WO2021149499A1

WO2021149499A1 - 光学システム

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Publication number: WO2021149499A1
Application number: PCT/JP2021/000346
Authority: WO
Inventors: 一賢金田; 幸治三浦
Original assignee: ソニーグループ株式会社
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20230040080A1; JPWO2021149499A1; CN114930243A; US11906769B2

Abstract

本開示の光学システムは、複数の色光を含む光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子を有し、複数の色光を含む照明光を生成する第１の光学系と、第１の光学系内の第１の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、第１の分割領域および第２の分割領域が偏光変換素子から射出された複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、第１の光学系内において、偏光変換素子と第１の偏光回転素子との間に配置され、偏光変換素子から射出された光に含まれる所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子と、それぞれが、第１の光学系によって生成された照明光に含まれる複数の色光のうち少なくとも第１の色光によって照明される複数のライトバルブとを備える。

Description

光学システム

　本開示は、プロジェクタ等に好適な光学システムに関する。

　フルカラー表示を行うプロジェクタの方式として、例えばＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各色光に共通の１つのライトバルブを用いる単板方式や、３つの色光に別々のライトバルブを用いる３板方式等がある（特許文献１～４参照）。一方、波長が短い青色光を１つのライトバルブに入射し続けると、ライトバルブの劣化を招く。特許文献１では、青色光用のライトバルブを２つ用いることでライトバルブの長寿命化を図ることが提案されている。

特開２０１８－１３６５５号公報特開２００１－３２４７６２号公報特開２００８－１６５０５８号公報特開２００６－３４３７２１号公報

　例えば青色光用のライトバルブを２つ用いることでライトバルブの長寿命化を図ろうとした場合、単純に青色光を２分岐する構成では、コントラストの増大を図ることが困難である。

　コントラストの向上を図ることが可能な光学システムを提供することが望ましい。

　本開示の一実施の形態に係る光学システムは、複数の色光を含む光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子を有し、複数の色光を含む照明光を生成する第１の光学系と、第１の光学系内の第１の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、第１の分割領域および第２の分割領域が偏光変換素子から射出された複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、第１の光学系内において、偏光変換素子と第１の偏光回転素子との間に配置され、偏光変換素子から射出された光に含まれる所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子と、それぞれが、第１の光学系によって生成された照明光に含まれる複数の色光のうち少なくとも第１の色光によって照明される複数のライトバルブとを備える。

　本開示の一実施の形態に係る光学システムでは、第１の光学系において、第１の瞳位置に、それぞれが互いに異なる偏光特性を有する第１の分割領域および第２の分割領域を含む第１の偏光回転素子が配置され、さらに、第１の光学系内において、偏光変換素子から射出された光に含まれる所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子が配置される。

本開示の第１の実施の形態に係る光学システムの全体構成例を概略的に示す構成図である。第１の実施の形態に係る光学システムにおける蛍光体ホイールの一例を概略的に示す構成図である。第１の実施の形態に係る光学システムにおける第１の領域分割波長選択性波長板の構成および作用の一例を示す説明図である。第１の実施の形態に係る光学システムにおける第２の領域分割波長選択性波長板の構成および作用の一例を示す説明図である。第１の実施の形態に係る光学システムの望ましい構成例の全体構成を概略的に示す構成図である。図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第１の例を示す説明図である。図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第２の例を示す説明図である。図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第３の例を示す説明図である。図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第４の例を示す説明図である。第２の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示す構成図である。第２の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択性ミラーの透過特性の一例を示す特性図である。第２の実施の形態に係る光学システムにおいて生じる戻り光の光路の一例を示す説明図である。第３の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示す構成図である。第３の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択性ミラーの反射特性の一例を示す特性図である。第３の実施の形態に係る光学システムにおいて生じる戻り光の光路の一例を示す説明図である。第４の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示す構成図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第１の変形例を概略的に示す説明図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第２の変形例を概略的に示す説明図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第３の変形例を概略的に示す説明図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第４の変形例を概略的に示す説明図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第５の変形例を概略的に示す説明図である。第１の領域分割波長選択性波長板の領域分割パターンの第６の変形例を概略的に示す説明図である。

　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
　０．比較例
　１．第１の実施の形態（領域分割された偏光回転素子を備える光学システム）
　　１．１　第１の実施の形態に係る光学システムの構成および作用（図１～図４）
　　１．２　第１の実施の形態に係る光学システムの望ましい構成例（図５）
　　１．３　効果
　２．第２の実施の形態（不要光を低減する波長選択性反射素子を備える光学システム）（図６～図１２）
　３．第３の実施の形態（不要光を低減する波長選択性反射素子を備える光学システム）（図１３～図１５）
　４．第４の実施の形態（不要光を低減する吸収型偏光子を備える光学システム）（図１６）
　５．第５の実施の形態（偏光回転素子の分割構造のバリエーション）（図１７～図２２）
　６．その他の実施の形態

＜０．比較例＞
（比較例に係る光学システムの概要と課題）
　プロジェクタ等に用いられる光学システムにおいて、複数のライトバルブを備える構成が知られている。このような光学システムにおいて、複数のライトバルブに対して照明光を分ける場合、波長または偏光のいずれかの作用を用いるのが一般的である。例えば特許文献１（特開２０１８－１３６５５号公報）では、波長選択性波長板を用いて、２つのライトバルブに青帯域の光を分ける構成例が開示されている。これによってライトバルブの劣化に寄与しやすい青帯域光を半減させ、光学システム全体の長寿命化を図っている。

　しかし、特許文献１に開示されている構成例では青帯域の光を２つのライトバルブに分けることはできるものの、各ライトバルブからの射出光の偏光は互いに直交している。これは、後の投影光学系においてポスト偏光子を用いてコントラストの増大ができないことを意味し、高いコントラストを実現するうえでの課題となっている。一方、波長選択性波長板ではなくダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いて類似した構成とすることも可能である。しかし、ダイクロイックミラーを用いた波長分離（色分離）は、分離波長域近傍において急峻な分離特性を必要とし、製造上の難易度が非常に高い。

　また、特許文献２（特開２００１－３２４７６２号公報）で提案されている技術のように、瞳の分布を利用して高い波長分離効率を実現する手法も知られている。しかしながらこの手法では、各色のフィルタを通してフィールドシーケンシャルに単板（単一のライトバルブ）を駆動するため、波長分離効率は良好でも全体としての光利用効率は低くなってしまう。

　上記のような事情に鑑み、本開示では光分岐の手法として、瞳共役を利用した光分離、および光合成の新規な技術を提示する。本技術は様々な使用方法が考えられるが、下記のようなメリットがある。

　１．各ライトバルブからの射出光の直交状態を解消し、偏光方向を揃えることができる。このため、ポスト偏光子やポスト１／４波長板を配置することで、コントラストを向上することができる。

　２．効率を大きく上げることができる。特に、波長分離効率を波長選択波長板よりも高く保てるため、全体としての光利用効率を上げることができる。さらにその状態で各ライトバルブからの射出光に選択的にポスト偏光子作用を与えることができ、コントラストを増大することができる。

　以下の各実施の形態では、本開示の技術による光学システムをプロジェクタに適用した構成例を説明するが、本開示の技術は、プロジェクタに限らず、露光装置等にも適用可能である。

＜１．第１の実施の形態＞
［１．１　第１の実施の形態に係る光学システムの構成および作用］
（光学システムの概要）
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光学システムの全体構成例を概略的に示している。

　第１の実施の形態では、ライトバルブを２つ用いた構成例を提示する。第１の実施の形態では、青色光によるライトバルブの劣化を抑えるため、青色光を２つのライトバルブに分岐することで青色光量を半減させ、長寿命化する。そのうえでコントラストを増大させることを目的とする。

　また、第１の実施の形態では、複数の色光として第１ないし第３の色光を含む場合を例に説明をする。第１ないし第３の色光はそれぞれ、例えばＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のいずれかの色光である。第１の実施の形態において、例えば青色光が、本開示の技術における「第１の色光」の一具体例に相当し、例えば緑色光が、本開示の技術における「第２の色光」の一具体例に相当し、例えば赤色光が、本開示の技術における「第３の色光」の一具体例に相当する。

　図１に示したように、第１の実施の形態に係る光学システムは、照明光学系１と、投影光学系２とを備えている。また、第１の実施の形態に係る光学システムは、照明光学系１と投影光学系２との間の光路上に、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）４１とを備えている。

　照明光学系１は、青色光源１０と、蛍光体ホイール１１と、集光レンズ１２と、ＱＷＰ（１／４波長板）１３と、波長選択性ＰＢＳ１４と、ノッチフィルタ１５と、レンズアレイ１６と、ＰＳコンバータ１７と、第１の領域分割波長選択性波長板５１と、リレーレンズ１８とを有している。

　投影光学系２は、複数のレンズ２１と、第２の領域分割波長選択性波長板５２と、ポスト偏光子２２とを有している。

　なお、図１において、紙面に直交する方向をＰＢＳ４１にとってのＳ偏光、光軸に直交し、紙面内に平行な方向をＰＢＳ４１にとってのＰ偏光とする。また、適宜、ＰＢＳ４１にとってのＳ偏光に相当する方向をＺ方向、ＰＢＳ４１にとってのＰ偏光に相当する方向をＹ方向と記す。以降の他の図においても同様である。また、以降の他の実施の形態においても同様である。

　照明光学系１は、本開示の技術における「第１の光学系」の一具体例に相当する。投影光学系２は、本開示の技術における「第２の光学系」の一具体例に相当する。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、本開示の技術における「第１の偏光回転素子」の一具体例に相当する。第２の領域分割波長選択性波長板５２は、本開示の技術における「第２の偏光回転素子」の一具体例に相当する。ＰＳコンバータ１７は、本開示の技術における「偏光変換素子」の一具体例に相当する。

　照明光学系１は、互いに波長帯域の異なる複数の色光を含む照明光を生成する。照明光学系１は、少なくとも１つの波長帯域の光を複数の色光に分離する波長分離作用を有する。照明光学系１は、複数の色光としてＲ，Ｇ，Ｂの各色光を生成し、ＰＢＳ４１に向けて射出する。

　第１の領域分割波長選択性波長板５１は、照明光学系１の瞳位置Ｐ１に配置されている。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ複数の分割領域を含む。第１の領域分割波長選択性波長板５１における複数の分割領域は、例えば後述する図３に示すＡ領域およびＢ領域である。

　第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２はそれぞれ、複数の色光のうち少なくとも例えば青色光によって照明される。ＰＢＳ４１は、照明光学系１からの各色光を偏光方向に応じて、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２の少なくとも一方に入射させる。ＰＢＳ４１は、例えば、青色光を偏光の違いによって分岐することによって、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、例えば、緑色光を第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうち一方のライトバルブ（第１のライトバルブ３１）に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、例えば、赤色光を第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうち他方のライトバルブ（第２のライトバルブ３２）に入射させる。また、ＰＢＳ４１は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって変調された各色光を、偏光方向に応じて投影光学系２に向けて射出する。

　第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２はそれぞれ、複数の色光のうち少なくとも１つの色光を、例えば画像信号に応じて変調する。

　投影光学系２には、ＰＢＳ４１を介して、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって変調された後の各色光が入射する。投影光学系２は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２によって生成された画像を図示しないスクリーン等の投影面に投影する。

　第２の領域分割波長選択性波長板５２は、投影光学系２の瞳位置Ｐ２に配置されている。第２の領域分割波長選択性波長板５２は、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ複数の分割領域を含む。第２の領域分割波長選択性波長板５２における複数の分割領域は、例えば後述する図４に示すＡ’領域およびＢ’領域である。

　照明光学系１の瞳位置Ｐ１と投影光学系２の瞳位置Ｐ２は互いに共役となっている。第１の領域分割波長選択性波長板５１における複数の分割領域のそれぞれと、第２の領域分割波長選択性波長板５２における複数の分割領域のそれぞれは、互いに共役となっている。

　照明光学系１の瞳位置Ｐ１は、本開示の技術における「第１の瞳位置」の一具体例に相当する。投影光学系２の瞳位置Ｐ２は、本開示の技術における「第２の瞳位置」の一具体例に相当する。
　なお、本開示の技術における「第１の瞳位置」は、第１の瞳位置近傍の位置であってもよい。従って、本開示の技術における「第１の偏光回転素子」（第１の領域分割波長選択性波長板５１）は、第１の瞳位置（瞳位置Ｐ１）近傍の位置に配置されていてもよい。ただし、第１の偏光回転素子は、本開示の技術における「第１の光学系」（照明光学系１）内の「偏光変換素子」（ＰＳコンバータ１７）とリレーレンズ１８との間の光路上に配置されていることが好ましい。
　なお、本開示の技術における「第２の瞳位置」は、第２の瞳位置近傍の位置であってもよい。従って、本開示の技術における「第２の偏光回転素子」（第２の領域分割波長選択性波長板５２）は、第２の瞳位置（瞳位置Ｐ２）近傍の位置に配置されていてもよい。ただし、第２の偏光回転素子は、本開示の技術における「第２の光学系」（投影光学系２）内の絞り位置の前後にある２つのレンズ間の光路上に配置されていることが好ましい。

　ポスト偏光子２２は、第２の領域分割波長選択性波長板５２の射出光路上に配置されている。

（各部の詳細な構成および作用）
　図２は、蛍光体ホイール１１の一構成例を概略的に示している。図３は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の構成および作用の一例を示している。図４は、第２の領域分割波長選択性波長板５２の構成および作用の一例を示している。

　青色光源１０は、例えば青色レーザとなっている。蛍光体ホイール１１は、図２に示したように、蛍光体領域１１１と、偏光保持拡散板領域１１２とを有している。蛍光体領域１１１に励起光として青色光を照射することで黄色（Ｙｅ）光が得られる。偏光保持拡散板領域１１２は青色光に対して偏光作用がなく反射作用がある。このため、蛍光体ホイール１１からは、黄色、青色、黄色、青色…の時間的繰り返しよりなる時間平均的な白色光が射出される。

　青色光源１０から射出された青色光は、波長選択性ＰＢＳ１４で反射された後、１／４波長板１３を通り円偏光となったうえで集光レンズ１２を介して蛍光体ホイール１１へ入射する。蛍光体ホイール１１からの射出光は再度、１／４波長板１３を通ることによって、波長選択性ＰＢＳ１４にとってのＰ偏光に変換される。その後、波長選択性ＰＢＳ１４によって透過側へ射出される。また蛍光体ホイール１１から取り出された黄色光も同様に反射後、波長選択性ＰＢＳ１４によって透過側へ射出される。蛍光体ホイール１１で発生した黄色光は無偏光状態であり、波長選択性ＰＢＳ１４は黄色光を全て透過させる作用を持っている。

　波長選択性ＰＢＳ１４から射出された青色光および黄色光はノッチフィルタ１５、およびレンズアレイ１６を通ったのち、ＰＳコンバータ１７を通ることで偏光状態が所定の偏光方向（例えばここではＹ方向の偏光（Ｐ偏光））に揃えられる。その直後の照明光学系１の瞳（第１の瞳）が形成される部分に、図３で示したような特性の第１の領域分割波長選択性波長板５１が配置されている。

　図３は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の構成および作用の一例を示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、第１の分割領域および第２の分割領域が例えば青色光に対して互いに異なる偏光特性を有する。例えば図３におけるＡ領域が本開示の技術における「第１の分割領域」の一具体例に相当し、Ｂ領域が本開示の技術における「第２の分割領域」の一具体例に相当する。

　第１の領域分割波長選択性波長板５１は、例えば上半分（Ａ領域）が緑色のみに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板であり、下半分（Ｂ領域）が緑色と青色とに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板となっている。なお、図３において、白く小さな円形状の部分は、この瞳における照明分布である。他の瞳部分に関する図においても同様である。第１の領域分割波長選択性波長板５１において、波長板作用が照明光に及ぶと赤色光の偏光はいずれの領域でも回転せずＹ方向の偏光（Ｐ偏光）となる。また、緑色光の偏光はいずれの領域でも９０ｄｅｇ回転し、Ｚ方向の偏光（Ｓ偏光）となる。また、青色光の偏光は回転しない偏光（Ｙ方向の偏光（Ｐ偏光））と９０ｄｅｇ回転した偏光（Ｚ方向の偏光（Ｓ偏光））との混在状態となる。

　なお、第１の領域分割波長選択性波長板５１の偏光特性は上記した特性に限らず、他の構成にすることも可能である。例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１を、上半分（Ａ領域）が赤色と青色とに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板とし、下半分（Ｂ領域）が赤色のみに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板としてもよい。この場合、第１の領域分割波長選択性波長板５１において、緑色光の偏光はいずれの領域でも回転しない。また、赤色光の偏光はいずれの領域でも９０ｄｅｇ回転する。また、青色光の偏光は回転しない偏光と９０ｄｅｇ回転した偏光との混在状態となる。

　第１の領域分割波長選択性波長板５１を経たのち、各色の光束はリレーレンズ１８を通してＰＢＳ４１に到達すると、各偏光状態に応じて各色光が選択的に第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２へ導かれる。赤色光はＰ偏光であり第２のライトバルブ３２へ到達し、緑色光はＳ偏光であり第１のライトバルブ３１へ到達する。青色光はＰ偏光とＳ偏光との混在状態であり、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２へ半々に到達する。第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２に反射型液晶を用いた場合には、各ライトバルブで白表示を行うと各々の偏光回転が生じ、各入射偏光は直交状態の射出偏光へと変化する。従って、第１のライトバルブ３１では赤色光および青色光がＳ偏光として射出し、第２のライトバルブ３２では青色光および赤色光がＰ偏光として射出する。従って、白表示を行うとＰＢＳ４１を介した光は全て投影光学系２側へと射出することになる。

　一般的に、ＰＢＳ４１は偏光膜の特性上、Ｔｓ（透過Ｓ偏光成分）よりもＲｐ（反射Ｐ偏光成分）が若干大きくなる傾向にある。従って、第２のライトバルブ３２側は第１のライトバルブ３１側よりもコントラストが出にくい傾向にある。これは黒表示時に第１のライトバルブ３１で発生するＳ偏光の光よりも、第２のライトバルブ３２で発生するＰ偏光の光の方がより多く投影光学系２側へ漏れこむためである。１つのライトバルブのみを用いる１板構成の場合にはコントラストが高くなる第１のライトバルブ３１側だけを用いて構成するが、２つのライトバルブを用いる２板構成の場合には、大きくコントラストを損なう要因となる。このため、照明光学系１のＦナンバーがＦ／２．５～３程度（かつノッチフィルタ１５がある場合）において１０００：１程度のコントラストを達成するためには、ポスト偏光子２２（ＰＢＳ４１射出後の検光子）によって偏光方向を揃え、コントラストを改善する必要がある。

　第１の実施の形態に係る光学システムにおいて、ポスト偏光子２２を仮にＰＢＳ４１の直後に工夫なく配置した場合、青色光の偏光状態が直交しているために光量が半減してしまう。これを瞳の共役作用を利用することで改善することが第１の実施の形態に係る光学システムの最大の特徴である。

　すなわち、第１の実施の形態に係る光学システムでは、ＰＢＳ４１からの射出後、投影光学系２の瞳（第２の瞳）位置Ｐ２に、第２の領域分割波長選択性波長板５２を配置する。

　図４は、第２の領域分割波長選択性波長板５２の構成および作用の一例を示している。第２の領域分割波長選択性波長板５２は、第３の分割領域および第４の分割領域を含み、第３の分割領域および第４の分割領域が例えば青色光に対して互いに異なる偏光特性を有する。例えば図４におけるＡ’領域が本開示の技術における「第３の分割領域」の一具体例に相当し、Ｂ’領域が本開示の技術における「第４の分割領域」の一具体例に相当する。

　投影光学系２の瞳は、照明光学系１の瞳と共役であり、ライトバルブ反射を経ているために領域的には上下反転が各々の共役部分に対応している。従って、図４に示した通り、第１の領域分割波長選択性波長板５１のＡ領域に共役な領域は、第２の領域分割波長選択性波長板５２の下部のＡ’領域であり、第１の領域分割波長選択性波長板５１のＢ領域に共役な領域は、第２の領域分割波長選択性波長板５２の上部のＢ’領域である。共役ということは第１の領域分割波長選択性波長板５１のＡ領域を通った光は必ず第２の領域分割波長選択性波長板５２のＡ’領域を通り、第１の領域分割波長選択性波長板５１のＢ領域を通った光は必ず第２の領域分割波長選択性波長板５２のＢ’領域を通る。従って、混在していた青色光のうちＰ偏光は選択的にＢ’領域に、Ｓ偏光は選択的にＡ’領域へ入射する。その後、Ａ’領域では青色光の偏光は変換されず、Ｂ’領域では青色光の偏光は９０ｄｅｇ回転される。またいずれの領域でも赤色光は偏光が回転せず、緑色光は偏光が９０ｄｅｇ回転されるため、結果として第２の領域分割波長選択性波長板５２を通過後の各色光の偏光はＳ偏光に統一されることになる。

　なお、第２の領域分割波長選択性波長板５２の偏光特性は上記した特性に限らず、他の構成にすることも可能である。例えば、第２の領域分割波長選択性波長板５２を、Ａ’領域が赤色と青色とに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板とし、Ｂ’領域が赤色のみに作用する斜め４５ｄｅｇに配置された１／２波長板としてもよい。この場合、第２の領域分割波長選択性波長板５２において、緑色光の偏光はいずれの領域でも回転しない。また、赤色光の偏光はいずれの領域でも９０ｄｅｇ回転する。また、青色光の偏光はＡ’領域では９０ｄｅｇ回転し、Ｂ’領域では回転しない。

　第２の領域分割波長選択性波長板５２を経たのち、Ｐ偏光をカットするようにポスト偏光子２２を配置することで、コントラスト向上を図ることができる。この第１の実施の形態に係る光学システムを模した実験系では白色のコントラストとしてＦ／２．５で約１０００：１の実験結果が得られており、また青色光の光量もほぼ半分ずつ第１のライトバルブ３１と第２のライトバルブ３２とに分岐できており想定した作用を示すことが確認できた。

　第１の実施の形態に係る光学システムでは、蛍光体ホイール１１における黄色発光時に第１のライトバルブ３１側に選択的に緑色光が導かれると共に、第２のライトバルブ３２側に選択的に赤色光が導かれる。また、青色光が蛍光体ホイール１１から射出されるタイミングでは、第１のライトバルブ３１と第２のライトバルブ３２とに半々ずつ青色光が導かれる。各ライトバルブでは各々の色光に対応した時間の間、各々の色光に対する諧調出力がなされる。すなわち青色光を２つに分けたうえでコントラストを高めるために瞳共役を用いていることになる。この主な目的は先に述べた通り、特にライトバルブの寿命を短くする原因である青色光を２つに分けることで入射光量を半減させ光学システム全体の寿命を大幅に向上させることであり、この意味で２つに分ける光は５００ｎｍ以下であることが望ましい。

　なお、第１の実施の形態に係る光学システムの構成に対する比較例として、特許文献３（特開２００８－１６５０５８号公報）に記載のプロジェクタが挙げられる。特許文献３に記載のプロジェクタでは、投影光学系内の瞳近傍に領域分割された位相差板を配置し、投影光学系内において偏光によって光を２分割している。しかしながら、単純に投影光学系内において偏光によって光を分割するのと、第１の実施の形態に係る光学システムのように、照明光学系１の瞳で分割した領域と共役になる部分に領域分割偏光作用を与えるのとでは質的な違いがある。すなわち前者ではいずれのライトバルブから発生した光にも同等の偏光作用を与えるのに対して、後者では共役関係を利用することで特定のライトバルブに到達した光に対してのみ特定の偏光作用を与えることができるという特徴を持つ。

［１．２　第１の実施の形態に係る光学システムの望ましい構成例］
　図５は、第１の実施の形態に係る光学システムの望ましい構成例の全体構成を概略的に示している。

　図５に示した光学システムは、図１に示した光学システムにおける照明光学系１に代えて照明光学系１Ａを備えている。照明光学系１Ａは、照明光学系１の構成に対して、プレ偏光子５０をさらに備えている。

　プレ偏光子５０は、照明光学系１Ａ内において、ＰＳコンバータ１７と第１の領域分割波長選択性波長板５１との間に配置されている。プレ偏光子５０は、ＰＳコンバータ１７から射出された光に含まれる所定の偏光方向（図５の例ではＰ偏光）以外の偏光方向の光を低減する偏光子である。プレ偏光子５０としては、良好な整流作用を与え消光比を上げる目的で例えば反射タイプの金属構造体のワイヤーグリッドを用いることが好ましい。プレ偏光子５０をＰＳコンバータ１７と第１の領域分割波長選択性波長板５１との間に配置することにより、ＰＳコンバータ１７によって揃えきれなかった所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減することが可能となる。これにより、よりコントラストの向上を図ることが可能となる。

［１．３　効果］
　以上説明したように、第１の実施の形態に係る光学システムによれば、照明光学系１の瞳位置Ｐ１に、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ複数の分割領域を含む第１の領域分割波長選択性波長板５１を配置すると共に、第１の瞳位置に共役な投影光学系２の瞳位置Ｐ２に、それぞれが互いに異なる偏光作用を持つ複数の分割領域を含む第２の領域分割波長選択性波長板５２を配置するようにしたので、コントラストの向上を図ることが可能となる。

　第１の実施の形態に係る光学システムによれば、コントラスト増大が見込める他、投影光学系２における最終的な射出光の偏光を一方向に揃えることによって、投影面での色ムラ防止ができる。また１つのＰＢＳ４１に対して、２つのライトバルブを使用した状態でコントラストを高められるので、結果的に光学システム全体を小さくすることができる。

　さらに、第１の実施の形態に係る光学システムによれば、照明光学系１Ａ（図５）内において、ＰＳコンバータ１７から射出された光に含まれる所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減するプレ偏光子５０を配置することにより、よりコントラストの向上を図ることが可能となる。

　なお、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。以降の他の実施の形態の効果についても同様である。

＜２．第２の実施の形態＞
　次に、本開示の第２の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１の実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

　上記したように第１の実施の形態に係る光学システムにおいて、図５に示した構成例のようにＰＳコンバータ１７と第１の領域分割波長選択性波長板５１との間にプレ偏光子５０を配置することでコントラストの向上を図ることが可能となる。一方で、プレ偏光子５０を配置した場合、第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２からの戻り光がプレ偏光子５０で反射され、再度、照明光として第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２へと戻る不要光となるおそれがある。第２の実施の形態に係る光学システムでは、この不要光の発生を低減する構成について説明する。第２の実施の形態に係る光学システムの構成を説明する前に、まず、不要光の発生原理について説明する。

（不要光の発生原理）
　図６ないし図８は、図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第１ないし第３の例を示している。

　なお、図６ないし図８では、説明上必要な要部構成のみを示す。また、図６ないし図８では、図５に示した構成例に対して、ＰＳコンバータ１７が所定の偏光方向として入射光をＳ偏光に揃える場合を例に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１には赤色光、緑色光、および青色光の各色光がＳ偏光で入射する。図６ないし図８では、プレ偏光子５０は、Ｓ偏光のみを透過し、Ｓ偏光以外の偏光方向の光を反射する構成となっている。図６ないし図８では、第１の領域分割波長選択性波長板５１が全領域において赤色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、緑色光の偏光を全領域において回転しない構成となっている。また、図６ないし図８では、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域（図３におけるＡ領域）において青色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、下側領域（図３におけるＢ領域）において回転しない構成となっている。

　まず、図６を参照して赤色光および緑色光の戻り光について説明する。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、赤色光に対しては全領域で偏光を回すので、第１の領域分割波長選択性波長板５１からは全領域に亘ってＰ偏光の赤色光が射出される。Ｐ偏光の赤色光は、Ｐ偏光のままリレーレンズ１８を通過し、ＰＢＳ４１を介して、第２のライトバルブ３２へと到達する。第２のライトバルブ３２は、黒表示時は偏光を回さないので、赤色光は第２のライトバルブ３２においてＰ偏光のまま反射し、再び第１の領域分割波長選択性波長板５１まで戻るＰ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１では全領域で赤色光に対しては偏光を回すのでＰ偏光の戻り光は、Ｓ偏光の戻り光となり、プレ偏光子５０へ到達する。プレ偏光子５０はＳ偏光を透過する構成となっているので、Ｓ偏光の戻り光はそのままプレ偏光子５０を通過する。このため、赤色光については不要光は発生しない。

　緑色光に対しては、第１の領域分割波長選択性波長板５１は緑色光に対しては全領域で偏光を回さないので、第１の領域分割波長選択性波長板５１からは全領域に亘ってＳ偏光の緑色光が射出される。Ｓ偏光の緑色光は、Ｓ偏光のままリレーレンズ１８を進み、第１のライトバルブ３１へ到達する。第１のライトバルブ３１は、黒表示時は偏光を回さないので、緑色光は第１のライトバルブ３１においてＳ偏光のまま反射し、再び第１の領域分割波長選択性波長板５１まで戻るＳ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１では全領域で緑色光に対しては偏光を回さないので、Ｓ偏光の戻り光のまま、プレ偏光子５０へ到達する。プレ偏光子５０はＳ偏光を透過する構成となっているので、Ｓ偏光の戻り光はそのままプレ偏光子５０を通過する。このため、緑色光については不要光は発生しない。つまり、図６の構成では、赤色光と緑色光の戻り光に対しては、不要光は発生しない。

　次に、図７および図８を参照して青色光の戻り光について説明する。

　まず、図７を参照して第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域を通過した後、下側領域へと戻る青色光の戻り光について説明する。第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域では、青色光に対しては偏光を回すので、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域からはＰ偏光の青色光が射出される。Ｐ偏光の青色光は、Ｐ偏光のままリレーレンズ１８を通過し、ＰＢＳ４１を介して、第２のライトバルブ３２へと到達する。第２のライトバルブ３２は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第２のライトバルブ３２においてＰ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に戻るＰ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域では青色光に対しては偏光を回さないのでＰ偏光の戻り光は、Ｐ偏光のままプレ偏光子５０へ到達する。プレ偏光子５０はＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する構成となっているので、Ｐ偏光の戻り光はプレ偏光子５０で反射し、再び、第２のライトバルブ３２へと戻る、十分な光量を持った不要光となる。

　次に、図８を参照して第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域を通過した後、上側領域へと戻る青色光の戻り光について説明する。第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域では、青色光に対しては偏光を回さないので、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域からはＳ偏光の青色光が射出される。Ｓ偏光の青色光は、Ｓ偏光のままリレーレンズ１８を進み、第１のライトバルブ３１へ到達する。第１のライトバルブ３１は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第１のライトバルブ３１においてＳ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に戻るＳ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域では青色光に対しては偏光を回すので、Ｐ偏光の戻り光となり、プレ偏光子５０へ到達する。プレ偏光子５０はＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する構成となっているので、Ｐ偏光の戻り光はプレ偏光子５０で反射し、再び、第１のライトバルブ３１へと戻る、十分な光量を持った不要光となる。

　図９は、図５に示した構成例において生じる戻り光の光路の第４の例を示している。

　なお、図９では、説明上必要な要部構成のみを示す。また、図９では、図５に示した構成例と同様に、ＰＳコンバータ１７が所定の偏光方向として入射光をＰ偏光に揃える場合を例に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１には赤色光、緑色光、および青色光の各色光がＰ偏光で入射する。図９では、プレ偏光子５０は、Ｐ偏光のみを透過し、Ｐ偏光以外の偏光方向の光を反射する構成となっている。図９では、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域（図３におけるＡ領域）において青色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、下側領域（図３におけるＢ領域）において回転しない構成となっている。

　図９には、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域を通過した後、下側領域へと戻る青色光の戻り光の光路を示す。第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域では、青色光に対しては偏光を回すので、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域からはＳ偏光の青色光が射出される。Ｓ偏光の青色光は、Ｓ偏光のままリレーレンズ１８を通過し、ＰＢＳ４１を介して、第１のライトバルブ３１へと到達する。第１のライトバルブ３１は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第１のライトバルブ３１においてＳ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に戻るＳ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域では青色光に対しては偏光を回さないのでＳ偏光の戻り光は、Ｓ偏光のままプレ偏光子５０へ到達する。プレ偏光子５０はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する構成となっているので、Ｓ偏光の戻り光はプレ偏光子５０で反射し、再び、第１のライトバルブ３１へと戻る、十分な光量を持った不要光となる。

　以上のように、第１の実施の形態に係る光学システムにおいて、ＰＳコンバータ１７と第１の領域分割波長選択性波長板５１との間にプレ偏光子５０を配置した構成の場合、ＰＳコンバータ１７から射出する偏光の方向がＳ偏光であってもＰ偏光であっても、青色光の不要光が発生する。このため、特にコントラストの黒レベルの悪化を招き、投影像に影響を及ぼす。

（第２の実施の形態に係る光学システムの構成および作用）
　図１０は、第２の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示している。

　なお、図１０では、説明上必要な要部構成のみを示す。また、図１０では、図５に示した構成例に対して、ＰＳコンバータ１７が所定の偏光方向として入射光を例えばＳ偏光に揃える場合を例に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１には赤色光、緑色光、および青色光の各色光が例えばＳ偏光で入射する。図１０では、プレ偏光子５０は、例えばＳ偏光のみを透過し、例えばＳ偏光以外の偏光方向の光を反射する構成となっている。図１０では、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１が全領域において赤色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、緑色光の偏光を全領域において回転しない構成となっている。また、図１０では、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域（図３におけるＡ領域）において青色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、下側領域（図３におけるＢ領域）において回転しない構成となっている。

　第２の実施の形態に係る光学システムは、図５に示した照明光学系１Ａに代えて照明光学系１Ｂを備えている。照明光学系１Ｂは、照明光学系１Ａの構成に対して、領域分割波長選択性ミラー１８０をさらに備えている。領域分割波長選択性ミラー１８０は、本開示の技術における「波長選択性反射素子」の一具体例に相当する。

　領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１と第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２との間の光路上に配置されている。図１１の構成例では、リレーレンズ１８が第１のレンズ１８１と第２のレンズ１８２とを有している。領域分割波長選択性ミラー１８０は、リレーレンズ１８における第１のレンズ１８１と第２のレンズ１８２との間の光路上に配置されている。

　領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうちの少なくとも１つのライトバルブからプレ偏光子５０へと戻る青色光の戻り光を低減する波長選択性反射素子である。領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１と第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２との間の光路の光軸に対し傾斜配置されている。

　図１１は、第２の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択性ミラーの透過特性の一例を示している。領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域（図３におけるＡ領域）および下側領域（図３におけるＢ領域）のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域において波長依存性のある偏光ダイクロイックプレートである。このため、領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域に配置されていればよい。

　図１０の構成例では、領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域に対応する領域のみ、図１１に示したような波長依存性のある特性を有している。すなわち、領域分割波長選択性ミラー１８０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域に対応する領域では、Ｓ偏光については赤色光および緑色光を透過し、青色光を反射する特性を有する。また、領域分割波長選択性ミラー１８０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域に対応する領域では、Ｐ偏光については赤色光、緑色光および青色光を透過する特性を有する。また、領域分割波長選択性ミラー１８０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における下側領域に対応する領域では、偏光方向にかかわらず、赤色光、緑色光および青色光を透過する特性を有する。このように、第１の領域分割波長選択性波長板５１における下側領域に対応する領域では偏光方向にかかわらず各色光を透過すればよいので、全領域に亘って波長依存性のある領域分割波長選択性ミラー１８０を、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に対応する領域のみに配置する構成であってもよい。

　図１２は、第２の実施の形態に係る光学システムにおいて生じる戻り光の光路の一例を示している。

　領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち一方の分割領域に対応する領域において、一方の分割領域からの複数の色光を全て透過する。また、領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち一方の分割領域に対応する領域において、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうちの少なくとも１つのライトバルブから第１の領域分割波長選択性波長板５１へと戻る青色光の戻り光を反射する。また、領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、他方の分割領域からの複数の色光を全て透過する。

　図１２には、上述の図８において説明した、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域を通過した後、上側領域へと戻る青色光の戻り光に起因する不要光が除去される様子を示す。第２の実施の形態に係る光学システムでは、例えば図１２に示したように、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域からはＳ偏光の青色光が射出される。領域分割波長選択性ミラー１８０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に対応する領域ではＳ偏光の青色光をそのまま透過するので、Ｓ偏光の青色光は、Ｓ偏光のままリレーレンズ１８を進み、第１のライトバルブ３１へ到達する。第１のライトバルブ３１は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第１のライトバルブ３１においてＳ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に戻るＳ偏光の戻り光となる。ここで、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に対応する領域にはＳ偏光の青色光を反射する特性を有する領域分割波長選択性ミラー１８０が配置されているので、青色光の戻り光は第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域には到達せず、光路外へと反射される。これにより、上側領域へと戻るＳ偏光の青色光の戻り光に起因する不要光が除去される。なお、領域分割波長選択性ミラー１８０において、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に対応する領域では、Ｐ偏光については青色光は透過し、第２のライトバルブ３２へ到達する。また、赤色光および緑色光に対しては、偏光にかかわらず、領域分割波長選択性ミラー１８０は透過する特性を有するので、赤色光および緑色光は、第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に問題なく到達する。これにより、不要光となるＳ偏光の青色光のみを選択的に除去することが可能となる。

　その他の構成、作用および効果は、上記第１の実施の形態に係る光学システムと略同様であってもよい。

＜３．第３の実施の形態＞
　次に、本開示の第３の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１または第２の実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

　第３の実施の形態に係る光学システムでは、第２の実施の形態に係る光学システムと同様に、プレ偏光子５０を配置したことに起因する不要光の発生を低減する構成について説明する。

　図１３は、第３の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示している。

　なお、図１３では、説明上必要な要部構成のみを示す。また、図１３では、図５に示した構成例に対して、ＰＳコンバータ１７が所定の偏光方向として入射光を例えばＳ偏光に揃える場合を例に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１には赤色光、緑色光、および青色光の各色光が例えばＳ偏光で入射する。図１３では、プレ偏光子５０は、例えばＳ偏光のみを透過し、例えばＳ偏光以外の偏光方向の光を反射する構成となっている。図１３では、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１が全領域において赤色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、緑色光の偏光を全領域において回転しない構成となっている。また、図１３では、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域（図３におけるＡ領域）において青色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、下側領域（図３におけるＢ領域）において回転しない構成となっている。

　第２の実施の形態に係る光学システムは、図５に示した照明光学系１Ａに代えて照明光学系１Ｃを備えている。照明光学系１Ｃは、照明光学系１Ａの構成に対して、領域分割波長選択性ミラー１９０をさらに備えている。領域分割波長選択性ミラー１９０は、本開示の技術における「波長選択性反射素子」の一具体例に相当する。

　領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１と第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２との間の光路上に配置されている。図１３の構成例では、リレーレンズ１８が第１のレンズ１８１と第２のレンズ１８２とを有している。領域分割波長選択性ミラー１９０は、リレーレンズ１８における第１のレンズ１８１と第２のレンズ１８２との間の光路上に配置され、第１のレンズ１８１と第２のレンズ１８２との間において、光路を９０度折り曲げる構成とされている。

　領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうちの少なくとも１つのライトバルブからプレ偏光子５０へと戻る青色光の戻り光を低減する波長選択性反射素子である。領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１と第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２との間の光路の光軸に対し傾斜配置されている。

　図１４は、第３の実施の形態に係る光学システムにおける領域分割波長選択性ミラーの反射特性の一例を示している。領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域（図３におけるＡ領域）および下側領域（図３におけるＢ領域）のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域において波長依存性のある偏光ダイクロイックプレートである。このため、領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域に配置されていればよい。なお、上側領域および下側領域のいずれか一方に対応する領域にのみ領域分割波長選択性ミラー１９０を配置する場合、他方の領域は全反射ミラーを配置する。

　図１３の構成例では、領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における下側領域に対応する領域のみ、図１４に示したような波長依存性のある特性を有している。すなわち、領域分割波長選択性ミラー１９０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における下側領域に対応する領域では、Ｐ偏光については赤色光および緑色光を反射し、青色光を透過する特性を有する。また、領域分割波長選択性ミラー１９０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における下側領域に対応する領域では、Ｓ偏光については赤色光、緑色光および青色光を全て反射する特性を有する。また、領域分割波長選択性ミラー１９０は、例えば、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域に対応する領域では、偏光方向にかかわらず、赤色光、緑色光および青色光を全て反射する特性を有する。このように、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域に対応する領域では偏光方向にかかわらず各色光を反射すればよいので、全領域に亘って波長依存性のある領域分割波長選択性ミラー１８０を、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に対応する領域のみに配置する構成であってもよい。

　図１５は、第３の実施の形態に係る光学システムにおいて生じる戻り光の光路の一例を示している。

　領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち一方の分割領域に対応する領域において、一方の分割領域からの複数の色光を全て反射する。また、領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち一方の分割領域に対応する領域において、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうちの少なくとも１つのライトバルブから第１の領域分割波長選択性波長板５１へと戻る青色光の戻り光を透過する。また、領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１における上側領域および下側領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、他方の分割領域からの複数の色光を全て反射する。

　図１５には、上述の図７において説明した、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域を通過した後、下側領域へと戻る青色光の戻り光に起因する不要光が除去される様子を示す。第３の実施の形態に係る光学システムでは、例えば図１５に示したように、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域からはＰ偏光の青色光が射出される。領域分割波長選択性ミラー１９０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に対応する領域ではＰ偏光の青色光をそのまま反射するので、Ｐ偏光の青色光は、Ｐ偏光のままリレーレンズ１８を進み、第２のライトバルブ３２へ到達する。第２のライトバルブ３２は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第２のライトバルブ３２においてＰ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に戻るＰ偏光の戻り光となる。ここで、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に対応する領域にはＰ偏光の青色光を透過する特性を有する領域分割波長選択性ミラー１９０が配置されているので、青色光の戻り光は第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域には到達せず、光路外へと透過する。これにより、下側領域へと戻るＰ偏光の青色光の戻り光に起因する不要光が除去される。なお、領域分割波長選択性ミラー１９０において、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に対応する領域では、Ｓ偏光については青色光は反射され、第１のライトバルブ３１に到達する。また、赤色光および緑色光に対しては、偏光にかかわらず、領域分割波長選択性ミラー１９０は全反射ミラーとして機能するので、赤色光および緑色光は、第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２に問題なく到達する。これにより、不要光となるＰ偏光の青色光のみを選択的に除去することが可能となる。

＜４．第４の実施の形態＞
　次に、本開示の第４の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第３のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

　第４の実施の形態に係る光学システムでは、第２の実施の形態に係る光学システムと同様に、プレ偏光子５０を配置したことに起因する不要光の発生を低減する構成について説明する。

　図１６は、第４の実施の形態に係る光学システムの要部構成例を概略的に示している。

　第４の実施の形態に係る光学システムは、図５に示した照明光学系１Ａに代えて照明光学系１Ｄを備えている。照明光学系１Ｄは、照明光学系１Ａの構成に対して、プレ偏光子５０に代えてプレ偏光子５０Ａを備えている。プレ偏光子５０Ａは、本開示の技術における「吸収型偏光子」の一具体例に相当する。

　プレ偏光子５０Ａは、第１のライトバルブ３１および第２のライトバルブ３２のうちの少なくとも１つのライトバルブから第１の領域分割波長選択性波長板５１を介して戻る青色光の戻り光を吸収する広帯域の吸収型の偏光子である。吸収型の偏光子なので、プレ偏光子５０Ａを冷却するために、プレ偏光子５０Ａにヒートシンク等の冷却部材５００が設けられていることが好ましい。

　なお、図１６では、説明上必要な要部構成のみを示す。また、図１６では、図５に示した構成例と同様に、ＰＳコンバータ１７が所定の偏光方向として入射光をＰ偏光に揃える場合を例に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１には赤色光、緑色光、および青色光の各色光がＰ偏光で入射する。図１６では、プレ偏光子５０Ａは、Ｐ偏光のみを透過し、Ｐ偏光以外の偏光方向の光を吸収する構成となっている。図１６では、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域（図３におけるＡ領域）において青色光の偏光を９０ｄｅｇ回転し、下側領域（図３におけるＢ領域）において回転しない構成となっている。

　図１６には、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域を通過した後、下側領域へと戻る青色光の戻り光の光路を示す。第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域では、青色光に対しては偏光を回すので、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域からはＳ偏光の青色光が射出される。Ｓ偏光の青色光は、Ｓ偏光のままリレーレンズ１８を通過し、ＰＢＳ４１を介して、第１のライトバルブ３１へと到達する。第１のライトバルブ３１は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第１のライトバルブ３１においてＳ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域に戻るＳ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域では青色光に対しては偏光を回さないのでＳ偏光の戻り光は、Ｓ偏光のままプレ偏光子５０Ａへ到達する。プレ偏光子５０ＡはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する構成となっているので、下側領域においてＳ偏光の戻り光はプレ偏光子５０で吸収されることで、不要光は発生しない。

　また、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域では、青色光に対しては偏光を回さないので、第１の領域分割波長選択性波長板５１の下側領域からはＰ偏光の青色光が射出される。Ｐ偏光の青色光は、Ｐ偏光のままリレーレンズ１８を通過し、ＰＢＳ４１を介して、第２のライトバルブ３２へと到達する。第２のライトバルブ３２は、黒表示時は偏光を回さないので、青色光は第２のライトバルブ３２においてＰ偏光のまま反射し、第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域に戻るＰ偏光の戻り光となる。第１の領域分割波長選択性波長板５１の上側領域では青色光に対しては偏光を回すので、Ｐ偏光の戻り光は、Ｓ偏光となってプレ偏光子５０Ａへ到達する。プレ偏光子５０ＡはＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を吸収する構成となっているので、上側領域においてＳ偏光の戻り光はプレ偏光子５０で吸収されることで、不要光は発生しない。

　このように、第４の実施の形態に係る光学システムでは、Ｓ偏光の戻り光およびＰ偏光の戻り光のいずれについても、不要光の発生を低減することが可能となる。

＜５．第５の実施の形態＞
　次に、本開示の第５の実施の形態に係る光学システムについて説明する。なお、以下では、上記第１ないし第４のいずれかの実施の形態に係る光学システムの構成要素と略同じ部分については、同一符号を付し、適宜説明を省略する。

　上記第１の実施の形態では、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンが上下に２分割された分割構造を有する場合を例に説明したが、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンは上下に２分割された分割構造には限らず、種々の分割構造を取り得る。同様に、第２の領域分割波長選択性波長板５２の領域分割パターンについても、上下に２分割された分割構造には限らず、種々の分割構造を取り得る。第１の領域分割波長選択性波長板５１と第２の領域分割波長選択性波長板５２とが互いに共役となる領域分割パターンとなっていればよい。以下、第１の領域分割波長選択性波長板５１について、領域分割パターンの変形例を説明する。

　図１７は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第１の変形例を概略的に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、例えば図１７に示したように、図３のＡ領域に相当する偏光特性を有する短冊状の第１の分割領域と、図３のＢ領域に相当する偏光特性を有する短冊状の第２の分割領域とを交互に複数、配置した構成であってもよい。

　図１８は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第２の変形例を概略的に示している。第１の領域分割波長選択性波長板５１は、例えば図１８に示したように、図３のＡ領域に相当する偏光特性を有する第１の分割領域と、図３のＢ領域に相当する偏光特性を有する第２の分割領域とを格子状に複数、配置した構成であってもよい。

　ここで、第２の実施の形態において説明したように、第１の実施の形態に係る光学システムにおいて、図５に示した構成例のようにプレ偏光子５０を配置した場合、第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２からの戻り光がプレ偏光子５０で反射され、再度、照明光として第１のライトバルブ３１または第２のライトバルブ３２へと戻る不要光となるおそれがある。この場合、第１の領域分割波長選択性波長板５１において、戻り光の元となる往路の光線の位置と戻り光となる復路の光線の位置とが、反射の原則により、互いに点対称の位置となる。そして、不要光は、第１の領域分割波長選択性波長板５１において、往路の光線位置と復路の光線位置とにおける偏光特性が互いに異なることに起因して発生する。このため、第１の領域分割波長選択性波長板５１は、少なくとも一部の領域において、第１の分割領域と第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有することが好ましい。不要光の低減のためには、第１の領域分割波長選択性波長板５１は、少なくとも半分以上の領域において、第１の分割領域と第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有することが好ましい。以下、図１９ないし図２２に、第１の領域分割波長選択性波長板５１の少なくとも半分以上の領域において、第１の分割領域と第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有する例を示す。

　図１９は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第３の変形例を概略的に示している。図１９には、図１７の分割構造に対して第１の分割領域と第２の分割領域とを全領域に亘って点対称に分布させるようにした分割構造を示す。

　図２０は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第４の変形例を概略的に示している。図２０には、図１８の分割構造に対して第１の分割領域と第２の分割領域とを全領域に亘って点対称に分布させるようにした分割構造を示す。

　図２１は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第５の変形例を概略的に示している。図２１には、中心領域の偏光特性と外側領域の偏光特性とを互いに異ならせることにより、第１の分割領域と第２の分割領域とを全領域に亘って点対称に分布させるようにした分割構造を示す。

　図２２は、第１の領域分割波長選択性波長板５１の領域分割パターンの第６の変形例を概略的に示している。図２０の分割構造に対して第１の分割領域と第２の分割領域とを略半分以上の領域について、点対称に分布させるようにした分割構造を示す。

　なお、製造上は、第１の分割領域と第２の分割領域との境界が少ない方が好ましい。また、光学性能上においても、第１の分割領域と第２の分割領域との境界が少ない方が好ましい。このため、例えば図２０の分割構造がより好ましい。

　第１の領域分割波長選択性波長板５１の分割構造を例えば図１９ないし図２２に示したような、少なくとも半分以上の領域について点対称な分割構造とすることにより、上記第２ないし第４の実施の形態に係る光学システムのような構成を取らずに、不要光の発生を低減することが可能となる。

＜６．その他の実施の形態＞
　本開示による技術は、上記各実施の形態の説明に限定されず種々の変形実施が可能である。

　例えば、本技術は以下のような構成を取ることもできる。
　以下の構成の本技術によれば、第１の光学系において、第１の瞳位置に、それぞれが互いに異なる偏光特性を有する第１の分割領域および第２の分割領域を含む第１の偏光回転素子を配置し、さらに、第１の光学系内において、偏光変換素子から射出された光に含まれる所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子を配置するようにしたので、コントラストの向上を図ることが可能となる。

（１）
　複数の色光を含む光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子を有し、前記複数の色光を含む照明光を生成する第１の光学系と、
　前記第１の光学系内の第１の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域が前記偏光変換素子から射出された前記複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、
　前記第１の光学系内において、前記偏光変換素子と前記第１の偏光回転素子との間に配置され、前記偏光変換素子から射出された光に含まれる前記所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子と、
　それぞれが、前記第１の光学系によって生成された前記照明光に含まれる前記複数の色光のうち少なくとも前記第１の色光によって照明される複数のライトバルブと
　を備える
　光学システム。
（２）
　前記第１の偏光回転素子と前記複数のライトバルブとの間の光路上に配置され、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を低減する波長選択性反射素子、をさらに備える
　上記（１）に記載の光学システム。
（３）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の偏光回転素子と前記複数のライトバルブとの間の光路の光軸に対し傾斜配置されている
　上記（２）に記載の光学システム。
（４）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の偏光回転素子における前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域に配置されている
　上記（２）または（３）のいずれか１つに記載の光学システム。
（５）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち前記一方の分割領域に対応する領域において、前記一方の分割領域からの前記複数の色光を全て透過し、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を反射する
　上記（４）に記載の光学システム。
（６）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、前記他方の分割領域からの前記複数の色光を全て透過する
　上記（５）に記載の光学システム。
（７）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち前記一方の分割領域に対応する領域において、前記一方の分割領域からの前記複数の色光を全て反射し、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を透過する
　上記（４）に記載の光学システム。
（８）
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、前記他方の分割領域からの前記複数の色光を全て反射する
　上記（７）に記載の光学システム。
（９）
　前記偏光子は、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記第１の偏光回転素子を介して戻る前記第１の色光の戻り光を吸収する吸収型偏光子である
　上記（１）に記載の光学システム。
（１０）
　前記吸収型偏光子を冷却する冷却部材、をさらに備える
　上記（９）に記載の光学システム。
（１１）
　前記第１の偏光回転素子は、少なくとも一部の領域において、前記第１の分割領域と前記第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有する
　上記（１）に記載の光学システム。
（１２）
　前記第１の偏光回転素子は、少なくとも半分以上の領域において、前記第１の分割領域と前記第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有する
　上記（１１）に記載の光学システム。
（１３）
　前記複数のライトバルブによって変調された後の前記複数の色光が入射する第２の光学系と、
　前記第２の光学系内の前記第１の瞳位置に共役な第２の瞳位置に配置され、第３の分割領域および第４の分割領域を含み、前記第３の分割領域および前記第４の分割領域が前記複数のライトバルブから射出された前記複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第２の偏光回転素子と
　をさらに備える
　上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の光学システム。
（１４）
　前記第１の光学素子における前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のそれぞれと、前記第２の光学素子における前記第３の分割領域および前記第４の分割領域のそれぞれとが、互いに共役である
　上記（１３）に記載の光学システム。
（１５）
　前記第２の光学系は、前記複数のライトバルブによって生成された画像を投影面に投影する投影光学系である
　上記（１３）または（１４）に記載の光学システム。
（１６）
　前記複数のライトバルブは、第１のライトバルブと第２のライトバルブとを含み、
　前記複数の色光は第１ないし第３の色光を含み、
　前記第１の色光が前記第１のライトバルブと第２のライトバルブとに入射し、
　前記第２の色光が前記第１のライトバルブおよび第２のライトバルブのうちの一方に入射し、
　前記第３の色光が前記第１のライトバルブおよび第２のライトバルブのうちの他方に入射する
　上記（１）ないし（１５）のいずれか１つに記載の光学システム。

　本出願は、日本国特許庁において２０２０年１月２２日に出願された日本特許出願番号第２０２０－８６３４号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。

　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims

　複数の色光を含む光の偏光方向を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子を有し、前記複数の色光を含む照明光を生成する第１の光学系と、
　前記第１の光学系内の第１の瞳位置に配置され、第１の分割領域および第２の分割領域を含み、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域が前記偏光変換素子から射出された前記複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第１の偏光回転素子と、
　前記第１の光学系内において、前記偏光変換素子と前記第１の偏光回転素子との間に配置され、前記偏光変換素子から射出された光に含まれる前記所定の偏光方向以外の偏光方向の光を低減する偏光子と、
　それぞれが、前記第１の光学系によって生成された前記照明光に含まれる前記複数の色光のうち少なくとも前記第１の色光によって照明される複数のライトバルブと
　を備える
　光学システム。
　前記第１の偏光回転素子と前記複数のライトバルブとの間の光路上に配置され、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を低減する波長選択性反射素子、をさらに備える
　請求項１に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の偏光回転素子と前記複数のライトバルブとの間の光路の光軸に対し傾斜配置されている
　請求項２に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の偏光回転素子における前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち少なくとも一方の分割領域に対応する領域に配置されている
　請求項２に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち前記一方の分割領域に対応する領域において、前記一方の分割領域からの前記複数の色光を全て透過し、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を反射する
　請求項４に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、前記他方の分割領域からの前記複数の色光を全て透過する
　請求項５に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち前記一方の分割領域に対応する領域において、前記一方の分割領域からの前記複数の色光を全て反射し、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記偏光子へと戻る前記第１の色光の戻り光を透過する
　請求項４に記載の光学システム。
　前記波長選択性反射素子は、前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のうち他方の分割領域に対応する領域において、前記他方の分割領域からの前記複数の色光を全て反射する
　請求項７に記載の光学システム。
　前記偏光子は、前記複数のライトバルブのうちの少なくとも１つのライトバルブから前記第１の偏光回転素子を介して戻る前記第１の色光の戻り光を吸収する吸収型偏光子である
　請求項１に記載の光学システム。
　前記吸収型偏光子を冷却する冷却部材、をさらに備える
　請求項９に記載の光学システム。
　前記第１の偏光回転素子は、少なくとも一部の領域において、前記第１の分割領域と前記第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有する
　請求項１に記載の光学システム。
　前記第１の偏光回転素子は、少なくとも半分以上の領域において、前記第１の分割領域と前記第２の分割領域とが点対称に分布する分割構造を有する
　請求項１１に記載の光学システム。
　前記複数のライトバルブによって変調された後の前記複数の色光が入射する第２の光学系と、
　前記第２の光学系内の前記第１の瞳位置に共役な第２の瞳位置に配置され、第３の分割領域および第４の分割領域を含み、前記第３の分割領域および前記第４の分割領域が前記複数のライトバルブから射出された前記複数の色光のうちの第１の色光に対して互いに異なる偏光特性を有する第２の偏光回転素子と
　をさらに備える
　請求項１に記載の光学システム。
　前記第１の光学素子における前記第１の分割領域および前記第２の分割領域のそれぞれと、前記第２の光学素子における前記第３の分割領域および前記第４の分割領域のそれぞれとが、互いに共役である
　請求項１３に記載の光学システム。
　前記第２の光学系は、前記複数のライトバルブによって生成された画像を投影面に投影する投影光学系である
　請求項１３に記載の光学システム。
　前記複数のライトバルブは、第１のライトバルブと第２のライトバルブとを含み、
　前記複数の色光は第１ないし第３の色光を含み、
　前記第１の色光が前記第１のライトバルブと第２のライトバルブとに入射し、
　前記第２の色光が前記第１のライトバルブおよび第２のライトバルブのうちの一方に入射し、
　前記第３の色光が前記第１のライトバルブおよび第２のライトバルブのうちの他方に入射する
　請求項１に記載の光学システム。