(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光を空間光変調素子に入射させ、当該空間光変調素子を反射して出射する光を投射光学系にてスクリーンに投射する構成を有する投射装置において、
光源からの２つの偏光成分を含む出射光を、反射光及び透過光に偏光分離する第１の偏光分離部を有する第1偏光光学素子と、
前記第１の偏光分離部から出射される分離後の前記反射光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離し、その分離後の前記透過光を空間光変調素子へ出射するとともに、前記空間光変調素子から反射された変調光を入射して、反射光及び透過光に偏光分離する第２の偏光分離部を有する第２偏光光学素子と、
前記第２の偏光分離部から出射される分離後の前記反射光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離する第３の偏光分離部を有する第３偏光光学素子と、
前記第３の偏光分離部から出射される分離後の光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えることを特徴とする投射装置。
【請求項２】
光源光を空間光変調素子に入射させ、当該空間光変調素子を反射して出射する光を投射光学系にてスクリーンに投射する構成を有する投射装置において、
光源からの２つの偏光成分を含む出射光を、透過光及び反射光に偏光分離する第１の偏光分離部を有する第1偏光光学素子と、
前記第１の偏光分離部から出射される分離後の前記透過光を入射して、反射光及び透過光に偏光分離し、その分離後の前記反射光を空間光変調素子へ出射するとともに、前記空間光変調素子から反射された変調光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離する第２の偏光分離部を有する第２偏光光学素子と、
前記第２の偏光分離部から出射される分離後の前記透過光を、透過光及び反射光に偏光分離する第３の偏光分離部を有する第３偏光光学素子と、
前記第３の偏光分離部から出射される分離後の光をスクリーンに投射する投射光学系とを備えることを特徴とする投射装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の投射装置において、
前記第１の偏光分離部は第１の偏光ビームスプリッターに、前記第２の偏光分離部は第２の偏光ビームスプリッターに、前記第３の偏光分離部は第３の偏光ビームスプリッターにそれぞれ設けられることを特徴とする投射装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の投射装置において、
前記第１，第２および第３の偏光ビームスプリッターを互いに接合して一体としたことを特徴とする投射装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の投射装置において、
前記第１，第２および第３の偏光分離部は、四つの光学部材を互いに接合して一体とした偏光光学素子の接合部に設けられることを特徴とする投射装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の投射装置において、
前記第１，第２および第３の偏光分離部のいずれか一つは偏光ビームスプリッターに設けられ、残り二つの偏光分離部は三つの光学部材を互いに接合して一体とした偏光光学素子の接合部に設けられることを特徴とする投射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複数の偏光分離部を使用する投射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は空間光変調素子（以下、ＳＬＭと記す）を用いた従来の投射装置の概略構成を示す図である。光源３０１から出射された光は、偏光光学素子である偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳと記す）１０に入射する。ＰＢＳ１０には偏光分離部１０１が形成されており、入射した光源光を第１偏光成分（Ｐ偏光成分）および第２偏光成分（Ｓ偏光成分）に分離する。Ｐ偏光成分はそのまま直進してＰＢＳ１０を透過するが、Ｓ偏光成分は偏光分離部１０１で反射されてＳＬＭ４０１の入射読み出し光として用いられる。
【０００３】
図１１はＳＬＭ４０１の構造を説明する断面図である。３１はガラス基板であり、片面に透明電導膜３２が形成されている。３３は光導電層（例えば、水素化非晶質シリコン膜）、３４は遮光層（例えば、ＣｄＴｅからなる層）、３５は誘電体ミラー層、３６は配向膜、３８は液晶層である。３７はスペーサであり、スペーサ３７により形成された隙間に液晶を封入して液晶層３８が形成される。
【０００４】
ＳＬＭ４０１の一対の透明電導膜３２間には、常に交流電圧が印加されている。図のようにＳＬＭ４０１の右側から入射した入射読み出し光は、液晶層３８を通過した後に誘電体ミラー層３５で反射され、再び液晶層３８を通過してＳＬＭ４０１より出射される。書き込み光が無い場合は、液晶層３８に分圧される電圧値は液晶分子を電界方向に配列させる程の大きさになっておらず、液晶分子は配向膜３６にならって配向している。そのため、入射読み出し光は複屈折作用を受けず、ツイスト角に依存した旋光作用のみを受ける。すなわち、Ｓ偏光成分が入射読み出し光として入射したときには、ＳＬＭ４０１によって変調されることなくＳ偏光成分が反射読み出し光として出射される。
【０００５】
一方、書き込み光がある場合は、光導電層３３のインピーダンスが低下するため、液晶層３８に分圧される電圧が上昇して液晶分子が電界方向に配列し、入射読み出し光は液晶層３８で複屈折作用を受ける。そのため、入射読み出し光としてＳ偏光成分が入射する場合、Ｓ偏光成分はＰ偏光成分に変調されてＰ偏光成分が反射読み出し光として出射される。一方、Ｐ偏光成分が入射する場合には、Ｐ偏光成分はＳ偏光成分に変調されてＳ偏光成分が出射される。よって、Ｓ偏光成分がＳＬＭ４０１に入射したときは、書き込み光が存在する箇所に対応するＳ偏光成分がＰ偏光成分に変調されてＳＬＭ４０１から出射される。
【０００６】
図１０に戻って、上述したように、書き込み光が入射していない箇所に対応する入射読み出し光であるＳ偏光成分は、ＳＬＭ４０１による複屈折作用を受けることなくＳ偏光成分のままＳＬＭ４０１から出射される。このＳ偏光成分はＰＢＳ１０に入射され、偏光分離部１０１で光源３０１方向に反射される。一方、書き込み光が入射している箇所に対応するＳ偏光成分は、複屈折作用によりＳ偏光成分がＰ偏光成分に変調されてＳＬＭ４０１から出射される。ＰＢＳ１０に入射したこのＰ偏光成分は偏光分離部１０１を透過してＰＢＳ１０から出射され、投射レンズ５０１によりスクリーン６０１に投射される。
【０００７】
以上の説明では、ＰＢＳ１０は入射光をＰ偏光成分とＳ偏光成分とに完全に分離するとしたが、実際には、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分が混在した光がＰＢＳ１０に入射した場合、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とを完全に分離することはできない。そのため、透過したＰ偏光成分にはＳ偏光成分が混在し、反射されたＳ偏光成分にはＰ偏光成分が混在するのが実情である。例えば、ＰＢＳ１０の分離性能を示す消光比は、入射光に対する透過光の割合および反射光の割合を各々Ｔｉ  およびＲｉ（  ｉ＝ｓ  ，ｐ）とすれば、反射偏光成分であるＳ偏光成分についてはＴｓ  ／（Ｔｓ＋Ｒｓ）、透過偏光成分であるＰ偏光成分についてはＲｐ／（Ｔｐ＋Ｒｐ）  で表わされる。一般的には、反射偏光成分で４００分の１、透過偏光成分で５０分の１程度である。
【０００８】
よって、ＰＢＳ１０で反射されＳＬＭ４０１へ出射されるＳ偏光成分には、消光比に応じてＰ偏光成分が混在する。同様に、ＳＬＭ４０１で変調されＰＢＳ１０を透過するＰ偏光成分にもＳ偏光成分が混在する。したがって、スクリーン６０１に投射された画像のコントラストが悪化するという問題点がある。
【０００９】
図１２は、このような問題を解消した第２の従来例の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線に沿って見た図である。図１０と同一の部分は同一の符号を付した。光源３０１とＰＢＳ１０との間に第２のＰＢＳ１１が設けられており、ＰＢＳ１１の偏光分離部１１１で分離透過されたＰ偏光成分がＰＢＳ１０の偏光分離部１０１で反射されるように配置される。
【００１０】
ＰＢＳ１１に入射した光源光はＰ偏光成分およびＳ偏光成分に分離され、ＰＢＳ１１を透過したＰ偏光成分がＰＢＳ１０へ入射する。なお、このＰ偏光成分にはＰＢＳ１１の消光比に応じてＳ偏光成分が混在している。Ｓ偏光成分の混在するＰ偏光成分がＰＢＳ１０に入射すると、ＰＢＳ１０の消光比に応じてＰ偏光成分が反射されてＳＬＭ４０１へ出射される。このように、２つのＰＢＳ１０および１１を用いることによってＳＬＭ４０１に入射するＰ偏光成分に混在するＳ偏光成分を小さくすることができる。例えば、ＰＢＳ１０の消光比が反射光で４００分の１、透過光で５０分の１であるとすると、ＰＢＳ１０の反射Ｐ偏光成分に混在するＳ偏光成分は、入射Ｐ偏光成分に混在するＳ偏光成分の５０分の１に減少する。そのため、偏光分離性能の良いＰ偏光成分が読み出し光としてＳＬＭ４０１に入射する。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光の乱れはＳＬＭ４０１でも発生する。すなわち、完全なＳ偏光成分またはＰ偏光成分が入射しても、液晶層を通過する際や、誘電体ミラー層３５で反射される際に偏光状態が乱される。さらに、ＳＬＭの複屈折作用の不完全さによっても偏光状態が乱される。そのため、ＰＢＳ１０および１１を用いて読み出し光であるＰ偏光成分に混在するＳ偏光成分を小さくしても、ＳＬＭ４０１によって偏光状態が乱され、ＳＬＭ４０１から出射されるＳ偏光成分にはＰ偏光成分が、Ｐ偏光成分にはＳ偏光成分がそれぞれ混在している。そのため、ＳＬＭ４０１で変調されＰＢＳ１０を透過する光をスクリーン６０１上に投射した場合、投射画像の書き込み光が入射していない箇所に対応する部分に、僅かではあるがＳ偏光成分およびＰ偏光成分が存在することになる。よって、本来、書き込み光が入射していない箇所に対応する部分には光が存在せず黒（白黒画像の場合）でなければならないが、わずかにＳ偏光成分およびＰ偏光成分が存在することになる。また、図１２の投射装置においては、ＰＢＳ１０とＰＢＳ１１との間に空気層が存在するため、界面での反射や空気層による光学的損失によって読み出し光の光量が減少するという不都合もあった。
【００１１】
本発明の目的は、コントラストの良い投射画像の得られる投射装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
実施例を示す図に対応付けて説明する。
図９に対応付けて説明すると、請求項１の発明は、光源光を空間光変調素子４０１に入射させ、当該空間光変調素子４０１を反射して出射する光を投射光学系５０１にてスクリーン６０１に投射する構成を有する投射装置に適用され、光源３０１からの２つの偏光成分を含む出射光を、反射光及び透過光に偏光分離する第１の偏光分離部１１ａを有する第1偏光光学素子１１と、第１の偏光分離部１１ａから出射される分離後の前記反射光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離し、その分離後の前記透過光を空間光変調素子４０１へ出射するとともに、空間光変調素子４０１から反射された変調光を入射して、反射光及び透過光に偏光分離する第２の偏光分離部１２ａを有する第２偏光光学素子１２と、第２の偏光分離部１２ａから出射される分離後の前記反射光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離する第３の偏光分離部１３ａを有する第３偏光光学素子１３と、第３の偏光分離部１３ａから出射される分離後の光をスクリーン６０１に投射する投射光学系５０１とを備えて上述の目的を達成する。
図１に対応付けて説明すると、請求項２の発明による投射装置は、光源光を空間光変調素子４０１に入射させ、当該空間光変調素子４０１を反射して出射する光を投射光学系５０１にてスクリーン６０１に投射する構成を有する投射装置に適用され、光源３０１からの２つの偏光成分を含む出射光を、透過光及び反射光に偏光分離する第１の偏光分離部１１ａを有する第1偏光光学素子１１と、第１の偏光分離部１１ａから出射される分離後の前記透過光を入射して、反射光及び透過光に偏光分離し、その分離後の前記反射光を空間光変調素子４０１へ出射するとともに、前記空間光変調素子４０１から反射された変調光を入射して、透過光及び反射光に偏光分離する第２の偏光分離部１２ａを有する第２偏光光学素子１２と、第２の偏光分離部から出射される分離後の前記透過光を、透過光及び反射光に偏光分離する第３の偏光分離部１３ａを有する第３偏光光学素子１３と、第３の偏光分離部から出射される分離後の光をスクリーン６０１に投射する投射光学系５０１とを備えて上述の目的を達成する。
請求項３の発明による投射装置では、第１の偏光分離部１１ａは第１の偏光ビームスプリッター１１に、第２の偏光分離部１２ａは第２の偏光ビームスプリッター１２に、第３の偏光分離部１３ａは第３の偏光ビームスプリッター１３にそれぞれ設けられる。
図２に対応付けて説明すると、請求項４の発明による投射装置では、第１の偏光ビームスプリッター１１，第２の偏光ビームスプリッター１２および第３の偏光ビームスプリッター１３を互いに接合して一体とした。
図６に対応付けて説明すると、請求項５の発明による投射装置では、第１の偏光分離部４１ａ，第２の偏光分離部４２ａおよび第３の偏光分離部４３ａは、四つの光学部材４１１，４１２，４１３および４１４を互いに接合して一体とした偏光光学素子４の接合部に設けられる。
図４に対応付けて説明すると、請求項６の発明による投射装置では、第３の偏光分離部１３ａは偏光ビームスプリッター１３に設けられ、残り二つの偏光分離部２１ａおよび２１ｂは三つの光学部材２１１，２１２および２１３を互いに接合して一体とした偏光光学素子２１の接合部に設けられる。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明では、偏光分離部１１ａは、光源３０１からの出射光を反射光及び透過光に偏光分離する。偏光分離部１２ａは、偏光分離部１１ａからの反射光を反射光及び透過光に偏光分離して、その分離後の透過光を空間光変調素子４０１へ出射するとともに、空間光変調素子４０１から反射された変調光を反射光及び透過光に偏光分離する。
請求項２の発明による投射装置では、第１偏光光学素子１１は、光源３０１からの出射光を透過光及び反射光に偏光分離する。第２偏光光学素子１２は、第１の偏光分離部１１ａから出射される透過光を反射光及び透過光に偏光分離して、分離後の反射光を空間光変調素子４０１へ出射するとともに、空間光変調素子４０１からの変調光を透過光及び反射光に偏光分離する。第３偏光光学素子１３は、第２の偏光分離部１２ａからの透過光を、透過光及び反射光に偏光分離する。
請求項３の発明による投射装置では、第１の偏光ビームスプリッター１１に設けられた第１の偏光分離部１１ａが光源３０１からの光を分離し、第２の偏光ビームスプリッター１２に設けられた第２の偏光分離部１２ａが、第１の偏光分離部１１ａから出射される光および空間光変調素子４０１からの変調光を分離し、第３の偏光ビームスプリッター１３に設けられた第３の偏光分離部１３ａが、空間光変調素子４０１の変調光が第２の偏光分離部１２ａにより分離されて出射される光を分離する。
請求項４の発明による投射装置では、隙間無く接合された第１の偏光ビームスプリッター１１，第２の偏光ビームスプリッター１２および第３の偏光ビームスプリッター１３の偏光分離部１１ａおよび偏光分離部１２ａによって光源３０１の光が分離され、偏光分離部１２ａおよび偏光分離部１３ａによって空間光変調素子からの変調光が分離される。
請求項５の発明による投射装置では、偏光光学素子４の各接合部に設けられた第１の偏光分離部４１ａおよび第２の偏光分離部４２ａによって光源３０１の光が分離され、第２の偏光分離部４２ａおよび第３の偏光分離部４３ａによって空間光変調素子からの変調光が分離される。
請求項６の発明による投射装置では、偏光光学素子２１の接合部に設けられた偏光分離部２１ａおよび２１ｂによって光源３０１の光が分離され、偏光分離部２１ｂと偏光ビームスプリッター１３に設けられた偏光分離部１３ａとによって空間光変調素子からの変調光が分離される。
【００１４】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明が実施例に限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】
以下、図１〜図９を参照して本発明の実施例を説明する。
−第１実施例−
図１は本発明に係る投射装置の第１実施例の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｃ−ｃ線に沿って見た図であって、投射レンズ５０１およびスクリーン６０１を省略して示した。図１において、図１０と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明する。１１，１２および１３は偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳと記す）であって、ＰＢＳ１１には偏光分離部１１ａが、ＰＢＳ１２には偏光分離部１２ａが、ＰＢＳ１３には偏光分離部１３ａがそれぞれ形成されている。
【００１６】
光源３０１から出射された光はＰＢＳ１１に入射して、偏光分離部１１ａにより透過光および反射光に分離される。透過光は偏光分離部１１ａの消光比に応じて第１偏光成分（Ｐ偏光成分）に第２偏光成分（Ｓ偏光成分）が混在する光となり、同様に、反射光は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光となる。なお、本実施例の説明における第１偏光成分および第２偏光成分は、偏光分離部１１ａに関して第１偏光成分および第２偏光成分であることを意味する。反射光は破線で示すようにＰＢＳ１１から出射され、透過光はＰＢＳ１２に入射して、偏光分離部１２ａの消光比に応じて分離される。そして、偏光分離部１２ａの反射光が入射読み出し光として空間光変調素子（以下、ＳＬＭと記す）４０１に入射する。
【００１７】
ＰＢＳ１２の偏光分離部１２ａは、ＰＢＳ１１の偏光分離部１１ａを透過した第１偏光成分が反射されるように配置されているため、偏光分離部１２ａの反射光に混在する第２偏光成分が非常に小さくなる。例えば、偏光分離部１１ａおよび１２ａの消光比がどちらも反射偏光成分に関して４００分の１、透過偏光成分に関して５０分の１であるとすると、偏光分離部１１ａの透過光に混在する第２偏光成分は光源３０１の光に含まれる第２偏光成分の４００分の１となり、偏光分離部１２ａの反射光に混在する第２偏光成分は偏光分離部１１ａの透過光に混在する第２偏光成分の５０分の１になる。すなわち、ＳＬＭ４０１の入射読み出し光に混在する第２偏光成分は、光源３０１の光に含まれる第２偏光成分の２万分の１になる。
【００１８】
ＳＬＭ４０１への書き込み光が無い場合には入射読み出し光の偏光状態は変化せず、そのまま反射読み出し光としてＰＢＳ１２へ出射される。ＰＢＳ１２に入射した反射読み出し光の大部分は光路を逆行して光源３０１方向へ出射されるが、偏光分離部１２ａの消光比に応じて第１偏光成分および第２偏光成分が僅かに透過される。この透過光はＰＢＳ１３の偏光分離部１３ａによって第１偏光成分が小さくされ、投射レンズ５０１によってスクリーン６０１上に投射される。一方、書き込み光がある場合は、入射読み出し光の第１偏光成分は第２偏光成分に、第２偏光成分は第１偏光成分にそれぞれ変調されて、第２偏光成分に第１偏光成分が混在する反射読み出し光がＰＢＳ１２へ出射される。この反射読み出し光は偏光分離部１２ａおよび１３ａを透過し、偏光分離部１２ａおよび１３ａによって第１偏光成分が小さくされた透過光が投射レンズ５０１によりスクリーン６０１上に投射される。
【００１９】
本実施例では、光源３０１の光を二つの偏光分離部１１ａおよび１２ａによってそれぞれ分離した偏光分離状態の良い光をＳＬＭ４０１の入射読み出し光として使用し、かつ、ＳＬＭ４０１からの光を二つの偏光分離部１２ａおよび１３ａによってそれぞれ分離してからスクリーン６０１上に投射しているため、混在する第１偏光成分が小さくなる。その結果、ＳＬＭ４０１に書き込み光が入射していない箇所に対応する投射画像の黒の部分（白黒画像の場合）の光量が小さくなり、投射画像のコントラストが向上する。また、偏光分離部１２ａが光源３０１の光の分離、およびＳＬＭ４０１の出射光の分離の両方に用いられているため、投射装置をコンパクトにすることができる。
【００２０】
−第２実施例−
図２は本発明に係る投射装置の第２実施例の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｄ−ｄ線に沿って見た図であって、投射レンズ５０１およびスクリーン６０１を省略して示した。図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明する。１は偏光光学素子であり、ＰＢＳ１１，１２および１３が互いに接着剤等（図示せず）によって接合されて一体とされている。ＰＢＳ１１，１２および１３の配置は図１の投射装置と同様である。
【００２１】
図３は、偏光光学素子１の動作を説明する図である。図のようにランダム偏光光である入射光Ａ１が偏光光学素子１に入射すると、入射光Ａ１はＰＢＳ１１の偏光分離部１１ａによって透過光および反射光に分離される。透過光は偏光分離部１１ａの消光比に応じて第１偏光成分（Ｐ偏光成分）に第２偏光成分（Ｓ偏光成分）が混在する光となり、同様に、反射光は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光となる。偏光分離部１１ａの透過光はＰＢＳ１２の偏光分離部１２ａに入射し、偏光分離部１１ａの反射光は偏光光学素子１から排出される。偏光分離部１２ａに入射した偏光分離部１１ａの透過光は、偏光分離部１２ａの消光比に応じて分離される。図に示すように、偏光分離部１２ａは偏光分離部１１ａを透過した第１偏光成分が反射されるように配置されているため、偏光分離部１２ａの反射光は第１偏光成分に非常に小さな第２偏光成分が混在する光となって、偏光光学素子１の面１２０ａから出射光Ａ２として出射される。
【００２２】
次に、ランダム偏光光である入射光Ｂ１が、出射光Ａ２の出射面である面１２０ａに入射した場合について説明する。偏光分離部１３ａは、偏光分離部１２ａの透過光を透過するように平行に配置されているため、偏光分離部１２ａおよび１３ａの各々を透過した光は出射光Ｂ２として偏光光学素子１から出射される。偏光分離部１２ａおよび１３ａは、どちらも第１偏光成分を反射して第２偏光成分を透過する配置になっているため、出射光Ｂ２は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光となり、出射光Ｂ２に混在する第１偏光成分は非常に小さくなる。
【００２３】
本実施例の投射装置では、図１の投射装置において分離して設けられたＰＢＳ１１，１２および１３を接合して一体とした偏光光学素子１とした点が図１の投射装置と異なるので、投射装置の動作は図１の投射装置と同様であり説明を省略する。
【００２４】
本実施例においても、光源３０１の光を二つの偏光分離部１１ａおよび１２ａで、ＳＬＭ４０１からの光を二つの偏光分離部１２ａおよび１３ａによってそれぞれ分離しているため、第１実施例と同様の効果が得られる。さらに、本実施例ではＰＢＳ１１，１２および１３を接合して一体としたため、各ＰＢＳ間に存在する空気による光の損失を無くすことができる。
【００２５】
図４〜６に示す偏光光学素子は、図２の投射装置に用いられる偏光光学素子の第２，第３および第４の例であり、偏光分離部の配置は偏光光学素子１と同一だがそれぞれ構造が異なる。図４において、（Ａ）は偏光光学素子２の斜視図、（Ｂ）は偏光光学素子２１の詳細を説明する図である。ＰＢＳ１３と、二つの偏光分離部２１ａおよび２１ｂが形成された偏光光学素子２１とを接合して一体の偏光光学素子２を形成している。偏光分離部２１ａおよび２１ｂの配置は、偏光光学素子１の偏光分離部１１ａおよび１２ａの配置と同一である。
【００２６】
図４（Ｂ）を用いて偏光光学素子２１の詳細を説明する。２１１および２１３は同一形状の光学部材であって、それぞれ断面形状が直角二等辺三角形の角柱を成す。２１２は、一点鎖線で示す面Ｐで分割したときに、光学部材２１１と同一形状を有する部分Ｍ１およびＭ２とに分割されるような形状をした光学部材である。面２１１ａおよび２１３ｂには誘電体の多層膜がそれぞれ形成され、光学部材２１１，２１２および２１３が接着剤等（接着剤は図示しない）で互いに張り合わされて偏光光学素子２１が形成される。このようにして、一体の偏光光学素子２１の各接合部に偏光分離部２１ａおよび２１ｂがそれぞれ形成される。なお、光学部材２１２の面２１２ａおよび２１２ｂの各々に誘電体の多層膜を形成するようにしてもよい。
【００２７】
図５は偏光光学素子の第３の例を示す図であり、（Ａ）は偏光光学素子３の斜視図、（Ｂ）は偏光光学素子３１の詳細を説明する図である。ＰＢＳ１１と、二つの偏光分離部３１ａおよび３１ｂが形成された偏光光学素子３１とが接合され、一体の偏光光学素子３が形成される。偏光分離部３１ａおよび３１ｂの配置は、偏光光学素子１の偏光分離部１２ａおよび１３ａの配置と同一である。
【００２８】
図５（Ｂ）に偏光光学素子３１の詳細を示す。３１１および３１３は同一形状の光学部材であって、それぞれ断面形状が直角二等辺三角形の角柱を成す。光学部材３１２の形状は、断面形状が平行四辺形の角柱である。面３１１ａおよび３１３ｂには誘電体の多層膜がそれぞれ形成され、光学部材３１１，３１２および３１３が接着剤等（接着剤は図示しない）で互いに張り合わされて偏光光学素子３１が形成される。このようにして、一体の偏光光学素子３１の各接合部に偏光分離部３１ａおよび３１ｂがそれぞれ形成される。なお、光学部材３１２の面３１２ａおよび３１２ｂの各々に誘電体の多層膜を形成するようにしてもよい。
【００２９】
図６は偏光光学素子の第４の例を示す図であり、（Ａ）は偏光光学素子４の斜視図、（Ｂ）はその詳細を説明する図である。偏光光学素子４は光学部材４１１，４１２，４１３および４１４から成る。光学部材４１１および４１４は図４の光学部材２１１と、光学部材４１２は光学部材２１２と、光学部材４１３は図５の光学部材３１２とそれぞれ同一の部材である。面４１１ａと面４１２ａ，面４１２ｂと面４１３ｂ，面４１３ｃと面４１４ｃのそれぞれのどちらか一方に誘電体の多層膜が形成された後、それぞれが接着剤等（接着剤は図示しない）で互いに張り合わされて偏光分離部４１ａ，４１ｂおよび４１ｃがそれぞれ形成された偏光光学素子４が得られる。
【００３０】
偏光光学素子２，３および４の各偏光分離部が偏光光学素子１の偏光分離分と同一の配置であるため、偏光光学素子２，３および４はそれぞれ偏光光学素子１と同様の機能を有する。よって、図２の投射装置の偏光光学素子１の代りに偏光光学素子２，３および４のいずれを用いても同様の効果が得られる。さらに、偏光光学素子２では、偏光光学素子２１の偏光分離部２１ａおよび２１ｂを、光学部材２１１と光学部材２１２との接合部および光学部材２１２と光学部材２１３との接合部にそれぞれ形成しているため、偏光光学素子１のように二つのＰＢＳ１１および１２を互いに張り付けた面での光の損失が存在しないという利点があり、偏光光学素子３についても同様である。さらに偏光光学素子４では、偏光分離部４１ａ，４１ｂおよび４１ｃの間に接合面が無いため、偏光光学素子２および３以上に光の損失が小さい。
【００３１】
−第３実施例−
図７は本発明に係る投射装置の第２実施例の概略構成を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｅ矢視図、（Ｃ）は（Ａ）のｆ−ｆ線に沿って見た図である。なお、図７（Ａ）および図７（Ｃ）では投射レンズ５０１およびスクリーン６０１を省略して示した。本実施例は、図２において偏光光学素子１の代りに図８に示す偏光光学素子５を使用した投射装置の例である。
【００３２】
図８を用いて偏光光学素子５の構造および動作を説明する。なお、図３と同一の部分には同一の符号を付した。図３の偏光光学素子１と同様に、三つのＰＢＳ１１，１２および５３を接合して一体の偏光光学素子５を形成する。偏光分離部５３ａは、偏光分離部１２ａを透過した光を反射するように配置される。
【００３３】
偏光光学素子５に入射光Ａ１が入射した場合には、偏光光学素子１と同様に出射光Ａ２が偏光光学素子５の面１２０ａから出射される。一方、偏光分離部５３ａは、偏光分離部１２ａの透過光を反射するように配置されているため、入射光Ｂ１が図のように面１２０ａに入射した場合、偏光分離部１２ａの透過光は偏光分離部５３ａで反射されて出射光Ｂ２として偏光光学素子５から出射される。偏光分離部１２ａの透過光は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光であるが、第１偏光成分は偏光分離部５３ａを透過するため、出射光Ｂ２に混在する第１偏光成分は非常に小さくなる。例えば、偏光分離部１１ａ，１２ａおよび５３ａの消光比が全て同一で第１実施例で仮定した値と同様であるとすると、出射光Ｂ２に混在する第１偏光成分は入射光Ｂ１に含まれる第１偏光成分の２万分の１となる。
【００３４】
次に、入射光Ｃ１が入射光Ａ１と直交する方向から偏光分離部１１ａに入射した場合、偏光分離部１１ａで反射された光は偏光分離部１２ａを透過して出射光Ｃ２として面１２０ｂから出射される。偏光分離部１１ａの反射光は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光であって、偏光分離部１２ａが第１偏光成分を反射し第２偏光成分を透過するため、出射光Ｃ２に混在する第１偏光成分は非常に小さくなる。例えば、上述した消光比を用いると、出射光Ｃ２に混在する第１偏光成分は入射光Ｃ１に含まれる第１偏光成分の２万分の１となる。
【００３５】
さらに、出射光Ｃ２の出射する面１２０ｂに入射光Ｄ１が入射する場合を考える。この場合、偏光分離部１２ａの反射光は偏光分離部５３ａを透過して出射光Ｄ２として出射される。偏光分離部１２ａの反射光は第１偏光成分に第２偏光成分が混在する光であって、偏光分離部５３ａが第１偏光成分を透過し第２偏光成分を反射するため、出射光Ｄ２に混在する第２偏光成分は非常に小さくなり、上述した消光比を用いると、出射光Ｄ２に混在する第２偏光成分は入射光Ｄ１に含まれる第２偏光成分の２万分の１となる。
【００３６】
図７を用いて投射装置の動作を説明する。ここでは、図８に示す入射光Ａ１と同じように光源３０１の光を偏光光学素子５へ入射させ、偏光分離部１１ａの透過光を利用する。一方、偏光分離部１１ａの反射光は破線で示すように偏光光学素子５から排出される。偏光分離部１１ａの透過光は偏光分離部１２ａによって反射され、入射読み出し光としてＳＬＭ４０１へ出射される。上述したように、この入射読み出し光は第１偏光成分に第２偏光成分が混在する光である。ＳＬＭ４０１からの反射読み出し光は、図７（Ｂ）のように偏光分離部１２ａを透過した後に偏光分離部５３ａで反射されて９０度曲げられ、投射レンズ５０１によってスクリーン６０１に投射される。
【００３７】
本実施例においても、光源３０１の光を二つの偏光分離部１１ａおよび１２ａによって分離した光をＳＬＭ４０１の入射読み出し光として使用し、かつ、ＳＬＭ４０１からの光を二つの偏光分離部１２ａおよび５３ａによってそれぞれ分離してからスクリーン６０１上に投射しているため、第１実施例と同様にコントラストの良い投射画像が得られる。また、第２実施例と同様に、偏光光学素子５の偏光分離部１１ａ，１２ａおよび５３ａとの間に空気層が無いため、光の損失を小さくすることができる。
【００３８】
なお、偏光光学素子５では、三つの偏光ビームスプリッターを接合して一体としたが、図４および５のように二つの偏光分離部が形成された偏光光学素子と偏光ビームスプリッターとを接合して一体としたり、図６のように四つの光学部材を接合して一体とすることもできる。
【００３９】
図９は、図７に示した投射装置の変形例であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｇ１−ｇ１線に沿って見た図であり、（Ｃ）は（Ａ）のｇ２矢視図である。図７と同一の部分は同一の符号を付した。なお、図９（Ａ）および図９（Ｃ）では、投射レンズ５０１およびスクリーン６０１を省略して示した。
【００４０】
図７の投射装置では図８の入射光Ａ１を光源光として用いたが、図９の投射装置では入射光Ｃ１を光源光として用いている。図９（Ｃ）で示すように、光源３０１の光を偏光光学素子５の側面側から偏光分離部１１ａに入射する。光源光は偏光分離部１１ａで分離され、透過光が破線で示すように偏光光学素子５から排出される。一方、偏光分離部１１ａの反射光は偏光分離部１２ａを透過して、入射読み出し光としてＳＬＭ４０１に出射される。上述したように、この入射読み出し光は第２偏光成分に第１偏光成分が混在する光である。ＳＬＭ４０１からの反射読み出し光は、図９（Ａ）のように偏光分離部１２ａで反射され、偏光分離部５３ａを透過した後に、投射レンズ５０１によってスクリーン６０１に投射される。この投射装置においても、図７の投射装置と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
以上の実施例においては、偏光光学素子に形成された偏光分離部が三つの場合について説明したが、偏光光学素子は四つ以上の偏光分離部が形成されてもよく、同様の効果が得られる。
【００４２】
以上説明した実施例と請求の範囲との対応において、投射レンズ５０１は投射光学系を構成する。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光源光および空間光変調素子で変調されて出射される光の各々を、少なくとも二つの偏光分離部によって偏光分離して、分離後の光を空間光変調素子の読み出し光およびスクリーンへの投射光としてそれぞれ用いるようにしたので、コントラストの良い投射画像を得ることができる。
また、一つの偏光分離部を光源光の分離と空間光変調素子で変調され出射される光の分離とに兼用して用いているため、偏光分離部の数を少なくすることができ、投射装置をコンパクトにすることができる。
さらに、請求項４の発明では、偏光ビームスプリッターを互いに接合しているため、偏光ビームスプリッター間に空気層が無く光量損失が小さく投射画像のコントラストの良い投射装置を得ることができる。
特に、請求項５および６の発明では、偏光光学素子を構成する接合部に偏光分離部を設けているため、光量損失をより小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る投射装置の第１実施例の概略構成を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｄ−ｄ線に沿って見た図である。
【図２】本発明に係る投射装置の第２実施例の概略構成を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｄ−ｄ線に沿って見た図である。
【図３】図１の偏光光学素子１の詳細を示す斜視図。
【図４】図１の投射装置における偏光光学素子の第２の例を示す斜視図。
【図５】図１の投射装置における偏光光学素子の第３の例を示す斜視図。
【図６】図１の投射装置における偏光光学素子の第４の例を示す斜視図。
【図７】本発明に係る投射装置の第３実施例の概略構成を示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｆ−ｆ線に沿って見た図であり、（Ｃ）は（Ａ）のｅ矢視図である。
【図８】図７の偏光光学素子５の詳細を示す斜視図。
【図９】図７の投射装置の変形例を図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のｇ１−ｇ１線に沿って見た図であり、（Ｃ）は（Ａ）のｇ２矢視図である。
【図１０】従来の投射装置の第１の例を示す概略構成図。
【図１１】図１０の空間光変調素子４０１を説明する断面図。
【図１２】従来の投射装置の第２の例を示す概略構成図あり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線に沿って見た図である。
【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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