(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の波長域の色光を透過させ他の波長域の色光を反射させるダイクロイック面と、そのダイクロイック面を透過した色光の波長域に対応した１／４波長板と、その１／４波長板を透過した色光を反射させるミラー面と、が順に隣接して配置されたことを特徴とする偏光変換ダイクロイックミラー。
【請求項２】
前記ダイクロイック面が、３原色ＲＧＢのうちのＧの色光を透過させるとともにＲ及びＢの色光を反射させることを特徴とする請求項１記載の偏光変換ダイクロイックミラー。
【請求項３】
直線偏光の白色光を射出する光源部と、その白色光を複数の色光に色分解する色分解部と、各色光の光路上に配置され対応する色光の画像を表示する液晶パネルと、各液晶パネルを透過又は反射した色光を色合成する色合成部と、前記液晶パネルに表示された画像を色合成された状態でスクリーンに拡大投影する投影レンズと、を備えた液晶プロジェクターにおいて、
請求項１記載の偏光変換ダイクロイックミラーを前記光源部と前記色分解部との間に設け、白色光のいずれかの色光の偏光方向を他の色光の偏光方向と直交させてから、白色光を前記色分解部に入射させたことを特徴とする液晶プロジェクター。
【請求項４】
直線偏光の白色光を射出する光源部と、その白色光を複数の色光に色分解する色分解部と、各色光の光路上に配置され対応する色光の画像を表示する液晶パネルと、各液晶パネルを透過又は反射した色光を色合成する色合成部と、前記液晶パネルに表示された画像を色合成された状態でスクリーンに拡大投影する投影レンズと、を備え、前記液晶パネルを透過又は反射した各色光が、そのいずれかの色光の偏光方向が他の色光の偏光方向と直交した状態で、前記色合成部に入射する液晶プロジェクターにおいて、
請求項１記載の偏光変換ダイクロイックミラーを前記色合成部よりもスクリーン側に設け、色合成された各色光の偏光方向を揃えたことを特徴とする液晶プロジェクター。
【請求項５】
前記色分解部で白色光が３原色ＲＧＢの３つの色光に色分解され、Ｇの色光が前記偏光変換ダイクロイックミラーのダイクロイック面を透過することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の液晶プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光変換ダイクロイックミラーと、そのミラーを用いた液晶プロジェクターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に、従来の液晶プロジェクターの一例を示す。この液晶プロジェクターは、光源部（Ｕ１），照明系リレー光学系（Ｕ２），色分解・合成兼用のクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ），反射型液晶パネル（ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ），投影レンズ（Ｕ３）等を備えた瞳分割照明方式の液晶プロジェクターであって、投影レンズ（Ｕ３）中に各パネル（ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ）に対して照明光（Ｌ１）を導光する反射ミラー（８）を備えている。光源部（Ｕ１）は、光源（１），リフレクター（２），第１レンズアレイ（３），偏光プリズム（４），第２レンズアレイ（５），１／２波長板（６），重ね合わせレンズ（７）等から成っている。
【０００３】
光源（１）から射出したランダム偏光の白色光束は、リフレクター（２）で反射された後、偏光プリズム（４）の偏光分離面（４ａ）でＳ偏光とＰ偏光とに分離されて、第２レンズアレイ（５）上で光源像となる。そして、１／２波長板（６）でＰ偏光の光束がＳ偏光に変換されることにより、照明光はすべてＳ偏光に揃えられて重ね合わせレンズ（７）を通過する。このようにして直線偏光の白色光が照明光（Ｌ１）として光源部（Ｕ１）から射出され、照明系リレー光学系（Ｕ２）でリレーされて（Ｉ：仮想像面）、絞り（ＳＴ）近傍で再結像する。
【０００４】
絞り（ＳＴ）近傍で反射ミラー（８）により反射されて投影レンズ（Ｕ３）内に導光された照明光（Ｌ１）は、投影レンズ（Ｕ３）の後部を通過した後、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射する。クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）はＢ反射面（ＲＢ）とＲ反射面（ＲＲ）を有しており、白色光（Ｌ１）の３原色ＲＧＢのうちのＢ（青）の色光（ＢＳ）がＢ反射面（ＲＢ）で反射され、Ｒ（赤）の色光（ＲＳ）がＲ反射面（ＲＲ）で反射される。したがって、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）では、Ｇの色光（ＧＳ）がまっすぐ透過し、Ｒの色光（ＲＳ），Ｂの色光（ＢＳ）が互いに逆方向に反射することにより、照明光（Ｌ１）は３つの色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）に色分解される。
【０００５】
色分解された各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）の光路上には、対応する色光の画像を表示する３つの反射型液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）が配置されている。したがって、各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を照明するとともに、各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）でそれぞれ反射されることになる。各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）で反射された各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）で色合成されて投影光（Ｌ２）となり、色合成された画像が投影レンズ（Ｕ３）によってスクリーン（不図示）に拡大投影される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した液晶プロジェクターでは、照明光（Ｌ１）がすべてＳ偏光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）に揃えられた状態でクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射する。例えば、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）でのＳ偏光の透過率が５０％となるカットオフ値を、Ｒ反射面（ＲＲ）で５８０ｎｍとし、Ｂ反射面（ＲＢ）で５１０ｎｍとする。このとき液晶パネル（ＰＧ）を照明するＧの色光（ＧＳ）の帯域は５１０〜５８０ｎｍであり、５１０ｎｍ及び５８０ｎｍの波長でのエネルギーは元々の５０％である。
【０００７】
液晶パネル（ＰＧ）で反射されて投影光（Ｌ２）となるＧの色光（ＧＳ）は、再びクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）のＲ反射面（ＲＲ）とＢ反射面（ＲＢ）を透過する。このとき、波長５１０ｎｍ，５８０ｎｍの光は更に５０％しか透過しないので、スクリーンに到達する投影光（Ｌ２）のエネルギーは、これらの波長に関して元々の２５％になってしまう。したがって、投影光（Ｌ２）のＧの色光（ＧＳ）の帯域は、Ｒ反射面（ＲＲ），Ｂ反射面（ＲＢ）での透過率が約７０％（往復で５０％）となる波長帯域（例えば、５２０〜５７０ｎｍ）に狭まることになる。
【０００８】
Ｒ，Ｂの色光（ＲＳ，ＢＳ）についても同様である。照明光（Ｌ１）の帯域は、Ｒ反射面（ＲＲ），Ｇ反射面（ＲＧ）での反射率が５０％以上となる波長で決まる帯域（Ｒは５８０ｎｍ以上、Ｂは５１０ｎｍ以下）であるが、投影光（Ｌ２）の帯域は、Ｒ反射面（ＲＲ），Ｇ反射面（ＲＧ）での反射率が約７０％（往復で５０％）以上となる波長で決まる帯域（例えば、Ｒは５９０ｎｍ以上、Ｂは５００ｎｍ以下）に狭まることになる。これらは主光線における概算であるが、主光線以外の角度の異なる光線を考えると、各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）の帯域は更に狭くなる。
【０００９】
つまり、図１０に示すような従来の液晶プロジェクターでは、色分割の境界波長（すなわちカットオフ波長）近傍の波長域で、光のエネルギーをロス（つまり光量損失）していたことになる。そのロスした光は、図１１に示すように、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）及びその周辺で反射／透過を繰り返す迷光（ＬＧ）となる。この迷光（ＬＧ）は、投影画像のゴースト，コントラスト低下等の原因となる。
【００１０】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、カットオフ波長近傍の波長域での光量損失がない液晶プロジェクターを提供することを目的とし、さらに、その液晶プロジェクターを実現するのに適した偏光変換ダイクロイックミラーを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の偏光変換ダイクロイックミラーは、特定の波長域の色光を透過させ他の波長域の色光を反射させるダイクロイック面と、そのダイクロイック面を透過した色光の波長域に対応した１／４波長板と、その１／４波長板を透過した色光を反射させるミラー面と、が順に隣接して配置されたことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明の偏光変換ダイクロイックミラーは、上記第１の発明の構成において、前記ダイクロイック面が、３原色ＲＧＢのうちのＧの色光を透過させるとともにＲ及びＢの色光を反射させることを特徴とする。
【００１３】
第３の発明の液晶プロジェクターは、直線偏光の白色光を射出する光源部と、その白色光を複数の色光に色分解する色分解部と、各色光の光路上に配置され対応する色光の画像を表示する液晶パネルと、各液晶パネルを透過又は反射した色光を色合成する色合成部と、前記液晶パネルに表示された画像を色合成された状態でスクリーンに拡大投影する投影レンズと、を備えた液晶プロジェクターにおいて、上記第１の発明の偏光変換ダイクロイックミラーを前記光源部と前記色分解部との間に設け、白色光のいずれかの色光の偏光方向を他の色光の偏光方向と直交させてから、白色光を前記色分解部に入射させたことを特徴とする。
【００１４】
第４の発明の液晶プロジェクターは、直線偏光の白色光を射出する光源部と、その白色光を複数の色光に色分解する色分解部と、各色光の光路上に配置され対応する色光の画像を表示する液晶パネルと、各液晶パネルを透過又は反射した色光を色合成する色合成部と、前記液晶パネルに表示された画像を色合成された状態でスクリーンに拡大投影する投影レンズと、を備え、前記液晶パネルを透過又は反射した各色光が、そのいずれかの色光の偏光方向が他の色光の偏光方向と直交した状態で、前記色合成部に入射する液晶プロジェクターにおいて、上記第１の発明の偏光変換ダイクロイックミラーを前記色合成部よりもスクリーン側に設け、色合成された各色光の偏光方向を揃えたことを特徴とする。
【００１５】
第５の発明の液晶プロジェクターは、上記第３又は第４の発明の構成において、前記色分解部で白色光が３原色ＲＧＢの３つの色光に色分解され、Ｇの色光が前記偏光変換ダイクロイックミラーのダイクロイック面を透過することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した偏光変換ダイクロイックミラーと液晶プロジェクターを、図面を参照しつつ説明する。なお、実施の形態相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１７】
《偏光変換ダイクロイックミラー（図１，図５）》
図１に、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）の概略構成を示す。この偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）は、光線入射側から順に、ダイクロイック面（ＤＭ），１／４波長板（ＱＷ）及びミラー面（ＲＭ）が、互いに平行に隣接して配置された構造を有している。ダイクロイック面（ＤＭ）は、ダイクロイックミラーで構成され、３原色ＲＧＢのうちのＧ（緑）の波長域の色光（ＧＳ）を透過させるとともに、Ｂ（青）及びＲ（赤）の波長域の色光（ＢＳ，ＲＳ）を反射させる。１／４波長板（ＱＷ）は、ダイクロイック面（ＤＭ）を透過したＧの色光（ＧＳ）の波長域に対応したものとなっている。また、ミラー面（ＲＭ）は、平板状の反射ミラーで構成され、１／４波長板（ＱＷ）を透過した色光（ＧＣ）を反射させる。
【００１８】
ダイクロイック面（ＤＭ）にＳ偏光（直線偏光）の白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が入射すると、Ｂ及びＲの色光（ＢＳ，ＲＳ）はＳ偏光のままダイクロイック面（ＤＭ）で反射され、一方、Ｇの色光（ＧＳ）はＳ偏光のままダイクロイック面（ＤＭ）を透過する。ダイクロイック面（ＤＭ）を透過したＧの色光（ＧＳ）は、１／４波長板（ＱＷ）を透過することにより円偏光となり、反射ミラー（ＲＭ）で反射された後、再び１／４波長板（ＱＷ）を透過することによりＰ偏光となる。つまりＧの色光（ＧＳ）は、１／４波長板（ＱＷ）を２回透過することにより偏光方向が９０°回転して、ダイクロイック面（ＤＭ）に対する偏光方向がＳ偏光方向からＰ偏光方向に変換されるのである。
【００１９】
１／４波長板（ＱＷ）を２回透過したＧの色光（ＧＰ）は、ダイクロイックミラー（ＤＭ）を再び透過してＢ及びＲの色光（ＢＳ，ＲＳ）と合わさり白色光になる。よって、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）で反射された白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は、Ｂ及びＲの色光（ＢＳ，ＲＳ）がＳ偏光方向で、Ｇの色光（ＧＰ）がＰ偏光方向の偏光特性を持つことになる。このように偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）を用いれば、Ｇの波長域の色光の偏光方向を（ＳからＰへ又はＰからＳへ）容易に変換することができる。
【００２０】
ここではＧの色光を透過させる特性のダイクロイック面（ＤＭ）を用いた場合を説明したが、Ｇの色光を反射させる特性のダイクロイック面（ＤＭ）を用いてもよい。ただし、Ｇの色光を透過させる特性のダイクロイック面（ＤＭ）の方が、ダイクロイック膜の設計・製作は容易である。また、Ｇの色光の代わりにＢ又はＲの色光、あるいは他の色光の偏光方向を変換するように構成してもよい。ただし、液晶プロジェクターのようにＲ，Ｇ，Ｂの３色の色分解・合成が行われる場合には、隣り合った波長域の色光同士の偏光特性が異なっている方が、色分解・合成特性が良い。したがって、Ｇの色光の偏光状態がＢ及びＲの色光の偏光状態と異なるようにする方が望ましい。以上のように、必要に応じた特性のダイクロイック面（ＤＭ）を用いることにより、特定の波長域の色光の偏光方向を容易に変換することができる。
【００２１】
図５のグラフに、入射角４５°でＧの色光を透過させるダイクロイック面（ＤＭ）の分光特性を示す。このグラフから分かるように、Ｇの色光の透過帯域はＳ偏光よりもＰ偏光の方が広くなっている。したがって、最初にダイクロイック面（ＤＭ）に入射する光をＳ偏光とすれば、Ｐ偏光でダイクロイック面（ＤＭ）に再入射することになるため、カットオフ特性（ある波長域より高い又は低い波長域の色光を透過させない性質。）の影響が小さく、効率が良いというメリットがある。逆に、最初にダイクロイック面（ＤＭ）に入射する光をＰ偏光とすれば、Ｓ偏光でダイクロイック面（ＤＭ）に再入射するときにカットオフ特性の影響を受けてしまう。したがって、各色光の境界の波長がカットされることになるが、このような使い方をすれば、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）がトリミングフィルターの働きをすることになるため、各色光の色純度を向上させることができる。なお、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）への入射角は４５°に限らず、他の入射角でも特定の色光の偏光方向を変換することは可能である。
【００２２】
《パネル反射型の液晶プロジェクター（図２，図６，図７）》
図２に、反射型液晶パネルを用いた瞳分割照明方式の液晶プロジェクターの一例を示す。この液晶プロジェクターは、光源部（Ｕ１），照明系リレー光学系（Ｕ２），色分解・合成兼用のクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ），反射型液晶パネル（ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ），投影レンズ（Ｕ３）等を備えた瞳分割照明方式の液晶プロジェクターであって、投影レンズ（Ｕ３）中に各パネル（ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ）に対して照明光（Ｌ１）を導光する反射ミラー（８）を備えている。光源部（Ｕ１）は、光源（１），リフレクター（２），第１レンズアレイ（３），偏光プリズム（４），第２レンズアレイ（５），１／２波長板（６），重ね合わせレンズ（７）等から成っており、照明系リレー光学系（Ｕ２）内には前述した偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）が設けられている。
【００２３】
光源（１）から射出したランダム偏光の白色光束は、リフレクター（２）で反射された後、偏光プリズム（４）の偏光分離面（４ａ）でＳ偏光とＰ偏光とに分離されて、第２レンズアレイ（５）上で光源像となる。そして、１／２波長板（６）でＰ偏光の光束がＳ偏光に変換されることにより、照明光はすべてＳ偏光に揃えられて重ね合わせレンズ（７）を通過する。このようにして直線偏光の白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が照明光（Ｌ１）として光源部（Ｕ１）から射出され、照明系リレー光学系（Ｕ２）でリレーされて（Ｉ：仮想像面）、絞り（ＳＴ）近傍で再結像する。照明系リレー光学系（Ｕ２）では、照明光（Ｌ１）のうちのＧの色光（ＧＳ）のみが、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）によってＰ偏光（ＧＰ）に変換される。
【００２４】
絞り（ＳＴ）近傍で反射ミラー（８）により反射されて投影レンズ（Ｕ３）内に導光された照明光（Ｌ１；ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は、投影レンズ（Ｕ３）の後部を通過した後、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射する。クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）はＢ反射面（ＲＢ）とＲ反射面（ＲＲ）を有しており、白色光（Ｌ１）の３原色ＲＧＢのうちのＢ（青）の色光（ＢＳ）がＢ反射面（ＲＢ）で反射され、Ｒ（赤）の色光（ＲＳ）がＲ反射面（ＲＲ）で反射される。したがって、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）では、Ｇの色光（ＧＰ）がＢ，Ｒ反射面（ＲＢ，ＲＲ）をまっすぐ透過し、Ｒの色光（ＲＳ），Ｂの色光（ＢＳ）が互いに逆方向に反射することにより、照明光（Ｌ１）は３つの色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）に色分解される。
【００２５】
色分解された各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）の光路上には、対応する色光の画像を表示する３つの反射型液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）が配置されている。したがって、各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を照明するとともに、各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）でそれぞれ反射されることになる。各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）で反射された各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）で色合成されて投影光（Ｌ２）となり、色合成された画像が投影レンズ（Ｕ３）によってスクリーン（不図示）に拡大投影される。
【００２６】
図２に示すように、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）は、照明系リレー光学系（Ｕ２）内の仮想像面（Ｉ）近傍に配置されている。このように、仮想像面（Ｉ）等のテレセントリックな領域を設けて、そこに偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）を配置すれば、入射角度差の影響が少なくなって色むらが生じにくくなる。また、うまくテレセントリックな光路を設けることができないときには、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）のダイクロイック面（ＤＭ）を、領域によってカットオフ値が異なる膜厚傾斜膜で構成すればよい。このようなダイクロイック面（ＤＭ）を用いれば、入射角度差によるカットオフ値の変化を補正することができる。
【００２７】
上述した液晶プロジェクターでは、光源部（Ｕ１）とクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）との間に設けられている偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）が、Ｇの色光（ＧＳ）の偏光方向をＢ，Ｒの色光（ＢＳ，ＲＳ）の偏光方向と直交させて｛つまりＰ偏光の色光（ＧＰ）に変換して｝から、照明光（Ｌ１）をクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射させる構成となっている。このような構成を採用した理由を以下に説明する。
【００２８】
ここで、Ｇの色光の帯域を５１０〜５８０ｎｍとし、Ｂの色光の帯域を５１０ｎｍ以下とし、Ｒの色光の帯域を５８０ｎｍ以上とする。このとき、５１０ｎｍ及び５８０ｎｍの波長でのエネルギーは元々の５０％である。また、図６のグラフにクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）のＲ反射面（ＲＲ）の分光特性（入射角４５°）を示し、図７のグラフにクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）のＢ反射面（ＲＢ）の分光特性（入射角４５°）を示す。
【００２９】
図６のグラフから分かるように、カットオフ波長はＳ偏光の方がＰ偏光よりも短波長側にある。Ｓ偏光で５７０ｎｍのカットオフ特性を持つＲ反射面（ＲＲ）を用いると、帯域が５８０ｎｍ以上であるＲの色光（ＲＳ）の照明光（Ｌ１）は、Ｒ反射面（ＲＲ）で効率良く反射されて液晶パネル（ＰＲ）を照明する。このときのＲ反射面（ＲＲ）でのＰ偏光のカットオフは６２０ｎｍぐらいになる。したがって、帯域が５８０ｎｍ以下のＧの色光（ＧＰ）の照明光（Ｌ１）は、Ｒ反射面（ＲＲ）を効率良く透過して液晶パネル（ＰＧ）を照明する。このようにしてＲ反射面（ＲＲ）での光量損失が抑えられる。
【００３０】
図７のグラフから分かるように、カットオフ波長はＳ偏光の方がＰ偏光よりも長波長側にある。Ｓ偏光で５２０ｎｍのカットオフ特性を持つＢ反射面（ＲＢ）を用いると、帯域が５１０ｎｍ以下であるＢの色光（ＢＳ）の照明光（Ｌ１）は、Ｂ反射面（ＲＢ）で効率良く反射されて液晶パネル（ＰＢ）を照明する。このときのＢ反射面（ＲＢ）でのＰ偏光のカットオフは４７０ｎｍぐらいになる。したがって、帯域が５１０ｎｍ以上のＧの色光（ＧＰ）の照明光（Ｌ１）は、Ｂ反射面（ＲＢ）を効率良く透過して液晶パネル（ＰＧ）を照明する。このようにしてＢ反射面（ＲＢ）での光量損失が抑えられる。
【００３１】
色分解後の各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は各液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）で反射されても、その偏光状態は変わらない。したがって、再びクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射して色合成されるときも、色分解されたときと同様に効率良く色合成される。以上のようにしてカットオフ波長近傍の波長域での光量損失が少なくなるため、照明効率の良い明るい投影画像を得ることができる。また、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）での光量損失が抑えられる結果、迷光（ＬＧ，図１１）がほとんど発生しなくなるため、ゴーストが少なくコントラストが良い良質な投影画像を得ることができる。さらに、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）のカットオフ値は、各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）の帯域に対して余裕があるため、角度幅を持つ光束が入射した場合でも、入射角度差によるカットオフ値の変動の影響を受け難く、色むら等が生じにくいという効果もある。
【００３２】
《パネル透過型の液晶プロジェクター（図３）》
図３に、透過型液晶パネルを用いた液晶プロジェクターの一例を示す。この液晶プロジェクターは、光源部（Ｕ１），色分解用のダイクロイックミラー（１１，１２），色合成用のクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ），１／２波長板（ＨＷ），透過型液晶パネル（ｐｒ，ｐｇ，ｐｂ），投影レンズ（１８），偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ），フィールドレンズ（１０），折り返しミラー（１３〜１５），コンデンサーレンズ（１６），リレーレンズ（１７）等を備えている。光源部（Ｕ１）は、光源（１），リフレクター（２），第１レンズアレイ（３），偏光プリズム（４），第２レンズアレイ（５），１／２波長板（６）等から成っている。
【００３３】
光源（１）から射出したランダム偏光の白色光束は、リフレクター（２）で反射された後、偏光プリズム（４）の偏光分離面（４ａ）でＳ偏光とＰ偏光とに分離されて、第２レンズアレイ（５）上で光源像となる。そして、１／２波長板（６）でＰ偏光の光束がＳ偏光に変換されることにより、照明光はすべてＳ偏光に揃えられて、直線偏光の白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が照明光として光源部（Ｕ１）から射出される。照明光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は、Ｒ（赤）を透過させるダイクロイックミラー（１１）とＢ（青）を透過させるダイクロイックミラー（１２）とで３つの色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）に色分解される。
【００３４】
色分解された各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）の光路上には、対応する色光の画像を表示する３つの透過型液晶パネル（ｐｂ，ｐｇ，ｐｒ）が配置されている。Ｇの色光（ＧＳ）はフィールドレンズ（１０）を通過してから液晶パネル（ｐｇ）を照明し、Ｒの色光（ＲＳ）は折り返しミラー（１５）で反射された後、フィールドレンズ（１０）を通過してから液晶パネル（ｐｒ）を照明する。色光（ＢＳ）は、コンデンサーレンズ（１６），折り返しミラー（１３）、リレーレンズ（１７）、折り返しミラー（１４）、フィールドレンズ（１０）を、順に経てから液晶パネル（ｐｂ）を照明する。
【００３５】
各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を照明した各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は、各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を透過した後、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射して色合成される。このとき、Ｇの色光（ＧＳ）は１／２波長板（ＨＷ）によってＰ偏光の色光（ＧＰ）に変換される。クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）を射出した各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は、投影レンズ（１８）を通過した後、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）でＳ偏光に揃った投影光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）となる。その投影光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）で、各パネル（ｐｒ，ｐｇ，ｐｂ）の表示画像がスクリーン（不図示）に拡大投影される。
【００３６】
本実施の形態では、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）がＧの色光の偏光方向をＰからＳに変換するが、その構成は前述した偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ，図１）と同様である。そのダイクロイック面（ＤＭ）は、Ｇの色光（ＧＰ）を透過させＢ及びＲの色光（ＢＳ，ＲＳ）を反射させる特性を有する。したがって、投影光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）のＢ及びＲの色光（ＢＳ，ＲＳ）は、Ｓ偏光のままダイクロイック面（ＤＭ）で反射される。投影光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）のＧの色光（ＧＰ）は、ダイクロイック面（ＤＭ）をＰ偏光で透過し、１／４波長板（ＱＷ）を通ってミラー面（ＲＭ）で反射され、再び１／４波長板（ＱＷ）を通ってダイクロイック面（ＤＭ）を透過する。Ｇの色光は１／４波長板（ＱＷ）を２回通ることにより、その偏光方向が９０°回転してＳ偏光に変換される。したがって、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）での反射により、すべての色光がＳ偏光に揃った投影光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が得られる。
【００３７】
上述した液晶プロジェクターでは、液晶パネル（ｐｂ，ｐｇ，ｐｒ）を透過した各色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が、Ｇの色光（ＧＳ）の偏光方向が他の色光（ＢＳ，ＲＳ）の偏光方向と直交した状態｛つまりＰ偏光の色光（ＧＰ）に変換した状態｝で、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）に入射する。そして、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）よりもスクリーン（不図示）側に設けられている偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）で、色合成された各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）の偏光方向をＳ偏光の色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）に揃えている。このように偏光状態を変化させている理由を以下に説明する。
【００３８】
一般に透過型の液晶パネルは、射出側から光が当たるとスイッチングトランジスタが悪影響を受ける。例えばノイズが発生したりして、画像品位が落ちることになる。図３に示すようなクロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）を用いたパネル透過型液晶プロジェクターの場合、例えば、Ｇ表示用の液晶パネル（ｐｇ）からの投影光の一部がＲ反射面（ＲＲ）で反射されるおそれがある。そうなると、液晶パネル（ｐｇ）からの投影光の一部がＢ表示用の液晶パネル（ｐｂ）の射出側に入射し、その結果、液晶パネル（ｐｂ）の画像にノイズが生じることになる。
【００３９】
この対策として、一般に１／２波長板が用いられている。つまり図３に示すように、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）の液晶パネル（ｐｇ）側に１／２波長板（ＨＷ）を設けることによって、Ｇの色光（ＧＳ）だけをＲ反射面（ＲＲ）に対してＰ偏光の色光（ＧＰ）に変換するのである。これにより、Ｇの色光（ＧＰ）はＲ反射面（ＲＲ）で反射されにくくなる。たとえ反射されても、Ｂ表示用の液晶パネル（ｐｂ）の射出側にはＳ偏光のみを透過させる偏光板（不図示）が貼られているので、Ｐ偏光のＧの色光（ＧＰ）が液晶パネル（ｐｂ）に入射することはない。
【００４０】
しかし、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）から射出される投影光においても、Ｇの色光（ＧＰ）のみが他の色光（ＢＳ，ＲＳ）とは異なる偏光方向を持つことになる。このため、写り込み防止用の偏光スクリーンに画像投影を行った場合に、Ｇの色光（ＧＰ）が反射せず、本来のカラー表示ができなくなる等の問題が生じてしまう。この対策として、１／４波長板を用いる方法が従来より知られている。クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）の投影レンズ（１８）側に１／４波長板を貼ることにより、各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）を円偏光に変換するのである。このようにすれば、偏光スクリーンに画像投影を行ってもカラーバランスが崩れることはない。しかし、偏光スクリーンに表示される画像の明るさは、本来の半分になってしまう。
【００４１】
図３に示す液晶プロジェクターでは、クロスダイクロイックプリズム（ＤＰ）よりもスクリーン（不図示）側に偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）を設けることで、上記問題を解決している。ＧのみＰ偏光から成る投影光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）が偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）で反射されると、Ｇの色光（ＧＰ）がＳ偏光に変換されるため、全ての色光がＳ偏光の色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）に揃うことになる。これにより、偏光スクリーンを用いてもカラーバランスが崩れたり、明るさが半分になったりすることがなくなる。したがって、十分な効率とカラーバランスを得ることができる。
【００４２】
《パネル反射型の液晶プロジェクター（図４，図８，図９）》
図４に、反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクターの一例を示す。この液晶プロジェクターは、光源部（Ｕ１），偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ），色分解・合成兼用のダイクロイックミラー（２５，２６），反射ミラー（２４），反射型液晶パネル（ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ），投影レンズ（２７）等を備えている。また、光源部（Ｕ１）は、ランプ（２０），第１レンズアレイ（２１），第２レンズアレイ（２２），偏光分離プレート（２３）等から成っている。
【００４３】
以下、光路に沿って各部を説明するが、各色光の偏光方向に関しては、Ｂの色光を反射させるダイクロイックミラー（２５）を基準とする。ランプ（２０）から射出したランダム偏光の白色光束は、第２レンズアレイ（２２）上で光源像となり、偏光分離プレート（２３）ですべてＳ偏光に揃えられる。したがって、光源部（Ｕ１）からは直線偏光の白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）が照明光として射出される。照明光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）は、偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）で反射されることにより、Ｇの色光（ＧＳ）のみがＰ偏光に変換された照明光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）となる。照明光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は、Ｂ（青）を反射させるダイクロイックミラー（２５）とＧ（緑）を反射させるダイクロイックミラー（２６）とで、３つの色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）に色分解される。ここで、図８のグラフにダイクロイックミラー（２５）の分光特性（入射角４５°）を示し、図９のグラフにダイクロイックミラー（２６）の分光特性（入射角４５°）を示す。
【００４４】
色分解された各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）の光路上には、対応する色光の画像を表示する３つの反射型液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）が配置されている。したがって、各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を照明するとともに、各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）でそれぞれ反射されることになる。なお、Ｂ表示用の液晶パネル（ＰＢ）は反射ミラー（２４）を介して照明・反射される。各パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）で反射された各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は、ダイクロイックミラー（２５，２６）で色合成されて投影光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）となり、色合成された画像が投影レンズ（２７）によってスクリーン（不図示）に拡大投影される。
【００４５】
この実施の形態では、色合成にダイクロイックミラー（２５，２６）を用いている。このため、色合成にクロスダイクロイックプリズムを用いた場合（図２，図３）と比べて、投影レンズ（２７）のバック長を大きくとる必要がある。バック長の長い投影レンズ（２７）をテレセントリック系にすると、巨大になって非現実的である。したがって、投影レンズ（２７）を非テレセントリック系としている。投影レンズ（２７）を非テレセントリック系にすると、ダイクロイックミラー（２５，２６）への入射角が像高によって異なることになる。したがって、カットオフ波長も像高によって異なり、結果として色むらが発生することになる。
【００４６】
投影レンズ（２７）を非テレセントリック系とすることによる上記影響を少なくするには、波長域の隣り合う色光の偏光方向が互いに異なるようにすればよい。光源部（Ｕ１）からのＳ偏光の白色光（ＢＳ，ＧＳ，ＲＳ）のうち、Ｇの色光（ＧＳ）のみが偏光変換ダイクロイックミラー（ＰＭ）によってＰ偏光に変換される。そして、ダイクロイックミラー（２５）は、照明光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）のうちのＢの色光（ＢＳ）を反射させ、他の色光（ＧＰ，ＲＳ）を透過させる。このとき、Ｂの色光（ＢＳ）はＳ偏光で反射し、Ｇの色光（ＧＰ）はＰ偏光で透過するため、ダイクロイックミラー（２５）のカットオフ波長に対しては余裕がある（図８）。したがって、入射角度が多少振れても各色光の透過・反射特性にはあまり影響がないので色むらが生じにくい。
【００４７】
ダイクロイックミラー（２６）は、ダイクロイックミラー（２５）に対してねじれの位置にある。つまり、ミラー（２５）を通過する光軸及びその面法線を含む平面と、ミラー（２６）を通過する光軸及びその面法線を含む平面と、が直交するような位置関係にある。したがって、ダイクロイックミラー（２５）を透過したＧの色光（ＧＰ）は、ダイクロイックミラー（２６）に対してＳ偏光として入射し、ダイクロイックミラー（２５）を透過したＲの色光（ＲＳ）はダイクロイックミラー（２６）に対してＰ偏光として入射することになる。このとき、Ｇの色光（ＧＰ）はＳ偏光で反射し、Ｒの色光（ＲＳ）はＰ偏光で透過するため、ダイクロイックミラー（２６）のカットオフ波長に対しては余裕がある（図９）。したがって、入射角度が多少振れても各色光の透過・反射特性にはあまり影響がないので色むらが生じにくい。
【００４８】
上記のように、各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は入射角度の振れの影響をあまり受けずに色分解されて、各液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）を照明する。色分解後の各色光（ＢＳ，ＧＰ，ＲＳ）は各液晶パネル（ＰＢ，ＰＧ，ＰＲ）で反射されても、その偏光状態は変わらない。したがって、再びダイクロイックミラー（２５，２６）に入射して色合成されるときも、色分解されたときと同様に、入射角度の振れの影響をあまり受けずに色合成される。以上のようにして、色むらの少ない投影画像が得られる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る偏光変換ダイクロイックミラーによれば、特定の波長域の色光の偏光方向を容易に変換することができるため、カットオフ波長近傍の波長域での光量損失がない液晶プロジェクターを実現するこことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光変換ダイクロイックミラーの実施の形態を模式的に示す断面図。
【図２】色分解・合成兼用のクロスダイクロイックプリズムを有するパネル反射型液晶プロジェクターの実施の形態を示す断面図。
【図３】色分解用ダイクロイックミラーと色合成用クロスダイクロイックプリズムとを有するパネル透過型液晶プロジェクターの実施の形態を示す断面図。
【図４】色分解・合成兼用のダイクロイックミラーを有するパネル反射型液晶プロジェクターの実施の形態を示す斜視図。
【図５】Ｇの色光を透過させるダイクロイック面の分光特性を示すグラフ。
【図６】クロスダイクロイックプリズムのＲ反射面の分光特性を示すグラフ。
【図７】クロスダイクロイックプリズムのＢ反射面の分光特性を示すグラフ。
【図８】Ｂの色光を反射させるダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフ。
【図９】Ｇの色光を反射させるダイクロイックミラーの分光特性を示すグラフ。
【図１０】色分解・合成兼用のクロスダイクロイックプリズムを有する従来のパネル反射型液晶プロジェクターを示す断面図。
【図１１】図１０中のクロスダイクロイックプリズムで発生する迷光を示す断面図。
【符号の説明】
ＰＭ    …偏光変換ダイクロイックミラー
ＤＭ    …ダイクロイック面
ＱＷ    …１／４波長板
ＲＭ    …ミラー面
ＢＳ    …Ｂの色光のＳ偏光
ＧＳ    …Ｇの色光のＳ偏光
ＲＳ    …Ｒの色光のＳ偏光
ＧＰ    …Ｇの色光のＰ偏光
ＧＣ    …Ｇの色光の円偏光
Ｕ１    …光源部
Ｕ２    …照明系リレー光学系
Ｉ      …仮想像面
Ｕ３    …投影レンズ
ＳＴ    …絞り
１８    …投影レンズ
２７    …投影レンズ
ＤＰ    …クロスダイクロイックプリズム
ＲＢ    …Ｂ反射面
ＲＲ    …Ｒ反射面
ＨＷ    …１／２波長板
１１    …Ｒ透過用のダイクロイックミラー
１２    …Ｂ透過用のダイクロイックミラー
２５    …Ｂ反射用のダイクロイックミラー
２６    …Ｇ反射用のダイクロイックミラー
ＰＢ    …Ｂ表示用の反射型液晶パネル
ＰＧ    …Ｇ表示用の反射型液晶パネル
ＰＲ    …Ｒ表示用の反射型液晶パネル
ｐｂ    …Ｂ表示用の透過型液晶パネル
ｐｇ    …Ｇ表示用の透過型液晶パネル
ｐｒ    …Ｒ表示用の透過型液晶パネル
【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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