JP2003043255A - 色分離素子及び投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】色選択性リターダを用いた小型で、光学レイア
ウトが容易な色分離素子を実現する。 【解決手段】本発明の色分離素子は、色分離膜（ダイク
ロイック分離膜）１ａと、第一の偏光方向成分は透過
し、第一の偏光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２ｂとで構成され、前記偏
光分離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、
前記色分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光を、色
選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、該色選
択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａ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に分離す
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は色分離素子及び投影
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る
色分離素子に関する。また、その色分離素子を用いて照
明光を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
ンデンサー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１９に示す。図１９に示すように、図示しない照明光
源からの光のうち、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２
０で選択されたＳ偏光は、全反射の場合、反射型液晶素
子２１で反射され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２０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投影して画像形成する
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２０に示す。図２０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、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
分を抽出する方法として、理想的な偏光板を挿入する方
法があるが、効率が低いため、現在は偏光分離膜と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）。

【０００６】その従来の偏光変換器の原理図を図２１に
示す。図２１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、透過したＰ
波（Ｐ偏光）は１／２波長板４２に入射し、振動方向を
９０°回転させることでＳ波（Ｓ偏光）となり、従来は
捨てていたＰ波（Ｐ偏光）をＳ波（Ｓ偏光）に変換して
有効に利用している。

【０００７】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、特許第３１３０５３７号公
報（特表平１１−５０４４４１号公報）に記載されてい
る色選択性リターダを用いた色分解、合成方法が提案さ
れている。ここで、特許第３１３０５３７号公報（特表
平１１−５０４４４１号公報）記載の従来例を図２２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が提案されている。色選択性
リターダは、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３１３０５３
７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）には、図
２２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
ーダを提案している。そして、この色選択性リターダ
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、ｐ１８
４」に開示されている。以上のような色選択性リターダ
（カラー偏光子）を使った従来例は、これまでにない新
規な色分離方法を用いた液晶プロジェクターである。

【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（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な、新規な色分離素子を実現
することを目的とし、さらには、その色分離素子を用い
て色分離、色合成を行うことで、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、色合成素子を実現し、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、色分離膜と、第
一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交す
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前記色選択性リターダ
を配置し、前記色分離膜で２つの色に分離した一方の光
を、前記色選択性リターダへ略４５度の角度で入射し、
該色選択性リターダを通過後、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に分離
することを特徴とするものである。請求項２に係る発明
は、請求項１記載の色分離素子において、前記色分離膜
を、平板状のダイクロイックミラーあるいはフィルター
とした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１記載の色分離素子において、前記色分離
膜を、ダイクロイックプリズムとしたことを特徴とする
ものである。

【００１０】請求項４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１，２または３
記載の色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４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、偏光分離膜と色選択性リター
ダで機能する少なくとも一組の色分離素子を色合成素子
として用いる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４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制御変調する反射型のライトバ
ルブであって、第一のライトバルブで変調された画像
と、他のライトバルブで変調され色選択性リターダと偏
光分離膜で色合成された画像とを、ダイクロイック分離
膜を用いた色合成素子で合成することを特徴とするもの
である。請求項７に係る発明は、請求項６記載の投影装
置において、前記ダイクロイック分離膜を用いた色合成
素子は、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。

【００１１】請求項８に係る発明は、請求項５，６また
は７記載の投影装置において、３組の反射型のライトバ
ルブを備え、その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
学プリズムを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９に係る発明は、請求項５，６，７ま
たは８記載の投影装置において、最終的に色合成された
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１０に
係る発明は、請求項６，７または８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。

【００１２】請求項１１に係る発明は、色分離膜と偏光
分離膜を形成あるいは付加された光学プリズムと、前記
偏光分離膜に平行に対峙させた色選択性リターダとで構
成したことを特徴とするものである。請求項１２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１１記載の色分離素子を用いたことを特徴と
するものである。請求項１３に係る発明は、請求項１２
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、前記色分離素子を、互いに平行に
対峙された偏光分離膜と色選択性リターダが有する色分
離機能に加え、色合成素子として用いることを特徴とす
るものである。

【００１３】請求項１４に係る発明は、請求項１３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
を行うことを特徴とするものである。請求項１５に係る
発明は、請求項１３または１４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１６に係る発明は、請求項１４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。

【００１４】

【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。

【００１５】（実施例１）まず、請求項１，２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
色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、色
分離膜１ａと、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏
光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２ｂとで構成され、偏光分離膜２ａの側
面に色選択性リターダ２ｂを配置し、色分離膜１ａで２
つの色に分離した一方の光を、色選択性リターダ２ｂへ
略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダ２ｂを通
過後、偏光分離膜２ａ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に分離する構成としたものであ
る。

【００１６】より詳しく説明すると、この色分離素子
は、最初の色分離を行う色分離膜にダイクロイック分離
膜１ａを用い、ダイクロイック分離膜１ａによって例え
ばマゼンタ（Ｍ）と緑（Ｇ）の２色に分離された一方の
色（例えばマゼンタ（Ｍ））を、さらに、色選択性リタ
ーダ２ｂと偏光分離膜２ａからなる素子２によって、例
えば赤（Ｒ）と青（Ｂ）の２色に分離し、結果として赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に分離する色分離素
子である。ここで、図１に示す例では、最初の色分離を
行う素子１は、平板状の透明部材（光学ガラスプレート
等）１ｂにダイクロイック分離膜１ａを形成したダイク
ロイックミラー（あるいはダイクロイックフィルター）
であり、第二の色分離を行う素子２は、２つの直角プリ
ズムの間に偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂとが
隣接して配置された色選択性の偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）であり、２種類の色分離素子１，２を組合せ
て３色分離の色分離素子としたものである。

【００１７】色選択性リターダ２ｂとしては、特許第３
１３０５３７号公報に記載されているリターダスタック
などを用いることができる。リターダスタックは、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（Ｇ）の帯域のみを変換する
素子や、赤（Ｒ）の帯域のみを変換させたり、青（Ｂ）
の帯域のみ変換させたりする機能を有している。尚、図
２２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、本
発明では、入射使用方向（例えば色選択性リターダ２ｂ
へ略４５度の角度で入射する場合）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なっている。

【００１８】また、ダイクロイック分離膜１ａを形成し
たダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックフィ
ルター）１や、色選択性のＰＢＳ２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ダイクロイック分
離膜１ａや偏光分離膜２ａ等を形成することで作製する
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
やプリズム状の光学ガラスの表面にダイクロイック分離
膜１ａや、偏光分離膜２ａを成膜することで容易に作成
可能である。以上のような従来からあるダイクロイック
ミラー等の素子１と、色選択性リターダ２ｂと偏光分離
膜２ａを隣接配置した素子２とを対峙させることによ
り、これまでにない新規な構成の色分離素子を実現する
ことができる。

【００１９】次に図１に示す色分離素子の動作及び作用
について説明する。図１において、図示しない照明光源
からの一方向の偏光方向に揃った照明光をダイクロイッ
クミラー１に入射する。例えば、実質Ｐ偏光の光を、緑
（Ｇ）光の反射率が高く、マゼンタ（Ｍ）光の透過率が
高いダイクロイック分離膜１ａが形成された平板状のダ
イクロイックミラー１に略４５度の角度で入射すると、
緑（Ｇ）光はダイクロイック分離膜１ａで略直角方向に
反射され、マゼンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１
ａを透過して色選択性リターダ２ｂへ図に示す４５度の
方向から入射する。このとき、入射光として、ＰＢＳ２
の偏光分離膜２ａ形成面に対してＰ偏光の光が入射する
ことになる。また、このとき、色選択性リターダ２ｂ
は、青（Ｂ）の帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＢ
／Ｙ素子とする。色選択性リターダ２ｂに入射したＰ偏
光のマゼンタ（Ｍ）光は、色選択性リターダ２ｂにより
青（Ｂ）はＳ偏光に変えられるが、赤（Ｒ）はＰ偏光の
ままで透過し、それぞれ偏光分離膜２ａへ到着し、赤
（Ｒ）のみ偏光分離膜２ａを透過し、青（Ｂ）は偏光分
離膜２ａで反射され、青色（Ｂ）光は９０度光路を折り
曲げられ、再び色選択性リターダ２ｂに入射し、色選択
性リターダ２ｂを通過してＰ偏光の青色（Ｂ）光として
分離される。尚、照明光の入射方向としては、特別に図
示しないが、緑（Ｇ）光の透過率が高く、マゼンタ
（Ｍ）光の反射率が高いダイクロイック分離膜１ａを使
う場合には、図１の上方向から照明光をダイクロイック
ミラー１に入射させる構成を採用すればよい。

【００２０】以上のような構成の色分離素子では、色選
択性リターダ２ｂ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。特に入射光を色選択性リターダ２ｂ
や偏光分離膜２ａ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、基準を直交方向に取ることが
でき、精度の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。

【００２１】（実施例２）次に請求項３に係る発明の実
施例を説明する。図２は本発明の別の実施例を示す色分
離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、図１の
平板状のダイクロイックミラー１に代えて、２つの直角
プリズム１ｃ、１ｄの間にダイクロイック分離膜１ａを
形成して９０度光路を分離するプリズム状の素子（ダイ
クロイックプリズム）１’を用いた構成としたものであ
り、基本的な動作や作用は実施例１と同様である。図１
に示す構成では，ダイクロイックミラー１を構成する平
板状の光学ガラスプレート等の厚さが厚い場合に、斜め
に配置した平板状のダイクロイックミラー１を通過する
途中で光軸シフトが生じるが、図２に示す構成では、プ
リズム状のダイクロイックミラー１’にしたことで光軸
シフトが生じなくなる。また、色選択性リターダ２ｂと
偏光分離膜２ａとで構成される色選択性の偏光分離素子
（ＰＢＳ）２もプリズム状であるため、ダイクロイック
プリズム１’と偏光分離素子（ＰＢＳ）２を通過する際
の光軸シフトも生じなくなり、また、組付けも容易とな
るので、色分離素子として一体化が容易となる。

【００２２】（実施例３）次に請求項４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（液晶ライトバルブ）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、実施例
１または２に記載の色分離素子を用いた構成としたもの
である。

【００２３】ここで、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が、効率よく照度を得られるよう
に、光源からの光を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ために、インテグレータ光学
系等を採用してもよい。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、ライトバルブへ
照明される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であ
ったり、コンデンサー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
用できる。

【００２４】尚、色分離素子への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、照明光学系に図２１
の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。す
なわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長
板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一
方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。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
なった構成などが採用される。さらに、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。

【００２５】本実施例では、以上のような従来からある
白色の照明光源を用いた照明光学系を用い、実施例１ま
たは２に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そ
して、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルな
どからなるライトバルブ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
を色合成素子で合成し、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。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容易に実
現できる。また、従来技術で示したような、クロスダイ
クロイックプリズム（図２０）などを用いて３色を合成
するようにしてもよい。

【００２６】（実施例４）次に請求項５に係る発明の実
施例を説明する。本実施例は、実施例３（請求項４）に
記載の投影装置において、前記ライトバルブとして偏光
方向を変調する反射型のライトバルブ（例えば反射型液
晶パネル）を用い、偏光分離膜と色選択性リターダで機
能する少なくとも一組の色分離素子を、色合成素子とし
ても用いる構成としたものである。ここで、図３は本発
明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この
投影装置は、図示しない光源と照明光学系と、色分離素
子１，２と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数
の反射型ライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）５，
６，７と、各画像を合成する色合成素子４と、形成され
た画像を投影する投射レンズ８とで構成され、前記色分
離素子として、実施例１に記載の色分離素子、すなわ
ち、色分離膜としてダイクロイック分離膜１ａを有する
ダイクロイックミラー１と、第一の偏光方向成分は透過
し、第一の偏光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２ｂとで構成され、偏光分
離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、ダイ
クロイック分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光
を、色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、
該色選択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａ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に
分離する構成の色分離素子を用いた構成としたものであ
る。

【００２７】この投影装置の動作としては、まず、緑色
（Ｇ）光を反射、マゼンタ（Ｍ）光を透過する特性を有
したダイクロイックミラー１に、図示しない光源からＰ
偏光で照明光を入射させる。ダイクロイックミラー１の
ダイクロイック分離膜１ａで反射された緑色（Ｇ）光
は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂを有する色
選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＰ偏光で
入射し、偏光分離膜３ａを透過し、緑色（Ｇ）光のみ偏
光方向を９０度変える色選択性リターダ３ｂを通過し、
Ｓ偏光になって、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ
（反射型液晶パネル）７を照明する。

【００２８】一方、ダイクロイックミラー１のダイクロ
イック分離膜１ａを通過したマゼンタ（Ｍ）光は、偏光
分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂを有する色選択性の
偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２にＰ偏光で入射し、
色選択性リターダ２ｂによってＳ偏光に変えられた青色
（Ｂ）光は偏光分離膜２ａで反射されて再び色選択性リ
ターダ２ｂを通過し、Ｐ偏光となって青色（Ｂ）用の反
射型液晶パネル６を照明する。また、色選択性リターダ
２ｂを通過した赤色（Ｒ）光は偏光分離膜２ａを透過
し、こちらもＰ偏光で、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネ
ル５を照明する。

【００２９】それぞれの反射型液晶パネル５，６，７
は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像
を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向
を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色
（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光は
Ｐ偏光に変換され、色選択性リターダ３ｂでＳ偏光に変
えられて、偏光分離膜３ａにより反射し、再び、色選択
性リターダ３ｂを通過し、Ｐ偏光に変えられ、色合成素
子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル
５で反射された明表示光はＳ偏光に変えられ、偏光分離
膜２ａで反射し、色合成素子４に向かう。また、青色
（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射された明表示光は
Ｓ偏光に変えられるので、色選択性リターダ２ｂを通過
し、Ｐ偏光に変換されて、偏光分離膜２ａを通過し、赤
色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子４に向
かう。尚、この際、偏光分離膜２ａと色選択性リターダ
２ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）２は、
色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光を合成
する色合成素子としても機能している。ここで、３色を
合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみの偏光
方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜４ａを
図３に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、赤色
（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像を形
成することができ、このカラー画像が投射レンズ８で図
示しないスクリーン上に投影される。

【００３０】以上のような構成を採用することにより、
これまで反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）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
反射光を合成する合成素子と、照明光と投影像の光路を
分離する機能とを、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が実現す
る。

【００３１】次に図４は本発明の別の実施例を示す投影
装置の概略構成図であり、この投影装置は、最初の色分
離を行う素子として、図３のダイクロイックミラー１に
代えて、実施例２で示したダイクロイックプリズム１’
を用いた例であり、その他の構成及び動作は図３と同様
である。

【００３２】次に図５は本発明のさらに別の実施例を示
す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、緑色
（Ｇ）光を透過、マゼンタ（Ｍ）光を反射する特性を有
したダイクロイックプリズム１’に、図示しない照明光
学系からＳ偏光で照明光を入射させる構成としたもので
あり、また、緑色（Ｇ）光の明暗光路を切替えるため
に、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ）２’用いた実施例である。

【００３３】図５において、ダイクロイックプリズム
１’のダイクロイック分離膜１ａを透過した緑色（Ｇ）
光は、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッ
タ（ＰＢＳ）２’にＳ偏光で入射し、偏光分離膜２ａで
反射され、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射
型液晶パネル）７を照明する。一方、ダイクロイックプ
リズム１’のダイクロイック分離膜１ａで反射されたマ
ゼンタ（Ｍ）光は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ
３ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）３にＳ偏光で入射し、色選択性リターダ３ｂによっ
てＰ偏光に変えられた赤色（Ｒ）光は偏光分離膜３ａで
反射されて再び色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｓ偏光
となって赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明す
る。また、色選択性リターダ３ｂを通過した青色（Ｂ）
光は偏光分離膜３ａを透過し、Ｐ偏光で、青色（Ｂ）用
の反射型液晶パネル６を照明する。

【００３４】それぞれの反射型液晶パネル５，６，７
は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像
を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向
を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色
（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光は
Ｐ偏光に変換されて偏光分離膜２ａを透過し、色合成素
子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル
５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、偏光分離
膜２ａを透過して、色合成素子４に向かう。また、青色
（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射されたの明表示光
はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜３ａで反射さ
れ、赤色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子
４に向かう。尚、この際、偏光分離膜３ａと色選択性リ
ターダ３ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）
３は、色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光
を合成する色合成素子としても機能している。ここで、
３色を合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみ
の偏光方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜
４ａを図５に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、
赤色（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像
を形成することができ、このカラー画像が投射レンズ８
で図示しないスクリーン上に投影される。

【００３５】（実施例５）次に請求項６，７に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例３（請求項
４）に記載の投影装置において、前記ライトバルブとし
て偏光方向を制御変調する反射型のライトバルブ（例え
ば反射型液晶パネル）を用い、第一のライトバルブで変
調された画像と、他のライトバルブで変調され色選択性
リターダと偏光分離膜で色合成された画像とを、ダイク
ロイック分離膜を用いた色合成素子で合成する構成とし
たものである。

【００３６】図６は本発明の一実施例を示す投影装置の
概略構成図であり、図中の符号１’はダイクロイック分
離膜１ａを有するダイクロイックプリズム、２は偏光分
離膜２ａと色選択性リターダ２ｂが隣接して形成された
色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、ダ
イクロイックプリズム１’と色選択性のＰＢＳ２で図２
と同様の色分離素子を構成している。また、符号３’は
偏光分離膜３ａを有する偏光ビームスプリッタであり、
符号９は平板状の光学ガラスプレート９ｂの面上にダイ
クロイック分離膜９ａを形成した色合成素子である。

【００３７】ダイクロイック分離膜９ａは、緑色帯域の
透過率を高くし、緑色帯域以外は反射率を高くした構成
である。このダイクロイック分離膜９ａは、光学ガラス
プレート９ｂ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することにより容易に形成するこ
とができ、このダイクロイック分離膜９ａを形成した色
合成素子９を、光軸に対してほぼ４５度に傾けて配置す
ればよい。また、反射と透過が逆になる特性のダイクロ
イック分離膜を用いた場合には、投射レンズ８の配置を
９０度折り返した位置に配置する構成も採用できる。

【００３８】さらに、画素密度を上げ、高解像に対応し
た投影装置には、色合成素子として、ダイクロイック分
離膜９ａを形成した光学ガラスプレートの代わりに、図
７に示す別の実施例のように、直角プリズム等へダイク
ロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム
９’を用いた構成を採用するとよい（請求項７）。ここ
で、図７に示す構成の投影装置では、入射側の色分離膜
に、青色（Ｂ）帯域を反射、黄色（Ｙ）帯域を透過する
ダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロイック
分離膜１ａにＰ偏光の照明光を入射し、青色（Ｂ）光
と、黄色（Ｙ）光に分離する。そして、黄色（Ｙ）光
は、赤色帯域の偏光方向を変換する色選択性リターダ
（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａにより赤色（Ｒ）
光と緑色（Ｇ）光に分離して、赤色（Ｒ）用の反射型液
晶パネル５と緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７の照明
に用い、それぞれの液晶パネル５，７からの反射光は色
選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａに
より合成される。一方、青色（Ｂ）光は偏光分離膜３ａ
を通過して青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６の照明に
用いられ、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６からの反
射光は偏光分離膜３ａにより反射される。そして、最終
的に青色（Ｂ）光と黄色（Ｙ）光（赤（Ｒ）と緑（Ｇ）
の合成光）を合成する色合成素子として、ダイクロイッ
ク分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’採
用し、合成光を投射レンズ８でスクリーン状へ投影す
る。

【００３９】次に図８は本発明のさらに別の実施例を示
す投影装置の概略構成図であり、図中の符号１’はダイ
クロイック分離膜１ａを有するダイクロイックプリズ
ム、２’は偏光分離膜２ａを有する偏光ビームスプリッ
タ、３は偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂが隣接
して形成された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）であり、ダイクロイックプリズム１’と色選択性の
ＰＢＳ３で色分離素子を構成している。また、符号９’
は直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成し
たダイクロイックプリズムからなる色合成素子である。

【００４０】この投影装置では、Ｓ偏光の照明光をダイ
クロイックプリズム１’に入射した際に、赤色（Ｒ）光
を反射し、シアン（Ｃ）光を透過させるダイクロイック
分離膜１ａを用いた構成とし、最後の色合成素子９’
も、赤色（Ｒ）光とシアン（Ｃ）を合成させるダイクロ
イック分離膜９ａを適用した構成である。より詳しく述
べると、図８に示す構成の投影装置では、入射側の色分
離膜に、赤色（Ｒ）帯域を反射、シアン（Ｃ）帯域を透
過するダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロ
イック分離膜１ａにＳ偏光の照明光を入射し、赤色
（Ｒ）光と、シアン（Ｃ）光に分離する。そして、シア
ン（Ｃ）光は、色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３ａ
により青色（Ｂ）光と緑色（Ｇ）光に分離して、青色
（Ｂ）用の反射型液晶パネル６と緑色（Ｇ）用の反射型
液晶パネル７の照明に用い、それぞれの液晶パネル６，
７からの反射光は色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３
ａにより合成される。一方、赤色（Ｒ）光はＰＢＳ２’
の偏光分離膜２ａで反射して赤色（Ｒ）用の反射型液晶
パネル５の照明に用いられ、赤色（Ｒ）用の反射型液晶
パネル５からの反射光はＰ偏光となって偏光分離膜２ａ
を透過する。そして、最終的に赤色（Ｒ）光とシアン
（Ｃ）光（青（Ｂ）と緑（Ｇ）の合成光）を合成する色
合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを採用し、
合成光を投射レンズ８でスクリーン状へ投影する。

【００４１】以上の図６、図７または図８に示したよう
な構成では、比較的単純な構成によりカラー画像を容易
に得ることが可能となる。したがって、より低コストで
軽量な作像光学系を実現できる。さらに、画素密度を上
げ、高解像に対応した投影装置を構成する場合に、図６
に示した構成では、色合成素子としてダイクロイック分
離膜９ａを形成した光学ガラスプレート（ダイクロイッ
クミラー）９を用いているので、光をダイクロイックミ
ラー９に斜めに入射させた際に非点収差などが発生しや
すく、投射レンズへの負担がかかるという不具合がある
が、図７または図８に示した構成の投影装置では、色合
成素子として直角プリズム等へダイクロイック分離膜９
ａを形成したダイクロイックプリズム９’を用いた構成
としたので、収差の発生を抑えることができ、より高画
質に対応することができる。

【００４２】（実施例６）次に請求項８に係る発明の実
施例を説明する。本実施例は、実施例４（請求項５）ま
たは実施例５（請求項６，７）に示した投影装置におい
て、３組の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）
５，６，７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ものである。

【００４３】色分離素子や色合成素子に用いられる偏光
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
は困難であり、通常は、プリズムの表面等の平面にこれ
らの膜を形成している。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
を防止するために、これまでは反射防止コート等がなさ
れている。また、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、各プリズムの
屈折率が異なれば、少なからずとも界面で反射が生じ
る。

【００４４】そこで本実施例では、３組の反射型のライ
トバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７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
プリズムの硝材を同じにしており、これにより各プリズ
ムの屈折率差がなくなり、各プリズムを密着させたとき
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。

【００４５】（実施例７）次に請求項９に係る発明の実
施例を説明する。本実施例は、実施例４（請求項５）ま
たは実施例５（請求項６，７）または実施例６（請求項
８）に示した投影装置において、最終的に色合成された
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。ここで、図９
は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であ
り、基本的な構成は図４に示した投影装置と同様である
が、最終的に色合成された後の光路中に、色選択性リタ
ーダ１０を配置し、各色偏光方向を揃える構成としたも
のである。

【００４６】すなわち、図４に示した構成では、最終的
な色合成の直後は、緑色（Ｇ）光と青色（Ｂ）光はＰ偏
光であるが、赤色（Ｒ）光がＳ偏光のままである。そこ
で、図９に示す構成では、最終的に色合成された後の光
路中に、赤色帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リタ
ーダ１０を配置した。このように、最終的に色合成され
た後の光路中に色選択性リターダ１０を配置し、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
ない投影装置を実現することができる。また、図９に示
すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光
子１１をさらに光路中に挿入することにより、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
なり、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。

【００４７】（実施例８）次に請求項１０に係る発明の
実施例を説明する。本実施例は、実施例５（請求項６，
７）または実施例６（請求項８）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。ここで、図１０は本発明の一実施例を
示す投影装置の概略構成図であり、基本的な構成は図８
に示した投影装置と同様であるが、色合成素子１２のダ
イクロイック分離膜１２ａに色選択性リターダ１２ｂを
平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃える構成とし
たものである。

【００４８】すなわち、図１０に示す構成の投影装置で
は、ダイクロイック分離膜１２ａに到達する前は、緑色
（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）光はＳ偏
光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換する色選択性リ
ターダ１２ｂを挿入すればよい。尚、図１０の構成で
は、ダイクロイック分離膜１ａ、１２ａは赤色（Ｒ）光
のみを反射する様に設計している。また、色選択性リタ
ーダ１２ｂは、図示の例ではダイクロイック分離膜１２
ａの後側に配置されているが、ダイクロイック分離膜１
２ａの前側に配置してもよい。

【００４９】また、図１０に示す構成の投影装置のよう
に、ダイクロイック分離膜１２ａの特性として、赤色
（Ｒ）光のみを反射する特性としたときに、青色（Ｂ）
光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダとして
は、素子の往復で丁度９０度回転するようにリターダス
タック等の設定をした素子を挿入してもよい。本実施例
の効果としては、実施例７（請求項９）の効果に加え、
ダイクロイック分離膜１２ａの前後のどちらにも色選択
性リターダ１２ｂを配置できる構成を採用可能となる。

【００５０】（実施例９）次に請求項１１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
分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１３は、
色分離膜１３ｄと偏光分離膜１３ｅを形成あるいは付加
された光学プリズム１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、偏光分
離膜１３ｅに平行に対峙させた色選択性リターダ１３ｆ
とで構成したことを特徴とするものである。具体的に
は、色分離膜としてダイクロイック分離膜１３ｄを付加
された光学プリズム１３ａと、偏光分離膜１３ｅを付加
されたプリズム１３ｃとで、色選択性リターダ１３ｆを
挟持した構成であって、ダイクロイック分離膜１３ｄで
分離された光を、色選択性リターダ１３ｆと偏光分離膜
１３ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。

【００５１】より詳しく述べると、図１１に示す構成の
色分離素子１３では、プリズム１３ａの辺ａとプリズム
１３ｂの辺ｂの間にダイクロイック分離膜（例えば、青
色（Ｂ）光を透過、黄色（Ｙ）光を反射するダイクロイ
ック分離膜）１３ｄが形成あるいは付加されている。ま
た、プリズム１３ｃの辺ｃには偏光分離膜１３ｅが形成
あるいは付加されており、プリズム１３ｃの辺ｃと、プ
リズム１３ａの辺ａ’とで、色選択性リターダ（例え
ば、緑色（Ｇ）光の偏光方向を変換する素子）１３ｆを
挟持した構成を採用している。

【００５２】このような構成で、図に示すように、Ｓ偏
光で入射された照明光は、ダイクロイック分離膜１３ｄ
で青色（Ｂ）光を透過し、黄色（Ｙ）光を反射する。反
射された黄色（Ｙ）光はＳ偏光のままプリズム１３ａの
辺ａ’に対峙されている色選択性リターダ１３ｆへ向か
う。色選択性リターダ１３ｆは、緑色（Ｇ）光のみ偏光
方向を変える機能を有しているので、色選択性リターダ
１３ｆを通過した黄色（Ｙ）光のうち、緑色（Ｇ）の帯
域のみＰ偏光に変換され、偏光分離膜１３ｅを通過し、
緑色（Ｇ）を分離する。また、赤色（Ｒ）光はＳ偏光の
ままなので、偏光分離膜１３ｅで反射光となり、３色分
離する。

【００５３】このように、直角プリズム１３ａの互いに
直交する２辺ａ，ａ’にダイクロイック分離膜１３ｄ
と、色選択性リターダ１３ｆ及び偏光分離膜１３ｅを配
置することで、３色の色分解を行うことができる。勿
論、プリズム１３ａの形状としては、実施例に示したよ
うに直角プリズム１３ａを用いてもよいが、平行四辺形
形状のプリズムにすれば、互いに平行となる面に、色選
択性リターダと偏光分離膜を挟み込んでもよい。その際
は、赤色（Ｒ）と、青色（Ｂ）は同じ方向に反射される
様になるが、用途に応じて設定すればよい。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で様々な色分離が可能である。

【００５４】次に図１２は本発明の別の実施例を示す色
分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１４は、
色分離膜としてダイクロイック分離膜１４ｄを付加され
た光学プリズム１４ａと、偏光分離膜１４ｅを付加され
たプリズム１４ｃとで、色選択性リターダ１４ｆを挟持
した構成であって、ダイクロイック分離膜１４ｄで分離
された光を、色選択性リターダ１４ｆと偏光分離膜１４
ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。この
図１２に示す色分離素子の構成は図１１と略同様のもの
であるが、図１２に示す構成の色分離素子１４では、プ
リズム１４ａの辺ａとプリズム１４ｂの辺ｂの間に、例
えば、シアン色（Ｃ）光を透過、赤色（Ｒ）光を反射す
るダイクロイック分離膜１４ｄが形成あるいは付加され
ている。また、プリズム１４ｃの辺ｃには偏光分離膜１
４ｅが形成あるいは付加されており、プリズム１４ｃの
辺ｃと、プリズム１４ａの辺ａ’とで、色選択性リター
ダ（例えば、青色（Ｂ）光の偏光方向を変換する素子）
１４ｆを挟持した構成を採用している。そして、この実
施例では、照明光をＰ偏光で入射して、３色ともＰ偏光
で分離されるように構成している。

【００５５】（実施例１０）次に請求項１２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、前記色分離素子として、実施例９（請求項１１）
に記載の色分離素子を適用した構成とするものである。

【００５６】ここで、光源としては、図示していない
が、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が、効率よ
く照度を得られるように、光源からの光をリフレクター
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ため
に、インテグレータ光学系等を採用してもよい。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、ライトバルブへ照明される照明光の照度ムラ
を低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズ
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できる。

【００５７】尚、色分離素子への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、照明光学系に図２１
の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。す
なわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長
板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一
方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。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
なった構成などが採用される。さらに、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。

【００５８】本実施例では、以上のような従来からある
白色の照明光源と照明光学系を用い、実施例９（請求項
１１）に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そ
して、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルな
どからなるライトバルブ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
を色合成素子で合成し、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。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容易に実
現できる。また、従来技術で示したようなクロスダイク
ロイックプリズム（図２０）とミラーなどを用いて３色
を合成するようにしてもよい。

【００５９】（実施例１１）次に請求項１３に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例１０（請求項
１２）に記載の投影装置において、前記ライトバルブと
して反射型液晶パネルを用い、前記色分離素子を、互い
に平行に対峙された偏光分離膜と色選択性リターダが有
する色分離機能に加え、色選択性リターダと偏光分離膜
の組み合わせ部分を色合成素子、及び明暗信号分離とし
ても用いる構成としたものである。ここで、図１３は本
発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、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５，６，７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８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
された素子（色分離・合成素子）１５を備えている。そ
して、この色分離・合成素子１５では、プリズム１５ａ
とプリズム１５ｂの間には色分離膜であるダイクロイッ
ク分離膜１５ｅが形成され、プリズム１５ｂとプリズム
１５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ
１５ｈと偏光分離膜１５ｇが平行対峙して形成されてお
り、これらの部分が実施例９（請求項１１）に記載した
色分離素子と同様に機能する。また、プリズム１５ａと
プリズム１５ｄの間には偏光分離膜１５ｆが形成され、
プリズム１５ｃとプリズム１５ｄの間には色合成素子部
となる色選択性リターダ１５ｊと偏光分離膜１５ｉが平
行対峙して形成されている。

【００６０】図１３において、色分離・合成素子１５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）帯域を透過させるダイク
ロイック分離膜１５ｅに入射させる。緑色（Ｇ）光は、
Ｓ偏光でダイクロイック分離膜１５ｅを透過し、プリズ
ム１５ａを通過後、偏光分離膜１５ｆで反射され、緑色
（Ｇ）用の反射型液晶パネル７を照明する。一方、マゼ
ンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１５ｅで反射して
分離され、プリズム１５ｂを通過し、色選択性リターダ
１５ｈに向かう。この色選択性リターダ１５ｈが、青色
（Ｂ）光のみの偏光方向を変える偏光子（Ｂ／Ｙ素子）
として機能する場合、青色（Ｂ）光はＰ偏光に変わり、
偏光分離膜１５ｇを通過して、青色（Ｂ）用の反射型液
晶パネル６を照明する。また、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１５ｇに
より反射され、再び、色選択性リターダ１５ｈを通過
し、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。

【００６１】それぞれの反射型液晶パネル５，６，７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（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射され
た明表示光はＰ偏光に変換されて、偏光分離膜１５ｆを
透過し、色合成素子部に向かう。一方、赤色（Ｒ）用の
反射型液晶パネル５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１５ｈ、偏光分離膜１５ｇを
通過し、また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反
射された明表示光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離
膜１５ｇで反射し、赤色（Ｒ）光と青色（Ｂ）光が合成
されて、プリズム１５ｃを通過し、色合成素子部に向か
う。

【００６２】ここで、色合成素子部として、赤色（Ｒ）
光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダ１５ｊ
と、偏光分離膜１５ｉで構成すれば、全ての色がこの色
合成素子部で合成され、投射レンズ８へと向かい、投射
レンズ８によりスクリーン上に３色合成のカラー画像が
投影される。尚、図１４は本発明の別の実施例を示す投
影装置の概略構成図であり、色分離・合成素子１５’に
別の特性の色選択性リターダ１５ｈ’，１５ｊ’を組み
合わせた例を示している。

【００６３】本実施例の投影装置では、以上のような構
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色に分離する色分離素子と、ライトバルブか
らの反射光を合成する色合成素子と、照明光と投影像の
光路を分離する機能とを、併せ持った色分離・合成素子
を用いた簡易な構成の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を実現することができる。

【００６４】（実施例１２）次に請求項１４に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例１１（請求項
１３）に記載の投影装置において、各ライトバルブ（反
射型液晶パネル）５，６，７で形成された画像を合成す
る色合成素子部を、ダイクロイック分離膜を用いて色合
成を行う構成としたものである。ここで、図１５は本発
明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、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
５，６，７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８とで構成され、前記色
分離素子と色合成素子とが一体化された素子（色分離・
合成素子）１６を備えている。そして、この色分離・合
成素子１６では、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間
には色分離膜であるダイクロイック分離膜１５ｅが形成
され、プリズム１５ｂとプリズム１５ｃの間には色分離
・合成部となる色選択性リターダ１５ｈと偏光分離膜１
５ｇが平行対峙して形成されており、これらの部分が実
施例９（請求項１１）に記載した色分離素子と同様に機
能する。また、プリズム１５ａとプリズム１５ｄの間に
は偏光分離膜１５ｆが形成され、プリズム１５ｃとプリ
ズム１５ｄの間には色合成素子部となるダイクロイック
分離膜１６ａが形成されている。

【００６５】すなわち、図１５に示す投影装置では、色
分離・合成素子１６として、図１３に示した色分離・合
成素子１５の最後の色合成素子部をダイクロイック分離
膜１６ａに代えた構成としたものであり、ダイクロイッ
ク分離膜１６ａに至るまでの構成、動作及び作用は、実
施例１１と同様である。このように、本実施例では、投
射レンズ８手前の最終的な色合成の部分をダイクロイッ
ク分離膜１６ａで構成することにより、さらに単純な構
成の色分離・合成素子１６を用いた簡易な構成の作像光
学ユニットが実現でき、より低コストな投影装置を実現
することができる。

【００６６】（実施例１３）次に請求項１５に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例１１（請求項
１３）または実施例１２（請求項１４）に記載の投影装
置において、色合成後の光路中に色選択性リターダ１０
を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたものであ
る。ここで、図１６は本発明の一実施例を示す投影装置
の概略構成図であり、この投影装置では、色分離・合成
素子１６の構成は図１５に示した投影装置と同様である
が、投射レンズ８の手前で、最終的にダイクロイック分
離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リターダ１
０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成となってい
る。例えば、図１６において、ダイクロイック分離膜１
６ａで合成された光は、青色（Ｂ）光のみがＳ偏光とな
っているが、合成後の光路に、青色帯域のみ偏光方向を
変換する色選択性リターダ１０を配置すれば、Ｒ，Ｇ，
Ｂの各色の光をＰ偏光に揃えることができる。

【００６７】このように、本実施例では、ダイクロイッ
ク分離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リター
ダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたの
で、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現
することができる。また、図１６に示すように、揃えた
偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１をさらに光
路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化した
フレア成分をカットすることが可能となり、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。

【００６８】（実施例１４）次に請求項１６に係る発明
の実施例を説明する。本実施例は、実施例１２（請求項
１４）に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
光方向を揃える構成としたものである。ここで、図１７
は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であ
り、この投影装置では、色分離・合成素子１７の構成は
図１５に示した投影装置とほぼ同様であるが、ダイクロ
イック分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１
７ａを配置させた構成となっている。例えば、図１７に
おいて、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された後
は、緑色（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）
光のみがＳ偏光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換す
る色選択性リターダ１７ａをダイクロイック分離膜１６
ａに平行対峙して挿入すればよい。尚、ダイクロイック
分離膜１６ａは赤色（Ｒ）光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１７ａは、図１７
のようにダイクロイック分離膜１６ａの後側に配置すれ
ばよいが、図１８に示す実施例のように、ダイクロイッ
ク分離膜１６ａの前側に配置してもよい。

【００６９】このように、本実施例では、ダイクロイッ
ク分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１７ａ
を配置させ、各色の偏光方向を揃える構成としたので、
スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現する
ことができる。また、ダイクロイック分離膜１６ａの前
後どちらにも色選択性リターダ１７ａを配置できる構成
が採用可能となる。また、図１７、図１８に示すよう
に、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１
を、色合成素子部から投射レンズ８に至る光路中に挿入
することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分
をカットすることが可能となり、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。

【００７０】以上、請求項１〜１６に係る発明の実施例
を図１〜１８を参照して説明したが、各実施例の図にお
いて、図面上では色分離素子のダイクロイック分離膜１
ａへの照明光の入射方向や、各色用の液晶パネルの配置
位置、各液晶パネルからの反射光の色合成部への入射方
向、色合成部からの出射方向等は、代表として一つの方
向や配置例のみを図示しているが、これらの入射方向や
出射方向、配置位置等は図示の例に限らず、適宜変更す
ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
色分離膜と、偏光分離膜及び色選択性リターダを用い、
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る、小型で、光学レイアウトが容
易な新規な構成の色分離素子を実現することができる。
そして、本発明によれば、その色分離素子を用いて色分
離を行うことで照明光を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、本発
明によれば、各光学素子を一体とした色分離、色合成素
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ができる。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、小型で安価で高画質な投影装置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素子の概略構成
図である。

【図２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構
成図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図９】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成
図である。

【図１０】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１１】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略
構成図である。

【図１２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略
構成図である。

【図１３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構
成図である。

【図１９】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２０】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２１】従来技術の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２２】従来技術の別の例を示す図であって、色選択
性リターダを用いた補色カラー偏光子の構成説明図であ
る。

【符号の説明】

１，９：ダイクロイックミラー １’，９’：ダイクロイックプリズム １ａ，９ａ，１２ａ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｅ，１６
ａ：ダイクロイック分離膜 ２，３：色選択性の偏光ビームスプリッタ ２’：偏光ビームスプリッタ ２ａ，３ａ，４ａ，１３ｅ１４ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１
５ｉ：偏光分離膜 ２ｂ，３ｂ，４ｂ，１０，１２ｂ，１３ｆ，１４ｆ，１
５ｈ，１５ｊ，１７ａ：色選択性リターダ ４：色合成素子 ５：赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ） ６：青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ） ７：緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ） ８：投射レンズ １１：直線偏光子 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ：プリズム １５，１６，１７，１８：色分離・合成素子

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｇ０２Ｂ 27/28 Ｚ ２Ｈ０９９ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/1335 1/1335 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 Ｆターム(参考） 2H042 CA08 CA10 CA14 CA17 DA08 DA12 DB01 DE00 2H048 GA12 GA23 GA24 GA32 GA61 2H049 BA05 BA16 BA42 BA43 BB03 BB63 BB66 BC22 2H088 EA14 EA16 EA19 EA20 HA05 HA06 HA08 HA19 HA24 HA28 MA04 MA05 MA16 2H091 FA05Y FA10Z FA26X FA41Z FD10 FD22 FD24 LA11 LA13 LA15 2H099 AA11 BA09 CA02 CA11 DA05

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】色分離膜と、第一の偏光方向成分は透過
   し、第一の偏光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
   の側面に前記色選択性リターダを配置し、前記色分離膜
   で２つの色に分離した一方の光を、前記色選択性リター
   ダへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダを通
   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に分離することを特徴とする色
   分離素子。
2. 【請求項２】請求項１記載の色分離素子において、 前記色分離膜を、平板状のダイクロイックミラーあるい
   はフィルターとしたことを特徴とする色分離素子。
3. 【請求項３】請求項１記載の色分離素子において、 前記色分離膜を、ダイクロイックプリズムとしたことを
   特徴とする色分離素子。
4. 【請求項４】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１，２または３記載の色
   分離素子を用いたことを特徴とする投影装置。
5. 【請求項５】請求項４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、偏光分離膜と色選択性リターダで機能
   する少なくとも一組の色分離素子を色合成素子として用
   いることを特徴とする投影装置。
6. 【請求項６】請求項４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制御変調する反射型のラ
   イトバルブであって、第一のライトバルブで変調された
   画像と、他のライトバルブで変調され色選択性リターダ
   と偏光分離膜で色合成された画像とを、ダイクロイック
   分離膜を用いた色合成素子で合成することを特徴とする
   投影装置。
7. 【請求項７】請求項６記載の投影装置において、 前記ダイクロイック分離膜を用いた色合成素子は、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。
8. 【請求項８】請求項５，６または７記載の投影装置にお
   いて、 ３組の反射型のライトバルブを備え、その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を同一の硝材で構成
   したことを特徴とする投影装置。
9. 【請求項９】請求項５，６，７または８記載の投影装置
   において、 最終的に色合成された後の光路中に、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。
10. 【請求項１０】請求項６，７または８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。
11. 【請求項１１】色分離膜と偏光分離膜を形成あるいは付
    加された光学プリズムと、前記偏光分離膜に平行に対峙
    させた色選択性リターダとで構成したことを特徴とする
    色分離素子。
12. 【請求項１２】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１１記載の色分離素子を
    用いたことを特徴とする投影装置。
13. 【請求項１３】請求項１２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、前記
    色分離素子を、互いに平行に対峙された偏光分離膜と色
    選択性リターダが有する色分離機能に加え、色合成素子
    として用いることを特徴とする投影装置。
14. 【請求項１４】請求項１３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を行うことを特徴と
    する投影装置。
15. 【請求項１５】請求項１３または１４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。
16. 【請求項１６】請求項１４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。