JP2002303825A - 色分離装置，色合成装置，色分離合成装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混
色を低減し、各分離光の色純度を向上させること。 【解決手段】 所定波長域の光を透過し、他の波長域の
光を反射して、光を複数の波長域に分離する色分離プリ
ズム６と、平面偏光を入力し、該平面偏光の所定波長域
または他の波長域の偏光面を回転させ、その光を色分離
プリズム６に射出することによって、色分離プリズム６
に入射する光のうち、所定波長域の光を色分離プリズム
６の色分離面に対するＰ偏光とし、他の波長域の光を色
分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換器５と、
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光源からの光を
複数の波長域ごとの光に分離する色分離装置、複数の波
長域ごとの光を合成する色合成装置、光源からの光を複
数の波長域ごとの光に分離し、分離した光を合成する色
分離合成装置、および光源からの光を複数の波長域ごと
の光に分離し、分離した各光を変調して画像を生成し、
その画像をスクリーンなどの投写面上に投写するプロジ
ェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロジェクタとして、たとえば、
ダイクロイックミラーを用いて色分離を行うものが知ら
れている。図１８は、従来のプロジェクタの構成を示す
平面図である。このプロジェクタは、光源８１と、第１
のレンズアレイ８２と、第２のレンズアレイ８３と、重
畳レンズ８４と、反射ミラー８５，８９，９１ａおよび
９１ｂと、色分離ダイクロイックミラー８６および８７
と、入射側偏光板９４ａ，９４ｂおよび９４ｃと、透過
型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃと、射出側偏
光板９６ａ，９６ｂおよび９６ｃと、クロスダイクロイ
ックプリズム９８と、投写レンズ９９と、を備えてい
る。

【０００３】光源８１は、第１のレンズアレイ８２の入
射面側に配置される。投写レンズ９９は、クロスダイク
ロイックプリズム９８の射出面側に配置される。レンズ
アレイ８２，８３および重畳レンズ８４は、３枚の透過
型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃを均一に照ら
す均一照明光学系を構成する。

【０００４】光源８１から射出された非偏光な光は、第
１のレンズアレイ８２の複数の小レンズによって、複数
の部分光束に分割されるとともに第２のレンズアレイ８
３の複数の小レンズの近傍に集光される。第２のレンズ
アレイ８３から射出された複数の部分光束は、重畳レン
ズ８４によって透過型液晶パネル９５（透過型液晶パネ
ル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃ）上で重畳される。これ
により、この均一照明光学系は、透過型液晶パネル９５
を均一に照らすことができる。

【０００５】反射ミラー８５は、重畳レンズ８４から射
出された光束をダイクロイックミラー８６の方向に導
く。ダイクロイックミラー８６は、重畳レンズから射出
される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色
光成分と緑色光成分とを反射する。ダイクロイックミラ
ー８６を透過した赤色光は、反射ミラー９１ｂで反射さ
れ、入射側偏光板９４ｂを通って赤色光用の透過型液晶
パネル９５ｂに達する。

【０００６】また、ダイクロイックミラー８６で反射さ
れた青色光および緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロ
イックミラー８７によって反射され、平行化レンズ９２
ｃを通り、入射側偏光板９４ｃを通って緑色光用の透過
型液晶パネル９５ｃに達する。一方、青色光は、ダイク
ロイックミラー８７を透過し、反射ミラー８９，９１ａ
を通り、入射側偏光板９４ａを通って青色光用の透過型
液晶パネル９５ａに達する。

【０００７】三つの透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂお
よび９５ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調
され、各色光の画像を形成する。透過型液晶パネル９５
ａ，９５ｂ，９５ｃからそれぞれ射出された変調光は、
射出側偏光板９６ａ，９６ｂ，９６ｃをそれぞれ通って
クロスダイクロイックプリズム９８に入射する。

【０００８】クロスダイクロイックプリズム９８は、３
色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光
学系としての機能を有している。３色の変調光は、クロ
スダイクロイックプリズム９８によって合成され、カラ
ー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダ
イクロイックプリズム９８で生成された合成光は、投写
レンズ９９の方向に射出される。投写レンズ９９は、こ
の合成光を図示しないスクリーンなどの投写面上に投写
する機能を有し、図示しないスクリーンなどの投写面上
にカラー画像を表示する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のプロ
ジェクタの色分離光学系に用いられるダイクロイックミ
ラー８６，８７は、主光軸に対して４５度に傾けて配置
される。そのため、ダイクロイックミラー８６，８７は
入射角が４５度の光に対して所望の色分離特性が得られ
るように設計されている。したがって、ダイクロイック
ミラー８６，８７に入射する光が全て４５度であれば、
すなわち主光軸に対して全て平行な光がダイクロイック
ミラー８６，８７に入射すれば、所望の色分離を行うこ
とができる。しかし、４５度以外の入射角の光が入射す
る場合、ダイクロイックミラー８６，８７の分光特性は
入射角依存性を有するため、所望の色分離を行うことが
できない。

【００１０】しかしながら、このプロジェクタでは、レ
ンズアレイ８３の集光レンズに集光された各部分光束が
発散しつつ、液晶パネル９５ａ，９５ｂ，９５ｃの方に
導かれる。よって、図１９に示すように、ダイクロイッ
クミラー８６，８７の色分離面に対し、４５度±αの範
囲の入射角を有する発散光が入射することになる。図２
０に示すように、４５度の入射角の光に対する分光特
性、４５度＋αの入射角の光に対する分光特性、および
４５度−αの入射角の光に対する分光特性では、反射波
長域と透過波長域とを分ける分離境界波長（カットオフ
波長）が異なる。

【００１１】したがって、均一照明光学系による発散光
が入射した場合、入射角度ごとによってカットオフ波長
が異なるため、この発散光に対するダイクロイックミラ
ー８６，８７の見かけ上の反射率および透過率の曲線は
なだらかなものとなり、図２１に示すように、ダイクロ
イックミラー８６，８７で反射されるべき波長の光が透
過され、透過されるべき波長の光が反射されて混色が発
生する。たとえば、赤色光を透過し、シアン光を反射す
るダイクロイックミラー８６では、赤色光に対して短波
長側の波長域の光が多く混色して黄色っぽい赤色光が透
過され、シアン光に対して長波長側の波長域の光が多く
混色して白色に近いシアン光が反射されてしまう。この
ような混色が発生すると、各分離光の色純度が低下し、
投写画像の色再現性が低下するとともに色むらが発生す
る。

【００１２】一方、この混色を低減し、各色光の色純度
を高める他の従来のプロジェクタとして、色合成する直
前にカラーフィルタを配置したプロジェクタが知られて
いる。このプロジェクタでは、カラーフィルタによって
余分な波長域の光をカットし、各色光の色純度を高める
ことが可能となる。しかしながら、余分な波長域の光を
カットするため、カットした分の光エネルギーの損失が
発生する。また、前述したようなダイクロイックミラー
の分光特性の入射角依存性は、クロスダイクロイックプ
リズム９８においても問題となる。すなわち、クロスダ
イクロイックプリズム９８に入射した光が入射角依存性
の影響を受けると、本来、投写レンズ９９側へ反射（ま
たは透過）されるべき光が反射（または透過）されなく
なる可能性がある。このような現象が発生すると、光の
利用効率が落ちてしまい、投写画像の明るさが低下して
しまうこととなる。

【００１３】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低
減し、各分離光の色純度を向上させること、また、これ
によって投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図
ることを目的とする。また、本発明は、色合成における
光の利用効率を向上させ、これによって投写画像の明る
さの向上を図ることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の色分離装置は、所定波長域の光を透過
し、他の波長域の光を反射して、光を複数の波長域に分
離する色分離手段と、前記所定波長域または前記他の波
長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入
射する光のうち、前記所定波長域の光を前記色分離手段
の色分離面に対するＰ偏光とし、前記他の波長域の光を
前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手
段と、を具備するものである。

【００１５】上記第１の色分離装置によれば、色分離手
段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性
の影響を低減することが可能となり、反射すべき光と透
過すべき光、双方の特性を向上させることが可能とな
る。よって、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を
抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光
の色純度を向上させることができる。

【００１６】上記第１の色分離装置では、特に、色選択
性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光の
カットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長
域に含まれるようにすることが好ましい。

【００１７】このようにすれば、より確実に上述した効
果を得ることが可能となるからである。

【００１８】また、本発明の色合成装置は、第１の波長
域の光を透過し、前記第１の波長域とは異なる第２の波
長域の光を反射して、これらの光を合成する色合成手段
と、前記色合成手段に入射する前記第１の波長域の光ま
たは前記第２の波長域の光のうち、前記色合成手段の色
合成面に対するＳ偏光の光をＰ偏光の光に変換する色選
択性偏光変換手段と、を具備するものである。

【００１９】上記第１の色合成装置によれば、色合成手
段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性
の影響を低減することが可能となり、反射すべき光や透
過すべき光の損失を防ぐことが可能となる。よって、色
合成における光の利用効率を向上させることができる。

【００２０】上記第１の色合成装置では、特に、色選択
性偏光変換手段の偏光境界波長が色合成手段のＰ偏光の
カットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長
域に含まれるようにすることが好ましい。

【００２１】このようにすれば、より確実に上述した効
果を得ることが可能となるからである。

【００２２】また、本発明第１の色分離合成装置は、上
記の色分離装置と、前記色分離手段と略一致する分光特
性を有し、前記色分離手段が分離した光を合成する色合
成手段と、を具備するものである。

【００２３】上記第１の色分離合成装置によれば、上記
の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さ
らに、その効果を色合成においても再生することが可能
となる。よって、上記第１の色分離合成装置をプロジェ
クタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色
むらの低減を図ることが可能となる。

【００２４】また、本発明第２の色分離合成装置は、上
記の色分離装置と、色合成装置と、を具備し、前記色分
離装置が分離した光を前記色合成手段が合成するもので
ある。

【００２５】上記第２の色分離合成装置によれば、上記
の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可
能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジ
ェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や
色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能と
なる。

【００２６】上記第２の色分離合成装置によれば、上記
の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可
能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジ
ェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や
色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能と
なる。

【００２７】また、本発明第３の色分離合成装置は、上
記第１の色分離装置が分離した光を前記色分離装置が具
備する前記色分離手段で合成するものである。この第３
の色分離合成装置にあっては、第１の色分離装置が光を
複数の波長域に分離し、前記色分離装置が具備する色分
離手段で光を合成する。上記第３の色分離合成装置によ
れば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能
である。さらに、その効果を色合成においても再生する
ことが可能となる。よって、上記第３の色分離合成装置
をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性
の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。

【００２８】また、本発明第１のプロジェクタは、光源
からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成
し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記光
源からの光を分離する上記の色分離装置と、前記色分離
装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備する
ものである。

【００２９】上記第１のプロジェクタによれば、上記の
色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さら
に、その効果を色合成においても再生することが可能と
なる。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低
減を図ることが可能となる。

【００３０】また、本発明第２のプロジェクタは、光源
からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成
し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記分
離された光を変調する光変調手段と、前記光変調手段が
変調した光を合成する上記の色合成装置と、を具備する
ものである。

【００３１】上記第２のプロジェクタによれば、上記の
色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能
である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの
低減を図ることができるともに、光利用効率の向上によ
り明るい投写画像を得ることが可能となる。

【００３２】また、本発明第３のプロジェクタは、光源
からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成
し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第
１または第２の色分離合成装置と、前記色分離装置の後
段、かつ前記色合成手段または前記色合成装置の前段に
設けられ、前記色分離装置が分離した光を変調する光変
調手段と、を具備するものである。

【００３３】上記第３のプロジェクタによれば、上記第
１または第２の色分離合成装置と同様の効果を得ること
が可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色
むらの低減を図ることができ、また、光利用効率の向上
により明るい投写画像を得ることが可能となる。

【００３４】また、本発明第４のプロジェクタは、光源
からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成
し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第
３の色分離合成装置と、前記色分離装置が分離した光を
変調する光変調手段と、を具備し、前記光変調手段が変
調した光を前記色分離装置の具備する色分離手段によっ
て合成するものである。上記第４のプロジェクタによれ
ば、上記第３の色分離合成装置と同様の効果を得ること
が可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色
むらの低減を図ることが可能となる。

【００３５】また、本発明第５のプロジェクタは、光源
からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成
し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、第１の
波長域の光を透過し、前記第１の波長域に比して波長が
短い第２の波長域および前記第１の波長域に比して波長
が長い第３の波長域の光を反射して、光を三つの波長域
に分離する色分離手段と、前記光源による光を直線偏光
に変換する偏光変換手段と、前記偏光変換手段が変換し
た前記直線偏光のうち前記第１の波長域または前記第２
の波長域および前記第３の波長域の偏光面を回転させる
ことで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記第１
の波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏
光とし、前記第２の波長域および前記第３の波長域の光
を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換
手段と、前記色分離手段によって分離された光を変調す
る三つの変調手段と、を具備するものである。

【００３６】上記第５のプロジェクタによれば、ほぼ連
続する３つの波長域に光を分離する場合において、色分
離手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依
存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光
と透過すべき光、双方の特性を効率よく向上させること
が可能となる。よって、反射すべき光、透過すべき光双
方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことがで
き、各分離光の色純度を向上させることができる。その
結果、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図る
ことが可能となる。

【００３７】上記第５のプロジェクタでは、特に、色選
択性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光
のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波
長域に含まれるようにすることが好ましい。

【００３８】このようにすれば、より確実に上述した効
果を得ることが可能となるからである。

【００３９】前記色分離手段は、クロスダイクロイック
プリズムまたはクロスダイクロイックミラーによって構
成することが好ましい。

【００４０】このように構成すれば、プロジェクタの小
型化、ならびにその光学系の簡素化を計ることができ
る。

【００４１】また、上記第５のプロジェクタは、さら
に、前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記
光変調手段が変調した光を合成する色合成手段を具備す
ることが好ましい。

【００４２】このような構成とすれば、色合成手段にお
ける入射角度依存性の影響をも低減することが可能とな
り、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可
能となる。よって、色合成における光の利用効率を向上
させることができ、明るい投写画像を得ることが可能と
なる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態
を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この
実施の形態によってこの発明が限定されるものではな
い。

【００４４】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図
である。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学
系１９と、色選択性偏光変換器５と、色分離手段として
のクロスダイクロイックプリズム６と、リレー光学系を
構成するレンズ７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１
ｂと、フィールドレンズ１１ｃと、反射ミラー８ａ，８
ｂ，１０ａおよび１０ｂと、λ／２位相差板１２ａ，１
２ｂおよび１６と、入射側偏光板１３ａ，１３ｂおよび
１３ｃと、透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４
ｃと、射出側偏光板１５ａ，１５ｂおよび１５ｃと、色
合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム１７
と、投写レンズ１８と、を備えている。

【００４５】図２は、図１に示した光源１および均一照
明光学系１９の概略構成を示す平面図である。均一照明
光学系１９は、第１のレンズアレイ２と、第２のレンズ
アレイ２１と、遮光板２２と、偏光変換素子アレイ２３
と、重畳レンズ４と、を備える。

【００４６】なお、図２は、説明を容易にするために、
主要な構成要素のみを示している。光源１は、光源ラン
プ１ａと凹面鏡１ｂとを備える。光源ランプ１ａから射
出された放射状の光線（放射光）は、凹面鏡１ｂによっ
て反射されて略平行な光線束としてレンズアレイ２の方
向に射出される。光源ランプ１ａとしては、たとえば、
ハロゲンランプ，メタルハライドランプ，高圧水銀ラン
プ等を用いることができる。凹面鏡１ｂは、放物面鏡で
あるが、楕円鏡と平行化レンズとを組み合わせたものに
置き換えてもよい。なお、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂ
は、ここに挙げたものに限らない。

【００４７】光源１から射出された光は、レンズアレイ
２の複数のレンズ２ａによって、複数の部分光束２０に
分割される。 図３（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示し
たレンズアレイ２の概略構成を示す正面図および側面図
である。レンズアレイ２は、矩形状の輪郭を有する微小
な小レンズ２ａが、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマ
トリクス状に配列されたものである。レンズ横方向中心
からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列の小レンズ２ａの
列が存在する。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。
各小レンズ２ａを光の進行方向から見た外形形状は、透
過型液晶パネル１４（透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂ
および１４ｃ）の形状とほぼ相似形をなすように設定さ
れている。たとえば、透過型液晶パネル１４の画像形成
領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３で
あるならば、各小レンズ２ａのアスペクト比も４：３に
設定される。

【００４８】第１のレンズアレイ２によって分割された
部分光束は、第２のレンズアレイ２１の複数のレンズ２
１ａによって後述する偏光ビームスプリッタアレイ２４
の偏光分離膜２７上に集光されるように導かれる。レン
ズアレイ２１は、レンズアレイ２と同様な構成を有す
る。なお、レンズアレイ２および２１のレンズの向き
は、光の進行方向あるいはその逆の方向のどちらを向い
ていてもよい。また、図２に示すようにお互いに異なる
方向を向いていてもよい。なお、レンズアレイ２１は、
レンズアレイ２と必ずしも同様な構成とする必要はな
く、また、光源１から射出される光が平行性に優れてい
る場合には、省略することも可能である。

【００４９】第２のレンズアレイ２１から射出された各
部分光束２０は、偏光変換素子アレイ２３によって１種
類の直線偏光に変換される。偏光変換素子アレイ２３で
は、図２に示すように二つの偏光変換素子アレイ２３ａ
および２３ｂが光軸ＬＡを挟んで対称な向きに配置され
ている。図４は、図２に示した偏光変換素子アレイ２３
ａの概略構成を示す斜視図である。偏光変換素子アレイ
２３ａは、偏光ビームスプリッタアレイ２４と、偏光ビ
ームスプリッタアレイ２４の光射出面の一部に選択的に
配置されたλ／２位相差板２５（図４中斜線で示す）
と、を備えている。偏光ビームスプリッタアレイ２４
は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部
材２６が、順次貼り合わされた形状を有している。透光
性部材２６の界面には、偏光分離膜２７と反射膜２８と
が交互に形成されている。λ／２位相差板２５は、偏光
分離膜２７による透過光あるいは反射膜２８による反射
光の射出面に選択的に貼り付けられる。この例では、偏
光分離膜２７による透過光の射出面にλ／２位相差板２
５を貼り付けている。

【００５０】図５は、実施の形態１にかかる偏光変換素
子アレイ２３ａの偏光変換の原理を説明する説明図であ
る。まず、偏光変換素子アレイ２３ａの入射面に、ラン
ダムな偏光方向を持つ光が入射する。

【００５１】この入射光は、偏光分離膜２７によってＳ
偏光とＰ偏光とに分離される。Ｓ偏光は、偏光分離膜２
７によってほぼ垂直に反射され、反射膜２８によってさ
らに反射されて射出される。一方、Ｐ偏光は、偏光分離
膜２７をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したＰ偏
光が射出される射出面には、λ／２位相差板２５が配置
されており、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、λ／２位
相差板２５によってＳ偏光に変換されて射出される。し
たがって、偏光変換素子アレイ２３ａを通過した光は、
そのほとんどがＳ偏光となって射出される。また、偏光
変換素子アレイ２３ａから射出される光をＰ偏光とした
い場合は、λ／２位相差板２５を、反射膜２８によって
反射されたＳ偏光が射出される射出面に配置すればよ
い。

【００５２】偏光変換素子アレイ２３ｂは偏光変換素子
アレイ２３ａと同様の構成および機能を有する。

【００５３】図６は、図２に示した遮光板２２の概略構
成を示す説明図である。遮光板２２は、二つの偏光変換
素子アレイ２３ａおよび２３ｂの入射面のうち、偏光分
離膜２７に対応する入射面にのみ、光が入射するよう
に、略矩形状の板状体に開口部２２ａを設けた構成を有
している。

【００５４】偏光変換素子アレイ２３から射出された複
数の部分光束２０は、重畳レンズ４によって透過型液晶
パネル１４上で重畳される。均一照明光学系１９は、以
上のような構成によって透過型液晶パネル１４を均一に
かつ１種類の偏光で照らすことができる。なお、この例
では、集光レンズ２１と重畳レンズ４とを別々の構成と
しているが、集光レンズ２１を構成する複数の小レンズ
２１ａの一部または全部を偏心レンズとすることによっ
て、集光レンズ２１に重畳レンズ４の機能を併せ持つよ
うにしてもよい。この場合、集光レンズ２１を配置する
位置は、図１における集光レンズ２１の位置、または重
畳レンズ４の位置のいずれでもよい。

【００５５】重畳レンズ４から射出された光は、色選択
性偏光変換器５に入射する。色選択性偏光変換器５は、
入射光の所定波長域の偏光面のみを９０度回転させる板
状の光学要素である。この所定波長域は自由に設定する
ことができる。ここでは、所定波長域として緑色波長域
が設定されている。このような色選択性偏光変換器５と
しては、たとえば、位相差フィルムを積層したＣｏｌｏ
ｒ Ｓｗｉｔｃｈ（Ｃｏｌｏｒ ｌｉｎｋ社の登録商
標）が知られている。色選択性偏光変換器５は、入射角
依存性が小さく、偏光面を回転させる偏光面回転波長域
と偏光面を回転させない偏光面非回転波長域との間の変
換特性の曲線の傾きが急峻である。さらに、この例で
は、色選択性偏光変換器５が入射光束の略中心軸である
主光軸に対して垂直に配置されているので、色選択性偏
光変換器５の入射角依存性はいっそう小さくなる。

【００５６】ここで、偏光面回転波長域とは、変換率が
５０％以上となる波長域、すなわち変換光の光量が非変
換光の光量以上となる波長域である。また、偏光面非回
転波長域とは、変換率が５０％未満となる波長域、すな
わち変換光の光量が非変換光の光量未満となる波長域で
ある。この場合、偏光面回転波長域と偏光面非回転波長
域とを分ける偏光境界波長（カットオフ波長）は、変換
率が５０％となる波長、すなわち変換光の光量と非変換
光の光量とが等しくなる波長域となる。色選択性偏光変
換器５の一方のカットオフ波長λ１は、青色波長域と緑
色波長域との境界の波長に設定され、他方のカットオフ
波長λ２は、緑色波長域と赤色波長域との境界の波長に
設定される。

【００５７】すなわち、色選択性偏光変換器５は、クロ
スダイクロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色
波長域の緑色光がクロスダイクロイックプリズム６の色
分離面に対するＰ偏光となり、青色波長域および赤色波
長域の青色光および赤色光がクロスダイクロイックプリ
ズム６の色分離面に対するＳ偏光となるように偏光を制
御する。図７に示すように、重畳レンズ４からのＳ偏光
の白色光が色選択性偏光変換器５に入射すると、緑色波
長域の緑色光がＰ偏光に変換されて出力される。そし
て、クロスダイクロイックプリズム６には、色分離面に
対するＳ偏光の青色光および赤色光と色分離面に対する
Ｐ偏光の緑色光とが入射する。

【００５８】なお、図７では、説明を簡単にするため
に、可視波長域で一定の光量となる矩形の波長特性を有
する光が色選択性偏光変換器５に入射する場合を示して
いる。クロスダイクロイックプリズム６は、色選択性偏
光変換器５から射出される光を、赤，緑，青の３色の色
光に分離する機能を有している。クロスダイクロイック
プリズム６には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青
色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズム
の界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多
層膜によって、色選択性偏光変換器５から射出される光
のうち緑色光成分が透過され、青色光成分と赤色光成分
とがそれぞれ左右に反射される。

【００５９】ここで、一般に、ダイクロイックプリズム
やダイクロイックミラー等のダイクロイック光学要素
は、入射光が色分離面に対してＰ偏光であるかＳ偏光で
あるかによって、異なる分光特性を有する。図８
（Ａ），（Ｂ）および図９（Ａ），（Ｂ）は、一般的な
ダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分
光特性を示す図である。ダイクロイック光学要素の色分
離面に対して同じ角度からＰ偏光およびＳ偏光が入射し
た場合、Ｐ偏光はＳ偏光に比して透過の特性が強くなる
ようにカットオフ周波数がシフトし、Ｓ偏光はＰ偏光に
比して反射の特性が強くなるようにカットオフ波長がシ
フトする。

【００６０】したがって、Ｐ偏光に対する透過波長域
は、Ｓ偏光に対する透過波長域に比して広くなる。すな
わち、長波長域の光を透過し、短波長域の光を反射する
色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過波長域がＳ偏光
に対する透過波長域に比して短波長方向に広がる（図８
（Ａ）参照）。また、短波長域の光を透過し、長波長域
の光を反射する色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過
波長域がＳ偏光に対する透過波長域に比して長波長方向
に広がる（図９（Ａ）参照）。また、ダイクロイック光
学要素では、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対す
る反射波長域に比して広くなる。

【００６１】すなわち、長波長域の光を透過し、短波長
域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ偏光に対する反
射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して長波長方
向に広がる（図８（Ｂ）参照）。また、短波長域の光を
透過し、長波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ
偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に
比して短波長方向に広がる（図９（Ｂ）参照）。なお、
透過波長域とは、色分離面が光を透過する波長域であ
り、たとえば、透過率が５０％以上となる波長域、すな
わち、透過光の光量が反射光の光量以上となる波長域で
ある。一方、反射波長域とは、色分離面が光を反射する
波長域であり、たとえば、反射率が５０％以上となる波
長域、すなわち、反射光の光量が透過光の光量以上とな
る波長域である。なお、ここで述べた長波長域と短波長
域は特定の波長域を示すものではなく、両者を比して示
したものである。

【００６２】図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態
１にかかるクロスダイクロイックプリズム６のＰ偏光お
よびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。なお、ク
ロスダイクロイックプリズム６は色分離面を二つ有する
が、ここでは、これらの二つの色分離面の分光特性を一
つの分光特性として図示している。この分光特性では、
色分離面に対するＰ偏光の透過波長域がＳ偏光の透過波
長域に比して長波長および短波長方向に広がり（図１０
（Ａ）参照）、Ｓ偏光の反射波長域がＰ偏光の透過波長
域に比して長波長および短波長方向に広がる（図１０
（Ｂ）参照）。また、クロスダイクロイックプリズム６
の色分離面に対する入射角によっても反射波長域および
透過波長域が変化する。

【００６３】すなわち、クロスダイクロイックプリズム
６の色分離面に対し、４５度±αの範囲の入射角を有す
る発散光が入射する場合、主光軸に対する設定角度（主
光軸と色分離面の法線とのなす角度）である４５度の入
射角の光に対する分光特性、４５度＋αの入射角の光に
対する分光特性、および４５度−αの入射角の光に対す
る分光特性では、反射波長域と透過波長域とを分ける分
離境界波長（カットオフ波長）が異なるものとなる。

【００６４】クロスダイクロイックプリズム６の特性
は、たとえば、４５度の入射角を有するＰ偏光に対する
カットオフ波長λ_３ＰとＳ偏光に対するカットオフ波長
λ_３Ｓとの間の波長域λ３に色選択性偏光変換器５のカ
ットオフ波長λ１が含まれるように、また、４５度の入
射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長λ_４ＰとＳ
偏光に対するカットオフ波長λ_４Ｓとの間の波長域λ４
に色選択性偏光変換器５のカットオフ波長λ２が含まれ
るように設定される。好ましくは、波長域λ３の略中央
の波長が波長λ１となり、波長域λ４の略中央の波長が
波長λ２となるように設定される。これにより、図１１
に示すように、カットオフ波長λ１とカットオフ波長λ
２との間のＰ偏光の緑色光がクロスダイクロイックプリ
ズム６の透過波長域内で効率よく透過される。また、図
１２に示すように、カットオフ波長λ１に比して短い波
長のＳ偏光の青色光およびカットオフ波長λ２に比して
長い波長のＳ偏光の赤色光がクロスダイクロイックプリ
ズム６の反射波長域内で効率よく反射される。

【００６５】このように色選択性偏光変換器５およびク
ロスダイクロイックプリズム６の特性を設定することに
よって、クロスダイクロイックプリズム６の入射角依存
性の影響を低減し、反射すべき波長域の光の反射率を高
め、透過すべき波長域の光の透過率を高めることがで
き、分離光の混色を低減することができる。なお、色選
択性偏光変換器５は、クロスダイクロイックプリズム６
と偏光変換素子アレイ２３との間であれば、どこに配置
してもよく、たとえば、重畳レンズ４の前段に配置して
もよい。また、クロスダイクロイックプリズム６に入射
する緑色光がＰ偏光となり、赤色光および青色光がＳ偏
光となるならば、赤色域および青色域の偏光面を回転さ
せてもよい。この場合は、偏光変換素子アレイ２３から
射出される光がＰ偏光となるように、λ／２位相差板２
５の配置を変えればよい。

【００６６】クロスダイクロイックプリズム６の色分離
面で反射された赤色光は、レンズ７ｂを通り、反射ミラ
ー８ｂで反射され、レンズ９ｂを通り、反射ミラー１０
ｂで反射され、レンズ１１ｂを通り、λ／２位相差板１
２ｂによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル
１４ｂの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板１
３ｂを通って赤色光用の透過型液晶パネル１４ｂに達す
る。レンズ７ｂ，９ｂ，１１ｂは、リレー光学系を構成
するレンズである。また、レンズ１１ｂは、重畳レンズ
４から射出された各部分光束２０をその中心軸に対して
平行な光束に変換する機能も有している。

【００６７】一方、クロスダイクロイックプリズム６の
色分離面で反射された青色光は、レンズ７ａを通り、反
射ミラー８ａで反射され、レンズ９ａを通り、反射ミラ
ー１０ａで反射され、レンズ１１ａを通り、λ／２位相
差板１２ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶
パネル１４ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏
光板１３ａを通って青色光用の透過型液晶パネル１４ａ
に達する。また、クロスダイクロイックプリズム６を透
過した緑色光は、レンズ１１ｃを通り、入射側偏光板１
３ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル１４ｃに達す
る。レンズ７ａ，９ａ，１１ａは、レンズ７ｂ，９ｂ，
１１ｂと同様、リレー光学系を構成するレンズである。
また、レンズ１１ａと１１ｃは、レンズ１１ｂと同様の
機能を有している。

【００６８】なお、青色光および赤色光の光路に、リレ
ー光学系が用いられているのは、青色光および赤色光の
光路の長さが緑色光の光路の長さに比して長いため、光
の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためであ
る。すなわち、レンズ７ａおよび７ｂに入射した部分光
束２０をそのままレンズ１１ａおよび１１ｂに伝えるた
めである。三つの透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよ
び１４ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたが
って入射光を変調する光変調装置としての機能を有して
いる。これにより、三つの透過型液晶パネル１４ａ，１
４ｂおよび１４ｃに入射した各色光は、与えられた画像
情報に従って変調される。

【００６９】透過型液晶パネル１４ａおよび１４ｂから
それぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光
は、射出側偏光板１５ａおよび１５ｂをそれぞれ通って
クロスダイクロイックプリズム１７に入射する。また、
透過型液晶パネル１４ｃから射出された緑色の変調光
は、射出側偏光板１５ｃを通り、λ／２位相差板１６に
よって偏光面が９０度回転し、クロスダイクロイックプ
リズム１７に入射する。ここで、投写画像の形成に関係
のない光はＰ偏光となって射出側偏光板１５ａ，１５ｂ
および１５ｃに吸収される。

【００７０】クロスダイクロイックプリズム１７は、３
色の変調光を合成してカラー画像を形成する機能を有し
ている。クロスダイクロイックプリズム１７には、赤色
光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体
多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形
成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変
調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光
が形成される。クロスダイクロイックプリズム１７で生
成された合成光は、投写レンズ１８の方向に射出され
る。投写レンズ１８は、この合成光を図示しないスクリ
ーンなどの投写面上に投写する機能を有する。

【００７１】本実施の形態では、クロスダイクロイック
プリズム１７による合成の効率を上昇させるために、ク
ロスダイクロイックプリズム１７によって透過される緑
色光は、クロスダイクロイックプリズム１７の色合成面
に対するＰ偏光とされ、クロスダイクロイックプリズム
１７によって反射される青色光および赤色光は、クロス
ダイクロイックプリズム１７の色合成面に対するＳ偏光
とされている。ここで、クロスダイクロイックプリズム
１７の分光特性とクロスダイクロイックプリズム６の分
光特性とは、必ずしも一致させる必要はない。しかし、
これらの分光特性を略一致させることによって、クロス
ダイクロイックプリズム６において角度依存性の影響を
低減させた効果と同じように、クロスダイクロイックプ
リズム１７の入射角依存性の影響を低減し、光利用効率
の向上を図ることができる。

【００７２】前述した例では、クロスダイクロイックプ
リズム６によって光を分離していたが、クロスダイクロ
イックプリズム６に代えて他のダイクロイック光学要素
を用いて光を分離してもよい。たとえば、図１３に示す
ように、二つのダイクロイックミラーを交差させたクロ
スダイクロイックミラー３１を用いてもよいし、図１４
に示すように、二つのダイクロイックミラー３２および
３３を用いてもよい。これらのダイクロイック光学要素
を用いる場合も、クロスダイクロイックプリズム１７の
分光特性とこれらのダイクロイック光学要素の分光特性
とが略一致するように設定することによって、クロスダ
イクロイックプリズム１７の入射角依存性の影響を低減
し、光利用効率の向上を図ることができる。

【００７３】また、前述した例では、クロスダイクロイ
ックプリズム１７によって光を合成していたが、図１５
に示すように、プロジェクタを三投式の構成にし、図示
しないスクリーンなどの投写面上で三つの色光を合成す
るようにしてもよい。すなわち、クロスダイクロイック
プリズム１７および投写レンズ１８に代えて三つの投写
レンズ１８ａ，１８ｂおよび１８ｃを用いてもよい。

【００７４】前述したように実施の形態１によれば、ク
ロスダイクロイックプリズム６の前段に設けられた色選
択性偏光変換器５が、直線偏光を入力し、クロスダイク
ロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色光をクロ
スダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＰ偏光
とし、赤色光および青色光を色分離面に対するＳ偏光と
するように、入力した直線偏光の緑色波長域を９０度回
転させる。これにより、緑色光がクロスダイクロイック
プリズム６でより確実に透過されやすくなり、赤色光お
よび青色光がクロスダイクロイックプリズム６でより確
実に反射されやすくなるため、光エネルギーの損失を抑
制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向
上させることができる。

【００７５】（実施の形態２）この発明の実施の形態２
は、色分離手段として複数のダイクロイックミラーを用
いて複数段階で光の分離を行い、複数の合成用のダイク
ロイック光学要素を用いて複数段階で光の合成を行うも
のである。図１６は、この発明の実施の形態２にかかる
プロジェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と
同一構成の部分については同一の符号を付してその詳細
な説明を省略する。

【００７６】このプロジェクタは、光源１と、均一照明
光学系１９と、色選択性偏光変換器５ａ，５ｂ，４９ａ
および４９ｂと、色分離手段としてもダイクロイックミ
ラー４１ａおよび４１ｂと、反射ミラー４２ａおよび４
２ｂと、λ／２位相差板４３ａおよび４３ｃと、入射側
偏光板４４ａ，４４ｂおよび４４ｃと、透過型液晶パネ
ル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃと、射出側偏光板４６
ａ，４６ｂおよび４６ｃと、色合成手段としてのダイク
ロイックミラー４８ａおよび４８ｂと、投写レンズ１８
と、を備えている。

【００７７】前述した実施の形態１と同様にして重畳レ
ンズ４から射出された光は、色選択性偏光変換器５ａに
入射する。色選択性偏光変換器５ａは、赤色波長域の偏
光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光
変換器５ａは、ダイクロイックミラー４１ａに入射する
光のうち、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分
離面に対するＳ偏光となり、緑色光および青色光がダイ
クロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光とな
るように偏光を制御する。

【００７８】ダイクロイックミラー４１ａは、色選択性
偏光変換器５ａから射出される光を、赤色光とシアン光
（青色光および緑色光）とに分離する機能を有してい
る。ダイクロイックミラー４１ａに入射した赤色光成分
は反射され、緑色光成分および青色成分は透過される。
ダイクロイックミラー４１ａの特性は、主光軸に対する
設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対する
カットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間
の波長域に、色選択性偏光変換器５ａのカットオフ波長
が含まれるように設定される。好ましくは、その波長域
の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ａのカットオフ
波長となるように設定される。これにより、ダイクロイ
ックミラー４１ａの入射角依存性の影響を抑えつつ光の
分離を行うことができる。

【００７９】ダイクロイックミラー４１ａを透過したシ
アン光は、色選択性偏光変換器５ｂに入射する。色選択
性偏光変換器５ｂは、緑色波長域の偏光面のみを９０度
回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器５ｂは、ダ
イクロイックミラー４１ｂに入射する光のうち、緑色光
がダイクロイックミラー４１ｂの色分離面に対するＳ偏
光となり、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分
離面に対するＰ偏光となるように偏光を制御する。

【００８０】ダイクロイックミラー４１ｂは、色選択性
偏光変換器５ｂから射出される光を、緑色光と青色光と
に分離する機能を有している。ダイクロイックミラー４
１ｂに入射した緑色光成分は反射され、青色成分は透過
される。ダイクロイックミラー４１ｂは、主光軸に対す
る設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対す
るカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との
間の波長域に、色選択性偏光変換器５ｂのカットオフ波
長が含まれるように設定される。好ましくは、その波長
域の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ｂのカットオ
フ波長となるように設定する。これにより、ダイクロイ
ックミラー４１ｂの入射角依存性の影響を抑えつつ光の
分離を行うことができる。

【００８１】ダイクロイックミラー４１ａで反射された
赤色光は、反射ミラー４２ａで反射され、λ／２位相差
板４３ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パ
ネル４５ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光
板４４ａを通って赤色光用の透過型液晶パネル４５ａに
達する。また、ダイクロイックミラー４１ｂで反射され
た緑色光は、λ／２位相差板４３ｃによって偏光面が９
０度回転して透過型液晶パネル４５ｃの入射面に対する
Ｐ偏光となり、入射側偏光板４４ｃを通って緑色光用の
透過型液晶パネル４５ｃに達する。また、ダイクロイッ
クミラー４１ｂで透過された青色光は、入射側偏光板４
４ｂを通って青色光用の透過型液晶パネル４５ｂに達す
る。

【００８２】三つの透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂお
よび４５ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にした
がって入射光を変調する光変調装置としての機能を有し
ている。これにより、三つの透過型液晶パネル４５ａ，
４５ｂおよび４５ｃに入射した各色光は、与えられた画
像情報に従って変調される。透過型液晶パネル４５ａか
ら射出された赤色光は、射出側偏光板４６ａを通り、λ
／２位相差板４７ａによって偏光面が９０度回転して色
合成手段としてもダイクロイックミラー４８ａの色合成
面に対するＰ偏光となり、ダイクロイックミラー４８ａ
に入射する。

【００８３】また、透過型液晶パネル４５ｃから射出さ
れた緑色光は、射出側偏光板４６ｃを通り、ダイクロイ
ックミラー４８ａの色合成面に対するＳ偏光としてダイ
クロイックミラー４８ａに入射する。また、透過型液晶
パネル４５ｂから射出された青色光は、射出側偏光板４
６ｂを通り、反射ミラー４２ｂで反射され、色合成手段
としてのダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対す
るＳ偏光としてダイクロイックミラー４８ｂに入射す
る。

【００８４】ダイクロイックミラー４８ａは、入射した
赤色光を透過し、入射した緑色光を反射して、これらの
光を合成する機能を有している。ダイクロイックミラー
４８ａは、ダイクロイックミラー４１ａとほぼ逆の分光
特性を有する。すなわち、ダイクロイックミラー４１ａ
の反射曲線と透過曲線とを入れ替えた分光特性を有す
る。これにより、ダイクロイックミラー４８ａの入射角
依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。

【００８５】ダイクロイックミラー４８ａで合成された
赤色光および緑色光の合成光は、色選択性偏光変換器４
９ａに入射する。ここで、色選択性偏光変換器４９ａに
入射する光は、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面
に対して、赤色波長域がＰ偏光となり、緑色波長域がＳ
偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ａは、緑色
波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色
選択性偏光変換器４９ａは、ダイクロイックミラー４８
ｂに入射する合成光をＰ偏光に揃えている。

【００８６】また、色選択性偏光変換器４９ａによる赤
色波長域と緑色波長域との間のカットオフ波長および緑
色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長は、色選
択性偏光変換器５ａによる赤色波長域と緑色波長域との
間のカットオフ波長、および色選択性偏光変換器５ｂに
よる緑色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長に
略一致する。ダイクロイックミラー４８ｂは、入射した
赤色光および緑色光の合成光を透過し、入射した青色光
を反射して、これらの光を合成する機能を有している。
ダイクロイックミラー４８ｂは、ダイクロイックミラー
４１ｂとほぼ逆の分光特性を有する。

【００８７】すなわち、ダイクロイックミラー４８ｂ
は、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有
するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカ
ットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器４
９ａのカットオフ波長が含まれるように設定される。こ
れにより、ダイクロイックミラー４８ｂの入射角依存性
の影響を抑えつつ光の合成を行うことができる。このよ
うに、ダイクロイックミラー４８ａおよび４８ｂからな
る色合成側のダイクロイック光学要素の分光特性は、ダ
イクロイックミラー４１ａおよび４１ｂからなる色分離
側のダイクロイック光学要素の分光特性とほぼ逆となっ
ている。

【００８８】ダイクロイックミラー４８ｂで合成された
光は、色選択性偏光変換器４９ｂに入射する。ここで、
色選択性偏光変換器４９ｂに入射する光は、色選択性偏
光変換器４９ｂの入射面に対して、イエロー波長域（赤
色波長域および緑色波長域）がＰ偏光となり、青色波長
域がＳ偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ｂ
は、青色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これ
により、投写する光の偏光方向が揃えられる。このよう
に、色合成側の色選択性偏光変換器４９ａおよび４９ｂ
の変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器５ａおよ
び５ｂの変換特性に一致または対応する。色選択性偏光
変換器４９ｂによって射出された光は、投写レンズ１８
によって図示しないスクリーンなどの投写面上に投写さ
れる。

【００８９】前述したように実施の形態２によれば、ダ
イクロイックミラー４１ａの前段に設けられた色選択性
偏光変換器５ａが、直線偏光を入力し、ダイクロイック
ミラー４１ａに入射する光のうち、緑色光および青色光
をダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏
光とし、赤色光を色分離面に対するＳ偏光とするよう
に、入力した直線偏光の緑色および青色波長域を９０度
回転させる。また、ダイクロイックミラー４１ｂの前段
に設けられた色選択性偏光変換器５ｂが、ダイクロイッ
クミラー４１ｂに入射する光のうち、青色光をダイクロ
イックミラー４１ｂの色分離面に対するＰ偏光とし、緑
色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力光の
緑色波長域を９０度回転させる。これにより、緑色光お
よび青色光がダイクロイックミラー４１ａでより確実に
透過されやすくなり、赤色光がダイクロイックミラー４
１ａでより確実に反射されやすくなる。また、青色光が
ダイクロイックミラー４１ｂでより確実に透過されやす
くなり、緑色光がダイクロイックミラー４１ｂでより確
実に反射されやすくなる。このため、光エネルギーの損
失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純
度を向上させることができる。また、色選択性偏光変換
器４９ａが、複数の波長域の偏光を合成した合成光を入
力し、射出光がダイクロイックミラー４８ｂの色合成面
に対するＰ偏光となるように緑色波長域の偏光面を回転
させて射出するようにしている。これにより、ダイクロ
イックミラー４８ｂの入射角依存性の影響を低減するこ
とができ、光の利用効率を向上させることができる。

【００９０】なお、色選択性偏光変換器４９ａに入射す
る光が、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対す
るＳ偏光の赤色光とＰ偏光の緑色光との合成光であり、
色選択性偏光変換器４９ａが緑色光をＳ偏光に変換して
合成光をＳ偏光に揃え、ダイクロイックミラー４８ｂ
が、色選択性偏光変換器４９ａからの光を反射し、青色
光を透過して、これらの光を合成するように構成するこ
ともでき、この場合も上述した効果と同様の効果をえる
ことができることはいうまでもない。

【００９１】（実施の形態３）この発明の実施の形態３
は、色変調装置として、反射型パネルを用いたものであ
る。図１７は、この発明の実施の形態３にかかるプロジ
ェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と同一構
成の部分については同一の符号を付してその説明を省略
する。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系
１９と、反射ミラー５１ａおよび５１ｂと、入射側偏光
板５２と、色選択性偏光変換器５および５７と、色分離
手段および色合成手段としての色分離合成プリズム５３
ａ，５３ｂおよび５３ｄと、λ／２位相差板５５と、反
射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃと、射出側偏光
板５８と、投写レンズ１８と、を備えている。

【００９２】前述した実施の形態１と同様にして重畳レ
ンズ４から射出された光は、反射ミラー５１ａおよび５
１ｂで反射され、入射側偏光板５２によって偏光度を高
められたあと、色選択性偏光変換器５に入射する。色選
択性偏光変換器５は、緑色波長域の偏光面のみを９０度
回転させる。これにより、色選択性偏光変換器５は、色
分離合成プリズム５３に入射する光のうち、緑色光が色
分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光と
なり、赤色光および青色光が色分離合成プリズム５３の
色分離合成面に対するＳ偏光となるように偏光を制御す
る。なお、均一照明光学系１９から射出される光の偏光
度が充分高い場合には、偏光板５２を省略することが可
能である。

【００９３】色分離合成プリズム５３は、三角柱状のプ
リズム５３ａ，５３ｂと四角柱状のプリズム５３ｃとを
組み合わせたものであって、色選択性偏光変換器５から
射出される光を青，緑および赤の三つの色光に分離する
機能、および反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃ
によって変調されて射出される各色光を合成する機能を
有している。色分離合成プリズム５３に入射した緑色光
成分は透過され、赤緑色光成分および青色成分は反射さ
れる。ダイクロイック光学膜５４ａおよび５４ｂの特性
は、主光軸に対する設定角度の入射角を有するＰ偏光に
対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長
との間の波長域に、色選択性偏光変換器５のカットオフ
波長が含まれるように設定される。これにより、色分離
合成プリズム５３の入射角依存性の影響を抑えつつ光の
分離および合成を行うことができる。

【００９４】なお、青色光反射用のダイクロイック光学
膜５４ａで赤色光が反射する。これは、赤色光の入射角
が大きくなるように構成されており、この入射角が、ダ
イクロイック光学膜５４ａの全反射条件を満足するから
である。色分離合成プリズム５３で透過された緑色光
は、λ／２位相差板５５によって偏光面が９０度回転し
てＳ偏光となり、緑色光用の反射型パネル５６ｃに達す
る。一方、色分離合成プリズム５３で反射された青色光
および赤色光は、青色光用の反射型パネル５６ａおよび
赤色光用の反射型パネル５６ｂにそれぞれ達する。三つ
の反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃは、与えら
れた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調す
る光変調装置としての機能を有している。本実施の形態
では、反射型パネルとして、微小ミラーを画素とし、そ
のミラーの角度を変えることによって出射光の角度を変
調するマイクロミラー型変調装置を用いている。なお、
このような変調装置としては、ＤＭＤ（米テキサスイン
スツルメント社の登録商標）が知られている。

【００９５】三つの反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび
５６ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従っ
て変調される。反射型パネル５６ａおよび５６ｂからそ
れぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光は、
色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＳ偏光
として色分離合成プリズム５３に入射する。また、反射
型パネル５６ｃから射出された緑色の変調光は、λ／２
位相差板５５によって偏光面が９０度回転し、色分離合
成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光として色
分離合成プリズム５３に入射する。

【００９６】色分離合成プリズム５３に入射した各色光
のうち、変調を受けた光、すなわち投写画像に関係する
光は合成され、カラー画像を投写するための合成光が形
成される。色分離合成プリズム５３で生成された合成光
は、投写レンズ１８の方向に射出される。一方、変調を
受けていない光、すなわち投写画像に関係のない光は、
反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって反射
されたあと、入射方向に戻っていくので、投写レンズ１
８の方向には射出されない。色分離合成プリズム５３で
合成された光は、色選択性偏光変換器５７に入射する。
ここで、色選択性偏光変換器５７に入射する光は、色選
択性偏光変換器５７の入射面に対して、青色波長域およ
び赤色波長域がＳ偏光となり、緑色波長域がＰ偏光とな
っている。

【００９７】色選択性偏光変換器５７は、緑色波長域の
偏光面のみを９０度回転させる。これにより、投写する
光の偏光方向が揃えられる。色合成側の色選択性偏光変
換器５７の変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器
５の変換特性に略一致する。色選択性偏光変換器５７か
ら射出された光は、射出側偏光板５８を通り、投写レン
ズ１８に達する。投写レンズ１８は、図示しないスクリ
ーンなどの投写面上にカラー画像を表示する。前述した
ように実施の形態３によれば、反射型パネル５６ａ，５
６ｂおよび５６ｃを用いた場合も、色分離合成光学系の
入射角依存性の影響を低減し、光エネルギーの損失を抑
制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向
上させることができる。なお、本例では、反射型パネル
５６ａ，５６ｂおよび５６ｃがＤＭＤの場合について述
べたが、これらが反射型の液晶パネルであってもよい。
この場合、反射型パネルで反射された投写画像に関係の
ない光は射出側偏光板５８によって吸収される。

【００９８】前述した実施の形態１〜実施の形態３で
は、プロジェクタを例に挙げて説明したが、前述した構
成は、たとえば、３ＣＣＤによるデジタルカメラ，ビデ
オカメラおよびＴＶカメラ等の他の装置に応用すること
ができ、同様の効果を得ることができる。また、プロジ
ェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を
行う前面プロジェクタ、および投写面を観察する方向と
は反対側から画像投写を行う背面プロジェクタがある
が、実施の形態１〜実施の形態３の構成は、いずれのプ
ロジェクタにも適用可能である。

【００９９】また、前述した青色波長域，緑色波長域お
よび赤色波長域の範囲は特に限定されず、たとえば、４
００ｎｍ〜５００ｎｍを青色波長域とし、５００ｎｍ〜
６００ｎｍを緑色波長域とし、６００ｎｍ〜７００ｎｍ
を赤色波長域としてもよい。また、赤，オレンジおよび
シアンの３色の波長域に分離してもよい。さらに、赤，
オレンジ，緑および青の４色や、それ以上の多数色の波
長域に分離してもよい。このように多数色の波長域に分
離する場合は、多数色分の透過型液晶パネルまたは反射
型パネルを設け、また、色選択性偏光変換器、光を分離
するダイクロイック光学要素、および光を合成するダイ
クロイック光学要素をそれぞれ複数設け、偏光面の回転
変換、光の分離および光の合成をそれぞれ複数段階で行
う。

【０１００】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、色
分離手段や色合成手段の分光特性の偏光依存性を利用し
て、入射角度依存性の影響を低減することが可能とな
る。よって色分離手段においては、反射すべき光と透過
すべき光、双方の特性を向上させることが可能となるた
め、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつ
つ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度
を向上させることができる。また、色合成手段において
は、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可
能となり、色合成における光の利用効率を向上させるこ
とができる。したがって、このような色分離手段や色合
成手段をプロジェクタなどの光学機器に用いれば、画像
の色再現性の向上や、色むらの低減、明るさの向上など
を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタ
の概略構成を示す平面図である。

【図２】図１に示した光源および均一照明光学系の概略
構成を示す平面図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したレンズアレイ
の概略構成を示す正面図および側面図である。

【図４】図２に示した偏光変換素子アレイの概略構成を
示す斜視図である。

【図５】実施の形態１にかかる偏光変換素子アレイの偏
光変換の原理を説明する説明図である。

【図６】図２に示した遮光板の概略構成を示す説明図で
ある。

【図７】実施の形態１にかかる色選択性偏光変換器によ
る変換を説明する説明図である。

【図８】（Ａ），（Ｂ）は、一般的なダイクロイックミ
ラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図で
ある。

【図９】（Ａ），（Ｂ）は、一般的な他のダイクロイッ
クミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す
図である。

【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１にかかるク
ロスダイクロイックプリズムのＰ偏光およびＳ偏光に対
する分光特性を示す図である。

【図１１】実施の形態１にかかるクロスダイクロイック
プリズムによる緑色光の透過を説明する説明図である。

【図１２】実施の形態１にかかるクロスダイクロイック
プリズムによる青色光および赤色光の反射を説明する説
明図である。

【図１３】実施の形態１にかかる他のプロジェクタの構
成を示す平面図である。

【図１４】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェク
タの構成を示す平面図である。

【図１５】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェク
タの構成を示す平面図である。

【図１６】この発明の実施の形態２にかかるプロジェク
タの構成を示す平面図である。

【図１７】この発明の実施の形態３にかかるプロジェク
タの構成を示す平面図である。

【図１８】従来のプロジェクタの構成を示す平面図であ
る。

【図１９】図１８に示したダイクロイックミラーに対す
る光の入射を説明する説明図である。

【図２０】従来のダイクロイックミラーの分光特性の入
射角依存性を示す図である。

【図２１】従来のダイクロイックミラーによる色分離を
説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 光源 １ａ 光源ランプ １ｂ 凹面鏡 ２，２１ レンズアレイ ２ａ，２１ａ 小レンズ ４ 重畳レンズ ５，５ａ，５ｂ，４９ａ，４９ｂ，５７ 色選択性偏光
変換器 ６，１７ クロスダイクロイックプリズム ７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ レ
ンズ ８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ，４２ａ，４２ｂ，５１
ａ，５１ｂ 反射ミラー １２ａ，１２ｂ，１６，２５，４３ａ，４３ｃ，４７
ａ，５５ λ／２位相差板 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５
２ 入射側偏光板 １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ 透
過型液晶パネル １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５
８ 射出側偏光板 １８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 投写レンズ １９ 均一照明光学系 ２０ 部分光束 ２２ 遮光板 ２２ａ 開口部 ２３，２３ａ，２３ｂ 偏光変換素子アレイ ２４ 偏光ビームスプリッタアレイ ２６ 透光性部材 ２７ 偏光分離膜 ２８ 反射膜 ２９ 偏光変換素子 ３１ クロスダイクロイックミラー ３２，３３，４１ａ，４１ｂ，４８ａ，４８ｂ ダイク
ロイックミラー ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 色分離合成プリズム ５４ａ，５４ｂ ダイクロイック光学膜 ５６ａ，５６ｂ，５６ｃ 反射型パネル

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ ５Ｃ０６０ 1/13357 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA10 CA14 CA17 2H049 BA05 BA08 BA42 BA43 BB03 BC22 2H088 EA14 EA15 HA13 HA18 MA05 2H091 FA05Z FA21Z FD24 LA15 2H099 AA12 BA09 CA08 CA11 5C060 BA04 BA08 BC05 HC00 HC09 JA00

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定波長域の光を透過し、他の波長域の
   光を反射して、光を複数の波長域に分離する色分離手段
   と、 前記所定波長域または前記他の波長域の偏光面を回転さ
   せることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記
   所定波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ
   偏光とし、前記他の波長域の光を前記色分離面に対する
   Ｓ偏光とする色選択性偏光変換手段と、 を具備することを特徴とする色分離装置。
2. 【請求項２】 前記色選択性偏光変換手段の偏光面回転
   波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長
   は、前記色分離手段のＳ偏光に対するカットオフ波長と
   Ｐ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれ
   ることを特徴とする請求項１に記載の色分離装置。
3. 【請求項３】 第１の波長域の光を透過し、前記第１の
   波長域とは異なる第２の波長域の光を反射して、これら
   の光を合成する色合成手段と、 前記色合成手段に入射する前記第１の波長域の光または
   前記第２の波長域の光のうち、前記色合成手段の色合成
   面に対するＳ偏光の光をＰ偏光の光に変換する色選択性
   偏光変換手段と、 を具備することを特徴とする色合成装置。
4. 【請求項４】 前記色選択性偏光変換手段の偏光面回転
   波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長
   は、前記色合成手段のＳ偏光に対するカットオフ波長と
   Ｐ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれ
   ることを特徴とする請求項３に記載の色合成装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２に記載の色分離装置
   と、 前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記色分
   離手段が分離した光を合成する色合成手段と、 を具備することを特徴とする色分離合成装置。
6. 【請求項６】 請求項１または２に記載の色分離装置
   と、 請求項３または４に記載の色合成装置と、 を具備し、 前記色分離装置が分離した光を前記色合成手段が合成す
   ることを特徴とする色分離合成装置。
7. 【請求項７】 請求項１または２に記載の色分離装置を
   具備し、 前記色分離装置が分離した光を、前記色分離装置が具備
   する前記色分離手段で合成することを特徴とする色分離
   合成装置。
8. 【請求項８】 光源からの光を分離し、分離した光を変
   調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタ
   において、 前記光源からの光を分離する請求項１または２に記載の
   色分離装置と、 前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、 を具備することを特徴とするプロジェクタ。
9. 【請求項９】 光源からの光を分離し、分離した光を変
   調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタ
   において、 前記分離された光を変調する光変調手段と、 前記光変調手段が変調した光を合成する請求項３または
   ４に記載の色合成装置と、 を具備することを特徴とするプロジェクタ。
10. 【請求項１０】 光源からの光を分離し、分離した光を
    変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェク
    タにおいて、 請求項５または６に記載の色分離合成装置と、 前記色分離装置の後段、かつ前記色合成手段または前記
    色合成装置の前段に設けられ、前記色分離装置が分離し
    た光を変調する光変調手段と、 を具備することを特徴とするプロジェクタ。
11. 【請求項１１】 光源からの光を分離し、分離した光を
    変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェク
    タにおいて、 請求項７に記載の色分離合成装置と、 前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、 を具備し、 前記光変調手段が変調した光を、前記色分離装置が具備
    する色分離手段で合成することを特徴とするプロジェク
    タ。
12. 【請求項１２】 光源からの光を分離し、分離した光を
    変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェク
    タにおいて、 第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域に比して
    波長が短い第２の波長域および前記第１の波長域に比し
    て波長が長い第３の波長域の光を反射して、光を三つの
    波長域に分離する色分離手段と、 前記光源による光を直線偏光に変換する偏光変換手段
    と、 前記偏光変換手段が変換した前記直線偏光の前うち記第
    １の波長域または前記第２の波長域および前記第３の波
    長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入
    射する光のうち、前記第１の波長域の光を前記色分離手
    段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記第２の波長域お
    よび前記第３の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏
    光とする色選択性偏光変換手段と、 前記色分離手段によって分離された光を変調する三つの
    変調手段と、 を具備することを特徴とするプロジェクタ。
13. 【請求項１３】 前記色選択性偏光変換手段の偏光面回
    転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長
    は、前記色分離手段のＳ偏光に対するカットオフ波長と
    Ｐ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれ
    ることを特徴とする請求項１２に記載の色分離装置。
14. 【請求項１４】 前記色分離手段としてクロスダイクロ
    イックプリズムまたはクロスダイクロイックミラーを設
    けたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のプ
    ロジェクタ。
15. 【請求項１５】 さらに、前記色分離手段と略一致する
    分光特性を有し、前記光変調手段が変調した光を合成す
    る色合成手段を具備することを特徴とする請求項１２，
    １３または１４に記載のプロジェクタ。