JP2003029041A

JP2003029041A - 波長選択性位相変換装置、色分解光学装置および投射型表示装置

Info

Publication number: JP2003029041A
Application number: JP2001218663A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sato; 正聡佐藤; Tetsuo Hattori; 徹夫服部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】【解決手段】入射角が０度となる極限でＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分との反射の位相差を０度とする定義におい
て、第１波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位
相差を第1の位相差、前記第1波長領域の光と異なる第２
波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第
２の位相差とそれぞれしたとき、前記第１の位相差と前
記第２の位相差との差が１８０度となるような光学薄膜
ＴＲが形成されている光学部材を有する波長選択性位相
変換装置１０４を提供すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の波長領域
のうちの特定波長域の光の偏光の振動方向を変換する波
長選択性位相変換装置、この波長選択性位相変換装置を
備える色分解光学装置と投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】公表特許公報平１１−５０４４４１号公
報には、リターダと称する複数の有機薄膜を積層（スタ
ック）した構成の光学装置と、この光学装置を備えるカ
ラー偏光子が提案されている。この光学装置は、入射す
る直線偏光のうち、特定の波長領域の光の振動方向を入
射光の振動方向と異なる方向に変換させる機能を有して
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記光学装置
は、有機薄膜を積層した構成を有することから、温度
（熱）、湿度、光（特に紫外光）などの環境の変化に弱
い。このため、上述した振動方向を変換する機能の信頼
性が低いという問題を有している。

【０００４】また、有機薄膜の屈折率と接着剤層の屈折
率とを略一致させておかないと、接着面で反射等を生じ
る。このため、光量の損失を生ずるという問題も有して
いる。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、環境の変化に対して影響を受けず、特定の波長
領域の光の振動方向を常に安定して変換することができ
る波長選択性位相変換装置、色分解光学装置および投射
型表示装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明では、入射角が０度となる極
限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との反射の位相差を０度と
する定義において、第１波長領域の光（例えばＢ光）の
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相差、前
記第1波長領域の光と異なる第２波長領域の光（例えば
Ｇ光、Ｒ光）のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第
２の位相差とそれぞれしたとき、前記第１の位相差と前
記第２の位相差との差が１８０度となるような光学薄膜
ＴＲが形成されている光学部材１００を有する波長選択
性位相変換装置１００を提供する。

【０００７】ここで、本願明細書において使用される
「位相差」について予め定義しておく。全反射膜やダイ
クロイック膜のような所定膜面の位相差には２つの定義
がある。第１の定義は、所定膜面への入射角が０°にな
る極限で、Ｐ成分とＳ成分との反射の位相差を０°とす
る定義である。第２の定義は、所定膜面への入射角が０
°になる極限で、Ｐ成分とＳ成分との反射の位相差を１
８０°とする定義である。そして、本願明細書では「位
相差」に関して上記第１の定義を用いる。

【０００８】また、請求項２に記載の波長選択性位相変
換装置は、前記光学薄膜ＴＲは、前記第１波長領域の光
と前記第２波長領域の光とをいずれも反射することで前
記第１の位相差と前記第２の位相差との差を１８０度と
することを特徴とする。

【０００９】また、請求項３に記載の波長選択性位相変
換装置は、前記光学部材１００は、前記第１波長領域の
光と前記第２波長領域の光とを入射する入射面１００Ａ
に反射防止膜ＡＲが形成されていることを特徴とする。

【００１０】また、請求項４に記載の発明は、単一偏光
の光を供給する照明光学系１０２，２０１と、入射角が
０度となる極限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との反射の位
相差を０度とする定義において、前記照明光学系１０
２，２０１からの光のうち第１波長領域の光のＰ偏光成
分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相差、前記第1波長
領域の光と異なる第２波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏
光成分との位相差を第２の位相差とそれぞれしたとき、
前記第１の位相差と前記第２の位相差との差が１８０度
となるような光学薄膜ＴＲが形成されている光学部材１
０４を含む波長選択性位相変換装置１０４と、前記波長
選択性位相変換装置１０４の射出光を前記第１波長領域
の光と前記第２波長領域の光とに色分解する偏光分離面
１０５ｐを有し、前記第１波長領域の光を第１波長光被
照明部１０６Ｂへ射出し、前記第２波長領域の光を第２
波長光被照明部１０６Ｒへ射出する偏光ビームスプリッ
タ１０５ＢＲとを有することを特徴とする色分解光学装
置を提供する。

【００１１】ここで、「単一の偏光」とは、円偏光の場
合は楕円率が１の偏光状態、直線偏光の場合は楕円率が
０の偏光状態、楕円偏光の場合は楕円の長軸の方向が一
致し、楕円率が一致し、回転の向きが一致している偏光
状態をいう。

【００１２】また、請求項５に記載の色分解光学装置
は、前記偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光分離面
１０５ｐは、前記第１波長光被照明部１０６Ｂと前記第
２波長光被照明部１０６Ｒとの少なくとも一方の略中央
から垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と前記
偏光分離面１０５ｐの法線とで定義されるＳ軸が、前記
波長選択性位相変換装置１０４を射出して前記光軸ＡＸ
に沿って進行する前記第１波長領域の光と前記第２波長
領域の光とのいずれか一方の光の振動方向に対して略平
行となるように配置されていることを特徴とする。

【００１３】また、請求項６に記載の色分解光学装置
は、前記波長選択性位相変換装置１０４は波長板２０２
をさらに含み、前記波長板２０２は、前記光学薄膜１０
５ｐを射出して前記光軸ＡＸに沿って進行する前記第１
波長領域の光と前記第２波長領域の光とのいずれか一方
の光の偏光の振動方向を、前記第１波長光被照明部１０
６Ｂと前記第２波長光被照明部１０６Ｒの少なくとも一
方の略中央から垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する
光線と前記偏光分離面１０５ｐの法線とで定義されるＳ
軸に対して平行な方向に変換することを特徴とする。

【００１４】また、請求項７に記載の色分解光学装置
は、前記第１の位相差は０度、前記第２の位相差は１８
０度であり、前記波長板は１/２波長位相板２０２であ
ることを特徴とする。

【００１５】また、請求項８に記載の色分解光学装置
は、前記第１の位相差は９０度、前記第２の位相差は―
９０度であり、前記波長板は１/４波長位相板であるこ
とを特徴とする。

【００１６】また、請求項９に記載の色分解光学装置
は、前記照明光源１０２，２０１から供給される単一偏
光の光は、直線又は楕円偏光の光であり、前記照明光学
系１０２，２０１は、前記直線偏光の振動方向又は前記
楕円偏光の長軸の方向が、前記光軸ＡＸに沿って進行す
る光線と前記光学薄膜面１０５ｐの法線とで定義される
Ｓ軸に対して略４５度の傾きを有する偏光光を供給する
ことを特徴とする。

【００１７】また、請求項１０に記載の色分解光学装置
は、前記照明光学系１０２，２０１は、前記直線偏光の
振動方向又は前記楕円偏光の長軸の方向が、前記光軸Ａ
Ｘに沿って進行する光線と前記光学薄膜面１０５ｐの法
線とで定義されるＳ軸に対して略平行又は略垂直の傾き
を有する第１偏光光を供給する第１偏光照明光学系１０
２と、前記第１偏光光の直線偏光の振動方向又は前記楕
円偏光の長軸の方向を、前記光軸ＡＸに沿って進行する
光線と前記光学薄膜面１０５ｐの法線とで定義されるＳ
軸に対して略４５度の傾きを有する偏光光に変換する１
／２波長位相板２０１とを有することを特徴とする。

【００１８】また、請求項１１に記載の色分解光学装置
は、前記照明光学系１０２，２０１は、光源１０１から
の光を、略単一の振動方向を有する直線偏光に変換する
偏光変換装置１０２を含み、前記偏光変換装置１０２
は、第１の偏光分離面ＰＤ1と、前記第１の偏光分離面
ＰＤ1と平行に配置される第２の偏光分離面ＰＤ２と、
前記第１の偏光分離面ＰＤ１を挟持する第１光学部材Ｐ
Ａと、前記第２の偏光分離面ＰＤ２を挟持する第２光学
部材ＰＢと、前記第１光学部材ＰＡと前記第２光学部材
ＰＢとのいずれか一方の射出面側に配置され、前記第１
の偏光分離面ＰＤ１と前記第２の偏光分離面ＰＤ２との
何れか一方を介した光の偏光方向を変換する１／２波長
位相板ＷＰとを含み、前記第１光学部材ＰＡの射出面と
前記第１の偏光分離面ＰＤ１とが交差する交線が、前記
光軸ＡＸに沿って進行する光線と前記光学薄膜１０５ｐ
の法線とで定義されるＳ軸に対して略４５度傾いている
ことを特徴とする。

【００１９】また、請求項１２に記載の色分解光学装置
は、照明光を供給する光源１０１と、前記第１波長光被
照明部１０６Ｂと、前記第２波長光被照明部１０６Ｒと
をさらに有し、前記光源１０１から前記第１波長光被照
明部１０６Ｂまでの光学的距離と、前記光源１０１から
前記第２波長光被照明部１０６Ｒまでの光学的距離とが
略等しいことを特徴とする。

【００２０】また、請求項１３に記載の発明は、単一偏
光の光を供給する照明光学系１０２，２０１と、入射角
が０度となる極限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との反射の
位相差を０度とする定義において、前記照明光学系１０
２，２０１からの光のうち第１波長領域の光のＰ偏光成
分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相差、前記第1波長
領域と異なる第２波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏光成
分との位相差を第２の位相差とそれぞれしたとき、前記
第１の位相差と前記第２の位相差との差が１８０度とな
るような光学薄膜ＴＲが形成されている光学部材１０４
を含む波長選択性位相変換装置１０４と、前記波長選択
性位相変換装置１０４の射出光を前記第１波長領域の光
と前記第２波長領域の光とに色分解する偏光分離面１０
５ｐを有し、前記第１波長領域の光を第１波長光被照明
部１０６Ｂへ射出し、前記第２波長領域の光を第２波長
光被照明部１０６Ｒへ射出する偏光ビームスプリッタ１
０５ＢＲと、前記第１波長光被照明部１０６Ｂを含み、
前記第１波長領域の光を画像信号に基づき変調する第１
色用反射型ライトバルブ１０６Ｂと、前記第２波長光被
照明部１０６Ｒを含み、前記第２波長領域の光を画像信
号に基づき変調する第２色用反射型ライトバルブ１０６
Ｒと、前記第１色用反射型ライトバルブ１０６Ｂからの
光と前記第２色用反射型ライトバルブ１０６Ｒからの光
とを色合成する色合成光学系１０５ＢＲと、前記第１色
用反射型ライトバルブ１０６Ｂと前記第２色用反射型ラ
イトバルブ１０６Ｒとに生成された像を所定面１１１上
に投射する投影光学系１１０と、を有することを特徴と
する投射型表示装置を提供する。

【００２１】また、請求項１４に記載の投射型表示装置
は、前記偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光分離面
１０５ｐは、前記第１波長光被照明部１０６Ｂと前記第
２波長光被照明部１０６Ｒとの少なくとも一方の略中央
から垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と前記
偏光分離面１０５ｐの法線とで定義されるＳ軸が、前記
波長選択性位相変換装置１０４を射出して前記光軸ＡＸ
に沿って進行する前記第１波長領域の光と前記第２波長
領域の光とのいずれか一方の光の振動方向に対して略平
行となるように配置されていることを特徴とする。

【００２２】また、請求項１５に記載の投射型表示装置
は、前記波長選択性位相変換装置１０４は波長板２０２
をさらに含み、前記波長板２０２は、前記光学薄膜ＴＲ
を射出して前記光軸ＡＸに沿って進行する前記第１波長
領域の光と前記第２波長領域の光とのいずれか一方の光
の偏光の振動方向を、前記第１波長光被照明部１０６Ｂ
と前記第２波長光被照明部１０６Ｒの少なくとも一方の
略中央から垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線
と前記偏光分離面１０５ｐの法線とで定義されるＳ軸に
対して平行な方向に変換することを特徴とする。

【００２３】また、請求項１６に記載の投射型表示装置
は、前記照明光学系１０２，２０１から供給される単一
偏光の光は、直線又は楕円偏光の光であり、前記照明光
学系１０２，２０１は、前記直線偏光の振動方向又は前
記楕円偏光の長軸の方向が、前記光軸ＡＸに沿って進行
する光線と前記光学薄膜面１０５ｐの法線とで定義され
るＳ軸に対して略４５度の傾きを有する偏光光を供給す
ることを特徴とする。

【００２４】また、請求項１７に記載の投射型表示装置
は、前記照明光学系１０２，２０１は光源１０１を有
し、前記光源１０１から前記第１色用反射型ライトバル
ブ１０６Ｂまでの光学的距離と、前記光源１０１から前
記第２色用反射型ライトバルブ１０６Ｒまでの光学的距
離とが略等しいことを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態を説明する。（第１実施形態）図１（Ｃ）は、第１実施形態にかかる
波長選択性位相変換装置の概略構成を示す図である。波
長選択性位相変換装置１００は、直角２等辺三角形の光
学ガラスプリズムから構成されている。光学ガラスプリ
ズムは、互いに直交する第１面１００Ａと、第３面１０
０Ｃと、両面１００Ａと１００Ｃとが構成する直角の頂
角ＡＧと相対する第２面１００Ｂとを有している。ま
た、第２面１００Ｂは、第１面１００Ａから入射した光
を全反射する全反射膜ＴＲを有する。全反射膜ＴＲにて
反射された光は、第３面１００Ｃから射出される。

【００２６】なお、以下、説明の便宜のために図１
（Ａ）〜（Ｆ）に示す互いに直交するＸＹＺ座標系を用
いる。波長選択性位相変換装置１００の第１面１００Ａ
はＸＺ平面と平行な面であり、第３面１００ＣはＹＺ平
面に平行な面となる。

【００２７】次に、波長選択性位相変換装置１００の機
能を説明する。図１（Ａ）は、第１面１００Ａに入射す
る光の偏光状態をＳ偏光成分（実線）とＰ偏光成分（点
線）とに分解して示す図である。この入射光の偏光の振
動方向は、図１（Ｂ）に示す方向の直線偏光Ｅ０であ
る。第１面１００Ａから入射した光は、図１（Ｂ）で示
す直線偏光Ｅ０の状態を維持して第２面１００Ｂに至
る。

【００２８】直線偏光Ｅ０の光は、第２面１００Ｂの全
反射膜ＴＲで反射される。第２面１００Ｂを反射した光
は、第３面１００Ｃから射出する。全反射膜ＴＲは、入
射角が０度となる極限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との反
射の位相差を０度とする定義において、第１波長領域の
光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相
差、前記第1波長領域の光と異なる第２波長領域の光の
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第２の位相差とそ
れぞれしたとき、第１波長領域の光と第２波長領域の光
とをいずれも反射することで第１の位相差と第２の位相
差との差が１８０度となるように構成されている。

【００２９】波長選択性位相変換装置１００の第１面１
００Ａに入射する直線偏光Ｅ０は、第１面１００Ａに対
して垂直に入射する。上述のように入射光の振動方向
は、ＸＺ平面に平行で、かつ、Ｚ軸とＸ軸とに対して４
５度傾いている直線偏光Ｅ０である。次に、直線偏光Ｅ
０の光は第２面１００Ｂに対して４５度の入射角度で入
射し、当該面にて反射される。そして、第２面１００Ｂ
で反射された光は、第３面１００Ｃを垂直に射出する。

【００３０】本実施形態における全反射膜ＴＲは、所定
の波長領域の光の偏光の振動方向を変化させる。この結
果、第３面１００Ｃは、偏光の振動方向が変化した光
と、振動方向が変化しない光とを射出する。

【００３１】図１（Ｄ）は、第１波長領域の光の振動方
向Ｅ１と、第２波長領域の光の振動方向Ｅ２とを示す図
である。また、図１（Ｅ）は、直線偏光Ｅ１の光をＰ偏
光成分とＳ偏光成分とに分解して示す図である。図１
（Ｆ）は、直線偏光Ｅ２の光をＰ偏光成分とＳ偏光成分
とに分解して示す図である。

【００３２】上述したように、全反射膜ＴＲは、入射光
のうち第１波長領域の光の振動方向を変化させ、第２波
長領域の光の振動方向はそのまま維持する。従って、第
１波長領域の光に関しては、全反射膜ＴＲに入射する前
の振動方向Ｅ０と、反射した後の振動方向Ｅ１とは同じ
である。これに対して、第２波長領域の光に関しては、
全反射膜ＴＲで反射した後の振動方向Ｅ２は、入射する
前の振動方向Ｅ０に対して９０度直交している。

【００３３】図２（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）は、第２面１０
０Ｂ上に形成された全反射膜ＴＲの膜組成を示す図であ
る。各組成図において、基板は波長選択性位相変換装置
１００を構成する光学ガラス（屈折率は１．８５）であ
る。また、組成物質名の右欄に記載されている数値は膜
厚（単位：ｎｍ）を示す。光は基板側から入射する。こ
こで、図２（Ａ）はＢ光波長領域（４２０ｎｍ〜４８０
ｎｍ）、図２（Ｂ）はＧ光波長領域（５２０〜５７０ｎ
ｍ）、図２（Ｃ）はＲ光波長領域（６２０〜６８０ｎ
ｍ）の光に対して位相差を与える膜組成である。

【００３４】次に、図２（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）に示した
膜組成の光学特性をそれぞれ図３,図４,図５に示す。図
３〜図５において、縦軸は入射光の振動方向のＳ偏光成
分（Ｚ軸成分）とＰ偏光成分（Ｘ軸成分）との間の位相
差（単位：度）、横軸は波長（単位：ｎｍ）をそれぞれ
示している。

【００３５】図３は、図２（Ａ）に示す組成の膜を第２
面１００Ｂに形成した場合の全反射膜ＴＲの光学特性で
ある。４２０ｎｍから４８０ｎｍまでのＢ光に関して
は、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分とＳ
偏光成分との位相差を１８０度に変換する。従って、Ｂ
光は図１（Ｆ）で示す直線偏光Ｅ２となって第３面１０
０Ｃを射出する。

【００３６】５２０ｎｍから５７０ｎｍまでのＧ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光を円偏光を含
む楕円偏光に変換して第３面１００Ｃから射出する。

【００３７】６２０ｎｍから６８０ｎｍまでのＲ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との間に位相差を発生させない。従って、
Ｒ光は図１（Ｅ）で示す直線偏光Ｅ１となって第３面１
００Ｃを射出する。

【００３８】以上のことより、図２（Ａ）に組成を示す
膜を第２面１００Ｂに形成した場合の波長選択性位相変
換装置１００は、４２０ｎｍから４８０ｎｍのＢ光波長
領域において、Ｚ軸方向に進相軸を有する１／２波長位
相板と同じ機能を有する。

【００３９】図４は、図２（Ｂ）に示す組成の膜を第２
面１００Ｂに形成した場合の全反射膜ＴＲの光学特性で
ある。４２０ｎｍから４８０ｎｍまでのＢ光に関して
は、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分とＳ
偏光成分との間に位相差を発生させない。従って、Ｂ光
は図１（Ｅ）で示す直線偏光Ｅ１となって第３面１００
Ｃを射出する。

【００４０】５２０ｎｍから５７０ｎｍまでのＧ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との位相差を１８０度に変換する。従っ
て、Ｇ光は図１（Ｆ）で示す直線偏光Ｅ２となって第３
面１００Ｃを射出する。

【００４１】６２０ｎｍから６８０ｎｍまでのＲ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との間に位相差を発生させない。従って、
Ｒ光は図１（Ｅ）で示す直線偏光Ｅ１となって第３面１
００Ｃを射出する。

【００４２】さらに、４８０ｎｍから５２０ｎｍまでの
光と、５８０ｎｍから６２０ｎｍまでの光とに関して
は、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光を円偏光を含む楕
円偏光に変換して第３面１００Ｃから射出する。

【００４３】以上のことより、図２（Ｂ）に組成を示す
膜を第２面１００Ｂに形成した場合の波長選択性位相変
換装置１００は、５２０ｎｍから５７０ｎｍのＧ光波長
領域において、Ｚ軸方向に進相軸を有する１／２波長位
相板と同じ機能を有する。

【００４４】図５は、図２（Ｃ）に示す組成の膜を第２
面１００Ｂに形成した場合の全反射膜ＴＲの光学特性で
ある。４２０ｎｍから４８０ｎｍまでのＢ光に関して
は、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分とＳ
偏光成分との間に位相差を発生させない。従って、Ｂ光
は図１（Ｅ）で示す直線偏光Ｅ１となって第３面１００
Ｃを射出する。

【００４５】５２０ｎｍから５７０ｎｍまでのＧ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光を円偏光を含
む楕円偏光に変換して第３面１００Ｃから射出する。

【００４６】６２０ｎｍから６８０ｎｍまでのＲ光に関
しては、全反射膜ＴＲは反射の際に入射光のＰ偏光成分
とＳ偏光成分との位相差を１８０度に変換する。従っ
て、Ｒ光は図１（Ｆ）で示す直線偏光Ｅ２となって第３
面１００Ｃを射出する。

【００４７】以上のことより、図２（Ｃ）に組成を示す
膜を第２面１００Ｂに形成した場合の波長選択性位相変
換装置１００は、６２０ｎｍから６８０ｎｍのＧ光波長
領域において、Ｚ軸方向に進相軸を有する１／２波長位
相板と同じ機能を有する。

【００４８】また、波長選択性位相変換装置１００の第
１面１００Ａには反射防止膜ＡＲが形成されていること
が望ましい。

【００４９】さらに、波長選択性位相変換装置１００を
構成する光学ガラスは、ガラス内部を透過する光の偏光
状態を維持することが望ましい。このため、光学ガラス
は内部に有する複屈折によって偏光状態を変化させない
必要がある。本実施形態では、波長選択性位相変換装置
１００を構成する光学ガラスは、光弾性常数の絶対値が
１．５×１０^-8ｃｍ²／Ｎ以下の値を有する。また、こ
のガラスの屈折率の値は１．８５である。

【００５０】以上説明したように、図２（Ａ）,（Ｂ）,
（Ｃ）にそれぞれ示す誘電体多層膜からなる全反射膜Ｔ
Ｒを使用する構成により、入射する直線偏光のうちの特
定の波長領域の光の偏光状態を変化させることができ
る。

【００５１】また、波長選択性位相変換装置１００は、
ガラスプリズムの特定面上に多層膜からなる誘電体膜を
形成して構成されている。このため、有機薄膜等の有機
材料を使用する必要はない。従って、耐環境温度の変化
にも影響を受けず、温度特性の良好な波長選択性位相変
換装置を提供できる。さらに、接着剤を使用しないで全
反射膜を構成するので、光量の損失が少ないという効果
も奏する。

【００５２】（第２実施形態）図６は、第２実施形態に
かかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。本実
施形態は上記第１実施形態で述べた波長選択性位相変換
装置を有している。また、説明の便宜のため、図６に示
す方向に直交座標ＸＹＺ系を用いる。さらに、以下全て
の実施形態において光の偏光状態は、常に光源を背にし
て光を見た場合における状態を示す。

【００５３】高圧水銀ランプＬと放物面形状の凹面鏡Ｐ
Ｍとから構成される光源１０１は、略平行な光源光を射
出する。光源１０１からの略平行光は、単一偏光変換装
置１０２に入射される。

【００５４】図７（Ａ）は、単一偏光変換装置１０２の
構成を示す図である。単一偏光変換装置１０２は、光源
１０１側から順に、第１レンズ板１０２１と、第２レン
ズ板１０２２と、偏光ビームスプリッタアレイ１０２３
と、コンデンサレンズ１０２４とから構成される。第１
レンズ板１０２１は、複数のレンズ素子１０２１ａが平
面的に配列されている。第２レンズ板１０２２は、複数
のレンズ素子１０２２ａが、レンズ素子１０２１ａに対
応して平面的に配列されている。また、偏光ビームスプ
リッタアレイ１０２３は、複数の偏光ビームスプリッタ
素子１０２３ａ，１０２３ｂの偏光分離部ＰＤが相互に
平行になるように配列されている。ここで、所定の偏光
ビームスプリッタ素子１０２３ｂの射出面には１／２波
長板ＷＰが設けられている。そして、偏光ビームスプリ
ッタアレイ１０２３の射出側にはコンデンサレンズ１０
２４が設けられている。

【００５５】この構成の単一偏光変換装置１０２では、
第１レンズ板１０２１に入射した光源光は、レンズ素子
１０２１ａの外形によって定義される複数の光に分割さ
れる。分割された光は、各レンズ素子１０２１ａに対応
して配置されているレンズ素子１０２２ａ上に集光され
る。そして、当該各レンズ素子１０２２ａ上に輝点が形
成される。

【００５６】この輝点から射出された光は、偏光ビーム
スプリッタアレイ１０２３に入射する。この入射光は、
偏光ビームスプリッタ素子１０２３ａを透過するＰ偏光
と、偏光分離部ＰＤによって反射されるＳ偏光とに分割
される。偏光分離部ＰＤで反射されたＳ偏光は、隣接す
る他の偏光ビームスプリッタ素子１０２３ｂに入射す
る。そして、当該他の偏光ビームスプリッタ素子１０２
３ｂの偏光分離部ＰＤで反射され、射出する。Ｓ偏光の
射出面には１／２波長板ＷＰが設けられている。よっ
て、Ｓ偏光は１／２波長板ＷＰによりＰ偏光に変換され
て射出する。従って、偏光変換装置１０２を射出する光
は、全体として紙面に平行な方向に振動方向を有するＰ
偏光に変換される。そして、このＰ偏光は、コンデンサ
レンズ１０２４を経て、Ｇ光反射ダイクロイックミラー
１０３の方向へ進行する。

【００５７】ここで、複数のレンズ素子１０２１ａ、１
０２２ａは短冊状に配列されている。そして、短冊形状
の長手方向は、図７（Ａ）に記載の直交座標ＸＹＺ系に
おいて、Ｙ軸に平行な方向である。

【００５８】次に図６に戻って、光源１０１からの光
が、Ｂ光と,Ｇ光と,Ｒ光とに色分解される構成を説明す
る。

【００５９】まず、Ｂ光から説明する。単一偏光変換装
置１０２からの光は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１
０３に入射する。Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０３
は、入射光を反射するＧ光と、透過するＲ光とＢ光との
混合光とに色分解する。Ｇ光反射ダイクロイックミラー
１０３を透過したＢ光とＲ光との混合光は、１／２波長
位相板２０１に入射する。

【００６０】１／２波長位相板２０１は、その進相軸Ａ
とＹ軸とが角度α＝２２．５度をなすように配置されて
いる。これにより、１／２波長位相板２０１に入射する
Ｙ軸に平行な振動方向を有するＰ偏光を、Ｙ軸に対して
４５度の振動方向を有する偏光に変換する。図６（Ｂ）
は、１／２波長位相板２０１の進相軸Ａの方向（点線）
と、１／２波長位相板２０１を射出するＢ光とＲ光との
混合光ＯＵＴの振動方向を示す図である。

【００６１】本実施形態においては、単一偏光変換装置
１０２と１／２波長位相板２０１とで照明光学系を構成
している。単一偏光変換装置１０２は、直線偏光の振動
方向が、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒの略中央か
ら垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と偏光ビ
ームスプリッタ１０５ＢＲの偏光分離部１０５ｐの法線
とで定義されるＳ軸に対して略垂直の傾きを有する第１
偏光光を供給する。

【００６２】また、１／２波長位相板２０１は、前記第
１偏光光の直線偏光の振動方向を、前記光軸ＡＸに沿っ
て進行する光線と前記偏光分離部１０５ｐの法線とで定
義されるＳ軸に対して略４５度の傾きを有する偏光光に
変換する。

【００６３】Ｂ光とＲ光との混合光は、直角プリズムか
らなる波長選択性位相変換装置１０４に第１面１０４Ａ
から入射する。第１面１０４Ａには、反射防止膜ＡＲが
形成されている。波長選択性位相変換装置１０４の第２
面１０４Ｂには、全反射膜ＴＲが形成されている。全反
射膜ＴＲは、図２（Ｃ）に示す膜組成で構成され、図５
に示す光学特性を有する。このため、全反射膜ＴＲは、
Ｂ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相
差、Ｂ光と異なるＲ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位
相差を第２の位相差とそれぞれしたとき、Ｂ光とＲ光と
の混合光を反射することで、第１の位相差と第２の位相
差との差を１８０度とする。

【００６４】本実施形態では、第１の位相差（Ｂ光）は
０度、第２の位相差（Ｒ光）は１８０度である。Ｂ光と
Ｒ光とで位相差を与えられた混合光は、第３面１０４Ｃ
から射出する。

【００６５】図６（Ｃ）は、第３面１０４Ｃを射出した
時のＢ光とＲ光との混合光の偏光状態を示す図である。
Ｂ光とＲ光とは、それぞれ９０度傾きが異なる直線偏光
となる。このＢ光とＲ光との混合光は、１／２波長位相
板２０２に入射する。

【００６６】１／２波長位相板２０２は、その進相軸Ａ
が図６（Ｃ）に示すようにＸ軸に対して角度β＝２２．
５度となるように配置されている。これにより、１／２
波長位相板２０２を射出する混合光のうち、Ｂ光はＸ軸
と平行な方向に振動方向を有する直線偏光（Ｐ偏光）、
Ｒ光はＺ軸と平行な方向に振動方向を有する直線偏光
（Ｓ偏光）となる。

【００６７】換言すると、１／２波長位相板２０２は、
全反射膜ＴＲを射出して、後述するＲ光用反射型ライト
バルブ１０６Ｒの光軸ＡＸに沿って進行するＲ光の偏光
の振動方向を、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒの略
中央から垂直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と
偏光分離部１０５ｐの法線とで定義されるＳ軸に対して
平行な方向に変換する。

【００６８】互いに直交する振動方向を有するＢ光とＲ
光は、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲに入射する。そ
して、Ｂ光は、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐを透過する。偏光ビームスプリッタ１０
５ＢＲを射出したＢ光は、Ｂ光用反射型ライトバルブ１
０６Ｂに入射する。

【００６９】次に、Ｒ光について説明する。上述したよ
うにＲ光は、１／２波長位相板２０２を射出した後は、
紙面に垂直な方向に振動方向を有するＳ偏光となる。従
って、Ｒ光は、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐで反射される。偏光ビームスプリッタ１
０５ＢＲを射出したＲ光は、Ｒ光用反射型ライトバルブ
１０６Ｒに入射する。

【００７０】次に、Ｇ光について説明する。単一偏光変
換装置１０２からのＰ偏光のうちＧ光は、Ｇ光反射ダイ
クロイックミラー１０３で反射される。次に、直角プリ
ズム１０８により光路を９０度折り曲げられる。光路を
９０度折り曲げられたＧ光は、偏光ビームスプリッタ１
０９Ｇに入射する。Ｇ光はＰ偏光なので、偏光分離部１
０９ｐを透過して偏光ビームスプリッタ１０９Ｇを射出
する。偏光ビームスプリッタ１０９Ｇを射出したＧ光
は、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇに入射する。

【００７１】ここで、各色用反射型ライトバルブについ
て説明する。本実施形態にて使用する反射型ライトバル
ブは電気書き込み式反射型ライトバルブである。このラ
イトバルブは、平面に配列された複数の画素を有してい
る。各画素には、変調層の機能を果たす液晶層と、入射
光を反射する反射層と、各液晶層に電界を印加するため
のスイッチング機能を果たすＴＦＴとが配置されてい
る。そして、各色光の画像信号よって選択された画素を
構成する液晶層にはＴＦＴのスイッチング機能によって
電界が印加される。これにより、液晶分子の配列を変え
ることで複屈折層として機能させる。この結果、入射偏
光を、反射層を経て異なる振動方向を有する光（変調
光）として反射、射出させる機能を有する。また、非選
択の画素に入射した光は入射偏光と同じ振動方向を有す
る光として反射、射出される。

【００７２】Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂに入射
したＢ光は、Ｂ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐで反射されることで検光される。検光さ
れたＢ光は、ダイクロイックプリズム１０７に入射す
る。

【００７３】Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒに入射
したＲ光は、Ｒ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐを透過することで検光される。検光され
たＲ光は、ダイクロイックプリズム１０７に入射する。

【００７４】Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇに入射
したＧ光は、Ｇ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０９Ｇの偏光分
離部１０９ｐで反射されることで検光される。検光され
たＧ光は、ダイクロイックプリズム１０７に入射する。

【００７５】ダイクロイックプリズム１０７は、Ｇ光を
反射し、Ｒ光とＢ光とを透過する特性を有するダイクロ
イック膜１０７Ｄを有する。ダイクロイック膜１０７Ｄ
は、Ｂ光、Ｒ光を透過、Ｇ光を反射させることにより３
色の色合成を行う。そして、投射レンズ１１０は、スク
リーン１１１上にフルカラー像を投射する。

【００７６】ここで、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲ
は、Ｒ光とＢ光との色分解光学系の機能と、検光光学系
の機能と、色合成光学系の機能とを兼用する。

【００７７】次に、波長選択性位相変換装置１０４と偏
光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光分離部１０５ｐと
の関係を説明する。上述のように、偏光ビームスプリッ
タ１０５ＢＲは、波長選択性位相変換装置１０４の射出
光を、第１波長領域のＢ光と、第２波長領域のＲ光とに
色分解する偏光分離部１０５ｐを有する。そして、前記
偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光分離部１０５ｐ
は、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒの略中央から垂
直に伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と偏光分離部
１０５ｐの法線とで定義されるＳ軸が、波長選択性位相
変換装置１０４を射出して光軸ＡＸに沿って進行するＲ
光の振動方向に対して略平行となるように配置されてい
る。

【００７８】また、上記説明では、第１の位相差を０,
第２の位相差を１８０度としたが、これに限られるもの
ではない。例えば、第１の位相差を―９０度、第２の位
相差を＋９０度としても良い。ただし、この場合は１／
２波長位相板２０２の代わりに、１／４波長位相板を用
いる必要がある。

【００７９】次に、図８に基づいて、第１の位相差＝０
度、第２の位相差＝１８０度の場合と、第１の位相差＝
＋９０度、第２の位相差＝―９０度の場合との２つの場
合について偏光状態の変換の様子を説明する。

【００８０】図８（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）は、第１の位相
差＝０度、第２の位相差＝１８０度の場合の偏光状態を
説明する図である。図８（Ａ）は、全反射膜ＴＲに入射
する前の偏光状態である。第１色光１０と第２色光２０
共にＳ軸又はＰ軸に対して４５度傾いている直線偏光で
ある。図８（Ｂ）は、全反射膜ＴＲを反射した後の偏光
状態を示す。第１の位相差＝０度のため、第１色光１０
の偏光状態は維持されている。これに対して、第２の位
相差＝１８０度のため、第２色光２０は、第１色光１０
に対して９０度傾いた直線偏光となる。次に，１／２波
長位相板は、その進相軸又は遅相軸がＰ軸に対して２
２．５度傾くように設けられている。この結果、図８
（Ｃ）に示すように、第１色光１０はＳ偏光、第２色光
２０はＰ偏光に変換される。

【００８１】図８（Ｄ）,（Ｅ）,（Ｆ）は、第１の位相
差＝＋９０度、第２の位相差＝―９０度の場合の偏光状
態の変換を説明する図である。図８（Ｄ）は、全反射膜
ＴＲに入射する前の偏光状態である。図８（Ａ）と同様
に第１色光１０と第２色光２０共にＳ軸又はＰ軸に対し
て４５度傾いている直線偏光である。図８（Ｅ）は、全
反射膜ＴＲを反射した後の偏光状態を示す。第１の位相
差＝＋９０度のため、第１色光１０の偏光状態は右回り
の円偏光となる。これに対して、第２の位相差＝―９０
度のため、第２色光２０は、左回りの円偏光となる。次
に，１／４波長位相板は、その遅相軸がＰ軸に対して４
５．０度傾くように設けられている。この結果、図８
（Ｆ）に示すように、第１色光１０はＳ偏光、第２色光
２０はＰ偏光に変換される。

【００８２】また、本実施形態では、光源１０１からＢ
光用反射型ライトバルブ１０６Ｂまでの光学的距離と、
光源１０１からＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒまで
の光学的距離とが略等しいことが望ましい。これによ
り、各ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｒをより均一に照
明できる。

【００８３】また、波長選択性位相変換装置は、ガラス
プリズムの特定面上に多層膜からなる誘電体膜を形成し
て構成されている。このため、有機薄膜等の有機材料を
使用する必要はない。従って、耐環境温度の変化にも影
響を受けず、温度特性の良好な波長選択性位相変換装置
を提供できる。さらに、接着剤を使用しないで全反射膜
を構成するので、光量の損失が少ないという効果も奏す
る。

【００８４】（第３実施形態）図９、第３の実施形態に
かかる投射型表示装置の構成を示す図である。上記第２
実施形態では、単一偏光変換装置１０２は、短冊状に配
列された複数のレンズ素子１０２１ａ、１０２２ａの長
手方向は、図７（Ａ）に記載の直交座標ＸＹＺ系におい
て、Ｙ軸に平行な方向である。

【００８５】これに対して、本実施形態では、上記短冊
状配列の長手方向がＹ軸又はＺ軸に対して４５度傾いて
いる点が異なる。単一偏光変換装置１０２をＸ軸の回り
に４５度傾けた場合は、後述するように波長選択性位相
変換装置の光源１０１側に設けられている１／２波長位
相板（上記第２実施形態では１／２波長位相板２０１に
相当）が不要となる。

【００８６】単一偏光変換装置１０２を傾けた状態を図
７（Ｂ）に基づいてさらに詳細に説明する。図７（Ｂ）
は、偏光ビームスプリッタアレイ１０２３近傍を拡大し
て示す図である。偏光ビームスプリッタ素子１０２３ａ
は、第１の偏光分離面ＰＤ１と、第１の偏光分離面ＰＤ
１を挟持する第１光学部材ＰＡとから構成される。

【００８７】また、偏光ビームスプリッタ素子１０２３
ｂは、第１の偏光分離面ＰＤ１と平行に配置される第２
の偏光分離面ＰＤ２と、第２の偏光分離面ＰＤ２を挟持
する第２光学部材ＰＢとから構成される。１／２波長位
相板ＷＰは、第２光学部材ＰＢの射出面側に配置され、
前記第１の偏光分離面ＰＤ１と前記第２の偏光分離面Ｐ
Ｄとの何れか一方を介した光の偏光方向を変換する。

【００８８】そして、第１光学部材ＰＡの射出面と第１
の偏光分離面ＰＤ１とが交差する交線が、前記光軸ＡＸ
に沿って進行する光線と全反射膜ＴＲの法線とで定義さ
れるＳ軸に対して略４５度傾いている。本実施形態で
は、単一偏光変換装置１０２は、このような状態で光路
内に設けられている。

【００８９】図９に戻って説明を続ける。光源１０１か
ら射出した光源光は、単一偏光変換装置１０２によって
単一偏光に変換される。単一偏光変換装置１０２内の短
冊状に配列された複数のレンズ素子１０２１ａ、１０２
２ａの長手方向は、上述のように図７（Ａ）に記載の直
交座標ＸＹＺ系において、Ｙ軸又はＺ軸に対して４５度
傾いている。このため、図９（Ｂ）に示すように単一偏
光変換素子１０２を射出した後の光源光ＯＵＴの振動方
向はＹ軸に対して４５度傾いている。

【００９０】次に、光源１０１からの光が、Ｂ光と,Ｇ
光と,Ｒ光とに色分解される構成を説明する。

【００９１】まず、Ｂ光から説明する。偏光変換装置１
０２からの光は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０２
に入射する。Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０２は、
入射光を反射するＧ光と、透過するＲ光とＢ光との混合
光とに色分解する。Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０
３を透過したＢ光とＲ光との混合光は、波長選択性位相
変換装置３０４に入射する。

【００９２】Ｂ光とＲ光との混合光は、直角プリズムか
らなる波長選択性位相変換装置３０４に第１面３０４Ａ
から入射する。第１面３０４Ａには、反射防止膜ＡＲが
形成されている。波長選択性位相変換装置３０４の第２
面３０４Ｂには、全反射膜ＴＲが形成されている。全反
射膜ＴＲは、図２（Ａ）に示す膜組成で構成され、図３
に示す光学特性を有する。このため、全反射膜ＴＲは、
Ｒ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を第1の位相
差、Ｒ光と異なるＢ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位
相差を第２の位相差とそれぞれしたとき、Ｂ光とＲ光と
の混合光を反射することで、第１の位相差と第２の位相
差との差を１８０度とする。本実施形態では、第１の位
相差（Ｒ光）は０度、第２の位相差（Ｂ光）は１８０度
である。Ｂ光とＲ光とで位相差を与えられた混合光は、
第３面３０４Ｃから射出する。

【００９３】図９（Ｃ）は、波長選択性位相変換装置３
０４の第１面３０４Ａに入射する前の光の偏光状態を示
す図である。図９（Ｃ）に示す状態は、上述したように
４５度傾けた単一偏光変換装置１０２を射出した後の図
９（Ｂ）に示す状態と同じである。

【００９４】また、図８（Ｄ）は、第３面３０４Ｃを射
出した時のＢ光とＲ光との混合光の偏光状態を示す図で
ある。Ｂ光とＲ光とは、それぞれ９０度傾きが異なる直
線偏光となる。このＢ光とＲ光との混合光は、１／２波
長位相板３０１に入射する。

【００９５】１／２波長位相板３０１は、その進相軸Ａ
が図８（Ｄ）に示すようにＸ軸に対して角度β＝２２．
５度となるように配置されている。これにより、１／２
波長位相板３０１を射出する混合光のうち、Ｂ光はＸ軸
と平行な方向に振動方向を有する直線偏光（Ｐ偏光）、
Ｒ光はＺ軸と平行な方向に振動方向を有する直線偏光
（Ｓ偏光）となる。

【００９６】即ち、１／２波長位相板３０１は、全反射
膜ＴＲを射出して、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒ
の光軸ＡＸに沿って進行するＲ光の偏光の振動方向を、
Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒの略中央から垂直に
伸びる光軸ＡＸに沿って進行する光線と偏光分離部１０
５ｐの法線とで定義されるＳ軸に対して平行な方向に変
換する。

【００９７】なお、Ｂ光とＲ光とが、それぞれＢ光用反
射型ライトバルブ１０６ＢとＲ光用反射型ライトバルブ
１０６Ｒとに入射する構成は、上記第２実施形態と同様
であるのでその説明を省略する。

【００９８】次に、Ｇ光について説明する。Ｇ光反射ダ
イクロイックミラー１０３は、単一偏光変換装置１０２
を射出した光のうちＧ光を反射する。Ｇ光反射ダイクロ
イックミラー１０３で反射されたＧ光は、直角プリズム
１０８でさらに光路を９０度折り曲げられる。次に、Ｇ
光は、１／２波長位相板３０２に入射する。

【００９９】図８（Ｅ）は、１／２波長位相板３０２に
入射する前の偏光状態を示す図である。図８（Ｅ）に示
す状態は、上述したように４５度傾けた単一偏光変換装
置１０２を射出した後の図８（Ｂ）に示す状態と同じで
ある。１／２波長位相板３０２は、進相軸ＡがＺ軸と２
２．５度の角度をなすように設けられている。このた
め、１／２波長位相板３０２はＧ光をＳ偏光に変換す
る。

【０１００】Ｓ偏光に変換されたＧ光は、偏光ビームス
プリッタ１０９Ｇに入射する。そして、Ｇ光は偏光分離
部１０９ｐで反射され、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０
６Ｇに入射する。

【０１０１】Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂに入射
したＢ光は、Ｂ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐで反射されることで検光される。検光さ
れたＢ光は、クロスダイクロイックプリズム３０３に入
射する。

【０１０２】Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒに入射
したＲ光は、Ｒ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏光
分離部１０５ｐを透過することで検光される。検光され
たＲ光は、クロスダイクロイックプリズム３０３に入射
する。

【０１０３】Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇに入射
したＧ光は、Ｇ光信号によって変調されて反射、射出さ
れる。そして、偏光ビームスプリッタ１０９Ｇの偏光分
離部１０９ｐを透過することで検光される。検光された
Ｇ光は、クロスダイクロイックプリズム３０３に入射す
る。

【０１０４】本実施形態では、Ｇ光の検光光と、Ｒ光と
Ｂ光の合成検光光は互いに平行であって相対した方向か
ら進行してくる。このため、色合成をクロスダイクロイ
ックプリズム３０３にて行う。クロスダイクロイックプ
リズム３０３は、Ｇ光を反射するダイクロイック膜３０
３Ｇと、Ｒ光とＢ光とを反射するダイクロイック膜３０
３ＢＲとをＸ型に配置することで形成される。

【０１０５】クロスダイクロイックプリズム３０３に入
射したＧ光は、ダイクロイック膜３０３Ｇを反射し、ダ
イクロイック膜３０３ＢＲを透過する。また、Ｒ光とＢ
光とはダイクロイック膜３０３ＲＢを反射し、ダイクロ
イック膜３０３Ｇを透過する。これによりクロスダイク
ロイックプリズム３０３は、合成光を投射レンズ１１０
側へ射出する。投射レンズ１１０は、スクリーン１１１
上にフルカラー像を投射する。

【０１０６】本実施形態のように、単一偏光変換装置１
０２を傾けることで、波長選択性位相変換装置３０４に
直線偏光のみならず、楕円偏光等を入射させることが出
来る。

【０１０７】次に、図１０に基づいて、全反射膜ＴＲに
楕円偏光又は円偏光が入射した場合の偏光状態の変換に
ついて説明する。

【０１０８】図１０（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）は、楕円偏光
が全反射膜ＴＲに入射して、かつ第１の位相差＝０度、
第２の位相差＝１８０度の場合の偏光状態を説明する図
である。図８（Ａ）は、全反射膜ＴＲに入射する前の偏
光状態を示す図である。第１色光１０と第２色光２０共
に左回りの楕円偏光である。図１０（Ｂ）は、全反射膜
ＴＲを反射した後の偏光状態を示す。第１の位相差＝０
度のため、第１色光１０の偏光状態は維持されている。
これに対して、第２の位相差＝１８０度のため、第２色
光２０は、第１色光１０に対して９０度傾いた右回りの
楕円偏光となる。

【０１０９】次に、４５度位相板が、その遅相軸がＰ軸
と平行となるように配置されている。このため、４５度
位相板を透過後の偏光状態は、図８（Ｂ）に示した偏光
状態と同じになる。さらに、１／２波長位相板が、その
進相軸又は遅相軸がＰ軸に対して２２．５度傾くように
設けられている。この結果、図１０（Ｃ）に示すよう
に、第１色光１０はＳ偏光、第２色光２０はＰ偏光に変
換される。

【０１１０】図１０（Ｄ）,（Ｅ）,（Ｆ）は、円偏光が
全反射膜ＴＲに入射し、かつ第１の位相差＝＋９０度、
第２の位相差＝―９０度の場合の偏光状態を説明する図
である。図１０（Ｄ）は、全反射膜ＴＲに入射する前の
偏光状態である。第１色光１０と第２色光２０共に左回
りの円偏光である。図１０（Ｅ）は、全反射膜ＴＲを反
射した後の偏光状態を示す。第１色光１０と第２色光２
０とは、互いに９０度をなす直線偏光となる。そして、
１／２波長位相板は、その進相軸又は遅相軸がＰ軸に対
して２２．５度傾くように設けられている。この結果、
図１０（Ｆ）に示すように、第１色光１０はＳ偏光、第
２色光２０はＰ偏光に変換される。

【０１１１】また、本実施形態においても、波長選択性
位相変換装置３０４は、ガラスプリズムの特定面上に多
層膜からなる誘電体膜を形成して構成される。このた
め、有機薄膜等の有機材料を使用する必要はなく、耐環
境温度の変化にも影響を受けず、温度特性の良好な投射
型表示装置を提供することができる。

【０１１２】さらに、接着剤を使用しないで全反射膜を
構成するので、光量の損失が少ないという効果も奏す
る。（第４実施形態）図１１は、第４の実施形態にかかる投
射型表示装置の概略構成を示す図である。上記第２及び
第３実施形態にかかる投射型表示装置は、波長選択性位
相変換装置と偏光ビームスプリッタを用いた色分解光学
系を備えている。これに対して、本実施形態にかかる投
射型表示装置は、波長選択性位相変換装置と偏光ビーム
スプリッタを用いた合成光学系を備えている点が異な
る。

【０１１３】光源１０１からの光は単一偏光変換装置１
０２に入射する。本実施形態では、単一偏光変換装置１
０２は入射光をＳ偏光に変換して射出する。単一偏光変
換装置１０２を射出した光は、Ｇ光反射ダイクロイック
ミラー１０３に入射する。Ｇ光反射ダイクロイックミラ
ー１０３は上記各実施形態と同様の機能を有する。

【０１１４】Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０３を透
過したＢ光とＲ光とは、１／２波長位相板４００に入射
する。１／２波長位相板４００は、図１１（Ｂ）に示す
ように、その進相軸ＡがＺ軸と２２．５度の角度をなす
ように配置されている。このため、１／２波長位相板４
００を透過して波長選択性位相変換装置３０４に入射す
る光ＩＮは図１１（Ｂ）に示すように、Ｚ軸と４５度の
角度をなす直線偏光となる。

【０１１５】Ｂ光とＲ光とが、波長選択性位相変換装置
３０４に入射してから、それぞれＢ光用反射型ライトバ
ルブ１０６ＢとＲ光用反射型ライトバルブとに入射する
までの構成は上記第３実施形態と同じであるので重複す
る説明は省略する。

【０１１６】Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂにおい
て、画像信号で変調されて反射されたＢ光は、Ｓ偏光と
なる。このため、偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲの偏
光分離部１０５ｐで反射することで検光される。

【０１１７】また、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒ
において、画像信号で変調されて反射されたＲ光は、Ｐ
偏光となる。このため、偏光ビームスプリッタ１０５Ｂ
Ｒの偏光分離部１０５ｐを透過することで検光される。

【０１１８】偏光ビームスプリッタ１０５ＢＲを射出す
るＲ光（Ｐ偏光）とＢ光（Ｓ偏光）との合成検光光は、
１／２波長位相板４０１に入射する。１／２波長位相板
４０１は、その進相軸が図１１（Ｄ）に示すようにＸ軸
に対して２２．５度の角度をなすように配置されてい
る。このため、１／２波長位相板を透過した後の偏光状
態は、図１１（Ｄ）に示すようにＢ光とＲ光とがそれぞ
れ直交し、Ｘ軸と４５度の角度をなす直線偏光に変換さ
れる。この偏光状態の光が、波長選択性位相変換装置４
０２に第１面４０２Ａから入射する。波長選択性位相変
換装置４０２の第２面４０２Ｂには全反射膜ＴＲが形成
されている。全反射膜ＴＲの膜組成とその光学特性は、
上記第３実施形態と同様である。このため、波長選択性
位相変換装置４０２の第３面４０２Ｃから射出するＢ光
とＲ光との偏光状態は、図１１（Ｅ）に示すようにな
る。次に、Ｂ光とＲ光とは１／２波長位相板４０３に入
射する。１／２波長位相板４０３の進相軸Ａは、図１１
（Ｅ）に示すようにＺ軸に対して２２．５度の角度をな
すように配置されている。これにより、１／２波長位相
板４０３を透過したＢ光とＲ光はＺ軸と平行な方向に振
動方向を有するＳ偏光に変換される。

【０１１９】次に、Ｇ光について説明する。Ｇ光はＧ光
反射ダイクロイックミラー１０３で反射される。Ｇ光反
射ダイクロイックミラー１０３で反射されたＧ光は、直
角プリズム１０８で光路を９０度折り曲げられる。光路
を折り曲げられたＧ光は、偏光ビームスプリッタ１０９
Ｇに入射する。ここで、Ｇ光は単一偏光変換装置１０２
によりＳ偏光に変換されているので、偏光分離部１０９
ｐで反射される。以下、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０
６Ｇに入射してから偏光ビームスプリッタ１０９Ｇを射
出するまでは、上記第３実施形態と同様であるので重複
する説明は省略する。偏光ビームスプリッタ１０９Ｇを
射出したＧ光（Ｐ偏光）は、光路長補補正部材４０３を
経て偏光ビームスプリッタ４０４に面４０４Ａから入射
する。そして、偏光分離部４０４ｐを透過して、投射レ
ンズ１１０側へ射出される。

【０１２０】また、波長選択性位相変換装置４０２を射
出したＢ光とＲ光との混合光（Ｓ偏光）も、偏光ビーム
スプリッタ４０４に面４０４Ｂから入射する。そして、
偏光分離部４０４ｐで反射されて、投射レンズ１１０側
へ射出される。

【０１２１】最後に、投射レンズ１１０は、フルカラー
像をスクリーン１１１に投射する。

【０１２２】以上の説明のように、異なる振動方向を有
するＲ光とＢ光を波長選択性位相変換装置を用いて同じ
方向の振動方向を有する光に変換することができる。こ
のため、波長選択性位相変換装置と偏光ビームスプリッ
タを用いて他の色光であるＧ光との色合成光学系を形成
することができる。

【０１２３】また、本実施形態においても、波長選択性
位相変換装置は、ガラスプリズムの特定面上に多層膜か
らなる誘電体膜を形成して構成される。このため、有機
薄膜等の有機材料を使用する必要はなく、耐環境温度の
変化にも影響を受けず、温度特性の良好な投射型表示装
置を提供することができる。

【０１２４】さらに、接着剤を使用しないで全反射膜を
構成するので、光量の損失が少ないという効果も奏す
る。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
環境の変化に対して影響を受けず、特定の波長領域の光
の振動方向を常に安定して変換することができる波長選
択性位相変換装置、色分解光学装置および投射型表示装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる波長選択性位相
変換装置の構成と入射光及び射出光の偏光状態を説明す
る斜視図である。

【図２】波長選択性位相変換装置の全反射膜の膜構成を
示す図である。

【図３】Ｂ光に対して位相変換特性を有する波長選択性
位相変換装置の光学特性を示す図である。

【図４】Ｇ光に対して位相変換特性を有する波長選択性
位相変換装置の光学特性を示す図である。

【図５】Ｒ光に対して位相変換特性を有する波長選択性
位相変換装置の光学特性を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態にかかる投射型表示装置
の概略構成を説明する図である。

【図７】単一偏光変換装置の構成を説明する図である。

【図８】偏光状態の変換の様子を示す図である。

【図９】本発明の第３実施形態にかかる投射型表示装置
の概略構成を説明する図である。

【図１０】偏光状態の変換の様子を示す図である。

【図１１】本発明の第４実施形態にかかる投射型表示装
置の概略構成を説明する図である。

【符号の説明】

１００，１０４，３０４，４０２波長選択性位相変換
装置１０１光源１０２単一偏光変換装置１０３ダイクロイックミラー１０５ＢＲ,１０９Ｇ，４０４偏光ビームスプリッタ１０６Ｂ，１０６Ｒ，１０６Ｇ反射型ライトバルブ２０１，２０２,３０１，４００，４０１，４０３１
／２波長位相板１０７，３０３ダイクロイックプリズム１１０投射レンズ１１１スクリーン１０８光路折り曲げプリズム３０２ミラー４０３光路超補正部材

───────────────────────────────────────────────────── 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 1/1335 ５１０Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０２Ｈ０９９ 1/13363 1/13363 ５Ｃ０６０Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ 33/12 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＺＦターム(参考） 2H042 CA06 CA10 CA17 2H049 BA05 BA06 BA43 BB03 BC01 BC09 BC12 BC22 2H052 BA02 BA03 BA09 BA14 2H088 EA14 EA15 HA13 HA16 HA18 HA20 MA06 MA20 2H091 FA05X FA07X FA08X FA10X FA14X FA26X FA41X KA10 LA15 LA16 MA07 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA05 5C060 GA01 GA02 GB02 GB06 HC11 HC14 HC21 HC26 JA16 JA18 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射角が０度となる極限でＰ偏光成分とＳ
偏光成分との反射の位相差を０度とする定義において、第１波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差
を第1の位相差、前記第1波長領域の光と異なる第２波長領域の光のＰ偏
光成分とＳ偏光成分との位相差を第２の位相差とそれぞ
れしたとき、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差が１８０度
となるような光学薄膜が形成されている光学部材を有す
る波長選択性位相変換装置。
【請求項２】請求項１に記載の波長選択性位相変換装置
において、前記光学薄膜は、前記第１波長領域の光と前記第２波長
領域の光とをいずれも反射することで前記第１の位相差
と前記第２の位相差との差を１８０度とすることを特徴
とする波長選択性位相変換装置。
【請求項３】請求項１に記載の波長選択性位相変換装置
において、前記光学部材は、前記第１波長領域の光と前記第２波長
領域の光とを入射する入射面に反射防止膜が形成されて
いることを特徴とする波長選択性位相変換装置。
【請求項４】単一偏光の光を供給する照明光学系と、入射角が０度となる極限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との
反射の位相差を０度とする定義において、前記照明光学
系からの光のうち第１波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏
光成分との位相差を第1の位相差、前記第1波長領域の光と異なる第２波長領域の光のＰ偏
光成分とＳ偏光成分との位相差を第２の位相差とそれぞ
れしたとき、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差が１８０度
となるような光学薄膜が形成されている光学部材を含む
波長選択性位相変換装置と、前記波長選択性位相変換装置の射出光を前記第１波長領
域の光と前記第２波長領域の光とに色分解する偏光分離
面を有し、前記第１波長領域の光を第１波長光被照明部
へ射出し、前記第２波長領域の光を第２波長光被照明部
へ射出する偏光ビームスプリッタとを有することを特徴
とする色分解光学装置。
【請求項５】請求項４に記載の色分解光学装置におい
て、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面は、前記第１波
長光被照明部と前記第２波長光被照明部との少なくとも
一方の略中央から垂直に伸びる光軸に沿って進行する光
線と前記偏光分離面の法線とで定義されるＳ軸が、前記
波長選択性位相変換装置を射出して前記光軸に沿って進
行する前記第１波長領域の光と前記第２波長領域の光と
のいずれか一方の光の偏光の振動方向に対して略平行と
なるように配置されていることを特徴とする色分解光学
装置。
【請求項６】請求項５に記載の色分解光学装置におい
て、前記波長選択性位相変換装置は波長板をさらに含み、前記波長板は、前記光学薄膜を射出して前記光軸に沿っ
て進行する前記第１波長領域の光と前記第２波長領域の
光とのいずれか一方の光の偏光の振動方向を、前記第１
波長光被照明部と前記第２波長光被照明部の少なくとも
一方の略中央から垂直に伸びる光軸に沿って進行する光
線と前記偏光分離面の法線とで定義されるＳ軸に対して
平行な方向に変換することを特徴とする色分解光学装
置。
【請求項７】請求項６に記載の色分解光学装置におい
て、前記第１の位相差は０度、前記第２の位相差は１８０度
であり、前記波長板は１/２波長位相板であることを特徴とする
色分解光学装置。
【請求項８】請求項６に記載の色分解光学装置におい
て、前記第１の位相差は９０度、前記第２の位相差は―９０
度であり、前記波長板は１/４波長位相板であることを特徴とする
色分解光学装置。
【請求項９】請求項５に記載の色分解光学装置におい
て、前記照明光源から供給される単一偏光の光は、直線又は
楕円偏光の光であり、前記照明光学系は、前記直線偏光の振動方向又は前記楕
円偏光の長軸の方向が、前記光軸に沿って進行する光線
と前記光学薄膜面の法線とで定義されるＳ軸に対して略
４５度の傾きを有する偏光光を供給することを特徴とす
る色分解光学装置。
【請求項１０】請求項９に記載の色分解光学装置におい
て、前記照明光学系は、前記直線偏光の振動方向又は前記楕
円偏光の長軸の方向が、前記光軸に沿って進行する光線
と前記光学薄膜面の法線とで定義されるＳ軸に対して略
平行又は略垂直の傾きを有する第１偏光光を供給する第
１偏光照明光学系と、前記第１偏光光の直線偏光の振動方向又は前記楕円偏光
の長軸の方向を、前記光軸に沿って進行する光線と前記
光学薄膜面の法線とで定義されるＳ軸に対して略４５度
の傾きを有する偏光光に変換する１／２波長位相板とを
有することを特徴とする色分解光学装置。
【請求項１１】請求項９に記載の色分解光学装置におい
て、前記照明光学系は、光源からの光を、略単一の振動方向
を有する直線偏光に変換する偏光変換装置を含み、前記偏光変換装置は、第１の偏光分離面と、前記第１の偏光分離面と平行に配置される第２の偏光分
離面と、前記第１の偏光分離面を挟持する第１光学部材と、前記第２の偏光分離面を挟持する第２光学部材と、前記第１光学部材と前記第２光学部材とのいずれか一方
の射出面側に配置され、前記第１の偏光分離面と前記第
２の偏光分離面との何れか一方を介した光の偏光方向を
変換する１／２波長位相板とを含み、前記第１光学部材の射出面と前記第１の偏光分離面とが
交差する交線が、前記光軸に沿って進行する光線と前記
光学薄膜の法線とで定義されるＳ軸に対して略４５度傾
いていることを特徴とする色分解光学装置。
【請求項１２】請求項４に記載の色分解光学装置におい
て、照明光を供給する光源と、前記第１波長光被照明部と、前記第２波長光被照明部とをさらに有し、前記光源から前記第１波長光被照明部までの光学的距離
と、前記光源から前記第２波長光被照明部までの光学的
距離とが略等しいことを特徴とする色分解光学装置。
【請求項１３】単一偏光の光を供給する照明光学系と、入射角が０度となる極限でＰ偏光成分とＳ偏光成分との
反射の位相差を０度とする定義において、前記照明光学
系からの光のうち第１波長領域の光のＰ偏光成分とＳ偏
光成分との位相差を第1の位相差、前記第1波長領域と異なる第２波長領域の光のＰ偏光成
分とＳ偏光成分との位相差を第２の位相差とそれぞれし
たとき、前記第１の位相差と前記第２の位相差との差が１８０度
となるような光学薄膜が形成されている光学部材を含む
波長選択性位相変換装置と、前記波長選択性位相変換装置の射出光を前記第１波長領
域の光と前記第２波長領域の光とに色分解する偏光分離
面を有し、前記第１波長領域の光を第１波長光被照明部
へ射出し、前記第２波長領域の光を第２波長光被照明部
へ射出する偏光ビームスプリッタと、前記第１波長光被照明部を含み、前記第１波長領域の光
を画像信号に基づき変調する第１色用反射型ライトバル
ブと、前記第２波長光被照明部を含み、前記第２波長領域の光
を画像信号に基づき変調する第２色用反射型ライトバル
ブと、前記第１色用反射型ライトバルブからの光と前記第２色
用反射型ライトバルブからの光とを色合成する色合成光
学系と、前記第１色用反射型ライトバルブと前記第２色用反射型
ライトバルブとに生成された像を所定面上に投射する投
影光学系と、を有することを特徴とする投射型表示装
置。
【請求項１４】請求項１３に記載の投射型表示装置にお
いて、前記偏光ビームスプリッタの偏光分離面は、前記第１波
長光被照明部と前記第２波長光被照明部との少なくとも
一方の略中央から垂直に伸びる光軸に沿って進行する光
線と前記偏光分離面の法線とで定義されるＳ軸が、前記
波長選択性位相変換装置を射出して前記光軸に沿って進
行する前記第１波長領域の光と前記第２波長領域の光と
のいずれか一方の光の偏光の振動方向に対して略平行と
なるように配置されていることを特徴とする投射型表示
装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の投射型表示装置にお
いて、前記波長選択性位相変換装置は波長板をさらに含み、前記波長板は、前記光学薄膜を射出して前記光軸に沿っ
て進行する前記第１波長領域の光と前記第２波長領域の
光とのいずれか一方の光の偏光の振動方向を、前記第１
波長光被照明部と前記第２波長光被照明部の少なくとも
一方の略中央から垂直に伸びる光軸に沿って進行する光
線と前記偏光分離面の法線とで定義されるＳ軸に対して
平行な方向に変換することを特徴とする投射型表示装
置。
【請求項１６】請求項１４に記載の投射型表示装置にお
いて、前記照明光学系から供給される単一偏光の光は、直線又
は楕円偏光の光であり、前記照明光学系は、前記直線偏光の振動方向又は前記楕
円偏光の長軸の方向が、前記光軸に沿って進行する光線
と前記光学薄膜面の法線とで定義されるＳ軸に対して略
４５度の傾きを有する偏光光を供給することを特徴とす
る投射型表示装置。
【請求項１７】請求項１３に記載の投射型表示装置にお
いて、前記照明光学系は光源を有し、前記光源から前記第１色用反射型ライトバルブまでの光
学的距離と、前記光源から前記第２色用反射型ライトバ
ルブまでの光学的距離とが略等しいことを特徴とする投
射型表示装置。