JP2002372686A - 色分離・合成素子及び投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型で、光学レイアウトが容易で、分離された
偏光方向を自在に設定可能な色分離・合成素子と、それ
を用いた小型で軽量な投影装置を実現する。 【解決手段】本発明では、第一の偏光方向成分の光のみ
透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分
の光を反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜２ａ
と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リター
ダ１とで構成され、偏光分離膜２ａの側面、または側面
に隣接した位置に、偏光分離膜２ａと平行に色選択性リ
ターダ１を配置した。そして、色選択性リターダ１へ光
を入射させた後、偏光分離膜２ａで第一の偏光方向成分
の光と第二の偏光方向成分の光を、それぞれ透過光ある
いは反射光とすることで分離し、反射光を再び色選択性
リターダ１を通過させる。これにより、入射の偏光方向
により、自在に色分離方向を設定できる素子を実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は色分離・合成素子及
び投影装置に関する。より詳しくは、偏光を利用して光
源からの光を２色あるいは３色の光に色分離することが
でき、かつ２色あるいは３色に色分離された光を合成す
ることができる色分離・合成素子に関する。また、その
色分離・合成素子を用い、偏光していない自然光やラン
プ等の光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光
方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバ
ルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは、
反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制
御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ
単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画
像としてスクリーン上に投影する投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、投影装置として、明るく、照度が
均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェ
クターが知られており、この液晶プロジェクターを、よ
り小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工
夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用い
て改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射
型液晶素子を用いた液晶プロジェクターが実用化されて
いる。従来の投影装置の概略は、光源から出射された光
が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコ
ンデンサレンズで投射レンズの絞りに集光されるように
配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照
明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイッ
クミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光
に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受
けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レ
ンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。

【０００３】従来、液晶素子をライトバルブとして使う
場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な
方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃
えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各
色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パ
ネル）へ照射している。ここで、従来の反射型液晶投影
装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を
用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を
図２８に示す。図２８に示すように、偏光ビームスプリ
ッタ（ＰＢＳ）２０で選択されたＳ偏光は全反射の場
合、反射型液晶素子２１でＰ偏光となって偏光ビームス
プリッタ２０を透過し、図示しない投射レンズに導か
れ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ２
０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの
３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞ
れの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色
合成を行い、投射レンズでスクリーン上に像形成するの
が従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成であ
る。

【０００４】また、従来の透過型液晶素子を用いた色合
成方法の一例を図２９に示す。図２９においては、３組
の液晶パネル３１，３２，３３とコンデンサレンズ３
４，３５，３６を、クロスのダイクロイック膜３０ａ，
３０ｂが形成されたプリズム３０の３面に対向して配置
し、残る１面に対向して投射レンズ３７を配置する。そ
して、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それ
ぞれを透過型の液晶パネル３１，３２，３３を透過さ
せ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイク
ロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０を
通して３色の光を合成し、投射レンズ３７で投影する方
式である。

【０００５】以上のような、従来からある液晶素子を用
いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うた
め、照明光の偏光度の向上が必須となる。光源は自然偏
光の光源であるため、ある一方向の偏光成分を向上する
素子が必要となる。光源は自然偏光の光源であるため、
一方向の偏光成分を抽出したとして、理想的な偏光板と
検光子を組み合わせても原理的に５０％の光量しか利用
できない。実際には透過率を考慮すると光量の利用率は
さらに低下する。そこで光源から供給された光を単一偏
光に変換することが行われている。この光源から供給さ
れた光を単一偏光に変換する方法としては、複数の方法
が提案されているが、現在は偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されて
いる（特開平１１−１４２７９２号公報等）。その従来
の偏光変換器の原理図を図３０に示す。図３０におい
て、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）４０
の中には複数の偏光分離膜４１が設けられており、偏光
分離膜４１ではＰ波（Ｐ偏光）は透過され、Ｓ波（Ｓ偏
光）のみが反射され、反射したＳ波（Ｓ偏光）は１／２
波長板４２に入射し、振動方向を９０°回すことでＰ波
（Ｐ偏光）となり、従来は捨てていたＳ波（Ｓ偏光）を
Ｐ波（Ｐ偏光）に変換して有効に利用することができる
ようになる。

【０００６】また、カラー分離方法についても、クロス
プリズムやダイクロイックミラーを用いた方法等、様々
な方法が提案されているが、最近では、特許第３１３０
５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）に記
載されているような、色選択性リターダ（積層リターデ
ーションフィルム）を用いた色分解、合成方法が提案さ
れている。特許第３１３０５３７号公報記載の従来例を
図３１に従って説明すると、単一の偏光フィルム５０
と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック
５１とを有する補色色選択性リターダ（積層リターデー
ションフィルム）が提案されている。色選択性リターダ
（積層リターデーションフィルム）は、直線偏光を入射
すると、直交する方向に偏光した補色原色を生成する。
また、特許第３１３０５３７号公報には、図３１に示す
ように、第１の直線偏光子５０と、２つまたはそれ以上
のリターダを有し前記偏光子に対して連続して配置され
る第１のリターダスタック５１とを具備し、 前記リタ
ーダの数Ｎ、前記リターダのリターダンスおよび配向
が、第１の加法混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿
って透過され、且つ補色の第１の減法混合原色スペクト
ルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようによ
うになっていることを特徴とする色選択性リターダ（積
層リターデーションフィルム）を提案している。そし
て、この色選択性リターダ（積層リターデーションフィ
ルム）は、カラー偏光子として前述した新しいプロジェ
クターの作像部分に適用することが可能であり、本素子
を用いたプロジェクターとしては、ＵＳＰ６１３０９１
や、日経マイクロデバイス ２０００年８月号ｐ１８４
に開示されている。

【０００７】ここで、色選択性リターダ（積層リターデ
ーションフィルム）を用いた液晶プロジェクターの概略
を図３２に示す。図３２に示すように、この液晶プロジ
ェクターは、図示しない照明装置と、４つの偏光ビーム
スプリッタ（ＰＢＳ）６１，６２，６３，６４と、緑、
赤、青用の３枚の反射型液晶パネル６５，６６，６７
と、２種の色選択性リターダ（積層リターデーションフ
ィルム（色偏光子））６８，６９と、偏光板７０と、投
射レンズ７１を備えた構成である。図示しない照明装置
からの照明光はまず、第一の色選択性リターダ６８に入
射し、緑の帯域だけが９０度偏光方向を変換され、第一
のＰＢＳ６１により、緑と、緑の補色（マゼンタ）が分
離され、緑は第二のＰＢＳ６２で反射され緑用の液晶パ
ネル６５で変調される。マゼンタは第二の色選択性リタ
ーダ６９により赤の波長帯域のみ９０度偏光方向を変え
られて、第三のＰＢＳ６３で反射され、赤用の液晶パネ
ル６６へ入射されて変調される。青は第三のＰＢＳ６３
では透過し、青用の液晶パネル６７に照射され変調され
る。そして、各色用の液晶パネル６５，６６，６７で変
調された各色の光は第四のＰＢＳ６４を介して合成さ
れ、偏光板７０を通過して投射レンズ７１で投影され
る。ここで、図２８を参照して説明したように、白ある
いは黒表示は、投射レンズ側へ向かうか、照明光源側に
戻すかを、各液晶パネル６５，６６，６７により偏光方
向を制御することにより制御する構成である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述したよ
うな色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム
（色選択性の偏光子））を用いた小型で光学レイアウト
が容易で、分離された偏光方向を自在に設定可能な新規
な構成の色分離・合成素子を実現することを目的とし、
さらには、その色分離・合成素子を用いて色分離、色合
成を行うことにより、小型な投影装置を実現することを
目的とする。また、各光学素子を一体とした色分離・合
成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現し
て、より高画質な投影装置を実現することを目的とし、
さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性
に富み、安価な投影装置を実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、請求項１に係る発明は、第一の偏光方向
成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の
偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光
分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性
リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面、または
側面に隣接した位置に、偏光分離膜と平行に前記色選択
性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素
子である。請求項２に係る発明は、請求項１記載の色分
離・合成素子において、前記色選択性リターダへ光を入
射させた後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分の光
と、第二の偏光方向成分の光を、それぞれ透過光あるい
は反射光とすることで分離し、反射光を再び前記色選択
性リターダを通過させることを特徴とするものである。
請求項３に係る発明は、請求項２記載の色分離・合成素
子において、色分離時とは逆方向に光を通過させること
で色合成を行うことを特徴とするものである。請求項４
に係る発明は、請求項１，２または３記載の色分離・合
成素子において、前記偏光分離膜を平板状の透明部材に
形成した平板状偏光分離素子を用いたことを特徴とする
ものである。請求項５に係る発明は、請求項１，２，３
または４記載の色分離・合成素子において、色選択性リ
ターダへの入射角をほぼ４５度としたことを特徴とする
ものである。請求項６に係る発明は、請求項１，２，
３，４または５記載の色分離・合成素子において、入射
光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直
線偏光を入射光としたことを特徴とするものである。

【００１０】請求項７に係る発明は、斜面に第一の偏光
方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第
二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形成
した第一の直角プリズムと、特定波長領域の偏光方向を
変換する色選択性リターダと、第二の直角プリズムとで
構成され、第一の直角プリズムの斜面、及び、第二の直
角プリズムの斜面の２面間に、前記色選択性リターダを
配置したことを特徴とする色分離・合成素子である。請
求項８に係る発明は、請求項７記載の色分離・合成素子
において、前記色選択性リターダへ光を入射させた後、
前記偏光分離膜で第一の偏光方向の光と、第二の偏光方
向の光を、それぞれ透過光あるいは、反射光とすること
で分離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過さ
せることを特徴とするものである。請求項９に係る発明
は、請求項８記載の色分離・合成素子において、色分離
時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行うこと
を特徴とするものである。請求項１０に係る発明は、請
求項７，８または９記載の色分離・合成素子において、
色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを
特徴とするものである。請求項１１に係る発明は、請求
項７，８，９または１０記載の色分離・合成素子におい
て、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な
方向の直線偏光を入射光としたことを特徴とするもので
ある。

【００１１】請求項１２に係る発明は、第一の偏光方向
成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の
偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光
分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性
リターダと、色分離素子で構成され、前記色選択性リタ
ーダの第一の側面に前記偏光分離膜を配置し、前記色選
択性リターダの第二の側面に色分離素子を配置したこと
を特徴とする色分離・合成素子である。

【００１２】請求項１３に係る発明は、斜面に第一の偏
光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する
第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形
成した第一のプリズムと、特定波長領域の偏光方向を変
換する色選択性リターダと、斜面に色分離機能を形成し
た第二のプリズムとで構成され、前記第一のプリズムの
偏光分離膜形成斜面、及び、前記第二のプリズムの間
に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする
色分離・合成素子である。

【００１３】請求項１４に係る発明は、光源と、偏光方
向を変換する機能を有し変調信号により各色の画像を形
成する複数のライトバルブと、該ライトバルブにより形
成された画像を投影する画像投影手段と、前記光源とラ
イトバルブ及び画像投影手段の間に配置される色分離・
合成手段とを備え、前記色分離・合成手段として、請求
項１〜１３の何れか一つに記載の色分離・合成素子を用
いたことを特徴とする投影装置である。

【００１４】請求項１５に係る発明は、光源と、偏光方
向を変換する機能を有し変調信号により画像を形成する
第一から第三のライトバルブと、該第一から第三のライ
トバルブにより形成された画像を投影する画像投影手段
と、光源光束を前記ライトバルブへ効率よく照明する集
光素子と、偏光していない光源の光の第一の方向の直線
偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子と、色選択
偏光子として機能する色選択性リターダと、前記偏光効
率向上機能素子から得られた直線偏光方向の光のみ透過
しその方向とは直交する第二の直線偏光の光束は反射す
る偏光分離機能を有した偏光分離素子と、色分離素子と
で構成され、前記偏光効率向上機能素子を通過した光束
を、前記色選択性リターダに通過させることにより、偏
光方向を変換されない第一の波長帯域を持つ光と、第二
の偏光方向となった第二の波長帯域を持つ光にし、第二
の偏光方向となった光を、前記偏光分離素子を透過させ
た後、前記第一のライトバルブへの照明光とし、また、
前記偏光効率向上機能素子を通過した光束のうち、前記
色選択性リターダを通過することにより偏光方向を変換
され第二の波長帯域の光となった光を、前記偏光分離素
子により反射させ、再び色選択性リターダを透過させて
第一の偏光方向に再び変換し、その変換された第二の波
長帯域の光を、前記色分離素子により第三、第四の２つ
の波長帯域に分離し、それぞれを第二及び第三のライト
バルブへの照明光とし、第一から第三のライトバルブに
よりカラー画像を形成し、それぞれの変調された映像光
を合成する手段と前記投影手段によってスクリーン上に
画像形成することを特徴とする投影装置である。請求項
１６に係る発明は、請求項１５記載の投影装置におい
て、前記第一から第三のライトバルブは、反射型ライト
バルブであることを特徴とするものである。請求項１７
に係る発明は、請求項１６記載の投影装置において、前
記第一から第三のライトバルブにより変調され反射され
た映像光を、色分離素子、色選択性リターダ及び偏光ビ
ームスプリッタを介して色合成し、前記投影手段によっ
てスクリーン上に投影して画像形成することを特徴とす
るものである。請求項１８に係る発明は、請求項１５，
１６または１７記載の投影装置において、前記第一のラ
イトバルブと前記偏光ビームスプリッタの間に全反射プ
リズムを配置したことを特徴とするものである。

【００１５】請求項１９に係る発明は、第一の偏光方向
成分の光は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の
偏光方向成分の光は反射する偏光分離膜と、特定波長領
域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成さ
れ、前記偏光分離膜の側面に該色選択性リターダを配置
し、該色選択性リターダへほぼ４５度の角度で光を入射
し、通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持
つ波長帯域光（第一の色）と、第二の偏光方向成分を持
つ波長帯域光（第二の色）を、それぞれ透過光と反射光
とに分離することを特徴とした色分離・合成素子であ
る。請求項２０に係る発明は、請求項１９記載の色分離
・合成素子を複数用いて、３色以上の色分離を行うこと
を特徴とするものである。

【００１６】請求項２１に係る発明は、光源と、色分離
素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のラ
イトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成さ
れた画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置
において、前記色分離素子として、請求項１９または２
０記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とするも
のである。請求項２２に係る発明は、請求項２１記載の
投影装置において、前記ライトバルブは偏光方向を変調
する反射型のライトバルブであって、前記色合成素子と
して、請求項１９または２０記載の色分離・合成素子を
少なくとも一組用いたことを特徴とするものである。請
求項２３に係る発明は、請求項２２記載の投影装置にお
いて、前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型の
ライトバルブであって、第二、第三の分離に作用した、
第二の色選択偏光子および第二の偏光分離膜で色合成
し、その色合成された画像と、第一のライトバルブで変
調した画像とを合成する色合成素子として、ダイクロイ
ック分離膜を用いて合成することを特徴とするものであ
る。請求項２４に係る発明は、請求項２３記載の投影装
置において、前記ダイクロイック分離膜は、ダイクロイ
ックプリズムによって形成されたことを特徴とするもの
である。請求項２５に係る発明は、請求項２２，２３ま
たは２４記載の投影装置において、３組の反射型ライト
バルブで反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路
中に配置された光学プリズムは同一の硝材で構成したこ
とを特徴とするものである。請求項２６に係る発明は、
請求項２２，２３，２４または２５記載の投影装置にお
いて、色合成素子で合成された光路中に、色選択性リタ
ーダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする
ものである。請求項２７に係る発明は、請求項２４，２
５または２６記載の投影装置において、前記ダイクロイ
ック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置
し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものであ
る。

【００１７】請求項２８に係る発明は、光学プリズム面
に、少なくとも２組以上の特定波長領域の偏光方向を変
換する色選択性リターダと、偏光分離膜を平行対峙させ
て配置し、前記色選択性リターダあるいは偏光分離膜に
隣接して、別の２組のプリズムで挟み込み、ブロック状
にしたことを特徴とする色分離・合成素子である。

【００１８】請求項２９に係る発明は、光源と、色分離
素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のラ
イトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成さ
れた画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置
において、前記色分離素子または前記色合成素子とし
て、請求項２８記載の色分離・合成素子を用いたことを
特徴とするものである。請求項３０に係る発明は、請求
項２９記載の投影装置において、前記ライトバルブは反
射型の液晶パネルであって、少なくとも一組の色分離・
合成素子を、色分離素子及び色合成素子として兼用して
用いることを特徴とするものである。請求項３１に係る
発明は、請求項２９または３０記載の投影装置におい
て、各ライトバルブで形成された画像を合成する手段と
して、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを特徴と
するものである。請求項３２に係る発明は、請求項２
９，３０または３１記載の投影装置において、色合成後
の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向
を揃えることを特徴とするものである。請求項３３に係
る発明は、請求項３１記載の投影装置において、ダイク
ロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配
置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成、動作および
作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

【００２０】（実施例１）まず請求項１〜６に係る発明
の実施例を説明する。図１は本発明の一実施例を示す色
分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離・合成
素子は、第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光
方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏
光分離機能を有する偏光分離膜２ａが形成された平板状
の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２と、特定波長領域
の偏光方向を変換する色選択性リターダ（積層リターデ
ーションフィルム）１とで構成され、偏光ビームスプリ
ッタ２の側面位置に隣接して偏光分離面と平行に色選択
性リターダ１を配置した構成としたものである。

【００２１】色選択性リターダ１としては、例えば特許
第３１３０５３７号公報に記載されている色選択性リタ
ーダ（積層リターデーションフィルム）などを用いるこ
とができる。色選択性リターダ１は、ある波長帯域の偏
光方向を９０度回転させ、補色の関係にある波長帯域は
偏光方向を変化させずに、透過させる機能を有してい
る。すなわち、緑色（Ｇ）の波長帯域のみを変換する素
子や、赤色（Ｒ）の波長帯域のみを変換させたり、青色
（Ｂ）の波長帯域のみを変換させたりする機能を有して
いる。図３１に示した従来技術では、垂直方向の入射で
リターダスタックの構成を最適になるように設計してい
るが、入射使用方向で特性が最適になるようにリターダ
スタックの最適設計を行えばよい。

【００２２】また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２
の偏光分離膜２ａとしては、近年の薄膜成膜技術を用い
て光学ガラス表面に偏光分離機能を有する偏光分離膜
（ＰＢＳ膜）２ａを成膜することで形成することができ
る。具体的には、誘電体材料や金属材料を用い、真空プ
ロセスを用いた薄膜形成技術により、平板状の光学ガラ
スの表面に偏光分離膜を形成すれば、より低コストで、
大量生産に向いた平板状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）が実現できる。また、米国特許：ＵＳＰ６２３４６
３４号に記載のＷire-Ｇrid Ｐolarizer（グリット偏光
子）と言われるプレートタイプのＰＢＳを用いてもよ
い。そして、以上のような従来からある色選択性リター
ダ１と偏光ビームスプリッタ２を隣接して対峙させるこ
とにより、これまでにないカラー分離あるいは合成を行
う素子が実現する。

【００２３】次にその作用について説明する。図１にお
いて、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リタ
ーダ１へ図に示す４５度の方向から入射させる。このと
き、入射光としては、例えば偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）２の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２ａ形成面（偏光分
離面）に対してＳ偏光の光を入射させる。また、説明の
ために、例えば、色選択性リターダ１は、緑（Ｇ）の帯
域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。
Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ１により緑（Ｇ）の光
のみＰ偏光に変換される。また、補色のマゼンタ（Ｍ）
はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の
光はＰＢＳ２へ到着し、ＰＢＳ膜２ａでマゼンタ（Ｍ）
の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。反射された
マゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、
再び色選択性リターダ１に入射し、色選択性リターダ１
を通過するが、マゼンタ（Ｍ）であるため、偏光方向は
保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。このよ
うにして、入射光軸方向へ透過する緑（Ｇ）の光束と、
それとはほぼ直交する方向のマゼンタ（Ｍ）の光束とに
分離することができる。ここで、色分離前にＳ偏光で色
分離・合成素子に入射させた光束は、緑（Ｇ）とマゼン
タ（Ｍ）の光束に分離され、緑（Ｇ）はＰ偏光、マゼン
タ（Ｍ）はＳ偏光となる。

【００２４】次に図２に示すように、同じ素子構成で、
入射光をＰ偏光で入射させると、次のような動作、作用
となる。入射光をＰ偏光で色選択性リターダ１に入射す
ると、緑（Ｇ）の光のみＳ偏光に変換され、ＰＢＳ２の
ＰＢＳ膜２ａで反射され、再び色選択性リターダ１を通
過し、Ｐ偏光に戻される。また、マゼンタ（Ｍ）の光は
変換されずＰ偏光のままであるので、ＰＢＳ２のＰＢＳ
膜２ａを透過することとなる。従って、図１とは色分離
方向が逆の関係になる。

【００２５】以上のような動作により、色選択性リター
ダ１と偏光分離膜２ａに入射する光の偏光方向により、
自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択
することも可能となり、従来にない色分離素子を実現で
きる。特に、入射光の色選択性リターダ１への入射角を
４５度で入射させることにより、分離角を９０度とした
構成では、様々な光学系に応用する際に素子のレイアウ
トがしやすく、フレームやハウジング保持部材のメカ設
計の際、基準を直交方向にとることができ精度確保がし
やすいなど、多くの利点がある。また、図２のように、
入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向
の直線偏光（Ｐ偏光）を入射光とした構成を採用するこ
とにより、色分離された２色の偏光方向が同じＰ偏光の
ままとなるので、従来からある色分離素子（ダイクロイ
ックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能と
なり、利用の幅が広がる。

【００２６】尚、以上の説明では色分離・合成素子の色
分離機能について述べたが、図１または図２において、
色分離時とは逆方向に各色（Ｇ，Ｍ）の光を通過させる
ことにより、色合成を行うことができる。また、図１ま
たは図２において、色分離された各色の光束の出射方向
に反射型液晶ライトバルブ等を配置し、色分離された各
色の光を、ライトバルブで偏光方向を逆方向に変換して
反射すれば、入射光の方向と直交する方向に合成光を出
射することができ、投影装置への応用が容易に可能とな
る。

【００２７】（実施例２）次に請求項７〜１１に係る発
明の実施例を説明する。図３は本発明の一実施例を示す
色分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離・合
成素子は、斜面に第一の直線偏光方向の光のみ透過し第
一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光
を反射する偏光分離膜機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜））
５ａを形成した第一の直角プリズム（偏光ビームスプリ
ッタ）５と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択
性リターダ（積層リターデーションフィルム）３と、第
二の直角プリズム４とで構成され、第一の直角プリズム
５の斜面（ＰＢＳ膜５ａ）、及び、第二の直角プリズム
４の斜面の２面間に、色選択性リターダ３を配置した構
成としたものである。

【００２８】色選択性リターダ３は、実施例１で説明し
たように、ある波長帯域の偏光方向を９０度回転させ、
補色の関係にある波長帯域は偏光方向を変化させずに、
透過させる機能を有している。すなわち、緑色（Ｇ）の
波長帯域のみを変換する素子や、赤色（Ｒ）の波長帯域
のみを変換させたり、青色（Ｂ）の波長帯域のみを変換
させたりする機能を有している。また、偏光分離膜（Ｐ
ＢＳ膜）５ａとしては、近年の薄膜成膜技術を用いて直
角プリズム５の斜面に成膜することによって容易に形成
することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料
を用い、真空プロセスを用いた薄膜形成技術により、直
角プリズム５の斜面に偏光分離膜５ａを形成すれば、よ
り低コストで、大量生産に向いたプリズム状の偏光ビー
ムスプリッタ（ＰＢＳ）が実現できる。そしてＰＢＳ膜
５ａが形成された第一の直角プリズム（ＰＢＳ）５の斜
面と、第二の直角プリズム４の斜面の２面間で色選択性
リターダ３を挟持する構成とすることにより、これまで
にないカラー分離あるいは合成を行う素子が実現する。

【００２９】次にその作用について説明する。図３にお
いて、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リタ
ーダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。このと
き、入射光としては、例えば第一の直角プリズム（ＰＢ
Ｓ）５のＰＢＳ面（ＰＢＳ膜５ａ）に対してＳ偏光の光
を入射させる。また、説明のために、例えば、色選択性
リターダ３は、緑（Ｇ）の帯域のみ偏光方向を９０度変
換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リ
ターダ３により緑（Ｇ）の光のみＰ偏光に変換される。
また、補色であるマゼンタ（Ｍ）はＳ偏光のまま透過す
る。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ面（ＰＢＳ
膜５ａ）へ到着し、ＰＢＳ膜５ａでマゼンタ（Ｍ）の光
のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。反射されたマゼ
ンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、再び
色選択性リターダ３に入射し、色選択性リターダ３を通
過するが、マゼンタ（Ｍ）であるため、偏光方向は保た
れたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。このように
して、入射光軸方向へ透過する緑（Ｇ）の光束と、それ
とはほぼ直交する方向のマゼンタ（Ｍ）の光束とに分離
することが可能である。ここで、色分離前にＳ偏光で色
分離・合成素子に入射させた光束は、緑（Ｇ）とマゼン
タ（Ｍ）の光束に分離され、緑（Ｇ）はＰ偏光、マゼン
タ（Ｍ）はＳ偏光となる。

【００３０】次に図４に示すように、同じ素子構成で、
入射光をＰ偏光で入射させると、次のような動作、作用
となる。入射光をＰ偏光で色選択性リターダ３に入射す
ると、緑（Ｇ）の光のみＳ偏光に変換され、ＰＢＳ膜５
ａで反射され、再び色選択性リターダ３を通過し、Ｐ偏
光に戻される。また、マゼンタ（Ｍ）の光は変換されず
Ｐ偏光のままであるので、ＰＢＳ膜５ａを透過すること
となる。従って、図１とは色分離方向が逆の関係にな
る。

【００３１】以上のような動作により、入射の偏光方向
により、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方
向を選択することも可能となり、従来にない色分離素子
を実現できる。特に、入射光の色選択性リターダ３への
入射角を４５度で入射させることにより、分離角を９０
度とした構成では、様々な光学系に応用する際に素子の
レイアウトがしやすく、フレームやハウジング保持部材
のメカ設計の際、基準を直交方向にとることができ精度
確保がしやすいなど、多くの利点がある。また、図４の
ように、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平
行な方向の直線偏光（Ｐ偏光）を入射光とした構成を採
用することにより、色分離された２色の偏光方向が同じ
Ｐ偏光のままとなるので、従来からある色分離素子（ダ
イクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方
が可能となり、利用の幅が広がる。

【００３２】尚、以上の説明では色分離・合成素子の色
分離機能について述べたが、図３または図４において、
色分離時とは逆方向に各色（Ｇ，Ｍ）の光を通過させる
ことにより、色合成を行うことができる。また、図３ま
たは図４において、色分離された各色の光束の出射方向
に反射型液晶ライトバルブ等を配置し、色分離された各
色の光を、ライトバルブで偏光方向を逆方向に変換して
反射すれば、入射光の方向と直交する方向に合成光を出
射することができ、投影装置への応用が容易に可能とな
る。

【００３３】図３，４に示すような素子構成を採用する
ことで、従来からある立方形状の色分離プリズムと同等
な形状を実現でき、様々な用途に応用できる。また、上
記のような構成を採用することでより特徴のある色分
離、合成素子が実現する。尚、以上の構成は一実施例で
あり、平行平板で形成されたＰＢＳと色選択性リターダ
を、２つの直角プリズムで狭持するような構成としても
よい。また、平行平板にＰＢＳ膜を形成し、ＰＢＳ膜が
形成された平行平板と色選択性リターダを他の平行平板
で狭持して一体化した後、色選択性リターダとＰＢＳ膜
を４５度方向に傾けてブロック形状に形成してもよい。

【００３４】（実施例３）次に請求項１２係る発明の実
施例を説明する。図５は本発明の一実施例を示す色分離
・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図であ
り、色分離・合成素子は、第一の直線偏光方向の光のみ
透過し、第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏
光方向の光を反射する偏光分離機能（偏光分離膜（ＰＢ
Ｓ膜）５ａ）を有した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
５と、色選択性リターダ３と、色分離素子６で構成さ
れ、色選択性リターダ３の第一の側面に偏光ビームスプ
リッタ５を配置し、色選択性リターダ３の第二の側面に
プリズム４を介して色分離素子６を配置した構成とした
ものである。尚、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５
と、色選択性リターダ３及びプリズム４の部分の構成
は、例えば図３に示す色分離・合成素子と同様の構成で
あり、偏光分離膜（ＰＢＳ膜）５ａを形成した第一の直
角プリズム（偏光ビームスプリッタ）５と、色選択性リ
ターダ３と、第二の直角プリズム４とで構成されてお
り、実施例２と同様の機能、作用を有するものである。
すなわち、本実施例の色分離・合成素子は、図３の構成
に、さらに色分離素子６を加えた構成としたものであ
る。

【００３５】次にその作用について説明する。図５にお
いて、まず、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択
性リターダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。
このとき、入射光は、ＰＢＳ膜５ａ形成面に対してＳ偏
光の光を入射させている。また、説明のために、色選択
性リターダ３は、緑（Ｇ）の光の波長帯域のみ偏光方向
を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、
色選択性リターダ３により緑（Ｇ）のみＰ偏光に変換さ
れ、補色のマゼンタ（Ｍ）はＳ偏光のまま透過する。緑
（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ膜５ａへ到着し、
マゼンタ（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過す
る。反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を
折り曲げられ、再び色選択性リターダ３に入射し、色選
択性リターダ３を通過するが、マゼンタ（Ｍ）であるた
め偏光方向は保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過
する。ＰＢＳ膜５ａで反射されたＳ偏光のマゼンタ
（Ｍ）の光は色分離素子６の色分離膜６ａへ入射され、
赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離される。ここでは、色分
離素子６はダイクロイックプリズムで形成しており、こ
のダイクロイックプリズム６の色分離膜（ダイクロイッ
ク膜）６ａにより赤（Ｒ）の光は反射され、青（Ｂ）の
光は透過されることにより、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に
分離される。このようにして、３色の色分離が可能とな
る。

【００３６】（実施例４）次に請求項１４，１５に係る
発明の実施例を説明する。図５は実施例３で説明した色
分離・合成素子を用いた投影装置の構成例を示してお
り、この投影装置は、実施例３（請求項１２）の色分離
・合成素子（３〜６）と、光源（図示せず）と、偏光方
向を変換する機能を有した第一から第三のライトバルブ
８，９，１０と、画像投影手段（投射レンズ）１１と、
光源光束を該ライトバルブへ効率よく照明する集光素子
（図示せず）と、偏光していない光源の光を第一の方向
の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子（図
示せず）とで構成される。

【００３７】尚、図５には、光源、集光素子、偏光効率
向上素子は図示していないが、従来から用いられてきた
ものを利用することができる。例えば、光源には、ハロ
ゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、
超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照
度を得られるように、リフレクターで反射集光させても
よい。偏光効率向上機能素子は、例えば図３０の従来例
に示したＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換
器で構成すれば、入射光が一方向の偏光方向に効率よく
変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに
合わせたレンズアレイと組み合わせた構成などが採用さ
れる。また、効率を無視すれば直線偏光子も採用するこ
とができる。照明用集光素子は、例えばインテグレータ
と呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成され、
ライトバルブへ照射される照度ムラを低減させる集光素
子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてライト
バルブへ効率よく導く集光素子であったりする。また、
偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の
高い照明光としてもよい。

【００３８】このような構成の投影装置では、実施例３
の色分離・合成素子を用いて色分離し、各色対応した３
つの偏光方向を変換する機能を有した第一から第三のラ
イトバルブ８，９，１０を、各色に分離された光の出射
位置に配置して、映像変調信号によりライトバルブ８，
９，１０を制御して画像を形成し、それぞれの変調され
た映像光を合成する手段によって合成した後、画像投影
手段（投射レンズ）１１によってスクリーン上に画像形
成する。尚、色合成手段に関しては図示はしないが、ラ
イトバルブ８，９，１０が透過型の場合は、従来からあ
るミラーと色フィルターの組み合わせによって実現する
ことができる。また、ライトバルブ８，９，１０が反射
型の場合は、以下の実施例５の構成・動作となる。

【００３９】（実施例５）次に請求項１６，１７に係る
発明の実施例を説明する。本実施例は、図５に示す実施
例４の投影装置の構成に加えて、ライトバルブ８，９，
１０を反射型のライトバルブで構成したものである。反
射型のライトバルブとしては、例えば、反射型液晶パネ
ルを用いたりすることができる。この場合、明表示で
は、変調されて偏光方向を変化することにより、照明光
と同じ光路を通り、画像投影手段である投射レンズ１１
へと導かれる。変換されない場合は、光源側に戻ってい
き、投射レンズ１１へとは到達せず、黒表示となる。す
なわち、本実施例では、色分離・合成素子を照明光の往
路では色分離素子として機能させて照明光を色分離さ
せ、各ライトバルブ８，９，１０で反射変調された映像
光の復路では、再び本発明の色分離・合成素子を用いて
色合成素子として機能させて色合成し、合成された映像
光を投射レンズ１１へと導いている。投射レンズ１１の
前には、緑（Ｇ）と青（Ｂ）、赤（Ｒ）の波長で偏光方
向が異なって出射されるが、スクリーンの偏光依存性が
ない場合はこのまま投影してもよいし、色選択性リター
ダを用いて偏光方向を揃えてもよい。また、揃えた偏光
方向を通過させるように投射レンズ１１の前に直線偏光
子をさらに追加して、色純度を向上させてもよい。

【００４０】尚、図５の実施例では色分離素子６を色分
離膜６ａの傾斜が４５度のダイクロイックプリズムで構
成した実施例を示したが、色分離膜の傾斜角は、色分離
が可能なあらゆる角度で構成できる。図示しないが、角
度依存性のない構成を採用したい場合は、より浅い角度
が効果的で、例えば、３０度や１５度入射で分離するダ
イクロイックプリズムで形成してもよい。また、ダイク
ロイックプリズムの替わりに、平板タイプのダイクロイ
ックミラーや、フィルターなどで構成してもよい。ま
た、色選択性リターダ３は緑（Ｇ）の波長帯域の偏光方
向を変換する機能で構成したが、青（Ｂ）の波長帯域を
変換する素子で構成した場合には、実施例のダイクロイ
ック膜６ａは、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）を分離する膜とすれ
ばよい。また、色選択性リターダ３を、赤（Ｒ）の波長
帯域を変換する機能で構成したとすれば、ダイクロイッ
ク膜６ａは青（Ｂ）の帯域と緑（Ｇ）の帯域を分離する
膜とすればよい。

【００４１】さらに、図５に示す実施例では、緑（Ｇ）
と、マゼンタ（Ｍ）の光路長を合わせるために、緑
（Ｇ）のライトバルブ８の前に光路長を合わせるための
光学部材７（例えば、平行平板、プリズム等）を挿入し
て像倍率を合わせており、これにより、高品質な投影装
置を実現できる。尚、図６は、偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）を構成するプリズムと光路長合わせの光学部
材を一体的に構成したプリズム１２を用いた実施例を示
すものであり、このプリズム１２の傾斜面にＰＢＳ膜１
２ａを形成して偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を構成
し、そのＰＢＳ１２のＰＢＳ膜形成面と第二のプリズム
４の傾斜面との間で色選択性リターダ３を挟持した構成
である。この場合、動作、作用は図５の実施例と同じで
あるが、部品数を少なくでき、コストを低減することが
できる。

【００４２】（実施例６）次に請求項１３，１４，１
５，１６，１７に係る発明の実施例を説明する。図７は
本発明の一実施例を示す色分離・合成素子とそれを用い
た投影装置の構成説明図であり、色分離・合成素子は、
斜面に第一の直線偏光方向の光のみ透過し第一の直線偏
光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する
偏光分離膜機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１３ａ）を形
成した第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ））１３と、色選択性リターダ３と、斜面に色分離機
能（色分離膜１４ａ）を形成した第二のプリズム（色分
離素子）１４とで構成され、第一のプリズム１３の偏光
分離膜形成斜面、及び、第二のプリズム１４の間に、色
選択性リターダ３を配置した構成としたものである。

【００４３】次にその作用について説明する。図７にお
いて、まず、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択
性リターダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。
このとき、入射光は、第一のプリズム（ＰＢＳ）１３に
形成されたＰＢＳ膜形成面に対してＳ偏光の光を入射さ
せている。説明のために、色選択性リターダ３は、緑
（Ｇ）の波長帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／
Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ３によ
り緑（Ｇ）の光のみＰ偏光に変換され、補色であるマゼ
ンタ（Ｍ）の光はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マ
ゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ膜形成面へ到着し、マゼンタ
（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。ＰＢ
Ｓ膜１３ａで反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０
度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ３に入射
し、色選択性リターダ３を通過するが、マゼンタ（Ｍ）
の波長帯域であるため偏光方向は保たれたまま、つま
り、Ｓ偏光のまま透過する。ＰＢＳ膜１３ａで反射され
たＳ偏光のマゼンタ（Ｍ）の光は、第二のプリズム（色
分離素子）１４に形成された色分離膜１４ａへ入射され
る。色分離膜１４ａは、例えば、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の
光に分離するダイクロイック膜で形成されており、第二
のプリズム（色分離素子）１４は一種のダイクロイック
プリズムである。従って、このダイクロイックプリズム
１４の色分離膜（ダイクロイック膜）１４ａにより赤
（Ｒ）の光は反射され、青（Ｂ）の光は透過されること
により、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離される。このよ
うにして３色の色分離が可能となる。尚、ダイクロイッ
クプリズムは、図６のような、複数の直角プリズムを貼
り合わせて一体化した構成を採用してもよい。

【００４４】図７は上記の構成の色分離・合成素子を用
いた投影装置の構成例を示しており、この投影装置は、
色分離・合成素子（３，１３，１４）と、光源（図示せ
ず）と、偏光方向を変換する機能を有した第一から第三
のライトバルブ８，９，１０と、画像投影手段（投射レ
ンズ）１１と、光源光束を該ライトバルブへ効率よく照
明する集光素子（図示せず）と、偏光していない光源の
光を第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向
上機能素子（図示せず）とで構成される。

【００４５】尚、図７には、光源、集光素子、偏光効率
向上素子は図示していないが、従来から用いられてきた
ものを利用することができる。例えば、光源には、ハロ
ゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、
超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照
度を得られるように、リフレクターで反射集光させても
よい。偏光効率向上機能素子は、例えば図３０の従来例
に示したＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換
器で構成すれば、一方向の偏光方向に効率よく変換され
る。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせた
レンズアレイと組み合わせた構成などが採用される。ま
た、効率を無視すれば直線偏光子も採用することができ
る。照明用集光素子は、例えばインテグレータと呼ばれ
るフライアイレンズの組み合わせで構成され、ライトバ
ルブへ照射される照度ムラを低減させる集光素子であっ
たり、コンデンサレンズと組み合わせてライトバルブへ
効率よく導く集光素子であったりする。また、偏光変換
器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明
光としてもよい。

【００４６】このような構成の投影装置では、色分離・
合成素子（３，１３，１４）を用いて色分離し、各色対
応した３つの偏光方向を変換する機能を有したライトバ
ルブ８，９，１０を、各色に分離された光の出射位置に
配置して、映像変調信号によりライトバルブ８，９，１
０を制御して画像を形成し、それぞれの変調された映像
光を合成する手段によって合成した後、画像投影手段
（投射レンズ）１１によってスクリーン上に画像形成す
る。尚、色合成手段に関しては図示はしないが、ライト
バルブ８，９，１０が透過型の場合は、従来からあるミ
ラーと色フィルターの組み合わせによって実現すること
ができる。また、ライトバルブ８，９，１０が反射型の
場合は、以下のような構成となる。

【００４７】図７に示す実施例の投影装置において、ラ
イトバルブ８，９，１０を反射型のライトバルブで構成
した場合、反射型のライトバルブとしては、例えば、反
射型液晶パネルを用いたりすることができる。この場
合、明表示では、変調されて偏光方向を変化することに
より、照明光と同じ光路を通り、画像投影手段である投
射レンズ１１へと導かれる。変換されない場合は、光源
側に戻っていき、投射レンズ１１へとは到達せず、黒表
示となる。すなわち、本実施例では、色分離・合成素子
を照明光の往路では色分離素子として機能させて照明光
を色分離させ、各ライトバルブ８，９，１０で反射変調
された映像光の復路では、再び本発明の色分離・合成素
子を用いて色合成素子として機能させて色合成し、合成
された映像光を投射レンズ１１へと導いている。投射レ
ンズ１１の前には、緑（Ｇ）と青（Ｂ）、赤（Ｒ）の波
長で偏光方向が異なって出射されるが、スクリーンの偏
光依存性がない場合はこのまま投影してもよいし、色選
択性リターダを用いて偏光方向を揃えてもよい。また、
揃えた偏光方向を通過させるように投射レンズ１１の前
に直線偏光子をさらに追加して、色純度を向上させても
よい。

【００４８】尚、図７の実施例では第二のプリズム（色
分離素子）１４を色分離膜１４ａの傾斜が４５度のダイ
クロイックプリズムで構成した例を示したが、色分離膜
の傾斜角は、色分離が可能なあらゆる角度で構成でき
る。図示しないが、角度依存性のない構成を採用したい
場合は、より浅い角度が効果的で、例えば、３０度や１
５度入射で分離するダイクロイックプリズムで形成して
もよい。また、ダイクロイックプリズムの替わりに、平
板タイプのダイクロイックミラーや、フィルターなどで
構成してもよい。また、色選択性リターダ３は緑（Ｇ）
の波長帯域の偏光方向を変換する機能で構成したが、青
（Ｂ）の波長帯域を変換する素子で構成した場合には、
実施例のダイクロイック膜１４ａは、赤（Ｒ）と緑
（Ｇ）を分離する膜とすればよい。また、色選択性リタ
ーダ３を、赤（Ｒ）の波長帯域を変換する機能で構成し
たとすれば、ダイクロイック膜１４ａは青（Ｂ）の帯域
と緑（Ｇ）の帯域を分離する膜とすればよい。

【００４９】（実施例７）次に請求項１８に係る発明の
実施例を説明する。図８は本発明の一実施例を示す色分
離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図であ
り、色分離・合成素子は、斜面に第一の直線偏光方向の
光のみ透過し第一の直線偏光方向とは直交する第二の直
線偏光方向の光を反射する偏光分離膜機能（偏光分離膜
（ＰＢＳ膜）１５ａ）を形成した第一のプリズム（偏光
ビームスプリッタ（ＰＢＳ））１５と、色選択性リター
ダ３と、斜面に色分離機能（色分離膜１４ａ）を形成し
た第二のプリズム（色分離素子）１４とで構成され、第
一のプリズム１３の偏光分離膜形成斜面、及び、第二の
プリズム１４の間に、色選択性リターダ３を配置した構
成としたものである。また、投影装置としては、上記色
分離・合成素子と、光源（図示せず）と、偏光方向を変
換する機能を有した第一から第三のライトバルブ８，
９，１０と、画像投影手段（投射レンズ）１１と、光源
光束を該ライトバルブへ効率よく照明する集光素子（図
示せず）と、偏光していない光源の光を第一の方向の直
線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子（図示せ
ず）とで構成される。この図８の構成は、図７と略同様
のものであるが、緑（Ｇ）用の第一のライトバルブ８と
偏光ビームスプリッタ１５の間に全反射プリズム１５ａ
を配置し、該全反射プリズム１５ａを偏光ビームスプリ
ッタ１５と一体に形成したものである。

【００５０】ここで、説明のために色選択性リターダ３
は、緑（Ｇ）の波長帯域のみ偏光方向を９０度変換され
るＧ／Ｍ素子とした場合、実施例６で説明した図７の構
成、動作及び作用と略同様の構成、動作及び作用となる
が、図８の実施例では、緑（Ｇ）に対応するライトバル
ブ８前に全反射プリズム（反射面）１５ａを配置し、光
路を折り曲げたことを特徴としたものである。このよう
な構成を採用することで、光路を折り曲げることが効率
よくでき、レイアウトの自由度が増し、より小型化を実
現できる。また、図７の構成に比べて第一のプリズムの
体積を約２／３と小さくすることができ、重量、およ
び、体積の縮小が可能となり、より小型で、軽量な投影
装置が実現する。

【００５１】（実施例８）次に請求項１８に係る発明の
別の実施例を説明する。図９は本発明の一実施例を示す
色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図
である。本実施例では、図８の構成と略同様の構成であ
るが、色分離素子（ダイクロイックプリズム）１６の色
分離膜（ダイクロイック膜）１６ａの傾斜方向を図８と
は逆にし、色分離膜（ダイクロイック膜）１６ａの面
を、ＰＢＳ１５のＰＢＳ膜１５ａの面と直角に配置（主
光軸を中心としてみると平行の配置に対して１８０°回
転した配置）し、赤（Ｒ）用のライトバルブ９の配置位
置を逆側にしたものである。尚、その他の構成、動作及
び作用は図８の実施例と同様である。

【００５２】図１０は本発明のさらに別の実施例を示す
色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図
である。本実施例では、図９の構成と略同様の構成であ
るが、ＰＢＳ膜１７ａが形成された第一のプリズム（偏
光ビームスプリッタ）１７と一体に形成された全反射プ
リズム（反射面）１７ｂの向きを逆にし、光路の折り曲
げ方向を図９とは逆方向にしたものである。尚、その他
の構成、動作及び作用は図８，９の実施例と同様であ
る。

【００５３】以上、本発明に係る色分離・合成素子及び
それを用いた投影装置の実施例について説明したが、図
５〜図１０の実施例では説明を分かりやすくするため
に、色分離素子６，１４，１６の色分離膜（ダイクロイ
ック膜）６ａ，１４ａ，１６ａの膜面を、偏光ビームス
プリッタ（ＰＢＳ）５，１２，１３，１５，１７のＰＢ
Ｓ膜５ａ，１２ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａの膜面と平
行または直角の配置（主光軸を中心としてみると平行の
配置に対して１８０°回転した配置）とした例で示した
が、原理的にダイクロイック膜はＰＢＳ膜面に対して独
立であり、主光軸に対して０°〜３６０°の範囲でどの
ような配置でも構わない。一般的には図示したような４
５°、１３５°（または２２５°、３１５°）の他、０
°、９０°、１８０°、２７０°の位置が配置しやす
い。また、図８、図９、図１０において、緑（Ｇ）のラ
イトバルブ８のための全反射プリズム（反射面）１５
ｂ，１７ｂも同様の理由により配置されるものであり、
光路を曲げる反射面は主光軸に対して０°〜３６０°の
範囲でどのように設定しても構わない。一般的には図示
したような４５°、１３５°（または２２５°、３１５
°）の他、０°、１８０°が設定しやすく、次に９０
°、２７０°が設定しやすい。さらに付け加えると、図
５〜図１０でダイクロイック膜６ａ，１４ａ，１６ａの
膜面は主光軸に対して４５°の傾きの場合で示している
が、その面を１０°、１５°、３５°などの構成にする
ことは容易であり、そのような構成にしたとしても本発
明の範囲内であることは自明である。

【００５４】（実施例９）次に請求項１９，２０に係る
発明の実施例を説明する。図１１は本発明の一実施例を
示す色分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離
・合成素子は、第一の偏光方向成分の光は透過し、第一
の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光は反射
する偏光分離膜８１ａ（８２ａ）と、特定波長領域の偏
光方向を変換する色選択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）と
で構成され、前記偏光分離膜８１ａ（８２ａ）の側面に
該色選択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）を配置し、該色選
択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）へほぼ４５度の角度で光
を入射し、通過後、前記偏光分離膜８１ａ（８２ａ）で
第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第一の色）と、
第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第二の色）を、
それぞれ透過光と反射光とに分離することを特徴とした
色分離・合成素子８１（８２）を用いたものであり、こ
の色分離・合成素子８１（８２）を複数用いて、３色以
上の色分離を行うことを特徴とするものである。

【００５５】より具体的には、図１１に示す色分離・合
成素子８０は、図３や図４に示したものと同様の構成の
色分離・合成素子８１（８２）を２つ組み合わせたもの
であり、第一の色分離・合成素子８１は、第一の偏光方
向成分は透過し、第一の方向とは直交する第二の偏光方
向の成分は反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜
（ＰＢＳ膜）８１ａと、特定波長領域の偏光方向を変換
する色選択性リターダ８１ｂとで構成され、偏光分離膜
８１ａの側面位置に色選択性リターダ８１ｂを配置して
２つの直角プリズムの間に挟み込んだ構成であり、色選
択性リターダ８１ａへ光を入射させたあと、偏光分離膜
８１ｂで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二
の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と
反射光として分離する。偏光分離膜８１ａを通過した光
は、同様に色選択性リターダ８２ｂと第二の偏光分離膜
８２ａで構成された第二の色分離・合成素子８２に入射
し、色選択性リターダ８２ｂと第二の偏光分離膜８２ａ
によって、さらに２色の光に分離する。

【００５６】次にその作用について説明する。図１１に
おいて、一方向の偏光方向に揃った入射光を第一の色分
離・合成素子８１の色選択性リターダ８１ｂへ図に示す
４５度の方向から入射させる。このとき、例えば、入射
光線は偏光分離膜８１ａに対してＰ偏光の直線偏光を有
する光であり、色選択性リターダ８１ｂは、例えば、緑
（Ｇ）の帯域のみ偏光方向を変換する機能を有する偏光
子（Ｇ／Ｍ素子）であったとする。この場合、緑（Ｇ）
の帯域光は色選択性リターダ８１ｂでＳ偏光に変換さ
れ、偏光分離膜８１ａにより反射し、光路を９０度折り
曲げられ、再び、色選択性リターダ８１ｂを通過してＰ
偏光となり、緑色の波長帯域をもつ光を分離できる。色
選択性リターダ８１ｂにより偏光方向を変換されない緑
帯域以外のマゼンタ（Ｍ）帯域の光は、偏光分離膜８１
ａを通過し、青色（Ｂ）の波長帯域のみ偏光方向を変換
する機能を有する色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８２
ｂに向かう。そして、マゼンタ光は、色選択性リターダ
８２ｂにより青（Ｂ）の帯域のみ偏光方向をＳ偏光に変
換され、偏光分離膜８２ａによりほぼ９０度反射し、再
び色選択性リターダ８２ｂを通過してＰ偏光の青（Ｂ）
の波長帯域を持った光として、色選択性リターダ８２ｂ
により偏光方向を変換されない赤（Ｒ）の波長帯域を持
った光と分離される。また、赤（Ｒ）の波長帯域を持っ
た光は偏光分離膜８２ａを通過し、Ｐ偏光のまま出射さ
れる。以上の様な構成と作用により３色の色分離が実現
する。尚、図１１では青（Ｂ）光は緑（Ｇ）光とは反対
方向に反射しているが、第二の色分離・合成素子８２の
色選択性リターダ８２ｂと偏光分離膜８２ａの角度を、
第一の色分離・合成素子８１の偏光分離膜８１ａと同じ
方向に設定すれば、緑色と同じ方向に向かう。このよう
に、偏光分離膜と色選択性リターダを用いた色分離・合
成素子を複数組み合わせることで、一方向の偏光成分の
高い、色の分離が可能となる。また、色選択性リターダ
は、赤色（Ｒ）の波長帯域のみの偏光方向を変換する素
子もあり、適切な色選択性リターダを用いることによ
り、３色の色分離の方向を任意に設定することが可能と
なる。

【００５７】以上のように、本実施例の色分離・合成素
子では、色選択性リターダと偏光分離膜を組み合わせた
素子を複数用いることにより、自在に色分離方向を設定
できる。また、偏光方向を選択、あるいは、変換するこ
とも可能となり、従来にない色分離・合成素子を実現で
きる。特に入射光を色選択性リターダに４５度で入射さ
せることにより分離角を９０度とした構成では、様々な
光学系に応用する際に、素子レイアウトがしやすい、フ
レームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直
交方向にとることができ精度確保がしやすいなど、多く
の利点がある。また、Ｐ偏光入射で用いる構成を採用す
ることにより、色分離された３色の偏光方向が同じＰ偏
光のままとなるので、従来からあるカラー分離素子（ダ
イクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方
が可能となり、利用の幅が広がる。尚、以上の説明では
色分離・合成素子の色分離機能について述べたが、図１
１において、色分離時とは逆方向に各色（Ｂ，Ｒ，Ｇ）
の光を通過させることにより、色合成を行うことができ
る。また、図１１において、色分離された各色の光束の
出射方向に反射型あるいは透過型の液晶ライトバルブ等
を配置すれば、投影装置への応用が容易に可能となる。

【００５８】（実施例１０）次に請求項２１に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、光源（図示せず）
と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成す
る複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子
と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成され
る投影装置であり、前記色分離素子として、実施例９で
説明した図１１に示す構成の色分離・合成素子８０（色
選択性リターダと偏光分離膜からなる２つの色分離・合
成素子８１，８２を組み合わせた色分離・合成素子）を
用いたものである。

【００５９】図示しないが、光源としては、ハロゲンラ
ンプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧
水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得
られるように、リフレクターで反射集光させる構成とし
てもよい。また、図示はしないが、ライトバルブへの照
明をより効率的に行う照明用集光光学系として、インテ
グレータ光学系を採用してもよい。これは、インテグレ
ータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成さ
れ、ライトバルブへ照明される照度ムラを低減させる集
光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてラ
イトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある
技術を採用することができる。さらに、入射光は一方向
の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光し
ていない光源を採用する場合は、例えば、図３０の従来
例に示したような偏光変換器を用いても良い。すなわ
ち、従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた
偏光変換器を照明光学系に採用すれば、照明光が一方向
の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じて
ＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わ
せて、インテグレータ光学系と一体となった構成などを
採用することができる。また、偏光変換器と直線偏光子
を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよ
い。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用でき
る。

【００６０】本実施例では、以上のような、従来からあ
る照明光源を用いて、実施例９（請求項１９，２０）の
構成の２つの色分離・合成素子８１，８２を組み合わせ
た色分離・合成素子８０用いて３色分離し、例えば、ラ
イトバルブとして透過型の液晶パネルなどを用いて偏光
方向を切り替えスイッチングして、画像形成し、各色形
成された透過画像を合成し、投射レンズによりスクリー
ン上に投影することによって、投影装置を構成した。ま
た、色合成に関しては、図示はしないが、従来からある
技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによっ
て実現できる。また、従来技術の欄にも示したが、クロ
スダイクロイックプリズムなどを用いて３色を合成して
もよい。

【００６１】本実施例では、色分離に色選択性リターダ
と、ＰＢＳの特性を利用した色分離素子を利用したの
で、これまでは、ダイクロイック分離膜などに要求され
る仕様としては、Ｐ、Ｓ偏光方向の特性を保ったまま色
分離する必要があったが、偏光特性に関しては、偏光分
離膜に持たせることにより、色分離前後の偏光特性の変
化が少なくなる特徴がある。

【００６２】（実施例１１）次に請求項２２に係る発明
の実施例を説明する。図１２は本発明の一実施例を示す
色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。本実施例は、光源（図示せず）と、色分離素子と、
映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバル
ブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像
を投影する投射レンズとで構成される投影装置であり、
前記色分離素子として、実施例９で説明した図１１に示
す構成の色分離・合成素子８０（色選択性リターダと偏
光分離膜からなる２つの色分離・合成素子８１，８２を
組み合わせた色分離・合成素子）を用いたものであり、
さらには、ライトバルブとして反射型液晶パネル８５，
８６，８７を用い、色合成素子として、実施例９に記載
の色分離・合成素子を少なくとも一つ用いたことを特徴
とするものである。より具体的には、実施例９に記載し
た構成の色分離・合成素子８１，８２と、偏光分離膜８
３ａが形成された偏光分離素子（ＰＢＳ）８３と、偏光
分離膜８４ａと色選択性リターダ８４ｂからなる色合成
素子８４とを組み合わせて構成した色分離・合成素子部
を用い、これに実施例１０で述べたような光源等の照明
系と、複数の反射型液晶パネル（反射型ライトバルブ）
８５，８６，８７と、投射レンズ８８を組み合わせて構
成した投影装置であり、色分離・合成素子８２を、色分
離と色合成に兼用したものである。

【００６３】図１２において、第一の色分離・合成素子
８１に入射する照明光を例えばＰ偏光成分を向上させた
直線偏光とし、緑色（Ｇ）帯域の光をＳ偏光に変える色
選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）８１ｂにほぼ４５度の角
度で入射させ、緑色（Ｇ）帯域の光を偏光分離膜８１ａ
で反射させる。反射された緑色光は再び色選択性リター
ダ８１ｂを通ることでＰ偏光となり、偏光分離素子８３
の偏光分離膜８３ａを透過し、緑色（Ｇ）用の反射型の
ライトバルブ（反射型液晶パネル）８７を照明する。一
方、偏光分離膜８１ａを通過したマゼンタ光は、第二の
色分離・合成素子８２の青色（Ｂ）帯域の光をＳ偏光に
変える色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８２ｂにほぼ４
５度の角度で入射し、色選択性リターダ８２ｂによって
Ｓ偏光に変えられた青色光は偏光分離膜８２ａで反射
し、再び色選択性リターダ８２ｂを通過してＰ偏光とな
り、青色（Ｂ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶
パネル）８６を照明する。また、赤色（Ｒ）帯域の光は
偏光分離膜８２ａを透過し、こちらもＰ偏光で赤色
（Ｒ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）
８５を照明する。

【００６４】それぞれの反射型液晶パネル８５，８６，
８７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられ
て、画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機
能を有しているので、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル
８７での明信号は、Ｓ偏光に変換されて、偏光分離膜８
３ａにより反射し、色合成素子８４に向かう。赤色
（Ｒ）用の反射型液晶パネル８５で反射された明表示光
はＳ偏光に変えられ、偏光分離膜８２ａで反射し、色合
成素子８４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶
パネル８６の明表示反射光はＳ偏光に変えられるので、
色選択性リターダ８２ｂを通過し、Ｐ偏光に変換されて
偏光分離膜８２ａを通過し、青色（Ｂ）の明表示光と合
成されて、色合成素子８４に向かう。ここで、色合成素
子８４として、赤色（Ｒ）の波長帯域のみの偏光方向を
変える色選択性リターダ（Ｒ／Ｂ素子）８４ｂと偏光分
離膜８４ａを図１２に示すように配置すると、赤色
（Ｒ）と青色（Ｂ）の合成光が、緑色（Ｇ）光と合成
し、カラー画像を形成することができるので、この合成
されたカラー画像を投射レンズ８８で、図示しないスク
リーン上に投影する。このような構成を採用することに
より、これまで、ライトバルブへの照明光を２色に分離
する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する素子
と、照明光と、投影像の光路を分離する機能を、一つの
素子に盛り込ませることが可能となり、これまでにない
小型な作像光学系を備えた投影装置を実現することがで
きる。

【００６５】（実施例１２）次に請求項２２に係る発明
の別の実施例を説明する。図１３は本発明の別の実施例
を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図
である。本実施例は、請求項１９の構成の色分離・合成
素子８１，８２，８３’，８４を４つ組み合わせて色分
離・合成素子部を構成し、対角状に４組の偏光分離膜
（ＰＢＳ膜）８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａと色選択
性リターダ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂを配置した
構成とし、その周囲に、ライトバルブとして反射型液晶
パネル８５，８６，８７を配置したものである。また、
Ｐ偏光で照明光を第１の色選択性リターダ８１ｂに入射
させた場合の構成例を示しており、図示の例では、第１
の色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光
方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第２の色選択性
リターダ８２ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変え
るＢ／Ｙ素子として機能し、第３の色選択性リターダ８
３ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素
子として機能し、第４の色選択性リターダ８４ｂは青色
（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機
能する。従って、反射型液晶パネル８５，８６，８７の
配置位置は図１２と同じであるが、合成されたカラー画
像の出射方向が紙面右方向となり、投射レンズ８８の配
置位置が図１２とは異なっている。

【００６６】（実施例１３）次に請求項２２に係る発明
のさらに別の実施例を説明する。図１４は本発明の別の
実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成
説明図である。本実施例は、請求項１９の構成の色分離
・合成素子８１，８２，８３’，８４を４つ組み合わせ
て色分離・合成素子部を構成し、対角状に４組の偏光分
離膜（ＰＢＳ膜）８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａと色
選択性リターダ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂを配置
した構成とし、その周囲に、ライトバルブとして反射型
液晶パネル８５，８６，８７を配置したものである。ま
た、Ｓ偏光で照明光を第１の色選択性リターダ８１ｂに
入射させた場合の構成例を示しており、図示の例では、
第１の色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の
偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第２の色選
択性リターダ８２ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を
変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第３の色選択性リター
ダ８３ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／
Ｙ素子として機能し、第４の色選択性リターダ８４ｂは
赤色（Ｒ）帯域の光の偏光方向を変えるＲ／Ｂ素子とし
て機能する。従って、Ｒ，Ｂ，Ｇ各色の反射型液晶パネ
ル８５，８６，８７の配置位置が図１３とは異なる位置
となり、合成されたカラー画像の出射方向が紙面下方向
となる。

【００６７】（実施例１４）次に請求項２２に係る発明
のさらに別の実施例を説明する。図１５は本発明の別の
実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成
説明図である。本実施例は、偏光分離膜（ＰＢＳ膜）８
１ａ，８３ａ，８４ａと色選択性リターダ８１ｂ，８３
ｂ，８４ｂからなる３組の色分離・合成素子８１，８
３’，８４と、偏光分離膜８２ａのみを形成した偏光分
離素子８２’を組み合わせて色分離・合成素子部を構成
し、その周囲に、ライトバルブとして反射型液晶パネル
８５，８６，８７を配置したものであり、図１４の色分
離・合成素子８２を、偏光分離素子８２’に置き換えた
ものである。また、Ｓ偏光で照明光を第１の色選択性リ
ターダ８１ｂに入射させた場合の構成例を示しており、
図示の例では、色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯
域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、色
選択性リターダ８３ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向
を変えるＢ／Ｙ素子として機能し、色選択性リターダ８
４ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素
子として機能する。また、偏光分離素子８２’は、緑色
（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７からの明暗光の光路分
離を偏光分離膜８２ａ単独で行うものである。

【００６８】（実施例１５）次に請求項２３に係る発明
の実施例を説明する。図１６は本発明の一実施例を示す
色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。図１６に示す構成は、図１２に示した構成の投影装
置における色合成素子８４を、平板状のダイクロイック
素子８９に置き換えたものであり、その他の構成は図１
２と同様である。本実施例では、第二、第三の色分離
（青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光の分離）に作用した色分
離・合成素子８２の第二の色選択偏光子（色選択性リタ
ーダ）８２ｂ及び第二の偏光分離膜８２ａを色合成にも
用いて赤色（Ｒ）用と青色（Ｂ）用のライトバルブ８
５，８６からの明表示光を色合成し、その色合成された
画像と、第一のライトバルブ（緑色（Ｇ）用のライトバ
ルブ）８７で変調した画像とを、ダイクロイック分離素
子８９のダイクロイック分離膜８９ａで合成することを
特徴とするものである。ダイクロイック分離素子８９の
ダイクロイック分離膜８９ａは、緑色（Ｇ）帯域の反射
率を高くし、緑色帯域以外は透過率を高くした。このダ
イクロイック分離膜８９ａは、例えば光学ガラスプレー
ト８９ｂの面上に近年の薄膜形成技術等を利用して誘電
体多層膜等を形成したものであり、光軸に対して、ほぼ
４５度に傾けて配置すればよい。このような構成とする
ことにより、より単純な構成でカラー画像を得ることが
可能となる。従って、より低コストで軽量な作像光学系
を実現できる。

【００６９】（実施例１６）次に請求項２４に係る発明
の実施例を説明する。図１７は本発明の一実施例を示す
色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。図１７に示す構成は、図１６に示した構成の投影装
置におけるダイクロイック分離素子８９を、２つの直角
プリズムの間にダイクロイック分離膜９０ａを形成した
ダイクロイックプリズム９０に置き換えたものであり、
その他の構成は図１６と略同様である。

【００７０】画素密度を上げ、高解像に対応した投影装
置では、図１６に示したようなガラスプレート８９ｂに
ダイクロイック分離膜８９ａを形成したダイクロイック
分離素子８９では、光束を斜めに入射させるために非点
収差などが発生し、投射レンズ８８への負担がかかる。
そこで、本実施例では、より高画質に対応するために図
１７に示す構成とし、直角プリズム等へダイクロイック
分離膜９０ａを形成したダイクロイックプリズム９０を
用いる構成を採用した。図１７に示す構成では、Ｐ偏光
の照明光を、青色（Ｂ）帯域の偏光方向を９０度変える
色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８１ｂに入射させて、
偏光分離膜８１ａで青色（Ｂ）と、黄色（Ｙ）に分離す
る。黄色は、Ｒ／Ｃの色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）
８２ｂと偏光分離膜８２ａによる赤色（Ｒ）と緑色
（Ｇ）の分離、合成に用い、最終的に、青色（Ｂ）と、
黄色（Ｙ）を合成する部分に、ダイクロイック分離膜９
０ａを採用した。

【００７１】（実施例１７）次に請求項２４に係る発明
の別の実施例を説明する。図１８は本発明の別の実施例
を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図
である。図１８に示す構成は、図１５に示した構成の投
影装置における色合成素子８４を、ダイクロイックプリ
ズム９０に置き換えたものであり、その他の構成は図１
５と同様である。図１８に示す構成では、Ｓ偏光の照明
光を、赤色（Ｒ）帯域の偏光方向を９０度変える色選択
性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）８１ｂに入射させて、偏光分
離膜８１ａで赤色（Ｒ）と、シアン色（Ｃ）に分離す
る。シアン色は、Ｂ／Ｙの色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素
子）８３ｂと偏光分離膜８３ａによる青色（Ｂ）と緑色
（Ｇ）の分離、合成に用い、最終的に、赤色（Ｒ）と、
シアン色（Ｃ）を合成する部分に、ダイクロイック分離
膜９０ａを適用した。

【００７２】（実施例１８）次に請求項２５に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、請求項２３あるいは
２４の実施例（図１６，１７，１８）で示した、３組の
反射型のライトバルブ８５，８６，８７で反射されたそ
れぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プ
リズムについて、同一の硝材で構成したことを特徴とし
た。偏光分離膜や、ダイクロイック分離膜等を単独で機
能させるのは困難で、通常はプリズム等の平面に形成し
ている。しかしながら、プリズムの表面では、空気中の
屈折率の差から表面反射が生じる。これを防止するため
のこれまでは、反射防止コート等がなされている。各プ
リズムを密着固着すれば、空気との界面ほどの表面反射
はなくなるにしろ、屈折率が異なれば、少なからずとも
界面で反射が生じる。そこで、本実施例では、図１６，
１７，１８の何れかの構成において、３組の反射型のラ
イトバルブ８５，８６，８７で反射されたそれぞれの明
表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムにつ
いて、プリズムの硝材を同じにすることで、屈折率差が
なくなり、密着させたときの表面反射を低減することが
可能となり、よりフレアに強いコントラストの高い投影
装置を実現することができる。また、図示はしないが、
各プリズム間を屈折率に合わせた接着を行って一体化す
れば、表面反射はほとんどなくなる。これにより、反射
防止コートも不要になり、成膜コストに関する部分を低
減させることが可能となる。

【００７３】（実施例１９）次に請求項２６に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、請求項２２，２３，
２４または２５の実施例（実施例１１〜１８）に示した
投影装置において、投射レンズ８８の手前で、最終的に
色合成素子（色選択性リターダと偏光分離膜からなる色
合成素子８４、あるいはダイクロイック分離膜を用いた
色合成素子８９，９０）で合成された光路中に、色選択
性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴
とするものである。

【００７４】図１９は本発明の一実施例を示す色分離・
合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。図１９
に示す構成の投影装置は、図１３に示した構成の投影装
置の色合成素子８４で合成された光路中に、色選択性リ
ターダ９０を配置し、各色偏光方向を揃えるものであ
る。すなわち、色合成素子８４で色合成した直後は、緑
色（Ｇ）と青色（Ｂ）はＰ偏光であるが、赤色（Ｒ）が
Ｓ偏光のままであるので、赤色（Ｒ）帯域のみ偏光方向
を変換する色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９１を配置
した。このように、色合成素子８４で色合成した直後に
色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９１を配置して偏光方
向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依存し
ない投影装置が実現する。また、図１９に示したよう
に、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子９２
をさらに光路中に挿入することができ、途中で偏光方向
が変化したフレア成分はカットすることが可能となる。
従って、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実
現することができる。

【００７５】（実施例２０）次に請求項２７に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、請求項２４，２５ま
たは２６の実施例（実施例１６〜１９）に示した投影装
置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダ
を平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを
特徴とするものである。図２０は本発明の一実施例を示
す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。図２０に示す構成の投影装置は、図１８と同様の構
成の投影装置において、ダイクロイック分離膜９０ａに
色選択性リターダ９３を平行対峙させて配置した構成の
ダイクロイックプリズム９０’を用い、各色偏光方向を
揃えるものである。図２０の構成例では、ダイクロイッ
ク分離膜９０ａに到達する前は、緑色（Ｇ）はＰ偏光、
赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）はＳ偏光であるので、緑色のみ
を変換する色選択性リターダ９３をダイクロイック分離
膜９０ａに平行対峙させて挿入すればよい。尚、図２０
では、ダイクロイック分離膜９０ａは赤色（Ｒ）のみを
反射する様に設計している。この色選択性リターダ９３
は、ダイクロイック分離膜９０ａの前でもよいし、後で
もよい。

【００７６】また、図２１に示す別の実施例のように、
ダイクロイック分離膜９０ａの特性として、赤色（Ｒ）
のみを透過する特性としたときには、緑色（Ｇ）のみの
偏光方向を変換する色選択性リターダ９３として、素子
の往復で丁度、９０度回転するようにリターダスタック
等を設定をした素子を挿入すればよい。図２０または図
２１の構成の投影装置では、実施例１９（請求項２６）
と同様の効果に加え、ダイクロイック分離膜９０ａの前
後のどちらにも色選択性リターダ９３を配置できる構成
を採用可能となる。

【００７７】（実施例２１）次に請求項２８に係る発明
の実施例を説明する。本実施例の色分離・合成素子は、
光学プリズム面に、少なくとも２組以上の特定波長領域
の偏光方向を変換する色選択性リターダと、偏光分離膜
を平行対峙させて配置し、前記色選択性リターダあるい
は偏光分離膜に隣接して、別の２組のプリズムで挟み込
み、ブロック状にしたことを特徴とするものである。図
２２は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略
構成図であり、この例では、第１のプリズム９４ａの互
いに直交する２辺の少なくとも一方に偏光分離膜９４
ｅ，９３ｇを形成し、その偏光分離膜９４ｅ，９３ｇ
と、別の直角プリズム９４ｂ，９４ｃとで、色選択性リ
ターダ９４ｄ，９４ｆを挟み込んだ箇所が、少なくとも
２カ所以上存在した色分離・合成素子９４である。

【００７８】図２２に示す色分離・合成素子９４では、
第１のプリズム９４ａの辺ａに偏光分離膜が形成あるい
は付加されており（偏光分離膜９４ｅ）、その偏光分離
膜９４ｅに平行対峙して色選択性リターダ９４ｄが配置
され、第２のプリズム９４ｂの辺ｂとで挟み込んでい
る。また、第３のプリズム９４ｃの辺ｃにも偏光分離膜
９４ｇが形成あるいは付加されており、辺ｃと第１のプ
リズム９４ａの辺ａ’とで、別の色選択性リターダ９４
ｆを挟持した構成を採っている。色選択性リターダ９４
ｄは、例えば、緑色（Ｇ）の帯域のみを偏光方向を変え
る素子であって、色選択性リターダ９４ｆは、青色
（Ｂ）の波長帯域のみ偏光方向を変換する偏光子であ
る。照明光として偏光度の揃ったＰ偏光の光を、プリズ
ム９４ｂに入射させ、辺ｂへ達したとき、照明光はほぼ
４５度の入射角で色選択性リターダ９４ｄに入射する。
そして、緑色（Ｇ）の光はＳ偏光に変わり、偏光分離膜
９４ｅで反射し、再び色選択性リターダ９４ｄを通過
し、マゼンタ光と分離される。マゼンタ光はＰ偏光のま
まであるので、偏光分離膜９４ｅを通過し、プリズム９
４ａの辺ａ’に対峙されている色選択性リターダ９４ｆ
へ向かう。色選択性リターダ９４ｆは、青方向のみ偏光
方向を変える機能を有していれば、色選択性リターダ９
４ｆを通過したマゼンタ色のうち、赤色（Ｒ）の帯域の
みＰ偏光に変換され、偏光分離膜９４ｇを通過する。一
方、青色（Ｂ）の光は反射して、色選択性リターダ９４
ｆを再び通過し、さらに２色に分離する。

【００７９】このように、直角プリズム９４ａの様な互
いに直交する２辺に偏光分離膜９４ｅ，９４ｇと、色選
択性リターダ９４ｄ，９４ｆを配置することで、３色の
色分解を行うことができる。もちろん、プリズム９４ａ
の形状としては、実施例に示したように直角プリズムを
用いてもよいが、プリズムを平行四辺形形状にすれば、
互いに平行となる面に、偏光分離膜と色選択性リターダ
を挟み込む構成となる。その際は、緑色と、青色は同じ
方向に反射される様になるので、用途に応じて設定すれ
ばよい。また、色分離の順番も、機器の設計に応じてＧ
／Ｍ、Ｒ／Ｃ、Ｂ／Ｙの順番を組み合わせることによ
り、様々な色分離が可能である。

【００８０】（実施例２２）次に請求項２９に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、光源と、色分離素子
と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライト
バルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された
画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置にお
いて、前記色分離素子または前記色合成素子として、実
施例２１（請求項２８）記載の色分離・合成素子９４を
用いたことを特徴とするものである。

【００８１】図示しないが、光源としては、ハロゲンラ
ンプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧
水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得
られるように、リフレクターで反射集光させる構成とし
てもよい。また、図示はしないが、ライトバルブへの照
明をより効率的に行う照明用集光光学系として、インテ
グレータ光学系を採用してもよい。これは、インテグレ
ータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成さ
れ、ライトバルブへ照明される照度ムラを低減させる集
光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてラ
イトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある
技術を採用することができる。さらに、入射光は一方向
の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光し
ていない光源を採用する場合は、例えば、図３０の従来
例に示したような偏光変換器を用いても良い。すなわ
ち、従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた
偏光変換器を照明光学系に採用すれば、照明光が一方向
の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じて
ＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わ
せて、インテグレータ光学系と一体となった構成などを
採用することができる。また、偏光変換器と直線偏光子
を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよ
い。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用でき
る。

【００８２】本実施例では、以上のような、従来からあ
る照明光源を用いて、実施例２１（請求項２８）の構成
の色分離・合成素子９４用いて３色分離し、例えば、ラ
イトバルブとして透過型の液晶パネルなどを用いて偏光
方向を切り替えスイッチングして、画像形成し、各色形
成された透過画像を合成し、投射レンズによりスクリー
ン上に投影することによって、投影装置を構成した。ま
た、色合成に関しては、図示はしないが、従来からある
技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによっ
て実現できる。また、従来技術の欄にも示したが、従来
からあるミラーとクロスダイクロイックプリズムなどを
用いて３色を合成してもよい。

【００８３】（実施例２３）次に請求項３０に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例２２で説明し
た請求項２９の投影装置の構成において、ライトバルブ
として反射型液晶パネルを用い、色分離素子として用い
た偏光分離膜および色選択性リターダの組み合わせ部分
を少なくとも１つ、色合成素子としても適用したもので
ある。図２３は本発明の一実施例を示す色分離・合成素
子を用いた投影装置の構成説明図である。この投影装置
は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に
応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル８５，８
６，８７と、各画像を合成する色合成素子と、形成され
た画像を投影する投射レンズ８８とで構成されており、
前記色分離素子と色合成素子として、両者が一体化され
た色分離・合成素子９５を備えている。そして、この色
分離・合成素子９５では、プリズム９５ａとプリズム９
５ｂの間には色分離部となる色選択性リターダ９５ｅと
偏光分離膜９５ｆが平行対峙して形成され、プリズム９
５ｂとプリズム９５ｃの間には色分離・合成部となる色
選択性リターダ９５ｈと偏光分離膜９５ｉが平行対峙し
て形成されており、これらの部分が実施例２１（請求項
２８）に記載した色分離・合成素子と同様に機能する。
また、プリズム９５ａとプリズム９５ｄの間には偏光分
離膜９５ｇが形成され、プリズム９５ｃとプリズム９５
ｄの間には色合成素子部となる色選択性リターダ９５ｊ
と偏光分離膜１５ｋが平行対峙して形成されている。

【００８４】図２３において、色分離・合成素子９５に
入射する照明光としては、例えばＳ偏光成分を向上させ
た光を照明光とし、緑色（Ｇ）帯域の偏光方向を変える
色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９５ｅにほぼ４５度に
入射させ、緑色（Ｇ）帯域の光を反射させる。反射され
た緑色（Ｇ）光は、Ｐ偏光で偏光分離膜９５ｆを透過
し、プリズム９５ａを通過後、偏光分離膜９５ｇを通過
し、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７を照明する。
一方、マゼンタ（Ｍ）光は偏光分離膜９５ｆで反射し、
再び、色選択性リターダ９５ｅを透過し、プリズム９５
ｂを通過し、色選択性リターダ９５ｈに向かう。色選択
性リターダ９５ｈは、青色（Ｂ）のみの偏光方向を変え
る偏光子であった場合、青色（Ｂ）光はＰ偏光に変わ
り、偏光分離膜９５ｉを通過して、青色（Ｂ）用の反射
型液晶パネル８６を照明する。赤色（Ｒ）光は偏光方向
を変えられないので、Ｓ偏光のまま偏光分離膜９５ｉに
より反射し、再び、色選択性リターダ９５ｈを通過し、
赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル８５を照明する。

【００８５】それぞれの反射型液晶パネル８５，８６，
８７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられ
て、画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機
能を有しているので、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル
８７での明画像は、Ｓ偏光に変換されて、偏光分離膜９
５ｇにより反射し、色合成素子部に向かう。赤色（Ｒ）
用の反射型液晶パネル８５で反射された明表示光はＰ偏
光に変えられ、色選択性リターダ９５ｈと偏光分離膜９
５ｉを通過し、また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル
８６の明表示反射光はＳ偏光に変えられるので、偏光分
離膜９５ｈで反射し、赤色と青色の明表示光が合成され
て、プリズム９５ｃを通過し、色合成素子部に向かう。
ここで、色合成素子として、青のみの偏光方向を変換す
る色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）９５ｊと、偏光分離
膜９５ｋで構成すれば、全ての色がこの素子で合成さ
れ、投射レンズ８８へと向かう。以上のような構成を採
用することにより、これまでのライトバルブへの照明光
を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を
合成する素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能
とを、併せ持った作像光学ユニットが実現でき、これま
でにない小型な投影装置が実現する。

【００８６】（実施例２４）次に請求項３１に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例２３と同様な
構成の投影装置において、各ライトバルブ（反射型液晶
パネル）８５，８６，８７で形成された画像を合成する
手段として、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを
特徴とするものである。図２４は本発明の一実施例を示
す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。この投影装置の、色分離・合成素子の構成は図２３
と略同様であるが、各反射型液晶パネル８５，８６，８
７からの明表示光を合成する色合成部をダイクロイック
分離膜９５ｍで構成したものである。尚、その他の構成
と動作は図２３と略同様である。

【００８７】また、図２５は本発明の別の実施例を示す
色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図であ
る。この投影装置の、色分離・合成素子の構成は図２４
と略同様であるが、色分離・合成素子に入射する照明光
としては例えばＳ偏光成分を向上させた光を照明光と
し、その照明光が最初に入射する色分離部の色選択性リ
ターダ９５ｅに、赤色（Ｒ）の偏光方向を変える色選択
性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）を用いて偏光分離膜９５ｆと
平行に対峙させた構成としたものである。従って、この
例では、色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９５ｅと偏光
分離膜９５ｆにより、赤色（Ｒ）を反射し、シアン
（Ｃ）光を透過して、色分離する構成となる。

【００８８】以上の図２４または図２５のような構成を
採用することにより、これまで、ライトバルブへの照明
光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光
を合成する素子と、照明光と投影像の光路を分離する機
能を、併せ持った作像光学ユニットが実現でき、これま
でにない小型な投影装置が実現する。

【００８９】（実施例２５）次に請求項３２に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例２２，２３ま
たは２４（請求項２９，３０または３１）で説明した構
成の投影装置において、色合成後の光路中に、色選択性
リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴と
するものである。図２６は、本発明の一実施例を示す色
分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
図２６に示す構成の投影装置は、図２３に示した構成の
投影装置の色分離・合成素子９５を用い、色合成素子部
で合成された光路中に、色選択性リターダ９６を配置
し、各色偏光方向を揃えるものである。すなわち、色選
択性リターダ９５ｊと偏光分離膜９５ｋからなる色合成
素子部で色合成した直後は、緑色（Ｇ）のみがＳ偏光と
なっているので、合成後の光路に緑色（Ｇ）帯域のみ偏
光方向を変換する色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９６
を配置した。このように、色合成素子部で色合成した直
後に色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９６を配置して偏
光方向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依
存しない投影装置が実現する。また、図２６に示したよ
うに、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子９
７をさらに光路中に挿入することができ、途中で偏光方
向が変化したフレア成分はカットすることが可能とな
る。従って、よりコントラストの高い高品質な投影装置
を実現することができる。

【００９０】（実施例２６）次に請求項３３に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例２４（請求項
３１）で説明した構成の投影装置において、ダイクロイ
ック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置
し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものであ
る。図２７は、本発明の一実施例を示す色分離・合成素
子を用いた投影装置の構成説明図である。図２７に示す
構成の投影装置は、図２５に示した構成の投影装置の色
分離・合成素子９５を用い、色合成素子部を構成するダ
イクロイック分離膜９５ｍと平行対峙させて色選択性リ
ターダ９５ｎを配置したものである。例えば、ダイクロ
イック分離膜９５ｍに到達する前は、緑色（Ｇ）はＰ偏
光、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）はＳ偏光であるので、ダイ
クロイック分離膜９５ｍと平行対峙させて緑色（Ｇ）の
みを変換する色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９５ｎを
挿入すればよい。尚、この例では、ダイクロイック分離
膜９５ｍは赤色（Ｒ）のみを反射する様に設計してい
る。また、この色選択性リターダ９５ｎ素子は、ダイク
ロイック分離膜９５ｍの前に配置してもよいし、後に配
置してもよい。また、投射レンズ８８の手前には、Ｓ偏
光成分の透過率の高い直線偏光子９７を配置すれば、Ｐ
偏光成分をカットし、フレア光を除去できる。以上の構
成では、実施例２４（請求項３１）で説明した効果に加
え、ダイクロイック分離膜９５ｍの前後どちらにも色選
択性リターダを配置できる構成を採用可能となる。

【００９１】以上、請求項１９〜３３の実施例を説明し
たが、各実施例において、照明光の色分子素子への入射
方向、及び、色分離方向、及び、各色光の色合成素子へ
の入射方向等は、実施例の説明では特別に図示していな
いが、向きはどちらでも良く、代表として一方向のみの
実施例を示している。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光を利用して光源からの光を２色あるいは３色の光に
色分離することができ、かつ２色あるいは３色に色分離
された光を合成することができ、かつ小型で、光学レイ
アウトが容易で、分離された偏光方向を自在に設定可能
な色分離・合成素子を実現することができる。また、本
発明によれば、その色分離・合成素子を用い、偏光して
いない自然光やランプ等の光を３色に分離し、それぞれ
分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素
子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過
する際、あるいは、反射する際に偏光方向を変換して、
光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞ
れ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び
色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する、
小型で軽量な投影装置を実現することができる。また、
一般に、偏光分離素膜（ＰＢＳ）はＳ偏光は反射し、Ｐ
偏光は透過するが、これまでの既存の設計技術、製造技
術では、膜の構成や、製造誤差により、必ずしも１００
％ではなく、また、ＰとＳのどちらかの特性を上げれ
ば、どちらかの特性が落ちるこれにより、ＰとＳの偏光
度を落とすことになり、その偏光度の低下はフレア光と
なって、コントラスト性能を低下させる要因となってい
るが、本発明の色分離合成素子は、２色のうち一色につ
いては、色分離する際にも、色合成する際にも、色選択
性リターダ（積層リターデーションフィルム）を２回通
過するため、ＰＢＳの分光特性をそれぞれの色ごとに最
適化することにより、フレア成分を極力落とすことが可
能となり、これまでにないコントラスト性能を出しやす
い光学系を実現できる。また、色選択性リターダと偏光
分離膜を組み合わせた色分離・合成素子であるため、偏
光分離膜の特性も、これまで全波長域で理想的なＰ，Ｓ
偏光の分離を行わなければ、コントラスト性能を上げる
ことができなかったが、２色の波長帯域がそれぞれＰ成
分、Ｓ成分と分けられているので、２色の帯域ごとにＰ
ＢＳ特性を最適化することが可能となり、これまでにな
い安定したコントラスト性能を引き出すことが可能なプ
ロジェクタ光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概
略構成図である。

【図２】図１に示す構成の色分離・合成素子で、Ｐ偏光
を入射光とした例を示す図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子の
概略構成図である。

【図４】図３に示す構成の色分離・合成素子で、Ｐ偏光
を入射光とした例を示す図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子と
それを用いた投影装置の構成説明図である。

【図６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成
素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。

【図７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成
素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。

【図８】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成
素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。

【図９】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成
素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。

【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。

【図１１】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子の概略構成図である。

【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１３】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１４】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１５】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１８】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図１９】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２０】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２１】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２２】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子の概略構成図である。

【図２３】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２４】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２５】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合
成素子を用いた投影装置の構成説明図である。

【図２８】従来技術の一例を示す図であって、反射型液
晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図であ
る。

【図２９】従来技術の別の例を示す図であって、透過型
液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。

【図３０】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
偏光変換器の構成説明図である。

【図３１】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を
用いた補色カラー偏光子の構成説明図である。

【図３２】従来技術のさらに別の例を示す図であって、
色選択性リターダを用いた投影装置の概略要部構成図で
ある。

【符号の説明】

１：色選択性リターダ（積層リターデーションフィル
ム） ２：平板状の偏光分離素子（ＰＢＳ） ２ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜） ３：色選択性リターダ（積層リターデーションフィル
ム） ４：第二の直角プリズム ５：第一の直角プリズム（偏光ビームスプリッタ） ５ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜） ６：色分離素子（ダイクロイックプリズム） ６ａ，１４ａ，１６ａ：色分離膜（ダイクロイック膜） ７：光学部材 ８，８７：緑（Ｇ）用のライトバルブ（反射型液晶パネ
ル） ９，８５：赤（Ｒ）用のライトバルブ（反射型液晶パネ
ル） １０，８６：青（Ｂ）用のライトバルブ（反射型液晶パ
ネル） １１，８８：投射レンズ １２，１３：第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ） １２ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ
膜） １４，１６：第二のプリズム（色分離素子（ダイクロイ
ックプリズム）） １４ａ，１６ａ：色分離膜（ダイクロイック膜） １５，１７：全反射プリズムを一体化した第一のプリズ
ム（偏光ビームスプリッタ） １５ｂ，１７ｂ：全反射プリズム（反射面） ８０：色分離・合成素子 ８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ
膜） ８１ｂ，８２ｂ，８３，８４ｂ：色選択性リターダ ８９ａ．９０ａ：ダイクロイック分離膜

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 Ｆターム(参考） 2H042 CA07 CA10 CA12 CA15 CA17 2H049 BA05 BA43 BA45 BB03 BC22 2H088 EA12 EA18 EA19 HA13 HA14 HA15 HA20 HA23 HA28 MA01 2H091 FA05Z FA11Z FA14Z FA21Z FA26Z FA41Z FD07 FD12 FD22 LA03 LA11 LA15 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA06

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の
   偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射す
   る偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域の
   偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前
   記偏光分離膜の側面、または側面に隣接した位置に、偏
   光分離膜と平行に前記色選択性リターダを配置したこと
   を特徴とする色分離・合成素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の色分離・合成素子におい
   て、 前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分
   離膜で第一の偏光方向成分の光と、第二の偏光方向成分
   の光を、それぞれ透過光あるいは反射光とすることで分
   離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過させる
   ことを特徴とする色分離・合成素子。
3. 【請求項３】請求項２記載の色分離・合成素子におい
   て、 色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行
   うことを特徴とする色分離・合成素子。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の色分離・合成
   素子において、 前記偏光分離膜を平板状の透明部材に形成した平板状偏
   光分離素子を用いたことを特徴とする色分離・合成素
   子。
5. 【請求項５】請求項１，２，３または４記載の色分離・
   合成素子において、 色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを
   特徴とする色分離・合成素子。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４または５記載の色分
   離・合成素子において、 入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向
   の直線偏光を入射光としたことを特徴とする色分離・合
   成素子。
7. 【請求項７】斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過し
   第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を
   反射する偏光分離膜機能を形成した第一の直角プリズム
   と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リター
   ダと、第二の直角プリズムとで構成され、第一の直角プ
   リズムの斜面、及び、第二の直角プリズムの斜面の２面
   間に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とす
   る色分離・合成素子。
8. 【請求項８】請求項７記載の色分離・合成素子におい
   て、 前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分
   離膜で第一の偏光方向の光と、第二の偏光方向の光を、
   それぞれ透過光あるいは、反射光とすることで分離し、
   反射光を再び前記色選択性リターダを通過させることを
   特徴とする色分離・合成素子。
9. 【請求項９】請求項８記載の色分離・合成素子におい
   て、 色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行
   うことを特徴とする色分離・合成素子。
10. 【請求項１０】請求項７，８または９記載の色分離・合
    成素子において、 色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを
    特徴とする色分離・合成素子。
11. 【請求項１１】請求項７，８，９または１０記載の色分
    離・合成素子において、 入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向
    の直線偏光を入射光としたことを特徴とする色分離・合
    成素子。
12. 【請求項１２】第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一
    の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射
    する偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域
    の偏光方向を変換する色選択性リターダと、色分離素子
    で構成され、前記色選択性リターダの第一の側面に前記
    偏光分離膜を配置し、前記色選択性リターダの第二の側
    面に色分離素子を配置したことを特徴とする色分離・合
    成素子。
13. 【請求項１３】斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過
    し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光
    を反射する偏光分離膜機能を形成した第一のプリズム
    と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リター
    ダと、斜面に色分離機能を形成した第二のプリズムとで
    構成され、前記第一のプリズムの偏光分離膜形成斜面、
    及び、前記第二のプリズムの間に、前記色選択性リター
    ダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子。
14. 【請求項１４】光源と、偏光方向を変換する機能を有し
    変調信号により各色の画像を形成する複数のライトバル
    ブと、該ライトバルブにより形成された画像を投影する
    画像投影手段と、前記光源とライトバルブ及び画像投影
    手段の間に配置される色分離・合成手段とを備え、前記
    色分離・合成手段として、請求項１〜１３の何れか一つ
    に記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投
    影装置。
15. 【請求項１５】光源と、偏光方向を変換する機能を有し
    変調信号により画像を形成する第一から第三のライトバ
    ルブと、該第一から第三のライトバルブにより形成され
    た画像を投影する画像投影手段と、光源光束を前記ライ
    トバルブへ効率よく照明する集光素子と、偏光していな
    い光源の光の第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏
    光効率向上機能素子と、色選択偏光子として機能する色
    選択性リターダと、前記偏光効率向上機能素子から得ら
    れた直線偏光方向の光のみ透過しその方向とは直交する
    第二の直線偏光の光束は反射する偏光分離機能を有した
    偏光分離素子と、色分離素子とで構成され、前記偏光効
    率向上機能素子を通過した光束を、前記色選択性リター
    ダに通過させることにより、偏光方向を変換されない第
    一の波長帯域を持つ光と、第二の偏光方向となった第二
    の波長帯域を持つ光にし、第二の偏光方向となった光
    を、前記偏光分離素子を透過させた後、前記第一のライ
    トバルブへの照明光とし、また、前記偏光効率向上機能
    素子を通過した光束のうち、前記色選択性リターダを通
    過することにより偏光方向を変換され第二の波長帯域の
    光となった光を、前記偏光分離素子により反射させ、再
    び色選択性リターダを透過させて第一の偏光方向に再び
    変換し、その変換された第二の波長帯域の光を、前記色
    分離素子により第三、第四の２つの波長帯域に分離し、
    それぞれを第二及び第三のライトバルブへの照明光と
    し、第一から第三のライトバルブによりカラー画像を形
    成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段と前
    記投影手段によってスクリーン上に画像形成することを
    特徴とする投影装置。
16. 【請求項１６】請求項１５記載の投影装置において、 前記第一から第三のライトバルブは、反射型ライトバル
    ブであることを特徴とする投影装置。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の投影装置において、 前記第一から第三のライトバルブにより変調され反射さ
    れた映像光を、色分離素子、色選択性リターダ及び偏光
    ビームスプリッタを介して色合成し、前記投影手段によ
    ってスクリーン上に投影して画像形成することを特徴と
    する投影装置。
18. 【請求項１８】請求項１５，１６または１７記載の投影
    装置において、 前記第一のライトバルブと前記偏光ビームスプリッタの
    間に全反射プリズムを配置したことを特徴とする投影装
    置。
19. 【請求項１９】第一の偏光方向成分の光は透過し、第一
    の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光は反射
    する偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する
    色選択性リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面
    に該色選択性リターダを配置し、該色選択性リターダへ
    ほぼ４５度の角度で光を入射し、通過後、前記偏光分離
    膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第一の色）
    と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第二の色）
    を、それぞれ透過光と反射光とに分離することを特徴と
    した色分離・合成素子。
20. 【請求項２０】請求項１９記載の色分離・合成素子を複
    数用いて、３色以上の色分離を行うことを特徴とする色
    分離・合成素子。
21. 【請求項２１】光源と、色分離素子と、映像変調信号に
    応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を
    合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射
    レンズとで構成される投影装置において、 前記色分離素子として、請求項１９または２０記載の色
    分離・合成素子を用いたことを特徴とする投影装置。
22. 【請求項２２】請求項２１記載の投影装置において、 前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライト
    バルブであって、前記色合成素子として、請求項１９ま
    たは２０記載の色分離・合成素子を少なくとも一組用い
    たことを特徴とする投影装置。
23. 【請求項２３】請求項２２記載の投影装置において、 前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライト
    バルブであって、第二、第三の分離に作用した、第二の
    色選択偏光子および第二の偏光分離膜で色合成し、その
    色合成された画像と、第一のライトバルブで変調した画
    像とを合成する色合成素子として、ダイクロイック分離
    膜を用いて合成することを特徴とする投影装置。
24. 【請求項２４】請求項２３記載の投影装置において、 前記ダイクロイック分離膜は、ダイクロイックプリズム
    によって形成されたことを特徴とする投影装置。
25. 【請求項２５】請求項２２，２３または２４記載の投影
    装置において、 ３組の反射型ライトバルブで反射されたそれぞれの明表
    示光が通過する光路中に配置された光学プリズムは同一
    の硝材で構成したことを特徴とする投影装置。
26. 【請求項２６】請求項２２，２３，２４または２５記載
    の投影装置において、 色合成素子で合成された光路中に、色選択性リターダを
    配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投影装
    置。
27. 【請求項２７】請求項２４，２５または２６記載の投影
    装置において、 前記ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対
    峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とす
    る投影装置。
28. 【請求項２８】光学プリズム面に、少なくとも２組以上
    の特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ
    と、偏光分離膜を平行対峙させて配置し、前記色選択性
    リターダあるいは偏光分離膜に隣接して、別の２組のプ
    リズムで挟み込み、ブロック状にしたことを特徴とする
    色分離・合成素子。
29. 【請求項２９】光源と、色分離素子と、映像変調信号に
    応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を
    合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射
    レンズとで構成される投影装置において、 前記色分離素子または前記色合成素子として、請求項２
    ８記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投
    影装置。
30. 【請求項３０】請求項２９記載の投影装置において、 前記ライトバルブは反射型の液晶パネルであって、少な
    くとも一組の色分離・合成素子を、色分離素子及び色合
    成素子として兼用して用いることを特徴とする投影装
    置。
31. 【請求項３１】請求項２９または３０記載の投影装置に
    おいて、 各ライトバルブで形成された画像を合成する手段とし
    て、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを特徴とす
    る投影装置。
32. 【請求項３２】請求項２９，３０または３１記載の投影
    装置において、 色合成後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色
    偏光方向を揃えることを特徴とする投影装置。
33. 【請求項３３】請求項３１記載の投影装置において、 ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙さ
    せて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投
    影装置。