JP4507162B2 - 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置 - Google Patents

色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4507162B2
JP4507162B2 JP2003343687A JP2003343687A JP4507162B2 JP 4507162 B2 JP4507162 B2 JP 4507162B2 JP 2003343687 A JP2003343687 A JP 2003343687A JP 2003343687 A JP2003343687 A JP 2003343687A JP 4507162 B2 JP4507162 B2 JP 4507162B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wavelength
light
light beam
color
polarization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003343687A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005107412A (ja
Inventor
力 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujinon Corp
Original Assignee
Fujinon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujinon Corp filed Critical Fujinon Corp
Priority to JP2003343687A priority Critical patent/JP4507162B2/ja
Priority to US10/954,185 priority patent/US7220002B2/en
Publication of JP2005107412A publication Critical patent/JP2005107412A/ja
Priority to US11/785,191 priority patent/US7438419B2/en
Priority to US12/209,182 priority patent/US7621642B2/en
Priority to US12/209,188 priority patent/US7503657B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4507162B2 publication Critical patent/JP4507162B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14—Details
    • G03B21/20—Lamp housings
    • G03B21/2073—Polarisers in the lamp house
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B33/00—Colour photography, other than mere exposure or projection of a colour film
    • G03B33/10—Simultaneous recording or projection
    • G03B33/12—Simultaneous recording or projection using beam-splitting or beam-combining systems, e.g. dichroic mirrors

Description

この発明は、偏光や波長特性に応じて光束を分解および／または合成するシステムに関するものであり、また前記システムを照明光学系および／または投写光学系に用いた、画像情報を表示するライトバルブによって光束を光変調し画像を拡大投写する投写型表示装置で、特に液晶表示素子などの反射型偏光ライトバルブを用いた投写型表示装置に好適なものである。
近年プロジェクタ市場はパソコンの普及とともに大きくのびてきている。映像を信号に変え光変調を行うライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示素子や微小ミラーが規則的に配列されたＤＭＤ素子などが知られている。なかでも反射型の画像表示素子は、高効率で微小な画素を作ることに適しており、高品位な映像を提供するライトバルブとして注目されている。
上記液晶表示素子等、偏光を使用した反射型ライトバルブを備えた投写型表示装置としても様々な開発が進められており、例えば、一般にカラークワッドとして知られている、４つの偏光ビームスプリッタを用いた照明光学系および投写光学系により、光源からの照明光束を波長に応じて色分解したうえで反射型偏光ライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を投写する装置が知られている。その構成例を図２６、図２７に示す。図２６、図２７において、３原色光に対応する各波長の照明光束の経路は模式的に示されており、光束線上に示された短い交差線と黒丸とは互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態（Ｓ偏光とＰ偏光）のいずれかであることを示す。以下の説明では、短い交差線を第１の偏光状態、黒丸を第２の偏光状態の光束とする。
すなわち、図示されない光源から出射された照明光束は、偏光方向が揃えられた状態でこのカラークワッド１５９に入射され、このカラークワッド１５９において３原色光に分解され、各色光用のライトバルブである反射型液晶パネル（以下、ＬＣＯＳと称する）１５３ａ〜１５３ｃにより光変調されて、これらの画像情報を担持した投映光束が合成された後カラークワッド１５９から出射され、投写光学系１６２ｄにより投写されて、スクリーン（不図示）上にフルカラー画像が結像される。なお、以下のカラークワッド１５９の説明では、第１〜第３色光成分とは、青色、緑色、赤色の３原色光を任意の順に対応させることができる。
カラークワッド１５９には、内部の偏光分離膜１７１、１５１ａ、１５１ｂ、１６１がＸ字型になるように４つの偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）が配列されている。第１のＰＢＳは照明光束分解手段１７０ａ、第２のＰＢＳは光路分離手段１５０ａ、第３のＰＢＳは光路分離手段１５０ｂ、第４のＰＢＳは投映光束合成手段１６０ａである。さらに、カラークワッド１５９は、第１〜第３色光成分に各々対応する第１〜第３ＬＣＯＳ１５３ａ〜１５３ｃ、第１〜第４特定波長偏光変換素子１４３ａ〜１４３ｄ、および第１〜第３偏光板１４２ａ〜１４２ｃ、１／４波長位相板１５２ａ〜１５２ｃを備えてなる。また、偏光板１４２ａは入射する照明光束の偏光方向を第１の偏光状態に揃え、偏光板１４２ｂは入射する第２の色光の偏光方向を第２の偏光状態に揃え、偏光板１４２ｃは投映光束の偏光方向を第２の偏光状態に揃えるために配され、投写画像のコントラスト向上を図る。また、特定波長偏光変換素子１４３ａ〜１４３ｄは、所定の色光を所定角度だけ回転させる素子である。特定波長偏光変換素子１４３ａ、１４３ｄは、第２の色光を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換し、特定波長偏光変換素子１４３ｂ、１４３ｃは、第１の色光を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換する。
これらの作用により、第１の色光は照明光束分解手段１７０ａ内部で反射され、光路分離手段１５０ｂを透過して第１の色光を光変調させるＬＣＯＳ１５３ａを照射し、第２の色光は照明光束分解手段１７０ａ、光路分離手段１５０ａを透過して第２の色光を光変調させるＬＣＯＳ１５３ｂを照射し、第３の色光は照明光束分解手段１７０ａ、光路分離手段１５０ｂの各々の内部で反射されて第３の色光を光変調させるＬＣＯＳ１５３ｃを照射する。そして、第１の色光は第１のＬＣＯＳ１５３ａで画像情報を担持した投映光束として反射され、第１の偏光状態の光束とされて光路分離手段１５０ｂ内部で反射され、投映光束合成手段１６０ａを透過し、第２の色光は第２のＬＣＯＳ１５３ｂで画像情報を担持した投映光束として反射され、第１の偏光状態の光束とされて光路分離手段１５０ａ、投映光束合成手段１６０ａの内部で反射され、第３の色光は第３のＬＣＯＳ１５３ｃで画像情報を担持した投映光束として反射され、第２の偏光状態の光束とされて光路分離手段１５０ｂ、投映光束合成手段１６０ａを透過して、３色光成分が合成されてカラークワッド１５９から出射される。
また、このように４つのＰＢＳを用いた構成の場合よりも、低コストかつ軽量で偏光特性を良好にし、投写型表示装置としてのコントラストを向上させ得る構成として、使用するＰＢＳの数を２としたものも提案されている。
図２７は、２つのＰＢＳを用いた照明光学系および投写光学系により、図２６のものと略同様に、光源からの照明光束を波長に応じて色分解したうえでＬＣＯＳ１５３ａ〜１５３ｃよりなる各ライトバルブを照明し、このライトバルブからの画像情報を担持した光束を、投写光学系１６２ｄを介し投写するものである。図２６の照明光束分解手段１７０ａに代えてダイクロイックミラーよりなる照明光束分解手段１７０ｂが配され照明光束を波長に応じて分解するとともに、投映光束合成手段１６０ａに代えてダイクロイックプリズムよりなる投映光束合成手段１６０ｂが配され波長に応じて透過または反射する各光束を合成する。また、特定波長偏光変換素子１４３ｅ、１４３ｆと偏光板１４２ｄ〜１４２ｇが図示のとおり適宜配設されている。
ところで、上記図２６記載のものでは照明光学系（光源からライトバルブまで）と投写光学系（ライトバルブから投映レンズまで）の両系に計４枚の波長選択性偏光変換素子１４３ａ〜１４３ｄが配置され、上記図２７記載のものでは照明光学系（同上）と投写光学系（同上）の両系に計２枚の波長選択性偏光変換素子１４３ｅ、１４３ｆが配置されている。しかしながら、この波長選択性偏光変換素子という素子は入射角度特性や波長特性が必ずしも良好でなく、その性能によっては投写画像のコントラスト低下や結像性能劣化の大きな要因となる。また、高価な波長選択性偏光変換素子を使用することは、コストアップになってしまう。
これらの課題に対し、使用するＰＢＳを２つとし、かつ波長選択性変換素子を配さずに光学系を構成した下記特許文献１に記載されたものが知られている。
特開２００１−１００１５５号公報
上記特許文献１には、反射型液晶ライトバルブを用いたプロジェクタ装置として、２つのＰＢＳを使用した低コストな光学系が開示されている。この光学系では光源からの光束を第１のダイクロイックミラーにより波長に応じて分解し、分解されたうちの所定波長の光束の偏光方向を偏光変換素子により90度回転させ、第２のダイクロイックミラーを用いて光源からの光束を分解合成した後、対応する反射型液晶ライトバルブに照射する構成となっている。
反射型液晶ライトバルブの前段の照明光学系をこのような構成とするのは、装置全体としてコンパクトに、かつ配置するＰＢＳの数を低減しつつも、２枚の反射型ライトバルブに近接しているＰＢＳに対し、波長選択性偏光変換素子を用いることなく偏光方向と波長が異なる２種の光束を入射させるためである。光束の分解合成を行う上記第２のダイクロイックミラーからは、上記ＰＢＳに向かうように同一方向に偏光方向と波長が異なる２種の光束が出射され、これらと異なる方向にその余の波長の光束が出射される。
しかしながら、上記特許文献１記載の照明光学系では、第２のダイクロイックミラーの前段という比較的光源に近い位置に偏光方向を変える偏光変換素子を配置させねばならず、偏光変換素子が大型化してしまうという問題がある。
また、この照明光学系では偏光方向を整える偏光素子についての記載がないが、コントラストの良い投写型表示装置とするためには、光路中に偏光方向を整える偏光素子を入れることが求められる。偏光方向が異なる光束が通る光路には偏光素子を入れることができないので、この光学系では上記第２のダイクロイックミラーよりも光源側に偏光素子を入れることになる。しかし、この位置では光源側に近いため、偏光素子の大型化や、偏光素子からライトバルブ直前のＰＢＳまでに配置されている光学素子による偏光特性の劣化が懸念される。偏光素子の配設位置としては、よりライトバルブに近く、ＰＢＳ入射側の近辺とすることが望ましい。
本発明は、光束の偏光方向や波長を考慮しつつ、例えば、反射型偏光ライトバルブを用いた投写型表示装置の照明光学系や投写光学系において、偏光変換素子を大型化しない位置に配置したり、配置する波長選択性偏光変換素子を極力低減したり、偏光素子を偏光ビームスプリッタ入射側の近辺に配設可能とするような、光学部材の配設位置の選択肢を増加させ、光学系の構成の自由度を高め得る色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムを提供することを目的とし、それを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置において、コンパクト化、低コスト化、高コントラスト化および良好な色再現性を達成可能とすることを目的とするものである。
本発明に係る第１の色分解システムまたは色合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる１つの波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる、１／２波長位相板からなる１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる偏光方向の光束として出射されるとともに、少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とするものである。
なお、上記「近接配置」とは、当接または重畳された状態を含むものである。以下の本発明に係る色分解合成システム、色分解システム、色合成システム、照明光学系、投写光学系および投写型表示装置においても同様である。
本発明に係る第１の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る第２の色分解システムまたは色合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる偏光方向の光束として出射されるとともに、少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とするものである。
本発明に係る第２の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
また、前記第１または前記第２の色分解合成システムに、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束が同一の偏光方向で入射されることが好ましい。
また、前記第１または前記第２の色分解合成システムにおいて、前記偏光変換素子のうちの同一の偏光変換素子を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうち所定の光束が、少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されていることが好ましい。
また、前記第１または前記第２の色分解合成システムにおいて、前記偏光変換素子のうちの同一の偏光変換素子を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの、入射光路の互いに異なる少なくとも所定の２つの光束が透過するように構成されていることが好ましい。
本発明に係る第３の色分解システムまたは色合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が異なる状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とするものである。
本発明に係る第３の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る第１の色合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解システムまたは色合成システムであって、
同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解または色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と同一の方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る第１の色分解システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
偏光方向が同一な前記第１および前記第２の波長帯域の光束と、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の前記第３の波長帯域の光束とが入射され、
少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で同一の方向から入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とするものである。
なお、上記「本発明に係る第１の色分解システム」は、この色分解システムの光出射側から光入射側へ光が進行するようにこのシステムを配置した場合には、「本発明に係る第１の色合成システム」として機能するものである。
前記第１の色分解システムまたは前記第１の色合成システムは、偏光方向が同一な前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束が入射（前記第１の色合成システムにおいては出射）されることが好ましい。
また、前記第３の色分解合成システムにおいて、偏光方向が同一な前記第１および前記第２の波長帯域の光束と、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の前記第３の波長帯域の光束とが、入射されることが好ましい。
また、前記第３の色分解合成システム、前記第１の色分解システムまたは前記第１の色合成システムにおいて、前記波長選択面を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの所定の光束が、少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されていることが好ましい。
また、前記第３の色分解合成システム、前記第１の色分解システムまたは前記第１の色合成システムにおいて、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの少なくとも１つの光束が、前記波長選択面に非入射状態となるように構成されていることが好ましい。
本発明に係る第４の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる１つの波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る第５の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る第６の色分解合成システムは、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束とは異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とするものである。
本発明に係る照明光学系は、光源からの光束を、上記いずれかの色分解合成システムまたは色分解システムを用いて色分解および色合成もしくは色分解し、複数の被照明領域に対して照明を行うことを特徴とするものである。
また、この照明光学系は、前記光源と前記色分解合成システムまたは前記色分解システムとの間に、該光源からの光束を偏光方向が同一になるよう整える偏光変換光学系が配置されていることが好ましい。
また、この照明光学系は、前記光源からの光束の光量均一化を図るインテグレートシステムが配置されていることが好ましい。
また、この照明光学系は、前記色分解合成システムまたは前記色分解システムに入射する光束、および前記色分解合成システムまたは色分解システムから射出する光束のうちの、少なくとも１つの光路に、所定の波長成分の光強度を低下させる光学素子を配置することが好ましい。
なお、上記「光強度を低下させる」とは、光強度を０とする場合も含むものである。
また、この照明光学系は、前記色分解合成システムまたは前記色分解システムから射出する光束が偏光ビームスプリッタを介し前記複数の被照明領域に対して照明を行う照明光学系であって、前記色分解合成システムまたは前記色分解システムと該偏光ビームスプリッタとの間に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされている光路が少なくとも１つ存在することが好ましい。
また、この照明光学系は、前記色分解合成システムまたは前記色分解システム以外に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされていることが好ましい。
本発明に係る投写光学系は、画像情報を表示する複数のライトバルブによって光変調された光束を、上記いずれかの色合成システムを用いて単一方向に出射される光束として色合成し、拡大投写を行うことを特徴とするものである。
また、この投写光学系は、前記色合成システムが、光学系の光軸に対し入射面および射出面が垂直であるプリズムとして構成されていることが好ましい。
本発明に係る投写型表示装置は、画像情報を表示するライトバルブを備え、このライトバルブによって光変調された光束を拡大投写する投写型表示装置において、前記色分解合成システム、前記色分解システム、前記色合成システム、前記照明光学系または前記投写光学系のうち少なくともいずれか１つを用いたことを特徴とするものである。
また、この投写型表示装置は、前記ライトバルブとして複数の反射型偏光ライトバルブを用いることが好ましい。
本発明による色分解システムおよび色分解合成システムによれば、光束の偏光状態や波長に応じて所定の特性を有する波長選択面、偏光変換素子および偏光分離面という諸要素を適宜用いて、これらをほぼ平行に近接配置し、少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されるように構成することにより、光学系の構成の自由度を高めることができる。
また、本発明による色分解システムおよび色分解合成システムによれば、光束の偏光状態や波長に応じて所定の特性を有する波長選択面、偏光変換素子および偏光分離面という諸要素を適宜用いて、これらをほぼ平行に近接配置し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することにより、例えば、投写型表示装置の照明光学系において、波長選択性偏光変換素子、偏光変換素子および偏光素子などの光学部材を低減したり、その配設位置の選択肢を増加させるというような、光学系の構成の自由度を高めることができる。
また、上記色分解システムの光出射側から光入射側へ光が進行するようにこの色分解システムを配置した本発明による色合成システムによっても、同様に例えば投写型表示装置の投写光学系において構成の自由度を高めることができる。
また、本発明による照明光学系、投写光学系および投写型表示装置によれば、本発明による色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムを備えることにより構成の自由度を高め、コンパクト化、低コスト化、高コントラスト化および良好な色再現性を達成可能とすることができる。
以下、本発明の実施形態に係る色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置について図面を用いて説明する。
＜色分解合成システム＞
まず、本発明の実施例１に係る色分解合成システムの構成を模式的に示す図１を用いて、本発明の色分解合成システムの第１の実施形態について説明する。なお、本発明の色分解合成システムおよび色分解システムは、例えば後述する本発明の実施例２０に係る投写型表示装置の概略構成図である図２０に示されるように、投写型表示装置の照明光学系の一構成要素として用いることができるものである。
本発明の色分解合成システムの第１の実施形態は、図１に色分解合成システム１ａとして示されるとおり、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面（図１においてダイクロイックミラー１０ａ）と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子（図１において１／２波長位相板１１ａ）とが、ほぼ平行に近接配置された構成とされている。なお、「近接配置」とは、当接または重畳された状態を含むものである。以下の本発明に係る色分解合成システム、色分解システム、色合成システム、照明光学系、投写光学系および投写型表示装置（以下、これらを総称して「システム等」と称することがある）においても同様である。製造性の点などを考慮して当接に限らず若干の空間を許容しているが、空間が大きすぎるとシステム等が大型化する虞がある。
第１の実施形態に係る色分解合成システムには、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される。図１および以下の図２〜図２５において、各波長帯域の光束の経路は模式的に示されており、光束線上に示された短い交差線と黒丸とは互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態（Ｓ偏光とＰ偏光）のいずれかであることを示す。以下の説明では、短い交差線を第１の偏光状態、黒丸を第２の偏光状態の光束とする。また、この色分解合成システム１ａおよび以下の本発明に係るシステム等において、第１〜第３の波長帯域の光束は、これらのシステム等をフルカラー画像に対応させて用いる場合には、３原色光とすることが好ましい。この場合には、第１〜第３の波長帯域の光束として、青色、緑色、赤色の３原色の光束を任意の順に対応させることができる。
また、第１の実施形態に係る色分解合成システムは、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されている。
図１においては、紙面右側より第１および第２の波長帯域の光束が入射され、紙面下側より第３の波長帯域の光束が入射される。色分解合成システム１ａは、第１および第２の波長帯域の光束を色分解するとともに第１および第３の波長帯域の光束を色合成し、この第１および第３の波長帯域の光束を紙面左側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面上側に出射する。すなわち、ダイクロイックミラー１０ａは第１の波長帯域の光束を透過し第２および第３の波長帯域の光束を反射するように設定されている。
また、この色分解合成システム１ａに入射する第１〜第３の波長帯域の光束は、いずれも第１の偏光状態とされている。色分解合成システム１ａから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は、１／２波長位相板１１ａを１度透過し第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、１／２波長位相板１１ａを透過することなく第１の偏光状態のままで出射される。第３の波長帯域の光束は、１／２波長位相板１１ａを往、復各々１回ずつ透過し第１の偏光状態で出射される。なお、本発明において偏光変換素子は、この素子に所定の入射角で入射した光束が透過した場合に所定の光路長になるように設定されているものとし、例えば図１のものでは、１／２波長位相板１１ａは、45度の入射角で入射した光束が透過する場合に１／２波長の位相差を生ぜしめるものである。
図２〜図４は、本発明の実施例２〜４として、この第１の実施形態に係る色分解合成システム１ｂ〜１ｄの概略構成を示している。実施例２〜４の構成は図示のとおりであるので、詳細な説明は省略する。色分解合成システム１ｂ〜１ｄは、色分解合成システム１ａとは、ダイクロイックミラー１０ｂ〜１０ｄの透過および反射に関する特性設定、ダイクロイックミラー１０ｂ〜１０ｄと１／２波長位相板１１ｂ〜１１ｄとの配設順ならびに第１〜第３の波長帯域の光束の出射方向のうち少なくとも１つの点で異なっているが、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成されている点で、略同様の作用を奏する。
第１の実施形態に係る色分解合成システムは、波長選択面と偏光変換素子という最少で２つという少ない構成要素で構成することができ、同一の偏光方向の第１、第２および第３の波長帯域の光束を入射させることができる。
また、第１の実施形態に係る実施例１〜４の色分解合成システム１ａ〜１ｄのうち、実施例１、３、４のものは、同一の１／２波長位相板１１ａ、１１ｃ、１１ｄを、所定の光束が少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されている。また、第１の実施形態に係る実施例１〜４の色分解合成システム１ａ〜１ｄのうち、実施例１〜３のものは、例えば実施例１の第１の波長帯域の光束と第３の波長帯域の光束とのように、同一の１／２波長位相板１１ａ〜１１ｃを、入射光路の互いに異なる少なくとも所定の２つの光束が透過するように構成されている。このような構成は、このシステムが照明光学系や投写型表示装置の構成要素となったときに、部材数の低減や部材配置設計の自由度向上という効果を導き得るものである。
本発明の色分解合成システムの第２の実施形態は、図５に本発明の実施例５に係る色分解合成システム２ａとして示されるとおり、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面（図５においてダイクロイックミラー１０ｅ）と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子（図５において１／２波長位相板１１ｅ）と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面（図５において反射型偏光板１２ａ）とが、ほぼ平行に近接配置された構成とされている。
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態に係る色分解合成システムにも、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される。また、第２の実施形態に係る色分解合成システムも、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されている。
図５においては、紙面右側より第１および第２の波長帯域の光束が入射され、紙面下側より第３の波長帯域の光束が入射される。色分解合成システム２ａは、第１および第２の波長帯域の光束を色分解するとともに第１および第３の波長帯域の光束を色合成し、この第１および第３の波長帯域の光束を紙面左側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面上側に出射する。すなわち、ダイクロイックミラー１０ｅは第１および第３の波長帯域の光束を透過し第２の波長帯域の光束を反射するように設定されている。
また、この色分解合成システム２ａに入射する第１〜第３の波長帯域の光束は、いずれも第２の偏光状態とされている。色分解合成システム２ａから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ａを透過し１／２波長位相板１１ｅを１度透過し第１の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ａを透過し１／２波長位相板１１ｅを往、復各々１回ずつ透過し、第２の偏光状態で反射型偏光板１２ａに入射されて透過された第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は、１／２波長位相板１１ｅを透過し第１の偏光状態に変換されたのち反射型偏光板１２ａに入射されて反射され、再び１／２波長位相板１１ｅを透過し第２の偏光状態で出射される。すなわち、反射型偏光板１２ａは第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過するように設定されている。
図６〜図１３は、本発明の実施例６〜１３として、この第２の実施形態に係る色分解合成システム２ｂ〜２ｉの概略構成を示している。実施例６〜１３の構成は図示のとおりであるので、詳細な説明は省略する。色分解合成システム２ｂ〜２ｉは、色分解合成システム２ａとは、ダイクロイックミラー１０ｆ〜１０ｍの透過および反射に関する特性設定、ダイクロイックミラー１０ｆ〜１０ｍと１／２波長位相板１１ｆ〜１１ｍと反射型偏光板１２ｂ〜１２ｉとの配設順、第１〜第３の波長帯域の光束の出射方向ならびに第１〜第３の波長帯域の光束の入射時の偏光状態のうち少なくとも１つの点で異なっているが、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成されている点で、略同様の作用を奏する。
また、第２の実施形態に係る実施例５〜１３の色分解合成システム２ａ〜２ｉのうち、実施例５〜１０、１２、１３は、同一の１／２波長位相板１１ｅ〜１１ｊ、１１ｌ、１１ｍを、所定の光束が少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されている。また、上記実施例５〜１３の色分解合成システム２ａ〜２ｉのうち、実施例５、９、１０、１２は、同一の１／２波長位相板１１ｅ、１１ｉ、１１ｊ、１１ｌを、入射光路の互いに異なる少なくとも所定の２つの光束が透過するように構成されている。このような構成は、このシステムが照明光学系、投映光学系または投写型表示装置の構成要素となったときに、部材数の低減や部材配置設計の自由度向上という効果を導き得るものである。
また、図１４は、本発明の実施例１４として、この第２の実施形態に係る色分解合成システム２ｊの概略構成を示すものである。本発明において偏光変換素子は、実施例１〜１３に用いられたような１枚の１／２波長位相板に限られない。実施例１４は偏光変換素子として２枚の１／４波長位相板１３ａ、１３ｂを用いた構成とされている。
図１４において、紙面右側より第１および第２の波長帯域の光束が入射され、紙面下側より第３の波長帯域の光束が入射され、第１および第３の波長帯域の光束を紙面左側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面上側に出射する。ダイクロイックミラー１０ｎは第１の波長帯域の光束を透過し第２の波長帯域の光束を反射するように設定されている。
また、この色分解合成システム２ｊに入射する第１〜第３の波長帯域の光束はいずれも第１の偏光状態とされている。色分解合成システム２ｊから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は、１／４波長位相板１３ａ、１３ｂ、反射型偏光板１２ｊをこの順で透過して第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、１／４波長位相板１３ａを往、復各々１回ずつ透過して第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ｊで反射されて第１の偏光状態で、出射される。実施例５〜１３と異なり、この色分解合成システム２ｊは、第２の波長帯域の光束の偏光状態を入射時と異なる状態に変換して出射する。反射型偏光板１２ｊは、実施例５〜１３と同様に、第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過するように設定されている。
複数の偏光変換素子を用いた実施例１４の色分解合成システム２ｊも、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成されている点で、実施例５〜１３のシステムと略同様の作用を奏する。
また、複数の偏光変換素子を用いた場合のより望ましい構成としては、どの光束も波長位相板を通る回数がなるべく等しい回数とされることが好ましい。
なお、第２の実施形態に係る色分解合成システムには、偏光分離面として反射型偏光板が配されている。このような偏光分離面は透過光および反射光の偏光方向を整える機能も果たすことになるので、このシステムを光学系または装置の一部として配した場合には、別置されていた偏光板の働きを兼務させることができる場合があり、構成の簡易化にも寄与し得る。
第２の実施形態に係る色分解合成システムは、同一の偏光方向の第１、第２および第３の波長帯域の光束を入射させることができ、互いに異なる方向から第１および第２の波長帯域の光束と第３の波長帯域の光束とを入射させることができる。
本発明の色分解合成システムの第３の実施形態は、図１５に本発明の実施例１５に係る色分解合成システム３ａとして示されるとおり、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面（図１５においてダイクロイックミラー１０ｏ）と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面（図１５において反射型偏光板１２ａ）とが、ほぼ平行に近接配置された構成とされている。
第１の実施形態と同様に、第３の実施形態に係る色分解合成システムにも、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される。また、第３の実施形態に係る色分解合成システムも、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されている。
図１５においては、紙面右側より第１および第２の波長帯域の光束が入射され、紙面下側より第３の波長帯域の光束が入射される。色分解合成システム３ａは、第１および第２の波長帯域の光束を色分解するとともに第１および第３の波長帯域の光束を色合成し、この第１および第３の波長帯域の光束を紙面左側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面上側に出射する。すなわち、ダイクロイックミラー１０ｏは第１および第３の波長帯域の光束を透過し第２の波長帯域の光束を反射するように設定されている。また、この色分解合成システム３ａでは、同一のダイクロイックミラー１０ｏを、第３の波長帯域の光束が少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されている。
また、この色分解合成システム３ａに入射する第１および第２の波長帯域の光束は第２の偏光状態とされ、第３の波長帯域の光束は第１の偏光状態とされている。そして、色分解合成システム３ａから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は反射型偏光板１２ｋを透過し第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は反射型偏光板１２ｋを往、復各々１回ずつ透過し第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は反射型偏光板１２ｋで反射されて第１の偏光状態で出射される。すなわち、反射型偏光板１２ｋは第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過するように設定されている。
図１６は、本発明の実施例１６として、この第３の実施形態に係る色分解合成システム３ｂの概略構成を示している。実施例１６の構成は図示のとおりであるので、詳細な説明は省略する。色分解合成システム３ｂは、色分解合成システム３ａとはダイクロイックミラー１０ｐと反射型偏光板１２ｌとの配設順が異なり、ダイクロイックミラー１０ｐについても第１の波長帯域の光束を透過し第２の波長帯域の光束を反射するように設定されていればよいが、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成されている点で、略同様の作用を奏する。
また、この実施例１６では、反射型偏光板１２ｌで反射される第２の波長帯域の光束がダイクロイックミラー１０ｐに非入射状態となるように構成されている。
第３の実施形態に係る色分解合成システムは、波長選択面と偏光分離面という最少で２つという少ない構成要素で構成することができ、互いに異なる方向から第１および第２の波長帯域の光束と第３の波長帯域の光束とを入射させることができる。
第３の実施形態に係る色分解合成システムにも第２の実施形態のものと同様に、偏光分離面として反射型偏光板が配されているので、このシステムを光学系または装置の一部として配した場合には、別置されていた偏光板の働きを兼務させることができる場合があり、構成の簡易化にも寄与し得る。
なお、以上に説明した本発明の色分解合成システムは、レンズ等の一般の光学素子と同様に光を逆進させて用いることも可能である。すなわち、上述した色分解合成システムの光出射側から光入射側へ光が進行するようにこのシステムを配置することができ、この場合、この色分解合成システムは、互いに異なる第１および第３の波長帯域の光束が同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射され、該第１の波長帯域の光束と、この光束と互いに異なる方向から入射された、前記第１および前記第３の波長帯域と互いに異なる第２の波長帯域の光束とが、同一方向に出射される、という作用を奏する構成となる。
また、この場合、第１および第２の実施形態に係る色分解合成システムから出射される第１、第２および第３の波長帯域の光束は同一の偏光方向で出射されることが好ましい。第３の実施形態に係る色分解合成システムから出射される光束は、偏光方向が同一な第１および第２の波長帯域の光束、ならびに、第１および第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の第３の波長帯域の光束とされていることが好ましい。
＜色分解システムおよび色合成システム＞
つぎに、本発明の実施例１７に係る色分解システムの構成を模式的に示す図１７を用いて、本発明の色分解システムの第１の実施形態について説明する。
本発明の色分解システムの第１の実施形態は、図１７に色分解システム４ａとして示されるとおり、入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面（図１７においてダイクロイックミラー１０ｑ）と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面（図１７において反射型偏光板１２ｍ）とが、ほぼ平行に近接配置された構成とされている。
第１の実施形態に係る色分解システムには、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が同一の方向から入射され、この色分解システムはこれらの光束を色分解し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されている。
図１７においては、紙面右側より第１〜第３の波長帯域の光束が入射される。色分解システム４ａは、第１および第３の波長帯域の光束と第２の波長帯域の光束とを色分解し、この第１および第３の波長帯域の光束を紙面上側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面左側に出射する。すなわち、ダイクロイックミラー１０ｑは第１の波長帯域の光束を反射し第２の波長帯域の光束を透過するように設定されている。
また、この色分解システム４ａに入射する第１および第２の波長帯域の光束は第２の偏光状態とされ、第３の波長帯域の光束は第１の偏光状態とされている。そして、色分解システム４ａから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ｍを往、復各々１回ずつ透過し第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ｍを１度透過し第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ｍで反射されて第１の偏光状態で出射される。すなわち、反射型偏光板１２ｍは第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過するように設定されている。
また、この実施例１７では、反射型偏光板１２ｍで反射される第３の波長帯域の光束がダイクロイックミラー１０ｑに非入射状態となるように構成されている。
図１８は、本発明の実施例１８として、この第１の実施形態に係る色分解システム４ｂの概略構成を示している。実施例１８の構成は図示のとおりであるので、詳細な説明は省略する。色分解システム４ｂは、色分解システム４ａとはダイクロイックミラー１０ｒと反射型偏光板１２ｎとの配設順が異なり、ダイクロイックミラー１０ｒについても第１の波長帯域の光束を反射し第２および第３の波長帯域の光束を透過するように設定されているが、同一の方向から入射された第１、第２および第３の波長帯域の光束を色分解し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成されている点で、略同様の作用を奏する。
また、この色分解システム４ｂでは、同一のダイクロイックミラー１０ｒを、第３の波長帯域の光束が少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されている。
第１の実施形態に係る色分解システムは、波長選択面と偏光分離面という最少で２つという少ない構成要素で構成することができ、同一の方向から第１、第２および第３の波長帯域の光束を入射させることができる。
色分解システムの比較形態は、図１９に比較例に係る色分解システム５ａとして示されるとおり、入射光束を波長に応じて反射または透過させる少なくとも２つの波長選択面（図１９においてダイクロイックミラー１０ｓ、１０ｔ）と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも２つの偏光変換素子（図１９において１／４波長位相板１３ｃ、１３ｄ）とが、ほぼ平行に近接配置された構成とされている。
比較形態に係る色分解システムには、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が同一の方向から入射され、この色分解システムはこれらの光束を色分解し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されている。
図１９においては、紙面右側より第１〜第３の波長帯域の光束が入射される。色分解システム５ａは、第１および第３の波長帯域の光束と第２の波長帯域の光束とを色分解し、この第１および第３の波長帯域の光束を紙面上側に出射し、第２の波長帯域の光束を紙面左側に出射する。すなわち、ダイクロイックミラー１０ｓは第１および第２の波長帯域の光束を透過し第３の波長帯域の光束を反射するように設定され、ダイクロイックミラー１０ｔは第２の波長帯域の光束を透過し第１の波長帯域の光束を反射するように設定されている。
また、この色分解システム５ａに入射する第１、第２および第３の波長帯域の光束は第１の偏光状態とされている。そして、色分解システム５ａから出射される光束については、第１の波長帯域の光束は、１／４波長位相板１３ｃを往、復各々１回ずつ透過して第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、１／４波長位相板１３ｃ、１３ｄを、１回ずつ透過し第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は、第１の偏光状態のままで出射される。
比較形態に係る色分解システムには、同一の方向から同一の偏光方向で第１、第２および第３の波長帯域の光束を入射させることができる。
なお、以上に説明した本発明の色分解システムは、レンズ等の一般の光学素子と同様に光を逆進させて用いることも可能である。すなわち、上述した色分解システムの光出射側から光入射側へ光が進行するようにこのシステムを配置することができ、この場合、この色分解システムは、「色合成システム」として機能することとなり、互いに異なる第１および第３の波長帯域の光束が同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射され、該第１および該第３の波長帯域の光束と、これらの光束と互いに異なる方向から入射された、前記第１および前記第３の波長帯域と互いに異なる第２の波長帯域の光束とが、同一方向に出射される、という作用を奏する構成となる。
また、この場合、第１の実施形態に係る色合成システムから出射される光束は、偏光方向が同一な第１および第２の波長帯域の光束、ならびに、第１および第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の第３の波長帯域の光束とされていることが好ましい。第２の実施形態に係る色合成システムから出射される光束は、同一の偏光方向で出射されることが好ましい。
＜照明光学系および投写型表示装置＞
つぎに、本発明の実施例２０〜２２の概略構成を示す図２０〜図２２を用いて、本発明に係る照明光学系およびそれを用いた投写型表示装置の第１の実施形態について説明する。これらの投写型表示装置は、第１〜第３の波長帯域の光束に対応する画像情報を表示する反射型偏光ライトバルブである反射型液晶パネル（以下、ＬＣＯＳと称する）５３ａ〜５３ｃと、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃを照明する照明光学系と、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃにより光変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備え、照明光学系の一構成要素として、実施例２０は上述した実施例１に係る色分解合成システム１ａを、実施例２１は上述した実施例７に係る色分解合成システム２ｃを、実施例２２は上述した実施例１５に係る色分解合成システム３ａを、用いたものである。
なお、図２０〜図２２および後述する図２３〜図２５において、相対的に同様の位置で同様の作用を有するものには同様の符号を付し、異なる位置で同様の作用を有するものには数字部分が同様となる符号を付している。
照明光学系は、光源３０、リフレクタ３１ａ、３１ｂ、インテグレートシステム３２ａ、３２ｂ、コリメータレンズ３３（実施例２０）、偏光変換光学系３５ａ、３５ｂ、照明光束色分離手段４０ａ、４０ｂ、重畳レンズまたはリレーレンズとして作用するレンズ４１ａ〜４１ｊ、偏光板４２ａ〜４２ｃ、１／２波長位相板４４ａ（実施例２２）、全反射ミラー３４ａ〜３４ｉ、および本発明に係る色分解合成システム１ａ、２ｃ、３ａを適宜備えるとともに、各ＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃの直前に配された偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）よりなる光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含むものとする。
また、投写光学系は上記光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含み、さらに、偏光板４２ｄ〜４２ｆ、特定波長偏光変換素子４３ａ、投映光束合成手段６０ａ、６０ｂ、投映レンズ６２ａ〜６２ｄを適宜備えている。
光源３０は、超高圧水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源を用いることができる。
リフレクタ３１ａ、３１ｂは、光源３０からの光を反射して前方に出射するもので、このようなリフレクタとしては楕円面鏡、放物面鏡等の凹面鏡を用いることができる。楕円面鏡よりなるリフレクタ３１ａ、放物面鏡よりなるリフレクタ３１ｂとして示している。
インテグレートシステム３２ａ、３２ｂは、光源からの光束が効率よくＬＣＯＳの有効開口に照射されるように、光軸に直行する面内における光量分布の均一化を図るもので、このようなインテグレートシステムとしてはロッドインテグレータやフライアイレンズを用いることができる。また、ロッドインテグレータとしても、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータや、偏光変換も備えた偏光リカバリパイプなど、様々なタイプのものを用いることができる。ロッドインテグレータよりなるインテグレートシステム３２ａ、フライアイレンズよりなるインテグレートシステム３２ｂとして示している。
偏光変換光学系３５ａ、３５ｂは、光源３０から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換するものであり、その構成は図示のものに限られない。実施例２０〜２２の、偏光ビームスプリッタアレイとストライプ状に配設された１／２波長位相膜よりなる構成は、照明光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、一方の偏光の偏光方向を変換して両者を偏光方向が揃った平行光束として出力するもので、光量利用効率を向上させることができる。第１の偏光状態の照明光束を出射する偏光変換光学系３５ａ、第２の偏光状態の照明光束を出射する偏光変換光学系３５ｂとして示している。
照明光束色分離手段４０ａ、４０ｂは、後段の色分解合成システム１ａ、２ｃ、３ａに対し所定の波長帯域の光束が所定の方向から入射されるように照明光束の色分解を行うもので、色分解合成システム１ａ、２ｃ、３ａの構成に対応させて所定の光束を反射させ、所定の光束を透過させるように構成する。このような照明光束色分離手段としてはダイクロイックミラーに限られず、プリズムとされていてもよい。第１および第２の波長帯域の光束を透過し第３の波長帯域の光束を反射する照明光束色分離手段４０ａ、第１および第２の波長帯域の光束を反射し第３の波長帯域の光束を透過する照明光束色分離手段４０ｂとして示している。
偏光板４２ａ〜４２ｆは、各配設位置で光束の偏光方向を整えるもので、特に特定波長偏光変換素子やダイクロイックミラーの後段やＰＢＳの前後に配された偏光板が偏光方向のズレを調整することにより、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。第１の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ａ〜４２ｃ、４２ｅ、４２ｆ、第２の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ｄとして示している。
１／２波長位相板４４ａは、実施例２２の第３の波長帯域の光束を第２の偏光状態から第１の偏光状態へと変換する。色分離合成システム３ａに入射する第３の波長帯域の光束の偏光状態を調整するものである。本発明に係る照明光学系または投写型表示装置においては、実施例２２のように、色分離合成システム３ａに入射する第１〜第３の波長帯域の光束のいずれかの光束の偏光状態が異なるように構成する場合にも、光源３０からの光束は全体として偏光変換光学系を介して偏光状態を整えた後に所望の光束を分離しての偏光状態を変換することが好ましい。実施例２２ではそのためにレンズ４１ｇ〜４１ｉからなるリレー光学系を設け、第２の波長帯域の光束の偏光状態を調整している。
コリメータレンズ３３、およびレンズ４１ａ〜４１ｊは、模式的に示されたものであって、レンズ枚数等の構成は適宜変更可能である。
光路分離手段５０ａはＰＢＳよりなり、第２の波長帯域の照明光束がＬＣＯＳ５３ｂで反射されるとともに１／４波長位相板５２ｂを往、復各々１回ずつ通過することにより偏光方向が90度変換された投映光束となることを利用し、内部の偏光分離膜５１ａで照明光束と投映光束の一方を透過、他方を反射させて光路を分離する。本発明に係る実施例２０〜２５では、偏光分離膜５１ａは第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過する。すなわち、実施例２０および実施例２１では照明光束を反射し投映光束を透過し、実施例２２では照明光束を透過し投映光束を反射する。なお、一般にＰＢＳの偏光分離膜は、Ｐ偏光よりもＳ偏光に対する反射効率が良好であるので、装置構成としてはＰＢＳで反射させる光束がＳ偏光となるように構成することが好ましい。
また、光路分離手段５０ｂはＰＢＳよりなり、光路分離手段５０ａと略同様に、内部の偏光分離膜５１ｂでの反射および透過作用により照明光束と投映光束の光路を分離するものであるが、この光路分離手段５０ｂには偏光方向が異なる第１および第３の波長帯域の照明光束が同一方向から入射され、その偏光方向に応じて透過または反射されて各々対応するＬＣＯＳ５３ａまたは５３ｃを照射することになる。各ＬＣＯＳ５３ａまたは５３ｃで反射された投映光束は、再び光路分離手段５０ｂに入射してその偏光方向に応じて反射または透過されて、同一方向に出射される。本発明に係る実施例２０〜２５では、偏光分離膜５１ｂは第１の偏光状態の光束を反射し第２の偏光状態の光束を透過する。すなわち、実施例２０〜実施例２２において第１の波長帯域の照明光束と第３の波長帯域の投映光束を透過し、第１の波長帯域の投映光束と第３の波長帯域の照明光束を反射する。
特定波長偏光変換素子４３ａは、所定の波長帯域の光束を所定角度だけ回転させる素子である。実施例２０〜実施例２２の特定波長偏光変換素子４３ａは、第３の波長帯域の光束を第２の偏光状態から第１の偏光状態に変換する。
投映光束合成手段６０ａ、６０ｂは、互いに異なる２方向から入射した第１および第３の波長帯域の光束と第２の波長帯域の光束とを合成し、同一方向に出射する。ＰＢＳよりなる投映光束合成手段６０ａ、ダイクロイックプリズムよりなる投映光束合成手段６０ｂとして示している。すなわち、実施例２０および実施例２１ではＰＢＳよりなる投映光束合成手段６０ａにおいて、第１の偏光状態で入射した第１および第３の波長帯域の光束が反射され、第２の偏光状態で入射した第２の波長帯域の光束が透過されて合成される。また、実施例２２ではダイクロイックプリズムよりなる投映光束合成手段６０ｂにおいて、第１および第３の波長帯域の光束が反射され、第２の波長帯域の光束が透過されて合成される。
投映レンズ６２ａ〜６２ｄは、ＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃで反射された画像情報を担持した投映光束を、図示されないスクリーン上にフルカラー画像として拡大投写する。レンズ系全体が投映光束合成手段の後段に配されている投映レンズ６２ｄ、レンズ系が分割されて投映光束合成手段の前後に配されている投映レンズ６２ａ〜６２ｃとして示している。投映レンズ６２ａと投映レンズ６２ｃ、または投映レンズ６２ｂと投映レンズ６２ｃが、それぞれ投映レンズ系を構成している。
実施例２０〜２２の照明光学系によれば、上記特許文献１（特開２００１−１００１５５号公報）記載の照明光学系と同様に、照明光学系において波長選択性偏光変換素子を配することなく、２枚のＬＣＯＳ５３ａ、５３ｃに近接しているＰＢＳ５０ｂに対し、偏光方向と波長が異なる２種の光束を入射させることができる。入射角度特性や波長特性が必ずしも良好とはいえない波長選択性偏光変換素子が不要となるので、低コスト化だけでなく、コントラスト低下や結像性能劣化を防止することができる。
また、実施例２０〜２２の照明光学系との比較のため、上記特許文献１記載の照明光学系と大略同様の照明光学系を備えた投写型表示装置を、従来例３として図２８に示す。図２８において、図２０〜図２２に示した装置と相対的に同様の位置で同様の作用を有するものには数字下二桁とアルファベットが同様の符号を付し、異なる位置で同様の作用を有するものには数字下二桁が同様となる符号を付している。図２８について、図２０〜図２２に示した装置と相対的に同様の位置で同様の作用を有するものについては説明を省略する。
この従来例３では、本発明の色分解合成システム１ａ、２ｃ、３ａに代わるものとして配されている照明光束分解合成手段２７０は、ダイクロイックミラーよりなり、第１の波長帯域の光束を反射し、第２および第３の波長帯域の光束を透過するように設定されている。それにより、互いに異なる方向から入射された第１および第２の波長帯域の光束ならびに第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するものである。
また、１／２波長位相板２４４ｃは、第３の波長帯域の光束を第１の偏光状態から第２の偏光状態へと変換し、照明光束分解合成手段２７０に入射する第３の波長帯域の光束の偏光状態を調整する。１／２波長位相板２４４ｃの後段に配された偏光板２４２ｌは、第２の偏光状態とされた第３の波長帯域の光束の偏光方向を整える。上記特許文献１には偏光素子についての記載がないが、コントラストの良い投写型表示装置とするためには、少なくともこの従来例３に記載した程度の偏光素子（偏光板２４２ｂ〜２４２ｅ、２４２ｌ）を配置することが必要となる。
また、光路分離手段２５０ｂはＰＢＳよりなり、光路分離手段５０ｂと略同様に、内部の偏光分離膜２５１ｂでの反射および透過作用により照明光束と投映光束の光路を分離するものであるが、偏光分離膜２５１ｂは第１の波長帯域の照明光束と第３の波長帯域の投映光束を反射し、第１の波長帯域の投映光束と第３の波長帯域の照明光束を透過する。
実施例２０〜２２（図２０〜図２２）の照明光学系と、従来例３（図２８）の照明光学系とを比較すると、本発明の色分解合成システム１ａ、２ｃ、３ａを用いることによりこれらの照明光学系において、偏光変換素子を大型化しない位置に配置したり、配置する波長選択性偏光変換素子を極力低減したり、偏光素子を偏光ビームスプリッタ入射側の近辺に配設可能とするような、光学系の構成が可能となっていることが明らかである。
実施例２０の照明光学系では、本発明の色分解合成システム１ａを用いているので、偏光方向が同一な第１、第２の波長帯域の光束と、第１および第２の波長帯域の光束と偏光方向が同一な第３の波長帯域の光束とが互いに異なる方向から入射され、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することができる。従って、従来例３の１／２波長位相板２４４Ｃのような照明光束色分離手段２４０ａの後段で第３の波長帯域の光束の偏光状態を変換する偏光変換素子を、配する必要がない。
独立に配置される部材数の低減によりアライメント調整工程を簡略化できるだけでなく、光源２３０に近い位置に配すると光束径が大きいために１／２波長位相板２４４Ｃが大型になるという問題に対しても、色分解合成システム１ａ中に含まれる１／２波長位相板１１ａは、より光源３０から離して配されていることになり、小型化、低コスト化が可能となる。実施例１の色分解合成システム１ａだけでなく、本発明の第１の実施形態に係る他の色分解合成システムを用いた投写型表示装置においても略同様とすることができる。
また、この照明光学系では、色分解合成システム１ａとＰＢＳ５０ｂとの間は、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされた光路となっている。
実施例２１の照明光学系では、本発明の色分解合成システム２ｃを用いているので、偏光方向が同一な第１、第２の波長帯域の光束と、第１および第２の波長帯域の光束と偏光方向が同一な第３の波長帯域の光束とが互いに異なる方向から入射され、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することができる。従って、実施例２０のものと同様に、従来例３の１／２波長位相板２４４Ｃのような偏光変換素子を、配する必要がない。
さらに、この照明光学系では、本発明の色分解合成システム２ｃを用いているので、従来例３の偏光板２４２ｂ、２４２ｌ、２４２ｃのような偏光方向を整えるための素子を、配する必要がない。この照明光学系では、偏光分離面として色分解合成システム２ｃ中に偏光板１２ｃが配され、この偏光板１２ｃが従来例３の３枚の偏光板２４２ｂ、２４２ｌ、２４２ｃの役割を果たしている。
すなわち、色分解合成システム２ｃでは１枚の偏光板１２ｃが、第１の波長帯域の光束に関しては、ダイクロイックミラーよりなる照明光束分解手段４０ｂを経て１／２波長位相板１１ｇで第２の偏光状態に変換されたこの光束の偏光方向を整え、第２の波長帯域の光束に関しては、照明光束分解手段４０ｂを経たこの光束の偏光方向を整えるとともにダイクロイックミラー１０ｇを経たこの光束の偏光方向を整え、第３の波長帯域の光束に関しては、照明光束分解手段４０ｂ、ダイクロイックミラー１０ｇを経たこの光束の偏光方向を整えるように構成されている。このようにしてこの照明光学系では、色分解合成システム２ｃとＰＢＳ５０ａとの間および色分解合成システム２ｃとＰＢＳ５０ｂとの間は、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされた光路となっている。この照明光学系は、色分解合成システム２ｃ以外に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされている。
部材数の低減により低コスト化、アライメント調整工程の簡略化を図るだけでなく、偏光板２４２ｂ、２４２ｌよりも、色分解合成システム２ｃ中に含まれる偏光板１２ｃはより光源３０から離して配されていることになり、小型化、低コスト化が可能となる。さらに、偏光板１２ｃは、偏光板２４２ｂ、２４２ｌよりも、よりライトバルブに近く配されていることになり、偏光特性の劣化を少なくしコントラストを向上させることができる。実施例５の色分解合成システム２ｃだけでなく、本発明の第２の実施形態に係る他の色分解合成システムを用いた投写型表示装置においても略同様とすることができる。
実施例２２の照明光学系では、本発明の色分解合成システム３ａを用いているので、偏光方向が同一な第１および第２の波長帯域の光束と、第１および第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の第３の波長帯域の光束とが互いに異なる方向から入射され、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することができる。従って、実施例２１のものと同様に、従来例３の偏光板２４２ｂ、２４２ｌ、２４２ｃのような偏光方向を整えるための素子を、配する必要がない。この照明光学系では、偏光分離面として色分解合成システム３ａ中に含まれる偏光板１２Ｋが配され、この偏光板１２Ｋが従来例３の３枚の偏光板２４２ｂ、２４２ｌ、２４２ｃの役割を果たしている。
すなわち、色分解合成システム３ａでは１枚の偏光板１２Ｋが、第１の波長帯域の光束に関しては、ダイクロイックミラーよりなる照明光束分解手段４０ａを経たこの光束の偏光方向を整え、第２の波長帯域の光束に関しては、照明光束分解手段４０ａを経たこの光束の偏光方向を整えるとともにダイクロイックミラー１０ｏを経たこの光束の偏光方向を整え、第３の波長帯域の光束に関しては、照明光束分解手段４０ａ、ダイクロイックミラー１０ｏを経たこの光束の偏光方向を整えるように構成されている。このようにしてこの照明光学系では、色分解合成システム３ａとＰＢＳ５０ａとの間および色分解合成システム２ｃとＰＢＳ５０ｂとの間は、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされた光路となっている。この照明光学系は、色分解合成システム３ａ以外に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされている。
部材数の低減により低コスト化、アライメント調整工程の簡略化を図るだけでなく、偏光板２４２ｂ、２４２ｌよりも、色分解合成システム３ａ中に含まれる偏光板１２Ｋはより光源３０から離して配されていることになり、小型化、低コスト化が可能となる。さらに、偏光板１２Ｋは、偏光板２４２ｂ、２４２ｌよりも、よりライトバルブに近く配されていることになり、偏光特性の劣化を少なくしコントラストを向上させることができる。実施例１５の色分解合成システム３ａだけでなく、本発明の第３の実施形態に係る他の色分解合成システムを用いた投写型表示装置においても略同様とすることができる。
本発明に係る照明光学系およびそれを用いた投写型表示装置の第２の実施形態は、実施例２３および実施例２４としてその概略構成を図２３および図２４に示すとおり、照明光学系の一構成要素として本発明に係る色分解システムを用いたものである。実施例２３は上述した実施例１７に係る色分解システム４ａを、実施例２４は上述した実施例１９に係る色分解システム５ａを、用いたものである。これらの投写型表示装置は、実施例２０〜２２の照明光学系およびそれを用いた投写型表示装置と略同様に、第１〜第３の波長帯域の光束に対応する画像情報を表示するライトバルブであるＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃと、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃを照明する照明光学系と、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃにより光変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えている。図２３および図２４について、図２０〜図２２に示した装置と相対的に同様の位置で同様の作用を有するものについては説明を省略する。
この照明光学系は、光源３０、リフレクタ３０ｂ、インテグレートシステム３２ｂ、偏光変換光学系３５ａ、３５ｂ、重畳レンズとして作用するレンズ４１ｃ、４１ｋ、特定波長偏光変換素子４３ｂ（実施例２３）、偏光板４２ｇ、４２ｈ（実施例２４）、および本発明に係る色分解システム４ａ、５ａを適宜備えるとともに、各ＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃの直前に配されたＰＢＳよりなる光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含むものとする。
また、投写光学系は上記光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含み、さらに、偏光板４２ｅ、４２ｆ、４２ｉ、特定波長偏光変換素子４３ａ、４３ｃ、投映光束合成手段６０ｂ、投映レンズ６２ｄを備えている。
特定波長偏光変換素子４３ｂは、実施例２３の照明光学系において、第３の波長帯域の光束を第２の偏光状態から第１の偏光状態に変換する。色分離システム４ａに同一方向から入射する第１〜第３の波長帯域の光束のうち、第３の波長帯域の光束の偏光状態を第１および第２の波長帯域の光束と異ならせるように調整するものである。また、特定波長偏光変換素子４３ｃは、実施例２４の投写光学系において、第１の波長帯域の光束を第１の偏光状態から第２の偏光状態に変換する。
偏光板４２ｅ〜４２ｈは、第１の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ｅ〜４２ｇ、第２の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ｈ、４２ｉとして示している。
レンズ４１ｃ、４１ｋは、模式的に示されたものであって、レンズ枚数等の構成は適宜変更可能である。
光路分離手段５０ａは、実施例２３および実施例２４において第２の波長帯域の照明光束を透過し投映光束を反射する。また、光路分離手段５０ｂは、実施例２３および実施例２４において第１の波長帯域の照明光束と第３の波長帯域の投映光束を透過し、第１の波長帯域の投映光束と第３の波長帯域の照明光束を反射する。
投映光束合成手段６０ｂは、ダイクロイックプリズムよりなり、実施例２３では第１および第３の波長帯域の光束が反射され、第２の波長帯域の光束が透過されて合成される。また、実施例２４では第１および第３の波長帯域の光束が透過され、第２の波長帯域の光束が反射されて合成される。
本発明の色分解システムを代表するものとして、実施例２３および実施例２４の照明光学系では、本発明の色分解システム４ａ、５ａを用いることによりこれらの照明光学系において、実施例２０〜実施例２２のものよりもさらに光学部材の配設位置の選択肢を増加させ、光学系の構成の自由度が高くなっている。色分解システム４ａ、５ａは、同一の方向から入射された第１、第２および第３の波長帯域の光束を色分解し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するという作用を奏するように構成されているので、実施例２０〜実施例２２のものよりも、さらに光源３０から色分解システム４ａ、５ａまでを簡易にかつコンパクトに構成することができる。
実施例２３の照明光学系では、本発明の色分解合成システム４ａを用いているので、偏光方向が同一な第１および第２の波長帯域の光束と、第１および第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の第３の波長帯域の光束とが、同一の方向から入射され、これらの光束を、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することができる。従って、独立した部材としての偏光変換素子や偏光素子を配する必要がない。独立した部材数を低減することにより低コスト化やアライメント調整工程の簡略化を図ることができる。実施例２３の照明光学系では、偏光分離面として色分解システム４ａ中に含まれる偏光板１２ｍが配され、この偏光板１２ｍが複数枚の偏光板に相当する役割を果たしている。
すなわち、色分解システム４ａでは１枚の偏光板１２ｍが、第１の波長帯域の光束に関しては、ダイクロイックミラー１０ｑを経たこの光束の偏光方向を整え、第２の波長帯域の光束に関しては、この光束を透過させることにより偏光方向を整え、第３の波長帯域の光束に関しては、特定波長偏光変換素子４３ｂで第１の偏光状態に変換されたこの光束の偏光方向を整えるように構成されている。このようにしてこの照明光学系では、色分解システム４ａとＰＢＳ５０ａとの間および色分解システム４ａとＰＢＳ５０ｂとの間は、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされた光路となっている。この照明光学系は、色分解システム４ａ以外に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされている。
色分解合成システム４ａ中に含まれる偏光板１２ｍは比較的光源３０から離して配されていることになり、小型化、低コスト化が可能となる。さらに、偏光板１２ｍは、比較的ライトバルブに近く配されていることになり、偏光特性の劣化を少なくしコントラストを向上させることができる。また、照明光学系中に含まれる偏光板の数としてもこの偏光板１２ｍの１枚と少なく光利用効率が高いので、コントラストを向上させることができる。
実施例１７の色分解合成システム４ａだけでなく、本発明の第１の実施形態に係る他の色分解システムを用いた投写型表示装置においても略同様とすることができる。
実施例２４の照明光学系では、本発明の色分解システム５ａを用いているので、第１、第２および第３の波長帯域の光束が同一の方向から同一の偏光方向で入射され、これらの光束を、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で第１および第３の波長帯域の光束を出射するととともに、第１および第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に第２の波長帯域の光束を出射するように構成することができる。従って、独立した部材としての偏光変換素子を配する必要がない。また、実施例２３のように色分解システム４ａの前段に特定波長偏光変換素子４３ｂを配する必要がなく、低コストでもコントラスト低下や結像性能劣化を防止することができる。独立した部材数を低減することにより低コスト化やアライメント調整工程の簡略化を図ることができる。この照明光学系では、色分解システム５ａとＰＢＳ５０ａとの間および色分解システム５ａとＰＢＳ５０ｂとの間は、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされた光路となっている。
実施例１９の色分解システム５ａだけでなく、本発明の第２の実施形態に係る他の色分解システムを用いた投写型表示装置においても略同様とすることができる。
＜投写光学系および投写型表示装置＞
つぎに、本発明に係る投写光学系およびそれを用いた投写型表示装置である実施例２５の概略構成を示す図２５を用いて、本発明に係る投写光学系およびそれを用いた投写型表示装置の実施形態について説明する。この装置は、投写光学系の一構成要素として本発明に係る色合成システム４ａ′を用いている。また、この装置は、照明光学系の一構成要素として本発明に係る色分解システム５ａを用いている。
この投写型表示装置は、実施例２０〜２４の投写型表示装置と略同様に、第１〜第３の波長帯域の光束に対応する画像情報を表示するライトバルブであるＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃと、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃを照明する照明光学系と、これらＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃにより光変調された光束を拡大投写する投写光学系とを備えている。図２５についても、図２０〜図２４に示した装置と相対的に同様の位置で同様の作用を有するものについては説明を省略する。
照明光学系は、光源３０、リフレクタ３０ｂ、インテグレートシステム３２ｂ、偏光変換光学系３５ｂ、重畳レンズとして作用するレンズ４１ｃ、４１ｋ、偏光板４２ｊ、４２ｋ、および本発明に係る色分解システム５ａを備えるとともに、各ＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃの直前に配されたＰＢＳよりなる光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含むものとする。
この照明光学系は色分解システム５ａを備えた実施例２４のものと略同様の構成であり、各光束の偏光状態が、第１の偏光状態と第２の偏光状態とが入れ替わったものである。第２の偏光状態の照明光束を出射する偏光変換光学系３５ｂを備えるとともに、第２の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ｊ、第１の偏光状態の光束の偏光方向を整える偏光板４２ｋを備えている。また、光路分離手段５０ａは、第２の波長帯域の照明光束を反射し投映光束を透過する。また、光路分離手段５０ｂは、第１の波長帯域の照明光束と第３の波長帯域の投映光束を反射し、第１の波長帯域の投映光束と第３の波長帯域の照明光束を透過する。
また、投写光学系は上記光路分離手段５０ａ、５０ｂと、１／４波長位相板５２ａ〜５２ｃとを含み、さらに、投映光束を合成する色合成システム４ａ′、および投映レンズ６２ｄを備えている。
本実施例の色合成システム４ａ′は、図１７に示した色分解システム４ａを、この色分解システム４ａの光出射側から光入射側へ光が進行するようにこのシステムを配置したものである。すなわち、この色合成システム４ａ′は、図２５の紙面下側から入射された第２の偏光状態の第１の波長帯域の光束および第１の偏光状態の第３の波長帯域の光束と、紙面右側から入射された第２の波長帯域の光束とが、紙面左側の同一方向に出射される、という作用を奏する構成となる。このように色合成システム４ａ′は、ＬＣＯＳ５３ａ〜５３ｃにより光変調された光束を単一方向に出射される光束として合成し、投映レンズ６２ｄに向けて出射する。本実施例では、色合成システム４ａ′は光学系の光軸に対し入射面および射出面が垂直であるプリズムとして構成され、このプリズムの内部にダイクロイックミラー１０ｑと反射型偏光板１２ｍとが、ほぼ平行に近接配置されているので、収差補正が良好で光量ロスが少ない。
前述のとおりダイクロイックミラー１０ｑは第１の波長帯域の光束を反射し第２の波長帯域の光束を透過するように設定され、反射型偏光板１２ｍは第１の偏光状態の光束を反射し第２の波長帯域の光束を透過するように設定されている。色合成システム４ａ′に入射された光束は、第１の波長帯域の光束は反射型偏光板１２ｍを透過、ダイクロイックミラー１０ｑで反射、再び反射型偏光板１２ｍを透過し第２の偏光状態で出射される。第２の波長帯域の光束は、ダイクロイックミラー１０ｑ、反射型偏光板１２ｍをこの順に透過し第２の偏光状態で出射される。第３の波長帯域の光束は、反射型偏光板１２ｍで反射されて第１の偏光状態で出射される。
色合成システム４ａ′を用いたこの実施例２５の投写光学系から明らかなように、本発明の色合成システムを用いた投写光学系によれば、実施例２０〜実施例２４のものと比較して、光路分離手段５０ａと色合成システム４ａ′との間だけでなく光路分離手段５０ｂと色合成システム４ａ′との間にも、特定波長偏光変換素子や光束の偏光方向を整えるための素子を、配する必要がない。実施例２５の投写光学系では、偏光分離面として色合成システム４ａ′中に偏光板１２ｍが配されているので、第１〜第３のいずれの波長帯域の光束についてもＰＢＳよりなる光路分離手段５０ａ、５０ｂの後段で偏光方向を整えることができる。偏光板の低減により低コスト化、アライメント調整工程の簡略化を図れるだけでなく、光利用効率を高くしコントラストを向上させることができる。さらに、入射角度特性や波長特性が必ずしも良好とはいえない波長選択性偏光変換素子が不要となるので、低コスト化だけでなく、コントラスト低下や結像性能劣化を防止することができる。
実施例２５の投写型表示装置では照明光学系と投写光学系に各々本発明に係る色分解システム５ａと色合成システム４ａ′を用いている。そのため、装置全体としても波長選択性偏光変換素子を全く配置しない構成が可能となっている。本発明に係る他の色分解合成システムまたは色分解システムを照明光学系に用い、本発明に係る他の色合成システムを投写光学系に用いた投写型表示装置においても、略同様とすることができる。
＜態様の変更＞
なお、本発明の色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置としては、上述したものに限られず種々の態様の変更が可能である。
例えば、色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムにおいて、波長選択面としては、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムだけでなく、例えばホログラムを用いることができる。また、これらの面の製造方法としては、一般に用いられる蒸着やスパッタリングにより積層させるものに限られず、結晶を用いたり、所定の厚みにフィルム状のものを積層したり塗布していく方法がある。
また、色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムにおいて、偏光変換素子は、実施例として例示された１／２波長板や１／４波長位相板に限らず、光束の偏光方向を変える素子を用いることができる。また、偏光変換素子を１つのシステム内に複数用いる構成も可能である。
また、色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムにおいて、偏光分離面は反射型偏光板に限られるものではない。
また、本発明の照明光学系、投写光学系および投写型表示装置としては、実施例のものに限られず、光束の偏光状態および波長帯域を考慮して本発明の色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムを任意に用いることができる。照明光学系、投写光学系および投写型表示装置の構成としては、本発明の色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムのうちの少なくとも１つを備えたものとされていればよく、その他の構成については実施例に例示したものに限られない。
また、投写型表示装置において、投写画像の色再現性を良好とするために所定の波長成分の光強度を低下させる光学素子を配置する手法が知られている。例えば、超高圧水銀灯の可視領域における波長の分光分布では３原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するため、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そこで、光源から出射された光のうち580ｎｍ近辺の波長域の光の光強度を低下させて照明を行うことがある。本発明の照明光学系においても、本発明に係る色分解合成システムまたは色分解システムに入射する光束、および本発明に係る色分解合成システムまたは色分解システムから射出する光束のうちの、少なくとも１つの光路に、所定の波長成分の光強度を低下させる光学素子を配置し、色再現性を良好とすることができる。なお、「光強度を低下させる」とは、光強度を０とする場合も含むものである。
なお、本発明の色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとしては、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射されるものに限られない。これらのシステムの延長上の概念として、互いに異なる２つまたは４つ以上の波長帯域の光束が入射されるシステムを含むものである。このような構成のシステムはさらに光学系の構成の自由度を高めることができるものである。
また、本発明の色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとしては、上述したような、光束が同一方向または互いに異なる２方向から入射される構成に限られるものではない。例えば、互いに異なる３つ以上の方向から光束が入射される構成のシステムとすることも可能である。このような構成のシステムはさらに光学系の構成の自由度を高めることができるものである。
本発明の実施例１に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例２に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例３に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例４に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例５に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例６に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例７に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例８に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例９に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１０に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１１に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１２に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１３に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１４に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１５に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１６に係る色分解合成システムの概略構成図 本発明の実施例１７に係る色分解システム（色合成システム）の概略構成図 本発明の実施例１８に係る色分解システム（色合成システム）の概略構成図 比較例に係る色分解システム（色合成システム）の概略構成図 本発明の実施例２０に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施例２１に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施例２２に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施例２３に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施例２４に係る投写型表示装置の概略構成図 本発明の実施例２５に係る投写型表示装置の概略構成図 従来例１に係る投写型表示装置の概略構成図 従来例２に係る投写型表示装置の概略構成図 従来例３に係る投写型表示装置の概略構成図
符号の説明
１ａ〜１ｄ、２ａ〜２ｊ、３ａ、３ｂ 色分解合成システム
４ａ、４ａ′、４ｂ、５ａ 色分解システム（色合成システム）
１０ａ〜１０ｔ ダイクロイックミラー
１１ａ〜１１ｍ、４４ａ、２４４ｃ １／２波長位相板
１２ａ〜１２ｎ 反射型偏光板
１３ａ〜１３ｄ、５２ａ〜５２ｃ、１５２ａ〜１５２ｃ、２５２ａ〜２５２ｃ １／４波長位相板
３０、２３０ 光源
３１ａ、３１ｂ、２３１ｂ リフレクタ
３２ａ、３２ｂ、２３２ｂ インテグレートシステム
３３ コリメータレンズ
３４ａ〜３４ｉ、２３４ｂ、２３４ｃ 全反射ミラー
３５ａ、３５ｂ、２３５ａ 偏光変換光学系
４０ａ、４０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ、２４０ａ 照明光束分解手段
４１ａ〜４１ｋ、２４１ｃ、２４１ｅ、２４１ｆ レンズ
４２ａ〜４２ｋ、１４２ａ〜１４２ｇ、２４２ｂ〜２４２ｅ、２４２ｌ 偏光板
４３ａ〜４３ｃ、１４３ａ〜１４３ｆ、２４３ａ 特定波長偏光変換素子
５０ａ、５０ｂ、１５０ａ、１５０ｂ、２５０ａ、２５０ｂ 光路分離手段（ＰＢＳ）
５１ａ、５１ｂ、１５１ａ、１５１ｂ、１６１、１７１、２５１ａ、２５１ｂ 偏光分離膜
５３ａ〜５３ｃ、１５３ａ〜１５３ｃ、２５３ａ〜２５３ｃ 反射型液晶パネル（ＬＣＯＳ）
６０ａ、６０ｂ、１６０ａ、１６０ｂ、２６０ａ 投映光束合成手段
６２ａ〜６２ｄ、１６２ｄ、２６２ｄ 投映レンズ
１５９ カラークワッド
２７０ｃ 照明光束分解合成手段

Claims (27)

  1. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる１つの波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる、１／２波長位相板からなる１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
    少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる偏光方向の光束として出射されるとともに、少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とする色分解システムまたは色合成システム。
  2. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  3. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
    少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が整えられた状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる偏光方向の光束として出射されるとともに、少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とする色分解システムまたは色合成システム。
  4. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  5. 前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束が同一の偏光方向で入射されることを特徴とする請求項２または４記載の色分解合成システム。
  6. 前記偏光変換素子のうちの同一の偏光変換素子を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの所定の光束が、少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されていることを特徴とする請求項２、４、５のうちいずれか１項記載の色分解合成システム。
  7. 前記偏光変換素子のうちの同一の偏光変換素子を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの、入射光路の互いに異なる少なくとも所定の２つの光束が透過するように構成されていることを特徴とする請求項２、４、５のうちいずれか１項記載の色分解合成システム。
  8. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、入射された光束を色分解または色合成して波長に応じて所定の方向に出射する色分解システムまたは色合成システムであって、
    少なくとも２つの互いに異なる波長帯域の光束がそれぞれ偏光方向が異なる状態で入射され、かつ少なくとも１つの波長帯域の光束が入射時と異なる進行方向の光束として出射されることを特徴とする色分解システムまたは色合成システム。
  9. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    互いに異なる方向から入射された前記第１および前記第２の波長帯域の光束ならびに前記第３の波長帯域の光束を色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  10. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解システムまたは色合成システムであって、
    同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解または色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と同一の方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解システムまたは色合成システム。
  11. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が同一の方向から入射される色分解システムまたは色合成システムであって、
    偏光方向が同一な前記第１および前記第２の波長帯域の光束と、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の前記第３の波長帯域の光束とが入射され、
    同一方向にかつ互いに偏光方向が異なる状態で前記第１および前記第３の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第２の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解システムまたは色合成システム。
  12. 偏光方向が同一な前記第１および前記第２の波長帯域の光束と、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる偏光方向の前記第３の波長帯域の光束とが、入射されることを特徴とする請求項９記載の色分解合成システム。
  13. 前記波長選択面を、前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの所定の光束が、少なくとも往、復各々１回ずつ透過するように構成されていることを特徴とする請求項９〜１２のうちいずれか１項記載の色分解合成システム、色分解システムまたは色合成システム。
  14. 前記第１、前記第２および前記第３の波長帯域の光束のうちの少なくとも１つの光束が、前記波長選択面に非入射状態となるように構成されていることを特徴とする請求項９〜１２のうちいずれか１項記載の色分解合成システム、色分解システムまたは色合成システム。
  15. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる１つの波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  16. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束の偏光方向を変換させる少なくとも１つの偏光変換素子と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束と互いに異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  17. 入射光束を波長に応じて反射または透過させる波長選択面と、入射光束を偏光方向に応じて反射または透過させる偏光分離面とが、ほぼ平行に近接配置され、互いに異なる第１、第２および第３の波長帯域の光束が入射される色分解合成システムであって、
    同一方向からかつ互いに偏光方向が異なる状態で入射された前記第１および前記第３の波長帯域の光束と、該第１および該第３の波長帯域の光束とは異なる方向から入射された前記第２の波長帯域の光束とを色分解および色合成し、同一方向にかつ互いに偏光方向が整えられた状態で前記第１および前記第２の波長帯域の光束を出射するととともに、該第１および該第２の波長帯域の光束と互いに異なる方向に前記第３の波長帯域の光束を出射するように構成されたことを特徴とする色分解合成システム。
  18. 光源からの光束を、請求項１〜１７のうちいずれか１項記載の色分解合成システムまたは色分解システムを用いて色分解および色合成もしくは色分解し、複数の被照明領域に対して照明を行うことを特徴とする照明光学系。
  19. 前記光源と前記色分解合成システムまたは前記色分解システムとの間に、該光源からの光束を偏光方向が同一になるよう整える偏光変換光学系が配置されていることを特徴とする請求項１８記載の照明光学系。
  20. 前記光源からの光束の光量均一化を図るインテグレートシステムが配置されていることを特徴とする請求項１８または１９記載の照明光学系。
  21. 前記色分解合成システムまたは前記色分解システムに入射する光束、および前記色分解合成システムまたは色分解システムから射出する光束のうちの、少なくとも１つの光路に、所定の波長成分の光強度を低下させる光学素子を配置したことを特徴とする請求項１８〜２０のうちいずれか１項記載の照明光学系。
  22. 前記色分解合成システムまたは前記色分解システムから射出する光束が偏光ビームスプリッタを介し前記複数の被照明領域に対して照明を行う照明光学系であって、前記色分解合成システムまたは前記色分解システムと該偏光ビームスプリッタとの間に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされている光路が少なくとも１つ存在することを特徴とする請求項１８〜２１のうちいずれか１項記載の照明光学系。
  23. 前記色分解合成システムまたは前記色分解システム以外に、偏光方向を整える偏光素子が非設置とされていることを特徴とする請求項１８〜２１のうちいずれか１項記載の照明光学系。
  24. 画像情報を表示する複数のライトバルブによって光変調された光束を、請求項１０、１１、１３、１４のうちいずれか１項記載の色合成システムを用いて単一方向に出射される光束として色合成し、拡大投写を行うことを特徴とする投写光学系。
  25. 前記色合成システムが、光学系の光軸に対し入射面および射出面が垂直であるプリズムとして構成されていることを特徴とする請求項２４記載の投写光学系。
  26. 画像情報を表示するライトバルブを備え、このライトバルブによって光変調された光束を拡大投写する投写型表示装置において、請求項１〜２５記載の前記色分解合成システム、前記色分解システム、前記色合成システム、前記照明光学系または前記投写光学系のうち少なくともいずれか１つを用いたことを特徴とする投写型表示装置。
  27. 前記ライトバルブとして複数の反射型偏光ライトバルブを用いたことを特徴とする請求項２６記載の投写型表示装置。
JP2003343687A 2003-10-01 2003-10-01 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置 Expired - Fee Related JP4507162B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003343687A JP4507162B2 (ja) 2003-10-01 2003-10-01 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置
US10/954,185 US7220002B2 (en) 2003-10-01 2004-10-01 Color separation and synthesis systems, color separation systems and color synthesis systems, illumination optical systems, projection optical systems, and projection display devices using these systems
US11/785,191 US7438419B2 (en) 2003-10-01 2007-04-16 Color separation and synthesis systems, color separation systems and color synthesis systems, illumination optical systems, projection optical systems, and projection display devices using these systems
US12/209,182 US7621642B2 (en) 2003-10-01 2008-09-11 Color separation and synthesis systems, color separation systems and color synthesis systems, illumination optical systems, projection optical systems, and projection display devices using these systems
US12/209,188 US7503657B2 (en) 2003-10-01 2008-09-11 Color separation and synthesis systems, color separation systems and color synthesis systems, illumination optical systems, projection optical systems, and projection display devices using these systems

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003343687A JP4507162B2 (ja) 2003-10-01 2003-10-01 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005107412A JP2005107412A (ja) 2005-04-21
JP4507162B2 true JP4507162B2 (ja) 2010-07-21

Family

ID=34386292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003343687A Expired - Fee Related JP4507162B2 (ja) 2003-10-01 2003-10-01 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置

Country Status (2)

Country Link
US (4) US7220002B2 (ja)
JP (1) JP4507162B2 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4507162B2 (ja) * 2003-10-01 2010-07-21 フジノン株式会社 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置
JP4652110B2 (ja) * 2005-04-21 2011-03-16 株式会社日立製作所 投射型映像表示装置
CN101233657A (zh) 2005-07-28 2008-07-30 松下电器产业株式会社 激光光源和显示器装置
WO2007032402A1 (ja) * 2005-09-14 2007-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. レーザ光源、およびそれを用いたディスプレイ装置
JP4781231B2 (ja) * 2006-11-06 2011-09-28 三洋電機株式会社 照明装置及び投写型映像表示装置
JP4943885B2 (ja) * 2007-02-16 2012-05-30 株式会社リコー 多波長偏光変換素子、照明ユニット及び画像表示装置
JP2010224160A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Sanyo Electric Co Ltd 光学素子、照明装置および投写型映像表示装置
JP2011007912A (ja) * 2009-06-24 2011-01-13 Sanyo Electric Co Ltd 照明装置及び投写型映像表示装置
WO2012114522A1 (ja) * 2011-02-25 2012-08-30 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社 投写型映像表示装置
US8622549B2 (en) * 2011-06-29 2014-01-07 Microvision, Inc. Beam combiner for a scanned beam display
WO2014020895A1 (ja) * 2012-08-02 2014-02-06 日本電気株式会社 投射型表示装置及び投射光発生方法
JP6237627B2 (ja) * 2012-08-02 2017-11-29 日本電気株式会社 投射型表示装置及び投射光発生方法
CN104216132B (zh) * 2013-06-03 2016-12-28 雷欧尼斯（北京）信息技术有限公司 一种激光投影中的偏振保持3d方法及投影机
CN104460008B (zh) * 2014-11-29 2017-06-06 杨毅 发光装置
JP6743811B2 (ja) * 2015-04-30 2020-08-19 ソニー株式会社 投射型表示装置
US20210286249A1 (en) * 2016-09-06 2021-09-16 Sony Corporation Projection-type display apparatus
JP2017083907A (ja) * 2017-02-07 2017-05-18 Ｎｅｃディスプレイソリューションズ株式会社 プロジェクタおよび画像形成素子への照明光の照射方法
JP6939669B2 (ja) * 2018-03-20 2021-09-22 セイコーエプソン株式会社 虚像表示装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009933A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Minolta Co Ltd 偏光変換ダイクロイックミラーと液晶プロジェクター
JP2000147656A (ja) * 1998-11-13 2000-05-26 Ind Technol Res Inst ２板式液晶プロジェクタ
JP2001305652A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Minolta Co Ltd 表示光学装置
JP2003233124A (ja) * 2002-02-13 2003-08-22 Minolta Co Ltd プロジェクション光学系

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5067799A (en) * 1989-12-27 1991-11-26 Honeywell Inc. Beam combining/splitter cube prism for color polarization
US5267029A (en) * 1989-12-28 1993-11-30 Katsumi Kurematsu Image projector
JPH04212102A (ja) * 1990-07-26 1992-08-03 Canon Inc ダイクロイックミラーおよび該ミラーを用いた投写型表示装置
JP3491809B2 (ja) * 1998-01-09 2004-01-26 シャープ株式会社 投影型画像表示装置
JP2000010050A (ja) * 1998-06-23 2000-01-14 Minolta Co Ltd プロジェクター光学系
US6550919B1 (en) * 1999-03-26 2003-04-22 Unaxis Balzers Aktiengesellschaft Spectral light division and recombination configuration as well as process for the spectrally selective modulation of light
JP2001100155A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Fujitsu General Ltd 反射型液晶プロジェクタ
US6961045B2 (en) * 2001-06-16 2005-11-01 Che-Chih Tsao Pattern projection techniques for volumetric 3D displays and 2D displays
US20030048421A1 (en) * 2001-08-22 2003-03-13 Alpha Du Liquid crystal projector
JP4507162B2 (ja) * 2003-10-01 2010-07-21 フジノン株式会社 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000009933A (ja) * 1998-06-22 2000-01-14 Minolta Co Ltd 偏光変換ダイクロイックミラーと液晶プロジェクター
JP2000147656A (ja) * 1998-11-13 2000-05-26 Ind Technol Res Inst ２板式液晶プロジェクタ
JP2001305652A (ja) * 2000-04-27 2001-11-02 Minolta Co Ltd 表示光学装置
JP2003233124A (ja) * 2002-02-13 2003-08-22 Minolta Co Ltd プロジェクション光学系

Also Published As

Publication number Publication date
US20090002635A1 (en) 2009-01-01
JP2005107412A (ja) 2005-04-21
US7220002B2 (en) 2007-05-22
US20050073651A1 (en) 2005-04-07
US7438419B2 (en) 2008-10-21
US20070195274A1 (en) 2007-08-23
US20090002636A1 (en) 2009-01-01
US7621642B2 (en) 2009-11-24
US7503657B2 (en) 2009-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4507162B2 (ja) 色分解合成システム、色分解システムおよび色合成システムとそれを用いた照明光学系、投写光学系および投写型表示装置
JP2012032553A (ja) 光源装置及び投写型映像表示装置
JP2006337609A (ja) 照明装置、投写型映像表示装置
JP7203322B2 (ja) 照明装置及び投写型映像表示装置
JP2004078159A (ja) 投写型表示装置
JPWO2016166885A1 (ja) プロジェクタおよび画像表示方法
JP7203317B2 (ja) 光源装置及び投写型映像表示装置
JP2012078537A (ja) 光源装置及び投写型映像表示装置
JP2017032631A (ja) プロジェクタ
JP2007093970A (ja) 投写型映像表示装置
JP4193369B2 (ja) 色分離装置，色合成装置，色分離合成装置およびプロジェクタ
JP2011209396A (ja) プロジェクター
JP2004157405A (ja) 照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置
JP2005173625A (ja) 照明装置及び投射装置
JP6465594B2 (ja) 色分離合成系およびこれを用いた投射型表示装置
JP2001290216A (ja) 光源装置および投射型表示装置
JP2007101875A (ja) 照明光学装置及び反射型画像投射装置
JP4731744B2 (ja) 偏光型光路分離素子および色分離合成素子および色分離方法および色合成方法およびカラー映像光合成装置およびカラー映像光合成方法および投影装置
JP4050037B2 (ja) 投影装置
JP2004061599A (ja) プロジェクタ
JP2008176083A (ja) 画像表示装置
JP2008203467A (ja) 光学素子、照明装置及び投写型映像表示装置
JP2009093046A (ja) プロジェクタ
JP2004226460A (ja) 照明光学系およびこれを用いた投写型表示装置
JP2003015086A (ja) 反射型投影装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060719

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090423

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090619

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100421

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100422

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130514

Year of fee payment: 3

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140514

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees