(57)【要約】  液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に用いる光学ユニット（２０）は、立方体形状の無偏光クロスダイクロイックプリズム（２）に隣接してＰＢＳプリズム（２１）が配置され、ＰＢＳプリズム（２１）に面していない無偏光クロスダイクロイックプリズム（２）の側面２Ａ、２Ｂ、２Ｃに、３つの反射型液晶ライトバルブ（４Ｇ）、（４Ｒ）、（４Ｂ）を配置している。無偏光クロスダイクロイックプリズム（２）は、偏光特性に依存せずに入射光を波長分離あるいは合成可能であり、ＰＢＳプリズム（２１）側から入射した光を波長分離して各反射型液晶ライトバルブ（４Ｇ）、（４Ｒ）、（４Ｂ）に供給し、変調後に逆向きに無偏光クロスダイクロイックプリズム（２）に再入射した変調光を合成してフルカラーの合成光を生成し出力する。この無偏光クロスダイクロイックプリズム（２）を用いれば、４以上の変調光を合成した画像を生成可能な光学ユニットを、従来よりもコンパクトに構成できる。
2009041038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ字状に交差する第１ダイクロイック面と第２ダイクロイック面を備え、
前記第１ダイクロイック面は、第１透過波長域と第１反射波長域とを備え、
前記第２ダイクロイック面は、前記第１透過波長域と相違する第２透過波長域と、前記第１反射波長域と相違する第２反射波長域とを備え、
前記第１ダイクロイック面における前記第１透過波長域での透過率は、第１直線偏光光と、該第１直線偏光光に対して偏頗面が直交する第２直線偏光光とに対して同等、かつ、前記第１ダイクロイック面における前記第１反射波長域での反射率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等であり、
前記第２ダイクロイック面における前記第２透過波長域での透過率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等、かつ、前記第２ダイクロイック面における前記第２反射波長域での反射率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等であることを特徴とする無偏光クロスダイクロイックプリズム。
【請求項２】
請求項１に記載の無偏光クロスダイクロイックプリズムにおいて、
前記第１ダイクロイック面および前記第２ダイクロイック面は、４個の直角プリズム状に形成された透明基材を接合したことによって形成される２つの直交接合面に蒸着された誘電体多層膜によって形成されてなることを特徴とする無偏光クロスダイクロイックプリズム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無偏光クロスダイクロイックプリズムを備えた光学ユニットであって、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１端面から入射した光を３つの波長域の光に分離して第２端面、第３端面および第４端面の各々から出射するとともに、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々から入射した３つの波長域の光を合成して前記第１端面から出射する光路分離合成素子として用いられていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項４】
請求項１または２に記載の無偏光クロスダイクロイックプリズムを備えた光学ユニットであって、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１入射端面、第２入射端面および第３入射端面の各々から入射した３つの波長域の光を合成して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの出射端面から出射する光路合成素子として用いられていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項５】
請求項１または２に記載の無偏光クロスダイクロイックプリズムを備えた光学ユニットであって、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの入射端面から入射した光を３つの波長域の光に分離して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１出射端面、第２出射端面および第３出射端面の各々から出射する光路分離素子として用いられていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項６】
請求項３に記載の光学ユニットにおいて、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々から出射された光を変調して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々に向けて出射する第１反射型変調光学素子、第２反射型変調光学素子および第３反射型変調光学素子を備え、
前記第１反射型変調光学素子、前記第２反射型変調光学素子、および前記第３反射型変調光学素子により変調された変調光は、前記第１端面から出射されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項７】
請求項６に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１反射型変調光学素子は前記第２端面に対向配置され、
前記第２反射型変調光学素子は前記第３端面に対向配置され、
前記第３反射型変調光学素子は前記第４端面に対向配置されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項８】
請求項６に記載の光学ユニットにおいて、
さらに、
光源部と、
該光源部から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に到る光路上においてユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第１偏光分離素子と、
を有し、
前記光源部から出射された光は、前記第１偏光分離素子を介して前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に供給され、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面から出射された変調光は、前記第１偏光分離素子を介して出射されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項９】
請求項８に記載の光学ユニットにおいて、
さらに、
第４反射型変調素子と、
ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第２偏光分離素子と、
を有し、
前記光源部から出射された光は、前記第１偏光分離素子を介して前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に供給され、
前記第４反射型変調素子には前記第２偏光分離素子を介して光が供給され、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面から出射された変調光と、前記第４反射型変調素子により変調された後、前記第２偏光分離素子を介して出射された変調光とは、前記第１偏光分離素子により合成されて出射されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学ユニットにおいて、
さらに、前記光源部から出射された光の一部を前記第２偏光分離素子に導く導光系を備えていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１１】
請求項９に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１偏光分離素子は、透明な基材を直角三角柱状に形成した２個のプリズムの斜面同士を接合したプリズムであり、各斜面に形成された偏光分離層と、当該偏光分離層の間に挟まれた直線偏光板を備えていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１２】
請求項６に記載の光学ユニットにおいて、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズム、前記第１反射型変調光学素子、前記第２反射型変調光学素子および前記第３反射型変調光学素子からなる光学系を第１光学系と第２光学系として２組備えるとともに、
ランダム光を出射する光源部と、
ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた偏光分離素子と、
を有し、
前記光源部から出射されたランダム光のうち、前記第１直線偏光光は、前記第１偏光分離素子を介して前記第１光学系に供給されるとともに、前記第２直線偏光光は、前記偏光分離素子を介して前記第２光学系に供給され、
前記第１光学系から出射された変調光と、前記第２光学系から出射された変調光とは、前記偏光分離素子によって合成されて出射されることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１３】
請求項４に記載の光学ユニットにおいて、
前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１入射端面、前記第２入射端面および前記第３入射端面の各々には、第１変調光学素子、第２変調光学素子および第３変調光学素子から出射された異なる波長域の変調光が入射することを特徴とする光学ユニット。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子はいずれも、透過型変調光学素子であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１５】
請求項１３に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子はいずれも、反射型変調光学素子であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子を各々、２組ずつ備えるとともに、前記２組の第１変調光学素子、前記２組の第２変調光学素子、および前記２組の第３変調光学素子のいずれに対しても共通の光源部を備え、
前記光源部から前記２組の第１変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第１変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第１偏光分離素子によって合成され、
前記光源部から前記２組の第２変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第２変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第２偏光分離素子によって合成され、
前記光源部から前記２組の第３変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第３変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第３偏光分離素子によって合成されていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項１７】
請求項６乃至１６の何れか一項に記載の光学ユニットから出射された変調光を投射する投射光学系を備えていることを特徴と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、入射光をその偏光特性に依存することなく合成あるいは波長分離することが可能な無偏光クロスダイクロイックプリズム、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いた光学ユニット、および投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置としては、特許文献１に示すような画像表示装置が用いられている。特許文献１に示す画像表示装置では、まず、ダイクロイックミラーを用いて、光源からの光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の波長成分に分離し、次に、分離後の光を各波長帯に対応する透過型の変調光学素子に供給して画像信号に応じた変調を行い、次に、変調した光をクロスダイクロイックプリズムに３方向から入射して合成する。そして、合成されたフルカラーの画像投影光を、クロスダイクロイックプリズムから投射レンズに出力してスクリーンに投影する。【０００３】
また、特許文献２には、光源光の波長分離および変調後の各波長成分の光の合成を、単一のクロスダイクロイックプリズムを用いて行う反射型液晶プロジェクタ装置が記載されている。すなわち、特許文献２の図１８（Ａ）（Ｂ）には、光源からの光をＰＢＳプリズムによって偏光分離し、次に、ＰＢＳプリズムからの直線偏光成分をクロスダイクロイックプリズムに入射して赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の波長成分に分離し、次に、クロスダイクロイックプリズムの３面から各波長帯に対応する反射型の変調光学素子に供給し、変調した光を逆の光路に沿って再度クロスダイクロイックプリズムに入射して合成する装置が記載されている。
【特許文献１】特開２００８−１３９６８６号公報
【特許文献２】特開２００５−２３４１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２の各装置で用いられる従来のクロスダイクロイックプリズムは、Ｓ偏光成分の赤色光を反射するダイクロイック面およびＳ偏光成分の青色光を反射するダイクロイック面を直交させて形成し、各ダイクロイック面をＰ偏光成分の緑色光が透過するものである。従って、ランダム偏光成分を含む光源からの光の全光束を偏光特性に関係なく波長帯別に分離することができない。また、入射光をその偏光特性に依存することなく合成することもできない。そのため、光源光の利用効率が悪く明るさの損失が大きいという問題点がある。このような明るさ損失を少なくする方法としては、ランダム偏光成分を一旦２つの直線偏光成分に分離してから一方の偏光成分の偏光方向を回転させ、光源光の偏光方向を揃えることも提案されている。しかしながら、この方法では、光学系が複雑になり装置をコンパクト化することができないという問題点がある。【０００５】
また、投射型表示装置を用いて立体画像表示を行う場合には、右目用の画像と左目用の画像をＳ偏光画像とＰ偏光画像として作成し、これらを重ねてスクリーン上に投影して、左目と右目にそれぞれＳ偏光フィルタとＰ偏光フィルタを用いた偏光メガネをかけて見ることが行われている。このような立体画像表示をフルカラーで行うためには、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分についてそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの３つの波長帯用の変調光学素子を用いて変調光を作り出し、これらの合成画像を投影する必要がある。しかしながら、従来のクロスダイクロイックプリズムは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の両方を入射して合成することはできず、立体画像表示用の画像投影光を１つのクロスダイクロイックプリズムで合成することができない。よって、Ｓ偏光画像用とＰ偏光画像用の光学ユニットを別々に設ける必要があり、装置をコンパクト化することができないという問題点があった。【０００６】
このように、投射型表示装置では４以上の光を合成することができれば、従来よりも多次元で情報量の多い表示を行うことができる。例えば、１／２画素分だけずらした画像を重ねることにより、高精細な画像表示を行うことが提案されている。しかしながら、従来のクロスダイクロイックプリズムでは単一の偏光成分のみからなるＲ、Ｇ、Ｂの３つの変調光までしか合成することができないため、４以上の変調光を合成しようとすると光学ユニットの構成を単純化することができなかった。【０００７】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、入射光をその偏光特性に依存することなく、合成または／および波長分離を行なうことができる無偏光クロスダイクロイックプリズムを提供することにある。また、本発明の課題は、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いることにより、光の利用効率の低下を抑制することができ、構成の簡素化およびコンパクト化を図ることのできる光学ユニットおよび投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明では、クロスダイクロイックプリズムを無偏光クロスダイクロイックプリズムとして構成したことを特徴とする。すなわち、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムは、Ｘ字状に交差する第１ダイクロイック面と第２ダイクロイック面を備え、前記第１ダイクロイック面は、第１透過波長域と第１反射波長域とを備え、前記第２ダイクロイック面は、前記第１透過波長域と相違する第２透過波長域と、前記第１反射波長域と相違する第２反射波長域とを備え、前記第１ダイクロイック面における前記第１透過波長域での透過率は、第１直線偏光光と、該第１直線偏光光に対して偏頗面が直交する第２直線偏光光とに対して同等、かつ、前記第１ダイクロイック面における前記第１反射波長域での反射率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等であり、前記第２ダイクロイック面における前記第２透過波長域での透過率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等、かつ、前記第２ダイクロイック面における前記第２反射波長域での反射率は、前記第１直線偏光光と前記第２直線偏光光とに対して同等であることを特徴とする。本発明において、第１直線偏光光とは、Ｐ偏光光およびＳ偏光光のうちの一方を意味し、第２直線偏光光とは、Ｐ偏光光およびＳ偏光光のうちの他方を意味する。【０００９】
本発明において、前記第１ダイクロイック面および前記第２ダイクロイック面は、４個の直角プリズム状に形成された透明基材を接合したことによって形成される２つの直交接合面に蒸着された誘電体多層膜によって形成されてなる構成を採用することができる。【００１０】
本発明を適用したクロスダイクロイックプリズムは、無偏光クロスダイクロイックプリズムであるため、入射光の偏光特性を維持したままで、第１ダイクロイック面および第２ダイクロイック面を選択的に透過した波長成分と、第１ダイクロイック面で選択的に反射した波長成分と、第２ダイクロイック面で選択的に反射した波長成分の３つの波長成分に分離することができる。また、異なる偏光方向の偏光成分を単一の無偏光クロスダイクロイックプリズムに入射して合成することができる。よって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の両方を単一の無偏光クロスダイクロイックプリズムに入射して合成することが可能となり、光学ユニットの簡素化および装置のコンパクト化を図ることができる。【００１１】
本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムは、光学ユニットにおいて以下の３つの用途に供される。【００１２】
まず、第１の用途は、光路分離合成素子としての用途である。この場合、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１端面から入射した光を３つの波長域の光に分離して第２端面、第３端面および第４端面の各々から出射するとともに、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々から入射した３つの波長域の光を合成して前記第１端面から出射する。本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムでは、プリズム内で光が往復するうちに波長分離と合成とを行うことができるので、無偏光クロスダイクロイックプリズムの各端面に反射型変調光学素子を対向配置したコンパクトな構成で、画像信号に応じたフルカラーの画像光を出力できる。また、供給光の偏光特性に依存せずに波長分離および合成を行うことができるので、偏光分離素子や偏光方向を回転させるための光学素子を減らすことができ、光学ユニットの簡素化およびコンパクト化を図ることができる。【００１３】
第２の用途は、光路合成素子としての用途である。この場合、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１入射端面、第２入射端面および第３入射端面の各々から入射した３つの波長域の光を合成して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの出射端面から出射する。従って、第１入射端面、第２入射端面および第３入射端面の各々から無偏光クロスダイクロイックプリズム内に各色の変調光を入射させれば、出射端面からフルカラーの画像光を出力できる。【００１４】
第３の用途は、光路分離素子としての用途である。この場合、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムは、当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの入射端面から入射した光を３つの波長域の光に分離して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１出射端面、第２出射端面および第３出射端面の各々から出射する。従って、第１出射端面、第２出射端面および第３出射端面の各々に撮像素子を配置すれば、入射した光を色分離して各撮像素子で撮影することができる。その際、第１直線偏光光および第２直線偏光光の双方が十分な光量をもって撮像素子に到達するので、明るく撮像することができる。【００１５】
本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムを光路分離合成素子として用いた光学ユニットでは、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々から出射された光を変調して当該無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第２端面、前記第３端面および前記第４端面の各々に向けて出射する第１反射型変調光学素子、第２反射型変調光学素子および第３反射型変調光学素子を備え、前記第１反射型変調光学素子、前記第２反射型変調光学素子、および前記第３反射型変調光学素子により変調された変調光は、前記第１端面から出射される構成を採用することができる。【００１６】
この場合、前記第１反射型変調光学素子は前記第２端面に対向配置され、前記第２反射型変調光学素子は前記第３端面に対向配置され、前記第３反射型変調光学素子は前記第４端面に対向配置されることが好ましい。かかる構成によれば、小型の光学ユニットにおいて、波長分離、光の変調、変調光の合成を行うことができる。【００１７】
本発明に係る光学ユニットは、さらに、光源部と、該光源部から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に到る光路上においてユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第１偏光分離素子と、を有し、前記光源部から出射された光は、前記第１偏光分離素子を介して前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に供給され、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面から出射された変調光は、前記第１偏光分離素子を介して出射される。かかる構成では、無偏光クロスダイクロイックプリズムから出射される光のうち、無偏光クロスダイクロイックプリズムに入射する光と偏光方向が異なる偏光光を利用して表示を行なう。この場合でも、無偏光クロスダイクロイックプリズムは、波長分離および合成の際の偏光依存性がないので、光量損失が極めて小さい。【００１８】
本発明に係る光学ユニットは、さらに、第４反射型変調素子と、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第２偏光分離素子と、を有し、前記光源部から出射された光は、前記第１偏光分離素子を介して前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面に供給され、前記第４反射型変調素子には前記第２偏光分離素子を介して光が供給され、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１端面から出射された変調光と、前記第４反射型変調素子により変調された後、前記第２偏光分離素子を介して出射された変調光とは、前記第１偏光分離素子により合成されて出射される構成を採用することができる。かかる構成によれば、光学ユニットを大型化することなく、４つの反射型変調素子により変調された光を利用して画像を表示することができる。それ故、画像情報を増やすことができるので、スーパーハイビジョン画像などの表示に容易に対応することができる。【００１９】
この場合、さらに、前記光源部から出射された光の一部を前記第２偏光分離素子に導く導光系を備えていることが好ましい。かかる構成によれば、光源を増やすことなく、４つの反射型変調素子により変調を行なうことができる。【００２０】
本発明において、前記第１偏光分離素子は、透明な基材を直角三角柱状に形成した２個のプリズムの斜面同士を接合したプリズムであり、各斜面に形成された偏光分離層と、当該偏光分離層の間に挟まれた直線偏光板を備えていることが好ましい。【００２１】
本発明に係る光学ユニットにおいて、前記無偏光クロスダイクロイックプリズム、前記第１反射型変調光学素子、前記第２反射型変調光学素子および前記第３反射型変調光学素子からなる光学系を第１光学系と第２光学系として２組備えるとともに、ランダム光を出射する光源部と、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた偏光分離素子と、を有し、前記光源部から出射されたランダム光のうち、前記第１直線偏光光は、前記第１偏光分離素子を介して前記第１光学系に供給されるとともに、前記第２直線偏光光は、前記偏光分離素子を介して前記第２光学系に供給され、前記第１光学系から出射された変調光と、前記第２光学系から出射された変調光とは、前記偏光分離素子によって合成されて出射されることが好ましい。かかる構成によれば、光源部から出射されたランダム光に含まれる第１直線偏光光を第１光学系に供給して変調を行なうことができるとともに、第２直線偏光光を第１光学系に供給して変調を行なうことができる。それ故、光学ユニットを大型化することなく、６つの反射型変調素子により変調された光を利用して画像を表示することができる。それ故、第１光学系と第２光学系との間で画像の投射位置をずらせば、立体画像を生成することができる。【００２２】
本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムを光路合成素子として用いた光学ユニットでは、前記無偏光クロスダイクロイックプリズムの前記第１入射端面、前記第２入射端面および前記第３入射端面の各々には、第１変調光学素子、第２変調光学素子および第３変調光学素子から出射された異なる波長域の変調光が入射する構成を有する。【００２３】
この場合、前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子はいずれも、透過型変調光学素子である構成を採用することができる。【００２４】
また、前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子はいずれも、反射型変調光学素子である構成を採用してもよい。この場合、本発明に係る光学ユニットは、前記第１変調光学素子、前記第２変調光学素子および前記第３変調光学素子を各々、２組ずつ備えるとともに、前記２組の第１変調光学素子、前記２組の第２変調光学素子、および前記２組の第３変調光学素子のいずれに対しても共通の光源部を備える構成を採用することができる。この場合、前記光源部から前記２組の第１変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第１変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第１偏光分離素子によって合成され、前記光源部から前記２組の第２変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第２変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第２偏光分離素子によって合成され、前記光源部から前記２組の第３変調光学素子に向かう光路と、当該２組の第３変調光学素子から前記無偏光クロスダイクロイックプリズムに向かう変調光の光路とは、ユニット光軸に対して４５°の角度で傾いた偏光分離面を備えた第３偏光分離素子によって合成されることが好ましい。かかる構成によれば、光源部から出射されたランダム光に含まれる第１直線偏光光を一方の組の変調光学素子に供給して変調を行なうことができるとともに、第２直線偏光光を他方の組の変調光学素子に供給して変調を行なうことができる。それ故、光学ユニットを大型化することなく、６つの反射型変調素子により変調された光を利用して画像を表示することができる。それ故、第１光学系と第２光学系との間で画像をずらせば、立体画像を生成することができる。【００２５】
本発明を適用した光学ユニットは投射型表示装置に用いることができ、かかる投射型表示装置は、光学ユニットから出射された変調光を投射する投射光学系を備えることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムおよびその用途を示す説明図である。
【図２】本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムの分光特性を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態１の光学ユニットの概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態１の変形例に係る光学ユニットの概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態２の光学ユニットの概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態３の光学ユニットの概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態３の変形例の光学ユニットの概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態４の光学ユニットの概略構成図である。
【図９】本発明の実施形態５の光学ユニットの概略構成図である。
【図１０】本発明の実施形態６の光学ユニットの概略構成図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［無偏光クロスダイクロイックプリズムの説明］
（無偏光クロスダイクロイックプリズムの構成）
図１は、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムおよびその用途を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムを色光の分離・合成用に用いた場合の説明図、色光合成用に用いた場合の説明図、および色光分離用に用いた場合の説明図である。図２は、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムの分光特性を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１のダイクロイック面６ＡのＳ偏光成分とＰ偏光成分の光についての分光透過特性、第２のダイクロイック面６ＢのＳ偏光成分とＰ偏光成分の光についての分光透過特性、および各色の光に対する透過率の偏光方向依存性を示してある。なお、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す特性は、ダイクロイック面に光が４５°の角度で入射したときの特性である。【００２８】
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すクロスダイクロイックプリズムは、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２であり、４個の直角プリズム状に形成された透明ガラス基材の面同士を接合することにより立方体形状に形成されている。接合された各面は、直交する２つの接合面を形成しており、各接合面には、蒸着などにより積層された誘電体多層膜からなる第１ダイクロイック面６Ａおよび第２ダイクロイック面６Ｂが形成されている。第１ダイクロイック面６Ａは、長波長帯の波長成分である赤色光Ｒのみを選択的に反射する。第１ダイクロイック面６Ｂは、短波長帯の波長成分である青色光Ｂのみを選択的に反射する。【００２９】
図２（ａ）に示すように、第１ダイクロイック面６Ａは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分についてほぼ同様の分光透過特性を有している。すなわち、第１ダイクロイック面６Ａにおける第１透過波長域Ｗ１１での透過率は、第１直線偏光光（Ｐ偏光光およびＳ偏光光のうちの一方）と、この第１直線偏光光に対して偏頗面が直交する第２直線偏光光（Ｐ偏光光およびＳ偏光光のうちの他方）とに対して同等、かつ、第１ダイクロイック面６Ａにおける第１反射波長域Ｗ２１での反射率は、第１直線偏光光と第２直線偏光光とに対して同等である。また、図２（ｂ）に示すように、第２ダイクロイック面６Ｂにおける第１透過波長域Ｗ１２での透過率は、第１直線偏光光と第２直線偏光光とに対して同等、かつ、第２ダイクロイック面６Ｂにおける第２反射波長域Ｗ２２での反射率は、第１直線偏光光と第２直線偏光光とに対して同等である。従って、第１ダイクロイック面６Ａおよび第２ダイクロイック面６Ｂは各々、入射光に含まれる赤色光および青色光を、その偏光特性に依存することなくほぼ１００％反射する。本発明において、第１直線偏光光と第２直線偏光光とに対して透過率や反射率が同等とは、第１直線偏光光と第２直線偏光光とにおいて透過率や反射率がエネルギー量で同一の値である場合の他、偏光光を第１直線偏光光と第２直線偏光光とにおいて入れ替えても、輝度などが実質的に変化しない程度にエネルギー量が多少相違している場合を含む意味である。従って、第１直線偏光光と第２直線偏光光とに対して透過率や反射率が同等という意味には、第１直線偏光光と第２直線偏光光とにおいて透過率や反射率がエネルギー量で３％以下の限度において相違する場合、好ましくはエネルギー量で２％以下の限度において相違する場合、さらに好ましくはエネルギー量で１％以下の限度において相違する場合を含むことがある。【００３０】
また、図２（ｃ）には、従来のクロスダイクロイックプリズムと、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２における各色の光の透過率における偏光方向依存性を示してある。従来のクロスダイクロイックプリズムでは、各色の光のＰ偏光成分については透過率がほぼ１００％であるものの、Ｓ偏光成分については、かなり透過率が低くなっている。これに対し、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２では、緑色光の透過率は、どの偏光方向でも常にほぼ１００％である。従って、無偏光クロスダイクロイックプリズム２は、入射光に含まれる緑色光を、その偏光特性に依存することなくほぼ１００％透過するといえる。【００３１】
このような特性により、無偏光クロスダイクロイックプリズム２にランダム偏光を含む入射光が入射すると、入射光はその偏光特性を維持したまま波長分離され、入射光の偏光特性と一致する偏光特性を有する反射光および透過光が得られる。かかる無偏光クロスダイクロイックプリズム２は、第１ダイクロイック面６Ａおよび第２ダイクロイック面６Ｂを構成する誘電体多層膜を形成する際、シリコン酸化膜などの低屈折率層と、チタン酸化膜などの高屈折率層との間に中間層を設けるなどの方法により実現することができる。【００３２】
（無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１の用途）
図１（ａ）に示すように、本発明に係る無偏光クロスダイクロイックプリズム２は、光学ユニットにおいて、光路分離合成素子として用いることができる。この場合、第１端面２３１から入射した光を３つの波長域の光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）に分離して第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４の各々から出射する。また、第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４の各々から入射した３つの波長域の光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を合成して第１端面２３１から出射する。従って、無偏光クロスダイクロイックプリズム２の第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４の各々に第１反射型変調光学素子４Ｒ、第２反射型変調光学素子４Ｇ、および第３反射型変調光学素子４Ｂを配置すれば、第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４の各々から出射された光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を各々、第１反射型変調光学素子４Ｒ、第２反射型変調光学素子４Ｇ、および第３反射型変調光学素子４Ｂによって変調した後、かかる変調光を第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４を介して再び、無偏光クロスダイクロイックプリズム２に入射させれば、変調後の光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を無偏光クロスダイクロイックプリズム２によって合成し、第１端面２３１から出射することができる。【００３３】
かかる第１反射型変調光学素子４Ｒ、第２反射型変調光学素子４Ｇ、および第３反射型変調光学素子４Ｂとしては、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）などの反射型液晶装置やＤＭＤ(Digital Mirror Device）などを用いることができる。【００３４】
第１反射型変調光学素子４Ｒ、第２反射型変調光学素子４Ｇ、および第３反射型変調光学素子４ＢとしてＤＭＤを用いた場合、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２を用いれば、Ｐ偏光光およびＳ偏光光のいずれについても損失がほとんど発生しないので、光の利用効率が高い。【００３５】
また、第１反射型変調光学素子４Ｒ、第２反射型変調光学素子４Ｇ、および第３反射型変調光学素子４Ｂとして反射型液晶装置を用いた場合、第１端面２３１に入射する光を偏光分離素子などによって、Ｓ偏光光にしておき、変調光に含まれるＰ偏光光によって画像を表示する。あるいは、第１端面２３１に入射する光を偏光分離素子などによって、Ｐ偏光光にしておき、変調光に含まれるＳ偏光光によって画像を表示する。かかる構成の場合、光が第１端面２３１から第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４に向かう際と、光が第２端面２３２、第３端面２３３および第４端面２３４から第１端面２３１に向かう際とでは、偏光方向が相違する直線偏光光を利用することになる。かかる場合でも、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２を用いれば、光の損失がほとんど発生しないので、光の利用効率が高い。【００３６】
（無偏光クロスダイクロイックプリズムの第２の用途）
図１（ｂ）に示すように、本発明に係る無偏光クロスダイクロイックプリズム２は、光学ユニットにおいて、光路合成素子として用いることができる。この場合、第１入射端面２２１、第２入射端面２２２および第３入射端面２２３の各々から入射した３つの波長域の光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を合成して出射端面２２０から出射する。従って、透過型液晶装置によって変調した光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）を第１入射端面２２１、第２入射端面２２２および第３入射端面２２３の各々から無偏光クロスダイクロイックプリズム２内に入射させれば、出射端面２２０からフルカラーの画像光を出力できる。かかる構成の場合、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズム２を用いれば、変調光に含まれるＳ偏光成分、およびＰ偏光成分のいずれを利用して画像を表示する場合でも、光の損失がほとんど発生しないので、光の利用効率が高い。【００３７】
（無偏光クロスダイクロイックプリズムの第３の用途）
図１（ｃ）に示すように、本発明に係る無偏光クロスダイクロイックプリズム２は、光学ユニットにおいて、光路分離素子として用いることができる。この場合、入射端面２１０から入射した白色光を３つの波長域の光（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）に分離して無偏光クロスダイクロイックプリズムの第１出射端面２１１、第２出射端面２１２および第３出射端面２１３の各々から出射する。従って、第１出射端面２１１、第２出射端面２１２および第３出射端面２１３の各々に撮像素子を配置すれば、入射端面２１０から入射した光を色分離して各撮像素子で撮影することができる。その際、Ｓ偏光光およびＰ偏光光のいずれにおいても、光の損失がほとんど発生しないので、光の利用効率が高い。【００３８】
［光学ユニットの詳細な説明］
以下、本発明に係る無偏光クロスダイクロイックプリズム２を用いた光学ユニット〈投射型表示装置〉の実施形態を順次、説明する。以下の説明において、図３〜図８を参照して説明する実施の形態１〜４に係る光学ユニットは、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムを図１（ａ）に示す第１の用途に用いた例である。また、図９および図１０を参照して説明する実施の形態５、６に係る光学ユニットは、本発明を適用した無偏光クロスダイクロイックプリズムを図１（ｂ）に示す第２の用途に用いた例である。【００３９】
なお、以下に説明する実施形態１〜６の各光学ユニットは、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置が内蔵する光学ユニットとして用いられる。また、高精細画像や立体画像などを投影できるので、ハイビジョンプロジェクタや立体画像投射装置などの光学ユニットとして用いることができ、これらの装置をコンパクトに構成することができる。【００４０】
（実施形態１）
図３および図４は、実施形態１に係る光学ユニット、およびその変形例に係る光学ユニットの概略構成図である。光学ユニット１は、隣接して配置されている立方体形状の無偏光クロスダイクロイックプリズム２およびＰＢＳプリズム３と、無偏光クロスダイクロイックプリズム２におけるＰＢＳプリズム３側とは反対側の面２Ａとその両側の面２Ｂ、２Ｃに対向して配置されている３つの反射型液晶ライトバルブ（反射型変調光学素子）４Ｇ、４Ｒ、４Ｂと、無偏光クロスダイクロイックプリズム２からＰＢＳプリズム３を通ってその先に延びている直線状の光路Ｌ上に配置されている直線偏光板５および投影レンズ４７を備えている。この光学ユニット１は、３つの反射型液晶ライトバルブを有する３板式の光学ユニットである。【００４１】
ＰＢＳプリズム３内には、光路Ｌ（ユニット光軸方向）に対して４５°傾いている偏光分離面３ａが形成されている。光路Ｌと直交する方向に向かってＰＢＳプリズム３に入射した光源Ａ側からの供給光Ｉは、偏光分離面３ａによってＳ偏光光束Ｉｓのみが無偏光クロスダイクロイックプリズム２側に反射され、Ｐ偏光光束Ｉｐは偏光分離面３ａを透過して直進する。なお、ＰＢＳプリズム３の代わりに、パネル状偏光分離素子や金属スリット構造のワイヤーグリッドなどを用いて供給光Ｉを偏光分離してもよい。【００４２】
無偏光クロスダイクロイックプリズム２に入射したＳ偏光成分Ｉｓは、第１ダイクロイック面６Ａおよび第２ダイクロイック面６Ｂに対して４５°傾いている方向から入射しているので、このＳ偏光成分Ｉｓに含まれる緑色光Ｇが第１ダイクロイック面６Ａおよび第２ダイクロイック面６Ｂを透過して面２Ａに向かう光路Ｌ１を直進し、反射型液晶ライトバルブ４Ｇに入射する。一方、第１ダイクロイック面６Ａによって反射された赤色光Ｒは面２Ｂに向かう光路Ｌ２を直進し、反射型液晶ライトバルブ４Ｒに入射する。同様に、第２ダイクロイック面６Ｂによって反射された青色光Ｂは面２Ｃに向かう光路Ｌ３を直進し、反射型液晶ライトバルブ４Ｂに入射する。【００４３】
反射型液晶ライトバルブ４Ｇは、入射するＳ偏光成分の緑色光Ｇに対して画像信号に応じた変調を行い、Ｐ偏光成分の緑色の変調光Ｇ１に変換して入射方向と逆方向に出射する。また、反射型液晶ライトバルブ４Ｒは、入射するＳ偏光成分の赤色光Ｒに対して画像信号に応じた変調を行い、Ｐ偏光成分の赤色の変調光Ｒ１に変換して入射方向と逆方向に出射する。同様に、反射型液晶ライトバルブ４Ｂは、入射するＳ偏光成分の青色光Ｂに対して画像信号に応じた変調を行い、Ｐ偏光成分の青色の変調光Ｂ１に変換して入射方向と逆方向に出射する。【００４４】
Ｐ偏光成分の変調光Ｇ１、Ｒ１、Ｂ１は、それぞれ無偏光クロスダイクロイックプリズム２の面２Ａ、２Ｂ、２Ｃに入射して、光路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を変調前とは逆方向に進む。そして、変調光Ｇ１は第１ダイクロイック面６Ａおよび第１ダイクロイック面６Ｂを透過して直進する。また、変調光Ｒ１は第１ダイクロイック面６Ａに反射されて変調光Ｇ１の直進方向と同一方向に方向転換され、変調光Ｂ１は第２ダイクロイック面６Ｂに反射されて変調光Ｇ１の直進方向と同一方向に方向転換される。このようにして、変調光Ｇ１、Ｒ１、Ｂ１が重なり、３色の光を含むフルカラーの合成光Ｉｔとなる。合成光Ｉｔは、無偏光クロスダイクロイックプリズム２の面２Ｄから出射してＰＢＳプリズム３に入射する。合成光ＩｔはＰ偏光成分であるので、偏光分離面３ａを透過して光路Ｌに沿って進み、直線偏光板５を通過する際に不要なＳ偏光成分が除去されてコントラストが向上され、投影レンズ４７を経由して図示しないスクリーン等に投影される。【００４５】
なお、上記実施形態１における直線偏光板５および投影レンズ４７と、光源Ａの配置を、図４に示すように入れ替えることも可能である。この場合には、Ｐ偏光成分が無偏光クロスダイクロイックプリズム２に入射する。よって、反射型液晶ライトバルブ４Ｇ、４Ｒ、４Ｂにより、Ｐ偏光成分の各色の光を変調して、Ｓ偏光成分の各色の変調光を光路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に戻す。これにより、Ｓ偏光成分の合成光がＰＢＳプリズム３に入射し、偏光分離面３ａによって反射され直線偏光板５および投影レンズ４７側に向かう。【００４６】
以上のように、実施形態１では、無偏光クロスダイクロイックプリズム２に光源からの光を入射して反射型液晶ライトバルブ４Ｇ、４Ｒ、４Ｂで変調した光を再度無偏光クロスダイクロイックプリズム２に戻し、偏光特性に依存することなく入射光の波長分離および変調光の合成を行うことができるので、無偏光クロスダイクロイックプリズム２の各面に反射型液晶ライトバルブ４Ｇ、４Ｒ、４Ｂを対向配置したコンパクトな構成で、画像信号に応じたフルカラーの画像光を出力できる。また、ＰＢＳプリズム３によって、光源Ａからの供給光の入射方向と合成光の出射方向が重ならないようにすることができる。【００４７】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る光学ユニットの概略構成図である。光学ユニット１１は、実施形態１の光学ユニット１における光源Ａとして赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤＡ１、Ａ２、Ａ３を用いたものであり、これらのＬＥＤの光を合成するためのクロスダイクロイックミラー１２および合成光の偏光成分を揃えるための直線偏光板１３を備えている。実施形態２における無偏光クロスダイクロイックプリズム２、ＰＢＳプリズム３、反射型液晶ライトバルブ４Ｇ、４Ｒ、４Ｂ、直線偏光板５および投影レンズ４７の構成は実施形態１と同一であるので説明を省略する。【００４８】
クロスダイクロイックミラー１２は、ＰＢＳプリズム３に向かう入射光路Ｌ４上に配置されており、直交する各ミラーは入射光路Ｌ４に対して４５°傾いている。ＬＥＤＡ１、Ａ２、Ａ３は、このクロスダイクロイックミラー１２を３方向から囲むように配置されている。すなわち、ＬＥＤＡ１、Ａ３はクロスダイクロイックミラー１２を挟んで対向しており、ＬＥＤＡ２はＰＢＳプリズム３側からみてクロスダイクロイックミラー１２の背後に配置されている。ＬＥＤＡ２からの緑色光Ｉｇは、クロスダイクロイックミラー１２を通過してＰＢＳプリズム３側に向かって直進する。また、ＬＥＤＡ１、Ａ３からの赤色光Ｉｒおよび青色光Ｉｂは各ミラーによってＰＢＳプリズム３側に反射される。よって、ＰＢＳプリズム３に向かう光は、ＬＥＤＡ１、Ａ２、Ａ３からの各色の光の合成光である白色光Ｉｗとなる。【００４９】
この白色光Ｉｗは、Ｓ偏光成分のみを選択的に透過する直線偏光板１３によって不要なＰ偏光成分が除去されて偏光成分が揃えられた後、ＰＢＳプリズム３に光源からの供給光として入射する。入射光はＳ偏光成分であるので全成分が偏光分離面３ａによって反射され、無偏光クロスダイクロイックプリズム２に入射する。【００５０】
ＬＥＤの光は距離減衰が大きいため、実施形態２のような光路が短いコンパクトな光学ユニット１１の光源として適している。つまり、実施形態２の構成により、ＬＥＤ光源の光を有効に利用できる。【００５１】
（実施形態３）
図６は、実施形態３の光学ユニットの概略構成図であり、４つの変調光学素子を用いた構成例である。図６に示すように、光学ユニット２０は、４つの反射型液晶ライトバルブを有する４板式の光学ユニットである。光学ユニット２０は、実施形態１の光学ユニット１におけるＰＢＳプリズム３と入れ替えて配置されている直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１（第１偏光分離素子）と、直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１の光源Ａ側とは反対側に順に配置されている直線偏光板２２、１／２λ位相差板２３、ＰＢＳプリズム２４（第２偏光分離素子）、反射型液晶ライトバルブ２５を備えている。実施形態３の光学ユニット２０における無偏光クロスダイクロイックプリズム２、反射型液晶ライトバルブ４Ｇ、４Ｒ、４Ｂおよび投影レンズ４７の構成は実施形態１と同一であるので説明を省略する。なお、この実施形態では、直線偏光板５を省略している。【００５２】
直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１は、透明ガラス基材などを直角三角柱状に形成した２個のプリズムの各斜面にＳ偏光光束を反射しＰ偏光光束を透過するＰＢＳコート層２１ａ、２１ｂを形成した後、Ｐ偏光光束のみを透過させる直線偏光板２１ｃを挟んで斜面同士を接合し、ＰＢＳコート層（偏光分離層）２１ａ、２１ｂの間に直線偏光板２１ｃを内封したものである。このような構造により、直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１は、任意の方向から入射する光のＳ偏光光束のみを反射すると共に、任意の方向から入射して透過する光からＳ偏光光束を除去して、Ｐ偏光光束に揃える。【００５３】
ＰＢＳプリズム２４には、光源Ａから直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１に向かう光路に対して４５°傾いている偏光分離面２４ａが形成されている。この偏光分離面２４ａは、直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１におけるＰＢＳコート層２１ａ、２１ｂおよび直線偏光板２１ｃの傾き方向と直交している。ＰＢＳプリズム２４には、外部から光路Ｌと平行な方向にＳ偏光光束の緑色光Ｇ２が入射する。この緑色光Ｇ２は、偏光分離面２４ａで反射され、光路Ｌ５を通って反射型液晶ライトバルブ２５に入射する。反射型液晶ライトバルブ２５は、入射するＳ偏光光束の緑色光Ｇ２に対して画像信号に応じた変調を行い、Ｐ偏光光束の緑色の変調光Ｇ３に変換して入射方向とは逆方向に出射する。Ｐ偏光光束の変調光Ｇ３は、光路Ｌ５を変調前とは逆方向に進み、偏光分離面２４ａを通過して直進する。そして、１／２λ波長板を通過する際に偏光方向が回転してＳ偏光光束の緑色光となり、直線偏光板でＳ偏光光束以外の不要な偏光成分が除去された後、直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１に入射する。そして、ＰＢＳコート層２１ｂによって反射されて、投影レンズ４７側を向いて光路Ｌに沿って進む。【００５４】
無偏光クロスダイクロイックプリズム２では、実施形態１と同様にフルカラーの合成光Ｉｔを生成するので、この合成光Ｉｔと変調光Ｇ３が重なって直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１内で合成される。この合成光は、３色のＰ偏光光束の変調光と１つのＳ偏光光束の緑色光を合成したものであるので、３色の変調光を合成した画像よりも情報量が高い画像が得られる。例えば、より自然な色調のフルカラーの画像が得られる。人間の目の視感度は緑色光に対して最も感度が高く明るく感じるので、緑色光を追加することにより、画像の明るさや分解能を効率的に高めることができる。【００５５】
このとき、２つ目の緑色変調光Ｇ３を、１つ目の緑色変調光Ｇ１に対して最小画素単位の１／２の寸法だけずれた状態で重なる変調光とするように反射型液晶ライトバルブ２５における変調制御を行うことにより、緑色の最小画素寸法が、制御用の画像信号における画素寸法の１／２の寸法になったのと同等の効果が得られる。よって、従来どおりの画素寸法の画像信号によって、従来よりも高精細な画像を得ることができる。【００５６】
（実施形態３の変形例）
図７は、この実施形態３の変形例の光学ユニット３０の概略構成図である。光学ユニット３０では、反射型液晶ライトバルブ２５に供給する緑色光として、光源Ａからの供給光から分離した緑色光を用いる。そのため、光源Ａと直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１との間に、緑色の波長成分のほぼ半分だけを反射するＧハーフミラー３１を配置し、このＧハーフミラー３１によって直線偏光板内封両面ＰＢＳプリズム２１に向かう供給光Ｉから分離された緑色光を直線偏光化してＳ偏光光束に揃えてからＰＢＳプリズム２４に入射させるためのミラー３２、３３および直線偏光板３４などからなる導光系を設けている。なお、ミラー３３と直線偏光板３４の変わりに偏光ビームスプリッタなどを用いてもよく、これらの構成は適宜変更できる。【００５７】
光学ユニット３０で生成される合成光は、光量は実施形態１、２のような３板式の光学ユニットと同等であるが、緑色光を２つの変調光に分割して別々の変調光にすることができるので、上記のように情報量が高く高精細な画像を得ることができる。【００５８】
（実施形態４）
図８は、実施形態４の光学ユニットの概略構成図であり、無偏光クロスダイクロイックプリズム、第１反射型変調光学素子、第２反射型変調光学素子および第３反射型変調光学素子からなる光学系を第１光学系と第２光学系として２組備える形態である。【００５９】
図８において、光学ユニット４１は、６つの反射型液晶ライトバルブを有する６板式の光学ユニットである。光学ユニット４１は、ＰＢＳプリズム４２と、このＰＢＳプリズム４２の隣接する２側面側にそれぞれ配置されている２つの無偏光クロスダイクロイックプリズム４３、４４と、一方の無偏光クロスダイクロイックプリズム４３におけるＰＢＳプリズム４２側とは反対側の面およびその両側の面に配置されている反射型液晶ライトバルブ４５Ｇ、４５Ｒ、４５Ｂと、もう一方の無偏光クロスダイクロイックプリズム４４におけるＰＢＳプリズム４２側とは反対側の面およびその両側の面に配置されている反射型液晶ライトバルブ４６Ｇ、４６Ｒ、４６Ｂと、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３からＰＢＳプリズム４２を通ってその先に延びている直線状の光路Ｌ上に配置されている投影レンズ４７を備えている。無偏光クロスダイクロイックプリズム４３、４４は、上述した各実施形態における無偏光クロスダイクロイックプリズム２と同一の構成である。【００６０】
光源ＡからＰＢＳプリズム４２に入射した供給光Ｉに含まれているＳ偏光光束Ｉｓは、偏光分離面４２ａによって反射されて無偏光クロスダイクロイックプリズム４３に入射する。また、入射した供給光Ｉに含まれているＰ偏光光束Ｉｐは、偏光分離面４２ａを透過して無偏光クロスダイクロイックプリズム４４に入射する。無偏光クロスダイクロイックプリズム４３に入射したＳ偏光光束Ｉｓは、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３および反射型液晶ライトバルブ４５Ｇ、４５Ｒ、４５Ｂからなる第１光学系によって実施形態１と同様に波長分離されて変調され、Ｐ偏光光束のフルカラーの合成光となってＰＢＳプリズム４２に再入射する。そして、無偏光クロスダイクロイックプリズム４４に入射したＰ偏光光束Ｉｐは、偏光特性に依存せずに波長分離および合成が可能な無偏光クロスダイクロイックプリズム４４および反射型液晶ライトバルブ４６Ｇ、４６Ｒ、４６Ｂからなる第２光学系によって、Ｓ偏光光束Ｉｓと同様に波長分離され、反射型液晶ライトバルブ４６Ｇ、４６Ｒ、４６Ｂによって変調されて、Ｓ偏光光束のフルカラーの合成光となってＰＢＳプリズム４２に再入射する。ＰＢＳプリズム４２内では、偏光分離面４２ａによって無偏光クロスダイクロイックプリズム４４側からのＳ偏光光束の合成光が反射されて投影レンズ４７側に進む。また、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３側からのＰ偏光光束の合成光は偏光分離面４２ａを通過して直進するので、Ｓ偏光光束の合成光とＰ偏光光束の合成光が重ね合わされる。【００６１】
以上のように、光学ユニット４１は、２つの無偏光クロスダイクロイックプリズム４３、４４をＰＢＳプリズム４２に隣接させて各無偏光クロスダイクロイックプリズムを囲んで３個ずつの反射型液晶ライトバルブを配置したコンパクトな構成によって、フルカラーのＰ偏光光束の画像光とＳ偏光光束の画像光を１つに合成して投影レンズ４７からスクリーンに投影することができる。無偏光クロスダイクロイックプリズム４３、４４は偏光特性に依存せずに波長分離および合成を行うことができるため、同一のものを用いることができる。このようにすれば、６つの変調光を合成した画像が得られるので、上記実施形態の３板式、４板式よりもさらに情報量が多い画像が得られる。また、本実施形態では、ＰＢＳプリズム４２によって偏光分離したＰ偏光光束からフルカラーの合成光を生成してＳ偏光光束から生成した合成光と重ね合わせているので、最終的に得られた画像は光源からの供給光の利用効率が高く、明るさ損失が少ない画像となる。【００６２】
また、この光学ユニット４１を、立体画像をスクリーンに投影するために用いることができる。立体画像を投影する場合には、右目用の画像信号と左目用の画像信号のいずれか一方に基づいて無偏光クロスダイクロイックプリズム４３でＰ偏光光束の画像光を生成し、他方に基づいて無偏光クロスダイクロイックプリズム４４でＳ偏光光束の画像光を生成する。そして、これらをＰＢＳプリズム４２で１つに重ね合わせて投影する。この画像は、右目と左目に偏光方向が異なる偏光板を用いた観賞用メガネをかけて鑑賞することにより右目と左目にそれぞれ異なる画像を視認させることができ、立体画像を認識させることができる。【００６３】
（実施形態５）
図９は、実施形態５の光学ユニット５１の概略構成図であり、計６つの透過型の変調光学素子を用いた例である。図９において、光学ユニット５１は、変調光学素子として反射型液晶ライトバルブの代わりに透過型液晶ライトバルブを用いたものである。すなわち、光学ユニット５１は、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３を３方向から囲んで配置されている透過型液晶ライトバルブ５２Ｇ、５２Ｒ、５２Ｂと、無偏光クロスダイクロイックプリズム４４を３方向から囲んで配置されている透過型液晶ライトバルブ５３Ｇ、５３Ｒ、５３Ｂと、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３、４４とＰＢＳプリズム４２との間に配置されている直線偏光板５４、５５を備えている。【００６４】
この光学ユニット５１では、光源からの供給光を図示しない波長分離手段および偏光分離手段によってＰ偏光光束およびＳ偏光光束の３色の光に分離して、各透過型液晶ライトバルブの背面側から供給している。すなわち、透過型液晶ライトバルブ５２Ｇ、５２Ｒ、５２Ｂの背面側からＰ偏光成分の緑色光、赤色光、青色光が供給され、透過型液晶ライトバルブ５３Ｇ、５３Ｒ、５３Ｂの背面側からＳ偏光成分の緑色光、赤色光、青色光が供給される。【００６５】
透過型液晶ライトバルブ５２Ｇ、５２Ｒ、５２Ｂは、入射するＰ偏光光束の各色光に対して画像信号に応じた変調を行い、Ｐ偏光光束の各色の変調光に変換して無偏光クロスダイクロイックプリズム４３側に出射する。変調光Ｇｐ、Ｒｐ、Ｂｐは、無偏光クロスダイクロイックプリズム４３内で上記各実施形態と同様に合成され、Ｐ偏光光束のフルカラーの合成光となる。そして、直線偏光板５４を通過する際にＰ偏光光束以外の不要な偏光成分が除去され、ＰＢＳプリズム４２に入射する。一方、透過型液晶ライトバルブ５３Ｇ、５３Ｒ、５３Ｂは、入射するＳ偏光成分の各色光に対して画像信号に応じた変調を行い、Ｓ偏光光束の各色の変調光に変換して無偏光クロスダイクロイックプリズム４４側に出射する。変調光Ｇｓ、Ｒｓ、Ｂｓは合成されてＳ偏光光束のフルカラーの合成光となり、直線偏光板５５を通過する際にＳ偏光光束以外の不要な偏光成分が除去され、ＰＢＳプリズム４２に入射する。ＰＢＳプリズム４２に入射したＰ偏光光束は偏光分離面４２ａを透過して直進し、Ｓ偏光光束は反射されて重ね合わされ、投影レンズ４７側に進む。【００６６】
以上のようにして、光学ユニット５１では、光学ユニット４１と同様に６つの変調光を合成した画像が得られるので、この光学ユニット５１においても従来よりも情報量が多い画像が得られる。また、光源からの光路が長いために光学ユニット４１よりも利用効率は落ちるものの、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束を全て利用できるため、従来よりも供給光の利用効率が高く、明るさ損失が少ない。また、Ｐ偏光光束の画像とＳ偏光光束の画像をフルカラーで生成して重ね合わせることができるので、フルカラーの立体画像を単一の光学ユニットで生成して投影できる。【００６７】
（実施形態６）
図１０は、実施形態６の光学ユニットの概略構成図であり、計６つの反射型の変調光学素子を用いた構成例である。図１０に示すように、光学ユニット６１は、６つの反射型液晶ライトバルブを有する６板式の光学ユニットである。光学ユニット６１は、無偏光クロスダイクロイックプリズム６２と、この無偏光クロスダイクロイックプリズム６２を３方向から囲むように配置されているＰＢＳプリズム６３、６４、６５と、ＰＢＳプリズム６３における隣接する２側面に面して配置されている反射型液晶ライトバルブ６６１Ｒ、６６２Ｒと、ＰＢＳプリズム６４における隣接する２側面に面して配置されている反射型液晶ライトバルブ６７１Ｇ、６７２Ｇと、ＰＢＳプリズム６５における隣接する２側面に面して配置されている反射型液晶ライトバルブ６８１Ｂ、６８２Ｂと、光源ＡからＰＢＳプリズム６３、６４、６５に至る光路に配置されているダイクロイックミラー６９Ａ、６９Ｂおよび全反射ミラー６９Ｃと、無偏光クロスダイクロイックプリズム６２を挟んでＰＢＳプリズム６４の反対側に配置されている投影レンズ７０などを備えている。【００６８】
この光学ユニット６１では、光源Ａからのランダム偏光を含む白色光は、インテグレータレンズアレイやコリメートレンズなどを通過して光束が均一化された後にダイクロイックミラー６９Ａによって青色の波長成分が反射されて全反射ミラー６９Ｃ側に進み、全反射ミラー６９Ｃで反射されＰＢＳプリズム６５（第１偏光分離素子）に入射する。一方、ダイクロイックミラー６９Ａを透過して直進した赤色および緑色の波長成分は、ダイクロイックミラー６９Ｂで緑色の波長成分が反射されてＰＢＳプリズム６４（第２偏光分離素子）に入射し、赤色の波長成分は直進してＰＢＳプリズム６３（第３偏光分離素子）に入射する。【００６９】
ＰＢＳプリズム６３に入射した赤色光は偏光分離され、反射型液晶ライトバルブ６６１ＲにＰ偏光光束が入射し、反射型液晶ライトバルブ６６２ＲにＳ偏光光束が入射する。各偏光成分は、反射型液晶ライトバルブ６６１Ｒ、６６２Ｒにおいて画像信号に応じた変調が行われると共に偏光方向が回転されるので、反射型液晶ライトバルブ６６１Ｒから出射されたＳ偏光光束の変調光と、反射型液晶ライトバルブ６６２Ｒから出射されたＰ偏光光束の変調光がＰＢＳプリズム６３に戻って重ね合わされ、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束を含む赤色の変調光となって無偏光クロスダイクロイックプリズム４３側に出射する。【００７０】
同様に、ＰＢＳプリズム６４に入射した緑色光は、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束を含む緑色の変調光となって無偏光クロスダイクロイックプリズム４３側に出射する。また、ＰＢＳプリズム６５に入射した青色光は、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束を含む青色の変調光となって無偏光クロスダイクロイックプリズム４３側に出射する。無偏光クロスダイクロイックプリズム６２に３方向から入射した各色の変調光は、直交するダイクロイック面を透過あるいはダイクロイック面によって反射されて投影レンズ７０側に進み、重ね合わされて投影レンズ７０に入射する。【００７１】
以上のような構成により、光学ユニット６１では、１つの無偏光クロスダイクロイックプリズムによって６つの変調光を合成することができるので、この光学ユニット６１においても、従来よりも情報量が多い画像が得られる。また、Ｐ偏光光束とＳ偏光光束を全て利用できるため、従来よりも供給光の利用効率が高く、明るさ損失が少ない。また、Ｐ偏光光束の画像とＳ偏光光束の画像をフルカラーで生成して重ね合わせることができるので、フルカラーの立体画像を単一の光学ユニットから投影できる。【００７２】
［他の実施の形態］
各実施形態では、画像形成用の変調光学素子として、直線偏光光を入射光として用いる液晶ライトバルブを用いていたが、ＤＭＤなどのランダム光を入射可能な画像形成素子を用いても良い。【００７３】
なお、各実施形態で用いられる無偏光クロスダイクロイックプリズムは、光源からの供給光の可視光成分を選択的に反射して３つの波長帯に分離していたが、選択反射する波長帯を赤外線や紫外線にまで拡げることも可能である。可視光以外の波長帯を選択反射する無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いれば、より多くの情報を含んだ光を投影できる。また、赤外光や紫外光も含む複雑な波長分布の光を平面上に投影できるので、紫外線や赤外線を用いる加工装置などにも利用可能である。【００７４】
また、図１（ｃ）を参照して説明したように、ＣＣＤカメラなどの光学ユニットにおける光路分離素子として無偏光クロスダイクロイックプリズムを用いれば、従来よりも高精細に画像情報を取り込むことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明では、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分を含む入射光を、その偏光特性を維持したままで異なる波長成分に分離することができる。また、異なる偏光方向の偏光成分を単一の無偏光クロスダイクロイックプリズムに入射して合成することができる。よって、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の両方を単一の無偏光クロスダイクロイックプリズムに入射して合成することが可能となり、フルカラーの立体画像や高精細画像などの多次元の情報を含む画像を、コンパクトな装置で提供することが可能になる。
【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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【国際調査報告】
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