい。１
／２波長板は第２のレンズアレイの近傍に配置すること
になる。インテグレータを備えることで強度分布が均一
な光を提供することが可能になり、インテグレータを収
束光学系に兼用することで、照明光学系の全体構成を小
型化することができる。

【００２３】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、上記の照明光学系、３つの反射型液晶パネル、照明
光学系から供給される光を特定の波長域の光と特定の波
長域以外の２つの波長域の光とに分解し、分解後の３つ
の光を３つの反射型液晶パネルに個別に導き、３つの反
射型液晶パネルによって反射された光を合成する２つの
ダイクロイック面、および２つのダイクロイック面によ
って合成された光を投射する投射光学系により投射型画
像表示装置を構成する。

【００２４】照明光学系からの光の偏光面は特定の波長
域とそれ以外の波長域とで垂直な関係にあるから、２つ
のダイクロイック面による光の色分解および色合成に際
して、ダイクロイック面のＳ偏光に対する特性とＰ偏光
に対する特性の違いを利用することができる。すなわ
ち、特定の波長域全体の光を透過させ他の波長域全体の
光を反射するダイクロイック面、あるいは特定の波長域
全体の光を反射し他の波長域全体の光を透過させるダイ
クロイック面を容易に実現することができ、このような
ダイクロイック面を２つ用いることで、光の色分解およ
び色合成における光量損失をほとんど無くすことが可能
になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
しながら説明する。図１に本発明の照明光学系１０の原
理を模式的に示す。照明光学系１０は、光源１１、偏光
分離装置１２、特定波長域偏光変換装置１３、収束光学
系１４、および１／２波長板１５を備えている。光源１
１が発する光は白色光であり、その波長はＲ光、Ｇ光、
Ｂ光の全波長域にわたる。また、光源１１が発する光の
偏光面は無秩序であり、光源１１の光には、偏光面が互
いに垂直なＳ偏光の成分とＰ偏光の成分が含まれてい
る。以下、Ｐ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれＲP、
ＧP、ＢPで表し、Ｓ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞれ
ＲS、ＧS、ＢSで表す。

【００２６】光源１１からの光ＲP、ＧP、ＢP、ＲS、Ｇ
S、ＢSは、まず偏光分離装置１２によって、角度差をも
ってＡ方向とＢ方向にそれぞれ進むＰ偏光の光ＲP、Ｇ
P、ＢPとＳ偏光の光ＲS、ＧS、ＢSの２組に分離され
る。分離されたＰ偏光の光ＲP、ＧP、ＢPおよびＳ偏光
の光ＲS、ＧS、ＢSは共に特定波長域偏光変換装置１３
に入射する。

【００２７】特定波長域偏光変換装置１３は、他の波長
の光の偏光面を変化させることなく特定の波長域の光の
偏光面を変化させるものである。図１では、Ｇ光の波長
域を特定波長域とし、Ｇ光の偏光面を９０゜回転させる
場合を示している。これにより、Ｐ偏光であったＧ光Ｇ
PはＳ偏光のＧ光ＧSへと変換され、Ｓ偏光であったＧ光
ＧSはＰ偏光のＧ光ＧPへと変換される。他の光ＲP、Ｂ
P、ＲS、ＢSは変化しない。したがって、特定波長域偏
光変換装置１３は光ＲP、ＧS、ＢPと光ＲS、ＧP、ＢSの
２組を射出することになる。特定波長域偏光変換装置１
３は、２組の光の進行方向の角度差に変化をもたらすこ
となく、上記の偏光変換を行う。

【００２８】特定波長域偏光変換装置１３を出射した光
は全て収束光学系１４に入射し、所定の収束位置に収束
する。偏光分離装置１２が進行方向に角度差をもたせて
偏光分離し、この角度差を特定波長域偏光変換装置１３
が維持するから、光ＲP、ＧS、ＢPの収束位置と光ＲS、
ＧP、ＢSの収束位置は異なる。光ＲP、ＧS、ＢPの収束
位置近傍には１／２波長板１５が配置されており、これ
を透過する間に偏光面は９０゜回転し、Ｐ偏光のＲ光Ｒ
P、Ｓ偏光のＧ光ＧS、Ｐ偏光のＢ光ＢPはそれぞれ、Ｓ
偏光のＲ光ＲS、Ｐ偏光のＧ光ＧP、Ｓ偏光のＢ光ＢSへ
と変換される。その結果、照明光学系１０が供給する光
はＳ偏光のＲ光ＲS、Ｐ偏光のＧ光ＧP、Ｓ偏光のＢSの
みを含む白色光となる。

【００２９】なお、特定波長域はＧ光の波長域に限られ
るものではなく、他の波長域、例えば、Ｒ光の波長域、
Ｂ光の波長域、または黄色光の波長域でもよい。また、
１／２波長板１５の配置位置も、２つの収束位置のどち
らとしてもよい。特定波長域および１／２波長板１５の
配置位置は、照明光学系１０の用途に応じて設定する。

【００３０】上記の機能を有する照明光学系１０を備え
た本発明の投射型画像表示装置（以下、単に投射表示装
置ともいう）の実施形態について説明する。図２に、第
１の実施形態の投射型画像表示装置１の光学系の全体構
成を示す。投射表示装置１は、照明光学系１０が供給す
る白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解し、分解後の光で
３つの液晶パネルを個別に照明し、各液晶パネルで変調
された光を合成して投射することにより、カラー画像を
表示するものである。

【００３１】投射表示装置１は、照明光学系１０のほ
か、投射光学系２０、クロスダイクロイックプリズム３
０、および３つの反射型液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４
０Ｂを備えている。投射表示装置１は瞳分割照明方式を
採用しており、照明光学系１０からの光を受けてクロス
ダイクロイックプリズム３０に導くための全反射ミラー
２１が、投射光学系２０の内部に設けられている。

【００３２】照明光学系１０は、光源１１、偏光分離装
置１２、特定波長域偏光変換装置１３、収束光学系１
４、１／２波長板１５、リフレクタ１６、ＵＶ・ＩＲカ
ットフィルタ１７、凹レンズ１８、およびレンズアレイ
１９より成る。光源１１はメタルハライドランプ等のア
ーク放電ランプであり、偏光面が無秩序で可視領域全体
にわたる波長の白色光を発する。

【００３３】リフレクタ１６は楕円面状であり、その第
１焦点に光源１１が配置されている。リフレクタ１６は
光源１１が発する光を反射して第２焦点に収束させる。
ＵＶ・ＩＲカットフィルタ１７は、光源１１が発する光
に含まれている紫外領域および赤外領域の波長の光を除
去する。凹レンズ１８は、リフレクタ１６とその第２焦
点の間に配置されており、リフレクタ１６によって収束
光とされている光を平行光として偏光分離装置１２に導
く。

【００３４】偏光分離装置１２は、凹レンズ１８から入
射する偏光面が無秩序な白色光を、Ｐ偏光とＳ偏光に分
離する。投射表示装置１ではＧ光の波長域を特定波長域
としており、特定波長域偏光変換装置１３は分離された
Ｐ偏光とＳ偏光を、それぞれ光ＲP、ＧS、ＢPと光ＲS、
ＧP、ＢSに変換する。偏光分離装置１２および特定波長
域偏光変換装置１３の構成や具体的特性については後に
詳述する。

【００３５】収束光学系１４は複数のレンズセルを２次
元に配列したレンズアレイであり、同様に２次元に配列
された複数のレンズセルから成るレンズアレイ１９と共
に、インテグレータを構成している。収束光学系１４で
あるレンズアレイがインテグレータの第１のレンズアレ
イとなって、インテグレータの第２のレンズアレイであ
るレンズアレイ１９の近傍に、特定波長域偏光変換装置
１３からの光を収束させる。

【００３６】第２のレンズアレイ１９の各レンズセル上
には、第１のレンズアレイ１４の対応するレンズセルか
らの光により光源像が形成される。特定波長域偏光変換
装置１３からの光は、進行方向が異なる光ＲP、ＧS、Ｂ
Pと光ＲS、ＧP、ＢSの２組に分離されており、第２のレ
ンズアレイ１９の各レンズセルには、これら２組の光に
よる２つの光源像が離れて形成されることになる。

【００３７】第２のレンズアレイ１９の各レンズセル
は、透過する光が液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの
全面を照明するように設定されており、各液晶パネル上
で第２のレンズアレイ１９の全てのレンズセルからの光
が重なり合う。リフレクタ１６によって反射された光に
は光束の中央部と周辺部で強度差があり、このため、レ
ンズアレイ１９の中央部のレンズセルを透過する光と周
辺部のレンズセルを透過する光の量は異なるが、各液晶
パネル上で全てのレンズセルからの光が重なり合うた
め、各液晶パネルの全面は均一な明るさに照明される。

【００３８】なお、第２のレンズアレイ１９の各レンズ
セルは、異なる位置に形成される２つの光源像のそれぞ
れが、液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの全面を照明
するように、偏心して形成されている。

【００３９】１／２波長板１５は、第２のレンズアレイ
１９の出射面に設けられており、光ＲP、ＧS、ＢPの収
束位置の近傍に位置する。したがって、照明光学系１０
が供給する光は、Ｓ偏光のＲ光ＲS、Ｂ光ＢSおよびＰ偏
光のＧ光ＧPとなる。

【００４０】投射光学系２０は前群２０ａ、後群２０ｂ
および絞り２０ｃより成り、その瞳は前群２０ａと後群
２０ｂの間に位置している。瞳位置には全反射ミラー２
１が、瞳の半分を塞ぐように、投射光学系２０の光軸Ａ
ｘに対して傾けて配置されている。また、絞り２０ｃも
瞳位置の近傍に配置されている。

【００４１】照明光学系１０の第２のレンズアレイ１９
は投射光学系２０に接近して配置されており、第２のレ
ンズアレイ１９を出射した光は途中で結像することなく
直接全反射ミラー２１に入射し、これによって反射され
て投射光学系２０内に入る。全反射ミラー２１によって
反射された光は、光軸Ａｘを含む平面で２分される後群
２０ｂの一方の部位を通って後群２０ｂの後端から出射
し、液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを照明する照明
光となる。

【００４２】クロスダイクロイックプリズム３０は、断
面が直角二等辺三角形で同じ大きさの三角プリズムを４
つ、直交する面同士で接合して成る。直交する２つの接
合面のうち、一方には、Ｒ光を選択的に反射してＧ光お
よびＢ光を透過させるダイクロイック面３０Ｒが形成さ
れており、他方には、Ｂ光を選択的に反射してＲ光およ
びＧ光を透過させるダイクロイック面３０Ｂが形成され
ている。クロスダイクロイックプリズム３０は、投射光
学系２０の後群２０ｂの後端に近接して配置されてお
り、その中心を投射光学系２０の光軸Ａｘが通る。光軸
Ａｘに対するダイクロイック面３０Ｒ、３０Ｂの傾きは
４５゜である。

【００４３】液晶パネル４０Ｇは投射光学系２０の光軸
Ａｘに対して垂直に配置されており、液晶パネル４０Ｒ
および液晶パネル４０Ｂはそれぞれ、ダイクロイック面
３０Ｒおよびダイクロイック面３０Ｂによって折り返さ
れた光軸Ａｘに対して垂直に配置されている。液晶パネ
ル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、それぞれの中心を光軸Ａ
ｘまたは折り返された光軸Ａｘが通るように、かつ投射
光学系２０の後群２０ｂの後端からの光路長が等しくな
るように配置されている。

【００４４】図示しないが、液晶パネル４０Ｒ、４０
Ｇ、４０Ｂにはそれぞれ駆動回路が設けられている。こ
れらの駆動回路は、画像のＲ成分を表す画像信号、Ｇ成
分を表す画像信号、Ｂ成分を表す画像信号に基づいて、
液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂをそれぞれ駆動す
る。

【００４５】投射光学系２０の後群２０ｂから出射した
全反射ミラー２１からの光は、クロスダイクロイックプ
リズム３０に入射する。この光にはＳ偏光のＲ光ＲS、
Ｐ偏光のＧ光ＧP、およびＳ偏光のＢ光ＢSが含まれてい
るが、Ｒ光ＲSはダイクロイック面３０Ｒによって反射
されて、液晶パネル４０Ｒを照明する。同様に、Ｂ光Ｂ
Sはダイクロイック面３０Ｂによって反射されて、液晶
パネル４０Ｂを照明する。また、Ｇ光ＧPは２つのダイ
クロイック面３０Ｒ、３０Ｂを透過して、液晶パネル４
０Ｇを照明する。

【００４６】液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを照明
するＲ光ＲS、Ｇ光ＧP、Ｂ光ＢSは、各液晶パネルの背
面側に設けられた反射面で反射されるとともに、液晶層
を通過する間に画像信号に応じて変調され、それぞれ部
分的に、Ｐ偏光のＲ光ＲP、Ｓ偏光のＧ光ＧS、Ｐ偏光の
Ｂ光ＢPに偏光変換される。液晶パネル４０Ｒおよび４
０Ｂの表面側にはＰ偏光を遮断する偏光板が設けられて
おり、液晶パネル４０Ｇの表面側にはＳ偏光を遮断する
偏光板が設けられている。照明光であるＲ光ＲS、Ｇ光
ＧP、Ｂ光ＢSはこれらの偏光板を透過し、変調によって
生じたＲ光ＲP、Ｇ光ＧS、Ｂ光ＢPはこれらの偏光板に
よって遮断される。したがって、後に合成されて投射光
となる光の偏光成分は、照明光の偏光成分と同じであ
る。

【００４７】液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂによっ
て反射されたＲ光ＲS、Ｇ光ＧP、Ｂ光ＢSは、再度クロ
スダイクロイックプリズム３０に入射し、Ｒ光ＲSがダ
イクロイック面３０Ｒにより反射され、Ｂ光ＢSがダイ
クロイック面３０Ｂにより反射され、Ｇ光ＧPがダイク
ロイック面３０Ｒ、３０Ｂを透過することにより合成さ
れて、投射光となる。合成されたＲ光ＲS、Ｇ光ＧP、Ｂ
光ＢSは、投射レンズ２０の後群２０ｂに入射し、光軸
Ａｘに関して往路と反対側を通って瞳位置に至り、全反
射ミラー２１の傍らを通過して前群２０ａに入射する。
前群２０ａは、この光を図外のスクリーンに向けて拡大
投射し、スクリーン上に結像させる。これにより、３つ
の色成分の画像が重なり合ったカラー画像がスクリーン
に表示される。

【００４８】偏光分離装置１２について説明する。本実
施形態の投射表示装置１では、偏光分離装置１２として
複屈折回折光学素子を用いている。複屈折回折光学素子
は、ブレーズ型回折格子が形成された格子基板の格子面
に、複屈折性を有する媒質を密着させて構成される。こ
こでは、複屈折媒質として液晶を使用し、ブレーズ型回
折格子が形成された格子基板１２ａと平行平板１２ｃを
対向して配置し、両者の間に液晶１２ｂを封入して複屈
折回折光学素子としている。

【００４９】格子基板１２ａはプラスチック材料の成型
により作製されている。ガラス板上に紫外線硬化性ある
いは熱硬化性の樹脂を塗着し、これに金型を密着させて
紫外線あるいは熱を加えて硬化させ、金型に形成してお
いた格子を転写することによって格子基板１２ａ作製す
ることもできる。

【００５０】液晶１２ｂは、回折格子の溝に沿って配向
されており、回折格子の配列方向（図１の紙面に沿う方
向）に平行な偏光面を有する偏光成分に対する屈折率
と、回折格子の配列方向に垂直な偏光面を有する偏光成
分に対する屈折率は異なる。格子基板１２ａの屈折率
は、液晶１２ｂのこれら２つの屈折率の一方に略等しく
なるように設定されている。格子基板１２ａと液晶１２
ｂの屈折率に差があれば光は両者の界面で回折して進行
方向を変えられ、格子基板１２ａと液晶１２ｂの屈折率
に差がなければ、両者の界面は回折格子として作用せ
ず、光は直進する。したがって、光源１１からの偏光面
が無秩序な光は、偏光面が互いに垂直で進行方向の異な
る２つの光、すなわちＰ偏光とＳ偏光とに分離される。

【００５１】なお、格子基板１２ａの屈折率Ｎと液晶１
２ｂの常光および異常光に対する屈折率ＮｏおよびＮｅ
は、｜Ｎ−Ｎｏ｜＜０．０３または｜Ｎ−Ｎｅ｜＜０．
０３程度とするのが望ましい。この範囲を超えると、一
方の偏光成分に対しては回折格子として作用しないはず
の格子基板１２ａと液晶１２ｂの界面で、その偏光成分
の回折がある程度発生してしまい、偏光分離の効率低下
を招く。

【００５２】格子基板１２ａの屈折率Ｎが液晶１２ｂの
屈折率Ｎｏに略等しいとすると、格子基板１２ａに形成
するブレーズ型回折格子の高さｈは、ｈ＝λ０／｜Ｎ−
Ｎｅ｜で求められる。ここで、λ０は基準波長であり、
投射表示装置１が投射に利用する光の全波長域の中央付
近の波長に設定する。例えば、λ０＝５５０ｎｍ、Ｎ＝
１．４９、Ｎｅ＝１．６７とすると、ｈ＝３．０６μｍ
となる。

【００５３】また、ブレーズ型回折格子のピッチｐは、
偏光面が垂直な２つの偏光成分をどれだけの角度θに分
離するかによって決まり、ｐ＝λ０／ｓｉｎ（θ）で求
められる。分離する角度θは、投射表示装置１の全体構
成や構成要素であるレンズの焦点距離等の諸因子に応じ
て定めることになる。例えば、２つの偏光成分の分離角
度θを５゜とするときは、ｐ＝６．３１μｍとなる。

【００５４】格子基板１２ａや液晶１２ｂの耐久性を向
上させるためには、これらを紫外線、赤外線等の不要な
光に曝さないようにする必要がある。投射表示装置１で
は、リフレクタ１６の直後にＵＶ・ＩＲカットフィルタ
１７を配置して、これを実現している。また、格子基板
１２ａや液晶１２ｂは、光源１１およびリフレクタ１６
に近い位置に配置されているため、高温になりがちであ
る。液晶の屈折率は温度によって多少変動するため、回
折格子の高さｈやピッチｐは、使用時の温度を考慮して
その温度での屈折率に基づいて設定するのがよい。

【００５５】特定波長域偏光変換装置１３は、ダイクロ
イック面を用いて構成される。まず、ダイクロイック面
のＰ偏光およびＳ偏光に対する特性について説明する。
図３に、Ｇ光を透過させるダイクロイック面の分光透過
率を模式的に示す。ダイクロイック面の透過特性は、Ｓ
偏光に対して狭くＰ偏光に対して広い。このため、Ｇ光
の波長域Ｚの光を全て透過させるダイクロイック面で
は、Ｒ光およびＢ光の波長域の中に、Ｐ偏光とＳ偏光の
双方が反射される波長域Ｘと、Ｓ偏光のみ反射されＰ偏
光が透過する波長域Ｙが生じることになる。

【００５６】いま、このダイクロイック面でＲ光、Ｇ
光、Ｂ光の分解を行い、透過する光を全て偏光変換する
場合を考える。偏光分離装置１２による分離後のＳ偏光
の光ＲS、ＧS、ＢSの組は、変換後に光ＲS、ＧP、ＢSと
なって、特定波長域のＧ光のみをＲ光およびＢ光とは異
なる偏光にするという目的が達成される。ところが、分
離後のＰ偏光の光ＲP、ＧP、ＢPの組は、波長域ＹのＲ
光、Ｂ光がＧ光と共にダイクロイック面を透過して偏光
変換されるため、変換後には光ＲP＋ＲS、ＧS、ＢP＋Ｂ
Sになっていしまい、特定波長域のＧ光のみをＲ光およ
びＢ光とは異なる偏光にすることができなくなる。

【００５７】そこで、投射表示装置１では、特定波長域
偏光変換装置１３を、ダイクロイック面を透過した光を
全て偏光変換するのではなく、透過した光のうち波長域
ＺのＧ光のみを偏光変換し、波長域ＹのＲ光およびＢ光
については偏光変換しない構成としている。特定波長域
偏光変換装置１３の構成と特定波長域偏光変換装置１３
のＳ偏光およびＰ偏光の白色光に対する作用を図４に模
式的に示し、特定波長域偏光変換装置１３の作用を受け
たＳ偏光およびＰ偏光の白色光の分光分布を図５に模式
的に示す。これらの図において、（ａ）は入射する光が
Ｓ偏光の場合を表しており、（ｂ）は入射する光がＰ偏
光の場合を表している。

【００５８】特定波長域偏光変換装置１３は、Ｇ光すな
わち特定波長域Ｚの光を全て透過させるダイクロイック
面１３ａ、波長域Ｚの光に対する１／４波長板１３ｂ、
および全反射ミラー１３ｃより成る。ダイクロイック面
１３ａおよび全反射ミラー１３ｃは１／４波長板１３ｂ
にその両面から対向しており、３者は互いに平行に配置
されている。

【００５９】特定波長域偏光変換装置１３に入射するＳ
偏光の白色光は、図４（ａ）に示すように、ダイクロイ
ック面１３ａを透過する波長域Ｚの光（Ｇ光）と、ダイ
クロイック面１３ａによって反射される波長域Ｘおよび
Ｙの光（Ｒ光およびＢ光）とに分解される。ダイクロイ
ック面１３ａを透過した波長域Ｚの光は、１／４反射板
１３ｂを透過することにより円偏光となり、全反射ミラ
ー１３ｃによって反射される。

【００６０】全反射ミラー１３ｃで反射された光は、再
度１／４反射板１３ｂを透過することにより、円偏光か
らＰ偏光となる。Ｐ偏光となった波長域Ｚの光は、ダイ
クロイック面１３ａを透過して、ダイクロイック面１３
ａで反射されたＳ偏光のままの波長域ＸおよびＹの光と
同一方向に進む。その結果、図５（ａ）に示すように、
波長域Ｚと波長域Ｙの境界で偏光面が明確に反転した白
色光が得られる。

【００６１】特定波長域偏光変換装置１３に入射するＰ
偏光の白色光は、図４（ｂ）に示すように、ダイクロイ
ック面１３ａを透過する波長域Ｚの光（Ｇ光）および波
長域Ｙの光（Ｒ光およびＢ光の一部）と、ダイクロイッ
ク面１３ａによって反射される波長域Ｘの光（Ｒ光およ
びＢ光）とに分解される。ダイクロイック面１３ａを透
過した波長域ＺおよびＹの光は、１／４反射板１３ｂを
透過することにより円偏光となり、全反射ミラー１３ｃ
によって反射される。

【００６２】全反射ミラー１３ｃで反射された光は、再
度１／４反射板１３ｂを透過することにより円偏光から
Ｓ偏光となる。Ｓ偏光となった波長域ＺおよびＹの光
は、ダイクロイック面１３ａを透過する波長域Ｚの光
と、Ｓ偏光になったことによりダイクロイック面１３ａ
によって反射される波長域Ｙの光に分解される。ダイク
ロイック面１３ａを透過した波長域Ｚの光は、ダイクロ
イック面１３ａで反射されたＰ偏光のままの波長域Ｘの
光と同一方向に進む。

【００６３】ダイクロイック面１３ａによって反射され
た波長域ＹのＳ偏光の光は、再度全反射ミラー１３ｃに
よって反射されてダイクロイック面１３ａに戻るが、こ
の間に１／４反射板１３ｂを２回透過することにより、
Ｐ偏光に変換される。Ｐ偏光に戻った波長域Ｙの光はダ
イクロイック面１３ａを透過し、波長域ＸおよびＺの光
と同一方向に進む。その結果、図５（ｂ）に示すよう
に、波長域Ｚと波長域Ｙの境界で偏光面が明確に反転し
た白色光が得られる。

【００６４】このように、特定波長域偏光変換装置１３
は、Ｓ偏光の白色光に対してもＰ偏光の白色光に対して
も、特定波長域ＺのＧ光のみを偏光変換することができ
る。また、この特定波長域偏光変換装置１３は平面ミラ
ーとして機能し、偏光分離装置１２から角度差をもって
入射する２組の光を、その角度差を保ったまま反射す
る。したがって、特定波長域偏光変換装置１３が間に存
在することを考慮することなく、偏光分離装置１２によ
るＰ偏光とＳ偏光の分離角度や収束光学系１４の収束位
置を設定することが可能である。

【００６５】ダイクロイック面１３ａの具体的な構成例
を表１に示す。このダイクロイック面１３ｃは、特定波
長域を略５１０〜略５８０ｎｍとしたもので、２４の層
から成る。第０層は基板であり、第２５層は空気であ
る。Ｎｉは屈折率、Ｔｉは光学的膜厚（λ0＝４４３．
１ｎｍ）を表す。

【００６６】

【表１】

【００６７】この構成のダイクロイック面１３ａの分光
透過率を図６に示す。図６において、実線はＳ偏光の透
過率、破線はＰ偏光の透過率を表している。Ｇ光に相当
する５５０ｎｍ付近では、ダイクロイック面１３ａを透
過する波長域はＳ偏光よりもＰ偏光の方が２０ｎｍ程度
広くなっている。

【００６８】ダイクロイック面１３ａを透過した光は、
実際には、前述のようにダイクロイック面１３ａと全反
射ミラー１３ｃの間を１往復または２往復するのではな
く、透過率と反射率に応じてダイクロイック面１３ａと
全反射ミラー１３ｃで複数回反射されながら、この多重
反射の間に偏光変換される。多重反射を考慮して求め
た、特定波長域偏光変換装置１３によって反射された光
の強度分布を図７に示す。図７において、（ａ）は入射
光がＳ偏光、（ｂ）は入射光がＰ偏光の場合を表してお
り、実線は反射光に含まれるＳ偏光、破線はＰ偏光であ
る。偏光面が異なる波長域は、入射光がＳ偏光であるか
Ｐ偏光であるかにかかわらず一致している。

【００６９】図７（ｂ）に示した光は、後に１／２波長
板１５によって全て偏光変換される。その変換後の光
は、偏光面も強度分布も図７（ａ）の光とほとんど同じ
になる。こうして、Ｇ光のみをＰ偏光とされた白色光Ｒ
S、ＧP、ＢSが、クロスダイクロイックプリズム３０に
導かれる。

【００７０】白色光をＲ光とＧ光およびＢ光とに色分解
するために設けられているダイクロイック面３０Ｒは、
特定波長域の長波長端のＳ偏光を５０％よりも高い率で
反射するように設定されている。同様に、白色光をＢ光
とＧ光およびＲ光とに色分解するために設けられている
ダイクロイック面３０Ｂは、特定波長域の短波長端のＳ
偏光を５０％よりも高い率で反射するように設定されて
いる。このように設定しても、前述のようにＰ偏光が透
過する波長域はＳ偏光が透過する波長域よりも広いか
ら、特定波長域の長波長端および短波長端のＰ偏光の反
射率は５０％よりも低くなる。すなわち、特定波長域の
両端近傍の波長のＲ光ＲS、Ｂ光ＢSの反射率が向上する
とともに、特定波長域の両端近傍の波長のＧ光ＧPの透
過率も向上する。

【００７１】具体的なダイクロイック面３０Ｒおよび３
０Ｂの分光透過率（入射角４５゜）を、図８および図９
にそれぞれ示す。Ｒ光を反射するためのダイクロイック
面３０Ｒは、Ｓ偏光の透過率が５０％となるカットオフ
波長を略５７０ｎｍとされており、特定波長域の長波長
端（５８０ｎｍ）のＳ偏光を９０％程度反射する。Ｂ光
を反射するためのダイクロイック面３０Ｂは、Ｓ偏光に
対するカットオフ波長を略５２０ｎｍとされており、特
定波長域の短波長端（５１０ｎｍ）のＳ偏光を９０％程
度反射する。また、ダイクロイック面３０Ｒおよび３０
ＢのＰ偏光に対するカットオフ波長は、それぞれ略６２
０ｎｍおよび略４７０ｎｍとされており、特定波長域の
両端のＰ偏光の透過率は略１００％である。

【００７２】したがって、Ｒ光ＲSおよびＢ光ＢSは大部
分が反射されて効率よく液晶パネル４０Ｒおよび４０Ｂ
を照明し、Ｇ光ＧPは略全てがダイクロイック面３０
Ｒ、３０Ｂを透過して、効率よく液晶パネル４０Ｂを照
明する。

【００７３】ダイクロイック面３０Ｒ、３０Ｂは液晶パ
ネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂで反射されたＲ光ＲS、Ｇ
光ＧP、Ｂ光ＢSにも同様に作用する。したがって、ダイ
クロイック面３０Ｒ、３０Ｂで２回反射され、あるいは
これらを２回透過した後の、特定波長域の両端の光のエ
ネルギーは９０％程度になり、投射光に含まれるＲ光、
Ｇ光、Ｂ光の波長域はどれもほとんど狭まらない。しか
も、ダイクロイック面３０Ｒ、３０Ｂの特性が左右に若
干シフトしても、各波長域はほとんど狭まらないので、
光線の角度変化に対しても安定した特性が得られる。

【００７４】当然、従来と比べて、ダイクロイック面３
０Ｒ、３０Ｂで反射されるＲ光、Ｂ光は多くなり、ダイ
クロイック面３０Ｒ、３０Ｂを透過するＧ光も多くな
る。その結果、表示する画像の明るさが向上する。ま
た、光の色分解・色合成で失われる光量が大幅に低下す
ることにより、迷光がほとんど発生しなくなって、迷光
によるゴーストの発生やコントラストの低下も防止され
る。これにより、投射表示装置１は、明るく質の高い画
像を表示することが可能になっている。

【００７５】第２の実施形態の投射型画像表示装置２の
光学系の全体構成を図１０に示す。この投射表示装置２
も、照明光学系１０が供給する白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ
光に色分解し、分解後の光で３つの液晶パネルを個別に
照明し、各液晶パネルで変調された光を合成して投射す
ることにより、カラー画像を表示するものである。

【００７６】投射表示装置２は、照明光学系１０の構
成、および照明光学系１０と投射光学系２０の間にリレ
ー光学系６０を配置している点で、第１の実施形態の投
射表示装置１と異なる。投射光学系２０、全反射ミラー
２１、クロスダイクロイックプリズム３０、および３つ
の反射型液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの構成や機
能は前述のとおりであり、重複する説明は省略する。

【００７７】照明光学系１０は、光源１１、偏光分離装
置１２、特定波長域偏光変換装置１３、収束光学系１
４、１／２波長板１５、リフレクタ１６、ＵＶ・ＩＲカ
ットフィルタ１７、およびカレイドプリズム５１より成
る。光源１１およびＵＶ・ＩＲカットフィルタ１７は前
述のものである。リフレクタ１６は楕円面状であり、そ
の焦点に光源１１が配置されている。リフレクタ１６は
光源１１が発する光を反射して平行光束とする。

【００７８】投射表示装置２では、偏光分離装置１２と
して、断面が直角二等辺三角形の三角プリズム１２ｄの
斜面に、断面がくさび型の平板１２ｅを接合し、接合面
に偏光分離面１２ｆを設けた偏光分離くさびプリズムを
用いている。くさび型平板１２ｅの他方の面は全反射面
１２ｇとされている。偏光分離面１２ｆはＳ偏光を反射
し、Ｐ偏光を透過させる。

【００７９】リフレクタ１６によって反射された光源１
１からの偏光面が無秩序な光は、偏光分離面１２ｆに入
射し、反射されるＳ偏光と透過するＰ偏光に分離され
る。Ｐ偏光は全反射面１２ｇによって反射されるが、全
反射面１２ｇが偏光分離面１２ｆに対して傾いているた
め、Ｐ偏光とＳ偏光は角度差をもって異なる方向に進
む。

【００８０】特定波長域偏光変換装置１３は、ダイクロ
イック面１３ｄ、１／２波長板１３ｅ、および２つの全
反射ミラー１３ｆ、１３ｇより成る。投射表示装置２も
Ｇ光の波長域を特定波長域としており、ダイクロイック
面１３ｄは略５１０〜略５８０ｎｍの光を透過させ、他
の波長の光を反射する。

【００８１】１／２波長板１３ｅは偏光分離装置１２か
らの光の光束全体を受け得る大きさを有しており、ダイ
クロイック面１３ｄは１／２波長板１３ｅの略２倍の大
きさを有している。ダイクロイック面１３ｄは、その半
分に偏光分離装置１２からの光が入射し、かつ入射角が
略３０゜になるように配置されている。１／２波長板１
３ｅは、ダイクロイック面１３ｄの偏光分離装置１２か
らの光の入射部位に対向して設けられており、ダイクロ
イック面１３ｄに近接して、偏光分離装置１２の反対側
に配置されている。

【００８２】全反射ミラー１３ｆは、ダイクロイック面
１３ｄを透過した偏光分離装置１２からの光を反射し
て、１／２波長板１３ｅが対向していないダイクロイッ
ク面１３ｄの部位に入射させるように、ダイクロイック
面１３ｄに関して偏光分離装置１２の反対側に、ダイク
ロイック面１３ｄと平行に配置されている。全反射ミラ
ー１３ｇは、ダイクロイック面１３ｄで反射された偏光
分離装置１２からの光を反射して、１／２波長板１３ｅ
が対向していないダイクロイック面１３ｄの部位に入射
させるように、ダイクロイック面１３ｄに関して偏光分
離装置１２と同じ側に、ダイクロイック面１３ｄと平行
に配置されている。ダイクロイック面１３ｄから２つの
全反射ミラー１３ｆ、１３ｇまでの距離は等しい。

【００８３】偏光分離装置１２からのＰ偏光の白色光
は、ダイクロイック面１３ｄに入射し、反射されるＲ光
ＲPおよびＢ光ＢPと、透過するＧ光ＧPとに分解され
る。反射されたＲ光ＲP、Ｂ光ＢPは全反射ミラー１３ｇ
によって反射されて、ダイクロイック面１３ｄに再度入
射し、これにより再び反射される。ダイクロイック面１
３ｄを透過したＧ光ＧPは、１／２波長板１３ｅを透過
することによってＳ偏光に変換される。Ｓ偏光となった
Ｇ光ＧSは、全反射ミラー１３ｆによって反射されてダ
イクロイック面１３ｄに再度入射し、これを透過して、
反射されるＲ光ＲＰおよびＢ光ＢＰと合成される。

【００８４】偏光分離装置１２からのＳ偏光の白色光
は、ダイクロイック面１３ｄに入射し、反射されるＲ光
ＲSおよびＢ光ＢSと、透過するＧ光ＧSとに分解され
る。反射されたＲ光ＲS、Ｂ光ＢSは全反射ミラー１３ｇ
によって反射されて、ダイクロイック面１３ｄに再度入
射し、これにより再び反射される。ダイクロイック面１
３ｄを透過したＧ光ＧSは、１／２波長板１３ｅを透過
することによってＰ偏光に変換される。Ｐ偏光となった
Ｇ光ＧPは、全反射ミラー１３ｆによって反射されてダ
イクロイック面１３ｄに再度入射し、これを透過して、
反射されるＲ光ＲSおよびＢ光ＢSと合成される。

【００８５】したがって、偏光分離装置１２からのＰ偏
光は光ＲP、ＧS、ＢPに変換され、Ｓ偏光は光ＲS、Ｇ
P、ＢSに変換される。特定波長域偏光変換装置１３に入
射するＰ偏光とＳ偏光の進行方向には角度差があり、上
記構成ではこの角度差に変化が生じないから、２組の光
ＲP、ＧS、ＢPおよび光ＲS、ＧP、ＢSは入射時と同じ角
度差で特定波長域偏光変換装置１３から出射することに
なる。

【００８６】収束光学系１４は単一の集光レンズで構成
されており、入射する２組の光ＲP、ＧS、ＢPおよび光
ＲS、ＧP、ＢSを個別に収束させる。１／２波長板１５
は光ＲP、ＧS、ＢPの収束位置近傍に配置されており、
光ＲP、ＧS、ＢPは１／２波長板１５を透過することに
より光ＲS、ＧP、ＢSに変換されて、他方の組と同じ組
成となる。なお、収束光学系１４を複数のレンズで構成
するようにしてもよい。

【００８７】カレイドプリズム５１は断面が多角形の柱
状体であり、側壁の内面は全反射面とされている。カレ
イドプリズム５１は、一方の端面５１ａが収束光学系１
４の２つの収束位置の近傍に位置するように配置されて
おり、収束光学系１４により収束する２つの光は端面５
１ａ上に光源１１の像をそれぞれ形成する。光源像の光
は、カレイドプリズム５１の内部を進む間にその側面で
複数回反射し、略均一な強度分布となって他方の端面５
１ｂから出射する。したがって、照明光学系１０は、Ｓ
偏光のＲ光ＲS、Ｐ偏光のＧ光ＧP、Ｓ偏光のＢ光ＢSの
みを含み明るさにむらのない白色光を供給することがで
きる。

【００８８】リレー光学系６０は２つのレンズ６１ａ、
６１ｂより成る。レンズ６１ａはカレイドプリズムに近
接して配置されており、レンズ６１ｂは投射光学系２０
に近接して配置されている。リレー光学系６０は、液晶
パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの全面を照明するよう
に、カレイドプリズム５１からの光を導く。

【００８９】リレー光学系６０および全反射ミラー２１
により投射光学系２０に導き入れられた照明光学系１０
からの光は、クロスダイクロイックプリズム３０でＲ
光、Ｇ光、Ｂ光に色分解されて、各液晶パネル４０Ｒ、
４０Ｇ、４０Ｂの照明光となる。これらの照明光は各液
晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂで変調され反射され、
クロスダイクロイックプリズム３０で合成されて投射光
となる。

【００９０】前述のように、特定波長域の両端近傍の光
に対するダイクロイック面３０Ｇ、３０Ｂの特性は、Ｐ
偏光をほとんど透過させＳ偏光をほとんど反射するよう
に設定されている。特定波長域であるＧ光はＰ偏光のみ
となっているため、その短波長端や長波長端付近でも反
射されることなくダイクロイック面３０Ｇ、３０Ｂを透
過する。したがって、色分解や色合成に際して、Ｇ光は
ほとんど失われることがない。

【００９１】一方、特定波長域の両端近傍のＲ光および
Ｂ光は、それぞれ半分がＳ偏光、半分がＰ偏光となって
おり、Ｓ偏光のＲ光ＲSおよびＢ光ＢSの大部分はダイク
ロイック面３０Ｇ、３０Ｂで反射され、Ｐ偏光のＲ光Ｒ
PおよびＢ光ＢPの大部分はダイクロイック面３０Ｇ、３
０Ｂを透過する。すなわち、特定波長域の両端近傍のＲ
光およびＢ光については、ダイクロイック面３０Ｇ、３
０Ｂによる光の損失は、Ｇ光の両端の波長に対するダイ
クロイック面の透過率を５０％として全てＳ偏光の白色
光を入射させる従来の装置と同程度である。

【００９２】しかしながら、Ｇ光の損失がほとんどない
ため、投射表示装置２では、光の損を従来の略１／２に
抑えることができ、明るい画像を表示することができ
る。また、迷光の発生も略１／２になり、迷光に起因す
る画質の低下も大幅に抑制される。

【００９３】第３の実施形態の投射型画像表示装置３の
光学系の全体構成を、図１１の斜視図に示す。この投射
表示装置３は、第１の実施形態の投射表示装置１のクロ
スダイクロイックプリズム３０に代えて２つのダイクロ
イックミラー３１Ｒ、３１Ｂを備えて、２段階で光の色
分解おび色合成を行うようにするとともに、全反射ミラ
ー２１を省略して照明光をダイクロイックミラー３１Ｂ
に直接入射させるようにしたものである。

【００９４】照明光学系１０は、投射表示装置１のもの
と同様に、複屈折回折光学素子より成る偏光分離装置１
２、ダイクロイック面、１／４波長板および全反射ミラ
ーより成り、分離されたＰ偏光およびＳ偏光の白色光を
それぞれ光ＲP、ＧS、ＢPおよび光ＲS、ＧP、ＢSに変換
する特定波長域偏光変換分離装置１３、インテグレータ
の第１のレンズアレイを兼ねる収束光学系１４、インテ
グレータの第２のレンズアレイ１９、ならびに収束光学
系１４による光ＲP、ＧS、ＢPの収束位置近傍に設けら
れた１／２波長板１５を備えている。照明光学系１０
は、投射表示装置１のものと同様の光源、ＵＶ・ＩＲカ
ットフィルターおよび凹レンズも備えているがは、これ
らは図１１では他の構成要素の陰になっており、現れて
いない。

【００９５】ダイクロイックミラー３１ＲはＲ光を反射
してＧ光およびＢ光を透過させるものであり、ダイクロ
イックミラー３１ＢはＢ光を反射してＲ光およびＧ光を
透過させるものである。これらのダイクロイックミラー
３１Ｒおよび３１Ｂの特性は、投射表示装置１のダイク
ロイック面３０Ｒおよび３０Ｂと同じに設定されてい
る。

【００９６】ダイクロイックミラー３１Ｒ、３１Ｂは投
射光学系２０の光軸Ａｘに対して４５゜傾き、互いに垂
直になるように配置されている。液晶パネル４０Ｇは光
軸Ａｘに対して略垂直に、また、液晶パネル４０Ｒおよ
び４０Ｂはそれぞれダイクロイックミラー３１Ｒ、３１
Ｂで折り返された光軸Ａｘに対して略垂直に配置されて
おり、液晶パネル４０Ｇ、４０Ｒ、４０Ｂの中心を光軸
Ａｘまたは折り返された光軸Ａｘが通る。ダイクロイッ
クミラー３１Ｂから液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ
までの光路長は、全て等しく設定されている。

【００９７】照明光学系１０からの光ＲS、ＧP、ＢSは
ダイクロイックミラー３１Ｂに入射し、透過する光Ｒ
S、ＧPと反射される光ＢSとに分解される。ダイクロイ
ックミラー３１Ｂを透過した光ＲS、ＧPはダイクロイッ
クミラー３１Ｒに入射し、透過する光ＧPと反射される
光ＲSとに分解される。こうして色分解された光ＲS、Ｇ
P、ＢSは各液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの照明光
となり、各液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂで変調さ
れ反射される。液晶パネル４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂから
の反射光は、ダイロイックミラー３１Ｒ、３１Ｂで順次
合成されて投射光となり、投射光学系２０によって図外
のスクリーンに向けて拡大投射され、スクリーン上で結
像してカラー画像を表す。

【００９８】投射表示装置３においても、特定波長域で
あるＧ光の両端で偏光面が明確に反転するため、照明光
の色分解および投射光の色合成に際して光の損失がほと
んど発生しない。したがって、明るく質の高い画像を表
示することができる。

【００９９】また、通常、投射レンズには、色分解・色
合成用のダイクロイック面を通過する光線の角度が、軸
上と軸外で同じになるように、テレセントリック光学系
を用いる。テレセントリック光学系でない場合、ダイク
ロイック面の特性の変化により軸上と軸外で像の色合い
の異なる色むらが生じる。しかし、本発明の照明光学系
を用いれば、ダイクロイック面を通過する光線の角度が
軸上と軸外で異なる非テレセントリック光学系を用いて
も色むらは発生しない。非テレセントリック光学系を用
いた場合、投射光学系を小型化し得る等の利点がある。
なお、非テレセントリック光学系を用いる場合、液晶パ
ネルの直前にコンデンサレンズ等を置く必要がある。

【０１００】以上説明したように、本発明の照明光学系
は、ダイクロイック面で光の色分解を行うときに、光の
損失を防止することができる。したがって、透過型の液
晶パネルで光の変調を行う投射型画像表示装置にも適用
可能である。各実施形態に示した如く反射型の液晶パネ
ルで光の変調を行う投射型画像表示装置では、ダイクロ
イック面での光の色合成に際しても光の損失が防止され
るから、特に有用である。また、特定波長域と他の波長
域で偏光面が異なる光を供給するという特徴を備えた本
発明の照明光学系は、投射型画像表示装置に限らず、偏
光を用いる他の光学装置に適用して、その特徴を利用す
ることができる。

【０１０１】

【発明の効果】本発明の照明光学系によるときは、特定
の波長域でＰ偏光、他の波長域でＳ偏光の白色光、また
は特定の波長域でＳ偏光、他の波長域でＰ偏光の白色光
を供給することが可能になる。したがって、たとえば白
色光の色分解を行う光学装置では、特定の波長域と他の
波長域とに分解することで、偏光の特性の差を利用して
確実にかつ効率よく分解することができる。

【０１０２】特に、特定波長域偏光変換装置をダイクロ
イック面と１／４波長板と反射面で構成することで、簡
素で薄型の特定波長域偏光変換装置が得られ、しかも、
これをミラーの如く利用することができるから、照明光
学系全体を小型で簡素な構成とすることができる。

【０１０３】また、特定の波長域を緑色の波長域とする
と、Ｒ光の偏光面とＧ光の偏光面、Ｇ光の偏光面とＢ光
の偏光面をいずれも相違させることができる。したがっ
て、カラー画像を表示する装置のように白色光を分解し
てＲ、Ｇ、Ｂの３色の光を得るものでは、確実にかつ効
率よく色分解を行うことができる。分解後の３色光の合
成の効率もよい。

【０１０４】照明光学系にレンズアレイ方式のインテグ
レータを備えて、インテグレータの第１のレンズアレイ
を収束光学系として兼用する構成では、光学系の大型化
を招くことなく強度分布が均一な光を提供することが可
能になる。

【０１０５】また、本発明の投射型画像表示装置による
ときは、２つのダイクロイック面による光の分解および
合成における光量損失をほとんど無くすことができる。
これにより、表示する画像の明るさが向上し、また、迷
光の発生が防止されて、迷光に起因する表示画像の質の
低下が避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の照明光学系の原理を模式的に示す
図。

【図２】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の光学
系の全体構成を示す図。

【図３】 Ｇ光を透過させるダイクロイック面の分光透
過率を模式的に示す図。

【図４】 第１の実施形態の特定波長域偏光変換装置の
構成と、特定波長域偏光変換装置のＳ偏光およびＰ偏光
の白色光に対する作用を模式的に示す図。

【図５】 第１の実施形態の特定波長域偏光変換装置の
作用を受けたＳ偏光およびＰ偏光の白色光の分光分布を
模式的に示す図。

【図６】 第１の実施形態の特定波長域偏光変換装置を
構成するダイクロイック面の分光透過率を示す図。

【図７】 第１の実施形態の特定波長域偏光変換装置に
よって反射された光の分光強度分布を示す図。

【図８】 第１の実施形態のクロスダイクロイックプリ
ズムのＲ反射のダイクロイック面の分光透過率を示す
図。

【図９】 第１の実施形態のクロスダイクロイックプリ
ズムのＢ反射のダイクロイック面の分光透過率を示す
図。

【図１０】 第２の実施形態の投射型画像表示装置の光
学系の全体構成を示す図。

【図１１】 第３の実施形態の投射型画像表示装置の光
学系の全体構成を示す斜視図。

【図１２】 従来の投射型画像表示装置の光学系の構成
を示す図。

【図１３】 従来の投射型画像表示装置のクロスダイク
ロイックプリズムで発生する迷光を模式的に示す図。

【符号の説明】

１、２、３ 投射型画像表示装置 １０ 照明光学系 １１ 光源 １２ 偏光分離装置 １２ａ 回折格子基板 １２ｂ 液晶 １２ｃ 平行平板 １２ｄ 三角プリズム １２ｅ くさび型平板 １２ｆ 偏光分離面 １２ｇ 全反射面 １３ 特定波長域偏光変換装置 １３ａ ダイクロイック面 １３ｂ １／４波長板 １３ｃ 全反射ミラー １３ｄ ダイクロイック面 １３ｅ １／２波長板 １３ｆ、１３ｇ 全反射ミラー １４ 収束光学系 １５ １／２波長板 １６ リフレクタ １７ ＵＶ・ＩＲカットフィルタ １８ 凹レンズ １９ レンズアレイ ２０ 投射光学系 ３０ クロスダイクロイックプリズム ３０Ｒ、３０Ｂ ダイクロイック面 ３１Ｒ、３１Ｂ ダイクロイックミラー ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ 反射型液晶パネル ５１ カレイドプリズム ６０ リレー光学系

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ ５Ｃ０６０ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 金野 賢治 大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 AA02 AA39 AA63 BA05 BA06 BA07 BA42 BA45 BB03 BB61 BC22 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 EA47 HA11 HA13 HA15 HA20 HA24 HA25 HA28 MA04 2H091 FA05X FA10Z FA11Z FA14Z FA19Z FA26Z FA29Z FA41Z FC02 LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 CA05 DA05 5C058 EA00 EA11 EA12 EA13 EA51 5C060 BC01 EA01 GA01 HC00 HC09 HC12 HC14 HC20 HD02 JB06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏光面が無秩序な白色の光を発する光
   源、 前記光源からの光を、互いに垂直な偏光面を有し進行方
   向に角度差のある第１および第２の光に分離する偏光分
   離装置、 前記進行方向の角度差を維持したまま、前記第１および
   第２の光に含まれる特定の波長域の光のみの偏光面を回
   転させる特定波長域偏光変換装置、 前記特定波長域偏光変換装置からの前記第１および第２
   の光をそれぞれ第１および第２の収束位置に収束させる
   収束光学系、および前記第１および第２の収束位置の少
   なくともいずれか一方の近傍に配置され、前記第１また
   は第２の光の偏光面を回転させる１／２波長板を備える
   ことを特徴とする照明光学系。
2. 【請求項２】 前記特定波長域偏光変換装置は、前記特
   定の波長域の光を透過させ前記特定の波長域以外の光を
   反射するダイクロイック面、前記特定の波長域の光に対
   する１／４波長板、および前記ダイクロイック面を透過
   した光を反射する反射面をこの順に配置して成り、光を
   前記ダイクロイック面側から入射させて前記ダイクロイ
   ック面側に射出することを特徴とする請求項１に記載の
   照明光学系。
3. 【請求項３】 前記偏光分離装置は、互いに垂直な偏光
   面を有する２つの偏光の一方を反射し他方を透過させる
   偏光分離面、および前記偏光分離面に対して傾けて配置
   され前記偏光分離面を透過した偏光を反射する反射面よ
   り成ることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
4. 【請求項４】 前記偏光分離装置は、表面にブレーズ型
   回折格子が形成された第１の媒質、および複屈折性を有
   し前記ブレーズ型回折格子に密着して配置された第２の
   媒質より成ることを特徴とする請求項１に記載の照明光
   学系。
5. 【請求項５】 前記特定の波長域は緑色の波長域である
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
6. 【請求項６】 レンズアレイ方式のインテグレータを備
   え、前記インテグレータの第１のレンズアレイを前記収
   束光学系とし、前記インテグレータの第２のレンズアレ
   イの近傍を前記第１および第２の収束位置とすることを
   特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の照明光学系、３つの反
   射型液晶パネル、前記照明光学系から供給される光を前
   記特定の波長域の光と前記特定の波長域以外の２つの波
   長域の光とに分解し、分解後の３つの光を前記３つの反
   射型液晶パネルに個別に導き、前記３つの反射型液晶パ
   ネルによって反射された光を合成する２つのダイクロイ
   ック面、および前記２つのダイクロイック面によって合
   成された光を投射する投射光学系を備えることを特徴と
   する投射型画像表示装置。