JP3855707B2 - プロジェクタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三つの波長域の光をそれぞれ変調して画像を生成し、これらの変調光を合成し、その合成光をスクリーン上に投写してカラー画像を表示するプロジェクタに関し、特に、二面のダイクロイック膜を色合成光学系として備えたプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタとして、たとえば、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等のように、２つのダイクロイック膜をＸ字状に配置したクロスダイクロイック素子によって三つの波長域の変調光を合成し、カラー画像を表示するプロジェクタが知られている。図２３は、従来のプロジェクタの概略構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源８１と、フライアイレンズ８２および８３と、色分離ダイクロイックミラー８６ａおよび８６ｂと、反射ミラー８７ａ，８７ｂおよび８７ｃと、リレーレンズ８８ａ，８８ｂと、平行化レンズ８９ａ，８９ｂおよび８９ｃと、ライトバルブ９０ａ，９０ｂおよび９０ｃと、クロスダイクロイック素子９１と、投写レンズ９２と、を備えている。
【０００３】
フライアイレンズ８２，８３は、インテグレータ８４を構成し、光源８１からの光束を複数の部分光束に分割した後、３枚のライトバルブ９０ａ，９０ｂおよび９０ｃ上でそれらの部分光束を重畳することで、ライトバルブを均一に照らして投写画像の明るさムラを低減する。そのため、ライトバルブに対しては広い角度分布を有する照明光が入射することとなる。ところで、ダイクロイックミラーやクロスダイクロイックプリズムに使用されるダイクロイック素子の大部分は誘電体多層膜によって形成されているため、その分光特性は入射角依存性を持っている（以下では、ダイクロイック素子やダイクロイック膜が有するこの様な特性を、単に「入射角依存性」と呼称する）。すなわち、光の入射角によって分光特性が変化し、複数の色光を分離或いは合成する場合の境界波長（カットオフ波長）が変化する。以下では、この入射角依存性によって境界波長が変化する波長域を、便宜的に遷移波長域と呼称する。したがって、ダイクロイックミラーやクロスダイクロイック素子に対して角度分布の広い光が入射すると、入射端面上の位置によって角度分布が異なるため、入射角依存性の影響によって色ムラを生じる。
【０００４】
ところで、ダイクロイック膜の入射角依存性を低減するために、ダイクロイック膜の膜厚を入射端面上の位置に応じて連続的に変化させる手法が実用化されており、その様な構造的な特徴を有する膜を一般的には「傾斜膜」と呼んでいる。そこで、通常、照明系側に配置されるダイクロイックミラー８６ａおよび８６ｂを傾斜膜とすることにより入射角依存性の影響を低減し、色ムラの発生を低減している。一方、投写系側ではクロスダイクロイック素子９１側でテレセントリックとなる投写レンズ９２を用いることによって、クロスダイクロイック素子９１における入射角依存性の影響を低減している。なお、本願においては、「傾斜膜」に対して、一様な膜厚を有する膜を「非傾斜膜」と呼称し、区別することとする。
【０００５】
図２４は、図２３に示した投写レンズ９２の概略構成を示す平面図である。投写レンズ９２は、クロスダイクロイック素子９１側でテレセントリックとなる特性を有する。すなわち、投写レンズ９２の瞳中心９２ａを通る軸外主光線９２ｃがクロスダイクロイック素子９１の部分で主光線９２ｂと略平行となる。これにより、クロスダイクロイック素子９１を通る軸外主光線が、クロスダイクロイック素子９１の入射端面に対して略等しい入射角を持つこととなり、クロスダイクロイック素子９１の入射角依存性の影響を低減し、色ムラの発生を低減している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したプロジェクタによれば、投写系側における色ムラの発生を低減するためにはテレセントリックな投写レンズを用いる必要があるが、その様な投写レンズは、一般にレンズ径が大きくレンズ枚数も多くなるため、投写レンズが大型化するとともにコストが上昇するという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記に鑑みてなされたものであって、投写系側における色ムラの発生を低減しつつ、投写レンズを小型・低コスト化することによって、高画質と小型・低コスト性を両立させたプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、前記第１の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第１のダイクロイック膜と、前記第３の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第２のダイクロイック膜とをＸ字状に有し、前記第１〜第３の光変調装置によって変調された三つの波長域の光を合成するクロスダイクロイック素子と、前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、前記クロスダイクロイック素子が合成した前記合成光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、前記第１〜第３の波長域の光を合成する第１および第２のダイクロイック膜と、前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、前記第１および第２のダイクロイック膜が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、を具備することを特徴とする。
【００１０】
この発明のプロジェクタでは、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を前記帯域制限素子によって除去した後、前記第１または第２のダイクロイック膜に射出するため、非テレセントリックな光学特性を有する投写レンズを使用しているにもかかわらず、第１または第２のダイクロイック膜による色ムラの発生を効果的に低減することができる。したがって、この発明のプロジェクタによれば、非テレセントリックな投写レンズを使用しつつ入射角依存性を低減することができるため、色ムラを低減しつつ、投写レンズを小型化し、コストを低減することができる。
【００１１】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中に配置することが好ましい。一般的なプロジェクタにおいては、第１の波長域と第２の波長域との間に存在する光（例えば、黄色光やオレンジ色光）は色再現性を低下させる原因となるため、不要な光として除去され、使用されることがほとんど無い。第１の波長域に光の光路中に帯域制限素子を設ければ、この不要な光を除去しつつ、ダイクロイック膜の入射角依存性による色ムラの発生を低減することができ、効率が良い。
【００１２】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第２の波長域の光の光路中に配置してもよい。このような配置によれば、帯域制限素子を第１の波長域の光の光路中に配置した場合と同様の効果を得ることが可能である。その上、２ヶ所に帯域制限素子を配置することによって、不要となる遷移波長域の光を各々の帯域制限素子でより精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができる。
【００１３】
また、色分離光学系にダイクロイックミラーを用いた場合は、その分光特性を精度良く設定する必要がなくなるため、ダイクロイックミラーの低コスト化、ひいてはプロジェクタの低コスト化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜とし、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜とするのが好ましい。このような構成では、本来投写表示に使用されない波長域を、非傾斜膜の使用によって発生する遷移波長域に割り当てることができるため、明るさや色再現性の面でより優れたプロジェクタを設計することができる。
【００１５】
また、このような構成によれば、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるようになる。その理由は、次の通りである。通常、クロスダイクロイック素子は、４つの直角プリズムと、２種類のダイクロイック膜によって形成されている。このようなクロスダイクロイック素子は、通常、次の（ｉ）〜（iv）の工程によって形成される。
（ｉ）第１のダイクロイック膜が形成された第１の直角プリズムと、膜が形成されていない第２の直角プリズムとを貼り合わせて第１のプリズム合成体を形成する。
（ii）第１のダイクロイック膜が形成された第３の直角プリズムと、膜が形成されていない第４の直角プリズムとを貼り合わせて第２のプリズム合成体を形成する。
（iii）第１のプリズム合成体の斜面に、第２のダイクロイック膜を形成する。
（iv）最後に、第１のプリズム合成体と、第２のプリズム合成体とを貼り合わせる。
【００１６】
以上の工程によると、第２のダイクロイック膜は連続面に形成される。一方、第１の直角プリズムに形成された第１のダイクロイック膜と、第２の直角プリズムに形成された第２のダイクロイック膜との間は、接着剤と第２のダイクロイック膜の存在により、不連続となる。このような不連続面に傾斜膜を形成するのは困難で、量産面においても不利である。従って、不連続となってしまう第１のダイクロイック膜を非傾斜膜とし、第２のダイクロイック膜を傾斜膜とすれば、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるようになる。
【００１７】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第３の波長域の光の光路中に配置してもよい。このような構成とすれば、第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とを非傾斜膜とすることが可能であるため、より低コストなプロジェクタを提供することが可能である。特に、クロスダイクロイック素子を用いたプロジェクタの場合には、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるという利点がある。
【００１８】
また、この場合、第１のダイクロイック膜や第２のダイクロイック膜を傾斜膜とする必要は無いが、傾斜膜を用いれば、投写画像における色ムラの発生をより一層低減することができる。
【００１９】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を反射する光反射フィルターとしてもよい。このような光反射フィルターを用いれば、光反射フィルターが遷移波長域の光を反射し、他の有用な光を透過させることによって、遷移波長域の光を除去することができる。なお、光反射フィルターとしては、誘電体膜や金属膜によって形成されたダイクロイックフィルターを使用することができる。一般的に、光反射フィルターでは急峻な分光特性を実現しやすいため、遷移波長域の光を効率よく正確にカットできる特徴がある。
【００２０】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を吸収するする光吸収フィルターとしてもよい。このような光吸収フィルターを用いれば、光吸収フィルターが遷移波長域の光を吸収し、他の有用な光を透過させることによって、遷移波長域の光を除去することができる。なお、光吸収フィルターとしては、顔料、希土類化合物、金属化合物等をガラスや樹脂に混合させたものを使用することができる。一般的に、光吸収フィルターでは分光特性の入射角依存性や温度依存性が小さいため、温度や湿度などの使用環境が大幅に変化しても、遷移波長域の光を効率よく正確にカットできる特徴がある。
【００２１】
この発明のプロジェクタにおいて、前記第１〜第３の光変調装置との入射側にそれぞれ平行化レンズが設けられている場合には、前記帯域制限素子を前記平行化レンズと一体に設けてもよい。このような構成とすれば、光損失を生じ易い界面の数を低減することで、光利用効率を向上させることができる。
【００２２】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記第１〜第３の光変調装置と前記クロスダイクロイック素子との間にそれぞれ集光レンズが設けられている場合には、前記帯域制限素子を前記集光レンズと一体に設けてもよい。このような構成とすれば、光損失を生じ易い界面の数を低減することで、光利用効率を向上させることができる。
【００２３】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１または第２のダイクロイック膜に光を導く折り返しミラーとして設けられ、前記遷移波長域の光を透過させるようにしてもよい。このような構成では、第１のダイクロイック膜に光を導く折り返しミラーに帯域制限素子の機能を併せ持たせ、遷移波長域の光が折り返しミラーを透過することで不要な光を除去しているため、帯域制限素子を別途設ける必要がなく光学系を簡素化できる。
【００２４】
また、帯域制限素子を折り返しミラーとして設けた場合、前記帯域制限素子は、傾斜膜を有するようにしてもよい。このような構成によれば、帯域制限素子における分光特性の入射角依存性の影響を低減することができ、遷移波長域の光を効率よく正確にカットすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。なお、図１は、説明を容易にするために、主要な構成要素のみを示している。このプロジェクタＡは、光源１と、フライアイレンズ２および３と、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂと、反射ミラー７ａ，７ｂおよび７ｃと、リレーレンズ８ａおよび８ｂと、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃと、帯域制限素子１４と、ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃと、集光レンズ（フィールドレンズ）１１ａ，１１ｂおよび１１ｃと、クロスダイクロイック素子１２と、投写レンズ１３と、を備えている。
【００２７】
光源１は、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂとを備え、光源ランプ１ａから射出された放射状の光線（放射光）を凹面鏡１ｂによって反射し、フライアイレンズ２に向けて射出する。光源ランプ１ａとしては、ハロゲンランプ，メタルハライドランプ，高圧水銀ランプ等を、凹面鏡１ｂとしては、放物面鏡、楕円面鏡、球面鏡等を用いることができる。フライアイレンズ２および３はインテグレータ４を構成し、光源１からの放射光束を複数の部分光束に分割した後、３枚のライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃ上でそれらの部分光束を重畳することによって、投写画像の明るさムラを低減している。
【００２８】
フライアイレンズ２は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズがマトリクス状に配列されたレンズアレイであり、各小レンズをｚ方向から見た外形形状は、ライトバルブ１０（ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃ）の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。たとえば、ライトバルブ１０の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズのアスペクト比も略４：３に設定される。
【００２９】
ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂは、誘電体多層膜等で構成されるダイクロイック膜をそれぞれ有し、光を複数の波長域ごとに分離する色分離光学系を構成する。ダイクロイックミラー６ａは、赤色波長域の赤色光および黄色・オレンジ色の波長域の光を透過し、青色波長域および緑色波長域の光を反射して、これらの光を分離する。一方、ダイクロイックミラー６ｂは、青色波長域の青色光を透過し、緑色波長域の緑色光を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂのダイクロイック膜は傾斜膜として形成されているため、色分離特性の入射角依存性を低減し、照明系における色ムラの発生を低減している。
【００３０】
図２は、プロジェクタＡの色分離光学系による光の分離を示す図である。なお、図２では、説明を簡単にするために、可視波長域全体で均一な光量を有する光が光源１から射出された場合を想定している。この色分離光学系は、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂによって、光源１からの光を三つの波長域の光、すなわち、青色波長域λ１の青色光Ｂ、緑色波長域λ２の緑色光Ｇ、ならびに赤色波長域λ３の赤色光Ｒおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯに分離する。このように、光源１から射出される光には緑色波長域λ２と赤色波長域λ３との間に黄色・オレンジ色波長域λ４が存在し、緑色光Ｇと赤色光Ｒとは不連続となっている。
【００３１】
平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃは、インテグレータ４からの部分光束を各々の中心光軸に対して略平行化することで、ライトバルブ１０へ入射する光束の角度分布を狭くして、入射効率を高める機能を有する。帯域制限素子１４は、所定の波長域の光をカットする素子であり、所定波長域の光を反射し、他の波長域の光を透過する光反射フィルターである。本例では、光反射フィルターとして誘電体多層膜等で構成されるダイクロイックフィルターを用いている。一般に、誘電体多層膜等で構成されたダイクロイックフィルターからなる帯域制限素子は、特性が設定しやすく、また反射型であることから発熱を抑えられるという利点がある。
【００３２】
帯域制限素子１４は、クロスダイクロイック素子１２と色分離光学系との間の光路上であれば、その配置場所は制限されない。但し、帯域制限素子１４として、所定波長域の光を反射する光反射フィルターを用いる場合は、反射光がライトバルブ１０ａに入射しないように、帯域制限素子１４をライトバルブ１０ａの入射側に配置することが望ましい。ここでは、帯域制限素子１４を平行化レンズ（リレーレンズ）９ａと一体に設けている。もちろん、帯域制限素子１４はライトバルブと色分離光学系との間であれば、その配置場所は限定されないため、例えば、平行化レンズ９ａの入射側に配置することもできる。しかし、本実施の形態の様に、他の光学部品と一体化させて配置すれば、光損失を発生しやすい界面を少なくできるため、光学系の光利用効率を高めやすいメリットがある。
【００３３】
図３は、プロジェクタＡの帯域制限素子１４の分光特性を示す図である。帯域制限素子１４は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯを反射し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子１４は、帯域制限素子１４の射出側に配置された後述するダイクロイック膜１２ａにおいて、その分光特性が有する入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を反射する。すなわち、帯域制限素子１４は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯを除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。したがって、本実施の形態では遷移波長域λ５は黄色・オレンジ色波長域λ４に包含されている。ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃは、光を透過して画像を生成する透過型ライトバルブであり、たとえば、一対の偏光板とこれらの間に挟まれた液晶パネルとを備えた液晶ライトバルブである。図では、液晶パネルと一対の偏光板が一体化したライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃが示されているが、液晶パネルと偏光板は離して配置しても構わない。
【００３４】
集光レンズ１１（集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃ）は、ライトバルブ１０からの光を集光しつつ非テレセントリックな光学特性を有する投写レンズ１３に導き入れ、投写レンズ１３への入射効率を高める役割を果たす。なお、ライトバルブ１０の表示特性が入射角依存性を有しない場合は、集光レンズ１１を設けず、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃに集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃの機能をそれぞれ持たせ、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃによって集光を行ってもよい。クロスダイクロイック素子１２は、Ｘ字状にクロスする二面のダイクロイック膜を有するクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等の光学素子である。
【００３５】
図４は、図１に示したクロスダイクロイック素子１２の一例としてのクロスダイクロイックプリズムの概略構成を示す平面図である。クロスダイクロイック素子１２は、四つの直角三角柱状のプリズムを組み合わせたものであって、これらのプリズムの界面に沿ってダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂをＸ字状に有している。ダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂは、入射光の主光軸に対して法線が４５度となるように設定されている。ダイクロイック膜１２ａは、非傾斜膜であって、赤色波長域λ３の赤色光Ｒと緑色波長域λ２の緑色光Ｇとを合成する。
【００３６】
図５は、プロジェクタＡのダイクロイック膜１２ａに対する光の入射を説明する説明図である。たとえば、ダイクロイック膜１２ａに対して４５度±αの範囲の入射角を有する拡散光が入射した場合、ダイクロイック膜１２ａ上の位置Ａ１，Ｂ１およびＣ１によって入射角が異なることになる。すなわち、位置Ａ１では４５度に比して大きい角度で、位置Ｂ１では４５度の角度で、位置Ｃ１では４５度に比して小さい角度で、各々光は入射する。この場合、図６に示すように、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって、反射波長域と透過波長域とを分ける境界波長（カットオフ波長）は位置Ａ１，Ｂ１およびＣ１において異なるものとなる。したがって、この境界波長が変化する波長域である遷移波長域λ５の光がダイクロイック膜１２ａに入射すると、その入射角依存性の影響によってダイクロイック膜１２ａを光が通過する位置に応じて色が変化し、投写画像には色ムラが発生することとなる。しかし、本例のプロジェクタＡにおいてはダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、遷移波長域λ５の光は帯域制限素子１４によって予め除去されているので、入射角依存性の影響は低減され、色ムラは殆ど発生しない。
【００３７】
すなわち、ダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５は、帯域制限素子１４によって除去される波長域に設定される。ここで、遷移波長域λ５とは、たとえば、ダイクロイック膜１２ａに入射する拡散光の最大入射角に対するカットオフ波長と最小入射角に対するカットオフ波長との間の波長域である。また、カットオフ波長とは、反射光の光量と透過光の光量とが略等しくなる波長である。一般に、カットオフ波長は、ダイクロイック膜に対する入射光がＰ偏光であるかＳ偏光であるかによって変わるが、ここでいうカットオフ波長は、帯域制限素子１４からの入射光がダイクロイック膜１２ａの入射面に対してＰ偏光であれば、Ｐ偏光に対するカットオフ波長であるし、Ｓ偏光であれば、Ｓ偏光に対するカットオフ波長である。
【００３８】
一方、ダイクロイック膜１２ｂは、分光特性の入射角依存性の影響を低減するために傾斜膜となっており、青色波長域λ１の青色光Ｂと緑色波長域λ２の緑色光Ｇとを合成する。図７は、プロジェクタＡのダイクロイック膜１２ｂに対する光の入射を説明する説明図である。たとえば、ダイクロイック膜１２ｂに対して４５度±αの範囲の入射角を有する拡散光が入射した場合、入射面上の位置Ａ２，Ｂ２およびＣ２によって入射角が異なることになる。すなわち、位置Ａ２では４５度に比して大きい角度で、位置Ｂ２では４５度の角度で、位置Ｃ２では４５度に比して小さい角度で、各々光は入射する。
【００３９】
ダイクロイック膜１２ｂは、図８に示すように、同じ入射角の光に対する分光特性がダイクロイック膜１２ｂ上の位置によって異なっている。すなわち、位置Ｃ２では位置Ｂ２に比して短波長のカットオフ波長を有し、位置Ａ２では位置Ｂ２に比して長波長のカットオフ波長を有する。これにより、所定の角度分布を有する拡散光が入射した場合、各位置Ａ２，Ｂ２およびＣ２の分光特性は、その拡散光に対して一様となり、ダイクロイック膜１２ｂを通過する位置に応じて光の色が変化することがない（図９参照）。
【００４０】
ここで、クロスダイクロイック素子１２の製法の一例を説明する。図４において、クロスダイクロイック素子１２は、４つの直角プリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を接着剤１２ｃで貼り合わせることによって形成することができる。まず、直角プリズムＰ１の直角を挟む側面のうち一方に、蒸着等の方法によってダイクロイック膜１２ａを形成する。同様に、直角プリズムＰ４にもダイクロイック膜１２ａを形成する。次に、ダイクロイック膜１２ａが形成されたプリズムＰ１と、膜が形成されていないプリズムＰ２とを接着剤１２ｃによって貼り合わせる。その後、接着されたプリズムＰ１，Ｐ２によって形成された斜面に、蒸着等の方法によって傾斜膜１２ｂを形成する。一方、ダイクロイック膜１２ａが形成されたプリズムＰ４と、膜が形成されていないプリズムＰ３とを接着剤１２ｃによって貼り合わせておく。最後に、接着されたプリズムＰ３，Ｐ４と、接着後傾斜膜１２ｂが形成されたプリズムＰ１，Ｐ２とを接着剤１２ｃによって貼り合わせる。
【００４１】
このようにしてクロスプリズム素子１２を製造すると、図４に示すように、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａと傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂとが交差する部分では、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａは分断されて不連続となる。一方、ダイクロイック膜１２ｂは一つに繋がり、連続する。これにより、傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂの成膜工程が容易となる。なお、クロスダイクロイック素子１２の製法はここで説明した方法には限られない。傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂが分断されていてもよいし、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａが連続していてもよい。また、本実施形態では帯域制限素子１４を設けたのでダイクロイック膜１２ａを傾斜膜とする必要は無いが、ダイクロイック膜１２ａを傾斜膜にしてもよい。
【００４２】
図１０は、図１に示した投写レンズ１３の概略構成を示す平面図である。ライトバルブ１０から射出された光線は、集光レンズ１１によって集光されながら投写レンズ１３に入射する。したがって、投写レンズ１３は、非テレセントリックな投写レンズに設定されている。すなわち、投写レンズ１３の瞳中心１３ａを通る軸外主光線１３ｃがクロスダイクロイック素子１２の部分で主光線１３ｂと非平行となっている。非テレセントリックな投写レンズ１３では、主光線１３ｂに対して軸外主光線１３ｃを傾斜させているため、前述した従来のテレセントリックな投写レンズ９２に比してレンズ径を小さくできる。よって、投写レンズを小型化でき、製造コストも低減できる。また、光が集光されながら非テレセントリックな投写レンズ１３に向かうので、クロスダイクロイック素子１２を小型化することもできる。
【００４３】
以上のように構成された、実施の形態１にかかるプロジェクタＡの光学系の機能について説明する。光源１から射出された光は、インテグレータ４を構成するフライアイレンズ２の複数の小レンズによって複数の部分光束に分割された後、対応するフライアイレンズ３によってライトバルブ１０上で重畳される。
【００４４】
インテグレータ４から射出された光は、ダイクロイックミラー６ａに入射する。ダイクロイックミラー６ａは、入射光のうち、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の光を透過し、青色波長域λ１および緑色波長域λ２の光を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ａを透過した光は、反射ミラー７ａで反射され、平行化レンズ９ａおよび帯域制限素子１４を通ってライトバルブ１０ａに達する。ここで、帯域制限素子１４は、図１１に示すように、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の光のうち、遷移波長域λ５を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去し、赤色波長域λ３の赤色光のみを射出する。
【００４５】
一方、ダイクロイックミラー６ａを反射した光は、ダイクロイックミラー６ｂに入射する。ダイクロイックミラー６ｂは、入射光のうち、青色波長域λ１の青色光Ｂを透過し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇを反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ｂを反射した緑色光Ｇは、平行化レンズ９ｂを通ってライトバルブ１０ｂに達する。一方、ダイクロイックミラー６ｂを透過した青色光Ｂは、リレーレンズ８ａ，反射ミラー７ｂ，リレーレンズ８ｂ，反射ミラー７ｃおよび平行化レンズ９ｃを通ってライトバルブ１０ｃに達する。なお、青色光に対してリレーレンズ８ａおよび８ｂが用いられているのは、青色光の光路が他の色光の光路に比して長いため、光路の長さの違いを光学的に補償することで光利用効率の低下を抑えるためである。
【００４６】
三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃは、それぞれ一対の偏光板と、その間に配置された透過型の液晶パネルとから構成され、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調し、画像情報を含んだ射出光を生成する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、各色光毎の画像を形成する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃからそれぞれ射出された赤色の変調光，緑色の変調光および青色の変調光は、集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃをそれぞれ通ってクロスダイクロイック素子１２に入射する。
【００４７】
クロスダイクロイック素子１２は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色合成光学系としての機能を有しており、ダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂによって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。なお、クロスダイクロイック素子１２に入射する光の偏光方向は、特に限定されない。たとえば、ライトバルブ１０の入射側或いは射出側、さらにはその両側にλ／２位相差板を設けることにより、三つの入射光の全てをクロスダイクロイック素子１２の色合成面に対してＳ偏光となるように、あるいは、緑色光のみがＰ偏光となるように設定することができる。
【００４８】
ダイクロイック膜１２ａは非傾斜膜として形成されているが、クロスダイクロイック素子１２に入射する赤色光Ｒは、ダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５の光成分が帯域制限素子１４によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。また、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂを有する色分離光学系では、ライトバルブ１０ｂに入射する緑色光Ｇに遷移波長域λ５の色光を含まないように、色分離における境界波長（カットオフ波長）が設定されているため、緑色光もダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響をほとんど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａで合成される赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成されるため、ダイクロイック膜１２ａのミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。なお、遷移波長域λ５は偏光方向によって異なるため、遷移波長域λ５はダイクロイック膜１２ａに入射する色光の偏光方向を考慮して決定される。
【００４９】
一方、ダイクロイック膜１２ｂは傾斜膜として形成されているため、ダイクロイック膜１２ｂで合成される青色光Ｂおよび緑色光Ｇも入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成される。したがって、ダイクロイック膜１２ｂのミラー面上の位置に応じて合成光（青色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。クロスダイクロイック素子１２で生成された合成光（赤色光＋緑色光＋青色光）は、投写レンズ１３の方向に射出される。投写レンズ１３は、この合成光を図示しない投写スクリーン上に投写する機能を有し、図示しない投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００５０】
前述したように実施の形態１によれば、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａと傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂをＸ字状に有して構成されるクロスダイクロイック素子１２によって三つの波長域の光を合成した後、その合成光を非テレセントリックな投写レンズ１３によって投写するが、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａで合成される色光のうち、一方の光路中に帯域制限素子１４を配置し、予めダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を除去している。これにより、非テレセントリックな投写レンズ１３を使用しつつ、クロスダイクロイック素子１２の入射角依存性が合成光の色合いに与える影響を低減することができるため、投写画像における色ムラの発生を低減できると共に、投写レンズを小型化し、低コスト化を図ることができる。
本実施の形態１では、遷移波長域λ５の光を赤光路に配置された帯域制限素子１４でカットする構成としているが、赤光路に換えて緑光路に配置しても良い。その場合には、遷移波長域λ５を含む色光がダイクロイックミラー６ａで反射され、ダイクロイックミラー６ｂを経て緑光路に配置された帯域制限素子に入射する様に、ダイクロイックミラー６ａの分光特性を設定すれば良い。
【００５１】
（実施の形態２）
前述した実施の形態１では、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａに向かう一方の光路上に帯域制限素子１４を設けたが、ダイクロイック膜１２ａに向かう両方の光路上に帯域制限素子を設けてもよい。この発明の実施の形態２は、赤色光に加えて緑色光の光路上にも帯域制限素子を設けている点が実施の形態１とは異なっている。その他の点については実施の形態１と同様である。図１２は、この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。なお、本実施の形態を含めて以降の全ての実施の形態において、実施の形態１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
実施の形態２のプロジェクタＢは、プロジェクタＡのダイクロイックミラー６ａに代えて、カットオフ波長が黄色・オレンジ色波長域λ４を２分する波長となる特性を有するダイクロイックミラー３１を、また、赤色光の光路上の帯域制限素子１４に代えて、除去する波長域が異なる別の帯域制限素子１４’を、さらに、緑色光の光路上に新たな帯域制限素子３２を備えている。図１３は、プロジェクタＢの色分離光学系による光の分離を示す図である。実施の形態２の色分離光学系は、光源１からの光を、青色波長域λ１の青色光Ｂ、緑色波長域λ２の緑色光Ｇおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域（例えば、短波長域）の光ＹＯ１、ならびに赤色波長域λ３の赤色光Ｒおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の他の波長域（例えば、長波長域）の光ＹＯ２に分離する。すなわち、本実施の形態では、色分離光学系によって分離される三つの色光の内、波長域が近接した二つの色光（本例の場合には緑色光と赤色光）に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって影響を受ける遷移波長域の光が含まれている場合を想定している。
【００５３】
帯域制限素子３２および１４’は、たとえば、プロジェクタＡの帯域制限素子１４と同様のダイクロイックフィルター（光反射フィルター）であり、ダイクロイックフィルターからの反射光がライトバルブ１０ｂおよび１０ａに入射しないように、ライトバルブ１０ｂおよび１０ａの入射側に平行化レンズ９ｂおよび９ａと各々一体化して配置されている。
【００５４】
図１４、１５は、プロジェクタＢの帯域制限素子３２および１４’の分光特性を示す図である。帯域制限素子３２は、ライトバルブ１０ｂに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇを透過して、投写画像の色再現性を向上させると共に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ６の光を反射する。すなわち、帯域制限素子３２は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光の一部を除去するとともに、遷移波長域λ６の光を除去している。同様に、帯域制限素子１４’は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の他の一部の波長域の光ＹＯ２を反射し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させると共に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５’の光を反射する。すなわち、帯域制限素子１４’は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光の他の一部を除去するとともに、遷移波長域λ５’の光も除去している。ここで、遷移波長域λ５’と遷移波長域λ６とは連続した一つの波長域を成し、この連続した波長域は、実施の形態１で説明した遷移波長域λ５に略等しい。
【００５５】
以上のように構成された実施の形態２にかかるプロジェクタＢの光学系の機能について説明する。前述した実施の形態１と同様に、インテグレータ４から射出された光はダイクロイックミラー３１に入射する。ダイクロイックミラー３１は、入射光のうち、青色波長域λ１、緑色波長域λ２および黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射し、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の他の波長域の光ＹＯ２を透過して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー３１を透過した光は、反射ミラー７ａで反射され、平行化レンズ９ａおよび帯域制限素子１４’を通ってライトバルブ１０ａに達する。ここで、帯域制限素子１４’は、図１６に示すように、遷移波長域λ５’を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ２を除去し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒのみを射出する。
【００５６】
一方、ダイクロイックミラー６ａを反射した光は、ダイクロイックミラー６ｂに入射する。ダイクロイックミラー６ｂは、入射光のうち、青色波長域λ１の青色光Ｂを透過し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ｂを反射した光は、平行化レンズ９ｂおよび帯域制限素子３２を通ってライトバルブ１０ｂに達する。ここで、帯域制限素子３２は、図１７に示すように、遷移波長域λ６を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を除去し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇのみを射出する。
【００５７】
そして、ダイクロイックミラー６ｂを透過した青色光ＢはプロジェクタＡと同様の経路を経てライトバルブ１０ｃに達する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調された後、クロスダイクロイック素子１２で合成され、投写レンズ１３によって図示しないスクリーンに投写画像を形成する。
【００５８】
ここで、ダイクロイック膜１２ａは非傾斜膜として形成されているが、クロスダイクロイック素子１２に入射する赤色光Ｒは、赤色光Ｒに対するダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５’の光成分が帯域制限素子１４’によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。また、緑色光Ｇも、緑色光Ｇに対するダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ６の光成分が帯域制限素子３２によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａで合成される赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成されるため、ダイクロイック膜１２ａのミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。一方、ダイクロイック膜１２ｂは傾斜膜として形成されているため、ダイクロイック膜１２ｂで合成される青色光Ｂおよび緑色光Ｇも入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成される。したがって、ダイクロイック膜１２ｂのミラー面上の位置に応じて合成光（青色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。
【００５９】
前述したように実施の形態２によれば、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａに向かう両方の光路上に帯域制限素子１４’および３２をそれぞれ設けた場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。その上、２ヶ所に帯域制限素子を配置することによって、不要となる遷移波長域の光を各々の帯域制限素子でより精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができる。なぜなら、帯域制限素子に対する光の入射角は０度付近の小さな角度範囲に収まっているため、ダイクロイックフィルターによって帯域制限素子を構成した場合でも、帯域制限素子の入射角依存性をかなり小さいくすることができ、緑色波長域λ２の長波長側のカットオフ波長と赤色波長域の短波長側のカットオフ波長とを２ヶ所の帯域制限素子によって正確に決めることができるためである。この点を考慮すれば、色分離光学系に用いるダイクロイックミラー３１の分光特性を精度良く設定する必要がなく、ダイクロイックミラー３１の低コスト化を図ることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
前述した実施の形態１および実施の形態２では、緑色波長域と赤色波長域との間の黄色・オレンジ色波長域に遷移波長域を設定し、その波長域の光を不要な光として除去していたが、さらに、青色波長域と緑色波長域との間に別の遷移波長域を設定し、その波長域の光を除去するように構成すれば、ダイクロイック膜１２ｂを非傾斜膜とすることができる。
【００６１】
図１８は、この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。実施の形態３のプロジェクタＣは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、さらに、青色波長域λ７と緑色波長域λ２との間に遷移波長域λ８（図１９参照）を設定し、その波長域の光を除去する帯域制限素子４１を備え、また、クロスダイクロイック素子１２に代えて、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａおよび４２をＸ字状に配置して構成したクロスダイクロイック素子４３を備えている。ここで、帯域制限素子４１は、たとえば、帯域制限素子１４と同様のダイクロイックフィルター（光反射フィルター）であり、ダイクロイックフィルターからの反射光がライトバルブ１０ｃに入射しないように、ライトバルブ１０ｃの入射側に平行化レンズ９ｃと一体化して配置されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
【００６２】
図２０は、プロジェクタＣの帯域制限素子４１の分光特性を示す図である。帯域制限素子４１は、ライトバルブ１０ｃに向かう光のうち、帯域制限素子４１の射出側に配置されたダイクロイック膜４２の入射角依存性によって生じる遷移波長域λ８の光を反射して除去し、所定の青色波長域λ７の青色光Ｂを透過させる。
【００６３】
以上のように構成された実施の形態３にかかるプロジェクタＣの光学系の作用について説明する。前述した実施の形態１と同様にして色分離光学系によって分離された各色光は、それぞれ平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃに入射する。その中で、平行化レンズ９ｃに入射した光は、帯域制限素子４１を通ってライトバルブ１０ｃに達する。ここで、帯域制限素子４１は、遷移波長域λ８の光を予め除去し、所定の青色波長域λ７の青色光Ｂのみを射出する。他の色光は、実施の形態１と同様にして、ライトバルブ１０ａおよび１０ｂにそれぞれ達する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調された後、クロスダイクロイック素子４３で合成され、投写レンズ１３によって図示しないスクリーンに投写画像を形成する。
【００６４】
ここで、クロスダイクロイック素子４３に入射する光は、帯域制限素子１４および４１によって、遷移波長域λ４およびλ８の光成分が予め除去されているので、クロスダイクロイック膜１２ａおよび４２の入射角依存性の影響を殆ど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａおよび４２のミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光、緑色光＋青色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。
【００６５】
これにより、２つのダイクロイック膜を共に非傾斜膜としたクロスダイクロイック素子４３と非テレセントリックな投写レンズ１３を組み合わせて使用した構成であっても、クロスダイクロイック素子４３の入射角依存性が合成光の色合いに与える影響を低減することができるため、投写画像における色ムラの発生を低減できると共に、投写レンズを小型化し、低コスト化を図ることができる。なお、プロジェクタＣでは、実施の形態１から発展させて赤色光と青色光の２つの光路に帯域制限素子を配置した例を示したが、実施の形態２から発展させて赤色光、緑色光、青色光の３つの光路に帯域制限素子を配置した構成をとることも可能である。すなわち、ダイクロイック膜４２に向かう両方の光路上に帯域制限素子を設け、不要な波長域λ８を除去してもよい。この場合には、３ヶ所に配置した帯域制限素子によって、不要となる遷移波長域の光を精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができるなど、実施の形態２と同様の効果をさらに得ることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
前述した実施の形態１〜実施の形態３では、帯域制限素子として、所定波長域の光を反射することによって所定の光を除去する光反射フィルターを用いたが、所定波長域の光を吸収することによって所定の光を除去する光吸収フィルターを用いてもよい。この発明の実施の形態４は、実施の形態１において、帯域制限素子として光吸収フィルターを用いたものである。なお、以下の説明では、実施の形態１に光吸収フィルターを適用した例を示すが、実施の形態２および実施の形態３にも同様に光吸収フィルターを適用することができる。
【００６７】
図２１は、この発明の実施の形態４にかかるプロジェクタＤの概略構成を示す平面図である。実施の形態４のプロジェクタＤは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、光反射フィルターである帯域制限素子１４に代えて、光吸収フィルターである帯域制限素子５１を備えたものである。その他の点については実施の形態１と同様である。帯域制限素子５１は、たとえば、希土類元素や金属元素を含むガラス材料、プラスチック材料等で構成される。
【００６８】
一般に、光吸収フィルター等、所定波長域の光を吸収する帯域制限素子は、反射光を発生しないので、光反射フィルターと比べて反射光の処理が必要ないという利点があり、そのため、ライトバルブの射出側にも配置することができ、設置の自由度が光反射フィルターに比べて高い。また、多くの光吸収フィルターでは分光特性の入射角依存性はかなり小さいため光学特性が安定するという利点もある。光反射型の帯域制限素子と同様に、光吸収型の帯域制限素子５１は、クロスダイクロイック素子１２と色分離光学系との間の光路上であれば、その配置場所は制限されない。本例では、帯域制限素子５１をライトバルブ１０ａの射出側に配置している。ここで、帯域制限素子５１は光吸収による発熱を生じやすいため、その影響を避けるために、クロスダイクロイック素子１２やライトバルブ１０ａと接触しないように配置することが望ましく、本例では、帯域制限素子５１を集光レンズ１１ａと一体に設けている。なお、帯域制限素子５１を平行化レンズ９ａと一体に設けてもよい。
【００６９】
帯域制限素子５１は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光を吸収し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子５１は、帯域制限素子５１の射出側に配置されたダイクロイック膜１２ａにおいて、その分光特性が有する入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を吸収する。すなわち、帯域制限素子５１は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。
【００７０】
帯域制限素子５１がライトバルブ１０ａの射出側で黄色・オレンジ色波長域λ４および遷移波長域λ５の光を除去する以外の作用は、実施の形態１の場合と同じである。前述したように実施の形態４によれば、帯域制限素子として光吸収フィルターを用いた場合も、実施の形態１〜実施の形態３の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（実施の形態５）
この発明の実施の形態５は、実施の形態１において、色光をライトバルブ１０ａおよびクロスダイクロイック素子１２の方向に導く反射ミラー（４５度折り返しミラー）に帯域制限素子の機能を併せ持たせたものである。図２２は、この発明の実施の形態５にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。実施の形態５のプロジェクタＥは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、帯域制限素子１４および反射ミラー７ａに代えて、ダイクロイックミラーである帯域制限素子６１を備えたものである。その他の点については実施の形態１と同様である。
【００７２】
帯域制限素子６１は、誘電体多層膜等で構成され、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光を透過し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを反射して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子６１は、帯域制限素子６１の射出側に配置されたダイクロイック膜１２ａの角度依存性の影響を受ける遷移波長域λ５の光を透過する。すなわち、帯域制限素子６１は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。
【００７３】
ここで、ダイクロイックミラーである帯域制限素子６１は、ダイクロイックミラーの入射角依存性の影響を低減するために、傾斜膜となっている。帯域制限素子６１が透過によって不要な光を除去する以外の作用は、実施の形態１の帯域制限素子１４と同じである。前述したように実施の形態５によれば、帯域制限素子を反射ミラーとして用いた場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、赤色光路の反射ミラーに帯域制限素子としての機能を併せ持たせているが、これに限定されない。例えば、ダイクロイック膜１２ｂを非傾斜膜とする場合には、青色光路の反射ミラー（図１の反射ミラー７ｃや反射ミラー７ｂ）に帯域制限素子としての機能を持たせても良い。
【００７４】
（変形例）
遷移波長域はダイクロイック膜で合成する２つの色光の間に存在するため、遷移波長域の光をカットする帯域制限素子の配置場所は、上述の各実施の形態に限定されない。例えば、実施の形態１や実施の形態２で説明したように、緑色光と赤色光との間に存在する遷移波長域の光をカットするためには、帯域制限素子を赤光路の１ヶ所に、或いは、緑光路の１ヶ所に、更に或いは、赤光路と緑光路のそれぞれに配置するなど、多様な形態をとることができる。勿論、緑色光と青色光との間に存在する遷移波長域の光をカットする場合も同様である。
【００７５】
上述した実施の形態では、帯域制限素子を色分離光学系と色合成光学系との間に配置していたが、光源と色分離光学系との間に配置することも可能である。その場合、帯域制限素子は特定の波長域の光だけをカットするようにＵ字型の分光特性を有するノッチフィルターであることが望ましい。
【００７６】
ところで、上述した実施の形態では、ダイクロイック膜をＸ字状に配置して成るクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーを色合成光学系として用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、２つのダイクロイック膜を平行に配置して成る色合成光学系を用いたプロジェクタにも適用することが可能である。
【００７７】
また、上述した実施の形態では、透過型の光変調装置を用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、他の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用することが可能である。例えば、マイクロミラーによって画素が構成された反射型の光変調装置、光変調層に液晶を用いた反射型の光変調装置（反射型液晶ライトバルブ）、散乱性を制御することで画像表示を行う散乱型光変調装置などである。もちろん、使用する光変調装置の種類に応じて色分離光学系や色合成光学系の配置の仕方は変化するが、何れの構成に対しても、本発明を適用することが可能である。
【００７８】
さらに、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前方投写型プロジェクタ、および投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面投写型プロジェクタがあるが、実施の形態１〜実施の形態５の構成は、いずれのプロジェクタにも適用可能である。
【００７９】
さらにまた、前述した青色波長域，緑色波長域および赤色波長域の範囲は特に限定されず、たとえば、４００ｎｍ〜５００ｎｍを青色波長域とし、５００ｎｍ〜５６０ｎｍを緑色波長域とし、５６０ｎｍ〜６１０ｎｍを黄色・オレンジ色波長域とし、６１０ｎｍ〜７００ｎｍを赤色波長域としてもよい。すなわち、各色の波長域の範囲および不要な波長域の範囲は、任意に設定することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のプロジェクタによれば、非テレセントリックな投写レンズを使用しつつ入射角依存性を低減することができるため、色ムラを低減しつつ、投写レンズを小型化し、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる帯域制限素子の分光特性を示す図である。
【図４】図１に示したクロスダイクロイック素子の概略構成を示す平面図である。
【図５】実施の形態１にかかるダイクロイック膜に対する光の入射を説明する説明図である。
【図６】実施の形態１にかかるダイクロイック膜の分光特性の入射角依存性を示す図である。
【図７】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜に対する光の入射を説明する説明図である。
【図８】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜の分光特性を示す図である。
【図９】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜の拡散光に対する分光特性を示す図である。
【図１０】図１に示した投写レンズの概略構成を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１にかかる帯域制限素子による波長域除去を説明する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図１３】実施の形態２にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図１４】実施の形態２にかかる帯域制限素子３２の分光特性を示す図である。
【図１５】実施の形態２にかかる帯域制限素子１４’の分光特性を示す図である。
【図１６】実施の形態２にかかる帯域制限素子１４’による波長域除去を説明する説明図である。
【図１７】実施の形態２にかかる帯域制限素子３２による波長域除去を説明する説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図１９】実施の形態３にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図２０】実施の形態３にかかる帯域制限素子の分光特性を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態４にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２２】この発明の実施の形態５にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２３】従来のプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２４】図２３に示した投写レンズの概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光源
１ａ 光源ランプ
１ｂ 凹面鏡
２，３ フライアイレンズ
４ インテグレータ
６ａ，６ｂ，３１ ダイクロイックミラー
７ａ，７ｂ，７ｃ 反射ミラー
８ａ，８ｂ リレーレンズ
９ａ，９ｂ，９ｃ 平行化レンズ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ライトバルブ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 集光レンズ（フィールドレンズ）
１２，４３ クロスダイクロイック素子
１２ａ，４２ ダイクロイック膜（非傾斜膜）
１２ｂ ダイクロイック膜（傾斜膜）
１３ 投写レンズ
１３ａ 瞳中心
１３ｂ 主光線
１３ｃ 軸外主光線
１４，１４’，３２，４１，５１，６１ 帯域制限素子
【発明の属する技術分野】
この発明は、三つの波長域の光をそれぞれ変調して画像を生成し、これらの変調光を合成し、その合成光をスクリーン上に投写してカラー画像を表示するプロジェクタに関し、特に、二面のダイクロイック膜を色合成光学系として備えたプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタとして、たとえば、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等のように、２つのダイクロイック膜をＸ字状に配置したクロスダイクロイック素子によって三つの波長域の変調光を合成し、カラー画像を表示するプロジェクタが知られている。図２３は、従来のプロジェクタの概略構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源８１と、フライアイレンズ８２および８３と、色分離ダイクロイックミラー８６ａおよび８６ｂと、反射ミラー８７ａ，８７ｂおよび８７ｃと、リレーレンズ８８ａ，８８ｂと、平行化レンズ８９ａ，８９ｂおよび８９ｃと、ライトバルブ９０ａ，９０ｂおよび９０ｃと、クロスダイクロイック素子９１と、投写レンズ９２と、を備えている。
【０００３】
フライアイレンズ８２，８３は、インテグレータ８４を構成し、光源８１からの光束を複数の部分光束に分割した後、３枚のライトバルブ９０ａ，９０ｂおよび９０ｃ上でそれらの部分光束を重畳することで、ライトバルブを均一に照らして投写画像の明るさムラを低減する。そのため、ライトバルブに対しては広い角度分布を有する照明光が入射することとなる。ところで、ダイクロイックミラーやクロスダイクロイックプリズムに使用されるダイクロイック素子の大部分は誘電体多層膜によって形成されているため、その分光特性は入射角依存性を持っている（以下では、ダイクロイック素子やダイクロイック膜が有するこの様な特性を、単に「入射角依存性」と呼称する）。すなわち、光の入射角によって分光特性が変化し、複数の色光を分離或いは合成する場合の境界波長（カットオフ波長）が変化する。以下では、この入射角依存性によって境界波長が変化する波長域を、便宜的に遷移波長域と呼称する。したがって、ダイクロイックミラーやクロスダイクロイック素子に対して角度分布の広い光が入射すると、入射端面上の位置によって角度分布が異なるため、入射角依存性の影響によって色ムラを生じる。
【０００４】
ところで、ダイクロイック膜の入射角依存性を低減するために、ダイクロイック膜の膜厚を入射端面上の位置に応じて連続的に変化させる手法が実用化されており、その様な構造的な特徴を有する膜を一般的には「傾斜膜」と呼んでいる。そこで、通常、照明系側に配置されるダイクロイックミラー８６ａおよび８６ｂを傾斜膜とすることにより入射角依存性の影響を低減し、色ムラの発生を低減している。一方、投写系側ではクロスダイクロイック素子９１側でテレセントリックとなる投写レンズ９２を用いることによって、クロスダイクロイック素子９１における入射角依存性の影響を低減している。なお、本願においては、「傾斜膜」に対して、一様な膜厚を有する膜を「非傾斜膜」と呼称し、区別することとする。
【０００５】
図２４は、図２３に示した投写レンズ９２の概略構成を示す平面図である。投写レンズ９２は、クロスダイクロイック素子９１側でテレセントリックとなる特性を有する。すなわち、投写レンズ９２の瞳中心９２ａを通る軸外主光線９２ｃがクロスダイクロイック素子９１の部分で主光線９２ｂと略平行となる。これにより、クロスダイクロイック素子９１を通る軸外主光線が、クロスダイクロイック素子９１の入射端面に対して略等しい入射角を持つこととなり、クロスダイクロイック素子９１の入射角依存性の影響を低減し、色ムラの発生を低減している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したプロジェクタによれば、投写系側における色ムラの発生を低減するためにはテレセントリックな投写レンズを用いる必要があるが、その様な投写レンズは、一般にレンズ径が大きくレンズ枚数も多くなるため、投写レンズが大型化するとともにコストが上昇するという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記に鑑みてなされたものであって、投写系側における色ムラの発生を低減しつつ、投写レンズを小型・低コスト化することによって、高画質と小型・低コスト性を両立させたプロジェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、前記第１の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第１のダイクロイック膜と、前記第３の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第２のダイクロイック膜とをＸ字状に有し、前記第１〜第３の光変調装置によって変調された三つの波長域の光を合成するクロスダイクロイック素子と、前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、前記クロスダイクロイック素子が合成した前記合成光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、を具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のプロジェクタは、光源と、前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、前記第１〜第３の波長域の光を合成する第１および第２のダイクロイック膜と、前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、前記第１および第２のダイクロイック膜が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、を具備することを特徴とする。
【００１０】
この発明のプロジェクタでは、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を前記帯域制限素子によって除去した後、前記第１または第２のダイクロイック膜に射出するため、非テレセントリックな光学特性を有する投写レンズを使用しているにもかかわらず、第１または第２のダイクロイック膜による色ムラの発生を効果的に低減することができる。したがって、この発明のプロジェクタによれば、非テレセントリックな投写レンズを使用しつつ入射角依存性を低減することができるため、色ムラを低減しつつ、投写レンズを小型化し、コストを低減することができる。
【００１１】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中に配置することが好ましい。一般的なプロジェクタにおいては、第１の波長域と第２の波長域との間に存在する光（例えば、黄色光やオレンジ色光）は色再現性を低下させる原因となるため、不要な光として除去され、使用されることがほとんど無い。第１の波長域に光の光路中に帯域制限素子を設ければ、この不要な光を除去しつつ、ダイクロイック膜の入射角依存性による色ムラの発生を低減することができ、効率が良い。
【００１２】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第２の波長域の光の光路中に配置してもよい。このような配置によれば、帯域制限素子を第１の波長域の光の光路中に配置した場合と同様の効果を得ることが可能である。その上、２ヶ所に帯域制限素子を配置することによって、不要となる遷移波長域の光を各々の帯域制限素子でより精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができる。
【００１３】
また、色分離光学系にダイクロイックミラーを用いた場合は、その分光特性を精度良く設定する必要がなくなるため、ダイクロイックミラーの低コスト化、ひいてはプロジェクタの低コスト化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜とし、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜とするのが好ましい。このような構成では、本来投写表示に使用されない波長域を、非傾斜膜の使用によって発生する遷移波長域に割り当てることができるため、明るさや色再現性の面でより優れたプロジェクタを設計することができる。
【００１５】
また、このような構成によれば、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるようになる。その理由は、次の通りである。通常、クロスダイクロイック素子は、４つの直角プリズムと、２種類のダイクロイック膜によって形成されている。このようなクロスダイクロイック素子は、通常、次の（ｉ）〜（iv）の工程によって形成される。
（ｉ）第１のダイクロイック膜が形成された第１の直角プリズムと、膜が形成されていない第２の直角プリズムとを貼り合わせて第１のプリズム合成体を形成する。
（ii）第１のダイクロイック膜が形成された第３の直角プリズムと、膜が形成されていない第４の直角プリズムとを貼り合わせて第２のプリズム合成体を形成する。
（iii）第１のプリズム合成体の斜面に、第２のダイクロイック膜を形成する。
（iv）最後に、第１のプリズム合成体と、第２のプリズム合成体とを貼り合わせる。
【００１６】
以上の工程によると、第２のダイクロイック膜は連続面に形成される。一方、第１の直角プリズムに形成された第１のダイクロイック膜と、第２の直角プリズムに形成された第２のダイクロイック膜との間は、接着剤と第２のダイクロイック膜の存在により、不連続となる。このような不連続面に傾斜膜を形成するのは困難で、量産面においても不利である。従って、不連続となってしまう第１のダイクロイック膜を非傾斜膜とし、第２のダイクロイック膜を傾斜膜とすれば、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるようになる。
【００１７】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第３の波長域の光の光路中に配置してもよい。このような構成とすれば、第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とを非傾斜膜とすることが可能であるため、より低コストなプロジェクタを提供することが可能である。特に、クロスダイクロイック素子を用いたプロジェクタの場合には、クロスダイクロイック素子を容易に製造できるという利点がある。
【００１８】
また、この場合、第１のダイクロイック膜や第２のダイクロイック膜を傾斜膜とする必要は無いが、傾斜膜を用いれば、投写画像における色ムラの発生をより一層低減することができる。
【００１９】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を反射する光反射フィルターとしてもよい。このような光反射フィルターを用いれば、光反射フィルターが遷移波長域の光を反射し、他の有用な光を透過させることによって、遷移波長域の光を除去することができる。なお、光反射フィルターとしては、誘電体膜や金属膜によって形成されたダイクロイックフィルターを使用することができる。一般的に、光反射フィルターでは急峻な分光特性を実現しやすいため、遷移波長域の光を効率よく正確にカットできる特徴がある。
【００２０】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を吸収するする光吸収フィルターとしてもよい。このような光吸収フィルターを用いれば、光吸収フィルターが遷移波長域の光を吸収し、他の有用な光を透過させることによって、遷移波長域の光を除去することができる。なお、光吸収フィルターとしては、顔料、希土類化合物、金属化合物等をガラスや樹脂に混合させたものを使用することができる。一般的に、光吸収フィルターでは分光特性の入射角依存性や温度依存性が小さいため、温度や湿度などの使用環境が大幅に変化しても、遷移波長域の光を効率よく正確にカットできる特徴がある。
【００２１】
この発明のプロジェクタにおいて、前記第１〜第３の光変調装置との入射側にそれぞれ平行化レンズが設けられている場合には、前記帯域制限素子を前記平行化レンズと一体に設けてもよい。このような構成とすれば、光損失を生じ易い界面の数を低減することで、光利用効率を向上させることができる。
【００２２】
また、この発明のプロジェクタにおいて、前記第１〜第３の光変調装置と前記クロスダイクロイック素子との間にそれぞれ集光レンズが設けられている場合には、前記帯域制限素子を前記集光レンズと一体に設けてもよい。このような構成とすれば、光損失を生じ易い界面の数を低減することで、光利用効率を向上させることができる。
【００２３】
この発明のプロジェクタにおいて、前記帯域制限素子は、前記第１または第２のダイクロイック膜に光を導く折り返しミラーとして設けられ、前記遷移波長域の光を透過させるようにしてもよい。このような構成では、第１のダイクロイック膜に光を導く折り返しミラーに帯域制限素子の機能を併せ持たせ、遷移波長域の光が折り返しミラーを透過することで不要な光を除去しているため、帯域制限素子を別途設ける必要がなく光学系を簡素化できる。
【００２４】
また、帯域制限素子を折り返しミラーとして設けた場合、前記帯域制限素子は、傾斜膜を有するようにしてもよい。このような構成によれば、帯域制限素子における分光特性の入射角依存性の影響を低減することができ、遷移波長域の光を効率よく正確にカットすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。なお、図１は、説明を容易にするために、主要な構成要素のみを示している。このプロジェクタＡは、光源１と、フライアイレンズ２および３と、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂと、反射ミラー７ａ，７ｂおよび７ｃと、リレーレンズ８ａおよび８ｂと、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃと、帯域制限素子１４と、ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃと、集光レンズ（フィールドレンズ）１１ａ，１１ｂおよび１１ｃと、クロスダイクロイック素子１２と、投写レンズ１３と、を備えている。
【００２７】
光源１は、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂとを備え、光源ランプ１ａから射出された放射状の光線（放射光）を凹面鏡１ｂによって反射し、フライアイレンズ２に向けて射出する。光源ランプ１ａとしては、ハロゲンランプ，メタルハライドランプ，高圧水銀ランプ等を、凹面鏡１ｂとしては、放物面鏡、楕円面鏡、球面鏡等を用いることができる。フライアイレンズ２および３はインテグレータ４を構成し、光源１からの放射光束を複数の部分光束に分割した後、３枚のライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃ上でそれらの部分光束を重畳することによって、投写画像の明るさムラを低減している。
【００２８】
フライアイレンズ２は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズがマトリクス状に配列されたレンズアレイであり、各小レンズをｚ方向から見た外形形状は、ライトバルブ１０（ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃ）の画像形成領域の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。たとえば、ライトバルブ１０の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズのアスペクト比も略４：３に設定される。
【００２９】
ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂは、誘電体多層膜等で構成されるダイクロイック膜をそれぞれ有し、光を複数の波長域ごとに分離する色分離光学系を構成する。ダイクロイックミラー６ａは、赤色波長域の赤色光および黄色・オレンジ色の波長域の光を透過し、青色波長域および緑色波長域の光を反射して、これらの光を分離する。一方、ダイクロイックミラー６ｂは、青色波長域の青色光を透過し、緑色波長域の緑色光を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂのダイクロイック膜は傾斜膜として形成されているため、色分離特性の入射角依存性を低減し、照明系における色ムラの発生を低減している。
【００３０】
図２は、プロジェクタＡの色分離光学系による光の分離を示す図である。なお、図２では、説明を簡単にするために、可視波長域全体で均一な光量を有する光が光源１から射出された場合を想定している。この色分離光学系は、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂによって、光源１からの光を三つの波長域の光、すなわち、青色波長域λ１の青色光Ｂ、緑色波長域λ２の緑色光Ｇ、ならびに赤色波長域λ３の赤色光Ｒおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯに分離する。このように、光源１から射出される光には緑色波長域λ２と赤色波長域λ３との間に黄色・オレンジ色波長域λ４が存在し、緑色光Ｇと赤色光Ｒとは不連続となっている。
【００３１】
平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃは、インテグレータ４からの部分光束を各々の中心光軸に対して略平行化することで、ライトバルブ１０へ入射する光束の角度分布を狭くして、入射効率を高める機能を有する。帯域制限素子１４は、所定の波長域の光をカットする素子であり、所定波長域の光を反射し、他の波長域の光を透過する光反射フィルターである。本例では、光反射フィルターとして誘電体多層膜等で構成されるダイクロイックフィルターを用いている。一般に、誘電体多層膜等で構成されたダイクロイックフィルターからなる帯域制限素子は、特性が設定しやすく、また反射型であることから発熱を抑えられるという利点がある。
【００３２】
帯域制限素子１４は、クロスダイクロイック素子１２と色分離光学系との間の光路上であれば、その配置場所は制限されない。但し、帯域制限素子１４として、所定波長域の光を反射する光反射フィルターを用いる場合は、反射光がライトバルブ１０ａに入射しないように、帯域制限素子１４をライトバルブ１０ａの入射側に配置することが望ましい。ここでは、帯域制限素子１４を平行化レンズ（リレーレンズ）９ａと一体に設けている。もちろん、帯域制限素子１４はライトバルブと色分離光学系との間であれば、その配置場所は限定されないため、例えば、平行化レンズ９ａの入射側に配置することもできる。しかし、本実施の形態の様に、他の光学部品と一体化させて配置すれば、光損失を発生しやすい界面を少なくできるため、光学系の光利用効率を高めやすいメリットがある。
【００３３】
図３は、プロジェクタＡの帯域制限素子１４の分光特性を示す図である。帯域制限素子１４は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯを反射し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子１４は、帯域制限素子１４の射出側に配置された後述するダイクロイック膜１２ａにおいて、その分光特性が有する入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を反射する。すなわち、帯域制限素子１４は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光ＹＯを除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。したがって、本実施の形態では遷移波長域λ５は黄色・オレンジ色波長域λ４に包含されている。ライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃは、光を透過して画像を生成する透過型ライトバルブであり、たとえば、一対の偏光板とこれらの間に挟まれた液晶パネルとを備えた液晶ライトバルブである。図では、液晶パネルと一対の偏光板が一体化したライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃが示されているが、液晶パネルと偏光板は離して配置しても構わない。
【００３４】
集光レンズ１１（集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃ）は、ライトバルブ１０からの光を集光しつつ非テレセントリックな光学特性を有する投写レンズ１３に導き入れ、投写レンズ１３への入射効率を高める役割を果たす。なお、ライトバルブ１０の表示特性が入射角依存性を有しない場合は、集光レンズ１１を設けず、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃに集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃの機能をそれぞれ持たせ、平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃによって集光を行ってもよい。クロスダイクロイック素子１２は、Ｘ字状にクロスする二面のダイクロイック膜を有するクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラー等の光学素子である。
【００３５】
図４は、図１に示したクロスダイクロイック素子１２の一例としてのクロスダイクロイックプリズムの概略構成を示す平面図である。クロスダイクロイック素子１２は、四つの直角三角柱状のプリズムを組み合わせたものであって、これらのプリズムの界面に沿ってダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂをＸ字状に有している。ダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂは、入射光の主光軸に対して法線が４５度となるように設定されている。ダイクロイック膜１２ａは、非傾斜膜であって、赤色波長域λ３の赤色光Ｒと緑色波長域λ２の緑色光Ｇとを合成する。
【００３６】
図５は、プロジェクタＡのダイクロイック膜１２ａに対する光の入射を説明する説明図である。たとえば、ダイクロイック膜１２ａに対して４５度±αの範囲の入射角を有する拡散光が入射した場合、ダイクロイック膜１２ａ上の位置Ａ１，Ｂ１およびＣ１によって入射角が異なることになる。すなわち、位置Ａ１では４５度に比して大きい角度で、位置Ｂ１では４５度の角度で、位置Ｃ１では４５度に比して小さい角度で、各々光は入射する。この場合、図６に示すように、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって、反射波長域と透過波長域とを分ける境界波長（カットオフ波長）は位置Ａ１，Ｂ１およびＣ１において異なるものとなる。したがって、この境界波長が変化する波長域である遷移波長域λ５の光がダイクロイック膜１２ａに入射すると、その入射角依存性の影響によってダイクロイック膜１２ａを光が通過する位置に応じて色が変化し、投写画像には色ムラが発生することとなる。しかし、本例のプロジェクタＡにおいてはダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、遷移波長域λ５の光は帯域制限素子１４によって予め除去されているので、入射角依存性の影響は低減され、色ムラは殆ど発生しない。
【００３７】
すなわち、ダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５は、帯域制限素子１４によって除去される波長域に設定される。ここで、遷移波長域λ５とは、たとえば、ダイクロイック膜１２ａに入射する拡散光の最大入射角に対するカットオフ波長と最小入射角に対するカットオフ波長との間の波長域である。また、カットオフ波長とは、反射光の光量と透過光の光量とが略等しくなる波長である。一般に、カットオフ波長は、ダイクロイック膜に対する入射光がＰ偏光であるかＳ偏光であるかによって変わるが、ここでいうカットオフ波長は、帯域制限素子１４からの入射光がダイクロイック膜１２ａの入射面に対してＰ偏光であれば、Ｐ偏光に対するカットオフ波長であるし、Ｓ偏光であれば、Ｓ偏光に対するカットオフ波長である。
【００３８】
一方、ダイクロイック膜１２ｂは、分光特性の入射角依存性の影響を低減するために傾斜膜となっており、青色波長域λ１の青色光Ｂと緑色波長域λ２の緑色光Ｇとを合成する。図７は、プロジェクタＡのダイクロイック膜１２ｂに対する光の入射を説明する説明図である。たとえば、ダイクロイック膜１２ｂに対して４５度±αの範囲の入射角を有する拡散光が入射した場合、入射面上の位置Ａ２，Ｂ２およびＣ２によって入射角が異なることになる。すなわち、位置Ａ２では４５度に比して大きい角度で、位置Ｂ２では４５度の角度で、位置Ｃ２では４５度に比して小さい角度で、各々光は入射する。
【００３９】
ダイクロイック膜１２ｂは、図８に示すように、同じ入射角の光に対する分光特性がダイクロイック膜１２ｂ上の位置によって異なっている。すなわち、位置Ｃ２では位置Ｂ２に比して短波長のカットオフ波長を有し、位置Ａ２では位置Ｂ２に比して長波長のカットオフ波長を有する。これにより、所定の角度分布を有する拡散光が入射した場合、各位置Ａ２，Ｂ２およびＣ２の分光特性は、その拡散光に対して一様となり、ダイクロイック膜１２ｂを通過する位置に応じて光の色が変化することがない（図９参照）。
【００４０】
ここで、クロスダイクロイック素子１２の製法の一例を説明する。図４において、クロスダイクロイック素子１２は、４つの直角プリズムＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を接着剤１２ｃで貼り合わせることによって形成することができる。まず、直角プリズムＰ１の直角を挟む側面のうち一方に、蒸着等の方法によってダイクロイック膜１２ａを形成する。同様に、直角プリズムＰ４にもダイクロイック膜１２ａを形成する。次に、ダイクロイック膜１２ａが形成されたプリズムＰ１と、膜が形成されていないプリズムＰ２とを接着剤１２ｃによって貼り合わせる。その後、接着されたプリズムＰ１，Ｐ２によって形成された斜面に、蒸着等の方法によって傾斜膜１２ｂを形成する。一方、ダイクロイック膜１２ａが形成されたプリズムＰ４と、膜が形成されていないプリズムＰ３とを接着剤１２ｃによって貼り合わせておく。最後に、接着されたプリズムＰ３，Ｐ４と、接着後傾斜膜１２ｂが形成されたプリズムＰ１，Ｐ２とを接着剤１２ｃによって貼り合わせる。
【００４１】
このようにしてクロスプリズム素子１２を製造すると、図４に示すように、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａと傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂとが交差する部分では、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａは分断されて不連続となる。一方、ダイクロイック膜１２ｂは一つに繋がり、連続する。これにより、傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂの成膜工程が容易となる。なお、クロスダイクロイック素子１２の製法はここで説明した方法には限られない。傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂが分断されていてもよいし、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａが連続していてもよい。また、本実施形態では帯域制限素子１４を設けたのでダイクロイック膜１２ａを傾斜膜とする必要は無いが、ダイクロイック膜１２ａを傾斜膜にしてもよい。
【００４２】
図１０は、図１に示した投写レンズ１３の概略構成を示す平面図である。ライトバルブ１０から射出された光線は、集光レンズ１１によって集光されながら投写レンズ１３に入射する。したがって、投写レンズ１３は、非テレセントリックな投写レンズに設定されている。すなわち、投写レンズ１３の瞳中心１３ａを通る軸外主光線１３ｃがクロスダイクロイック素子１２の部分で主光線１３ｂと非平行となっている。非テレセントリックな投写レンズ１３では、主光線１３ｂに対して軸外主光線１３ｃを傾斜させているため、前述した従来のテレセントリックな投写レンズ９２に比してレンズ径を小さくできる。よって、投写レンズを小型化でき、製造コストも低減できる。また、光が集光されながら非テレセントリックな投写レンズ１３に向かうので、クロスダイクロイック素子１２を小型化することもできる。
【００４３】
以上のように構成された、実施の形態１にかかるプロジェクタＡの光学系の機能について説明する。光源１から射出された光は、インテグレータ４を構成するフライアイレンズ２の複数の小レンズによって複数の部分光束に分割された後、対応するフライアイレンズ３によってライトバルブ１０上で重畳される。
【００４４】
インテグレータ４から射出された光は、ダイクロイックミラー６ａに入射する。ダイクロイックミラー６ａは、入射光のうち、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の光を透過し、青色波長域λ１および緑色波長域λ２の光を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ａを透過した光は、反射ミラー７ａで反射され、平行化レンズ９ａおよび帯域制限素子１４を通ってライトバルブ１０ａに達する。ここで、帯域制限素子１４は、図１１に示すように、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の光のうち、遷移波長域λ５を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去し、赤色波長域λ３の赤色光のみを射出する。
【００４５】
一方、ダイクロイックミラー６ａを反射した光は、ダイクロイックミラー６ｂに入射する。ダイクロイックミラー６ｂは、入射光のうち、青色波長域λ１の青色光Ｂを透過し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇを反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ｂを反射した緑色光Ｇは、平行化レンズ９ｂを通ってライトバルブ１０ｂに達する。一方、ダイクロイックミラー６ｂを透過した青色光Ｂは、リレーレンズ８ａ，反射ミラー７ｂ，リレーレンズ８ｂ，反射ミラー７ｃおよび平行化レンズ９ｃを通ってライトバルブ１０ｃに達する。なお、青色光に対してリレーレンズ８ａおよび８ｂが用いられているのは、青色光の光路が他の色光の光路に比して長いため、光路の長さの違いを光学的に補償することで光利用効率の低下を抑えるためである。
【００４６】
三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃは、それぞれ一対の偏光板と、その間に配置された透過型の液晶パネルとから構成され、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調し、画像情報を含んだ射出光を生成する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、各色光毎の画像を形成する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃからそれぞれ射出された赤色の変調光，緑色の変調光および青色の変調光は、集光レンズ１１ａ，１１ｂおよび１１ｃをそれぞれ通ってクロスダイクロイック素子１２に入射する。
【００４７】
クロスダイクロイック素子１２は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色合成光学系としての機能を有しており、ダイクロイック膜１２ａおよび１２ｂによって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。なお、クロスダイクロイック素子１２に入射する光の偏光方向は、特に限定されない。たとえば、ライトバルブ１０の入射側或いは射出側、さらにはその両側にλ／２位相差板を設けることにより、三つの入射光の全てをクロスダイクロイック素子１２の色合成面に対してＳ偏光となるように、あるいは、緑色光のみがＰ偏光となるように設定することができる。
【００４８】
ダイクロイック膜１２ａは非傾斜膜として形成されているが、クロスダイクロイック素子１２に入射する赤色光Ｒは、ダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５の光成分が帯域制限素子１４によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。また、ダイクロイックミラー６ａおよび６ｂを有する色分離光学系では、ライトバルブ１０ｂに入射する緑色光Ｇに遷移波長域λ５の色光を含まないように、色分離における境界波長（カットオフ波長）が設定されているため、緑色光もダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響をほとんど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａで合成される赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成されるため、ダイクロイック膜１２ａのミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。なお、遷移波長域λ５は偏光方向によって異なるため、遷移波長域λ５はダイクロイック膜１２ａに入射する色光の偏光方向を考慮して決定される。
【００４９】
一方、ダイクロイック膜１２ｂは傾斜膜として形成されているため、ダイクロイック膜１２ｂで合成される青色光Ｂおよび緑色光Ｇも入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成される。したがって、ダイクロイック膜１２ｂのミラー面上の位置に応じて合成光（青色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。クロスダイクロイック素子１２で生成された合成光（赤色光＋緑色光＋青色光）は、投写レンズ１３の方向に射出される。投写レンズ１３は、この合成光を図示しない投写スクリーン上に投写する機能を有し、図示しない投写スクリーン上にカラー画像を表示する。
【００５０】
前述したように実施の形態１によれば、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａと傾斜膜であるダイクロイック膜１２ｂをＸ字状に有して構成されるクロスダイクロイック素子１２によって三つの波長域の光を合成した後、その合成光を非テレセントリックな投写レンズ１３によって投写するが、非傾斜膜であるダイクロイック膜１２ａで合成される色光のうち、一方の光路中に帯域制限素子１４を配置し、予めダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を除去している。これにより、非テレセントリックな投写レンズ１３を使用しつつ、クロスダイクロイック素子１２の入射角依存性が合成光の色合いに与える影響を低減することができるため、投写画像における色ムラの発生を低減できると共に、投写レンズを小型化し、低コスト化を図ることができる。
本実施の形態１では、遷移波長域λ５の光を赤光路に配置された帯域制限素子１４でカットする構成としているが、赤光路に換えて緑光路に配置しても良い。その場合には、遷移波長域λ５を含む色光がダイクロイックミラー６ａで反射され、ダイクロイックミラー６ｂを経て緑光路に配置された帯域制限素子に入射する様に、ダイクロイックミラー６ａの分光特性を設定すれば良い。
【００５１】
（実施の形態２）
前述した実施の形態１では、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａに向かう一方の光路上に帯域制限素子１４を設けたが、ダイクロイック膜１２ａに向かう両方の光路上に帯域制限素子を設けてもよい。この発明の実施の形態２は、赤色光に加えて緑色光の光路上にも帯域制限素子を設けている点が実施の形態１とは異なっている。その他の点については実施の形態１と同様である。図１２は、この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。なお、本実施の形態を含めて以降の全ての実施の形態において、実施の形態１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
実施の形態２のプロジェクタＢは、プロジェクタＡのダイクロイックミラー６ａに代えて、カットオフ波長が黄色・オレンジ色波長域λ４を２分する波長となる特性を有するダイクロイックミラー３１を、また、赤色光の光路上の帯域制限素子１４に代えて、除去する波長域が異なる別の帯域制限素子１４’を、さらに、緑色光の光路上に新たな帯域制限素子３２を備えている。図１３は、プロジェクタＢの色分離光学系による光の分離を示す図である。実施の形態２の色分離光学系は、光源１からの光を、青色波長域λ１の青色光Ｂ、緑色波長域λ２の緑色光Ｇおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域（例えば、短波長域）の光ＹＯ１、ならびに赤色波長域λ３の赤色光Ｒおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の他の波長域（例えば、長波長域）の光ＹＯ２に分離する。すなわち、本実施の形態では、色分離光学系によって分離される三つの色光の内、波長域が近接した二つの色光（本例の場合には緑色光と赤色光）に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって影響を受ける遷移波長域の光が含まれている場合を想定している。
【００５３】
帯域制限素子３２および１４’は、たとえば、プロジェクタＡの帯域制限素子１４と同様のダイクロイックフィルター（光反射フィルター）であり、ダイクロイックフィルターからの反射光がライトバルブ１０ｂおよび１０ａに入射しないように、ライトバルブ１０ｂおよび１０ａの入射側に平行化レンズ９ｂおよび９ａと各々一体化して配置されている。
【００５４】
図１４、１５は、プロジェクタＢの帯域制限素子３２および１４’の分光特性を示す図である。帯域制限素子３２は、ライトバルブ１０ｂに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇを透過して、投写画像の色再現性を向上させると共に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ６の光を反射する。すなわち、帯域制限素子３２は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光の一部を除去するとともに、遷移波長域λ６の光を除去している。同様に、帯域制限素子１４’は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の他の一部の波長域の光ＹＯ２を反射し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させると共に、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５’の光を反射する。すなわち、帯域制限素子１４’は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光の他の一部を除去するとともに、遷移波長域λ５’の光も除去している。ここで、遷移波長域λ５’と遷移波長域λ６とは連続した一つの波長域を成し、この連続した波長域は、実施の形態１で説明した遷移波長域λ５に略等しい。
【００５５】
以上のように構成された実施の形態２にかかるプロジェクタＢの光学系の機能について説明する。前述した実施の形態１と同様に、インテグレータ４から射出された光はダイクロイックミラー３１に入射する。ダイクロイックミラー３１は、入射光のうち、青色波長域λ１、緑色波長域λ２および黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射し、赤色波長域λ３および黄色・オレンジ色波長域λ４の他の波長域の光ＹＯ２を透過して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー３１を透過した光は、反射ミラー７ａで反射され、平行化レンズ９ａおよび帯域制限素子１４’を通ってライトバルブ１０ａに達する。ここで、帯域制限素子１４’は、図１６に示すように、遷移波長域λ５’を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ２を除去し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒのみを射出する。
【００５６】
一方、ダイクロイックミラー６ａを反射した光は、ダイクロイックミラー６ｂに入射する。ダイクロイックミラー６ｂは、入射光のうち、青色波長域λ１の青色光Ｂを透過し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇおよび黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を反射して、これらの光を分離する。ダイクロイックミラー６ｂを反射した光は、平行化レンズ９ｂおよび帯域制限素子３２を通ってライトバルブ１０ｂに達する。ここで、帯域制限素子３２は、図１７に示すように、遷移波長域λ６を含む黄色・オレンジ色波長域λ４の一部の波長域の光ＹＯ１を除去し、緑色波長域λ２の緑色光Ｇのみを射出する。
【００５７】
そして、ダイクロイックミラー６ｂを透過した青色光ＢはプロジェクタＡと同様の経路を経てライトバルブ１０ｃに達する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調された後、クロスダイクロイック素子１２で合成され、投写レンズ１３によって図示しないスクリーンに投写画像を形成する。
【００５８】
ここで、ダイクロイック膜１２ａは非傾斜膜として形成されているが、クロスダイクロイック素子１２に入射する赤色光Ｒは、赤色光Ｒに対するダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ５’の光成分が帯域制限素子１４’によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。また、緑色光Ｇも、緑色光Ｇに対するダイクロイック膜１２ａの遷移波長域λ６の光成分が帯域制限素子３２によって予め除去されているので、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａで合成される赤色光Ｒおよび緑色光Ｇは、ダイクロイック膜１２ａの入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成されるため、ダイクロイック膜１２ａのミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。一方、ダイクロイック膜１２ｂは傾斜膜として形成されているため、ダイクロイック膜１２ｂで合成される青色光Ｂおよび緑色光Ｇも入射角依存性の影響を殆ど受けずに合成される。したがって、ダイクロイック膜１２ｂのミラー面上の位置に応じて合成光（青色光＋緑色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。
【００５９】
前述したように実施の形態２によれば、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａに向かう両方の光路上に帯域制限素子１４’および３２をそれぞれ設けた場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。その上、２ヶ所に帯域制限素子を配置することによって、不要となる遷移波長域の光を各々の帯域制限素子でより精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができる。なぜなら、帯域制限素子に対する光の入射角は０度付近の小さな角度範囲に収まっているため、ダイクロイックフィルターによって帯域制限素子を構成した場合でも、帯域制限素子の入射角依存性をかなり小さいくすることができ、緑色波長域λ２の長波長側のカットオフ波長と赤色波長域の短波長側のカットオフ波長とを２ヶ所の帯域制限素子によって正確に決めることができるためである。この点を考慮すれば、色分離光学系に用いるダイクロイックミラー３１の分光特性を精度良く設定する必要がなく、ダイクロイックミラー３１の低コスト化を図ることができる。
【００６０】
（実施の形態３）
前述した実施の形態１および実施の形態２では、緑色波長域と赤色波長域との間の黄色・オレンジ色波長域に遷移波長域を設定し、その波長域の光を不要な光として除去していたが、さらに、青色波長域と緑色波長域との間に別の遷移波長域を設定し、その波長域の光を除去するように構成すれば、ダイクロイック膜１２ｂを非傾斜膜とすることができる。
【００６１】
図１８は、この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。実施の形態３のプロジェクタＣは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、さらに、青色波長域λ７と緑色波長域λ２との間に遷移波長域λ８（図１９参照）を設定し、その波長域の光を除去する帯域制限素子４１を備え、また、クロスダイクロイック素子１２に代えて、非傾斜膜のダイクロイック膜１２ａおよび４２をＸ字状に配置して構成したクロスダイクロイック素子４３を備えている。ここで、帯域制限素子４１は、たとえば、帯域制限素子１４と同様のダイクロイックフィルター（光反射フィルター）であり、ダイクロイックフィルターからの反射光がライトバルブ１０ｃに入射しないように、ライトバルブ１０ｃの入射側に平行化レンズ９ｃと一体化して配置されている。その他の点は実施の形態１と同様である。
【００６２】
図２０は、プロジェクタＣの帯域制限素子４１の分光特性を示す図である。帯域制限素子４１は、ライトバルブ１０ｃに向かう光のうち、帯域制限素子４１の射出側に配置されたダイクロイック膜４２の入射角依存性によって生じる遷移波長域λ８の光を反射して除去し、所定の青色波長域λ７の青色光Ｂを透過させる。
【００６３】
以上のように構成された実施の形態３にかかるプロジェクタＣの光学系の作用について説明する。前述した実施の形態１と同様にして色分離光学系によって分離された各色光は、それぞれ平行化レンズ９ａ，９ｂおよび９ｃに入射する。その中で、平行化レンズ９ｃに入射した光は、帯域制限素子４１を通ってライトバルブ１０ｃに達する。ここで、帯域制限素子４１は、遷移波長域λ８の光を予め除去し、所定の青色波長域λ７の青色光Ｂのみを射出する。他の色光は、実施の形態１と同様にして、ライトバルブ１０ａおよび１０ｂにそれぞれ達する。三つのライトバルブ１０ａ，１０ｂおよび１０ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調された後、クロスダイクロイック素子４３で合成され、投写レンズ１３によって図示しないスクリーンに投写画像を形成する。
【００６４】
ここで、クロスダイクロイック素子４３に入射する光は、帯域制限素子１４および４１によって、遷移波長域λ４およびλ８の光成分が予め除去されているので、クロスダイクロイック膜１２ａおよび４２の入射角依存性の影響を殆ど受けない。したがって、ダイクロイック膜１２ａおよび４２のミラー面上の位置に応じて合成光（赤色光＋緑色光、緑色光＋青色光）の色合いが変化することが無く、色ムラのない合成光を得ることができる。
【００６５】
これにより、２つのダイクロイック膜を共に非傾斜膜としたクロスダイクロイック素子４３と非テレセントリックな投写レンズ１３を組み合わせて使用した構成であっても、クロスダイクロイック素子４３の入射角依存性が合成光の色合いに与える影響を低減することができるため、投写画像における色ムラの発生を低減できると共に、投写レンズを小型化し、低コスト化を図ることができる。なお、プロジェクタＣでは、実施の形態１から発展させて赤色光と青色光の２つの光路に帯域制限素子を配置した例を示したが、実施の形態２から発展させて赤色光、緑色光、青色光の３つの光路に帯域制限素子を配置した構成をとることも可能である。すなわち、ダイクロイック膜４２に向かう両方の光路上に帯域制限素子を設け、不要な波長域λ８を除去してもよい。この場合には、３ヶ所に配置した帯域制限素子によって、不要となる遷移波長域の光を精度良く除去することができるため、投写画像における色ムラの発生を一層低減することができるなど、実施の形態２と同様の効果をさらに得ることができる。
【００６６】
（実施の形態４）
前述した実施の形態１〜実施の形態３では、帯域制限素子として、所定波長域の光を反射することによって所定の光を除去する光反射フィルターを用いたが、所定波長域の光を吸収することによって所定の光を除去する光吸収フィルターを用いてもよい。この発明の実施の形態４は、実施の形態１において、帯域制限素子として光吸収フィルターを用いたものである。なお、以下の説明では、実施の形態１に光吸収フィルターを適用した例を示すが、実施の形態２および実施の形態３にも同様に光吸収フィルターを適用することができる。
【００６７】
図２１は、この発明の実施の形態４にかかるプロジェクタＤの概略構成を示す平面図である。実施の形態４のプロジェクタＤは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、光反射フィルターである帯域制限素子１４に代えて、光吸収フィルターである帯域制限素子５１を備えたものである。その他の点については実施の形態１と同様である。帯域制限素子５１は、たとえば、希土類元素や金属元素を含むガラス材料、プラスチック材料等で構成される。
【００６８】
一般に、光吸収フィルター等、所定波長域の光を吸収する帯域制限素子は、反射光を発生しないので、光反射フィルターと比べて反射光の処理が必要ないという利点があり、そのため、ライトバルブの射出側にも配置することができ、設置の自由度が光反射フィルターに比べて高い。また、多くの光吸収フィルターでは分光特性の入射角依存性はかなり小さいため光学特性が安定するという利点もある。光反射型の帯域制限素子と同様に、光吸収型の帯域制限素子５１は、クロスダイクロイック素子１２と色分離光学系との間の光路上であれば、その配置場所は制限されない。本例では、帯域制限素子５１をライトバルブ１０ａの射出側に配置している。ここで、帯域制限素子５１は光吸収による発熱を生じやすいため、その影響を避けるために、クロスダイクロイック素子１２やライトバルブ１０ａと接触しないように配置することが望ましく、本例では、帯域制限素子５１を集光レンズ１１ａと一体に設けている。なお、帯域制限素子５１を平行化レンズ９ａと一体に設けてもよい。
【００６９】
帯域制限素子５１は、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光を吸収し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを透過して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子５１は、帯域制限素子５１の射出側に配置されたダイクロイック膜１２ａにおいて、その分光特性が有する入射角依存性によって生じる遷移波長域λ５の光を吸収する。すなわち、帯域制限素子５１は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。
【００７０】
帯域制限素子５１がライトバルブ１０ａの射出側で黄色・オレンジ色波長域λ４および遷移波長域λ５の光を除去する以外の作用は、実施の形態１の場合と同じである。前述したように実施の形態４によれば、帯域制限素子として光吸収フィルターを用いた場合も、実施の形態１〜実施の形態３の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（実施の形態５）
この発明の実施の形態５は、実施の形態１において、色光をライトバルブ１０ａおよびクロスダイクロイック素子１２の方向に導く反射ミラー（４５度折り返しミラー）に帯域制限素子の機能を併せ持たせたものである。図２２は、この発明の実施の形態５にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。実施の形態５のプロジェクタＥは、実施の形態１のプロジェクタＡにおいて、帯域制限素子１４および反射ミラー７ａに代えて、ダイクロイックミラーである帯域制限素子６１を備えたものである。その他の点については実施の形態１と同様である。
【００７２】
帯域制限素子６１は、誘電体多層膜等で構成され、ライトバルブ１０ａに向かう光のうち、投写画像に不要な黄色・オレンジ色波長域λ４の光を透過し、赤色波長域λ３の赤色光Ｒを反射して、投写画像の色再現性を向上させている。同時に、帯域制限素子６１は、帯域制限素子６１の射出側に配置されたダイクロイック膜１２ａの角度依存性の影響を受ける遷移波長域λ５の光を透過する。すなわち、帯域制限素子６１は、ダイクロイック膜１２ａに向かう光のうち、黄色・オレンジ色波長域λ４の光を除去するとともに、同時に遷移波長域λ５の光も除去している。
【００７３】
ここで、ダイクロイックミラーである帯域制限素子６１は、ダイクロイックミラーの入射角依存性の影響を低減するために、傾斜膜となっている。帯域制限素子６１が透過によって不要な光を除去する以外の作用は、実施の形態１の帯域制限素子１４と同じである。前述したように実施の形態５によれば、帯域制限素子を反射ミラーとして用いた場合も、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、赤色光路の反射ミラーに帯域制限素子としての機能を併せ持たせているが、これに限定されない。例えば、ダイクロイック膜１２ｂを非傾斜膜とする場合には、青色光路の反射ミラー（図１の反射ミラー７ｃや反射ミラー７ｂ）に帯域制限素子としての機能を持たせても良い。
【００７４】
（変形例）
遷移波長域はダイクロイック膜で合成する２つの色光の間に存在するため、遷移波長域の光をカットする帯域制限素子の配置場所は、上述の各実施の形態に限定されない。例えば、実施の形態１や実施の形態２で説明したように、緑色光と赤色光との間に存在する遷移波長域の光をカットするためには、帯域制限素子を赤光路の１ヶ所に、或いは、緑光路の１ヶ所に、更に或いは、赤光路と緑光路のそれぞれに配置するなど、多様な形態をとることができる。勿論、緑色光と青色光との間に存在する遷移波長域の光をカットする場合も同様である。
【００７５】
上述した実施の形態では、帯域制限素子を色分離光学系と色合成光学系との間に配置していたが、光源と色分離光学系との間に配置することも可能である。その場合、帯域制限素子は特定の波長域の光だけをカットするようにＵ字型の分光特性を有するノッチフィルターであることが望ましい。
【００７６】
ところで、上述した実施の形態では、ダイクロイック膜をＸ字状に配置して成るクロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーを色合成光学系として用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、２つのダイクロイック膜を平行に配置して成る色合成光学系を用いたプロジェクタにも適用することが可能である。
【００７７】
また、上述した実施の形態では、透過型の光変調装置を用いたプロジェクタの例について説明したが、本発明は、他の光変調装置を用いたプロジェクタにも適用することが可能である。例えば、マイクロミラーによって画素が構成された反射型の光変調装置、光変調層に液晶を用いた反射型の光変調装置（反射型液晶ライトバルブ）、散乱性を制御することで画像表示を行う散乱型光変調装置などである。もちろん、使用する光変調装置の種類に応じて色分離光学系や色合成光学系の配置の仕方は変化するが、何れの構成に対しても、本発明を適用することが可能である。
【００７８】
さらに、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前方投写型プロジェクタ、および投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面投写型プロジェクタがあるが、実施の形態１〜実施の形態５の構成は、いずれのプロジェクタにも適用可能である。
【００７９】
さらにまた、前述した青色波長域，緑色波長域および赤色波長域の範囲は特に限定されず、たとえば、４００ｎｍ〜５００ｎｍを青色波長域とし、５００ｎｍ〜５６０ｎｍを緑色波長域とし、５６０ｎｍ〜６１０ｎｍを黄色・オレンジ色波長域とし、６１０ｎｍ〜７００ｎｍを赤色波長域としてもよい。すなわち、各色の波長域の範囲および不要な波長域の範囲は、任意に設定することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のプロジェクタによれば、非テレセントリックな投写レンズを使用しつつ入射角依存性を低減することができるため、色ムラを低減しつつ、投写レンズを小型化し、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる帯域制限素子の分光特性を示す図である。
【図４】図１に示したクロスダイクロイック素子の概略構成を示す平面図である。
【図５】実施の形態１にかかるダイクロイック膜に対する光の入射を説明する説明図である。
【図６】実施の形態１にかかるダイクロイック膜の分光特性の入射角依存性を示す図である。
【図７】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜に対する光の入射を説明する説明図である。
【図８】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜の分光特性を示す図である。
【図９】実施の形態１にかかる他のダイクロイック膜の拡散光に対する分光特性を示す図である。
【図１０】図１に示した投写レンズの概略構成を示す平面図である。
【図１１】実施の形態１にかかる帯域制限素子による波長域除去を説明する説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図１３】実施の形態２にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図１４】実施の形態２にかかる帯域制限素子３２の分光特性を示す図である。
【図１５】実施の形態２にかかる帯域制限素子１４’の分光特性を示す図である。
【図１６】実施の形態２にかかる帯域制限素子１４’による波長域除去を説明する説明図である。
【図１７】実施の形態２にかかる帯域制限素子３２による波長域除去を説明する説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図１９】実施の形態３にかかる色分離光学系による光の分離を示す図である。
【図２０】実施の形態３にかかる帯域制限素子の分光特性を示す図である。
【図２１】この発明の実施の形態４にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２２】この発明の実施の形態５にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２３】従来のプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２４】図２３に示した投写レンズの概略構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光源
１ａ 光源ランプ
１ｂ 凹面鏡
２，３ フライアイレンズ
４ インテグレータ
６ａ，６ｂ，３１ ダイクロイックミラー
７ａ，７ｂ，７ｃ 反射ミラー
８ａ，８ｂ リレーレンズ
９ａ，９ｂ，９ｃ 平行化レンズ
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ライトバルブ
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 集光レンズ（フィールドレンズ）
１２，４３ クロスダイクロイック素子
１２ａ，４２ ダイクロイック膜（非傾斜膜）
１２ｂ ダイクロイック膜（傾斜膜）
１３ 投写レンズ
１３ａ 瞳中心
１３ｂ 主光線
１３ｃ 軸外主光線
１４，１４’，３２，４１，５１，６１ 帯域制限素子
Claims (10)
- 光源と、
前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、
前記第１の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第１のダイクロイック膜と、前記第３の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第２のダイクロイック膜とをＸ字状に有し、前記第１〜第３の光変調装置によって変調された三つの波長域の光を合成するクロスダイクロイック素子と、
前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、
前記クロスダイクロイック素子が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、
を具備するプロジェクタであって、
前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中に配置され、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜であり、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜であることを特徴とするプロジェクタ。 - 光源と、
前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、
前記第１の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第１のダイクロイック膜と、前記第３の波長域の光を反射し前記第２の波長域の光を透過する第２のダイクロイック膜とをＸ字状に有し、前記第１〜第３の光変調装置によって変調された三つの波長域の光を合成するクロスダイクロイック素子と、
前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、
前記クロスダイクロイック素子が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、
を具備するプロジェクタであって、
前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第２の波長域の光の光路中に配置され、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜であり、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜であることを特徴とするプロジェクタ。 - 光源と、
前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、
前記第１〜第３の波長域の光を合成する第１および第２のダイクロイック膜と、
前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、
前記第１および第２のダイクロイック膜が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、
を具備するプロジェクタであって、
前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中に配置され、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜であり、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜であることを特徴とするプロジェクタ。 - 光源と、
前記光源から射出された光を第１〜第３の波長域の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も高波長域である第１の波長域の光を変調する第１の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、中間の波長域である第２の波長域光を変調する第２の光変調装置と、
前記色分離光学系によって分離された前記三つの波長域の光のうち、最も低波長域である第３の波長域の光を変調する第３の光変調装置と、
前記第１〜第３の波長域の光を合成する第１および第２のダイクロイック膜と、
前記第１または第２のダイクロイック膜に向かう光のうち、前記第１または第２のダイクロイック膜の分光特性が有する入射角依存性によってカットオフ波長が変化する波長域の光を除去する帯域制限素子と、
前記第１および第２のダイクロイック膜が合成した光を投写する非テレセントリックな投写レンズと、
を具備するプロジェクタであって、
前記帯域制限素子は、前記第１の波長域の光の光路中と、前記第２の波長域の光の光路中に配置され、前記第１のダイクロイック膜は非傾斜膜であり、前記第２のダイクロイック膜は傾斜膜であることを特徴とするプロジェクタ。 - 前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を反射する光反射フィルターであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。
- 前記帯域制限素子は、前記遷移波長域の光を吸収するする光吸収フィルターであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。
- 前記第１〜第３の光変調装置との入射側にそれぞれ平行化レンズが設けられ、前記帯域制限素子は、前記平行化レンズと一体に設けられたことを特徴とする請求項５または６に記載のプロジェクタ。
- 前記第１〜第３の光変調装置と前記第１および第２のダイクロイック膜との間にそれぞれ集光レンズが設けられ、前記帯域制限素子は、前記集光レンズと一体に設けられたことを特徴とする請求項５または６に記載のプロジェクタ。
- 前記帯域制限素子は、前記第１または第２のダイクロイック膜に光を導く折り返しミラーとして設けられ、前記遷移波長域の光を透過させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。
- 前記帯域制限素子は、傾斜膜を有することを特徴とする請求項９に記載のプロジェクタ。
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