(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光および第３の波長帯λ３の光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットであって、
前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、波長選択性を有する偏光ビームスプリッタと、を備え、
前記波長選択型変調素子は、第１の波長板と、ダイクロイックミラーと、第２の波長板と、がこの順番に備えられ、
前記第１の波長板および前記第２の波長板は、前記第１の波長帯λ１の光に対して１／４波長板として機能する特性を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長帯λ１の光を反射するとともに、前記第２の波長帯λ２の光を透過し、
前記波長選択性を有する偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長帯λ１の光のうち、第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第１の直線偏光の光と直交する第２の直線偏光の光を透過し、かつ、
前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第３の波長帯λ３の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を透過するかまたは、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を透過するとともに、前記第３の波長帯λ３の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を反射する、色合成ユニット。
【請求項２】
前記波長選択性を有する偏光ビームスプリッタは、前記第３の波長帯λ３の光をその偏光状態に係わらず透過または反射する請求項１に記載の色合成ユニット。
【請求項３】
同一方向に出射する前記第１の波長帯λ１の光、前記第２の波長帯λ２の光および前記第３の波長帯λ３の光が、いずれも前記第１の直線偏光の光であるかまたは、いずれも前記第２の直線偏光の光である請求項１または請求項２に記載の色合成ユニット。
【請求項４】
前記第１の波長板および前記第２の波長板は、同一の複屈折性材料からなるとともに同じ厚さを有し、前記第１の波長板の遅相軸方向と、前記第２の波長板の遅相軸方向とが、直交するように配置される請求項１〜３いずれか１項に記載に色合成ユニット。
【請求項５】
少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、
前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、請求項１〜４いずれか１項に記載の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置。
【請求項６】
少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する反射型液晶素子と、画像を投射する投射レンズ部と、
前記光源と、前記反射型液晶素子との間の光路中に、請求項１〜４いずれか１項に記載の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置。
【請求項７】
少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、
前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、互いに異なる第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光および第３の波長帯λ３の光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットと、を備え、
前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、偏光ビームスプリッタと、を含み、
前記波長選択型変調素子は、第１の波長板と、ダイクロイックミラーと、第２の波長板と、がこの順番に備えられ、
前記第１の波長板および前記第２の波長板は、前記第１の波長帯λ１の光に対して１／４波長板として機能する特性を有し、
前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長帯λ１の光を反射するとともに、前記第２の波長帯λ２の光を透過し、
前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長帯λ１の光のうち、第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第１の直線偏光の光と直交する第２の直線偏光の光を透過し、かつ、
前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第３の波長帯λ３の光を透過するかまたは、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を透過するとともに、前記第３の波長帯λ３の光を反射する投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長が異なる３種類の光を合成する色合成ユニットおよび、色合成ユニットを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、異なる３つの波長帯の光として、互いに異なる光路で進行する、赤色の光、緑色の光および青色の光を同一光路に合成する色合成手段が用いられている。
【０００３】
この色合成手段としては、例えば、波長選択性のある２つの反射面を有する立方体形状の合成プリズムを用いて、３方向から入射する各色の光の出射方向を一致させる光学作用を与えることが報告されている（特許文献１）。
【０００４】
図１１は、この合成プリズム２００およびその光学作用を示す模式図であり、合成プリズム２００は、反射面２０１と反射面２０２とが直角に交差するように配置されて構成される。ここで、合成プリズム２００に対して、赤色光２０５Ｒは、Ｚ方向で入射し、緑色光２０５Ｇは、Ｘ方向で入射し、さらに、青色光２０５Ｂは、−Ｚ方向で入射する。ここで、反射面２０１は、赤色光２０５Ｒを反射し、緑色光２０５Ｇおよび青色光２０５Ｂを透過する。また、反射面２０２は、青色光２０５Ｂを反射し、赤色光２０５Ｒおよび緑色光２０５Ｇを透過する。これより、赤色光２０５Ｒ、緑色光２０５Ｇおよび青色光２０５Ｂは、いずれもＸ方向に進行するように合成されて出射される。
【０００５】
また、この他の色合成手段としては、３個の３角プリズムを用いて波長合成プリズムを構成し、このうち２つの３角プリズムに波長選択的に反射特性を有する誘電体多層膜が形成され、３方向から入射する各色の光の出射方向を一致させる光学作用を与えることが報告されている（特許文献２）。
【０００６】
図１２は、この波長合成プリズム２１０およびその光学作用を示す模式図であり、波長合成プリズム２１０は、３角プリズム２１１、２１２、２１３から構成されている。また、３角プリズム２１１には誘電体多層膜２１１ａが形成され、３角プリズム２１２には誘電体多層膜２１２ａが形成されている。ここで、誘電体多層膜２１１ａは、青色光２１５Ｂを反射し、赤色光２１５Ｒおよび緑色光２１５Ｇを透過する。また、誘電体多層膜２１２ａは、赤色光２１５Ｒを反射し、緑色光２１５Ｇを透過する。これより、赤色光２１５Ｒ、緑色光２１５Ｇおよび青色光２１５Ｂは、いずれもＸ方向に進行するように合成されて出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２６９８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−７００１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の合成プリズム２００は、反射面２０１、２０２を構成する光学多層膜を施した各プリズムの接合により、接合位置のずれが生じるなどばらつきが生じると、光が光学多層膜に２度入射したり、１度も入射しない領域ができたりすることで、安定した特性を得ることが困難であった。また、各プリズムの接合部分はいずれも直角に加工するため、とくにこの部分にわずかな機械的な損傷が生じた場合でも、安定した光学特性が得られないという問題もあった。
【０００９】
また、特許文献２の波長合成プリズム２１０は、３つの３角プリズムのうち、３角プリズム２１１、２１２は、光学多層膜２１１ａ、２１２ａの面以外に、光が入射する角度に依存して反射させる面を有する。そのため、少なくとも３角プリズム２１１、２１２の加工のばらつきや、光軸の調整のずれが生じると、入射角度のずれが生じ、安定した光学特性が得られないという問題があった。
【００１０】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、異なる３つの波長帯の光を合成する色合成ユニットを、安定した光学特性が得られる構成で実現するとともに、この色合成ユニットを用いることで、信頼性の高い投射型表示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】
【００１１】
本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであって、互いに異なる第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光および第３の波長帯λ３の光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットであって、前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、波長選択性を有する偏光ビームスプリッタと、を備え、前記波長選択型変調素子は、第１の波長板と、ダイクロイックミラーと、第２の波長板と、がこの順番に備えられ、前記第１の波長板および前記第２の波長板は、前記第１の波長帯λ１の光に対して１／４波長板として機能する特性を有し、前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長帯λ１の光を反射するとともに、前記第２の波長帯λ２の光を透過し、前記波長選択性を有する偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長帯λ１の光のうち、第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第１の直線偏光の光と直交する第２の直線偏光の光を透過し、かつ、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第３の波長帯λ３の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を透過するかまたは、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を透過するとともに、前記第３の波長帯λ３の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を反射する、色合成ユニットを提供する。
【００１２】
また、前記波長選択性を有する偏光ビームスプリッタは、前記第３の波長帯λ３の光をその偏光状態に係わらず透過または反射する上記の色合成ユニットを提供する。
【００１３】
また、同一方向に出射する前記第１の波長帯λ１の光、前記第２の波長帯λ２の光および前記第３の波長帯λ３の光が、いずれも前記第１の直線偏光の光であるかまたは、いずれも前記第２の直線偏光の光である上記の色合成ユニットを提供する。
【００１４】
また、前記第１の波長板および前記第２の波長板は、同一の複屈折性材料からなるとともに同じ厚さを有し、前記第１の波長板の遅相軸方向と、前記第２の波長板の遅相軸方向とが、略直交するように配置される上記の色合成ユニットを提供する。
【００１６】
また、少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、上記の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置を提供する。
【００１７】
さらに、少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する反射型液晶素子と、画像を投射する投射レンズ部と、前記光源と、前記反射型液晶素子との間の光路中に、上記の色合成ユニットと、を備えた投射型表示装置を提供する。
また、少なくとも青色光、緑色光および赤色光を発射する光源と、表示する画像に応じて前記青色光、前記緑色光、前記赤色光を変調する複数のライトバルブと、画像を投射する投射レンズ部と、前記複数のライトバルブと、前記投射レンズ部との間の光路中に、互いに異なる第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光および第３の波長帯λ３の光が、それぞれ異なる方向から入射して、同一方向に出射する色合成ユニットと、を備え、前記色合成ユニットは、波長選択型変調素子と、偏光ビームスプリッタと、を含み、前記波長選択型変調素子は、第１の波長板と、ダイクロイックミラーと、第２の波長板と、がこの順番に備えられ、前記第１の波長板および前記第２の波長板は、前記第１の波長帯λ１の光に対して１／４波長板として機能する特性を有し、前記ダイクロイックミラーは、前記第１の波長帯λ１の光を反射するとともに、前記第２の波長帯λ２の光を透過し、前記偏光ビームスプリッタは、前記第１の波長帯λ１の光のうち、第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第１の直線偏光の光と直交する第２の直線偏光の光を透過し、かつ、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第１の直線偏光の光を反射するとともに、前記第３の波長帯λ３の光を透過するかまたは、前記第２の波長帯λ２の光のうち少なくとも前記第２の直線偏光の光を透過するとともに、前記第３の波長帯λ３の光を反射する投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、進行方向および波長が異なって入射する３種の光を合成して出射する色合成ユニットにおいて、その構成により、安定した光学特性が得られる効果を実現できる。また、色合成ユニットを用いた本発明の投射型表示装置においても、安定した画像表示の特性が得られる効果を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】色合成ユニットの断面模式図（第１の実施形態）
【図２】（ａ）色合成ユニットにおける赤色の光および緑色の光に対する光学特性（ｂ）色合成ユニットにおける青色の光に対する光学特性
【図３】色合成ユニットの断面模式図（第２の実施形態）
【図４】（ａ）色合成ユニットにおける赤色の光および緑色の光に対する光学特性（ｂ）色合成ユニットにおける青色の光に対する光学特性
【図５】投射型表示装置の構成例１
【図６】投射型表示装置の構成例２
【図７】投射型表示装置の構成例３
【図８】投射型表示装置の構成例４
【図９】ダイクロイックミラーの光学特性
【図１０】偏光ビームスプリッタの光学特性
【図１１】従来の合成プリズム
【図１２】従来の波長合成プリズム
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（色合成ユニットの第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る色合成ユニット１０の構成を示す模式図であり、波長選択型変調素子２０と偏光ビームスプリッタ３０と、を有する。図１において、色合成ユニット１０は、波長選択型変調素子２０と偏光ビームスプリッタ３０と、を分離して示しているが、これらが一体化されて構成されていてもよい。波長選択型変調素子２０は、透明基板２１ａ上に、第１の波長板２２、ダイクロイックミラー２３、第２の波長板２４、透明基板２１ｂがこの順に、そして、透明基板２１ａの面と平行に配置されている。なお、透明基板２１ａを第１の透明基板、透明基板２１ｂを第２の透明基板と表現する場合もある。また、波長選択型変調素子２０は、透明基板２１ａ、透明基板２１ｂのいずれか一方、または両方を含まなくてもよい。さらに、第１の波長板２２とダイクロイックミラー２３との間、ダイクロイックミラー２３と第２の波長板２４との間に、図示しない透明基板や接着剤等の透明材料を有してもよい。
【００２１】
透明基板２１ａ、２１ｂは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、透明基板２１ａ、２１ｂなどは、例えば、空気との界面に、多層膜による反射防止膜を備えると、フレネル反射による光反射損失を低減できる。第１の波長板２２、第２の波長板２４は、複屈折性材料からなり、入射する光の偏光状態を変える変調機能を有する。第１の波長板２２、第２の波長板２４は、例えば、光が入射する方向と直交する面と平行に光学軸を有し、光学軸が厚さ方向に揃った複屈折性材料からなり、また、光学軸が交差するように複数枚重ねて構成されるものであってもよい。その他に、光学軸方向が厚さ方向を軸に螺旋している波長板を１枚または、複数枚重ねるように構成されるものであってもよい。第１の波長板２２、第２の波長板の材料としては例えば、水晶、ＬｉＮｂＯ３などの無機材料や樹脂や液晶、高分子液晶などの有機材料から構成される。なお、第１の波長板２２と第２の波長板２４とは、後述するように、入射する光を変調する機能を相殺させる光学特性となる組み合わせであることが好ましい。
【００２２】
ダイクロイックミラー２３は、第１の波長板２２の面に対して平行に光学多層膜が形成されてなり、入射する光のうち、互いに波長が異なる２つの光のうち、一方の波長の光を透過し、他方の波長の光を反射する、波長選択反射機能を有する。とくに、ここでは入射する光は、ダイクロイックミラー２３の面に対して略垂直方向から入射する場合について考える。本実施形態に係る色合成ユニット１０におけるダイクロイックミラー２３は、青色光となる４５０ｎｍ波長帯の光を反射し、緑色光となる５１０ｎｍ波長帯の光を透過する。なお、４５０ｎｍ波長帯は、４２０〜４７０ｎｍの波長範囲または、４３５〜４６５ｎｍの波長範囲、５１０ｎｍ波長帯は、４８０〜５６０ｎｍの波長範囲または、４９５〜５２５ｎｍの波長範囲である。光学多層膜の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２などの無機材料や有機材料を用いることができる。
【００２３】
次に、偏光ビームスプリッタ３０について説明する。偏光ビームスプリッタ３０は、２つの三角プリズムが、光学多層膜３１を挟持するように接合され、とくに、光学多層膜３１の面は、透明基板２１ａの平面に対して約４５°の角度をなすように配置される。また、光学多層膜３１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２などの無機材料や有機材料を用いることができる。また、偏光ビームスプリッタ３０は、後述するように、偏光状態によって透過率／反射率が異なるとともに、入射する光の波長によって透過率／反射率が異なる機能も有する。
【００２４】
次に、色合成ユニット１０の光学作用について説明する。本実施形態に係る色合成ユニット１０は、青色光となる４５０ｎｍ波長帯の光、緑色光となる５１０ｎｍ波長帯の光、そして、赤色光となる６３０ｎｍ波長帯の光を使用する。なお、６３０ｎｍ波長帯は、６１０〜６７０ｎｍの波長範囲または、６１５〜６４５ｎｍの波長範囲である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、色合成ユニット１０に青色光、緑色光、赤色光が入射したときの光学作用を示す模式図であり、図２（ａ）は、青色光３５Ｂ、３６Ｂの光学作用、図２（ｂ）は緑色光３５Ｇおよび赤色光３５Ｒの光学作用を示す模式図である。ここで、青色光３５Ｂは、偏光ビームスプリッタ３０から波長選択型変調素子２０に向かって＋Ｚ方向で入射し、緑色光３５Ｇは、波長選択型変調素子２０から偏光ビームスプリッタ３０に向かって−Ｚ方向で入射する。そして、赤色光３５Ｒは、偏光ビームスプリッタ３０に＋Ｘ方向で入射する。
【００２５】
また、これらの３つの波長帯の光の組み合わせとして任意に、第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光、第３の波長帯λ３の光として表すこともある。例えば、第１の波長帯をλ１の光を、波長選択型変調素子２０で反射する光とし、第２の波長帯をλ２の光を、波長選択型変調素子２０を透過する光とする。そして、第３の波長帯をλ３の光を、波長選択型変調素子２０に入射しない光、つまり偏光ビームスプリッタ３０のみに入射する光とする。このとき、第１の波長帯λ１の光は青色光３５Ｂおよび３６Ｂ、第２の波長帯λ２の光は緑色光３５Ｇ、そして、第３の波長帯λ３の光は赤色光３５Ｒに相当する。
【００２６】
次に、各色の光に対する色合成ユニット１０の光学作用について説明する。まず、青色光３５Ｂは、前述のように、偏光ビームスプリッタ３０から波長選択型変調素子２０に向かって＋Ｚ方向で入射する。このとき、青色光３５Ｂは、Ｘ方向の直線偏光の光として入射する。つまり、青色光３５Ｂは、光の入射面内に振動する直線偏光の光であってＰ偏光の光として考えることができる。ここで、偏光ビームスプリッタ３０は、特定の波長帯において、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有し、ここでは、少なくとも４５０ｎｍ波長帯の光に対してこのように作用するものとするが、５１０ｎｍ波長帯の光に対しても同様に作用してもよい。なお、Ｓ偏光の光は、光の入射面に対して垂直に振動する直線偏光の光であって、Ｐ偏光の光と直交する。また、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光のように互いに直交している直線偏光の光の組み合わせとしては、第１の直線偏光の光、第２の直線偏光の光、としても定義でき、第１の直線偏光の光がＳ偏光の光であるとき、第２の直線偏光の光がＰ偏光の光として、第１の直線偏光の光がＰ偏光の光であるとき、第２の直線偏光の光がＳ偏光の光として考えることができる。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ３０を透過したＰ偏光の青色光３５Ｂは、まず、波長選択型変調素子２０の第１の波長板２２に入射する。ここで、第１の波長板２２は、例えば、青色光３５Ｂに対して１／４波長板としての機能を有する。つまり、第１の波長板２２が複屈折性材料からなり、Ｘ−Ｙ平面において、例えば、第１の波長板２２の遅相軸の方向が、Ｘ方向に対して４５°をなす方向に揃っているものとする。このとき、第１の波長板２２の厚さｄは、ｍを自然数として、（４ｍ−３）λ／（４×Δｎ）または（４ｍ−１）λ／（４×Δｎ）に略等しい値に設定し、１／４波長板として機能させるとよい。なお、Δｎは、第１の波長板２２を構成する複屈折性材料の屈折率異方性、つまり、異常光屈折率ｎｅと常光屈折率ｎｏとの差、に相当する。
【００２８】
第１の波長板２２を透過した青色光３５Ｂは、例えば、右回りの円偏光の光となってダイクロイックミラー２３に入射する。そして、ダイクロイックミラー２３は、前述のように青色光を反射し、緑色光を透過するので、青色光３５Ｂは反射して、再び第１の波長板２２に入射する。このとき、ダイクロイックミラー２３で反射された光は左回りの円偏光の光となって第１の波長板２２でＹ方向の直線偏光の光、つまりＳ偏光の光となって偏光ビームスプリッタ３０に入射する。そして、Ｓ偏光の光となった青色光３６Ｂは、光学多層膜３１で反射され、Ｘ方向に進行する。
【００２９】
次に、緑色光３５Ｇについて説明する。緑色光３５Ｇは、図２（ｂ）に示すように、Ｙ方向の直線偏光の光、つまりＳ偏光の光として、波長選択型変調素子２０から偏光ビームスプリッタ３０に向かって−Ｚ方向で入射する。また、第２の波長板２４は、第１の波長板２２における変調機能を相殺する特性を有する。つまり、第１の波長板２２および第２の波長板２４に光がこの順に入射する場合、第２の波長板２４を透過する光の偏光状態は、第１の波長板２２に入射する光の偏光状態と略同一となるように構成されればよい。例えば、この場合、第２の波長板２４は、第１の波長板２２と同じ複屈折性材料でかつ、同じ厚さｄで構成され、第１の波長板２２の遅相軸の方向が、Ｘ方向に対して４５°をなす方向に揃っており、第２の波長板２４の遅相軸の方向が、Ｘ方向に対して−４５°をなす方向に揃っているものとする。つまり、第２の波長板２４は、第１の波長板２２と同じものを、第１の波長板２２の位置に対して、光軸と直交する平面（Ｘ−Ｙ面）に沿って９０°回転した位置に合わせることで実現することができる。
【００３０】
第２の波長板２４に入射した緑色光３５Ｇは、Ｙ方向の直線偏光の光、つまりＳ偏光の光に対して変調された偏光状態の光となる。とくに、第１の波長板２２は、青色光である４５０ｎｍ波長帯の光に対して１／４波長板として機能するので、第２の波長板２４も、同じ４５０ｎｍ波長帯の光に対して１／４波長板として機能させるものであるとよい。なお、第１の波長板２２、第２の波長板２４は、緑色光３５Ｇに対して１／４波長板として機能しなくてもよく、第２の波長板２４を透過した緑色光３５Ｇは、楕円偏光の光となってもよい。そして、緑色光３５Ｇは、ダイクロイックミラー２３を透過して第１の波長板２２に入射する。
【００３１】
前述のように、第１の波長板２２は、第２の波長板２４で変調された光の偏光状態を、第２の波長板２４に入射する前の光の偏光状態に戻す関係であるので、波長選択型変調素子２０を透過する緑色光３５Ｇは、再び、Ｓ偏光の光となって偏光ビームスプリッタ３０に入射する。すると、Ｓ偏光の光となった緑色光３５Ｇは、光学多層膜３１で反射され、Ｘ方向に進行する。また、偏光ビームスプリッタ３０は、緑色光３５Ｇに対して偏光状態に係わらず高い反射率で反射させるものであってもよい。つまり、緑色光がＰ偏光の光の成分を含む場合でも、Ｓ偏光の光の成分と同様に反射させてもよい。
【００３２】
次に、赤色光３５Ｒについて説明する。赤色光３５Ｒは、図２（ｂ）に示すように、Ｙ方向の直線偏光の光、つまりＳ偏光の光として、偏光ビームスプリッタ３０に向かってＸ方向に入射する。また、偏光ビームスプリッタ３０は、少なくとも４５０ｎｍ波長帯の光について、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有するが、６３０ｎｍ波長帯の光に対しては偏光状態に係わらず透過する特性を有するものとする。そのため、赤色光３５Ｒは、偏光状態に係わらず高い透過率を示し、偏光ビームスプリッタ３０よりそのまま、Ｘ方向に出射する。また、偏光ビームスプリッタ３０は、赤色光３５Ｒに対してＳ偏光の光を透過して、Ｐ偏光の光を反射させるものであってもよい。
【００３３】
このように、互いに波長が異なる、第１の波長λ１の光、第２の波長λ２の光および、第３の波長λ３の光に対して、それぞれ異なる方向から入射した光を、同一方向に進行するように合成することができる。また、波長選択型変調素子２０は、透明基板２１ａ、２１ｂ面に平行に第１の波長板２２、ダイクロイックミラー２３、第２の波長板２３を形成したものであり、また、偏光ビームスプリッタ３０は、２つの三角プリズムの境界面のみに光学多層膜を形成した構成である。このように、複雑な構成とせずに、入射する光を合成することができ、安定した光学特性を得ることができる。また、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、入射する各波長帯の光の偏光状態をそれぞれ、特定の直線偏光の光として設定したり、入射する光の波長および偏光状態に対する偏光ビームスプリッタ３０の透過、反射特性を調整したりすることで、色合成ユニットを出射する各波長帯の光の偏光状態を一致させることもできる。
【００３４】
（色合成ユニットの第２の実施形態）
図３は、本実施形態に係る色合成ユニット４０の構成を示す模式図であり、波長選択型変調素子２０と偏光ビームスプリッタ５０と、を有する。図３において、色合成ユニット４０は、波長選択型変調素子２０と偏光ビームスプリッタ５０と、を分離して示しているが、これらが一体化されて構成されていてもよい。波長選択型変調素子２０は、第１の実施形態と同じ構成を有し、説明の重複を避ける。偏光ビームスプリッタ５０は、２つの三角プリズムが、光学多層膜５１を挟持するように接合され、とくに、光学多層膜５１の面は、透明基板２１ａの平面に対して約４５°の角度をなすように配置される。また、光学多層膜５１の材料としては、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２などの無機材料や有機材料を用いることができる。また、偏光ビームスプリッタ５０は、後述するように、偏光状態によって透過率／反射率が異なるとともに、入射する光の波長によって透過率／反射率が異なる機能も有する。
【００３５】
次に、色合成ユニット４０の光学作用について説明する。本実施形態に係る色合成ユニット４０は、青色光となる４５０ｎｍ波長帯の光、緑色光となる５１０ｎｍ波長帯の光、そして、赤色光となる６３０ｎｍ波長帯の光を使用する。図４（ａ）、図４（ｂ）は、色合成ユニット４０に青色光、緑色光、赤色光が入射したときの光学作用を示す模式図であり、図４（ａ）は、青色光５５Ｂの光学作用、図４（ｂ）は緑色光５５Ｇおよび赤色光５５Ｒの光学作用を示す模式図である。ここで、青色光５５Ｂは、偏光ビームスプリッタ５０に向かって−Ｘ方向で入射し、緑色光５５Ｇは、波長選択型変調素子２０から偏光ビームスプリッタ５０に向かって−Ｚ方向で入射する。そして、赤色光５５Ｒは、偏光ビームスプリッタ５０に＋Ｘ方向で入射する。
【００３６】
また、これらの３つの波長帯の光の組み合わせとして、第１の実施形態と同様に、第１の波長帯λ１の光、第２の波長帯λ２の光、第３の波長帯λ３の光として表す場合を考える。このとき、第１の波長帯λ１の光は青色光５５Ｂおよび５６Ｂ、第２の波長帯λ２の光は緑色光５５Ｇ、そして、第３の波長帯λ３の光は赤色光５５Ｒに相当する。
【００３７】
次に、各色の光に対する色合成ユニット４０の光学作用について説明する。まず、青色光５５Ｂは、前述のように、偏光ビームスプリッタ５０から波長選択型変調素子２０に向かって＋Ｚ方向で入射する。このとき、青色光５５Ｂは、Ｙ方向の直線偏光の光として入射する。つまり、青色光５５Ｂは、光の入射面と直交する方向に振動する直線偏光の光であってＳ偏光の光として考えることができる。ここで、偏光ビームスプリッタ５０は、特定の波長帯において、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有し、ここでは、少なくとも４５０ｎｍ波長帯の光に対してこのように作用するものとするが、５１０ｎｍ波長帯の光に対しても同様に作用してもよい。
【００３８】
偏光ビームスプリッタ５０に入射したＳ偏光の青色光５５Ｂは、光学多層膜５１で反射され、波長選択型変調素子２０の第１の波長板２２に入射する。ここで、第１の波長板２２は、例えば、第１の実施形態と同様に、青色光５５Ｂに対して１／４波長板としての機能を有する。第１の波長板２２を透過した青色光５５Ｂは、例えば、右回りの円偏光の光となってダイクロイックミラー２３に入射する。そして、ダイクロイックミラー２３は、青色光を反射し、緑色光を透過するので、青色光５５Ｂは反射して、再び第１の波長板２２に入射する。このとき、ダイクロイックミラー２３で反射された光は左回りの円偏光の光となって第１の波長板２２でＸ方向の直線偏光の光、つまりＰ偏光の光となって偏光ビームスプリッタ５０に入射する。すると、Ｐ偏光の光となった青色光５６Ｂは、光学多層膜５１を透過し、−Ｚ方向に進行する。
【００３９】
次に、緑色光５５Ｇについて説明する。緑色光５５Ｇは、図４（ｂ）に示すように、Ｘ方向の直線偏光の光、つまりＰ偏光の光として、波長選択型変調素子２０から偏光ビームスプリッタ５０に向かって−Ｚ方向で入射する。また、第１の実施形態と同様の構成を有し、第２の波長板２４は、第１の波長板２２における変調機能を相殺する特性を有する。第２の波長板２４、ダイクロイックミラー２３、第１の波長板２２の順に入射した緑色光５５Ｇは、第１の波長板２２を透過すると、第２の波長板２４の入射する緑色光５５Ｇと同じ偏光状態、つまり、Ｘ方向の直線偏光の光で偏光ビームスプリッタ５０に入射する。そして、Ｐ偏光の緑色光３５Ｇは、光学多層膜５１を透過し、−Ｚ方向に進行する。
【００４０】
次に、赤色光５５Ｒについて説明する。赤色光５５Ｒは、図４（ｂ）に示すように、Ｚ方向の直線偏光の光、つまりＰ偏光の光として、偏光ビームスプリッタ５０に向かってＸ方向で入射する。また、偏光ビームスプリッタ５０は、少なくとも４５０ｎｍ波長帯の光について、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射する特性を有するが、６３０ｎｍ波長帯の光に対しては偏光状態に係わらず反射する特性を有するものとする。そのため、赤色光５５Ｒは、偏光状態に係わらず高い反射率を示し、偏光ビームスプリッタ５０の光学多層膜５１で反射して、−Ｚ方向に出射する。また、偏光ビームスプリッタ５０は、赤色光５５Ｒに対してＳ偏光の光を透過して、Ｐ偏光の光を反射させるものであってもよい。
【００４１】
このように、互いに波長が異なる、第１の波長λ１の光、第２の波長λ２の光および、第３の波長λ３の光に対して、それぞれ異なる方向から入射した光を、同一方向に進行するように合成することができる。また、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、入射する各波長帯の光の偏光状態をそれぞれ、特定の直線偏光の光として設定したり、入射する光の波長および偏光状態に対する偏光ビームスプリッタ５０の透過、反射特性を調整したりすることで、色合成ユニットを出射する各波長帯の光の偏光状態を一致させることもできる。
【００４２】
（投射型表示装置の第１の実施形態）
次に、本発明に係る色合成ユニットを用いた投射型表示装置について説明する。図５は、色合成ユニット１０を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置１００を示す模式図である。投射型表示装置１００は、白色光を発射する光源１０１を備え、光源１０１から発射した光が、偏光変換素子１０２に入射して特定の偏光方向、例えば直線偏光の光に変換されて、ダイクロイックプリズム１０３に入射する。なお、光源１０１から発射する白色光は、青色光、緑色光、赤色光を含む。ダイクロイックプリズム１０３は、青色光を透過し、緑色光および赤色光を反射する特性を有し、青色光は反射ミラー１０５で反射してライトバルブ１０８Ｂの方向へ進行し、緑色光および赤色光はダイクロイックプリズム１０４の方向へ進行する。ダイクロイックプリズム１０４は、緑色光を透過して赤色光を反射する特性を有し、緑色光は反射ミラー１０６、１０７で反射してライトバルブ１０８Ｇの方向へ進行し、赤色光はライトバルブ１０８Ｒの方向へ進行する。なお、ダイクロイックプリズム１０３とダイクロイックプリズム１０４と、を合わせて、色分離部ともいう。
【００４３】
ライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｇ、１０８Ｒは、それぞれ、青色、緑色、赤色の画像を生成する透過型の液晶パネル等からなる。そして、ライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｇ、１０８Ｒを透過した各色の画像データは、偏光子１０９Ｂ、１０９Ｇ、１０９Ｒを透過して、特定の直線偏光の光となって、色合成ユニット１０に入射する。ここで、偏光子１０９Ｂは、Ｐ偏光の光のみを透過してＳ偏光の光を反射または吸収し、偏光子１０９Ｇ、１０９Ｒは、Ｓ偏光の光のみを透過し、Ｐ偏光の光を反射または吸収する。そして、色合成ユニット１０に入射した各色の光は、合成されて画像を生成し、投射レンズ部１１０に入射して、スクリーン１１１に投影される。
【００４４】
また、投射型表示装置１００は、光源１０１として、白色光を用いるものとして説明したが、青色光、緑色光、赤色光を発光するランプや半導体レーザ等が集積されたものを用いてもよい。さらには、ダイクロイックプリズム１０３、１０４や、反射ミラー１０５、１０６、１０７を用いずに、各色の光源をそれぞれ、各色用のライトバルブに直接、入射するようにしてもよい。この場合も、これら各色の光源をまとめて、光源として定義する。また、白色光の光路中、各色の光の光路中にレンズを備えてもよい。
【００４５】
次に、他の構成を有する投射型表示装置について説明する。図６は、色合成ユニット４０を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置１３０を示す模式図である。また、投射型表示装置１３０を構成する光学部品のうち、投射型表示装置１００と同じものについては同じ番号を付して説明の重複を避ける。まず、光源１０１から発射した光は、偏光変換素子１０２に入射して特定の偏光方向、例えば直線偏光の光に変換されて、ダイクロイックプリズム１３３に入射する。ダイクロイックプリズム１３３は、赤色光を透過し、緑色光および青色光を反射する特性を有し、赤色光は反射ミラー１０５で反射してライトバルブ１３８Ｒの方向へ進行し、緑色光および青色光はダイクロイックプリズム１３４の方向へ進行する。ダイクロイックプリズム１３４は、緑色光を反射して青色光を透過する特性を有し、緑色光はライトバルブ１３８Ｇの方向へ進行し、青色光は反射ミラー１０６、１０７で反射してライトバルブ１３８Ｂの方向へ進行する。
【００４６】
ライトバルブ１３８Ｂ、１３８Ｇ、１３８Ｒは、それぞれ、青色、緑色、赤色の画像を生成する透過型の液晶パネル等からなる。そして、ライトバルブ１３８Ｂ、１３８Ｇ、１３８Ｒを透過した各色の画像データは、偏光子１３９Ｂ、１３９Ｇ、１３９Ｒを透過して、特定の直線偏光の光となって、色合成ユニット４０に入射する。ここで、偏光子１３９Ｒ、１３９Ｇは、Ｐ偏光の光のみを透過してＳ偏光の光を反射または吸収し、偏光子１０９ＢはＳ偏光の光のみを透過し、Ｐ偏光の光を反射または吸収する。そして、色合成ユニット４０に入射した各色の光は、合成されて画像を生成し、投射レンズ部１１０に入射して、スクリーン１１１に投影される。また、投射型表示装置１３０も、光源１０１としては、白色光以外の光源を用いてもよく、ダイクロイックプリズム１３３、１３４や、反射ミラー１０５、１０６、１０７を用いない構成であってもよい。また、白色光の光路中、各色の光の光路中にレンズを備えてもよい。
【００４７】
（投射型表示装置の第２の実施形態）
投射型表示装置１００、１３０は、各色それぞれにライトバルブを備える構成について示したが、本実施形態に係る投射型表示装置は、反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Liquid Crystal on Silicon）を備える。反射型液晶素子は、ライトバルブ等の透過型の液晶素子とは異なり、光を反射させる側に、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を形成することができるので、画素密度を高くすることができる。これにより、高い解像度、高い開口率、さらに、高いコントラスト比が得られるという特徴を有する。
【００４８】
図７は、色合成ユニット１０を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置１５０を示す模式図である。投射型表示装置１５０は、半導体レーザ等の青色光源１５１Ｂ、緑色光源１５１Ｇ、赤色光源１５１Ｒを有し、それぞれ、レンズ１５２Ｂ、１５２Ｇ、１５２Ｒを介して色合成ユニット１０に入射する。なお、この場合も、青色光源１５１Ｂ、緑色光源１５１Ｇ、赤色光源１５１Ｒをまとめて光源と定義する。また、青色光源１５１Ｂ、緑色光源１５１Ｇ、赤色光源１５１Ｒから色合成ユニット１０までの光路中に偏光子を用いてもよい。
【００４９】
そして、色合成ユニット１０によって合成されて出射した光は、いずれもＳ偏光の光となって偏光ビームスプリッタ１５３へ進行する。偏光ビームスプリッタ１５３は、Ｓ偏光の光を反射してＰ偏光の光を透過する特性を有し、Ｓ偏光の光が偏光ビームスプリッタ１５３で反射して反射型液晶素子１５４へ進行する。反射型液晶素子１５４で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光は、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光とが混在するが、偏光ビームスプリッタ１５３に入射すると、Ｓ偏光の光がスクリーン１５６とは異なる方向に反射されるのに対し、Ｐ偏光の光が直進透過し、投射レンズ部１５５に入射して、スクリーン１５６に画像が投影される。
【００５０】
次に、他の構成を有する投射型表示装置について説明する。図８は、色合成ユニット４０を用いた、本実施形態に係る投射型表示装置１７０を示す模式図である。また、投射型表示装置１７０を構成する光学部品のうち、投射型表示装置１５０と同じものについては同じ番号を付して説明の重複を避ける。投射型表示装置１７０は、半導体レーザ等の青色光源１７１Ｂ、緑色光源１７１Ｇ、赤色光源１７１Ｒを有し、それぞれ、レンズ１７２Ｂ、１７２Ｇ、１７２Ｒを介して色合成ユニット４０に入射する。なお、この場合も、青色光源１７１Ｂ、緑色光源１７１Ｇ、赤色光源１７１Ｒをまとめて光源と定義する。また、青色光源１７１Ｂ、緑色光源１７１Ｇ、赤色光源１７１Ｒから色合成ユニット４０までの光路中に偏光子を用いてもよい。
【００５１】
そして、色合成ユニット４０によって合成されて出射した光は、いずれもＰ偏光の光となって偏光ビームスプリッタ１７３へ進行する。偏光ビームスプリッタ１７３は、Ｐ偏光の光を透過してＳ偏光の光を反射する特性を有し、Ｐ偏光の光が偏光ビームスプリッタ１７３を透過して反射型液晶素子１７４へ進行する。反射型液晶素子１７４で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光は、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光とが混在するが、偏光ビームスプリッタ１７３に入射すると、Ｐ偏光の光がスクリーン１５６とは異なる方向に進行するのに対し、Ｓ偏光の光が反射し、投射レンズ部１５５に入射して、スクリーン１５６に画像が投影される。
【００５２】
本実施形態に係る投射型表示装置１５０、１７０は、とくに、偏光ビームスプリッタ１５３、１７３、反射型液晶素子１５４、１７４を用いて画像を生成する。そのため、色合成ユニット１０、４０を出射した各色の光の偏光状態が、同一方向の直線偏光であると、色合成ユニット１０と偏光ビームスプリッタ１５３との間の光路中または、色合成ユニット４０と偏光ビームスプリッタ１７３との間の光路中に、各色の光の偏光状態を揃えるための偏光変換素子を配置しなくてもよく、装置の小型化が実現できる。
【実施例】
【００５３】
本実施例では、色合成ユニット１０の具体的な設計例について図１を参照しながら説明するが、まず、波長選択型変調素子２０について説明する。透明基板２１ａ、２１ｂとして白板ガラス基板を用いて、これらを洗浄、乾燥し、一方の面に真空蒸着法を用いて反射防止膜を形成する。次に、白板ガラスの、反射防止膜を形成した面とは反対側の面に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、配向膜上に複屈折性を有する液晶モノマーを均一に塗布し、ＵＶ光を照射することによって、液晶分子の長軸方向が均一で厚さ方向に揃った高分子液晶からなる厚さ３．７５μｍの第１の波長板２２および第２の波長板２４を形成する。このとき、第１の波長板２２および第２の波長板２４で発生する位相差は、波長４５０ｎｍの光に対して９０°（＝π／２）であり、波長５１０ｎｍの光に対して７８°である。なお、この液晶分子の長軸方向が遅相軸方向に相当する。
【００５４】
次に、図示しない透明基板として白板ガラス基板を用いて、これらを洗浄、乾燥し、この白板ガラス基板面に、Ｔａ２Ｏ５の層とＳｉＯ２の層を交互に積層して光学多層膜を形成し、図示しないもう１枚の白板ガラス基板で光学多層膜を挟持する。光学多層膜は、具体的には、表１に示す構造とし、この光学多層膜がダイクロイックミラー２３に相当する。なお、表１には５１０ｎｍの光に対するＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２の屈折率を示すとともに、各層の膜厚を示す。
【００５５】
【表１】
0005605144.tif 000002
【００５６】
図９は、表１に基づくダイクロイックミラー２３において、光がダイクロイックミラー２３面の法線方向から入射したときの、透過率および反射率の波長依存性を示したものである。また、表１の構成は、入射光の偏光依存性がなく、偏光状態に関わらず同様の利用効率の特性が得られる。ここで、図９において、反射率を実線で示し、透過率を破線で示すが、表１に基づく光学多層膜の構成より、４３５〜４６５ｎｍの波長範囲を４５０ｎｍ波長帯とするとき、４５０ｎｍ波長帯の光の反射率は、略１００％であるのに対して、４９５〜５２５ｎｍの波長範囲を５１０ｎｍ波長帯とするとき、５１０ｎｍ波長帯の光の反射率は略０％、つまり５１０ｎｍ波長帯の光の透過率は略１００％である。したがって、表１に基づく光学多層膜において、光学多層膜面の法線方向に沿って青色光と緑色光が入射すると、選択的に青色光がほぼ全反射されるのに対し、緑色光はほぼ全透過する。
【００５７】
その後、第１の透明基板２１ａ上に形成した、高分子液晶からなる第１の波長板２２と、第２の透明基板２１ｂ上に形成した、高分子液晶からなる第２の波長板２４と、によって、ダイクロイックミラー２３を挟持するように、両側から透明な接着剤で接着して波長選択型変調素子２０を得る。このとき、透明基板２１ａ、２１ｂに形成した反射防止膜が最表面となるとともに、第１の波長板２２の遅相軸と、第２の波長板２４の遅相軸とが直交するように重ね合わせる。
【００５８】
次に、偏光ビームスプリッタ３０について説明する。透明基板として白板ガラスを洗浄、乾燥し、白板ガラス基板面に、Ｔａ２Ｏ５の層とＳｉＯ２の層を交互に積層して光学多層膜を形成し、もう１枚の白板ガラス基板で光学多層膜を挟持する。光学多層膜３１は、具体的には、表２に示す構造とし、表２には５１０ｎｍの光に対するＴａ２Ｏ５とＳｉＯ２の屈折率を示すとともに、各層の膜厚を示す。
【００５９】
【表２】
0005605144.tif 000003
【００６０】
そして、２つの白板ガラス基板について、基板の表面が、光学多層膜３１の面に対して４５°の角度をなすように加工して、偏光ビームスプリッタ３０を得る。図１０は、表２に基づく光学多層膜３１を有する偏光ビームスプリッタ３０において、光が光学多層膜３１面に対して４５°の角度をなす方向から入射したときの、透過率および反射率の波長依存性を示したものである。ここで、図１０において、青色光近傍の特性を細実線、緑色光近傍の特性を破線、赤色光近傍の特性を太実線で示す。また、横軸には利用効率を示しているが、これは、青色光近傍に対しては、Ｐ偏光の光の透過率とＳ偏光の光の反射率との積を表したものである。ここで、青色光において利用効率が略１００％であることから、青色光におけるＰ偏光の光の透過率、Ｓ偏光の光の反射率が略１００％であることを示している。
【００６１】
また、図１０において、緑色光近傍に対しては、Ｓ偏光の光の反射率を利用効率として示し、赤色光近傍に対しては、Ｓ偏光の光の透過率を利用効率として示したものである。これより、５１０ｎｍ波長帯の光のうちＳ偏光の光の反射率は、略１００％であり、６１５〜６４５ｎｍの波長範囲を６３０ｎｍ波長帯とするとき、６３０ｎｍ波長帯の光のうちＳ偏光の光の透過率は、略１００％である。したがって、表２に基づく光学多層膜３１において、光学多層膜３１面に対して４５°の角度をなす方向からそれぞれ、所定の偏光状態の光が入射すると、偏光状態や波長に応じて選択的に透過したり反射したりする。
【００６２】
本実施例で作製した波長選択型変調素子２０と、偏光ビームスプリッタ３０と、を色合成ユニット３０としてユニット化し、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す方向より、青色光３５Ｂ、緑色光３５Ｇ、赤色光３５Ｒを、それぞれの偏光方向の光として入射する。そうすると、Ｐ偏光の光として入射する青色光３５Ｂは、偏光ビームスプリッタ３０を、ほぼ１００％の透過率で透過して、波長選択型変調素子２０のダイクロイックミラー２３でほぼ１００％の反射率で反射される。そして、Ｓ偏光の光となった青色光３６Ｂは、偏光ビームスプリッタ３０で、ほぼ１００％の反射率で反射する。
【００６３】
また、Ｓ偏光の光として入射する緑色光３５Ｇは、波長選択型変調素子２０のダイクロイックミラー２３でほぼ１００％の透過率で透過するとともに、波長選択型変調素子２０をＳ偏光の光として透過する。そして、緑色光３５Ｇは、偏光ビームスプリッタ３０で、ほぼ１００％の反射率で反射する。さらに、Ｓ偏光の光として入射する赤色光３５Ｒは、偏光ビームスプリッタ３０を、ほぼ１００％の透過率で透過する。これより、色合成ユニット１０（偏光ビームスプリッタ３０）を出射する各色の光は、高い光利用効率でかつ、同じ偏光状態の直線偏光の光として合成される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明は、進行方向および波長が異なって入射する３種の光を安定した光学特性で合成して出射する色合成ユニットおよび投射型表示装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、４０  色合成ユニット
２０  波長選択型変調素子
２１ａ  第１の透明基板
２１ｂ  第２の透明基板
２２  第１の波長板
２３  ダイクロイックミラー
２４  第２の波長板
３０、５０、１５３、１７３  偏光ビームスプリッタ
３１、５１  光学多層膜
３５Ｒ、５５Ｒ、２０５Ｒ、２１５Ｒ  赤色光
３５Ｇ、５５Ｇ、２０５Ｇ、２１５Ｇ  緑色光
３５Ｂ、３６Ｂ、５５Ｂ、５６Ｂ、２０５Ｂ、２１５Ｂ  青色光
１００、１３０、１５０  投射型表示装置
１０１  光源
１０２  偏光変換素子
１０３、１０４、１３３、１３４  ダイクロイックプリズム
１０５、１０６、１０７  反射ミラー
１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂ、１３８Ｒ、１３８Ｇ、１３８Ｂ  ライトバルブ
１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、１３９Ｒ、１３９Ｇ、１３９Ｂ  偏光子
１１０、１５５  投射レンズ部
１１１、１５６  スクリーン
１５１Ｒ、１７１Ｒ  赤色光源
１５１Ｇ、１７１Ｇ  緑色光源
１５１Ｂ、１７１Ｂ  青色光源
１５２Ｒ、１５２Ｇ、１５２Ｂ、１７２Ｒ、１７２Ｇ、１７２Ｂ  レンズ
１５４、１７４  反射型液晶素子
２００  合成プリズム
２０１、２０２  反射面
２１１、２１２、２１３  ３角プリズム
２１１ａ、２１２ａ  誘電体多層膜
【図１】
0005605144.tif 000004
【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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