JPH04308839A - 色分解合成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の色分解と色合成と
を共有する色分解合成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光を３原色に分解し、３組のライトバル
ブを用いて画像変調した後、合成して拡大投影し、フル
カラーの大面積表示情報を得るために、図５や図６に示
した方式で、ライトバルブには液晶パネルが用いられて
いるが、いずれも光源部から各ライトバルブまでの色分
解光学系と、各ライトバルブから拡大投影レンズまでの
色合成光学系とが、それぞれ別にもうけられ、それぞれ
専用の光学素子が用いられている。

【０００３】まず、図５に示した方式では、各ライトバ
ルブ７，８，９から拡大投影レンズ１８までの光路長を
等しく取るために、それぞれほぼ同じ容積を持つ色分解
光学系２１，２２と色合成光学系２２，２３が用いられ
ている。

【０００４】次に、図６に示した方式では、色分解光学
系において、光源１から各ライトバルブ７，８，９まで
の距離が各々異なっている。色合成光学系においては、
各ライトバルブ７，８，９から拡大投影レンズ１８まで
の距離を等しく取るために、寸法及び角度精度の高い三
角プリズム４個を、中央部のずれがでないように接合し
たダイクロイックプリズム２４が用いられている。また
、各ライトバルブ７，８，９は偏光変調された光を用い
るために必要な偏光成分を選択し、不必要な偏光成分は
吸収散乱させる偏光板が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、拡大投影された
表示情報の高密度化という要求がなされているが、それ
を解決する手段として、ライトバルブの表示面積を増大
する場合がある。しかしライトバルブを大型化するため
には、次のような課題がある。

【０００６】まず、図５に示した方法では、光学素子２
１，２２，２３の大きさがそれぞれ大型化するために、
色分解光学系２１，２２と色合成光学系２２，２３のそ
れぞれの占める容積が増大し、装置全体が大型化してし
まうために、コンパクトな光学系の構成が課題となる。

【０００７】また、ライトバルブの大型化にともない、
使用しているダイクロイックプリズム２４の大型化とな
る。そのため、それを構成する三角プリズム４個に対す
る寸法及び角度精度要求が厳しく、コストの高いものと
なるため、従来のプリズムにかわる光学素子の使用が課
題となる。

【０００８】さらに、偏光変調を行なっていない光がラ
イトバルブに入射するために、ライトバルブとして液晶
パネルを用いた場合は、液晶パネルを構成する偏光板に
おいて、必要な偏光成分以外はその偏光板により吸収散
乱される。これは拡大投影された映像の輝度をあげるた
めに光源の光量の増加を図った場合、発熱を起こし、さ
らに劣化の原因となるためにあらかじめ偏光変調を行な
うことが課題となる。また、使用しない偏光成分の光を
、偏光変調を行なうことにより利用効率を上げることが
課題となる。

【０００９】ほかに、偏光ビームスプリッターにより偏
光変調を行なう場合、光学ガラスを成形研磨した大型プ
リズムを用いると、その内部歪により複屈折を起こし、
正確な偏光変調が行なわれない。しかも、さらにプリズ
ムが大型化すると、さらに内部歪をおきにくくすること
が困難となるため、光学ガラスを使用したプリズムにか
わる光学素子の使用が課題となる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】偏光ビームスプリッター
と、ダイクロイックフィルターと、位相差板と、反射鏡
とを有し、任意の波長帯の光を、偏光変調を行なうこと
により、出射面までの光路長が等しくなるよう配置する
。また、偏光ビームスプリッターと、ダイクロイックフ
ィルターと、位相差板と、反射鏡とを有する容器に、光
学特性がガラスと近似した透明媒質を充填する。

【００１１】

【作用】次に、本発明の作用について説明する。最初に
、光源から３原色の色成分を持つ平行に近い光を、偏光
ビームスプリッターに入射させ、反射するＳの直線偏光
（以下「Ｓ偏光」と略称する。）と、透過するＰの直線
偏光（以下「Ｐ偏光」と略称する。）を得る。反射した
Ｓ偏光を、ダイクロイックフィルターにより任意の波長
帯Ａの光だけ透過し、他の波長帯Ｂ及び波長帯Ｃの光は
反射し、偏光ビームスプリッターにより光源方向に反射
する。波長帯Ａの光は、偏光状態を変えて反射されるラ
イトバルブによりＰ偏光の光として画像変調を受けた後
反射され、ダイクロイックフィルターと偏光ビームスプ
リッターを透過し、もう一組の波長帯Ｃ用偏光ビームス
プリッターをも透過し、拡大投影レンズ方向に波長帯Ａ
の光の画像情報として出射する。

【００１２】次に、最初の偏光ビームスプリッターで透
過したＰ偏光は、ダイクロイックフィルターで任意の波
長帯Ｂ及び波長帯Ｃの光を透過し波長帯Ａの光を反射す
る。反射された波長帯ＡのＰ偏光の光は、偏光ビームス
プリッターを光源方向に透過する。波長帯Ｂ及び波長帯
ＣのＰ偏光の光は、λ／４位相差板で円偏光に変調され
た後、波長帯Ｃを反射するダイクロイックフィルターで
波長帯Ｂの光だけ透過し、λ／４位相差板でＳ偏光に変
調され、偏光状態を変えて反射されるライトバルブによ
りＰ偏光の光として画像変調を受けた後反射される。そ
の後２枚のダイクロイックフィルターを透過し、２枚の
λ／４位相差板によりＳ偏光に偏光変調され、偏光ビー
ムスプリッターで反射され、もう一組の波長帯Ｃ用ビー
ムスプリッターをも透過し、拡大投影レンズ方向に波長
帯Ｂの光の画像情報として出射する。

【００１３】波長帯Ｃを反射するダイクロイックフィル
ターで、波長帯Ｃの円偏光の光は偏光の回転方向を変え
て反射し、λ／４位相差板でＳ偏光に偏光変調された後
、ダイクロイックフィルターを透過し、偏光ビームスプ
リッターで反射される。波長帯Ｃ用偏光ビームスプリッ
ターで反射し、偏光状態を変えて反射されるライトバル
ブによりＰ偏光の光として画像変調を受けた後反射され
、波長帯Ｃ用偏光ビームスプリッターを透過し、λ／４
位相差板で円偏光に偏光変調される。反射鏡で円偏光の
回転方向を変えて反射し、λ／４位相差板でＳ偏光に偏
光変調される。波長帯Ｃ用偏光ビームスプリッターで反
射し、投影レンズ方向に波長帯Ｃの光の画像情報として
出射する。

【００１４】光源方向に透過したＰ偏光の波長帯Ａの光
と、反射したＳ偏光の波長帯Ｂ及び波長帯Ｃの光は、λ
／４位相差板で円偏光に偏光変調して出射する。光源部
の反射鏡等で偏光の回転方向を変えて再び入射してλ／
４位相差板で画像情報として出射する成分と同様な偏光
状態を持つものとして再利用される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図１に示した光学系について、まず光源１
より出射した光が、コールドミラー２及びコールドフィ
ルター３により近赤外域の波長成分を、コールドミラー
２では透過、コールドフィルター３では反射することに
よりカットし、また、コリメートレンズ４と併せてその
後に続く光学系には可視光波長域が平行光線で提供され
る。ここでλ／４位相差板１６は入射光が偏光変調され
たものではないため影響を及ぼさない。

【００１６】次に分解合成プリズム２０に入射した光は
、まず広帯域偏光プリズムビームスプリッター５の蒸着
面において紙面に対して垂直な振幅面を持つＳ偏光成分
がレッドダイクロイックフィルター１０方向へ反射し、
同時に紙面に対して平行な振幅面を持つＰ偏光成分はシ
アンダイクロイックフィルター１１方向へ透過する作用
を行なう。

【００１７】次に、レッドダイクロイックフィルター１
０に入射した可視光波長域でＳ偏光の光は、図３に詳細
を示す通り赤色波長域だけがライトバルブ７方向へ偏光
状態を変えずに透過するという作用を行なう。そこでラ
イトバルブ７は入射した光を同ライトバルブにより画像
変調を行なった後、Ｓ偏光よりＰ偏光に偏光状態を変え
て反射するという作用を行なう。そして、再び入射する
レッドダイクロイックフィルター１０を偏光状態を変え
ずに透過し分解合成プリズム２０に入射する。

【００１８】この赤色波長域で画像変調を受けたＰ偏光
の光は、広帯域偏光プリズムビームスプリッター５の蒸
着面に入射した後、Ｐ偏光は透過するという作用により
これをグリーン偏光プリズムビームスプリッター６方向
に透過する。グリーン偏光プリズムビームスプリッター
６の蒸着面に入射した後、赤色波長域は透過するという
作用によりこれも透過し、拡大投影レンズ１８方向に出
射する。拡大投影レンズ１８はフルカラー画像の赤色成
分画像として拡大投影を行うという作用を行なう。

【００１９】ここで、レッドダイクロイックフィルター
１０は、入射した可視広波長域でＳ偏光の光のうち、緑
色波長域と青色波長域については偏光状態を変えずに分
解合成プリズム２０方向へ反射するという作用を行なう
。分解合成プリズム２０に入射した緑色波長域と青色波
長域のＳ偏光の光は、広帯域偏光プリズムビームスプリ
ッター５の蒸着面でＳ偏光は反射するという作用により
、λ／４位相差板１６方向に反射する。λ／４位相差板
１６では入射した緑色波長域と青色波長域のＳの直線偏
光の光を円偏光の光に偏光変調するという作用を行なう
。

【００２０】次に、コールドフィルター３とコールドミ
ラー２を、コールドフィルター３では透過及びコールド
ミラー２では光源方向に反射し、光源１の反射鏡により
再びコールドミラー２方向に反射し、コールドミラー２
とコールドフィルター３をコールドミラー２では反射及
びコールドフィルター３では透過してλ／４位相差板１
６ヘ入射する。この状態でλ／４位相差板１６は入射し
た円偏光状態の緑色波長域と青色波長域の光を、Ｐ偏光
を持つ光へと偏光変調するという作用を行ない、分解合
成プリズム２０に入射した後広帯域偏光プリズムビーム
スプリッター５でＰ偏光は透過するという作用によりこ
れを透過する。これは光源より出て分解合成プリズム２
０に供給される可視光波長域で、平行光線のうち広帯域
偏光プリズムビームスプリッター５によりＰ偏光へと偏
光変調作用を受けた光と同様に、シアンダイクロイック
フィルター１１方向へ透過する。

【００２１】次に、光源方向より分解合成プリズム２０
に入射し、広帯域偏光プリズムビームスプリッター５に
おいてＰ偏光へと偏光変調を受けた可視広波長域の光は
、シアンダイクロイックフィルター１１方向に出射する
。次に、図２に詳細を示す通り、最初に入射するシアン
ダイクロイックフィルター１１では、緑色波長域と青色
波長域だけがλ／４位相差板１３方向へ偏光状態を変え
ずに透過するという作用を行なう。次に、入射するλ／
４位相差板１３では、入射した緑色波長域と青色波長域
のＰの直線偏光の光を円偏光の光に偏光変調するという
作用を行なう。

【００２２】その次に入射するブルーダイクロイックフ
ィルター１２では、青色波長域だけがλ／４位相板１４
方向に透射するという作用を行ない、次に入射するλ／
４位相差板１４では、入射した青色波長域の円偏光の光
をＳの直線偏光の光に偏光変調するという作用を行なう
。さらにその次に入射するライトバルブ８では、入射し
た光を同ライトバルブにより画像変調を行なった後Ｓ偏
光よりＰ偏光に偏光状態を変えて反射するという作用を
行なう。そして再び入射するλ／４位相差板１４で、青
色波長域で偏光状態をＳの直線偏光の光から青色波長域
で円偏光の光に偏光変調を行なう。

【００２３】次に、ブルーダイクロイックフィルター１
２を、青色波長域で円偏光の光のまま偏光状態を変えず
に透過する。次に、λ／４位相差板１３により青色波長
域で円偏光の光を青色波長域でＳの直線偏光の光へ偏光
変調を行なう。次に、シアンダイクロイックフィルター
１１を青色波長域でＳ偏光のまま偏光状態を変えずに透
過し、分解合成プリズム２０に入射する。

【００２４】この青色波長域で画像変調を受けたＳ偏光
の光は、広帯域偏光プリズムビームスプリッター５の蒸
着面に入射した後Ｓ偏光は反射するという作用により、
これをグリーン偏光プリズムビームスプリッター６方向
に反射する。グリーン偏光プリズムビームスプリッター
６の蒸着面に入射した後青色波長域は透過するという作
用によりこれも透過し、拡大投影レンズ１８方向に出射
する。拡大投影レンズ１８はフルカラー画像の青色成分
画像として拡大投影を行なうという作用を行なう。

【００２５】さらに、分解合成プリズム２０よりシアン
ダイクロイックフィルター１１へ入射した可視光波長域
で、Ｐ偏光の光で、シアンダイクロイックフィルター１
１を透過し、λ／４位相差板１３で偏光変調を行なった
緑色波長域と青色波長域で円偏光の光のうち、次に入射
するブルーダイクロイックフィルター１２では緑色波長
域だけを偏光状態を変えず、λ／４位相差板１３方向へ
反射するという作用を行なう。そして再び入射するλ／
４位相差板１３により緑色波長域で円偏光の光をＳの直
線偏光の光に偏光変調を行ない、次のシアンダイクロイ
ックフィルター１１では偏光状態を変えずに透過し、分
解合成プリズム２０に入射する。

【００２６】広帯域偏光プリズムビームスプリッター５
の蒸着面でＳ偏光は反射されるという作用により、グリ
ーン偏光プリズムビームスプリッター６方向へ反射され
る。グリーン偏光プリズムビームスプリッター６の蒸着
面に入射した後緑色波長域でＳ偏光の光は反射されると
いう作用により、ライトバルブ９方向へ反射する。そし
てライトバルブ９へ入射した光は、同ライトバルブによ
り画像変調を行なった後Ｓ偏光よりＰ偏光に偏光状態を
変えて反射するという作用を行ない、分解合成プリズム
２０に入射する。

【００２７】この緑色波長域で画像変調を受けたＰ偏光
の光は、グリーン偏光プリズムビームスプリッター６の
蒸着面に入射した後Ｐ偏光は透過するという作用により
、これをλ／４位相差板１５方向へと透過する。次にλ
／４位相板１５では、Ｐの直線偏光を円偏光に偏光変調
した後次の折り返し反射鏡１７にて全反射され、再び入
射するλ／４位相差板１５により円偏光をＳの直線偏光
に偏光変調した後分解合成プリズム２０に入射する。 そして、グリーン偏光プリズムビームスプリッター６の
蒸着面に入射した後Ｓ偏光の光は反射されるという作用
によりこれを反射し、拡大投影レンズ１８方向に出射し
、拡大投影レンズ１８はフルカラー画像の緑色成分画像
として拡大投影を行なうという作用を行なう。

【００２８】ここで、分解合成プリズム２０よりシアン
ダイクロイックフィルター１１へ入射して可視光波長域
で、Ｐ偏光の光はシアンダイクロイックフィルター１１
により赤色波長域については偏光状態を変えずに分解合
成プリズム２０方向へ反射するという作用を行なう。分
解合成プリズム２０に入射する赤色波長域で、Ｐ偏光の
光は、広帯域偏光プリズムビームスプリッター５の蒸着
面でＰ偏光は透過するという作用によりλ／４位相差板
１６方向へ透過する。λ／４位相差板１６では、入射し
た赤色波長域のＰの直線偏光の光を円偏光の光に偏光変
調するという作用を行なう。

【００２９】次に、コールドフィルター３とコールドミ
ラー２をコールドフィルター３では透過及びコールドミ
ラー２では光源方向に反射し、光源の反射鏡により再び
コールドミラー２方向に反射し、コールドミラー２とコ
ールドフィルター３をコールドミラー２では反射及びコ
ールドフィルター３では透過して、λ／４位相差板１６
へ入射する。この状態でλ／４位相差板１６は入射した
円偏光状態の赤色波長域の光をＳ偏光を持つ光へと偏光
変調するという作用を行ない、分解合成プリズム２０に
入射した後、広帯域偏光プリズムビームスプリッター５
でＳ偏光は反射するという作用により反射する。これは
光源より出て分解合成プリズム２０に供給される可視光
波長域で平行光線のうち広帯域偏光プリズムビームスプ
リッター５によりＳ偏光へと偏光変調を受けた光と同様
に、レッドダイクロイックフィルター１０方向へ反射す
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
色分解を行なう光学系と色合成を行なう光学系を一つの
光学系で行なうようにし、さらに色合成系の光路を折り
曲げることにより、容積としては従来の光学系のほぼ１
／３となり、装置全体の小型化に大きく貢献する。また
、ライトバルブに偏光板を用いた液晶パネルを使用した
場合は、入射する光があらかじめ偏光変調されているた
め、偏光板の発熱や劣化を抑え、吸収する成分がないこ
とから、光源の光の利用効率が向上する。このことは、
より光量の大きな光源により輝度を上げることが可能で
、より大型のシステムへの対応が可能となる。また、使
用しない偏光成分を光源部分に戻し、偏光変調すること
により再利用することも、光源の光の利用効率向上への
大きな貢献となる。また、光学ガラスと屈折率が近似す
る透明物質を用いることにより、光学ガラスによるプリ
ズムと同様な光学特性となるため、低コストである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】青色画像変調の説明図である。

【図３】赤色画像変調の説明図である。

【図４】折り返し反射鏡部の説明図である。

【図５】従来のプレートを使用した光学系の構成図であ
る。

【図６】従来のプリズムを使用した光学系の構成図であ
る。

【符号の説明】

１　　反射鏡付き光源 ２　　コールドミラー ３　　コールドフィルター ４　　コリメートレンズ ５　　広帯域偏光プリズムビームスプリッター６　　グ
リーン偏光プリズムビームスプリッター７　　赤色画像
変調用ライトバルブ ８　　青色画像変調用ライトバルブ ９　　緑色画像変調用ライトバルブ １０　　レッドダイクロイックフィルター１１　　シア
ンダイクロイックフィルター１２　　ブルーダイクロイ
ックフィルター１３　　λ／４位相差板 １４　　λ／４位相差板 １５　　λ／４位相差板 １６　　λ／４位相差板 １７　　折り返し反射鏡 １８　　拡大投影レンズ １９　　分解合成プリズムケース ２０　　分解合成プリズム ２１　　レッドダイクロイックミラー ２２　　ブルーダイクロイックミラー ２３　　グリーンダイクロイックミラー２４　　ダイク
ロイックプリズム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏光ビームスプリッターと、ダイクロイッ
   クフィルターと、位相差板と、反射鏡とを有し、任意の
   波長帯の光を、偏光変調を行うことにより、出射面まで
   の光路長が等しくなるよう配置したことを特徴とする色
   分解合成装置。
2. 【請求項２】偏光ビームスプリッターと、ダイクロイッ
   クフィルターと、位相差板と、反射鏡とを有する容器に
   、光学特性がガラスと近似した透明媒質を充填した請求
   項１記載の色分解合成装置。