JP4568457B2

JP4568457B2 - Projection device

Info

Publication number: JP4568457B2
Application number: JP2001231818A
Authority: JP
Inventors: 和弘藤田; 佐敏山内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003043255A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色分離素子を用いた投影装置に関する。より詳しくは、偏光を利用して光源からの光を３色の光に色分離することができる色分離素子を用いて照明光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影装置として、明るく、照度が均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェクターが知られており、この液晶プロジェクターを、より小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用いて改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクターが実用化されている。
従来の投影装置の概略は、光源から出射された光が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコンデンサーレンズで投射レンズの絞りに集光されるように配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイックミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。
【０００３】
従来、液晶素子をライトバルブとして使う場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パネル）へ照射している。
ここで、従来の反射型液晶投影装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を図１９に示す。
図１９に示すように、図示しない照明光源からの光のうち、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０で選択されたＳ偏光は、全反射の場合、反射型液晶素子２１で反射されＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ２０を透過し、図示しない投射レンズに導かれ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ２０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞれの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色合成を行い、投射レンズでスクリーン上に投影して画像形成するのが従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成である。
【０００４】
また、従来の透過型液晶素子を用いた色合成方法の一例を図２０に示す。図２０においては、３組の液晶パネル３１，３２，３３とコンデンサレンズ３４，３５，３６を、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０の３面に対向して配置し、残る１面に対向して投射レンズ３７を配置する。そして、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それぞれを透過型の液晶パネル３１，３２，３３を透過させ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０を通して３色の光を合成し、投射レンズ３７で投影する方式である。
【０００５】
以上のような、従来からある液晶素子を用いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うため、ある一方向の偏光成分を向上する素子が必要となる。光源は自然偏光の光源であるため、一方向の偏光成分を抽出する方法として、理想的な偏光板を挿入する方法があるが、効率が低いため、現在は偏光分離膜と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されている（特開平１１−１４２７９２号公報等）。
【０００６】
その従来の偏光変換器の原理図を図２１に示す。図２１において、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）４０の中には複数の偏光分離膜４１が設けられており、偏光分離膜４１ではＰ波（Ｐ偏光）は透過され、Ｓ波（Ｓ偏光）のみが反射され、透過したＰ波（Ｐ偏光）は１／２波長板４２に入射し、振動方向を９０°回転させることでＳ波（Ｓ偏光）となり、従来は捨てていたＰ波（Ｐ偏光）をＳ波（Ｓ偏光）に変換して有効に利用している。
【０００７】
また、カラー分離方法についても、クロスプリズムやダイクロイックミラーを用いた方法等、様々な方法が提案されているが、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）に記載されている色選択性リターダを用いた色分解、合成方法が提案されている。
ここで、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）記載の従来例を図２２に従って説明すると、単一の偏光フィルム５０と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック５１とを有する補色色選択性リターダが提案されている。色選択性リターダは、直線偏光を入射すると、直交する方向に偏光した補色原色を生成する。また、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）には、図２２に示すように、第１の直線偏光子５０と、２つまたはそれ以上のリターダを有し前記偏光子に対して連続して配置される第１のリターダスタック５１とを具備し、前記リターダの数Ｎ、前記リターダのリターダンスおよび配向が、第１の加法混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿って透過され、且つ補色の第１の減法混合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようにようになっていることを特徴とする色選択性リターダを提案している。そして、この色選択性リターダは、カラー偏光子として前述した新しいプロジェクターの作像部分に適用することが可能であり、本素子を用いたプロジェクターとしては、ＵＳＰ６１３０９１や、「日経マイクロデバイス、２０００年８月号、ｐ１８４」に開示されている。以上のような色選択性リターダ（カラー偏光子）を使った従来例は、これまでにない新規な色分離方法を用いた液晶プロジェクターである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような色選択性リターダ（色選択性の偏光子）を用いた小型で光学レイアウトが容易な、新規な色分離素子を実現することを目的とし、さらには、その色分離素子を用いて色分離、色合成を行うことで、小型な投影装置を実現することを目的とする。
また、各光学素子を一体とした色分離、色合成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現して、より高画質な投影装置を実現することを目的とし、さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性に富み、安価な投影装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、「一方向の偏光成分が高められた照明光を生じる照明光学系」と、「第１色用、第２色用および第３色用の反射型液晶パネル」と、「前記照明光が略４５度で入射する色分離膜と、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する第１、第２、第３の偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記第１の偏光分離膜の側面に前記色選択性リターダを配置し、前記色分離膜で２つの色に分離した一方の光を、前記色選択性リターダへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダを通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離し、第１色用の反射型液晶パネルと第２色用の反射型液晶パネルの照明に用い、それぞれの前記反射型液晶パネルからの反射光は前記色選択性リターダと前記偏光分離膜により合成され、前記色分離膜で２つの色に分離したもう一方の光を第２の偏光分離膜に略４５度の角度で入射することで反射方向に配置された第３色用の反射型液晶パネルの照明に用いられ該反射型液晶パネルからの反射光は前記第２の偏光分離膜を透過し、最終的に３色の光が略４５度の角度で入射して該３色の光を合成する前記第３の偏光分離膜とでなる色分離素子」と、「該色分離素子からの合成光を投影する投射レンズ」と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作および作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
まず、本発明の実施例１を説明する。
図１は本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、色分離膜１ａと、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する偏光分離膜２ａと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ２ｂとで構成され、偏光分離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、色分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光を、色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離する構成としたものである。
【００１６】
より詳しく説明すると、この色分離素子は、最初の色分離を行う色分離膜にダイクロイック分離膜１ａを用い、ダイクロイック分離膜１ａによって例えばマゼンタ（Ｍ）と緑（Ｇ）の２色に分離された一方の色（例えばマゼンタ（Ｍ））を、さらに、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａからなる素子２によって、例えば赤（Ｒ）と青（Ｂ）の２色に分離し、結果として赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に分離する色分離素子である。
ここで、図１に示す例では、最初の色分離を行う素子１は、平板状の透明部材（光学ガラスプレート等）１ｂにダイクロイック分離膜１ａを形成したダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックフィルター）であり、第二の色分離を行う素子２は、２つの直角プリズムの間に偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂとが隣接して配置された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、２種類の色分離素子１，２を組合せて３色分離の色分離素子としたものである。
【００１７】
色選択性リターダ２ｂとしては、特許第３１３０５３７号公報に記載されているリターダスタックなどを用いることができる。リターダスタックは、ある波長帯域の偏光方向を９０度回転させ、補色の関係にある波長帯域は偏光方向を変化させずに透過させる機能を有している。すなわち、緑（Ｇ）の帯域のみを変換する素子や、赤（Ｒ）の帯域のみを変換させたり、青（Ｂ）の帯域のみ変換させたりする機能を有している。尚、図２２に示した従来技術では、垂直方向の入射でリターダスタックの構成を最適になるように設計しているが、本発明では、入射使用方向（例えば色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射する場合）で特性が最適になるようにリターダスタックの最適設計を行なっている。
【００１８】
また、ダイクロイック分離膜１ａを形成したダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックフィルター）１や、色選択性のＰＢＳ２としては、近年の薄膜成膜技術を用いて光学ガラス表面にダイクロイック分離膜１ａや偏光分離膜２ａ等を形成することで作製することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料を用い、真空プロセスを用いた薄膜形成技術により、平板状やプリズム状の光学ガラスの表面にダイクロイック分離膜１ａや、偏光分離膜２ａを成膜することで容易に作成可能である。
以上のような従来からあるダイクロイックミラー等の素子１と、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａを隣接配置した素子２とを対峙させることにより、これまでにない新規な構成の色分離素子を実現することができる。
【００１９】
次に図１に示す色分離素子の動作及び作用について説明する。図１において、図示しない照明光源からの一方向の偏光方向に揃った照明光をダイクロイックミラー１に入射する。例えば、実質Ｐ偏光の光を、緑（Ｇ）光の反射率が高く、マゼンタ（Ｍ）光の透過率が高いダイクロイック分離膜１ａが形成された平板状のダイクロイックミラー１に略４５度の角度で入射すると、緑（Ｇ）光はダイクロイック分離膜１ａで略直角方向に反射され、マゼンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１ａを透過して色選択性リターダ２ｂへ図に示す４５度の方向から入射する。このとき、入射光として、ＰＢＳ２の偏光分離膜２ａ形成面に対してＰ偏光の光が入射することになる。また、このとき、色選択性リターダ２ｂは、青（Ｂ）の帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＢ／Ｙ素子とする。色選択性リターダ２ｂに入射したＰ偏光のマゼンタ（Ｍ）光は、色選択性リターダ２ｂにより青（Ｂ）はＳ偏光に変えられるが、赤（Ｒ）はＰ偏光のままで透過し、それぞれ偏光分離膜２ａへ到着し、赤（Ｒ）のみ偏光分離膜２ａを透過し、青（Ｂ）は偏光分離膜２ａで反射され、青色（Ｂ）光は９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ２ｂに入射し、色選択性リターダ２ｂを通過してＰ偏光の青色（Ｂ）光として分離される。
尚、照明光の入射方向としては、特別に図示しないが、緑（Ｇ）光の透過率が高く、マゼンタ（Ｍ）光の反射率が高いダイクロイック分離膜１ａを使う場合には、図１の上方向から照明光をダイクロイックミラー１に入射させる構成を採用すればよい。
【００２０】
以上のような構成の色分離素子では、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａに入射する光の偏光方向により、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択することも可能となり、従来にない色分離素子を実現できる。
特に入射光を色選択性リターダ２ｂや偏光分離膜２ａに４５度で入射させることにより分離角を９０度とした構成では、様々な光学系に応用する際に、素子レイアウトがしやすく、フレームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直交方向に取ることができ、精度の確保がしやすいなど多くの利点がある。
また、Ｐ偏光入射で用いる構成を採用することにより、色分離された３色の偏光方向が同じＰ偏光のままとなるので、従来からあるカラー分離素子（ダイクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能となり、利用の幅が広がる。
【００２１】
（実施例２）
次に本発明の実施例２を説明する。
図２は本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、図１の平板状のダイクロイックミラー１に代えて、２つの直角プリズム１ｃ、１ｄの間にダイクロイック分離膜１ａを形成して９０度光路を分離するプリズム状の素子（ダイクロイックプリズム）１’を用いた構成としたものであり、基本的な動作や作用は実施例１と同様である。
図１に示す構成では，ダイクロイックミラー１を構成する平板状の光学ガラスプレート等の厚さが厚い場合に、斜めに配置した平板状のダイクロイックミラー１を通過する途中で光軸シフトが生じるが、図２に示す構成では、プリズム状のダイクロイックミラー１’にしたことで光軸シフトが生じなくなる。また、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａとで構成される色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）２もプリズム状であるため、ダイクロイックプリズム１’と偏光分離素子（ＰＢＳ）２を通過する際の光軸シフトも生じなくなり、また、組付けも容易となるので、色分離素子として一体化が容易となる。
【００２２】
（実施例３）
次に本発明の実施例３を説明する。
本実施例は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブ（液晶ライトバルブ）と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子として、実施例１または２に記載の色分離素子を用いた構成としたものである。
【００２３】
ここで、光源としてはハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられるが、効率よく照度を得られるように、光源からの光をリフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行うために、インテグレータ光学系等を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで、ライトバルブへ照明される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用できる。
【００２４】
尚、色分離素子への入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、照明光学系に図２１の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。すなわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などが採用される。さらに、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００２５】
本実施例では、以上のような従来からある白色の照明光源を用いた照明光学系を用い、実施例１または２に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そして、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルなどからなるライトバルブを用いて偏光方向を切り替え、スイッチングして画像形成し、各色形成された透過画像を色合成素子で合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって容易に実現できる。また、従来技術で示したような、クロスダイクロイックプリズム（図２０）などを用いて３色を合成するようにしてもよい。
【００２６】
（実施例４）
次に本発明の実施例４を説明する。
本実施例は、実施例３に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして偏光方向を変調する反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）を用い、偏光分離膜と色選択性リターダで機能する少なくとも一組の色分離素子を、色合成素子としても用いる構成としたものである。
ここで、図３は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と照明光学系と、色分離素子１，２と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型ライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）５，６，７と、各画像を合成する色合成素子４と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成され、前記色分離素子として、実施例１に記載の色分離素子、すなわち、色分離膜としてダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックミラー１と、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する偏光分離膜２ａと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ２ｂとで構成され、偏光分離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、ダイクロイック分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光を、色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離する構成の色分離素子を用いた構成としたものである。
【００２７】
この投影装置の動作としては、まず、緑色（Ｇ）光を反射、マゼンタ（Ｍ）光を透過する特性を有したダイクロイックミラー１に、図示しない光源からＰ偏光で照明光を入射させる。ダイクロイックミラー１のダイクロイック分離膜１ａで反射された緑色（Ｇ）光は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＰ偏光で入射し、偏光分離膜３ａを透過し、緑色（Ｇ）光のみ偏光方向を９０度変える色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｓ偏光になって、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）７を照明する。
【００２８】
一方、ダイクロイックミラー１のダイクロイック分離膜１ａを通過したマゼンタ（Ｍ）光は、偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２にＰ偏光で入射し、色選択性リターダ２ｂによってＳ偏光に変えられた青色（Ｂ）光は偏光分離膜２ａで反射されて再び色選択性リターダ２ｂを通過し、Ｐ偏光となって青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。また、色選択性リターダ２ｂを通過した赤色（Ｒ）光は偏光分離膜２ａを透過し、こちらもＰ偏光で、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。
【００２９】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換され、色選択性リターダ３ｂでＳ偏光に変えられて、偏光分離膜３ａにより反射し、再び、色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｐ偏光に変えられ、色合成素子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＳ偏光に変えられ、偏光分離膜２ａで反射し、色合成素子４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射された明表示光はＳ偏光に変えられるので、色選択性リターダ２ｂを通過し、Ｐ偏光に変換されて、偏光分離膜２ａを通過し、赤色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子４に向かう。尚、この際、偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）２は、色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光を合成する色合成素子としても機能している。
ここで、３色を合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみの偏光方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜４ａを図３に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、赤色（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像を形成することができ、このカラー画像が投射レンズ８で図示しないスクリーン上に投影される。
【００３０】
以上のような構成を採用することにより、これまで反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）への照明光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する合成素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能とを、一つの素子に盛り込ませることが可能となり、これまでにない小型な作像光学系が実現する。
【００３１】
次に図４は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、最初の色分離を行う素子として、図３のダイクロイックミラー１に代えて、実施例２で示したダイクロイックプリズム１’を用いた例であり、その他の構成及び動作は図３と同様である。
【００３２】
次に図５は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、緑色（Ｇ）光を透過、マゼンタ（Ｍ）光を反射する特性を有したダイクロイックプリズム１’に、図示しない照明光学系からＳ偏光で照明光を入射させる構成としたものであり、また、緑色（Ｇ）光の明暗光路を切替えるために、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２’用いた実施例である。
【００３３】
図５において、ダイクロイックプリズム１’のダイクロイック分離膜１ａを透過した緑色（Ｇ）光は、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２’にＳ偏光で入射し、偏光分離膜２ａで反射され、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）７を照明する。
一方、ダイクロイックプリズム１’のダイクロイック分離膜１ａで反射されたマゼンタ（Ｍ）光は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＳ偏光で入射し、色選択性リターダ３ｂによってＰ偏光に変えられた赤色（Ｒ）光は偏光分離膜３ａで反射されて再び色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｓ偏光となって赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。また、色選択性リターダ３ｂを通過した青色（Ｂ）光は偏光分離膜３ａを透過し、Ｐ偏光で、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。
【００３４】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換されて偏光分離膜２ａを透過し、色合成素子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、偏光分離膜２ａを透過して、色合成素子４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射されたの明表示光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜３ａで反射され、赤色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子４に向かう。尚、この際、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）３は、色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光を合成する色合成素子としても機能している。
ここで、３色を合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみの偏光方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜４ａを図５に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、赤色（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像を形成することができ、このカラー画像が投射レンズ８で図示しないスクリーン上に投影される。
【００３５】
（実施例５）
次に本発明の実施例５を説明する。
本実施例は、実施例３に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして偏光方向を制御変調する反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）を用い、第一のライトバルブで変調された画像と、他のライトバルブで変調され色選択性リターダと偏光分離膜で色合成された画像とを、ダイクロイック分離膜を用いた色合成素子で合成する構成としたものである。
【００３６】
図６は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、図中の符号１’はダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックプリズム、２は偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂが隣接して形成された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、ダイクロイックプリズム１’と色選択性のＰＢＳ２で図２と同様の色分離素子を構成している。また、符号３’は偏光分離膜３ａを有する偏光ビームスプリッタであり、符号９は平板状の光学ガラスプレート９ｂの面上にダイクロイック分離膜９ａを形成した色合成素子である。
【００３７】
ダイクロイック分離膜９ａは、緑色帯域の透過率を高くし、緑色帯域以外は反射率を高くした構成である。このダイクロイック分離膜９ａは、光学ガラスプレート９ｂの面上に近年の薄膜形成技術等を利用して誘電体多層膜等を形成することにより容易に形成することができ、このダイクロイック分離膜９ａを形成した色合成素子９を、光軸に対してほぼ４５度に傾けて配置すればよい。
また、反射と透過が逆になる特性のダイクロイック分離膜を用いた場合には、投射レンズ８の配置を９０度折り返した位置に配置する構成も採用できる。
【００３８】
さらに、画素密度を上げ、高解像に対応した投影装置には、色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを形成した光学ガラスプレートの代わりに、図７に示す別の実施例のように、直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’を用いた構成を採用するとよい（請求項７）。
ここで、図７に示す構成の投影装置では、入射側の色分離膜に、青色（Ｂ）帯域を反射、黄色（Ｙ）帯域を透過するダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロイック分離膜１ａにＰ偏光の照明光を入射し、青色（Ｂ）光と、黄色（Ｙ）光に分離する。そして、黄色（Ｙ）光は、赤色帯域の偏光方向を変換する色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａにより赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光に分離して、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５と緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７の照明に用い、それぞれの液晶パネル５，７からの反射光は色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａにより合成される。一方、青色（Ｂ）光は偏光分離膜３ａを通過して青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６の照明に用いられ、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６からの反射光は偏光分離膜３ａにより反射される。そして、最終的に青色（Ｂ）光と黄色（Ｙ）光（赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の合成光）を合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’採用し、合成光を投射レンズ８でスクリーン状へ投影する。
【００３９】
次に図８は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、図中の符号１’はダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックプリズム、２’は偏光分離膜２ａを有する偏光ビームスプリッタ、３は偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂが隣接して形成された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、ダイクロイックプリズム１’と色選択性のＰＢＳ３で色分離素子を構成している。また、符号９’は直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズムからなる色合成素子である。
【００４０】
この投影装置では、Ｓ偏光の照明光をダイクロイックプリズム１’に入射した際に、赤色（Ｒ）光を反射し、シアン（Ｃ）光を透過させるダイクロイック分離膜１ａを用いた構成とし、最後の色合成素子９’も、赤色（Ｒ）光とシアン（Ｃ）を合成させるダイクロイック分離膜９ａを適用した構成である。より詳しく述べると、図８に示す構成の投影装置では、入射側の色分離膜に、赤色（Ｒ）帯域を反射、シアン（Ｃ）帯域を透過するダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロイック分離膜１ａにＳ偏光の照明光を入射し、赤色（Ｒ）光と、シアン（Ｃ）光に分離する。そして、シアン（Ｃ）光は、色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３ａにより青色（Ｂ）光と緑色（Ｇ）光に分離して、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６と緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７の照明に用い、それぞれの液晶パネル６，７からの反射光は色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３ａにより合成される。一方、赤色（Ｒ）光はＰＢＳ２’の偏光分離膜２ａで反射して赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５の照明に用いられ、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５からの反射光はＰ偏光となって偏光分離膜２ａを透過する。そして、最終的に赤色（Ｒ）光とシアン（Ｃ）光（青（Ｂ）と緑（Ｇ）の合成光）を合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを採用し、合成光を投射レンズ８でスクリーン上へ投影する。
【００４１】
以上の図６、図７または図８に示したような構成では、比較的単純な構成によりカラー画像を容易に得ることが可能となる。したがって、より低コストで軽量な作像光学系を実現できる。
さらに、画素密度を上げ、高解像に対応した投影装置を構成する場合に、図６に示した構成では、色合成素子としてダイクロイック分離膜９ａを形成した光学ガラスプレート（ダイクロイックミラー）９を用いているので、光をダイクロイックミラー９に斜めに入射させた際に非点収差などが発生しやすく、投射レンズへの負担がかかるという不具合があるが、図７または図８に示した構成の投影装置では、色合成素子として直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’を用いた構成としたので、収差の発生を抑えることができ、より高画質に対応することができる。
【００４２】
（実施例６）
次に本発明の実施例６を説明する。
本実施例は、実施例４または実施例５に示した投影装置において、３組の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムについて、同一の硝材で構成したことを特徴としたものである。
【００４３】
色分離素子や色合成素子に用いられる偏光分離膜やダイクロイック分離膜等を単独で機能させるのは困難であり、通常は、プリズムの表面等の平面にこれらの膜を形成している。しかしながら、プリズムの表面では、空気中の屈折率の差から表面反射が生じる。これを防止するために、これまでは反射防止コート等がなされている。また、各プリズムを密着固着すれば、空気との界面ほどの表面反射はなくなるにしろ、各プリズムの屈折率が異なれば、少なからずとも界面で反射が生じる。
【００４４】
そこで本実施例では、３組の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムの硝材を同じにしており、これにより各プリズムの屈折率差がなくなり、各プリズムを密着させたときの表面反射を低減することが可能となり、よりフレアに強い、コントラストの高い投影装置を実現することができる。
また、図示はしないが、各プリズム間を、屈折率に合わせた接着を行って一体化すれば、表面反射はほとんどなくなる。これにより、反射防止コートも不要になり、成膜コストに関する部分を低減させることが可能となる。
【００４５】
（実施例７）
次に本発明の実施例７を説明する。
本実施例は、実施例４または実施例５または実施例６に示した投影装置において、最終的に色合成された後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
ここで、図９は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、基本的な構成は図４に示した投影装置と同様であるが、最終的に色合成された後の光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
【００４６】
すなわち、図４に示した構成では、最終的な色合成の直後は、緑色（Ｇ）光と青色（Ｂ）光はＰ偏光であるが、赤色（Ｒ）光がＳ偏光のままである。そこで、図９に示す構成では、最終的に色合成された後の光路中に、赤色帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ１０を配置した。
このように、最終的に色合成された後の光路中に色選択性リターダ１０を配置し、偏光方向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。
また、図９に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１をさらに光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分はカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００４７】
（実施例８）
次に本発明の実施例８を説明する。
本実施例は、実施例５または実施例６に示した投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
ここで、図１０は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、基本的な構成は図８に示した投影装置と同様であるが、色合成素子１２のダイクロイック分離膜１２ａに色選択性リターダ１２ｂを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
【００４８】
すなわち、図１０に示す構成の投影装置では、ダイクロイック分離膜１２ａに到達する前は、緑色（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）光はＳ偏光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換する色選択性リターダ１２ｂを挿入すればよい。尚、図１０の構成では、ダイクロイック分離膜１ａ、１２ａは赤色（Ｒ）光のみを反射する様に設計している。また、色選択性リターダ１２ｂは、図示の例ではダイクロイック分離膜１２ａの後側に配置されているが、ダイクロイック分離膜１２ａの前側に配置してもよい。
【００４９】
また、図１０に示す構成の投影装置のように、ダイクロイック分離膜１２ａの特性として、赤色（Ｒ）光のみを反射する特性としたときに、青色（Ｂ）光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダとしては、素子の往復で丁度９０度回転するようにリターダスタック等の設定をした素子を挿入してもよい。
本実施例の効果としては、実施例７の効果に加え、ダイクロイック分離膜１２ａの前後のどちらにも色選択性リターダ１２ｂを配置できる構成を採用可能となる。
【００５０】
（実施例９）
次に本発明の実施例９を説明する。
図１１は本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１３は、色分離膜１３ｄと偏光分離膜１３ｅを形成あるいは付加された光学プリズム１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、偏光分離膜１３ｅに平行に対峙させた色選択性リターダ１３ｆとで構成したことを特徴とするものである。具体的には、色分離膜としてダイクロイック分離膜１３ｄを付加された光学プリズム１３ａと、偏光分離膜１３ｅを付加されたプリズム１３ｃとで、色選択性リターダ１３ｆを挟持した構成であって、ダイクロイック分離膜１３ｄで分離された光を、色選択性リターダ１３ｆと偏光分離膜１３ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。
【００５１】
より詳しく述べると、図１１に示す構成の色分離素子１３では、プリズム１３ａの辺ａとプリズム１３ｂの辺ｂの間にダイクロイック分離膜（例えば、青色（Ｂ）光を透過、黄色（Ｙ）光を反射するダイクロイック分離膜）１３ｄが形成あるいは付加されている。また、プリズム１３ｃの辺ｃには偏光分離膜１３ｅが形成あるいは付加されており、プリズム１３ｃの辺ｃと、プリズム１３ａの辺ａ’とで、色選択性リターダ（例えば、緑色（Ｇ）光の偏光方向を変換する素子）１３ｆを挟持した構成を採用している。
【００５２】
このような構成で、図に示すように、Ｓ偏光で入射された照明光は、ダイクロイック分離膜１３ｄで青色（Ｂ）光を透過し、黄色（Ｙ）光を反射する。反射された黄色（Ｙ）光はＳ偏光のままプリズム１３ａの辺ａ’に対峙されている色選択性リターダ１３ｆへ向かう。色選択性リターダ１３ｆは、緑色（Ｇ）光のみ偏光方向を変える機能を有しているので、色選択性リターダ１３ｆを通過した黄色（Ｙ）光のうち、緑色（Ｇ）の帯域のみＰ偏光に変換され、偏光分離膜１３ｅを通過し、緑色（Ｇ）を分離する。また、赤色（Ｒ）光はＳ偏光のままなので、偏光分離膜１３ｅで反射光となり、３色分離する。
【００５３】
このように、直角プリズム１３ａの互いに直交する２辺ａ，ａ’にダイクロイック分離膜１３ｄと、色選択性リターダ１３ｆ及び偏光分離膜１３ｅを配置することで、３色の色分解を行うことができる。勿論、プリズム１３ａの形状としては、実施例に示したように直角プリズム１３ａを用いてもよいが、平行四辺形形状のプリズムにすれば、互いに平行となる面に、色選択性リターダと偏光分離膜を挟み込んでもよい。その際は、赤色（Ｒ）と、青色（Ｂ）は同じ方向に反射される様になるが、用途に応じて設定すればよい。
色分離の順番も、機器の設計に応じてＧ／Ｍ、Ｒ／Ｃ、Ｂ／Ｙの順番を組み合わせることで様々な色分離が可能である。
【００５４】
次に図１２は本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１４は、色分離膜としてダイクロイック分離膜１４ｄを付加された光学プリズム１４ａと、偏光分離膜１４ｅを付加されたプリズム１４ｃとで、色選択性リターダ１４ｆを挟持した構成であって、ダイクロイック分離膜１４ｄで分離された光を、色選択性リターダ１４ｆと偏光分離膜１４ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。この図１２に示す色分離素子の構成は図１１と略同様のものであるが、図１２に示す構成の色分離素子１４では、プリズム１４ａの辺ａとプリズム１４ｂの辺ｂの間に、例えば、シアン色（Ｃ）光を透過、赤色（Ｒ）光を反射するダイクロイック分離膜１４ｄが形成あるいは付加されている。
また、プリズム１４ｃの辺ｃには偏光分離膜１４ｅが形成あるいは付加されており、プリズム１４ｃの辺ｃと、プリズム１４ａの辺ａ’とで、色選択性リターダ（例えば、青色（Ｂ）光の偏光方向を変換する素子）１４ｆを挟持した構成を採用している。そして、この実施例では、照明光をＰ偏光で入射して、３色ともＰ偏光で分離されるように構成している。
【００５５】
（実施例１０）
次に本発明の実施例１０を説明する。
本実施例は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子として、実施例９に記載の色分離素子を適用した構成とするものである。
【００５６】
ここで、光源としては、図示していないが、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられるが、効率よく照度を得られるように、光源からの光をリフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行うために、インテグレータ光学系等を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで、ライトバルブへ照明される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用できる。
【００５７】
尚、色分離素子への入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、照明光学系に図２１の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。すなわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などが採用される。さらに、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００５８】
本実施例では、以上のような従来からある白色の照明光源と照明光学系を用い、実施例９に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そして、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルなどからなるライトバルブを用いて偏光方向を切り替え、スイッチングして画像形成し、各色形成された透過画像を色合成素子で合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって容易に実現できる。また、従来技術で示したようなクロスダイクロイックプリズム（図２０）とミラーなどを用いて３色を合成するようにしてもよい。
【００５９】
（実施例１１）
次に本発明の実施例１１を説明する。
本実施例は、実施例１０に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして反射型液晶パネルを用い、前記色分離素子を、互いに平行に対峙された偏光分離膜と色選択性リターダが有する色分離機能に加え、色選択性リターダと偏光分離膜の組み合わせ部分を色合成素子、及び明暗信号分離としても用いる構成としたものである。
ここで、図１３は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル５，６，７と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成されており、前記色分離素子と色合成素子として、両者が一体化された素子（色分離・合成素子）１５を備えている。そして、この色分離・合成素子１５では、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間には色分離膜であるダイクロイック分離膜１５ｅが形成され、プリズム１５ｂとプリズム１５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ１５ｈと偏光分離膜１５ｇが平行対峙して形成されており、これらの部分が実施例９に記載した色分離素子と同様に機能する。また、プリズム１５ａとプリズム１５ｄの間には偏光分離膜１５ｆが形成され、プリズム１５ｃとプリズム１５ｄの間には色合成素子部となる色選択性リターダ１５ｊと偏光分離膜１５ｉが平行対峙して形成されている。
【００６０】
図１３において、色分離・合成素子１５に入射する照明光としては、例えばＳ偏光成分を向上させた光を照明光とし、緑色（Ｇ）帯域を透過させるダイクロイック分離膜１５ｅに入射させる。緑色（Ｇ）光は、Ｓ偏光でダイクロイック分離膜１５ｅを透過し、プリズム１５ａを通過後、偏光分離膜１５ｆで反射され、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７を照明する。
一方、マゼンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１５ｅで反射して分離され、プリズム１５ｂを通過し、色選択性リターダ１５ｈに向かう。この色選択性リターダ１５ｈが、青色（Ｂ）光のみの偏光方向を変える偏光子（Ｂ／Ｙ素子）として機能する場合、青色（Ｂ）光はＰ偏光に変わり、偏光分離膜１５ｇを通過して、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。また、赤色（Ｒ）光は偏光方向を変えられないので、Ｓ偏光のまま偏光分離膜１５ｇにより反射され、再び、色選択性リターダ１５ｈを通過し、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。
【００６１】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられて画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機能を有しているので、緑（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換されて、偏光分離膜１５ｆを透過し、色合成素子部に向かう。
一方、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、色選択性リターダ１５ｈ、偏光分離膜１５ｇを通過し、また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射された明表示光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜１５ｇで反射し、赤色（Ｒ）光と青色（Ｂ）光が合成されて、プリズム１５ｃを通過し、色合成素子部に向かう。
【００６２】
ここで、色合成素子部として、赤色（Ｒ）光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダ１５ｊと、偏光分離膜１５ｉで構成すれば、全ての色がこの色合成素子部で合成され、投射レンズ８へと向かい、投射レンズ８によりスクリーン上に３色合成のカラー画像が投影される。
尚、図１４は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、色分離・合成素子１５’に別の特性の色選択性リターダ１５ｈ’，１５ｊ’を組み合わせた例を示している。
【００６３】
本実施例の投影装置では、以上のような構成を採用することにより、これまで、ライトバルブへの照明光を２色に分離する色分離素子と、ライトバルブからの反射光を合成する色合成素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能とを、併せ持った色分離・合成素子を用いた簡易な構成の作像光学ユニットが実現でき、これまでにない小型な投影装置を実現することができる。
【００６４】
（実施例１２）
次に本発明の実施例１２を説明する。
本実施例は、実施例１１に記載の投影装置において、各ライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で形成された画像を合成する色合成素子部を、ダイクロイック分離膜を用いて色合成を行う構成としたものである。
ここで、図１５は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル５，６，７と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成され、前記色分離素子と色合成素子とが一体化された素子（色分離・合成素子）１６を備えている。そして、この色分離・合成素子１６では、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間には色分離膜であるダイクロイック分離膜１５ｅが形成され、プリズム１５ｂとプリズム１５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ１５ｈと偏光分離膜１５ｇが平行対峙して形成されており、これらの部分が実施例９に記載した色分離素子と同様に機能する。また、プリズム１５ａとプリズム１５ｄの間には偏光分離膜１５ｆが形成され、プリズム１５ｃとプリズム１５ｄの間には色合成素子部となるダイクロイック分離膜１６ａが形成されている。
【００６５】
すなわち、図１５に示す投影装置では、色分離・合成素子１６として、図１３に示した色分離・合成素子１５の最後の色合成素子部をダイクロイック分離膜１６ａに代えた構成としたものであり、ダイクロイック分離膜１６ａに至るまでの構成、動作及び作用は、実施例１１と同様である。
このように、本実施例では、投射レンズ８手前の最終的な色合成の部分をダイクロイック分離膜１６ａで構成することにより、さらに単純な構成の色分離・合成素子１６を用いた簡易な構成の作像光学ユニットが実現でき、より低コストな投影装置を実現することができる。
【００６６】
（実施例１３）
次に本発明の実施例１３を説明する。
本実施例は、実施例１１または実施例１２に記載の投影装置において、色合成後の光路中に色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたものである。
ここで、図１６は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置では、色分離・合成素子１６の構成は図１５に示した投影装置と同様であるが、投射レンズ８の手前で、最終的にダイクロイック分離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成となっている。例えば、図１６において、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された光は、青色（Ｂ）光のみがＳ偏光となっているが、合成後の光路に、青色帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ１０を配置すれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光をＰ偏光に揃えることができる。
【００６７】
このように、本実施例では、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたので、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。
また、図１６に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１をさらに光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分をカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００６８】
（実施例１４）
次に本発明の実施例１４を説明する。
本実施例は、実施例１２に記載の投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
ここで、図１７は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置では、色分離・合成素子１７の構成は図１５に示した投影装置とほぼ同様であるが、ダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１７ａを配置させた構成となっている。例えば、図１７において、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された後は、緑色（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）光のみがＳ偏光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換する色選択性リターダ１７ａをダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して挿入すればよい。尚、ダイクロイック分離膜１６ａは赤色（Ｒ）光のみを反射する様に設計している。また、この色選択性リターダ１７ａは、図１７のようにダイクロイック分離膜１６ａの後側に配置すればよいが、図１８に示す実施例のように、ダイクロイック分離膜１６ａの前側に配置してもよい。
【００６９】
このように、本実施例では、ダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１７ａを配置させ、各色の偏光方向を揃える構成としたので、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。また、ダイクロイック分離膜１６ａの前後どちらにも色選択性リターダ１７ａを配置できる構成が採用可能となる。
また、図１７、図１８に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１を、色合成素子部から投射レンズ８に至る光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分をカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施例を図１〜１８を参照して説明したが、各実施例の図において、図面上では色分離素子のダイクロイック分離膜１ａへの照明光の入射方向や、各色用の液晶パネルの配置位置、各液晶パネルからの反射光の色合成部への入射方向、色合成部からの出射方向等は、代表として一つの方向や配置例のみを図示しているが、これらの入射方向や出射方向、配置位置等は図示の例に限らず、適宜変更することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色分離膜と、偏光分離膜及び色選択性リターダを用い、偏光を利用して光源からの光を２色あるいは３色の光に色分離することができる、小型で、光学レイアウトが容易な新規な構成の色分離素子を実現することができる。
そして、本発明によれば、その色分離素子を用いて色分離を行うことで照明光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは、反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する、小型で軽量な投影装置を実現することができる。
また、本発明によれば、各光学素子を一体とした色分離、色合成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現して、より高画質な投影装置を実現することができる。さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性に富み、小型で安価で高画質な投影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図９】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図１２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図１３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１９】従来技術の一例を示す図であって、反射型液晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図である。
【図２０】従来技術の別の例を示す図であって、透過型液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。
【図２１】従来技術の別の例を示す図であって、偏光変換器の構成説明図である。
【図２２】従来技術の別の例を示す図であって、色選択性リターダを用いた補色カラー偏光子の構成説明図である。
【符号の説明】
１，９：ダイクロイックミラー
１’，９’：ダイクロイックプリズム
１ａ，９ａ，１２ａ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｅ，１６ａ：ダイクロイック分離膜
２，３：色選択性の偏光ビームスプリッタ
２’：偏光ビームスプリッタ
２ａ，３ａ，４ａ，１３ｅ１４ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｉ：偏光分離膜
２ｂ，３ｂ，４ｂ，１０，１２ｂ，１３ｆ，１４ｆ，１５ｈ，１５ｊ，１７ａ：色選択性リターダ
４：色合成素子
５：赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
６：青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
７：緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
８：投射レンズ
１１：直線偏光子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ：プリズム
１５，１６，１７，１８：色分離・合成素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a color separation element. Used The present invention relates to a projection apparatus. More specifically, the light from the light source is utilized using polarized light. 3 colors Color separation element that can be color separated into light Child The illumination light is separated into three colors using a means for controlling the polarization direction of each separated light, for example, by driving a light valve composed of a liquid crystal element, the polarization direction when passing or reflecting the liquid crystal The present invention relates to a projection device that forms three color images by performing switching control of light, respectively, and color-synthesizes the three color images that are each formed of a single color, and projects them on a screen as a color image.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a projection device, a liquid crystal projector capable of projecting a bright image with uniform illuminance and excellent color reproducibility is known, and various optical systems are realized in order to realize this liquid crystal projector at a smaller size and at a lower cost. Have been devised. Until now, improvements have been made by using transmissive liquid crystal elements, but liquid crystal projectors using reflective liquid crystal elements with higher resolution and higher efficiency have been put into practical use.
An outline of a conventional projection apparatus uses an illumination system arranged so that light emitted from a light source is condensed on a diaphragm of a projection lens by a condenser lens immediately before a light valve composed of a liquid crystal element (LCD). The illumination light from this illumination system is separated into light of three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by a dichroic mirror for color display. After being modulated by one liquid crystal element, it is synthesized again by a dichroic mirror and is projected by a projection lens (projection lens).
[0003]
Conventionally, when a liquid crystal element is used as a light valve, polarized light is used. The illumination light is naturally polarized and contains polarization components in various directions. After improving the degree of polarization by aligning the polarization direction in one direction, the illumination light is separated into three colors, and each color corresponds to a panel. The liquid crystal element (liquid crystal panel) is irradiated.
Here, FIG. 19 shows an operation principle of a light valve (liquid crystal light valve) using a liquid crystal element in a conventional reflective liquid crystal projector (reflective liquid crystal projector).
As shown in FIG. 19, the S-polarized light selected by the polarization beam splitter (PBS) 20 among the light from the illumination light source (not shown) is reflected by the reflective liquid crystal element 21 and becomes P-polarized light in the case of total reflection. In the case of all black light that is transmitted through the polarization beam splitter 20, guided to a projection lens (not shown), and not reflected, the polarization beam splitter 20 returns the light source. Accordingly, three liquid crystal light valves corresponding to the three colors R, G, and B are used, and each reflected light is again color-combined using a dichroic mirror or the like, and projected onto a screen by a projection lens to form an image. This is a general configuration of a conventional reflective liquid crystal projector.
[0004]
FIG. 20 shows an example of a color composition method using a conventional transmissive liquid crystal element. In FIG. 20, three sets of liquid crystal panels 31, 32, and 33 and condenser lenses 34, 35, and 36 are arranged facing three surfaces of the prism 30 on which the cross dichroic films 30a and 30b are formed, and the remaining 1 A projection lens 37 is disposed facing the surface. Then, the illumination light of the polarization component in one direction is separated into three colors, and each of them is transmitted through the transmission type liquid crystal panels 31, 32, 33. At that time, the light is switched, and the cross dichroic films 30a, 30b In this method, light of three colors is synthesized through the formed prism 30 and projected by the projection lens 37.
[0005]
Since the projector (liquid crystal projector) using the conventional liquid crystal element as described above handles polarized light, an element that improves the polarization component in a certain direction is required. Since the light source is a naturally polarized light source, there is a method of inserting an ideal polarizing plate as a method for extracting a unidirectional polarized light component. However, since the efficiency is low, a polarization separation film and a half-wave plate are currently used. Is used (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-142792 etc.).
[0006]
FIG. 21 shows a principle diagram of the conventional polarization converter. In FIG. 21, a polarization beam splitter array (PBS array) 40 is provided with a plurality of polarization separation films 41. The polarization separation film 41 transmits a P wave (P polarization) and an S wave (S polarization). Only the reflected P wave (P-polarized light) is incident on the half-wave plate 42 and rotated by 90 ° to become the S-wave (S-polarized light). It is used effectively by converting (polarized light) into S wave (S polarized light).
[0007]
Various color separation methods such as a method using a cross prism or a dichroic mirror have been proposed. However, the color described in Japanese Patent No. 3130537 (Japanese Patent Publication No. 11-504441) is proposed. A color separation and synthesis method using a selective retarder has been proposed.
Here, a conventional example described in Japanese Patent No. 3130537 (Japanese Patent Publication No. 11-504441) will be described with reference to FIG. 22. A single polarizing film 50, followed by a stack 51 of two or more retarders, Complementary color selective retarders have been proposed. When the color-selective retarder receives linearly polarized light, it generates a complementary primary color that is polarized in the orthogonal direction. Further, in Japanese Patent No. 3130537 (Japanese Patent Publication No. 11-504441), as shown in FIG. 22, the first linear polarizer 50 and two or more retarders are included in the polarizer. A first retarder stack 51 arranged consecutively with respect to the number N of the retarders, the retardance and orientation of the retarders so that the first additive primary color spectrum is along the first polarization axis. A color selective retarder is proposed, characterized in that it is transmitted and the first subtractive primary color spectrum of the complementary color is transmitted along a second orthogonal polarization axis. This color-selective retarder can be applied to the image forming part of a new projector described above as a color polarizer. USP 613091 and “Nikkei Microdevice, 2000” are examples of projectors using this element. Monthly, p184 ". The conventional example using the color selective retarder (color polarizer) as described above is a liquid crystal projector using a novel color separation method that has not been available so far.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention aims to realize a novel color separation element that uses a color-selective retarder (color-selective polarizer) as described above and is small in size and easy in optical layout. An object is to realize a small projection device by performing color separation and color synthesis using elements.
Also, it aims to realize color separation and color composition elements that integrate each optical element, to realize accurate color separation and color composition, and to realize a higher image quality projection apparatus. An object is to realize an inexpensive projection apparatus which is rich in mass productivity by integrating optical elements.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As means for achieving the above object, the invention according to claim 1 “Illumination optical system for generating illumination light with enhanced polarization component in one direction”, “Reflective liquid crystal panel for first color, second color and third color”, “The illumination light is approximately 45 Incident in degrees The color separation film and the first polarization direction component are transmitted, and the second polarization direction component orthogonal to the first polarization direction is reflected. 1st, 2nd, 3rd A polarization separation film and a color-selective retarder that converts the polarization direction of a specific wavelength region, First The color-selective retarder is disposed on the side surface of the polarization separation film, and one light separated into two colors by the color-separation film is incident on the color-selective retarder at an angle of about 45 degrees. After passing through the retarder, the polarization separation film separates the wavelength band light having the first polarization direction component and the wavelength band light having the second polarization direction component into transmitted light and reflected light, respectively. The reflective liquid crystal panel for the first color and the reflective liquid crystal panel for the second color are used for illumination. The reflected light from each reflective liquid crystal panel is synthesized by the color selective retarder and the polarization separation film. The third color reflective liquid crystal panel is arranged in the reflection direction by making the other light separated into two colors by the color separation film incident on the second polarization separation film at an angle of about 45 degrees. The reflected light from the reflective liquid crystal panel used for illumination of the light passes through the second polarization separation film, and finally the three colors of light are incident at an angle of approximately 45 degrees to synthesize the three colors of light. A color separation element including the third polarization separation film ”and“ a projection lens that projects the combined light from the color separation element ”. It is characterized by this.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the configuration, operation, and operation of the present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.
[0015]
Example 1
First, Book Embodiment of the Invention 1 Will be explained.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to an embodiment of the present invention. This color separation element transmits a color separation film 1a, a first polarization direction component, and a first polarization direction. The component of the second orthogonal polarization direction is composed of a polarization separation film 2a that reflects and a color selectivity retarder 2b that converts the polarization direction of a specific wavelength region, and the color selectivity retarder 2b is provided on the side surface of the polarization separation film 2a. One of the lights arranged and separated into two colors by the color separation film 1a enters the color selective retarder 2b at an angle of approximately 45 degrees, passes through the color selective retarder 2b, and then passes through the color selective retarder 2b. The wavelength band light having one polarization direction component and the wavelength band light having a second polarization direction component are separated into transmitted light and reflected light, respectively.
[0016]
More specifically, this color separation element uses a dichroic separation film 1a as a color separation film for initial color separation, and is separated into two colors, for example, magenta (M) and green (G) by the dichroic separation film 1a. One color (for example, magenta (M)) is further separated into, for example, two colors of red (R) and blue (B) by the element 2 composed of the color-selective retarder 2b and the polarization separation film 2a. This is a color separation element that separates three colors of (R), green (G), and blue (B).
Here, in the example shown in FIG. 1, the element 1 that performs the first color separation is a dichroic mirror (or dichroic filter) in which a dichroic separation film 1a is formed on a flat transparent member (optical glass plate or the like) 1b. The element 2 that performs the second color separation is a color-selective polarization beam splitter (PBS) in which a polarization separation film 2a and a color-selective retarder 2b are disposed adjacent to each other between two right-angle prisms. The color separation elements 1 and 2 are combined to form a three-color separation color separation element.
[0017]
As the color-selective retarder 2b, a retarder stack described in Japanese Patent No. 3130537 can be used. The retarder stack has a function of rotating the polarization direction of a certain wavelength band by 90 degrees and transmitting the wavelength band having a complementary color relationship without changing the polarization direction. That is, it has an element that converts only the green (G) band, a function that converts only the red (R) band, or a function that converts only the blue (B) band. In the prior art shown in FIG. 22, the structure of the retarder stack is designed so as to be optimal at the incidence in the vertical direction. However, in the present invention, the incident use direction (for example, approximately 45 degrees toward the color-selective retarder 2b). The retarder stack is optimally designed so that the characteristics are optimized.
[0018]
Further, as the dichroic mirror (or dichroic filter) 1 having the dichroic separation film 1a and the color selective PBS 2, the dichroic separation film 1a and the polarization separation film 2a are formed on the optical glass surface by using a thin film deposition technique in recent years. Can be produced. Specifically, a dichroic separation film 1a or a polarization separation film 2a is formed on the surface of a flat or prismatic optical glass by a thin film formation technique using a dielectric material or a metal material and using a vacuum process. Can be created easily.
By confronting the conventional element 1 such as the dichroic mirror as described above with the element 2 in which the color-selective retarder 2b and the polarization separation film 2a are arranged adjacent to each other, a color separation element having a novel structure that has never been seen before can be obtained. Can be realized.
[0019]
Next, the operation and action of the color separation element shown in FIG. 1 will be described. In FIG. 1, illumination light aligned in one polarization direction from an illumination light source (not shown) enters a dichroic mirror 1. For example, substantially P-polarized light is incident on a flat dichroic mirror 1 on which a dichroic separation film 1a having a high reflectance of green (G) light and a high transmittance of magenta (M) light is formed at an angle of about 45 degrees. The green (G) light is reflected by the dichroic separation film 1a in a substantially right angle direction, and the magenta (M) light is transmitted through the dichroic separation film 1a from the 45 degree direction shown in the figure. Incident. At this time, as the incident light, P-polarized light is incident on the polarization separation film 2a forming surface of the PBS2. At this time, the color selectivity retarder 2b is a B / Y element whose polarization direction is converted by 90 degrees only in the blue (B) band. The P-polarized magenta (M) light incident on the color-selective retarder 2b is transmitted by the color-selective retarder 2b while blue (B) is changed to S-polarized light and red (R) is transmitted as P-polarized light. Arrived at the polarization separation film 2a, only red (R) is transmitted through the polarization separation film 2a, blue (B) is reflected by the polarization separation film 2a, blue (B) light is bent 90 degrees optical path, color selection again Is incident on the directional retarder 2b, passes through the color-selective retarder 2b, and is separated as P-polarized blue (B) light.
The incident direction of the illumination light is not particularly shown, but when the dichroic separation film 1a having a high transmittance of green (G) light and a high reflectance of magenta (M) light is used, FIG. What is necessary is just to employ | adopt the structure which makes illumination light inject into the dichroic mirror 1 from the upper direction.
[0020]
In the color separation element configured as described above, the color separation direction can be freely set according to the polarization direction of light incident on the color selectivity retarder 2b and the polarization separation film 2a. In addition, the polarization direction can be selected, and an unprecedented color separation element can be realized.
In particular, in a configuration in which incident light is incident on the color-selective retarder 2b and the polarization separation film 2a at 45 degrees so that the separation angle is 90 degrees, when applied to various optical systems, the element layout is easy, When the housing holding member is mechanically designed, there are many advantages such that the reference can be taken in the orthogonal direction and accuracy can be easily secured.
In addition, by adopting a configuration that uses P-polarized light, the polarization directions of the three separated colors remain the same P-polarized light, so that they can be used in the same way as conventional color separation elements (such as dichroic color filters). Will be possible and the range of use will be expanded.
[0021]
(Example 2)
next Book Embodiment of the Invention 2 Will be explained.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to another embodiment of the present invention. This color separation element is arranged between two rectangular prisms 1c and 1d in place of the flat plate dichroic mirror 1 of FIG. The dichroic separation film 1a is formed on the prism, and a prism-like element (dichroic prism) 1 'that separates the optical path by 90 degrees is used. The basic operation and action are the same as those in the first embodiment.
In the configuration shown in FIG. 1, when the thickness of a flat optical glass plate or the like constituting the dichroic mirror 1 is thick, an optical axis shift occurs in the middle of passing through the flat dichroic mirror 1 arranged obliquely. In the configuration shown in FIG. 2, the optical axis shift does not occur due to the prism-like dichroic mirror 1 ′. Further, since the color-selective polarization separation element (PBS) 2 constituted by the color-selectivity retarder 2b and the polarization separation film 2a is also prism-shaped, it passes through the dichroic prism 1 ′ and the polarization separation element (PBS) 2. The optical axis shift at the time does not occur, and the assembly becomes easy, so that the color separation element can be easily integrated.
[0022]
Example 3
next Book Embodiment of the Invention 3 Will be explained.
This embodiment projects a light source, a color separation element, a plurality of light valves (liquid crystal light valves) that form an image according to a video modulation signal, a color composition element that synthesizes each image, and a formed image. In the projection apparatus configured with the projection lens, the color separation element described in Example 1 or 2 is used as the color separation element.
[0023]
Here, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like is used as the light source. However, the light from the light source may be reflected and collected by a reflector so that illuminance can be obtained efficiently.
Although not shown, an integrator optical system or the like may be employed in order to more efficiently illuminate the light valve. This is a condensing element that reduces the illuminance unevenness of the illumination light illuminating the light valve by combining a fly-eye lens called an integrator, or a condensing element that efficiently leads to the light valve in combination with a condenser lens. A conventional technique can be adopted.
[0024]
Incidentally, since the incident light to the color separation element needs to increase the polarization component in one direction, when a non-polarized light source is adopted as the light source, for example, the illumination optical system as in the prior art of FIG. A polarization converter may be used. That is, if the illumination optical system is configured by a polarization converter combining a PBS array and a wave plate in the conventional example, illumination light can be efficiently converted into one polarization direction. In addition, a configuration integrated with an integrator optical system by combining with a lens array matched to the PBS array pitch as necessary is adopted. Furthermore, it is good also as illumination light with a higher polarization degree combining a polarization converter and a linear polarizer. If the efficiency is ignored, only a linear polarizer can be used.
[0025]
In the present embodiment, the above-described conventional illumination optical system using a white illumination light source is used, and the three-color separation is performed using the color separation element described in the first or second embodiment. Then, the light after separation of the three colors is switched by switching the polarization direction using a light valve made of, for example, a transmissive liquid crystal panel, and is switched to form an image, and each color formed transmission image is synthesized by a color synthesis element, The projection device was configured by projecting onto a screen with a projection lens.
Although not shown, the color composition can be easily realized by a combination of a mirror and a color filter using a conventional technique. Alternatively, the three colors may be synthesized using a cross dichroic prism (FIG. 20) as shown in the prior art.
[0026]
Example 4
next Book Embodiment of the Invention 4 Will be explained.
This example is an example To 3 In the projector described above, a reflection type light valve (for example, a reflection type liquid crystal panel) that modulates the polarization direction is used as the light valve, and at least one set of color separation elements that function as a polarization separation film and a color-selective retarder are provided. It is configured to be used as a color composition element.
Here, FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus according to an embodiment of the present invention. This projection apparatus corresponds to a light source, illumination optical system, color separation elements 1 and 2 and a video modulation signal which are not shown. A plurality of reflective light valves (for example, reflective liquid crystal panels) 5, 6, and 7 that form an image, a color composition element 4 that synthesizes each image, and a projection lens 8 that projects the formed image. As the color separation element, the color separation element described in Example 1, that is, the dichroic mirror 1 having the dichroic separation film 1a as the color separation film, the first polarization direction component is transmitted, and the first polarization direction Is composed of a polarization separation film 2a that reflects the component of the second orthogonal polarization direction and a color selectivity retarder 2b that converts the polarization direction in the specific wavelength region, and the color selectivity retarder 2b on the side surface of the polarization separation film 2a. Place and die One light separated into two colors by the Loic separation film 1a is incident on the color-selective retarder 2b at an angle of about 45 degrees, passes through the color-selective retarder 2b, and then passes through the color-selective retarder 2b. In this configuration, a color separation element configured to separate a wavelength band light having a direction component and a wavelength band light having a second polarization direction component into transmitted light and reflected light, respectively.
[0027]
As an operation of the projection apparatus, first, illumination light is incident on the dichroic mirror 1 having characteristics of reflecting green (G) light and transmitting magenta (M) light as P-polarized light from a light source (not shown). Green (G) light reflected by the dichroic separation film 1a of the dichroic mirror 1 is incident on the color selective polarization beam splitter (PBS) 3 having the polarization separation film 3a and the color selective retarder 3b as P-polarized light. A green light (G) reflective light valve (reflective liquid crystal panel) that passes through the separation membrane 3a, passes through a color selective retarder 3b that changes the polarization direction of green (G) light by 90 degrees, and becomes S polarized light. ) 7 is illuminated.
[0028]
On the other hand, the magenta (M) light that has passed through the dichroic separation film 1a of the dichroic mirror 1 enters the polarization beam splitter (PBS) 2 having the polarization separation film 2a and the color selectivity retarder 2b as P-polarized light. The blue (B) light converted to S-polarized light by the color-selective retarder 2b is reflected by the polarization separation film 2a, passes through the color-selective retarder 2b again, becomes P-polarized light, and is a reflective liquid crystal for blue (B) The panel 6 is illuminated. The red (R) light that has passed through the color-selective retarder 2b passes through the polarization separation film 2a, and is also P-polarized, and illuminates the red (R) reflective liquid crystal panel 5.
[0029]
Each of the reflective liquid crystal panels 5, 6, and 7 forms an image by controlling the polarization direction for each pixel in accordance with the image signal. That is, since the bright display has a function of reflecting the incident light by changing the polarization direction, for example, the bright display light reflected by the green (G) reflective liquid crystal panel 7 is converted to P-polarized light. The color-selective retarder 3b is changed to S-polarized light, is reflected by the polarization separation film 3a, passes through the color-selective retarder 3b again, is changed to P-polarized light, and goes to the color synthesizing element 4. Further, the bright display light reflected by the red (R) reflective liquid crystal panel 5 is changed to S-polarized light, reflected by the polarization separation film 2 a, and directed toward the color composition element 4. Further, since the bright display light reflected by the blue (B) reflective liquid crystal panel 6 is converted to S-polarized light, it passes through the color-selective retarder 2b, is converted to P-polarized light, and passes through the polarization separation film 2a. Then, the light is combined with the bright display light for red (R) and travels toward the color composition element 4. At this time, the color-selective polarization separation element (PBS) 2 composed of the polarization separation film 2a and the color-selective retarder 2b combines blue (B) light and red (R) light in addition to the color separation function. It also functions as a color composition element.
Here, as the color synthesis element 4 for synthesizing the three colors, when the color-selective retarder 4b and the polarization separation film 4a that change the polarization direction only in the red wavelength band are arranged as shown in FIG. 3, green (G) light, The red (R) light and the blue (B) light are combined to form a color image, and this color image is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 8.
[0030]
By adopting the configuration as described above, an element that separates the illumination light to the reflective light valve (reflective liquid crystal panel) into two colors, a composite element that combines the reflected light from the light valve, The function of separating the illumination light and the optical path of the projected image can be incorporated in one element, and an unprecedented compact image forming optical system is realized.
[0031]
Next, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention. In this projection apparatus, instead of the dichroic mirror 1 of FIG. The dichroic prism 1 ′ shown in FIG. 3 is used, and the other configuration and operation are the same as those in FIG.
[0032]
Next, FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention. This projection apparatus has a characteristic of transmitting green (G) light and reflecting magenta (M) light. The prism 1 ′ has a configuration in which illumination light is incident as S-polarized light from an illumination optical system (not shown), and a polarization beam having only a polarization separation film 2a in order to switch a bright and dark optical path of green (G) light. This is an embodiment using a splitter (PBS) 2 ′.
[0033]
In FIG. 5, green (G) light transmitted through the dichroic separation film 1a of the dichroic prism 1 ′ is incident on the polarization beam splitter (PBS) 2 ′ having only the polarization separation film 2a as S-polarized light. The reflected light valve (reflective liquid crystal panel) 7 for green (G) is illuminated.
On the other hand, the magenta (M) light reflected by the dichroic separation film 1a of the dichroic prism 1 'enters the color selective polarization beam splitter (PBS) 3 having the polarization separation film 3a and the color selective retarder 3b as S-polarized light. The red (R) light converted to P-polarized light by the color-selective retarder 3b is reflected by the polarization separation film 3a, passes through the color-selective retarder 3b again, becomes S-polarized light, and is reflected for red (R). The liquid crystal panel 5 is illuminated. The blue (B) light that has passed through the color-selective retarder 3b passes through the polarization separation film 3a, and illuminates the blue (B) reflective liquid crystal panel 6 with P-polarized light.
[0034]
Each of the reflective liquid crystal panels 5, 6, and 7 forms an image by controlling the polarization direction for each pixel in accordance with the image signal. That is, since the bright display has a function of reflecting the incident light by changing the polarization direction, for example, the bright display light reflected by the green (G) reflective liquid crystal panel 7 is converted to P-polarized light. Then, the light passes through the polarization separation film 2 a and travels toward the color synthesis element 4. The bright display light reflected by the red (R) reflective liquid crystal panel 5 is changed to P-polarized light, passes through the polarization separation film 2a, and travels toward the color synthesis element 4. Further, since the bright display light reflected by the blue (B) reflective liquid crystal panel 6 is changed to S-polarized light, it is reflected by the polarization separation film 3a and synthesized with the red (R) bright display light. To the color composition element 4. At this time, the color-selective polarization separation element (PBS) 3 including the polarization separation film 3a and the color-selectivity retarder 3b synthesizes blue (B) light and red (R) light in addition to the color separation function. It also functions as a color composition element.
Here, as the color synthesizing element 4 for synthesizing the three colors, when the color selective retarder 4b for changing the polarization direction only in the red wavelength band and the polarization separation film 4a are arranged as shown in FIG. 5, green (G) light, The red (R) light and the blue (B) light are combined to form a color image, and this color image is projected onto a screen (not shown) by the projection lens 8.
[0035]
(Example 5)
next Book Embodiment of the Invention 5 Will be explained.
This example is an example To 3 In the projection apparatus described above, a reflection type light valve (for example, a reflection type liquid crystal panel) that controls and modulates the polarization direction is used as the light valve, and the image modulated by the first light valve is modulated by another light valve. The color-selective retarder and the image synthesized with the polarization separation film are synthesized with a color synthesis element using a dichroic separation film.
[0036]
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 6, reference numeral 1 ′ denotes a dichroic prism having a dichroic separation film 1a, and 2 denotes a polarization separation film 2a and a color selective retarder 2b adjacent to each other. The color-selective polarization beam splitter (PBS) formed in this manner, and the dichroic prism 1 ′ and the color-selective PBS 2 constitute a color separation element similar to FIG. Reference numeral 3 ′ denotes a polarization beam splitter having a polarization separation film 3a, and reference numeral 9 denotes a color composition element in which a dichroic separation film 9a is formed on the surface of a flat optical glass plate 9b.
[0037]
The dichroic separation film 9a has a configuration in which the transmittance in the green band is increased and the reflectance is increased in areas other than the green band. The dichroic separation film 9a can be easily formed by forming a dielectric multilayer film or the like on the surface of the optical glass plate 9b using a recent thin film forming technique or the like, and the dichroic separation film 9a is formed. The synthesized color synthesizing element 9 may be disposed at an inclination of approximately 45 degrees with respect to the optical axis.
In addition, when a dichroic separation film having characteristics in which reflection and transmission are reversed is used, a configuration in which the projection lens 8 is disposed at a position folded 90 degrees can also be employed.
[0038]
Further, in a projection apparatus that increases the pixel density and supports high resolution, instead of an optical glass plate on which a dichroic separation film 9a is formed as a color composition element, a right angle is provided as in another embodiment shown in FIG. A configuration using a dichroic prism 9 'in which a dichroic separation film 9a is formed on a prism or the like may be employed (claim 7).
Here, in the projection apparatus having the configuration shown in FIG. 7, a dichroic separation film 1a that reflects the blue (B) band and transmits the yellow (Y) band is used as the color separation film on the incident side, and the dichroic separation film 1a is used. P-polarized illumination light is incident and separated into blue (B) light and yellow (Y) light. The yellow (Y) light is separated into red (R) light and green (G) light by the color selective retarder (R / C element) 2b that converts the polarization direction of the red band and the polarization separation film 2a. Used for illumination of the reflective liquid crystal panel 5 for red (R) and the reflective liquid crystal panel 7 for green (G), the reflected light from the respective liquid crystal panels 5 and 7 is a color selective retarder (R / C element). 2b and the polarization separation film 2a. On the other hand, the blue (B) light passes through the polarization separation film 3a and is used for illumination of the blue (B) reflective liquid crystal panel 6. The reflected light from the blue (B) reflective liquid crystal panel 6 is polarized. Reflected by the separation membrane 3a. A dichroic prism 9 ′ having a dichroic separation film 9a is used as a color composition element that finally synthesizes blue (B) light and yellow (Y) light (red (R) and green (G) combined light). Then, the synthesized light is projected onto the screen by the projection lens 8.
[0039]
Next, FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing still another embodiment of the present invention, in which reference numeral 1 'denotes a dichroic prism having a dichroic separation film 1a, and 2' denotes a polarization having a polarization separation film 2a. A beam splitter 3 is a color-selective polarization beam splitter (PBS) in which a polarization separation film 3a and a color-selective retarder 3b are formed adjacent to each other, and a color separation element is formed by a dichroic prism 1 'and a color-selectivity PBS 3. It is composed. Reference numeral 9 'denotes a color synthesizing element including a dichroic prism in which a dichroic separation film 9a is formed on a right-angle prism or the like.
[0040]
This projection apparatus uses a dichroic separation film 1a that reflects red (R) light and transmits cyan (C) light when S-polarized illumination light is incident on the dichroic prism 1 ′. The color synthesizing element 9 ′ also has a configuration to which a dichroic separation film 9a for synthesizing red (R) light and cyan (C) is applied. More specifically, in the projection apparatus having the configuration shown in FIG. 8, the dichroic separation film 1a that reflects the red (R) band and transmits the cyan (C) band is used as the incident side color separation film. S-polarized illumination light is incident on 1a and separated into red (R) light and cyan (C) light. The cyan (C) light is separated into blue (B) light and green (G) light by the color-selective retarder 3b and the polarization separation film 3a, and the blue (B) reflective liquid crystal panel 6 and green ( G) is used for illumination of the reflective liquid crystal panel 7, and the reflected light from the liquid crystal panels 6 and 7 is synthesized by the color-selective retarder 3b and the polarization separation film 3a. On the other hand, the red (R) light is reflected by the polarization separation film 2a of the PBS 2 ′ and used for illumination of the red (R) reflective liquid crystal panel 5, and reflected from the red (R) reflective liquid crystal panel 5. The light becomes P-polarized light and passes through the polarization separation film 2a. Finally, a dichroic separation film 9a is employed as a color composition element for synthesizing red (R) light and cyan (C) light (combined light of blue (B) and green (G)), and the composite light is projected. Screen with lens 8 Up Project to.
[0041]
With the configuration shown in FIG. 6, FIG. 7, or FIG. 8, a color image can be easily obtained with a relatively simple configuration. Therefore, it is possible to realize a low-cost and lightweight imaging optical system.
Further, in the case of constructing a projection apparatus that increases the pixel density and supports high resolution, the configuration shown in FIG. 6 uses an optical glass plate (dichroic mirror) 9 on which a dichroic separation film 9a is formed as a color synthesizing element. Therefore, when light is incident on the dichroic mirror 9 obliquely, astigmatism or the like is likely to occur, and there is a problem that a burden is imposed on the projection lens. However, the projection having the configuration shown in FIG. 7 or FIG. Since the apparatus uses a dichroic prism 9 ′ in which a dichroic separation film 9a is formed on a right-angle prism or the like as a color synthesis element, the occurrence of aberration can be suppressed and higher image quality can be supported.
[0042]
(Example 6)
next Book Embodiment of the Invention 6 Will be explained.
This example is an example 4 Or examples To 5 In the illustrated projection apparatus, the same glass material is used for the optical prisms arranged in the optical paths through which the respective bright display lights reflected by the three sets of reflective light valves (reflective liquid crystal panels) 5, 6 and 7 pass. It is characterized by comprising.
[0043]
It is difficult to make a polarization separation film, a dichroic separation film, or the like used for a color separation element or a color synthesis element function alone, and these films are usually formed on a plane such as the surface of a prism. However, surface reflection occurs on the surface of the prism due to the difference in refractive index in air. In order to prevent this, an antireflection coating has been used so far. Further, if each prism is adhered and fixed, the surface reflection as much as the interface with air is eliminated, but if the refractive index of each prism is different, at least the reflection occurs at the interface.
[0044]
Therefore, in this embodiment, the glass materials of the optical prisms arranged in the optical paths through which the respective bright display lights reflected by the three sets of reflective light valves (reflective liquid crystal panels) 5, 6, and 7 pass are made the same. Thus, the refractive index difference between the prisms is eliminated, and the surface reflection when the prisms are brought into close contact with each other can be reduced, so that a projection device that is more resistant to flare and has high contrast can be realized.
Although not shown, if the prisms are integrated by bonding according to the refractive index, surface reflection is almost eliminated. This eliminates the need for an anti-reflection coating and makes it possible to reduce the portion related to the film formation cost.
[0045]
(Example 7)
next Book Embodiment of the Invention 7 Will be explained.
This example is an example 4 Or examples 5 Or examples 6 In the projector shown in the figure, a color-selective retarder is arranged in the optical path after the final color synthesis, and the polarization directions of the respective colors are aligned.
Here, FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the projection apparatus shown in FIG. 4, but after color synthesis is finally performed. A color selective retarder 10 is arranged in the optical path so that the polarization directions of the respective colors are aligned.
[0046]
That is, in the configuration shown in FIG. 4, immediately after the final color synthesis, green (G) light and blue (B) light are P-polarized, but red (R) light remains S-polarized. Therefore, in the configuration shown in FIG. 9, the color-selective retarder 10 that converts the polarization direction only in the red band is arranged in the optical path after the final color synthesis.
Thus, by arranging the color-selective retarder 10 in the optical path after the final color synthesis and aligning the polarization directions, it is possible to realize a projection device that does not depend on the polarization characteristics of the screen.
Further, as shown in FIG. 9, by further inserting a linear polarizer 11 having a high transmittance only in the aligned polarization direction into the optical path, it becomes possible to cut the flare component whose polarization direction has changed in the middle, A high-quality projection apparatus with higher contrast can be realized.
[0047]
(Example 8)
next Book Embodiment of the Invention 8 Will be explained.
This example is an example 5 Or examples 6 In the illustrated projection apparatus, the dichroic separation film and the color selective retarder are arranged in parallel to face each other, and the polarization directions of the respective colors are aligned.
Here, FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the projection apparatus shown in FIG. 8, but the dichroic separation film 12a of the color synthesis element 12 is shown. The color selective retarders 12b are arranged in parallel to each other, and the polarization directions of the respective colors are aligned.
[0048]
That is, in the projector having the configuration shown in FIG. 10, before reaching the dichroic separation film 12a, green (G) light and red (R) light are P-polarized light and blue (B) light is S-polarized light. (B) A color-selective retarder 12b that converts only light may be inserted. In the configuration of FIG. 10, the dichroic separation films 1a and 12a are designed to reflect only red (R) light. In addition, the color-selective retarder 12b is disposed on the rear side of the dichroic separation membrane 12a in the illustrated example, but may be disposed on the front side of the dichroic separation membrane 12a.
[0049]
Further, as in the projector having the configuration shown in FIG. 10, when the characteristic of the dichroic separation film 12a is a characteristic that reflects only red (R) light, the color that changes the polarization direction of only blue (B) light. As the selectivity retarder, an element set as a retarder stack or the like so as to rotate exactly 90 degrees by the reciprocation of the element may be inserted.
As an effect of the present embodiment, the embodiment 7 In addition to the effect, it is possible to adopt a configuration in which the color selective retarder 12b can be arranged either before or after the dichroic separation membrane 12a.
[0050]
Example 9
next Book Embodiment of the Invention 9 Will be explained.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to an embodiment of the present invention. The color separation element 13 includes optical prisms 13a, 13b, and 13c having a color separation film 13d and a polarization separation film 13e formed thereon or added thereto. And a color-selective retarder 13f opposed to the polarization separation film 13e in parallel. Specifically, the optical prism 13a to which the dichroic separation film 13d is added as the color separation film and the prism 13c to which the polarization separation film 13e is added sandwich the color selective retarder 13f, and the dichroic separation This is a color separation element that further separates the light separated by the film 13d into two colors by the color selective retarder 13f and the polarization separation film 13e.
[0051]
More specifically, in the color separation element 13 having the configuration shown in FIG. 11, a dichroic separation film (for example, transmits blue (B) light and yellow (Y) light between the side a of the prism 13a and the side b of the prism 13b. Is formed or added. Further, a polarization separation film 13e is formed or added to the side c of the prism 13c, and a color-selective retarder (for example, green (G) light) is formed between the side c of the prism 13c and the side a ′ of the prism 13a. A structure in which a polarization direction changing element) 13f is sandwiched is employed.
[0052]
With such a configuration, as shown in the drawing, illumination light incident as S-polarized light transmits blue (B) light and reflects yellow (Y) light through the dichroic separation film 13d. The reflected yellow (Y) light goes to the color-selective retarder 13f facing the side a ′ of the prism 13a as S-polarized light. Since the color selective retarder 13f has a function of changing the polarization direction of only green (G) light, only the green (G) band of the yellow (Y) light that has passed through the color selective retarder 13f is P polarized. And passes through the polarization separation film 13e to separate green (G). Further, since the red (R) light remains S-polarized light, it is reflected by the polarization separation film 13e and separated into three colors.
[0053]
As described above, by arranging the dichroic separation film 13d, the color selective retarder 13f, and the polarization separation film 13e on the two orthogonal sides a and a 'of the right-angle prism 13a, it is possible to perform color separation of three colors. . Of course, as the shape of the prism 13a, a right-angle prism 13a may be used as shown in the embodiment. However, if a prism having a parallelogram shape is used, the color-selective retarder and the polarized light separation are arranged on the surfaces parallel to each other. A film may be sandwiched. In that case, red (R) and blue (B) are reflected in the same direction, but may be set according to the application.
As for the color separation order, various color separations are possible by combining the order of G / M, R / C, and B / Y according to the design of the device.
[0054]
Next, FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to another embodiment of the present invention. This color separation element 14 includes an optical prism 14a to which a dichroic separation film 14d is added as a color separation film, and a polarization separation. The color selective retarder 14f is sandwiched between the prism 14c to which the film 14e is added, and the light separated by the dichroic separation film 14d is further divided into two colors by the color selective retarder 14f and the polarization separation film 14e. This is a color separation element to be separated. The configuration of the color separation element shown in FIG. 12 is substantially the same as that of FIG. 11, but in the color separation element 14 of the configuration shown in FIG. 12, for example, between the side a of the prism 14a and the side b of the prism 14b, for example A dichroic separation film 14d that transmits cyan (C) light and reflects red (R) light is formed or added.
Further, a polarization separation film 14e is formed or added to the side c of the prism 14c, and a color-selective retarder (for example, blue (B) light is emitted between the side c of the prism 14c and the side a ′ of the prism 14a. A configuration in which a polarization direction changing element) 14f is sandwiched is employed. In this embodiment, illumination light is incident as P-polarized light, and all three colors are separated by P-polarized light.
[0055]
(Example 10)
next Book Embodiment of the Invention 10 Will be explained.
In this embodiment, a light source, a color separation element, a plurality of light valves that form an image according to a video modulation signal, a color composition element that synthesizes each image, and a projection lens that projects the formed image. In the configured projection apparatus, as the color separation element, an embodiment 9 The described color separation element is applied.
[0056]
Here, although not shown, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, an ultra-high pressure mercury lamp, or the like is used as the light source, but the light from the light source is reflected and collected by a reflector so that illuminance can be obtained efficiently. It is good also as a structure made to light.
Although not shown, an integrator optical system or the like may be employed in order to more efficiently illuminate the light valve. This is a condensing element that reduces the illuminance unevenness of the illumination light illuminating the light valve by combining a fly-eye lens called an integrator, or a condensing element that efficiently leads to the light valve in combination with a condenser lens. A conventional technique can be adopted.
[0057]
Incidentally, since the incident light to the color separation element needs to increase the polarization component in one direction, when a non-polarized light source is adopted as the light source, for example, the illumination optical system as in the prior art of FIG. A polarization converter may be used. That is, if the illumination optical system is configured by a polarization converter combining a PBS array and a wave plate in the conventional example, illumination light can be efficiently converted into one polarization direction. In addition, a configuration integrated with an integrator optical system by combining with a lens array matched to the PBS array pitch as necessary is adopted. Furthermore, it is good also as illumination light with a higher polarization degree combining a polarization converter and a linear polarizer. If the efficiency is ignored, only a linear polarizer can be used.
[0058]
In this embodiment, the conventional white illumination light source and illumination optical system as described above are used. 9 Three-color separation is performed using the described color separation element. Then, the light after separation of the three colors is switched by switching the polarization direction using a light valve made of, for example, a transmissive liquid crystal panel, and is switched to form an image, and each color formed transmission image is synthesized by a color synthesis element, The projection device was configured by projecting onto a screen with a projection lens.
Although not shown, the color composition can be easily realized by a combination of a mirror and a color filter using a conventional technique. Alternatively, the three colors may be combined using a cross dichroic prism (FIG. 20) and a mirror as shown in the prior art.
[0059]
(Example 11)
next Book Embodiment of the Invention 11 Will be explained.
This example is the same as Example 1. To zero In the projector described above, a reflection type liquid crystal panel is used as the light valve, and the color separation element includes, in addition to the color separation function of the polarization separation film and the color selectivity retarder facing each other in parallel, The combination part of the polarization separation film is configured to be used also as a color synthesis element and light / dark signal separation.
Here, FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. This projection apparatus includes a light source, a color separation element, and a plurality of images that form an image corresponding to a video modulation signal. The reflective liquid crystal panels 5, 6, and 7 are composed of a color composition element that synthesizes each image and a projection lens 8 that projects the formed image. An integrated element (color separation / synthesis element) 15 is provided. In the color separation / combination element 15, a dichroic separation film 15e, which is a color separation film, is formed between the prism 15a and the prism 15b, and a color serving as a color separation / combination unit is formed between the prism 15b and the prism 15c. The selectivity retarder 15h and the polarization separation film 15g are formed in parallel to each other. 9 It functions similarly to the described color separation element. Further, a polarization separation film 15f is formed between the prisms 15a and 15d, and a color selectivity retarder 15j and a polarization separation film 15i, which are color combining elements, are formed in parallel between the prisms 15c and 15d. Has been.
[0060]
In FIG. 13, as illumination light incident on the color separation / synthesis element 15, for example, light with an improved S polarization component is used as illumination light and is incident on a dichroic separation film 15 e that transmits the green (G) band. The green (G) light passes through the dichroic separation film 15e as S-polarized light, passes through the prism 15a, is reflected by the polarization separation film 15f, and illuminates the green (G) reflective liquid crystal panel 7.
On the other hand, magenta (M) light is reflected and separated by the dichroic separation film 15e, passes through the prism 15b, and travels toward the color selective retarder 15h. When this color-selective retarder 15h functions as a polarizer (B / Y element) that changes the polarization direction of only blue (B) light, the blue (B) light changes to P-polarized light and passes through the polarization separation film 15g. Thus, the reflective liquid crystal panel 6 for blue (B) is illuminated. In addition, since the polarization direction of red (R) light cannot be changed, it is reflected by the polarization separation film 15g as S-polarized light, passes through the color-selective retarder 15h again, and reflects the red (R) reflective liquid crystal panel 5. Illuminate.
[0061]
Each of the reflective liquid crystal panels 5, 6, and 7 forms an image by changing the polarization direction for each pixel in accordance with an image signal. Since the bright display has a function of changing the polarization direction, the bright display light reflected by the green (G) reflective liquid crystal panel 7 is converted into P-polarized light and transmitted through the polarization separation film 15f. Head to the color composition element.
On the other hand, the bright display light reflected by the reflective liquid crystal panel 5 for red (R) is changed to P-polarized light, passes through the color-selective retarder 15h and the polarization separation film 15g, and is reflected for blue (B). Since the bright display light reflected by the liquid crystal panel 6 is changed to S-polarized light, it is reflected by the polarization separation film 15g, and the red (R) light and the blue (B) light are combined and passed through the prism 15c. Head to the synthesis element.
[0062]
Here, if the color synthesizing element unit is configured by a color selective retarder 15j that converts the polarization direction of only red (R) light and the polarization separation film 15i, all colors are synthesized by this color synthesizing element unit. The projection lens 8 heads toward the projection lens 8, and the projection lens 8 projects a three-color composite color image on the screen.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention, and shows an example in which color selective retarders 15h ′ and 15j ′ having different characteristics are combined with the color separation / synthesis element 15 ′. ing.
[0063]
In the projection apparatus of the present embodiment, by adopting the above-described configuration, the color separation element that separates the illumination light to the light valve into two colors and the color composition that combines the reflected light from the light valve so far. An image forming optical unit with a simple configuration using a color separation / combination element that combines the elements and the function of separating the light path of the illumination light and the projected image can be realized, and an unprecedented compact projection device can be realized. be able to.
[0064]
(Example 12)
next Book Embodiment of the Invention 12 Will be explained.
This example is the same as Example 1. 1 In the projector described above, the color synthesizing element unit that synthesizes the images formed by the light valves (reflection type liquid crystal panels) 5, 6 and 7 is configured to perform color synthesis using a dichroic separation film. .
Here, FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. This projection apparatus includes a light source, a color separation element, and a plurality of images that form an image corresponding to a video modulation signal. The reflective liquid crystal panels 5, 6, and 7 are composed of a color composition element that synthesizes each image and a projection lens 8 that projects the formed image, and the color separation element and the color composition element are integrated. An element (color separation / synthesis element) 16 is provided. In the color separation / combination element 16, a dichroic separation film 15e, which is a color separation film, is formed between the prism 15a and the prism 15b, and a color serving as a color separation / combination unit is formed between the prism 15b and the prism 15c. The selectivity retarder 15h and the polarization separation film 15g are formed in parallel to each other. 9 It functions similarly to the described color separation element. Further, a polarization separation film 15f is formed between the prisms 15a and 15d, and a dichroic separation film 16a serving as a color composition element portion is formed between the prisms 15c and 15d.
[0065]
That is, in the projection apparatus shown in FIG. 15, the color separation / combination element 16 has a configuration in which the last color composition element portion of the color separation / combination element 15 shown in FIG. 13 is replaced with a dichroic separation film 16a. The configuration, operation and action up to the dichroic separation membrane 16a are the same as those in the eleventh embodiment.
As described above, in the present embodiment, the final color composition portion in front of the projection lens 8 is configured by the dichroic separation film 16a, so that the simpler configuration using the color separation / synthesis element 16 can be achieved. An imaging optical unit can be realized, and a lower cost projection apparatus can be realized.
[0066]
(Example 13)
next Book Embodiment of the Invention 13 Will be explained.
This example is the same as Example 1. 1 Or Example 1 2 In the projector described above, the color-selective retarder 10 is arranged in the optical path after color synthesis so that the polarization directions of the respective colors are aligned.
Here, FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. In this projection apparatus, the configuration of the color separation / combination element 16 is the same as that of the projection apparatus shown in FIG. A color selective retarder 10 is arranged in the optical path finally synthesized by the dichroic separation film 16a before the projection lens 8 so that the polarization directions of the respective colors are aligned. For example, in FIG. 16, only the blue (B) light is S-polarized light synthesized by the dichroic separation film 16a, but the color-selective retarder that changes the polarization direction only in the blue band in the synthesized optical path. If 10 is arranged, light of each color of R, G, and B can be aligned with P-polarized light.
[0067]
As described above, in this embodiment, the color selective retarder 10 is arranged in the optical path synthesized by the dichroic separation film 16a so that the polarization directions of the respective colors are aligned. Therefore, the projection apparatus does not depend on the polarization characteristics of the screen. Can be realized.
In addition, as shown in FIG. 16, it is possible to cut a flare component whose polarization direction has changed in the middle by further inserting a linear polarizer 11 having a high transmittance only in the aligned polarization direction into the optical path, A high-quality projection apparatus with higher contrast can be realized.
[0068]
(Example 14)
next Book Embodiment of the Invention 14 Will be explained.
This example is the same as Example 1. 2 In the projector described above, the dichroic separation film and the color selective retarder are arranged in parallel to face each other, and the polarization directions of the respective colors are aligned.
Here, FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing an embodiment of the present invention. In this projection apparatus, the configuration of the color separation / combination element 17 is substantially the same as that of the projection apparatus shown in FIG. The color selective retarder 17a is arranged in parallel with the dichroic separation membrane 16a. For example, in FIG. 17, after being synthesized by the dichroic separation film 16a, green (G) light and red (R) light are P-polarized light, and only blue (B) light is S-polarized. A color-selective retarder 17a for converting only the dichroic separation membrane 16a may be inserted in parallel. The dichroic separation film 16a is designed to reflect only red (R) light. The color-selective retarder 17a may be disposed on the rear side of the dichroic separation membrane 16a as shown in FIG. 17, but may be disposed on the front side of the dichroic separation membrane 16a as in the embodiment shown in FIG. Good.
[0069]
As described above, in this embodiment, the color selective retarder 17a is arranged in parallel with the dichroic separation film 16a and the polarization directions of the respective colors are aligned, so that a projection apparatus independent of the polarization characteristics of the screen is realized. be able to. In addition, it is possible to employ a configuration in which the color selective retarder 17a can be disposed either before or after the dichroic separation membrane 16a.
In addition, as shown in FIGS. 17 and 18, by inserting a linear polarizer 11 having high transmittance only in the aligned polarization direction into the optical path from the color synthesizing element portion to the projection lens 8, the polarization direction is halfway. Therefore, it is possible to cut the flare component having changed, and to realize a high-quality projection apparatus with higher contrast.
[0070]
more than, Book Embodiments of the invention have been described with reference to FIGS. 1 to 18. In the drawings of the embodiments, the incident direction of illumination light to the dichroic separation film 1a of the color separation element and the liquid crystal panel for each color are shown in the drawings. The arrangement position, the incident direction of the reflected light from each liquid crystal panel to the color synthesizing unit, the emission direction from the color synthesizing unit, etc., only one direction and an example of arrangement are shown as representatives. The emission direction, the arrangement position, and the like are not limited to the illustrated example, and can be changed as appropriate.
[0071]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, using a color separation film, a polarization separation film, and a color selective retarder, the light from the light source is color-separated into two or three colors using polarized light. Therefore, it is possible to realize a color separation element having a novel configuration that is small and easy in optical layout.
According to the present invention, means for separating the illumination light into three colors by performing color separation using the color separation element and controlling the polarization direction of the separated light, for example, a light valve comprising a liquid crystal element By driving the liquid crystal, the polarization direction is changed when passing through the liquid crystal or reflected, and the three color images are formed by performing the switching control of the light, respectively, and the three colors each formed as a single color. It is possible to realize a small and lightweight projection device that color-synthesizes these images again and projects them onto the screen as a color image.
In addition, according to the present invention, it is possible to realize a color separation and color synthesis element in which each optical element is integrated, to realize accurate color separation and color synthesis, and to realize a projection apparatus with higher image quality. . Furthermore, by integrating the optical elements, it is possible to realize a small, inexpensive, high-quality projection apparatus that is rich in mass productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a color separation element according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the invention.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a projection apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a conventional technique, and is an explanatory diagram of a function of a reflective liquid crystal element in a reflective liquid crystal projector.
FIG. 20 is a diagram illustrating another example of the prior art, and is an explanatory diagram of a color composition method using a transmissive liquid crystal element.
FIG. 21 is a diagram illustrating another example of the prior art, and is a configuration explanatory diagram of a polarization converter.
FIG. 22 is a diagram illustrating another example of the prior art, and is a configuration explanatory diagram of a complementary color polarizer using a color-selective retarder.
[Explanation of symbols]
1, 9: Dichroic mirror
1 ', 9': Dichroic prism
1a, 9a, 12a, 13d, 14d, 15e, 16a: Dichroic separation membrane
2, 3: Color selective polarization beam splitter
2 ': Polarizing beam splitter
2a, 3a, 4a, 13e14e, 15f, 15g, 15i: Polarized light separation film
2b, 3b, 4b, 10, 12b, 13f, 14f, 15h, 15j, 17a: Color selective retarder
4: Color composition element
5: Red (R) reflective liquid crystal panel (light valve)
6: Blue (B) reflective liquid crystal panel (light valve)
7: Reflective liquid crystal panel (light valve) for green (G)
8: Projection lens
11: Linear polarizer
13a, 13b, 13c, 14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c, 15d: Prism
15, 16, 17, 18: Color separation / synthesis element

Claims

An illumination optical system that generates illumination light with an enhanced polarization component in one direction;
A reflective liquid crystal panel for the first color, the second color, and the third color;
The color separation film on which the illumination light is incident at approximately 45 degrees and the first polarization direction component are transmitted, and the first polarization direction component orthogonal to the first polarization direction is reflected . A third polarization separation film; and a color selectivity retarder that converts a polarization direction in a specific wavelength region. The color selectivity retarder is disposed on a side surface of the first polarization separation film, and the color separation film One wavelength of light separated into two colors is incident on the color-selective retarder at an angle of approximately 45 degrees, and after passing through the color-selective retarder, a wavelength band having a first polarization direction component in the polarization separation film The light and the wavelength band light having the second polarization direction component are separated into transmitted light and reflected light, respectively, and used for illumination of the reflective liquid crystal panel for the first color and the reflective liquid crystal panel for the second color. The reflected light from each of the reflective liquid crystal panels is separated from the color-selective retarder and the polarization component. Reflection for the third color arranged in the reflection direction by making the other light synthesized by the film and separated into two colors by the color separation film into the second polarization separation film at an angle of about 45 degrees The reflected light from the reflective liquid crystal panel that is used for illumination of the reflective liquid crystal panel is transmitted through the second polarization separation film, and finally, the three colors of light are incident at an angle of approximately 45 degrees. A color separation element composed of the third polarization separation film that synthesizes light;
A projection lens that projects the combined light from the color separation element;
Projection device characterized in that it comprises a.