(57)【要約】【課題】光の利用効率および合成画像の色再現性を向上できる色分離合成プリズムを提供することにある。【解決手段】第１プリズム１１と、第１プリズム１１に接合された第２プリズム１２と、第１プリズム１１と第２プリズム１２との接合面１３の異なる領域に形成された光学特性の異なる第１光学膜１４および第２光学膜１５と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１プリズムと、
該第１プリズムに接合された第２プリズムと、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる色分離合成用の第１光学膜および第２光学膜と、
を有することを特徴とする色分離合成プリズム。
【請求項２】
第１プリズムと、
該第１プリズムに接合された第２プリズムと、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面に、該接合面を２つの領域に分離するように形成された段差と、
該段差により分離された一方の領域の前記接合面に形成された色分離合成用の第１光学膜と、
前記段差により分離された他方の領域の前記接合面に形成された前記第１光学膜とは光学特性の異なる色分離合成用の第２光学膜と、
を有することを特徴とする色分離合成プリズム。
【請求項３】
前記第２プリズムは、接合された第１プリズム要素および第２プリズム要素からなり、
前記第１プリズムと前記第１プリズム要素との前記接合面に前記第１光学膜を有し、前記第１プリズムと前記第２プリズム要素との前記接合面に前記第２光学膜を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の色分離合成プリズム。
【請求項４】
前記第１光学膜はダイクロイック膜からなり、前記第２光学膜は偏光膜からなる、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の色分離合成プリズム。
【請求項５】
前記第１光学膜は、第１ダイクロイック膜からなり、
前記第２光学膜は、第２ダイクロイック膜からなり、
前記第２プリズムには、前記第１プリズムとの前記接合面に平行な第２接合面に、前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と光学特性が異なる色分離合成用の第３ダイクロイック膜を介して第３プリズムを接合した、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載の色分離合成プリズム。
【請求項６】
第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記第１プリズムまたは前記第２プリズムの一方に前記第１光学膜を形成し、他方に前記第２光学膜を形成した後、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを接合することを特徴とする色分離合成プリズムの製造方法。
【請求項７】
第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記接合面を２つの領域に分離するように、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムに互いに係合する段差を形成し、
次に、前記段差により分離された一方の領域の前記第１プリズムまたは前記第２プリズムの前記接合面に前記第１光学膜を形成するとともに、他方の領域の前記第２プリズムまたは前記第１プリズムの前記接合面に前記第２光学膜を形成し、
その後、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを接合することを特徴とする色分離合成プリズムの製造方法。
【請求項８】
第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第１プリズム要素および第２プリズム要素からなる第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記第１プリズム要素の前記第１プリズムとの接合面に前記第１光学膜を形成するとともに、前記第２プリズム要素の前記第１プリズムとの接合面に前記第２光学膜を形成し、
その後、前記第１プリズム要素および前記第２プリズム要素を接合して前記第２プリズムを形成するとともに、前記第１プリズム要素および前記第２プリズム要素と前記第１プリズムとを接合することを特徴とする色分離合成プリズムの製造方法。
【請求項９】
前記第１光学膜として、ダイクロイック膜を形成し、前記第２光学膜として、偏光膜を形成する、ことを特徴とする請求項６，７または８に記載の色分離合成プリズムの製造方法。
【請求項１０】
前記第１光学膜として、第１ダイクロイック膜を形成し、
前記第２光学膜として、第２ダイクロイック膜を形成し、
前記第２プリズムには、前記第１プリズムとの前記接合面に平行に第２接合面を形成して、該第２接合面に、前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と光学特性が異なる色分離合成用の第３ダイクロイック膜を介して第３プリズムを接合する、ことを特徴とする請求項６，７または８に記載の色分離合成プリズムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、反射型の空間光変調器を用いる投影型表示装置に使用するのに好適な色分離合成プリズムおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型の空間光変調素子として、例えば、反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal On Silicon）や、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ：Digital Micromirror Device）が知られている。また、このような反射型の空間光変調素子を用いる投影型表示装置として、例えば、空間光変調素子により、変調光を照明光の入射方向と異なる方向に反射させるようにしたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１７は、非特許文献１に開示されている２枚のＤＭＤ素子を用いる２板式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源１１１から出射される照明光（白色光）を、カラーホイール１１２に入射させる。カラーホイール１１２は、赤色（Ｒ）光および緑色（Ｇ）光とを透過させるイエーロ（Ｙ）領域と、Ｒ光および青色（Ｂ）光を透過させるマゼンタ（Ｍ）領域とを有し、図示しないモータにより回転駆動されて、照明光の光軸に対して、Ｙ領域とＭ領域とが時分割で交互に切り換えられるようになっている。
【０００４】
カラーホイール１１２を透過した照明光は、インテグレータロッド１１３およびリレー光学系１１４を経て照明投影分離用プリズム１１５に入射する。照明投影分離用プリズム１１５は、２個のプリズム１１５Ａ，１１５Ｂを、エアーギャップ１１５ａを介して対向配置したＴＩＲ（Total Internal Reflection）プリズムから成り、リレー光学系１１４からの照明光は、プリズム１１５Ａに入射してエアーギャップ１１５ａ側の面で全反射されて、該プリズム１１５Ａから出射され、色分離合成プリズム１１６に入射する。
【０００５】
色分離合成プリズム１１６は、２個のプリズム１１６Ａ，１１６Ｂを、赤色反射ダイクロイック膜１１６ａを介して接合してなり、照明投影分離用プリズム１１５からの照明光は、プリズム１１６Ａのプリズム面１１６ｂを経て赤色反射ダイクロイック膜１１６ａに入射し、ここでＲ光は全反射され、他の色光は透過されて色分離される。
【０００６】
赤色反射ダイクロイック膜１１６ａで反射されたＲ光は、プリズム面１１６ｂで全反射されてＲ光用のＤＭＤ素子１１７Ｒに導かれる。一方、色分離合成プリズム１１６に入射した照明光のうち、Ｇ光またはＢ光は、カラーホイール１１２の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜１１６ａを透過することにより色分離されて、Ｇ光／Ｂ光用のＤＭＤ素子１１７ＧＢに導かれる。
【０００７】
ＤＭＤ素子１１７Ｒ，１１７ＧＢは、μｍサイズの極小反射鏡を多数配列してなる半導体型投影デバイスであり、色信号に基づいて、例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。ＤＭＤ素子１１７Ｒにより偏向反射されるＲ変調光は、色分離合成プリズム１１６のプリズム面１１６ｃに入射して、プリズム面１１６ｂで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜１１６ａで反射された後、照明投影分離用プリズム１１５を透過して投影レンズ１１８により投影される。
【０００８】
一方、ＤＭＤ素子１１７ＧＢにより時分割で偏向反射されるＧ変調光またはＢ変調光は、色分離合成プリズム１１６のプリズム面１１６ｄに入射し、ダイクロイック膜１１６ａを透過してＲ変調光と色合成された後、照明投影分離用プリズム１１５を透過して投影レンズ１１８により投影される。
【０００９】
図１８は、非特許文献１に開示されている３枚のＤＭＤ素子を用いる３板式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源１２１から出射される照明光（白色光）を、インテグレータロッド１２２およびリレー光学系１２３を経て照明投影分離用プリズム１２４に入射させる。照明投影分離用プリズム１２４は、図１７の照明投影分離用プリズム１１５と同様に、２個のプリズム１２４Ａ，１２４Ｂを、エアーギャップ１２４ａを介して対向配置したＴＩＲプリズムから成り、リレー光学系１２３からの照明光は、プリズム１２４Ａに入射してエアーギャップ１２４ａの面で全反射されて、該プリズム１２４Ａから出射され、色分離合成プリズム１２５に入射する。
【００１０】
色分離合成プリズム１２５は、３個のプリズム１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃを有し、プリズム１２５Ａおよびプリズム１２５Ｂは、エアーギャップを介して対向配置されているとともに、プリズム１２５Ａのエアーギャップ側の面には青色反射ダイクロイック膜１２５ａが形成されている。また、プリズム１２５Ｃは、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃを介してプリズム１２５Ｂと接合されている。
【００１１】
色分離合成プリズム１２５に入射した照明光のうち、Ｂ光は、青色反射ダイクロイック膜１２５ａで反射されて色分離された後、プリズム１２５Ａのプリズム面１２５ｂで全反射されてプリズム面１２５ｅからＢ光用のＤＭＤ素子１２６Ｂに導かれる。また、Ｒ光は、青色反射ダイクロイック膜１２５ａを透過後、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃで反射されて色分離され、さらにプリズム１２５Ｂのエアーギャップ側のプリズム面１２５ｄで全反射されてプリズム面１２５ｆからＲ光用のＤＭＤ素子1２６Ｒに導かれる。さらに、Ｇ光は、青色反射ダイクロイック膜１２５ａおよび赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃを透過して、プリズム面１２５ｇからＧ光用のＤＭＤ素子１２６Ｇに導かれる。
【００１２】
ＤＭＤ素子１２６Ｂにより偏向反射されるＢ変調光は、プリズム面１２５ｅからプリズム１２５Ａに入射して、プリズム面１２５ｂで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜１２５ａで反射されて、照明投影分離用プリズム１２４を透過して投影レンズ１２７により投影される。また、ＤＭＤ素子１２６Ｒにより偏向反射されるＲ変調光は、プリズム面１２５ｆからプリズム１２５Ｂに入射して、プリズム面１２５ｄで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃで反射されて、青色反射ダイクロイック膜１２５ａを透過した後、照明投影分離用プリズム１２４を透過して投影レンズ１２７により投影される。さらに、ＤＭＤ素子１２６Ｇにより偏向反射されるＧ変調光は、プリズム面１２５ｇからプリズム１２５Ｃに入射し、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃおよび青色反射ダイクロイック膜１２５ａを透過して、Ｒ変調光およびＢ変調光と色合成されて、照明投影分離用プリズム１２４を透過して投影レンズ１２７により投影される。
【００１３】
【非特許文献１】光技術情報誌「ライトエッジ」Ｎｏ．１９／特集 映像…デジタル化時代に向けて（２０００年７月発行）第３章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１７および図１８に示したように、空間光変調素子により、変調光を照明光の入射方向と異なる方向に反射させる投影型表示装置では、色分離合成プリズムを構成するダイクロイック膜に対する照明光と変調光との入射角が異なることになる。すなわち、図１７においては、色分離合成プリズム１１６の赤色反射ダイクロイック膜１１６ａに対する照明光の入射角と、Ｒ変調光の入射角とが異なることになる。また、図１８においては、色分離合成プリズム１２５の青色反射ダイクロイック膜１２５ａに対する照明光の入射角とＢ変調光の入射角とが異なるとともに、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃに対する照明光の入射角とＲ変調光の入射角とが異なることになる。
【００１５】
このため、例えば、赤色反射ダイクロイック膜の光学特性を、図１９に示すように、照明光の入射角に対して、分離するＲ光ＬＲｉの反射率が最大となるように最適化すると、合成するＲ変調光ＬＲｍは、その入射角が照明光の入射角と異なるため、入射角依存性によって、反射率が最大となる波長がシフトすることになる。このため、図１９において、照明光のＲ光ＬＲｉのうち、波長域Ａの変調光は、投影光として出射されなくなって、光の利用効率が低下するとともに、表示画像に偽色が発生して色再現性が低下することになる。また、逆に、赤色反射ダイクロイック膜の光学特性を、Ｒ変調光ＬＲｍの入射角に対して、反射率が最大となるように最適化すると、照明光からＲ光ＬＲｉを分離する際に、その一部が分離されなくなるため、同様の問題が生じることになる。
【００１６】
また、図１８に示す構成の色分離合成プリズム１２５においては、プリズム１２５Ａとプリズム１２５Ｂとをエアーギャップを介して対向配置するため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、その結果、色分離合成プリズム１２５の作製が複雑で製造コストが嵩むことになる。さらに、Ｒ光成分およびＧ光成分については、投影レンズ１２７に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを往復することになるため、光量ロスが大きくなって、光の利用効率がさらに低下することになる。
【００１７】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の第１の目的は、光の利用効率および合成画像の色再現性を向上できる色分離合成プリズムを提供することにある。
【００１８】
さらに、本発明の第２の目的は、上記の色分離合成プリズムを簡単かつ低コストで、しかも精度よく製造できる色分離合成プリズムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記第１の目的を達成する請求項１に係る色分離合成プリズムの発明は、
第１プリズムと、
該第１プリズムに接合された第２プリズムと、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる第１光学膜および第２光学膜と、
を有することを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、上記第１の目的を達成する請求項２に係る色分離合成プリズムの発明は、
第１プリズムと、
該第１プリズムに接合された第２プリズムと、
前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面に、該接合面を２つの領域に分離するように形成された段差と、
該段差により分離された一方の領域の前記接合面に形成された色分離合成用の第１光学膜と、
前記段差により分離された他方の領域の前記接合面に形成された前記第１光学膜とは光学特性の異なる色分離合成用の第２光学膜と、
を有することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の色分離合成プリズムにおいて、
前記第２プリズムは、接合された第１プリズム要素および第２プリズム要素からなり、
前記第１プリズムと前記第１プリズム要素との前記接合面に前記第１光学膜を有し、前記第１プリズムと前記第２プリズム要素との前記接合面に前記第２光学膜を有する、ことを特徴とするものである。
【００２２】
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３に記載の色分離合成プリズムにおいて、
前記第１光学膜はダイクロイック膜からなり、前記第２光学膜は偏光膜からなる、ことを特徴とするものである。
【００２３】
請求項５に係る発明は、請求項１，２または３に記載の色分離合成プリズムにおいて、
前記第１光学膜は、第１ダイクロイック膜からなり、
前記第２光学膜は、第２ダイクロイック膜からなり、
前記第２プリズムには、前記第１プリズムとの前記接合面に平行な第２接合面に、前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と光学特性が異なる色分離合成用の第３ダイクロイック膜を介して第３プリズムを接合した、ことを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、上記第２の目的を達成する請求項６に係る色分離合成プリズムの製造方法の発明は、第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる色分離合成用の第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記第１プリズムまたは前記第２プリズムの一方に前記第１光学膜を形成し、他方に前記第２光学膜を形成した後、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを接合することを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、上記第２の目的を達成する請求項７に係る色分離合成プリズムの製造方法の発明は、第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる色分離合成用の第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記接合面が２つの領域に分離されるように、前記第１プリズムおよび前記第２プリズムに互いに係合する段差を形成し、
次に、前記段差により分離された一方の領域の前記第１プリズムまたは前記第２プリズムの前記接合面に前記第１光学膜を形成するとともに、他方の領域の前記第２プリズムまたは前記第１プリズムの前記接合面に前記第２光学膜を形成し、
その後、前記第１プリズムと前記第２プリズムとを接合することを特徴とするものである。
【００２６】
さらに、上記第２の目的を達成する請求項８に係る色分離合成プリズムの製造方法の発明は、第１プリズムと、該第１プリズムに接合された第１プリズム要素および第２プリズム要素からなる第２プリズムと、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの接合面の異なる領域に形成された光学特性の異なる色分離合成用の第１光学膜および第２光学膜と、を有する色分離合成プリズムを製造するにあたり、
前記第１プリズム要素の前記第１プリズムとの接合面に前記第１光学膜を形成するとともに、前記第２プリズム要素の前記第１プリズムとの接合面に前記第２光学膜を形成し、
その後、前記第１プリズム要素および前記第２プリズム要素を接合して前記第２プリズムを形成するとともに、前記第１プリズム要素および前記第２プリズム要素と前記第１プリズムとを接合することを特徴とするものである。
【００２７】
請求項９に係る発明は、請求項６，７または８に記載の色分離合成プリズムの製造方法において、
前記第１光学膜として、ダイクロイック膜を形成し、前記第２光学膜として、偏光膜を形成する、ことを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１０に係る発明は、請求項６，７または８に記載の色分離合成プリズムの製造方法において、
前記第１光学膜として、第１ダイクロイック膜を形成し、
前記第２光学膜として、第２ダイクロイック膜を形成し、
前記第２プリズムには、前記第１プリズムとの前記接合面に平行に第２接合面を形成して、該第２接合面に、前記第１ダイクロイック膜および前記第２ダイクロイック膜と光学特性が異なる色分離合成用の第３ダイクロイック膜を介して第３プリズムを接合する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の色分離合成プリズムによると、第１プリズムと第２プリズムとの接合面の異なる領域に光学特性の異なる色分離合成用の第１光学膜および第２光学膜を形成するので、それぞれの膜を色分離用または色合成用として、独立して最適化することができ、これにより入射角依存性による波長シフトを低減することが可能となる。しかも、エアーギャップを有しないので、光量ロスも最小限に抑えることが可能となる。したがって、光の利用効率および合成画像の色再現性を向上することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明の色分離合成プリズムの製造方法によると、第１光学膜および第２光学膜を別々のプリズムに形成するので、第１光学膜および第２光学膜を並行して形成することができる。したがって、例えば、同一のプリズムに第１光学膜を形成した後、第１光学膜をマスキングして第２光学膜を形成する場合と比較して、製造工数を削減でき、製造時間を短縮できるので、色分離合成プリズムを簡単かつ低コストで製造することができる。また、第２光学膜を形成する際に、第１光学膜を不所望に加熱して劣化させることもないので、所望の光学特性の第１光学膜および第２光学膜を有する色分離合成プリズムを精度よく製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００３２】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。この色分離合成プリズム１０は、三角形の非対称断面形状を有する三角柱状の２個の第１プリズム１１および第２プリズム１２を接合面１３で一体に接合されて全体がキュービック形状に形成されたもので、接合面１３には第１光学膜であるダイクロイック膜１４と、第１光学膜と光学特性が異なる第２光学膜である偏光膜１５とを有する。
【００３３】
ダイクロイック膜１４および偏光膜１５は、重ならないように接合面１３内で異なる領域にずらして配設されている。また、接合面１３は、フラットな面として形成されており、ダイクロイック膜１４と偏光膜１５とは同一平面上に配設されている。なお、色分離合成プリズム１０の形状は、機能的にキュービック形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状の第１プリズム１１および第２プリズム１２の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。この三角形は、左右対称とすることも不可能ではないが、全体形状の小型化には非対称形状が有利である。第１プリズム１１は、プリズム面１０ａ，１０ｂと接合面１３とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。また、第２プリズム１２は、プリズム面１０ｃ，１０ｄと接合面１３とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。
【００３４】
ここで、ダイクロイック膜１４は、例えば、赤色（Ｒ）光は反射させ、緑色（Ｇ）光および青色（Ｂ）光は透過させる特性に設定されている。また、偏光膜１５は、Ｐ偏光は透過させ、Ｓ偏光は反射させる特性に設定されている。したがって、ダイクロイック膜１４は、波長による色分離合成機能を有し、偏光膜１５は、偏光による色分離合成機能を有する。
【００３５】
この色分離合成プリズム１０を製造するにあたっては、図２に示すように、先ず、第１プリズム１１の接合面１３の所定領域に、例えば誘電体多層膜からなるダイクロイック膜１４を蒸着等の公知の方法で形成する。また、第２プリズム１２の接合面１３の所定領域には、例えば誘電体多層膜からなる偏光膜１５を、同様に蒸着等の公知の方法により形成する。その後、ダイクロイック膜１４を形成した第１プリズム１１と、偏光膜１５を形成した第２プリズム１２とを、ダイクロイック膜１４と偏光膜１５とが重ならないように、接合面１３で接着剤を介して隙間無く一体に接合する。
【００３６】
図１に示した構成の色分離合成プリズム１０によると、第１プリズム１１と第２プリズム１２との接合面１３の異なる領域に光学特性の異なるダイクロイック膜１４と偏光膜１５とを形成するので、例えば、ダイクロイック膜１４を色分離用として、偏光膜１５は色合成用として、それぞれ独立して最適化することができ、これにより入射角依存性による波長シフトを低減することができる。しかも、エアーギャップを有しないので、光量ロスも最小限に抑えることができ、光の利用効率および合成画像の色再現性を向上することが可能となる。
【００３７】
また、色分離合成プリズム１０を製造するにあたっては、図２を参照して説明したように、ダイクロイック膜１４と偏光膜１５とを別々のプリズムに形成した後、例えば、ダイクロイック膜１４は第１プリズム１１に、偏光膜１５は第２プリズム１２にそれぞれ形成した後、第１プリズム１１と第２プリズム１２とを接合するので、第１プリズム１１または第２プリズム１２の一方の接合面１３に、ダイクロイック膜１４および偏光膜１５の両方を形成してから、第１プリズム１１と第２プリズム１２とを接合する場合と比較して、色分離合成プリズム１０を簡単かつ低コストで、しかも精度よく製造することができる。
【００３８】
すなわち、ダイクロイック膜１４および偏光膜１５の両方を、例えば第１プリズム１１の接合面１３に形成してから、第２プリズム１２を接合すると、例えばダイクロイック膜１４を形成した後、偏光膜１５を形成する際に、先に形成したダイクロイック膜１４をマスキングする必要がある。このため、製造工数が増えるとともに、製造時間も増えることになる。また、偏光膜１５を形成する際に、ダイクロイック膜１４を不所望に加熱して劣化させるおそれもある。
【００３９】
これに対し、図２で説明した製造方法の場合は、例えば、ダイクロイック膜１４は第１プリズム１１に、偏光膜１５は第２プリズム１２に別々に形成するので、マスキング等の製造工数を削減でき、製造時間を短縮できるとともに、ダイクロイック膜１４および偏光膜１５を不所望に加熱することもない。したがって、上述したように、色分離合成プリズム１０を簡単かつ低コストで、しかも精度よく製造することができる。
【００４０】
（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。この色分離合成プリズム２０は、図１に示した構成の色分離合成プリズム１０において、第１プリズム１１および第２プリズム１２の接合面１３が、段差２１により接合面１３ａと接合面１３ｂとの２つの領域に分離され、一方の接合面１３ａにダイクロイック膜１４を有し、他方の接合面１３ｂに偏光膜１５を有するものである。
【００４１】
この色分離合成プリズム２０を製造するにあたっては、先ず、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）に示すように、第１プリズム１１および第２プリズム１２の接合面１３に、互いに係合する段差２１を形成して、接合面１３を接合面１３ａと接合面１３ｂとの２つの領域に分離する。次に、例えば、図４（ａ）に示すように、第１プリズム１１および第２プリズム１２のそれぞれ凸側の接合面、すなわち、第１プリズム１１については、接合面１３ａにダイクロイック膜１４を形成し、第２プリズム１２については、接合面１３ｂに偏光膜１５を形成する。あるいは、図４（ｂ）に示すように、第１プリズム１１および第２プリズム１２のそれぞれ凹側の接合面、すなわち、第１プリズム１１については、接合面１３ｂに偏光膜１５を形成し、第２プリズム１２については、接合面１３ａにダイクロイック膜１４を形成する。なお、ダイクロイック膜１４および偏光膜１５は、第１実施の形態の場合と同様に、例えば蒸着等の公知の方法により誘電体多層膜を成膜して形成する。その後、第１プリズム１１と第２プリズム１２とを、互いの接合面１３の段差２１を係合させて、接着剤を介して隙間無く一体に接合する。
【００４２】
本実施の形態の色分離合成プリズム２０によると、第１実施の形態の色分離合成プリズム１０と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態の場合は、色分離合成プリズム２０を製造するにあたって、第１プリズム１１および第２プリズム１２の接合面１３に、互いに係合する段差２１を形成し、この段差２１によって分離された一方の領域の第１プリズム１１または第２プリズム１２の接合面１３ａにダイクロイック膜１４を形成し、他方の領域の第２プリズム１２または第１プリズム１１の接合面１３ｂに偏光膜１５を形成し、その後、第１プリズム１１と第２プリズム１２とを、互いの接合面１３の段差２１を係合させて接合する。したがって、ダイクロイック膜１４や偏光膜１５を形成する領域の位置決めや、第１プリズム１１と第２プリズム１２とを接合する際の位置決め等を容易にできるので、より簡単かつ低コストで製造できる。
【００４３】
（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。この色分離合成プリズム３０は、図１に示した構成の色分離合成プリズム１０において、第２プリズム１２が、第１プリズム要素１２ａと第２プリズム要素１２ｂとを接合して構成されているとともに、第１プリズム要素１２ａの第１プリズム１１との接合面１３ａにダイクロイック膜１４を有し、第２プリズム要素１２ｂの第１プリズム１１との接合面１３ｂに偏光膜１５を有するものである。
【００４４】
この色分離合成プリズム３０を製造するにあたっては、図６に示すように、先ず、第２プリズム１２を構成する第１プリズム要素１２ａの第１プリズム１１との接合面１３ａに、例えば誘電体多層膜からなるダイクロイック膜１４を蒸着等の公知の方法で形成する。また、第２プリズム要素１２ｂの第１プリズム１１との接合面１３ｂに、例えば誘電体多層膜からなる偏光膜１５を、同様に蒸着等の公知の方法により形成する。その後、第１プリズム１と、ダイクロイック膜１４を形成した第１プリズム要素１２ａおよび偏光膜１５を形成した第２プリズム要素１２ｂとを、接着剤を介して隙間無く一体に接合するとともに、第２プリズム１２を構成する第１プリズム要素１２ａと第２プリズム要素１２ｂとを接着剤を介して隙間無く一体に接合する。
【００４５】
したがって、本実施の形態の色分離合成プリズム３０においても、第１実施の形態の色分離合成プリズム１０と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態の場合は、色分離合成プリズム３０を製造するにあたって、第２プリズム１２を第１プリズム要素１２ａと第２プリズム要素１２ｂとで構成し、第１プリズム要素１２ａの第１プリズム１１との接合面１３ａにダイクロイック膜１４を形成し、第２プリズム要素１２ｂの第１プリズム１１との接合面１３ｂに偏光膜１５を形成するので、ダイクロイック膜１４や偏光膜１５を形成する領域の位置決めが不要になるとともに、第１プリズム要素１２ａおよび第２プリズム要素１２ｂを、第１プリズム１１に接合する際の位置決めも容易にできる。したがって、より簡単かつ低コストで製造できる。
【００４６】
（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。この色分離合成プリズム４０は、第１プリズム４１、第２プリズム４２および第３プリズム４３を有する。第１プリズム４１および第２プリズム４２は、第１接合面４５で一体に接合されており、この第１接合面４５の異なる領域には、第１光学膜である第１ダイクロイック膜４７と、第１光学膜とは光学特性の異なる第２光学膜である第２ダイクロイック膜４８が形成されている。また、第２プリズム４２および第３プリズム４３は、第１接合面４５と平行な第２接合面４６で一体に接合されており、この第２接合面４６には、第１ダイクロイック膜４７および第２ダイクロイック膜４８と光学特性が異なる色分離合成用の第３ダイクロイック膜４９が形成されている。
【００４７】
この色分離合成プリズム４０を製造するにあたっては、先ず、第１プリズム４１と第２プリズム４２とを、第１実施の形態で説明したと同様にして接合する。すなわち、第１プリズム４１の第１接合面４５に、例えば誘電体多層膜からなる第１ダイクロイック膜４７を蒸着等の公知の方法で形成し、また、第２プリズム４２の第１接合面４５には、同様に例えば誘電体多層膜からなる第２ダイクロイック膜４８を蒸着等の公知の方法で形成する。その後、第１ダイクロイック膜４６と第２ダイクロイック膜４７とが重ならないように、第１プリズム４１と第２プリズム４２とを接着剤を介して隙間無く一体に接合する。また、第３ダイクロイック膜４９は、第３プリズム４３の第２接合面４６に、同様に蒸着等の公知の方法で誘電体多層膜を成膜して形成し、この第３ダイクロイック膜４９を形成した第３プリズム４３を、第１プリズム４１を接合した第２プリズム４２に、第２接合面４６で接着剤を介して隙間無く一体に接合する。
【００４８】
したがって、本実施の形態の色分離合成プリズム４０においても、第１実施の形態の色分離合成プリズム１０と同様の効果が得られる。特に、本実施の形態の場合は、第２プリズム４２に、第１接合面４５と平行な第２接合面４６を形成し、この第２接合面４６に第３ダイクロイック膜４９を介して第３プリズム４３を接合したので、例えば、後述するように３板式の投影型表示装置に好適に用いることができる。
【００４９】
なお、図７において、第１プリズム４１および第２プリズム４２は、第２実施の形態と同様に、接合面に段差を形成して、第１ダイクロイック膜４７および第２ダイクロイック膜４８を形成することもできる。また、図７において、第２プリズム４２は、第３実施の形態と同様に、第１プリズム要素と第２プリズム要素とに分割して、第１ダイクロイック膜４７および第２ダイクロイック膜４８を形成することもできる。
【００５０】
次に、本発明に係る色分離合成プリズムの使用例について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、投影型表示装置に適用した場合を例にとって説明するが、本発明に係る色分離合成プリズムは、投影型表示装置に限らず、色分離合成を行う他の光学機器にも有効に適用できるものである。
【００５１】
図８は、本発明に係る色分離合成プリズムを使用する投影型表示装置の一例の構成を示す図である。この投影型表示装置５１は、反射型空間光変調器としてＤＭＤ素子（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の２板式のもので、概略的には、光源５２、波長選択性偏光素子５３、インテグレータロッド５４、リレー光学系５５、図１に示した色分離合成プリズム１０、２つのＤＭＤ素子５６Ｒ，５６ＧＢ、および投影レンズ系５７を備える。
【００５２】
光源５２は、ＤＭＤ素子５６Ｒ，５６ＧＢを照明する照明光Ｌｉとして白色光を発光出力する。波長選択性偏光素子５３は、光源５２から出射された照明光Ｌｉの偏光方向を波長選択的にＰ偏光からＳ偏光に変換するもので、図９に概略正面図を示すように、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動され、その周囲には、例えば、放射状に均等に４分割された領域Ｇ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを交互に有する。
【００５３】
ここで、領域Ｇ−ＣＳは、照明光Ｌｉに含まれる３原色ＲＧＢ中のＧ光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する（Ｇ光を投影光として有効にする）領域であり、Ｒ光やＢ光は偏光変換されずに透過する。また、領域Ｂ−ＣＳは、照明光Ｌｉに含まれる３原色ＲＧＢ中のＢ光の偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する（Ｂ光を投影光として有効にする）領域であり、Ｒ光やＧ光は偏光変換されずに透過する。したがって、これら領域Ｇ−ＣＳおよびＢ−ＣＳを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子５３を回転させることにより、Ｇ光とＢ光との偏光状態が時分割的に交互にＰ偏光からＳ偏光に変換され、Ｒ光は偏光変換されず、投影光として常に有効になる。
【００５４】
なお、領域Ｇ−ＣＳおよびＢ−ＣＳを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等２分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子５３の前段に、照明光Ｌｉの偏光状態をＰ偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。
【００５５】
インテグレータロッド５４は、照明光Ｌｉを均質化させるために、必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系５５は、インテグレータロッド５４を経た照明光Ｌｉを、色分離合成プリズム１０の所定位置に入射させる。
【００５６】
ＤＭＤ素子は、非特許文献１等に示されるように、μｍサイズの多数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づいて、例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御（オンオフ制御）を行うことで、偏向反射された色光を投影させるよう、色光の変調を行う。ここでは、３原色ＲＧＢのうちＲ光用のＤＭＤ素子５６Ｒと、残りのＧ光およびＢ光の２色分を波長選択性偏光素子５３に従い時分割で共用するＤＭＤ素子５６ＧＢとを備える。
【００５７】
投影レンズ系５７は、ＤＭＤ素子５６Ｒおよび５６ＧＢによって変調されて、色分離合成プリズム１０から出射される投影光Ｌｐを、図示しないスクリーンに向けて投影する。
【００５８】
この投影型表示装置５１では、図１に示した色分離合成プリズム１０として、ダイクロイック膜１４は、Ｒ光を反射し、Ｇ光およびＢ光は透過する特性に設定され、偏光膜１５は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光は反射させる特性に設定されたものを用い、この色分離合成プリズム１０のダイクロイック膜１４を照明光Ｌｉの色分離用として機能させ、偏光膜１５は、ＤＭＤ素子５６Ｒおよび５６ＧＢで反射された変調光の色合成用として機能させる。
【００５９】
このため、波長選択性偏光素子５３を経て色分離合成プリズム１０のプリズム面１０ａに入射する照明光Ｌｉの光軸は、ダイクロイック膜１４に向かうように光路設定されている。また、ダイクロイック膜１４で反射されたＲ光は、色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面１０ｂを透過して色分離合成プリズム１０から出射することでＤＭＤ素子５６Ｒに直接導かれて、このＤＭＤ素子５６Ｒの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜１４を透過したＧ光およびＢ光も、色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面１０ｃを透過して色分離合成プリズム１０から出射することでＤＭＤ素子５６ＧＢに直接導かれて、このＤＭＤ素子５６ＧＢの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。
【００６０】
一方、ＤＭＤ素子５６Ｒのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作によって反射されたＲ変調光は、プリズム面１０ｂに対して照明光と異なる角度で再入射して、偏光膜１５に向かうように光路設定されている。また、ＤＭＤ素子５６ＧＢのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作によって反射されたＧ変調光またはＢ変調光は、プリズム面１０ｃに対して照明光と異なる角度で再入射して、偏光膜１５に向かうように光路設定されている。また、色分離合成プリズム１０は、ＤＭＤ素子５６ＲからのＲ変調光の進行方向であるプリズム面１０ｄが投影光の出射面に設定されている。したがって、投影レンズ系５７は、プリズム面１０ｄに対して所定位置に位置付けられている。
【００６１】
以下、図１０〜図１３を参照しながら、図８に示した投影型表示装置の動作を説明する。先ず、光源５２から出射された照明光Ｌｉは、そのうちのＧ光およびＢ光のＰ偏光が波長選択性偏光素子５３によって交互にＳ偏光に変換されて、インテグレータロッド５４およびリレー光学系５５を経て色分離合成プリズム１０のプリズム面１０ａに入射する。プリズム面１０ａに入射した照明光Ｌｉは、図１０に示すように、ダイクロイック膜１４に入射することで色分離される。すなわち、照明光Ｌｉ中のＲ光は、ダイクロイック膜１４で反射されて、プリズム面１０ｂを経てＲ用のＤＭＤ素子５６Ｒを照明する。一方、照明光Ｌｉ中のＧ光およびＢ光は、ダイクロイック膜１４を透過し、プリズム面１０ｃを経てＤＭＤ素子５６ＧＢを照明する。すなわち、ＤＭＤ素子５６ＧＢは、Ｓ偏光のＧ光とＰ偏光のＢ光、またはＰ偏光のＧ光とＳ偏光のＢ光によって照明される。
【００６２】
Ｒ光で照明されたＤＭＤ素子５６Ｒは、Ｒ用の色信号に基づいて変調動作を行い、図１１に示すように、Ｒ変調光をプリズム面１０ｂに対してＲ照明光と異なる方向から再入射させる。このＲ変調光は、偏光膜１５に導かれるが、Ｐ偏光のままであるので、偏光膜１５を透過して、プリズム面１０ｄから投影光Ｌｐとして投影レンズ系５７に向けて出射する。
【００６３】
一方、Ｇ光およびＢ光で照明されたＤＭＤ素子５６ＧＢは、波長選択性偏光素子５３のＧ−ＣＳ領域に照明光Ｌｉが入射している場合は、Ｇ用の色信号に基づいて変調動作を行い、図１２（ａ）に示すように、Ｇ変調光およびＢ変調光をプリズム面１０ｃに対して照明光と異なる方向から入射させる。これらＧ変調光およびＢ変調光は、偏光膜１５に導かれるが、Ｇ変調光はＳ偏光に変換されているので、偏光膜１５で反射され、プリズム面１０ｄから投影光Ｌｐとして投影レンズ系５７に向けて出射する。これに対し、Ｂ変調光は、Ｐ偏光のままであるので、偏光膜１５を透過して廃棄される。
【００６４】
また、Ｇ光およびＢ光で照明されたＤＭＤ素子５６ＧＢは、波長選択性偏光素子５３のＢ−ＣＳ領域に照明光Ｌｉが入射している場合は、Ｂ用の色信号に基づいて変調動作を行い、図１２（ｂ）に示すように、Ｇ変調光およびＢ変調光をプリズム面１０ｃに対して照明光と異なる方向から入射させる。これらＧ変調光およびＢ変調光は、偏光膜１５に導かれるが、Ｂ変調光はＳ偏光に変換されているので、偏光膜１５で反射され、プリズム面１０ｄから投影光Ｌｐとして投影レンズ系５７に向けて出射する。これに対し、Ｇ変調光は、Ｐ偏光のままであるので、偏光膜１５を透過して廃棄される。
【００６５】
すなわち、図１１に示すＲ変調光の投影は常に行うとともに、図１２（ａ）および（ｂ）に示すＧ変調光およびＢ変調光の投影は、時分割で交互に行うこととなる。したがって、投影レンズ系５７に対する投影光Ｌｐとしては、偏光膜１５の機能により、図１３に示すように、Ｒ変調光とＧ変調光、またはＲ変調光とＢ変調光との色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【００６６】
図８に示した投影型表示装置５１によると、図１に示した２個の三角形状の第１プリズム１１および第２プリズム１２を接合してなる全体がキュービック形状の単純で安価・小型な１個の色分離合成プリズム１０を用いることで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。また、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム１０にエアーギャップが存在しないので、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。
【００６７】
なお、図８に示した投影型表示装置５１では、色分離合成プリズム１０のダイクロイック膜１４を色分離用として機能させ、偏光膜１５を色合成用として機能させたが、偏光膜１５を色分離用として機能させ、ダイクロイック膜１４を色合成用として機能させることもできる。この場合は、例えば、図１４に示すように、第２プリズム１２のプリズム面１０ｄ側から、偏光膜１５に対して、Ｒ光は常時Ｐ偏光、Ｇ光およびＢ光は時分割でＳ偏光に変換して入射させて、Ｒ光は常時透過させるとともに、Ｇ光およびＢ光は時分割で反射および透過させて、ＤＭＤ素子５６ＲをＲ光とＢ光、またはＲ光とＧ光により照明し、ＤＭＤ素子５６ＧＢは、Ｇ光またはＢ光により照明する。そして、ＤＭＤ素子５６Ｒで常時Ｒ光を変調し、ＤＭＤ素子５６ＧＢでは、Ｇ光およびＢ光を時分割で変調して、ダイクロイック膜１４により、ＤＭＤ素子５６ＲからのＲ変調光を反射させ、ＤＭＤ素子５６ＧＢからの時分割のＧ変調光およびＢ変調光は、ダイクロイック膜１４を透過させて、Ｒ変調光と色合成して投影光Ｌｐとしてプリズム面１０ａから出射させる。
【００６８】
また、照明光Ｌｉおよび投影光Ｌｐは、異なるプリズム面に限らず、同一のプリズム面から入出射させるよう構成することもできる。例えば、図１５（ａ）に示すように、色分離合成プリズム１０のダイクロイック膜１４を色分離用として機能させ、偏光膜１５を色合成用として機能させて、第１プリズム１２のプリズム面１０ａ側から、ダイクロイック膜１４に対して、Ｒ光は常時Ｓ偏光、Ｇ光およびＢ光は時分割でＳ偏光に変換して入射させて、Ｒ光を反射、Ｇ光およびＢ光は透過させて、ＤＭＤ素子５６ＲをＲ光により照明し、ＤＭＤ素子５６ＧＢは、Ｇ光およびＢ光により照明する。そして、ＤＭＤ素子５６ＲでＲ光を変調し、ＤＭＤ素子５６ＧＢでは、Ｇ光とＢ光とを時分割で変調して、偏光膜１５により、ＤＭＤ素子５６ＲからのＳ偏光のＲ変調光を反射させ、ＤＭＤ素子５６ＧＢからの時分割のＰ偏光のＢ変調光またはＧ変調光は透過させて、Ｒ変調光と色合成して投影光としてプリズム面１０ａから出射させる。
【００６９】
あるいは、図１５（ｂ）に示すように、色分離合成プリズム１０のダイクロイック膜１４を色合成用として機能させ、偏光膜１５を色分離用として機能させて、第１プリズム１２のプリズム面１０ａ側から、偏光膜１５に対して、Ｒ光は常時Ｓ偏光、Ｇ光およびＢ光は時分割でＳ偏光に変換して入射させて、Ｒ光を反射、Ｇ光およびＢ光は時分割で透過させて、ＤＭＤ素子５６ＲをＲ光とＧ光、またはＲ光とＢ光により照明し、ＤＭＤ素子５６ＧＢは、Ｂ光またはＧ光により照明する。そして、ＤＭＤ素子５６ＲでＲ光を変調し、ＤＭＤ素子５６ＧＢでは、Ｂ光とＧ光とを時分割で変調して、ダイクロイック膜１４により、ＤＭＤ素子５６ＲからのＲ変調光を反射させ、ＤＭＤ素子５６ＧＢからの時分割のＢ変調光またはＧ変調光は透過させて、Ｒ変調光と色合成して投影光としてプリズム面１０ａから出射させる。
【００７０】
また、図８に示す構成において、ＤＭＤ素子５６Ｒおよび５６ＧＢと、色分離合成プリズム１０との間に、それぞれフィールドレンズを配置して、ＤＭＤ素子５６Ｒおよび５６ＧＢに対して投影光学系をテレセントリック光学系とし、これにより投影レンズ系５７の小型化を図ることもできる。さらに、図８に示した投影型表示装置５１では、図１に示した構成の色分離合成プリズム１０を用いたが、図３に示した構成の色分離合成プリズム２０や、図５に示した構成の色分離合成プリズム３０を用いて、同様に構成することもできる。
【００７１】
図１６は、本発明に係る色分離合成プリズムを使用する投影型表示装置の更に他の例の構成を示す図である。この投影型表示装置６１は、反射型空間光変調器としてＤＭＤ素子を用いたＤＬＰ方式の３板式のもので、概略的には、光源６２、照明光学系６３、図７に示した色分離合成プリズム４０、３つのＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂ、および投影レンズ系６６を備える。
【００７２】
この投影型表示装置６１では、光源６２から白色光の照明光Ｌｉを出射させ、この照明光Ｌｉを、照明光学系６３を経て色分離合成プリズム４０に入射させて、光の３原色であるＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の照明光ＬＲｉ，ＬＧｉ，ＬＢｉに分離し、これら分離された各色成分の照明光ＬＲｉ，ＬＧｉ，ＬＢｉを対応するＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに入射させる。
【００７３】
ＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに入射した各色成分の照明光ＬＲｉ，ＬＧｉ，ＬＢｉは、対応するＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂにより表示画像に応じてそれぞれ空間変調して、変調光ＬＲｍ，ＬＧｍ，ＬＢｍを入射照明光ＬＲｉ，ＬＧｉ，ＬＢｉの方向とは異なる方向に反射させ、これら各色成分の変調光ＬＲｍ，ＬＧｍ，ＬＢｍを色分離合成プリズム４０に入射させる。色分離合成プリズム４０に入射した各色成分の変調光ＬＲｍ，ＬＧｍ，ＬＢｍは、該色分離合成プリズム４０で合成して投影光Ｌｐとして出射させ、この投影光Ｌｐを投影レンズ系６６により、装置外部に設置されるスクリーン６７に投影して画像を表示する。なお、図１６では、各ＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂの中心に入射する照明光ＬＲｉ，ＬＧｉ，ＬＢｉと、中心から反射される変調光ＬＲｍ，ＬＧｍ，ＬＢｍを図示している。
【００７４】
次に、各部の構成について、さらに詳細に説明する。
【００７５】
光源６２は、高圧水銀ランプやキセノンランプ等の白色光を出射する公知のランプを用いて構成するか、あるいは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色ＬＥＤや３色レーザを用いて白色光を出射するように構成する。また、照明光学系６３は、公知のコンデンサレンズで構成したり、必要に応じて、インテグレータロッドやフライアイレンズ等を組み合わせて構成したりすることができる。
【００７６】
色分離合成プリズム４０は、第１ダイクロイック膜４７が、Ｂ成分の光は透過し、他の色成分の光は反射させる光学特性を有し、第２ダイクロイック膜４８は、第１ダイクロイック膜４７とは逆に、Ｂ成分の光は反射させ、他の色成分の光は透過させる光学特性を有し、第３ダイクロイック膜４９は、Ｇ成分の光は反射させ、Ｒ成分の光は透過する光学特性を有するものを用いる。ここでは、第１ダイクロイック膜４７は、照明光の色分離用として、第２ダイクロイック膜４８は、変調光の色合成用としてそれぞれ機能させ、第３ダイクロイック膜４９は、照明光の色分離用および変調光の色合成用として機能させる。
【００７７】
また、色分離合成プリズム４０の第２プリズム４２のプリズム面４２ａは、照明光Ｌｉの入射面とし、第１プリズム４１のプリズム面４１ａは、投影光Ｌｐの出射面とする。このため、光源６２から出射される照明光Ｌｉは、照明光学系６３を経て第２プリズム４２のプリズム面４２ａに入射させ、このプリズム面４２ａに入射する照明光Ｌｉを、該プリズム面４２ａを透過させて第１ダイクロイック膜４７に入射させて、Ｂ成分の照明光ＬＢｉは透過、他の色成分の照明光Ｌｉは反射させて、Ｂ成分の照明光ＬＢｉを分離する。
【００７８】
第１ダイクロイック膜４７で分離されたＢ成分の照明光ＬＢｉは、第１プリズム４１内を経て、該第１プリズム４１のプリズム面４１ｂから出射させ、該プリズム面４１ｂから出射したＢ成分の照明光ＬＢｉを、対応するＤＭＤ素子６５Ｂに入射させて、表示画像のＢ色信号に基づいて空間変調する。
【００７９】
また、ＤＭＤ素子６５Ｂで空間変調されたＢ成分の変調光ＬＢｍは、第１プリズム４１のプリズム面４１ｂを透過させて第２ダイクロイック膜４８に入射させ、ここで反射させて第１プリズム４１のプリズム面４１ａから出射させる。
【００８０】
一方、第１ダイクロイック膜４７で反射された照明光Ｌｉは、第２プリズム４２内を経て第３ダイクロイック膜４９に入射させ、ここでＧ成分の照明光ＬＧｉは反射、Ｒ成分の照明光ＬＲｉは透過させてそれぞれ分離する。
【００８１】
第３ダイクロイック膜４９で分離されたＧ成分の照明光ＬＧｉは、第２プリズム４２内を経て、該第２プリズム４２のプリズム面４２ｂから出射させ、該プリズム面４２ｂから出射したＧ成分の照明光ＬＧｉを、対応するＤＭＤ素子６５Ｇに入射させて、表示画像のＧ色信号に基づいて空間変調する。
【００８２】
また、ＤＭＤ素子６５Ｇで空間変調されたＧ成分の変調光ＬＧｍは、第２プリズム４２のプリズム面４２ｂを透過させて第３ダイクロイック膜４９に入射させ、ここで反射させて第２プリズム４２内を経て第２ダイクロイック膜４８に入射させ、該第２ダイクロイック膜４８を透過させることにより、Ｂ成分の変調光ＬＢｍに合成して、第１プリズム４１のプリズム面４１ａから出射させる。
【００８３】
さらに、第３ダイクロイック膜４９で分離されたＲ成分の照明光ＬＲｉは、第３プリズム４３内を経て、該第３プリズム４３のプリズム面４３ａから出射させ、該プリズム面４３ａから出射したＲ成分の照明光ＬＲｉを、対応するＤＭＤ素子６５Ｒに入射させて、表示画像のＲ色信号に基づいて空間変調する。
【００８４】
また、ＤＭＤ素子６５Ｒで空間変調されたＲ成分の変調光ＬＲｍは、第３プリズム４３のプリズム面４３ａを透過させて第３ダイクロイック膜４９に入射させ、該第３ダイクロイック膜４９を透過させることにより、Ｇ成分の変調光ＬＧｍと合成する。これらＲ，Ｇ成分が合成された変調光は、第２プリズム４２内を経て第２ダイクロイック膜４８に入射させて、該第２ダイクロイック膜４８を透過させることにより、Ｂ成分の変調光ＬＢｍと合成し、これらＲ，Ｇ，Ｂ成分が合成された変調光を、投影光Ｌｐとして第１プリズム４１のプリズム面４１ａから出射させて、投影レンズ系６６により、装置外部に設置されるスクリーン６７に投影して画像を表示する。
【００８５】
なお、図１６において、第１プリズム４１から出射される投影光Ｌｐのうち、Ｂ成分の変調光ＬＢｍは第２ダイクロイック膜４８で１回反射され、同様に、Ｇ成分の変調光ＬＧｍは第３ダイクロイック膜４９で１回反射されるが、Ｒ成分の変調光ＬＲｍは反射されることなく出射される。このため、Ｂ用およびＧ用のＤＭＤ素子６５Ｂ，６５Ｇで空間変調する画像と、Ｒ用のＤＭＤ素子６５Ｒで空間変調する画像とは、信号処理により相対的に反転したものとする。
【００８６】
図１６に示した投影型表示装置６１によると、照明光を分離する第１ダイクロイック膜４７と、変調光を合成する第２ダイクロイック膜４８とが、独立して最適化されているので、照明光Ｌｉと投影光Ｌｐとの間での入射角依存性による波長シフトを低減することができる。しかも、色分離合成プリズム４０にエアーギャップが存在しないので、光量ロスを生じることがないとともに、エアーギャップの精度を確保する必要もない。したがって、光の利用効率をより向上できるとともに、簡単かつ低コストにでき、しかも、装置全体の組み立て性も向上できる。
【００８７】
なお、図１６に示した投影型表示装置６１では、色分離合成プリズム４０の第２プリズム４２のプリズム面４２ａを、照明光Ｌｉの入射面とし、第１プリズム４１のプリズム面４１ａを、投影光Ｌｐの出射面としたが、第１ダイクロイック膜４７を変調光の合成用とし、第２ダイクロイック膜４８を照明光の分離用として、第１プリズム４１のプリズム面４１ａを、照明光Ｌｉの入射面とし、第２プリズム４２のプリズム面４２ａを、投影光Ｌｐの出射面として構成することもできる。
【００８８】
また、第１ダイクロイック膜４７を照明光の分離用とし、第２ダイクロイック膜４８を変調光の合成用として、第１プリズム４１のプリズム面４１ａを、照明光Ｌｉの入射面および投影光Ｌｐの出射面として構成したり、第２プリズム４２のプリズム面４２ａを、照明光Ｌｉの入射面および投影光Ｌｐの出射面として構成したり、することもできる。さらに、第１ダイクロイック膜４７を変調光の合成用とし、第２ダイクロイック膜４８を照明光の分離用として、第１プリズム４１のプリズム面４１ａを、照明光Ｌｉの入射面および投影光Ｌｐの出射面として構成したり、第２プリズム４２のプリズム面４２ａを、照明光Ｌｉの入射面および投影光Ｌｐの出射面として構成したり、することもできる。
【００８９】
また、図１６に示す構成において、ＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂと、色分離合成プリズム４０との間に、それぞれフィールドレンズを配置して、ＤＭＤ素子６５Ｒ，６５Ｇ，６５Ｂに対して投影光学系をテレセントリック光学系とし、これにより投影レンズ径６６の小型化を図ることもできる。
【００９０】
さらに、図１６に示す３板式の場合は、色分離合成プリズム４０の第１ダイナミック膜４７および第２ダイクロイック膜４８に代えて、光学特性の異なる第１偏光膜および第２偏光膜とすることもできる。この場合は、例えば、第１偏光膜を照明光の分離用とし、第２偏光膜を変調光の合成用として、第１プリズム４１のプリズム面４１ａを、照明光Ｌｉの入射面および投影光Ｌｐの出射面として、照明光ＬｉのうちＲ成分をＳ偏光、ＧおよびＢ成分をＰ偏光として第１偏光膜に入射させて、Ｒ成分を反射、ＧおよびＢ成分を透過させて分離する。この第１偏光膜で分離されたＲ成分の光は、Ｒ用のＤＭＤ素子６５Ｒで変調したのち、第２偏光膜で反射させて第１プリズム４１のプリズム面４１ａから投影光Ｌｐとして出射させる。また、第１偏光膜を透過したＧおよびＢ成分の光は、第３ダイクロイック膜４９で色分離した後、対応するＤＭＤ素子６５Ｇおよび６５Ｂでそれぞれ変調して、第３ダイクロイック膜４９で合成し、さらに第２偏光膜を透過させることによりＲ成分の変調光と色合成して投影光Ｌｐとして出射させる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。
【図２】図１に示した色分離合成プリズムの製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。
【図４】図３に示した色分離合成プリズムの製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。
【図６】図５に示した色分離合成プリズムの製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施の形態に係る色分離合成プリズムの構成図である。
【図８】本発明に係る色分離合成プリズムを使用する投影型表示装置の一例の構成を示す図である。
【図９】図８に示した波長選択性偏光素子の概略正面図である。
【図１０】図８に示した色分離合成プリズムの照明光に対する作用を説明するための図である。
【図１１】図８に示した色分離合成プリズムのＲ変調光に対する作用を説明するための図である。
【図１２】図８に示した色分離合成プリズムのＧ変調光およびＢ変調光に対する作用を説明するための図である。
【図１３】図８に示した色分離合成プリズムの照明光と変調光に対する作用を説明するための図である。
【図１４】図１に示した構成の色分離合成プリズムを用いる投影型表示装置の変形例を示す図である。
【図１５】図１に示した構成の色分離合成プリズムを用いる投影型表示装置の他の２つの変形例を示す図である。
【図１６】本発明に係る色分離合成プリズムを使用する投影型表示装置の更に他の例の構成を示す図である。
【図１７】従来の色分離合成プリズムを用いる２板式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図１８】従来の色分離合成プリズムを用いる３板式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図１９】ダイクロイック膜の入射角依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０，２０，３０，４０  色分離合成プリズム
１１，４１  第１プリズム
１２，４２  第２プリズム
１２ａ  第１プリズム要素
１２ｂ  第２プリズム要素
１３，１３ａ，１３ｂ  接合面
１４  ダイクロイック膜
１５  偏光膜
２１  段差
４３  第３プリズム
４５  第１接合面
４６  第２接合面
４７  第１ダイクロイック膜
４８  第２ダイクロイック膜
４９  第３ダイクロイック膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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