(57)【要約】【課題】本発明は、多板式の投影装置に用いられる分離合成光学系の技術に関し、単純な光学構成の照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する分離合成光学系、または、それを用いた投影装置を提供する。【解決手段】分離合成光学系（分離合成プリズム１８）の合成面２１ｂを各光変調素子（光変調素子２４、光変調素子２５）までの光路長が等しい位置に構成する。さらに、分離面２１ａを各光変調素子（光変調素子２４、光変調素子２５）までの光路長がそれぞれ異なり、それぞれ所望の光路長となる位置に合成面２１ｂとは異なる平面として構成する。これにより、照明光学系１２で生じる色収差の影響を単純な光学構成で抑制することができる。【選択図】  図１
2010128239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光変調素子と、
照明光学系から射出された照明光を前記複数の光変調素子の各々に向けて分離する分離面及び前記複数の光変調素子の各々からの変調光を合成する合成面を含む分離合成手段と、
前記複数の光変調素子の各々と前記分離合成手段との間に、それぞれ配置されるフィールドレンズと、を含み、
前記分離面は、前記合成面と異なる平面であることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項２】
請求項１に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子の各々と前記合成面との間の光路長はそれぞれ等しく、
前記複数の光変調素子の各々と前記分離面との間の光路長はそれぞれ異なることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の分離合成光学系において、
前記分離面は、前記照明光学系で生じた色収差の影響が前記光変調素子の各々で抑制される位置に配置されることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子の各々は、前記照明光が前記分離面で分離されることにより生じるそれぞれ異なる波長を有する光で照明され、
前記分離面から前記光変調素子の各々までの光路長は、当該光変調素子に入射する光の波長が長いほど、長いことを特徴とする分離合成光学系。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記分離合成手段は、
前記分離面上の前記照明光が入射する領域に第１のダイクロイック膜を、
前記合成面上の前記変調光が入射する領域に第２のダイクロイック膜を含むことを特徴とする分離合成光学系。
【請求項６】
請求項５に記載の分離合成光学系において、
前記第１のダイクロイック膜及び前記第２のダイクロイック膜は、それぞれの入射光の入射角に最適化されたダイクロイック膜であることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記照明光学系の瞳位置は、前記分離面近傍にあり、
前記変調光を投影する投影光学系の瞳位置は、前記合成面近傍にあることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記分離合成光学系は、前記光変調素子と前記フィールドレンズとの間で主光線が平行な物体側テレセントリック光学系であり、
前記分離面及び前記合成面は、前記フィールドレンズの焦点位置近傍にあることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記分離面に入射し分離される光束と前記合成面に入射し合成される光束は、前記分離面及び前記合成面の近傍で互いに交わらないことを特徴とする分離合成光学系。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記分離面は、前記合成面と平行な平面であることを特徴とする分離合成光学系。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の分離合成光学系において、
前記複数の光変調素子は、赤色の波長を有する光で照明される第１の光変調素子と、緑色及び青色の波長を有する光で照明される第２の光変調素子とからなり、
前記第１の光変調素子と前記分離面との間の第１の光路長は、前記第２の光変調素子と前記分離面との間の第２の光路長より長いことを特徴とする分離合成光学系。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の分離合成光学系を含むことを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多板式の投影装置の技術に関し、特に、多板式の投影装置に用いられる分離合成光学系の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置は、マイクロミラーデバイスなどの光変調素子の数により単板式の投影装置と多板式の投影装置に大別できる。単板式の投影装置は、ただ一つの光変調素子を用い時間的に投影光の波長を変化させてカラー画像を表示する投影装置である。一方、多板式の投影装置は、複数の光変調素子を用いて各光変調素子がそれぞれ異なる波長の照明光を変調しそれらを合成することでカラー画像を表示する投影装置である。
【０００３】
多板式の投影装置では、光を色（波長、実際には一定の幅がある波長域）毎に分離した上で複数の光変調素子を照明する。この時、照明される複数の光変調素子は等しい条件で照明されることが望ましい。しかし、各々の光変調素子を照明する異なる色（波長）の光は、色収差により色毎に像位置までの光路長が変化するため、各々の光変調素子の照明条件に違いを生じさせてしまう。このため、多板式の投影装置では、光変調素子を照明する照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する技術が求められている。
【０００４】
このような色収差の影響を抑制する方法としては、従来からさまざまな方法が提案されている。例えば、屈折率や色分散の異なる複数のレンズからなる接合レンズ（例えば、凸レンズと凹レンズからなるダブレットなど）等を用いて色収差を補正する方法などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、照明光学系は、光源近傍に配置され、高温にさらされることから熱的な制約が厳しい環境となっている。このような環境では、接着剤などを用いて接合される接合レンズなどの複雑な光学系は、接合面が痛んでしまうなどの課題が生じるため利用することが難しい。また、一般に照明光学系に対するコスト抑制の要求は他の光学系と比較しても高く、コスト面を考慮しても上記のような複雑な光学構成による色収差の補正は難しい。
【０００６】
さらに、多板式投影装置で分離合成プリズムを用いる場合、一般にプリズム内の光路が長くなる。色収差は光路長が長いほど大きくなるため、分離合成プリズムを用いる多板式投影装置では、色収差の影響はさらに顕著となる。
【０００７】
以上の実情を踏まえ、本発明では、単純な光学構成の照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する分離合成光学系、または、それを用いた投影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、複数の光変調素子と、照明光学系から射出された照明光を複数の光変調素子の各々に向けて分離する分離面及び複数の光変調素子の各々からの変調光を合成する合成面を含む分離合成手段と、複数の光変調素子の各々と分離合成手段との間に、それぞれ配置されるフィールドレンズと、を含み、分離面は、合成面と異なる平面である分離合成光学系を提供する。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子の各々と合成面との間の光路長はそれぞれ等しく、複数の光変調素子の各々と分離面との間の光路長はそれぞれ異なる分離合成光学系を提供する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載の分離合成光学系において、分離面は、照明光学系で生じた色収差の影響が光変調素子の各々で抑制される位置に配置される分離合成光学系を提供する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子の各々は、照明光が分離面で分離されることにより生じるそれぞれ異なる波長を有する光で照明され、分離面から光変調素子の各々までの光路長は、光変調素子に入射する光の波長が長いほど、長い分離合成光学系を提供する。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第１乃至第４の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離合成手段は、分離面上の照明光が入射する領域に第１のダイクロイック膜を、合成面上の変調光が入射する領域に第２のダイクロイック膜を含む分離合成光学系を提供する。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の分離合成光学系において、第１のダイクロイック膜及び第２のダイクロイック膜は、それぞれの入射光の入射角に最適化されたダイクロイック膜である分離合成光学系を提供する。
【００１４】
本発明の第７の態様は、第１乃至第６の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、照明光学系の瞳位置は、分離面近傍にあり、変調光を投影する投影光学系の瞳位置は、合成面近傍にある分離合成光学系を提供する。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離合成光学系は、光変調素子とフィールドレンズとの間で主光線が平行な物体側テレセントリック光学系であり、分離面及び合成面は、フィールドレンズの焦点位置近傍にある分離合成光学系を提供する。
【００１６】
本発明の第９の態様は、第１乃至第８の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離面に入射し分離される光束と合成面に入射し合成される光束は、分離面及び合成面の近傍で互いに交わらない分離合成光学系を提供する。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、第１乃至第９の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、分離面は、合成面と平行な平面である分離合成光学系を提供する。
本発明の第１１の態様は、第１乃至第１０の態様のいずれかに記載の分離合成光学系において、複数の光変調素子は、赤色の波長を有する光で照明される第１の光変調素子と、緑色及び青色の波長を有する光で照明される第２の光変調素子とからなり、第１の光変調素子と分離面との間の第１の光路長は、第２の光変調素子と分離面との間の第２の光路長より長い分離合成光学系を提供する。
【００１８】
本発明の第１２の態様は、第１乃至第１１の態様のいずれかに記載の分離合成光学系を含む投影装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、単純な光学構成の照明光学系で生じる色収差の影響を抑制する分離合成光学系、または、それを用いた投影装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る多板式の投影装置の構成を例示する図である。投影装置１００は、光源１０、反射板１１と、照明光学系１２と、偏光変換光学系１３と、波長選択偏光変換手段１４と、集光レンズ１５と、２つのミラー（ミラー１６、ミラー１７）と、分離合成プリズム１８と、２つの光変調素子（光変調素子２４、光変調素子２５）と、２つのフィールドレンズ（フィールドレンズ２６、フィールドレンズ２７）と、偏光板２８と、投影光学系２９と、波長選択偏光変換手段１４及び２つの光変調素子を制御する不図示の制御回路と、を含んで構成される。
【００２１】
分離合成プリズム１８は、形状の異なる２つのプリズム（プリズム１９、プリズム２０）とそれらに挟まれた平行平板２１から構成されている。なお、プリズム１９、プリズム２０及び平行平板２１は略同一の屈折率を有し、プリズム１９、平行平板２１、プリズム２０の境界で透過光はほとんど屈折しない。
【００２２】
平行平板２１のプリズム２０と接する面（分離面２１ａ）には分離用のダイクロイック膜２２が配置され、プリズム１９と接する面（合成面２１ｂ）には合成用のダイクロイック膜２３が配置されている。分離用のダイクロイック膜２２及び合成用のダイクロイック膜２３はいずれも赤色の波長の光（以降、Ｒ光と記す。）を反射し、青色及び緑色の波長の光（以降、それぞれ、Ｂ光、Ｇ光と記す。）を透過する特性を有している。つまり、分離合成プリズム１８は、入射光のうちＲ光を光変調素子２４へ向けて、Ｂ光及びＧ光を光変調素子２５へ向けて分離するとともに、光変調素子２４及び光変調素子２５からの変調光を合成する分離合成手段として機能する。
【００２３】
なお、合成面２１ｂは、光変調素子２４及び光変調素子２５の各々からダイクロイック膜２３（合成面２１ｂ）までの光路長が等しくなる位置に形成されている。一方、分離面２１ａは、ダイクロイック膜２２（分離面２１ａ）から光変調素子２４までの光路長がダイクロイック膜２２（分離面２１ａ）から光変調素子２５までの光路長より長くなる位置に形成されている。より具体的には、分離面２１ａは合成面２１ｂに対して照明光３の光軸の正方向に所定の距離だけずらした位置に形成されている。これにより、ダイクロイック膜２２（分離面２１ａ）から光変調素子２４までの光路長は、ダイクロイック膜２２が合成面２１ｂ上に形成される場合に比べて上記所定の距離だけ長くなり、反対にダイクロイック膜２２（分離面２１ａ）から光変調素子２５までの光路長は、上記所定の距離だけ短くなる。
【００２４】
このように、分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面とする構成の主要な目的は、照明光学系によって生じた色収差の影響の抑制にある。以降、分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面として形成することにより、色収差の影響を抑制することができる理由について説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る投影装置で用いられる色収差の影響を抑制する方法を説明するための図である。まず、図２を参照しながら色収差について簡単に説明する。光源３０から射出された複数の色（波長）を含む光は、光学系３１のレンズ作用により屈折し望ましくは１つの集光位置（像位置）に集光される。しかし、実際には光学系３１を構成するレンズ部材は、色（波長）によって異なる屈折率を有しているため、色毎に集光位置（像位置）が異なってしまう。具体的には、レンズ部材の屈折率は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の順に大きい値（Ｂに対する屈折率＞Ｇに対する屈折率＞Ｒに対する屈折率）を示す。このため、光学系３１で屈折された光のうち、Ｒ光３１ｒが最も光学系３１から離れた集光面３２上に集光し、Ｇ光３１ｇが次に光学系３１から離れた集光面３３上に集光し、Ｂ光３１ｂが光学系３１から最も近い集光面３４上に集光する。つまり、色毎に
集光位置までの光路長が異なっている。このように、色毎に集光位置（像位置）や集光位置までの光路長が異なる現象を色収差という。
【００２６】
ところで、光変調素子を用いた投影装置では、光変調素子の変調面（例えば、光変調素子がマイクロミラーデバイスであればミラー平面）と集光位置（像位置）が一致していることが望ましい。光学系３１の構成により色収差を補正する方法（つまり、各色光の集光位置を１つの変調面に近づける方法）を用いることで、各色光の集光位置と変調面とのずれを小さくすることができる。それによって色収差の影響は抑制される。しかし、投影装置における光学系３１は、例えば、図１に例示される投影装置１００の照明光学系１２に対応するものであり、上述した理由から複雑な構成の光学系を採用できないため、光学系の構成による色収差の補正は困難である。
【００２７】
そこで、本実施形態では、多板式の投影装置の場合、光変調素子毎に光源から変調面までの光路長が調整可能で、それぞれ異なる光路長とすることができることに着目する。各光変調素子の変調面が当該変調面へ入射する各色（波長）の集光位置（像位置）からのずれをできる限り小さくできる位置に位置するように投影装置を構成する。例えば、図２で例示されるように、Ｒ光３１ｒのみが入射する光変調素子３５の変調面は集光面３２上に、Ｇ光３１ｇ及びＢ光３１ｂが入射する光変調素子３６の変調面は集光面３３と集光面３４の間の面３７上に、位置するように構成する。このように構成した場合、Ｒ光３１ｒ、Ｇ光３１ｇ、Ｂ光３１ｂのそれぞれで集光位置と変調面とのずれは０、距離３８、距離３９となり、全体的に小さくすることができる。これにより、変調面の位置を１つのみとした場合に比べて色収差の影響を抑えることができる。なお、図２に例示される光路長４０、光路長４１は、それぞれ光源３０から光変調素子３５までの光路長、光源３０から光変調素子３６までの光路長を示し、各光変調素子までの光路長が異なることを示している。
【００２８】
つまり、本実施形態は、色収差自体を補正するのではなく、各変調素子の変調面までの光路長を当該変調面に入射する色（波長）に合わせて互いに異ならせることにより、色収差の影響を抑制する。
【００２９】
図１に例示される本実施形態の投影装置１００では、これを分離合成プリズム１８の分離面２１ａを合成面２１ｂと異なる平面に設けることにより実現している。すでに上述したように、光変調素子２４及び光変調素子２５の各々から合成面２１ｂ（ダイクロイック膜２３）までの光路長は等しい。これに対して、分離面２１ａ（ダイクロイック膜２２）から光変調素子２４までの光路長と分離面２１ａ（ダイクロイック膜２２）から光変調素子２５までの光路長は異なる。その結果、光源１０から光変調素子２４、光変調素子２５のそれぞれまでの光路長も異なることになる。より具体的には、平行平板２１の厚さに応じた量（例えば、平行平板２１の厚さの２倍）だけ光源１０から光変調素子２４までの光路長は長くなり、光源１０から光変調素子２５までの光路長は短くなる。つまり、平行平板２１の厚さを変更することにより各光変調素子までの光路長は調整することができ、それによって、光変調素子毎に色収差の影響を抑制できる最適な光路長を選択することができる。以上が分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面として形成することにより、色収差の影響を抑制することができる理由である。
【００３０】
なお、本実施形態では、分離面２１ａを合成面２１ｂに対して照明光３の光軸の正方向にずらして構成しているが、特にこれに限定されない。光軸の正方向にずらしているのは、分離面２１ａで反射する色（波長）がＲ光であり、透過するＧ光及びＢ光に対して遠方に集光されるため、Ｒ光の光路長を長くする必要があるからである。例えば、分離面２１ａでＲ光が透過され、Ｇ光及びＢ光が反射される場合であれば、同様の理由から分離面２１ａは合成面２１ｂに対して光軸の負方向にずらす必要がある。つまり、光変調素子に入射する光の波長が長いほど、分離面２１ａから光変調素子の各々までの光路長が長くなる
ように分離面２１ａを合成面２１ｂに対してずらす必要がある。
【００３１】
また、本実施形態では、平行平板２１を用いて分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面として構成したが、特にこれに限定されない。例えば、平行平板２１の代わりに楔形の部材をプリズム１９とプリズム２０の間に挟む構成とし、それらの境界面をそれぞれ合成面、分離面としても良い。
【００３２】
図３Ａ及び図３Ｂは、分離合成プリズム内に平行平板を備えた場合と楔形部材を備えた場合の光路の違いについて説明するための模式図である。図３Ａは、平行平板を備えた場合の分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路が模式的に示されている。図３Ｂは楔形部材を備えた場合の分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路が模式的に示されている。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、説明の都合上、光学系及び光路を簡略化して記載している。
【００３３】
図３Ａで例示されるように、平行平板２１を用いて分離面２１ａと合成面２１ｂを照明光３の光軸方向にずらした場合、分離面２１ａを反射して光変調素子２４へ入射する照明光４ａの光軸は、光変調素子２４の中心から光軸に垂直な方向（高さ方向）にずれることになる。従って、この高さ方向のずれも考慮して光変調素子を照明する必要があるため、より広い照明範囲を必要とし照明効率が低下する一要因となり得る。
【００３４】
一方、図３Ｂで例示されるように、楔形部材４２を用いて分離面２１ａと合成面２１ｂを照明光３の光軸方向にずらした場合、楔形部材４２の両面（分離面２１ａと合成面２１ｂ）が所定の角度をなしているため、分離面２１ａ入射時点で生じていた光変調素子２４の中心からのずれは、光変調素子２４入射時点では打ち消される。より具体的には、図３Ｂのように分離面が合成面より光軸の正方向にある場合は分離面への入射角が合成面への入射角より小さくなるように、分離面が合成面より光軸の負方向にある場合は分離面への入射角が合成面への入射角より大きくなるように構成するとよい。これにより、高さ方向に生じるずれを打ち消し、照明効率の低下を抑制することができる。なお、この際、主光線は傾くことになるが、その傾き角は非常に小さな量であるので、投影される像への影響は無視することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、各光変調素子から合成面２１ｂまでの光路長は等しくなるように構成される。その結果、各光変調素子から不図示のスクリーン（投影面）までの光路長は等しい構成となる。しかし、各変調素子から投影面までの投影系でも、光源１０から各変調素子までの照明系と同様に、色収差は生じうる。このため、各光変調素子から合成面２１ｂまでの光路長をそれぞれ異ならせて色収差の影響を抑制する方法も考えられる。しかし、投影系では投影倍率が異なると投影面上で各色の各画素の像が一致せず、画質に大きな影響を与えてしまう。このため、投影倍率を厳密に一致させる必要があり、本実施形態では各光変調素子からの投影面までの光路長を等しくしている。
【００３６】
図１で例示される光変調素子２４及び光変調素子２５は、例えば、マイクロミラーデバイスである。マイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーを含み、各々のマイクロミラーの傾斜を制御することにより入射光を変調する。本実施形態では、光変調素子２４及び光変調素子２５はマイクロミラーデバイスとして説明するが、特にこれに限定されない。反射型の光変調素子であればよく、例えば反射型液晶（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などを用いて構成してもよい。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る投影装置に含まれるホイール型の波長選択偏光変換手段の構成を例示する図である。ホイール型の波長選択偏光変換手段１４は、全体を２つの領域に分割し、Ｂ光の偏光方向のみをＳ偏光からＰ偏光へ波長選択的に変換する特定波長偏光変
換素子１４ａとＧ光の偏光方向のみをＳ偏光からＰ偏光へ波長選択的に変換する特定波長偏光変換素子１４ｂを組み合わせることにより構成されている。各特定波長偏光変換素子は、入射光の光軸と垂直をなすように配置されている。このように構成することにより、各特定波長偏光変換素子は、高精度に、つまり所望の色（波長）のみ、偏光方向を変換することができる。
【００３８】
また、ホイール型の波長選択偏光変換手段１４は、図４に例示される構成に限定されるものではなく、特定の波長の偏光方向を波長選択的に変換する少なくとも１種類の特定波長偏光変換素子を含んで構成されていればよい。また、波長選択偏光変換手段１４は図４に例示するホイール型に限定されるものではない。ホイール型の波長選択偏光変換手段１４の代わりに、円筒表面に複数の特定波長偏光変換素子を有し円筒の回転により作用する特定波長偏光変換素子を切り替えるいわゆるドラム型の波長選択偏光変換手段や、複数の特定波長偏光変換素子を一定方向の並べそれらをスライドさせることにより作用する特定波長偏光変換素子を切り替えるいわゆるスライド式の波長選択偏光変換手段を使用してもよい。この他、例えば、カラーリンク社のカラースイッチやスイス国アルシュビルのRolic Technologies Ltd.のelectronic colour switchなどの偏光方向を変換する波長成分を電気的な制御により切り替えることができる電子的色別偏光制御手段を使用してもよい。
【００３９】
以下、図１及び図４を参照しながら、光源１０から射出された照明光１が不図示のスクリーンへ投影されるまでの流れについて、投影装置１００の各構成要素の作用と合わせて説明する。
【００４０】
まず、水銀ランプなどの光源１０から射出された複数の波長および複数の偏光方向を含む照明光１は、反射板１１を用いて集光され、照明光学系１２へ入射する。
図５は、本実施形態に係る投影装置に用いられる照明光学系の構成を例示した図である。照明光学系１２は、図５に例示されるように、接合レンズを含まない単レンズ群からなる簡易な構成を有している。このため、照明光学系１２では十分な色収差の補正は行われない。
【００４１】
照明光学系１２から射出された照明光１は、さらに入射光の偏光方向を一定方向に変換するための偏光変換光学系１３に入射する。偏光変換光学系１３は、照明光１をＳ偏光に変換するように作用し、より具体的には、例えば、Ｐ偏光のみを透過する偏光素子を用いて照明光１をＰ偏光とＳ偏光に一旦分離し、Ｐ偏光のみ１／２λ板を透過させることで、入射した照明光１をすべてＳ偏光に変換した後、出力するように作用する。なお、ここでは、光源１０として水銀ランプを想定したが、複数のサブ光源からなるレーザー光源を用いてもよい。その場合、この偏光変換光学系１３は省略することができる。
【００４２】
Ｓ偏光に変換されて偏光変換光学系１３から射出される照明光２は、ホイール型の波長選択偏光変換手段１４へ入射する。図４で例示されるホイール型の波長選択偏光変換手段１４に入射した照明光２は、不図示の制御装置に制御されたホイール型の波長選択偏光変換手段１４の回転により、Ｂ光のみＰ偏光に変換する特定波長偏光変換素子１４ａとＧ光のみＰ偏光に変換する特定波長偏光変換素子１４ｂのいずれか一方を交互に透過する。これにより、ホイール型の波長選択偏光変換手段１４を透過した照明光３は、特定波長偏光変換素子１４ａを透過しＢ光のみＰ偏光（それ以外はＳ偏光）である状態と特定波長偏光変換素子１４ｂを透過しＧ光のみＰ偏光（それ以外はＳ偏光）である状態の２つの状態を経時的に交互に有することになる。なお、後に詳述するが、ここで変換された波長の光は偏光板２８により遮断され、投影光路から排除されることになる。
【００４３】
ホイール型の波長選択偏光変換手段１４を透過した照明光３は、集光レンズ１５、反射ミラー１６、反射ミラー１７を介してＢ光またはＧ光のみＰ偏光の状態で分離合成プリズ
ム１８へ入射する。以降では、ホイール型の波長選択偏光変換手段１４内の特定波長偏光変換素子１４ａを透過しＢ光のみＰ偏光の状態にある場合を例に説明する。
【００４４】
分離合成プリズム１８に入射したＢ光のみＰ偏光の照明光３は、プリズム１９及び合成面２１ｂを透過し分離面２１ａに入射する。照明光３の光束が入射する分離面２１ａの領域には分離用のダイクロイック膜２２が配置されている。ダイクロイック膜２２はＲ光を反射しＢ光及びＧ光を透過する特性を有しているため、照明光３のＲ光はダイクロイック膜２２を反射し、照明光３のＢ光及びＧ光はダイクロイック膜２２を透過する。これにより照明光３は、Ｒ光の照明光４ａとＢ光及びＧ光の照明光４ｂに分離される。
【００４５】
ダイクロイック膜２２を反射したＲ光の照明光４ａは、プリズム１９の入射面で全反射した後にフィールドレンズ２６に入射する。フィールドレンズ２６は照明光４ａの主光線がすべて平行光となるように作用する。その結果、照明光４ａは所定の角度で光変調素子２４へ入射することになる。一方、ダイクロイック膜２２を透過したＢ光及びＧ光の照明光４ｂは、プリズム２０を透過しフィールドレンズ２７に入射する。フィールドレンズ２７は照明光４ｂの主光線がすべて平行光となるように作用する。その結果、照明光４ｂは所定の角度で光変調素子２５へ入射することになる。つまり、分離合成プリズム１８及びフィールドレンズ２６及びフィールドレンズ２７を含む光学系は、フィールドレンズ２６と光変調素子２４の間（フィールドレンズ２７と光変調素子２５の間）で主光線が平行な物体側テレセントリックな光学系である。
【００４６】
なお、光源１０から各変調素子までの光路長は、分離面２１ａを合成面２１ｂに対して光軸の正方向に所定の距離だけずらして配置することにより、それぞれ色収差の影響が抑制される最適な光路長に調整されている。
【００４７】
光変調素子２４へ入射したＲ光の照明光４ａは、不図示の制御回路から受信した赤色（Ｒ）に関する制御信号に基づいて、光変調素子２４のマイクロミラーで変調され、マイクロミラーに対応する投影画像の画素毎に必要な光量だけ変調光５ａとして法線方向に反射される。光変調素子２４で変調されたＲ光の変調光５ａは、フィールドレンズ２６を透過し、再度プリズム１９の入射面で全反射した後に合成面２１ｂに入射する。変調光５ａの光束が入射する合成面２１ｂの領域には合成用のダイクロイック膜２３が配置されている。ダイクロイック膜２３は、ダイクロイック膜２２と同様にＲ光を反射する特性を有している。このため、Ｒ光の変調光５ａはダイクロイック膜２３で反射され、後述する光変調素子２５で変調された変調光５ｂと合成された合成光６の一部として分離合成プリズム１８から射出される。
【００４８】
一方、光変調素子２５へ入射したＢ光及びＧ光の照明光４ｂは、不図示の制御回路から受信した緑色（Ｇ）に関する制御信号に基づいて、光変調素子２５の各マイクロミラーで変調され、マイクロミラーに対応する画素毎に必要な光量だけ変調光５ｂとして法線方向に反射される。
【００４９】
なお、不図示の制御回路は、光変調素子２５をホイール型の波長選択偏光変換手段１４の回転に同期して制御している。より具体的には、不図示の制御回路は、波長選択偏光変換手段１４内の特定波長偏光変換手段の切り替えの際、照明光２がＢ光のみＰ偏光に変換する特定波長偏光変換素子１４ａを透過する場合には、緑色（Ｇ）に関する制御信号を、Ｇ光のみＰ偏光に変換する特定波長偏光変換素子１４ｂを透過する場合には、青色（Ｂ）に関する制御信号を光変調素子２５へ送信する。これにより、光変調素子２５では、Ｂ光及びＧ光からなる入射光は、波長選択偏光変換手段１４により偏光方向を変換されなかった色（波長）に関する制御信号に基づいて変調されることになる。
【００５０】
光変調素子２５で変調されたＢ光及びＧ光の変調光５ｂは、フィールドレンズ２７を透過し、合成面２１ｂに入射する。変調光５ｂの光束が入射する合成面２１ｂの領域は変調光５ａの光束が入射する領域と一致している。そのため、変調光５ｂの光束が入射する領域には合成用のダイクロイック膜２３が配置されている。これにより、Ｂ光及びＧ光の変調光５ｂはダイクロイック膜２３を透過し、前述した光変調素子２４で変調された変調光５ａと合成された合成光６の一部として分離合成プリズム１８から射出される。
【００５１】
ところで、本実施形態では、分離合成プリズム１８の分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面として構成し、分離用のダイクロイック膜２２と合成用のダイクロイック膜２３を別々に設けている。この構成は上述したように色収差の影響抑制するために採用されている。このような構成においてダイクロイック膜２２による光の分離とダイクロイック膜２３による光の合成がそれぞれ適切に行われるためには、ダイクロイック膜２２で分離される照明光３の光束とダイクロイック膜２３で合成される変調光５ａ及び変調光５ｂの光束とが平行平板２１上で重ならないことが必要となる。光束の重なりを防止するためには、それぞれの光束の光束径が平行平板２１付近で小さくなるように光学系を構成すればよい。より具体的には、照明光学系（照明光３）の瞳位置を分離面２１ａ上のダイクロイック膜２２近傍に構成し、投影光学系（変調光５ａ及び変調光５ｂ）の瞳位置を合成面２１ｂ上のダイクロイック膜２３近傍に構成する。このような瞳位置の調整は、フィールドレンズ２６及びフィールドレンズ２７を用いることにより実現される。なお、この場合、フィールドレンズと光変調素子の間の主光線が平行な物体側テレセントリックな光学系であることを考慮すると、フィールドレンズ２６及びフィールドレンズ２７の焦点位置は、分離面及び合成面の近傍にあることになる。
【００５２】
分離合成プリズム１８から射出される合成光６は偏光板２８に入射する。偏光板２８はＳ偏光のみを透過する特性を有しているため、合成光６のうち波長選択偏光変換手段１４でＰ偏光に変換されたＢ光は偏光板２８を透過できない。このため、各光変調素子で該当する色の制御データで変調されたＲ光及びＧ光のみ偏光板２８を透過し投影光７として投影光学系２９へ入射する。投影光７は投影光学系２９で拡大されて不図示のスクリーン上に画像を投影する。なお、波長選択偏光変換手段１４でＧ光のみＰ偏光に変換された場合は、Ｒ光及びＢ光のみが偏光板２８を透過し投影されることになる。このため、波長選択偏光変換手段１４で透過する特定波長偏光変換素子を経時的に切り替えることにより、Ｒ光及びＢ光からなる投影光とＲ光及びＧ光からなる投影光が交互にスクリーンに投影され、カラー画像が表示されることになる。
【００５３】
以上、本実施形態では、分離面２１ａを合成面２１ｂに対して光軸方向にずらした分離合成光学系を用いることにより、光学構成を複雑化することなく、照明光学系で生じる色収差の影響を抑制することができる。また、分離面２１ａと合成面２１ｂを異なる平面とし分離用と合成用のダイクロイック膜を用いることにより、それぞれ入射光の入射角に合わせてダイクロイック膜の特性を最適化することが可能となる。これにより、投影画像の色再現性が向上する。さらに、分離面２１ａと合成面２１ｂが異なる平面であるため、これらの特性の異なるダイクロイック膜の重なりは必然的に防止される。これにより、ダイクロイック膜を形成する領域の高度な管理は不要となり、分離合成光学系の製造時にかかる負担も少なくすむ。
【００５４】
なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る多板式の投影装置の構成を例示する図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる色収差の影響を抑制する方法を説明するための図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる平行平板を備えた分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路を模式的に示した図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る投影装置で用いられる楔形部材を備えた分離合成プリズムでの照明光と変調光の光路を模式的に示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る投影装置に含まれるホイール型の波長選択偏光変換手段の構成を例示する図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る投影装置に用いられる照明光学系の構成を例示した図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  投影装置
１，２、３、４ａ、４ｂ  照明光
５ａ、５ｂ  変調光
６  合成光
７  投影光
１０、３０  光源
１１  反射板
１２、３１  照明光学系
１３  偏光変換光学系
１４  波長選択偏光変換手段
１４ａ、１４ｂ  特定波長偏光変換素子
１５  集光レンズ
１６、１７  ミラー
１８  分離合成プリズム
１９、２０  プリズム
２１  平行平板
２１ａ  分離面
２１ｂ  合成面
２２、２３  ダイクロイック膜
２４、２５、３５、３６  光変調素子
２６、２７  フィールドレンズ
２８  偏光板
２９  投影光学系
３１ｒ  Ｒ光
３１ｇ  Ｇ光
３１ｂ  Ｂ光
３２、３３、３４  集光面
３７  面
３８、３９  距離
４０、４１  光路長
４２  楔形部材
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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