(57)【要約】【課題】  色分解合成系に用いられる多層膜を含む光学部品の点数を減らし、色分解合成系を簡易な構成とする。【解決手段】  緑色光を偏光分離する第１偏光分離面と、赤色光及び青色光を偏光分離する第２偏光分離面とを備える色分解合成光学系であって、第１偏光分離面が、緑色の照明光を緑用液晶表示素子に導くと共に、この緑用液晶表示素子で反射された光を照明光とは異なる方向に導いており、第２偏光分離面が、赤色の照明光と青色の照明光を分解しつつそれぞれを赤用液晶表示素子と青用液晶表示素子に導くと共に、赤用液晶表示素子及び青用液晶表示素子で反射された画像光とを合成して第１偏光分離面に導いており、第１偏光分離面によって、緑色光及び赤色光及び青色光の画像光とを合成する。【選択図】  図１
2008268727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第１偏光分離面と、
第２及び第３波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第２偏光分離面とを備える色分解合成光学系であって、
前記第１偏光分離面が、前記第１波長領域の照明光を第１液晶表示素子に導くと共に、前記第１液晶表示素子で反射された画像光を前記照明光とは異なる方向に導いており、
前記第２偏光分離面が、前記第２波長領域の照明光と前記第３波長領域の照明光を分解しつつそれぞれを第２液晶表示素子と第３液晶表示素子に導くと共に、前記第２液晶表示素子で反射された画像光と前記第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記第１偏光分離面に導いており、
前記第１偏光分離面によって、前記第１液晶表示素子で反射された画像光と、前記第２偏光分離面で合成された前記第２及び第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成することを特徴とする色分解合成光学系。
【請求項２】
前記第１偏光分離面よりも光源側に配置され、前記第１波長領域の光に対して偏光板として機能する第１入射側偏光板と、
前記第２偏光分離面よりも光源側に配置され、前記第２波長領域の光及び前記第３波長領域の光に対して偏光板として機能する第２入射側偏光板とを備えることを特徴とする請求項１記載の色分解合成光学系。
【請求項３】
前記第１偏光分離面と前記第２偏光分離面との間に、前記第２波長領域及び前記第３波長領域のうち少なくとも一方の波長領域の光に対して偏光板として機能する出射側偏光板を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の色分解合成光学系。
【請求項４】
前記第２偏光分離面は、前記第２波長領域の光に対しては、Ｓ偏光光を透過しＰ偏光光を反射し、前記第３波長領域の光に対しては、Ｓ偏光光を反射しＰ偏光光を透過する特性を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の色分解合成光学系。
【請求項５】
前記第１偏光分離面が、前記第１、２及び３波長領域の全ての光に対して、第１直線偏光光を透過し、前記第１直線偏光光と偏光方向が直交する第２直線偏光光を反射する特性を有しており、
前記第１偏光分離面と前記第２偏光分離面との間に１／２波長板を備えることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の色分解合成光学系。
【請求項６】
前記第１偏光分離面に入射する前記第１波長領域の光の偏光方向と、前記第２偏光分離面に入射する前記第２波長領域の光の偏光方向と、前記第２偏光分離面に入射する前記第３波長領域の光の偏光方向とが同じであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の色分解合成光学系。
【請求項７】
前記第２偏光分離面に入射する前記第２波長領域の光の偏光方向と前記第３波長領域の光の偏光方向とが直交しており、
前記第２偏光分離面が、前記第２波長領域の光及び前記第３波長領域の光に対して、第１直線偏光光を透過し、前記第１直線偏光光と偏光方向が直交する第２直線偏光光を反射する特性を有しており、
前記第１偏光分離面と前記第２偏光分離面との間に、前記第２波長領域の光に対して偏光板として偏光板として機能し、前記第３波長領域の光は全て透過する偏光板を備えており、
前記第１偏光分離面が、前記第１波長領域の光と前記第３波長領域の光に対しては偏光分離機能を持ち、前記第２波長領域の光に対しては全て反射或いは全て透過する特性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の色分解合成光学系。
【請求項８】
第１、２、３液晶表示素子と、
前記第１、２、３液晶表示素子からの画像光を投影する投影光学系と、
光源からの光を前記第１、２、３液晶表示素子に導くと共に、前記第１、２、３液晶表示素子からの画像光を前記投影光学系に導く色分解合成光学系とを備える画像投影装置であって、
前記色分解合成光学系が、
第１波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第１偏光分離面と、
第２及び第３波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第２偏光分離面とを有しており、
前記第１偏光分離面が、前記第１波長領域の照明光を第１液晶表示素子に導くと共に、前記第１液晶表示素子で反射された画像光を前記投影光学系に導いており、
前記第２偏光分離面が、前記第２波長領域の照明光と前記第３波長領域の照明光を分解しつつそれぞれを第２液晶表示素子と第３液晶表示素子に導くと共に、前記第２液晶表示素子で反射された画像光と前記第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記第１偏光分離面に導いており、
前記第１偏光分離面によって、前記第１液晶表示素子で反射された画像光と、前記第２偏光分離面で合成された前記第２及び第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記投影光学系に導くことを特徴とする画像投影装置。
【請求項９】
前記第１波長領域の光を発する第１光源と、前記第２及び第３波長領域の光を発する第２光源とを備えており、
前記第１光源からの照明光で前記第１液晶表示素子を照明し、
前記第２光源からの照明光で前記第２、３液晶表示素子を照明することを特徴とする請求項８記載の画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は色分解合成光学系に関する、特に液晶プロジェクタ等の画像投影装置に用いられる色分解合成光学系、及びその画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型液晶プロジェクタ等で用いられる色分解合成光学系は特許文献１のように、ダイクロイックミラーと３つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とを、照明光学系と投影光学系の間の光路に配置していた。但し、この構成では部品点数が多く、更なる小型化が求められていた。
【０００３】
そこで、特許文献２のように、１つのＰＢＳと１つのダイクロイックプリズムを用いて液晶プロジェクタを構成した例が提案され、液晶プロジェクタの小型化を達成している。
【特許文献１】特開２００１−１５４１５２号公報
【特許文献２】特開２００３−０２１８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この特許文献２のような構成では、液晶パネルから反射した画像光がＰＢＳで検光される前にダイクロイックプリズムを通る構成となっている。そのため、液晶パネルから反射した直後の偏光状態がダイクロイックプリズムを経ることによって変化してしまい、コントラストが低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明では、部品点数が少なくコントラストの高い画像光を出力することが可能な色分解合成光学系や画像投影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】
【０００６】
本発明の色分解合成光学系は、第１波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第１偏光分離面と、第２及び第３波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第２偏光分離面とを備える色分解合成光学系であって、前記第１偏光分離面が、前記第１波長領域の照明光を第１液晶表示素子に導くと共に、前記第１液晶表示素子で反射された画像光を前記照明光とは異なる方向に導いており、前記第２偏光分離面が、前記第２波長領域の照明光と前記第３波長領域の照明光を分解しつつそれぞれを第２液晶表示素子と第３液晶表示素子に導くと共に、前記第２液晶表示素子で反射された画像光と前記第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記第１偏光分離面に導いており、前記第１偏光分離面によって、前記第１液晶表示素子で反射された画像光と、前記第２偏光分離面で合成された前記第２及び第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成することを特徴としている。
【０００７】
本発明の画像投影装置は、第１、２、３液晶表示素子と、前記第１、２、３液晶表示素子からの画像光を投影する投影光学系と、光源からの光を前記第１、２、３液晶表示素子に導くと共に、前記第１、２、３液晶表示素子からの画像光を前記投影光学系に導く色分解合成光学系とを備える画像投影装置であって、前記色分解合成光学系が、第１波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第１偏光分離面と、第２及び第３波長領域の光に対して偏光分離特性を持つ第２偏光分離面とを有しており、前記第１偏光分離面が、前記第１波長領域の照明光を第１液晶表示素子に導くと共に、前記第１液晶表示素子で反射された画像光を前記投影光学系に導いており、前記第２偏光分離面が、前記第２波長領域の照明光と前記第３波長領域の照明光を分解しつつそれぞれを第２液晶表示素子と第３液晶表示素子に導くと共に、前記第２液晶表示素子で反射された画像光と前記第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記第１偏光分離面に導いており、
前記第１偏光分離面によって、前記第１液晶表示素子で反射された画像光と、前記第２偏光分離面で合成された前記第２及び第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前記投影光学系に導くことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、部品点数が少なくコントラストの高い画像光を出力することが可能な色分解合成光学系、及びそれを使ってコントラストの高い画像を投影することが可能な画像投影装置を提供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】
【０００９】
以下、本発明の色分解合成光学系及びそれを有する画像投影装置の実施例について詳細に説明する。以下の第１、２、３、４実施例においては、すべて画像投影装置全体について説明を行っているが、本発明はその画像投影装置の中の色分解合成光学系２００の構成のうちの一部の構成で完成している。具体的には、後述する実施例４を見れば分かるように、その色分解合成光学系２００のうち、第１〜３実施例に記載されているダイクロイックミラー６、２６、４６やミラー７、２７、４７等は特に構成要素として含まなくても本発明は完成している。
【００１０】
具体的には、本実施例の色分解合成光学系は、第１波長領域の光に対して偏光分離特性（偏光分離機能）を持つ第１偏光分離面と、第２波長領域の光及び第３波長領域の光に対して偏光分離特性（偏光分離機能）を持つ第２偏光分離面とを備えている。ここで、第１偏光分離面が、第１波長領域の照明光を第１液晶表示素子に導くと共に、第１液晶表示素子で反射された画像光を照明光とは異なる方向に導いている。次に、第２偏光分離面が、第２波長領域の照明光と第３波長領域の照明光を分解しつつそれぞれを第２液晶表示素子と第３液晶表示素子に導いている。更にこの第２偏光分離面は、第２液晶表示素子で反射された画像光と前記第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成して前述の第１偏光分離面に導いている。最後に、第１偏光分離面によって、第１液晶表示素子で反射された画像光と、第２偏光分離面で合成された第２液晶表示素子及び第３液晶表示素子で反射された画像光とを合成している。
【００１１】
本実施例において、偏光分離特性（偏光分離機能）とは、偏光方向が互いに異なる光の一方を反射、他方を透過する特性（機能）のことである。反射（透過）とは、入射光を１００％反射（透過）することが望ましいが、少なくとも５０％より多い（好ましくは７５％以上の）成分を反射（透過）することが望ましい。
【００１２】
以下の実施例においては、第１波長領域の光を緑色光、第２波長領域の光を青色光、第３波長領域の光を赤色光として説明を行うが、第１、２、３波長領域に関してはどの色光を当てはめても構わない。
【００１３】
このような構成とすることによって、部品点数が少なくコントラストの高い画像光を出力することが可能な色分解合成光学系、及びそれを使ってコントラストの高い画像を投影することが可能な画像投影装置を提供することが可能となる。
【００１４】
（第１実施例）
本発明の第１実施例について、図１、２を用いて説明する。
【００１５】
第１実施例について図１を参照して概要を説明する。この第１実施例においては、光源１からの白色光を照明光学系１００を用いて反射型液晶表示素子（画像表示素子）１０Ｒ、Ｇ、Ｂに導いている。そして、この反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂ（第１、２、３液晶表示素子）から出射する画像光を投影光学系（投射レンズ、但しレンズのみとは限らない）１６を用いてスクリーン等の被投影面に投影する。ここで、照明光学系１００と投影光学系１６との間に、照明光学系を経た照明光を色分解して反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂ各々に導く色分解合成光学系２００が配置されている。その色分解合成光学系２００は、反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂ各々から出射した画像光を合成して投影光学系１６に導く機能も有している。本実施例においては、特に色分解合成光学系２００について以下に詳細に説明する。
【００１６】
まず、照明光学系１００について図１を用いて説明する。この図１において、破線で囲んだ１００は前述の通り照明光学系を、同じく破線で囲んだ２００は色分解合成光学系を表している。また、図１中の一点鎖線は、３つの反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂの中心に入射し、その中心から出射してスクリーンに投影される光束の主光線の光路（３つの色光を光源からスクリーンに導く光学系の光軸）を示している。
【００１７】
白色光を出射する光源（ランプの発光部）１から全方向に射出した光束は放物面リフレクタ２によって略平行光となって射出される。この平行光束は、第１のレンズアレイ３によって複数の部分光束に分割され、その各々の部分光束が第１のレンズアレイ３によって第２のレンズアレイ４近傍に集光されて、その複数の部分光束各々が光源像（２次光源像）を形成する。第２のレンズアレイ４を射出した分割光束は、コンデンサーレンズ５によって集光され、反射型液晶パネル１０Ｒ、Ｇ、Ｂを重畳的に照明する。尚、第１レンズアレイ３の光源側には不図示の赤外線カットフィルタ等を配置していても良い。
【００１８】
ここで、第２のレンズアレイ４の直後に（コンデンサーレンズ５よりも光源側）には、不図示の偏光変換素子が配置されており、その偏光変換素子は、前述の複数の部分光束各々を同じ偏光方向を持つ直線偏光光（ここではＰ偏光光）に変換する。この偏光変換素子は、複数の偏光変換素子が（照明光学系１００の光軸を横切る方向に、又は第１、第２のレンズアレイ中の複数のレンズが配列されている方向に）アレイ状に配列されたものであり、無偏光光を直線偏光光（Ｐ偏光光）に変換する。従って、この不図示の偏光変換素子は、偏光変換素子アレイと称しても構わない。
【００１９】
このように構成された照明光学系１００より出射した光束（照明光）が色分解合成光学系２００に導かれる。
【００２０】
次に、主に色分解合成光学系２００について図１及び図２を用いて説明する。
【００２１】
ダイクロイックミラー６は、光源からの白色光のうち青色光（第２波長領域の光、第２色光、Ｂ）と赤色光（第３波長領域の光、第３色光、Ｒ）の色光を反射し、緑色光（第１波長領域の光、第１色光、Ｇ）の色光を透過する特性を有する。青色光とは、約４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長領域の光で、緑色光とは、約５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域の光で、赤色光とは、約６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域の光を指している。すなわち各色光は互いに異なる波長領域の光を指していれば良い。
【００２２】
前述のダイクロイックミラー６を透過した緑色光の光路について説明する。
【００２３】
７は、ダイクロイックミラー６を透過してきた緑色光を反射するミラーである。８はＰ偏光（所望の偏光方向）の光のみを透過し、そのＰ偏光と直交するＳ偏光（所望の偏光方向と直交する偏光方向）の光を吸収或いは反射する入射側（光源側）偏光板（緑色光用入射側偏光板、第１入射側偏光板）である。９はＰ偏光光（第１直線偏光光）を透過し、それと偏光方向が直交するＳ偏光光（第２直線偏光光）を反射する偏光分離面（第１の偏光分離面）を有する第１の偏光ビームスプリッタである。尚、この偏光分離面とは、偏光分離膜が施された面、又は２つのプリズムが貼り合せられている面とも言える。
【００２４】
１０Ｇは入射した光を反射するとともに画像変調する緑用（緑色光用）の反射型液晶表示素子であり、１１Ｇは緑用の１／４波長板であり、７０は光路長調整用の光路調整プリズムである。この光路長調整プリズム７０は各色光の、反射型液晶表示素子からスクリーン（被投影面）までの光路長をほぼ同じ（最も短い光路長が最も長い光路長の９０％以上、好ましくは９７％以上）にするための光学素子である。前述の第１の偏光ビームスプリッタを透過したＰ偏光の緑色光（照明光）は、光路調整用プリズム７０、１／４波長板１１Ｇを経て緑色光用の反射型液晶表示素子に入射する。その反射型液晶表示素子に入射した緑色光は画像変調されて（例えば一部がＳ偏光に変調されて）反射されて再び光路調整用プリズム７０及び１／４波長板１１Ｇを経て第１偏光ビームスプリッタに入射する。第１偏光ビームスプリッタに入射した緑色光のうちＳ偏光光（画像光）が偏光分離面で反射され、投影光学系１６に導かれる。このようにして緑色光の画像光が被投影面に投影される。ここで、後段の投影光学系に導かれて被投影面に投影される光、すなわち反射型液晶表示素子で偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に（Ｓ偏光からＰ偏光に、でも可）変えられた光、を画像光と称する。後述する赤色光及び青色光に関しても同様に投影光学系に導かれる（偏光方向の）光を画像光と称することとする。
【００２５】
前述のダイクロイックミラー６で反射された青色光、赤色光の光路について説明する。
【００２６】
１２は、赤色光及び青色光のうちＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を吸収或いは反射する入射側（光源側）偏光板（赤色光及び青色光用入射側偏光板、或いは白色光用偏光板、第２入射側偏光板）である。この入射側偏光板１２を経た赤色光、青色光はそれぞれＰ偏光光として、第２の偏光ビームスプリッタ１３に入射する。
【００２７】
この第２の偏光ビームスプリッタ１３は、図２のような波長特性（偏光分離特性、偏光分離機能）を持つ偏光ビームスプリッタである。すなわち、赤色光と青色光に対して偏光分離特性が逆になるような特性を持つ偏光分離面（偏光分離膜が施された面、又は２つのプリズムが向かい合っている面、第２の偏光分離面）を備えている。具体的には、青色光についてはＳ偏光を透過しＰ偏光を反射し、一方、赤色光についてはＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する特性を持つ偏光分離面（第２の偏光分離面）を有する偏光ビームスプリッタである。
【００２８】
従って、第２の偏光ビームスプリッタに入射するＰ偏光光の青色光は、反射されて１／４波長板１１Ｂを経て青用（青色光用）の反射型液晶表示素子１０Ｂに入射する。この青用の反射型液晶表示素子１０Ｂにおいて変調され反射された青色光が１／４波長板１１Ｂを経て再び第２の偏光ビームスプリッタに入射する。その第２の偏光ビームスプリッタに入射した青色光のうち、液晶表示素子１０ＢにおいてＳ偏光光に変調された青色光（画像光）が第２の偏光ビームスプリッタを透過して投影光学系の方向に導かれる。
【００２９】
また、第２の偏光ビームスプリッタに入射するＰ偏光光の赤色光は、透過されて１／４波長板１１Ｒを経て赤用（赤色光用）の反射型液晶表示素子１０Ｒに入射する。この赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒにおいて変調され反射された赤色光（画像光）が１／４波長板１１Ｒを経て再び第２の偏光ビームスプリッタに入射する。その第２の偏光ビームスプリッタに入射した赤色光のうち、液晶表示素子１０ＲにおいてＳ偏光光に変調された赤色光が第２の偏光ビームスプリッタで反射されて投影光学系１６の方向に導かれる。
【００３０】
このようにして第２の偏光ビームスプリッタから投影光学系１６の方向に導かれたＳ偏光の赤色光及び青色光は、Ｓ偏光光を透過しＰ偏光光を吸収或いは反射する出射側偏光板１４に入射する。その出射側偏光板１４から出射したＳ偏光光が１／２波長板１５に入射してＰ偏光光に変換される。その１／２波長板１５から出射したＰ偏光の赤色光及び青色光は、前述の第１の偏光ビームスプリッタを透過して投影光学系１６に入射し、被投影面に投影される。
【００３１】
尚、黒表示の場合には、緑色光は、緑用反射型液晶表示素子から反射された光が全てＰ偏光光のまま再び第１の偏光ビームスプリッタに入射し、その第１の偏光ビームスプリッタを透過して光源方向に戻る。同様に、赤用反射型液晶表示素子から反射された赤色光はすべてＰ偏光光のまま再び第２の偏光ビームスプリッタを透過して光源方向に戻る。青用反射型液晶表示素子から反射された青色光はすべてＰ偏光光のまま再び第２の偏光ビームスプリッタで反射されて光源方向に戻される。勿論、画像光とならない光（液晶表示素子で変調されずに偏光方向が変わらない光）に関しては、この黒表示の場合の光と同様に光源方向に戻される。
【００３２】
この実施例１においては、第１の偏光ビームスプリッタ９と液晶表示素子１０Ｇの間（第１偏光ビームスプリッタの第１液晶表示素子側）に光路調整用プリズム７０を配置したがこの限りではない。例えば、図８に記載したように、光路調整用プリズム７０を配置せず、第１の偏光ビームスプリッタと緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇとの間の間隔を開けても良い（第１実施例の第１変形例）。この場合は、少なくとも、第１の偏光ビームスプリッタと緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇとの間の間隔を、第２の偏光ビームスプリッタと青用或いは赤用の反射型液晶表示素子との間隔よりも大きくするのが好ましい。より好ましくは、投影光学系１６（投影光学系１６の複数の光学面（レンズ面等）のうち最も反射型液晶表素子側の光学面）と各反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂとの間隔（各色光の光路におけるバックフォーカス）を実質的に同じにすれば良い。このように、投影光学系１６から各反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂまでの光路長が実質的に同じ（最も短い光路長が最も長い光路長の９０％以上、より好ましくは９７％以上）にすれば、１つの色光だけがボケたり、倍率が違ったりしなくなる。勿論、この図８のように光路調整用プリズム７０をなくし、投影像の画質が悪化しない範囲で（悪化したとしても許される範囲内で）反射型液晶表示素子１０Ｇと第１の偏光ビームスプリッタ１１Ｇ（投影光学系１６）との間隔を狭くしても構わない。
【００３３】
また、第１の偏光ビームスプリッタ９と液晶表示素子１０Ｒ、１０Ｂの間（第１の偏光ビームスプリッタの第２液晶表示素子側及び／又は第３液晶表示素子側）にレンズ等の光学素子を配置しても構わない。その際のレンズは、第１の偏光ビームスプリッタ９と第２の偏光ビームスプリッタ１３との間に、赤色光光路及び青色光光路に共通のレンズを配置すれば良い。また、赤用反射型液晶表示素子１０Ｒと第２の偏光ビームスプリッタ１３との間、及び青用反射型液晶表示素子１０Ｂと第２の偏光ビームスプリッタ１３との間に、各々互いに異なるレンズを配置しても良い。
【００３４】
また、投影光学系に色収差を持たせて、色光の光路長差を補償するようにしても良い。その際、緑色光の光路だけが他の赤色光や青色光の光路に比べて短いことを考慮して、色収差を持たせることが望ましい。尚、ここで言うレンズとは勿論光学的パワー（焦点距離の逆数、屈折力）を有する光学素子のことであり、回折光学素子等であっても構わない。また、ここで言うレンズの代わりに、既存の光学素子に曲率を設け、或いは回折面を設けることによって、光学的パワー（屈折力）を持つ光学面を設けても構わない。
【００３５】
また、光源１（或いは２次光源像が形成される第２のレンズアレイ）から、反射型液晶表示素子１０Ｒ、Ｇ、Ｂまでの距離（光路長）が異なると、３つの反射型液晶表示素子上での照度分布が同じにならない可能性がある。具体的には、本実施例１においては、光源１から赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒ、青用の反射型液晶表示素子１０Ｂまでの距離は同じであるが、緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇまでの距離だけが長くなっている。このような場合、緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇの照度分布が、赤用及び青用の反射型液晶表示素子１０Ｒ、１０Ｂの照度分布と異なり、いずれかの反射型液晶表示素子上での照度分布は均一であっても他方の照度分布が不均一になる可能性がある。
【００３６】
そこで、３つの反射型液晶表示素子上の照度分布を同じにする（好ましくはすべて均一な照度分布にする）ために、ダイクロイックミラー６から第１の偏光ビームスプリッタ９までの光路上に光学素子を配置すると良い。その光学素子は、屈折レンズや回折光学素子等のように、光学素子のパワー（集光力、屈折力）を持つ光学素子であれり、そのような光学素子によって、３つの反射型液晶表示素子上の照度分布を同じにすることができる。具体的には、ダイクロイックミラー６から第１の偏光ビームスプリッタ９との間で、光源像（３次光源と称する）を形成し、その３次光源からの光束で緑用の反射型液晶表示素子を照明する（ケーラー照明）。その結果、追加する光学素子によって、光源に対する３つの反射型液晶表示素子の光学的な位置を同じ（ほぼ同じ）にすることができ、３つの反射型液晶表示素子すべてを同程度に均一に照明することが出来る。尚、追加する光学素子は、ダイクロイックミラー６とミラー７との間に配置された少なくとも１枚の正レンズ、ミラー７と入射側偏光板８との間に配置された少なくとも１枚の正レンズを含んでいることが望ましい。
【００３７】
また、上述の黒表示の際に、各色光が漏れて被投影面に投影されてしまうと黒表示を行っても被投影面上の画像は白く浮き上がって見えてしまう。そこで、１／４波長板１１Ｒ、Ｇ、Ｂ各々を調整し、黒表示時に各色光の漏れ光（黒表示時に被投影面に投影されてしまう光）の光量を少なくするように調整しても良い。
【００３８】
また、本実施例においては、不図示の偏光変換素子（偏光変換素子アレイ）によって、光源からの無偏光光をＰ偏光光に変換したが、勿論Ｓ偏光光に変換しても構わない。
【００３９】
また、この実施例１においては、第２の偏光ビームスプリッタとして、図２のような偏光分離特性を有する偏光分離面を持つ偏光ビームスプリッタを用いたがこの限りでは無い。具体的には、赤色光に対する偏光分離特性と青色光に対する偏光分離特性とを逆転させた特性を有する偏光分離面を持つ偏光ビームスプリッタを用いても良い。その場合には、赤用反射型液晶表示素子と青用反射型液晶表示素子との位置を逆にすれば本実施例と同様の効果を奏することができる。
【００４０】
また、偏光分離面（素子）とは、一般的には可視光領域全域の光に対して、ほぼ同じ偏光分離特性（例えばＳ偏光光を反射しＰ偏光光を透過するような特性）を持つものが多い。本実施例の第１の偏光ビームスプリッタ９（が有する第１の偏光分離面）は、その一般的な偏光ビームスプリッタであって、可視光領域全域の光に対してＳ偏光光を反射してＰ偏光光を透過する偏光分離特性を持つ。
【００４１】
但し、本実施例の第２の偏光ビームスプリッタ２４は上述の偏光ビームスプリッタ（第１の偏光ビームスプリッタ）とは若干異なる。この第２の偏光ビームスプリッタは、図２に示したように赤色光に対してはＳ偏光光を透過しＰ偏光光を反射し、青色光に対してはＳ偏光光を反射しＰ偏光光を透過している、つまり可視光領域内の波長（色）によって偏光分離特性が変化する。このように偏光分離特性が波長によって変化していても、可視光領域内において（特に赤色光、緑色光、青色光のいずれかに対して）偏光分離特性（Ｓ偏光光を反射しＰ偏光光を透過する、又はその逆）を持つ面（素子）を偏光分離面（素子）と称する。
【００４２】
実施例３で詳細に説明する図６に示すような偏光分離特性を持つものも偏光分離面（素子）と称する。すなわち、ある波長領域の光（図６では青色光）に対してはＳ偏光光を透過しＰ偏光光を反射し、別の波長領域の光（図６では赤色光）に対してはＳ偏光光もＰ偏光光も透過（或いは反射）するような偏光分離特性を持つ面も偏光分離面と称する。ここで、反射する、とは入射光のうち少なくとも５０％（好ましくは７５％）より多くの光を反射していれば良く、逆に、透過する、とは、入射光のうち少なくとも５０％（好ましくは７５％）より多くの光を透過していれば良い。
【００４３】
また、本実施例１及び後述する他の実施例において、色光は赤、緑、青の３色の色光を想定しているが、この限りでは無く、４色やそれ以上の色光としても良いし、波長領域の分け方も上述の分け方と異なっていても良い。
【００４４】
また、ここで記載した偏光板とは、所定の偏光方向の光を後段の光学系に導き、所定の偏光方向と直交する偏光方向の光を後段の光学系に対して遮光する（吸収する、或いは後段の光学系とは異なる方向に導く）光学素子のことである。本実施例１で用いた偏光板はすべて白色光、すなわち赤色光、緑色光、青色光全て、に対して偏光板として機能するものを記載したがその限りではない。当該偏光板に入射する色光に対応する波長領域の光に対して偏光板として機能すればそれで足りる。
【００４５】
このように画像投影装置を構成すると、赤色光及び青色光は、反射型液晶表示素子から出射した後、すぐに検光されるため、部品点数が少なくても赤色光及び青色光のコントラストが落ちることが無い。すなわち、部品点数が少なく且つコントラストの高い画像を投影することが可能な画像投影装置、又その画像投影装置を構成する色分解合成光学系を提供することができる。
【００４６】
本実施例１及び以下の実施例２、３に記載したように、白色光を、緑色光と赤及び青色光とに分解する光学素子（実施例１のダイクロイックミラー６）を持っていると、コントラスト好ましいが、その限りでは無い。本実施例１に記載した赤色光、緑色光、青色光の光路は入れ換えても構わない。
【００４７】
（第２実施例）
図３を用いて本発明の第２実施例について説明する。特に説明しない部分に関しては第１実施例と同じである。
【００４８】
光源１、リフレクタ２、及び照明光学系１００、更には不図示の偏光変換素子（偏光変換素子アレイ）については実施例１と同様である。但し、本実施例においては、偏光変換素子によって、光源からの無偏光光をＳ偏光光に変換している。
【００４９】
色分解合成光学系３００について図３を用いて説明する。
【００５０】
ダイクロイックミラー２６は、光源からの白色光のうち青色光（Ｂ）と赤色光（Ｒ）の色光を反射し、緑色光（Ｇ）の色光を透過する特性を有する。
【００５１】
前述のダイクロイックミラー２６を透過した緑色光の光路について説明する。
【００５２】
２７は、ダイクロイックミラー２６を透過してきた緑色光を反射するミラーである。２８はＳ偏光（所望の偏光方向）の光のみを透過し、そのＳ偏光と直交するＰ偏光（所望の偏光方向と直交する偏光方向）の光を吸収或いは反射する入射側偏光板（緑色光用入射側偏光板、第１入射側偏光板）である。２９はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離面（偏光分離膜が施された面、又は２つのプリズムが向かい合っている面）を有する第１の偏光ビームスプリッタである。
【００５３】
３０Ｇは入射した光を反射するとともに画像変調する緑用（緑色光用）の反射型液晶表示素子であり、３１Ｇは緑用の１／４波長板であり、７０は第１実施例と同じく光路調整用プリズムである。前述の第１の偏光ビームスプリッタ２９で反射されたＳ偏光の緑色光が１／４波長板３１Ｇ、光路調整用プリズム７０を経て緑色光用の反射型液晶表示素子３０Ｇに入射する。その反射型液晶表示素子に入射した緑色光は画像変調されて（例えば一部がＰ偏光に変調されて）反射されて再び光路調整用プリズム７０及び１／４波長板３１Ｇを経て第１偏光ビームスプリッタ２９に入射する。第１偏光ビームスプリッタに入射した緑色光のうちＳ偏光光が偏光分離面で反射され光源方向に導かれ、Ｐ偏光光（画像光）が偏光分離面を透過して投影光学系３７に導かれる。このようにして緑色光の画像光が投影光学系３７によって被投影面に投影される。
【００５４】
前述のダイクロイックミラー２６で反射された青色光、赤色光の光路について説明する。
【００５５】
３２は赤色光及び青色光を反射するミラー（Ｓ偏光のみを反射し、Ｐ偏光を透過する偏光分離面を持つ光学素子であっても構わない）である。このミラー３２で反射された赤色光及び青色光は、赤色光及び青色光のうちＳ偏光光を透過し、Ｐ偏光光を吸収或いは反射する入射側偏光板（赤色光及び青色光用入射側偏光板、或いは白色光用偏光板、第２入射側偏光板）３３に入射する。この入射側偏光板３３を経た赤色光、青色光はそれぞれＳ偏光光として、第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射する。
【００５６】
この第２の偏光ビームスプリッタ３４は、実施例１で示した第２の偏光ビームスプリッタ１３と同様に、図２のような波長特性（偏光分離特性、偏光分離機能）を持つ、すなわち赤色光と青色光に対して偏光分離特性が逆になるような特性を持っている。
【００５７】
従って、第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射するＳ偏光光の青色光は、第２の偏光ビームスプリッタ（の偏光分離面）を透過して１／４波長板３１Ｂを経て青用（青色光用）の反射型液晶表示素子３０Ｂに入射する。この青用の反射型液晶表示素子３０Ｂにおいて変調され反射された青色光が１／４波長板３１Ｂを経て再び第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射する。その第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射した青色光のうち、液晶表示素子３０ＢにおいてＰ偏光光に変調された青色光が第２の偏光ビームスプリッタで反射されて投影光学系３７の方向に導かれる。
【００５８】
また、第２の偏光ビームスプリッタに入射するＳ偏光光の赤色光は、反射されて１／４波長板３１Ｒを経て赤用（赤色光用）の反射型液晶表示素子３０Ｒに入射する。この赤用の反射型液晶表示素子３０Ｒにおいて変調され反射された赤色光が１／４波長板３１Ｒを経て再び第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射する。その第２の偏光ビームスプリッタ３４に入射した赤色光のうち、液晶表示素子３０ＲにおいてＰ偏光光に変調された赤色光が第２の偏光ビームスプリッタを透過して投影光学系３７の方向に導かれる。
【００５９】
このようにして第２の偏光ビームスプリッタから投影光学系３７の方向に導かれたＰ偏光の赤色光及び青色光は、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を吸収或いは反射する出射側偏光板３５を透過する。その出射側偏光板３５から出射したＰ偏光光は１／２波長板３６によってＳ偏光光に変換されて、前述の第１の偏光ビームスプリッタ２９に入射する。第１の偏光ビームスプリッタは、Ｓ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過する特性を有しているため、Ｓ偏光の赤色光及び青色光は共に第１の偏光ビームスプリッタの偏光分離面で反射され、投影光学系３７の方向に導かれる。このようにして、赤色光及び青色光は被投影面に投影される。
【００６０】
尚、黒表示の場合には、実施例１と同様に各色光が光源方向に戻される構成となっている。
【００６１】
この実施例２においても、第１の偏光ビームスプリッタと緑用反射型液晶表示素子３０Ｇとの間にレンズを配置しても構わない。また、第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの間や、第２の偏光ビームスプリッタと赤用反射型液晶表示素子との間、第２の偏光ビームスプリッタと青用反射型液晶表示素子との間にレンズを配置しても良い。
【００６２】
また、この第２実施例では、Ｓ偏光の緑色光を第１の偏光ビームスプリッタに入射させており、緑用反射型液晶表示素子３０ＧにＳ偏光の緑色光が入射するように構成している。黒表示の際には、緑色光は偏光方向が変わらないまま反射型液晶表示素子で反射される。すなわち、反射型液晶表示素子３０Ｇで反射された後も緑色光はＳ偏光光のままであるため、再び第１の偏光ビームスプリッタ２９の偏光分離面で反射され、入射側偏光板２８を透過して光源側に戻される。一般的にＰ偏光に比べＳ偏光の方が検光性能が良いため、視感度の高い緑色光がＰ偏光で液晶表示素子に入射する構成を採用した実施例１に比べ、投影光学系３７への緑色光の漏れ光が少なくなる。つまり、コントラストを高くしやすくなる、と言う特徴がある。
【００６３】
（第３実施例）
図４を用いて本発明の第３実施例について説明する。特に説明しない部分に関しては第１実施例と同じである。
【００６４】
光源１、リフレクタ２、及び照明光学系１００、更には不図示の偏光変換素子（偏光変換素子アレイ）については実施例１と同様であり、光源からの無偏光光をＰ偏光光に変換している。
【００６５】
色分解合成光学系４００について図４を用いて説明する。
【００６６】
ダイクロイックミラー４６は、光源からの白色光のうち青色光（Ｂ）と赤色光（Ｒ）の色光を反射し、緑色光（Ｇ）の色光を透過する特性を有する。
【００６７】
前述のダイクロイックミラー４６を透過した緑色光の光路について説明する。
【００６８】
４７は、ダイクロイックミラー４６を透過してきた緑色光を反射するミラーである。４８はＰ偏光（所望の偏光方向）の光のみを透過し、そのＰ偏光と直交するＳ偏光の光（所望の偏光方向と直交する偏光方向を持つ光）を吸収或いは反射する入射側偏光板（緑色光用入射側偏光板、第１入射側偏光板）である。４９は図５に示す偏光分離特性を持つ第１の偏光ビームスプリッタであり、青色光は偏光方向に関わらず透過し、緑色光と赤色光についてはＰ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する面を有する第１偏光ビームスプリッタである。
【００６９】
５０Ｇは入射した光を反射するとともに画像変調する緑用（緑色光用）の反射型液晶表示素子であり、５１Ｇは緑用の１／４波長板であり、７０は光路調整用プリズムである。前述の第１の偏光ビームスプリッタ４９を透過したＰ偏光の緑色光が光路調整用プリズム７０、１／４波長板５１Ｇを経て緑色光用の反射型液晶表示素子５０Ｇに入射する。その反射型液晶表示素子に入射した緑色光は画像変調されて（例えば一部がＳ偏光に変調されて）反射されて再び１／４波長板５１Ｇ及び光路調整用プリズム７０を経て第１偏光ビームスプリッタ４９に入射する。第１偏光ビームスプリッタに入射した緑色光のうちＰ偏光光が偏光分離面を透過して光源方向に導かれ、Ｓ偏光光が偏光分離面で反射されて投影光学系５６に導かれる。このようにして緑色光の画像光が投影光学系５６によって被投影面に投影される。
【００７０】
前述のダイクロイックミラー２６で反射された青色光、赤色光の光路について説明する。
【００７１】
赤色光及び青色光は、赤色光及び青色光のうちＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を吸収或いは反射する入射側偏光板（赤色光及び青色光用入射側偏光板、或いは白色光用偏光板、第２入射側偏光板）５２に入射する。この入射側偏光板５２を経た赤色光、青色光はそれぞれＰ偏光光として、波長選択性位相差板５３に入射する。この波長選択性位相差板（色選択性位相差板）５３は、青色光の偏光方向を変化させずに赤色光の偏光方向だけを９０度回転させる機能を持つ（赤色光に対して１／２波長板として機能する）。従って、この波長選択性位相差板５３から出射した青色光はＰ偏光光のままであるが、赤色光はＳ偏光光に変換される。
【００７２】
５４は、第２の偏光ビームスプリッタであり、赤色光及び青色光の両者に対して（赤、緑、青色光全ての色光に対して）Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する特性を持つ偏光分離面を有する。従って、Ｐ偏光の青色光（照明光）は第２の偏光ビームスプリッタ５４（の偏光分離面）を透過して、１／４波長板５１Ｂを経て青用（青色光用）の反射型液晶表示素子５０Ｂに入射する。この青用の反射型液晶表示素子５０Ｂにおいて変調され反射された青色光が１／４波長板５１Ｂを経て再び第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射する。その第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射した青色光のうち、液晶表示素子５０ＢにおいてＳ偏光光に変調された青色光（画像光）が第２の偏光ビームスプリッタで反射されて投影光学系５６の方向に導かれる。
【００７３】
また、第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射するＳ偏光光の赤色光（照明光）は、反射されて１／４波長板５１Ｒを経て赤用（赤色光用）の反射型液晶表示素子５０Ｒに入射する。この赤用の反射型液晶表示素子５０Ｒにおいて変調され反射された赤色光が１／４波長板５１Ｒを経て再び第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射する。その第２の偏光ビームスプリッタ５４に入射した赤色光のうち、液晶表示素子５０ＲにおいてＰ偏光光に変調された赤色光（画像光）が第２の偏光ビームスプリッタを透過して投影光学系５６の方向に導かれる。
【００７４】
このようにして第２の偏光ビームスプリッタから投影光学系５６の方向に導かれたＰ偏光の赤色光及びＳ偏光の青色光は、青色光専用偏光板（青専用出射側偏光板）５５に入射する。この青色光専用偏光板（出射側偏光板）５５は、図６に示す特性、すなわち青色光に対してはＳ偏光を透過しＰ偏光を反射又は吸収し、赤色光に対しては偏光方向に関わらず透過する特性を持つ。従って、Ｐ偏光の赤色光（画像光）及びＳ偏光の青色光（画像光）はこの青色光専用偏光板５５を透過するが、もしＰ偏光の青色光（不要光）が混ざっていた場合には、この青色光専用偏光板５５で反射又は吸収し、投影光学系に入射しないようにする。
【００７５】
次に、Ｐ偏光の赤色光（画像光）及びＳ偏光の青色光（画像光）は、第１偏光ビームスプリッタ４９に入射する。第１偏光ビームスプリッタ４９は、青色光に対しては偏光方向に関わらずすべて透過（反射でも良い）しており、赤色光に対してはＳ偏光を反射しＰ偏光を透過する偏光分離面を持つ。従って、もしＳ偏光の赤色光が混ざっていた場合にはこの第１の偏光ビームスプリッタで反射され、投影光学系とは異なる方向に導かれる。
【００７６】
その結果、Ｐ偏光の赤色光（画像光）及びＳ偏光の青色光（画像光）は前記第１の偏光ビームスプリッタを透過し、Ｓ偏光の緑色光（画像光）は第１の偏光ビームスプリッタで反射されることにより、赤、緑、青色光が合成され投影光学系５６に導かれる。
【００７７】
尚、黒表示の場合には、実施例１と同様に各色光が光源方向に戻される構成となっている。
【００７８】
この実施例３においても、第１の偏光ビームスプリッタと緑用反射型液晶表示素子５０Ｇとの間にレンズを配置しても構わない。また、第１の偏光ビームスプリッタと第２の偏光ビームスプリッタとの間や、第２の偏光ビームスプリッタと赤用反射型液晶表示素子との間、第２の偏光ビームスプリッタと青用反射型液晶表示素子との間にレンズを配置しても良い。
【００７９】
（第４実施例）
以上の第１、２、３実施例においては、１つの白色光源（白色光を発する光源、赤、緑、青色光すべてを発する光源）を用いているが、本発明はそれに限定されることは無く、複数の光源を用いても良い。各色光に対して一つずつ光源を備える構成であっても構わないが、この実施例４においては、緑色光（第１色光）用の光源と、青色光及び赤色光（第２、３色光）用の光源とを備える構成（つまり２つの光源を持つ構成）を例示する。この実施例４について図７を用いて説明する。
【００８０】
まず、図７中の６１は、緑色光用（第１色光用、第１波長領域の光用）の光源（第１光源）であり、６２は、青色光及び赤色光用（第２、３色光用、第２、３の波長領域の光用、第２、３の液晶表示素子用）の光源（第２光源）である。
【００８１】
緑色光用の光源（第１光源）６１、青色光及び赤色光用の光源（第２光源）６２は、それぞれ複数のＬＥＤで構成されている。
【００８２】
緑色光用の光源６１から発した緑色光は、実施例１と同様にＰ偏光を透過しＳ偏光を吸収又は反射する入射側偏光板８（第１入射側偏光板）を経て第１の偏光ビームスプリッタ９に入射する。従って、第１の偏光ビームスプリッタ９には実質的にＰ偏光の緑色光のみが入射する。
【００８３】
青色光及び青色光用の光源６２からの青及び赤色光は、実施例１と同様にＰ偏光を透過しＳ偏光を吸収又は反射する入射側偏光板（第２入射側偏光板）１２に入射し偏光度を高められる（所望の偏光成分の割合を向上させる）。その入射側偏光板を経た青色光及び赤色光が第２の偏光ビームスプリッタ１３（図２のような偏光分離特性を持つ偏光ビームスプリッタ）に入射する。従って、第２の偏光ビームスプリッタ１３には実質的にＰ偏光の青色光及びＰ偏光の赤色光のみが入射する。
【００８４】
第１偏光ビームスプリッタ、第２偏光ビームスプリッタに入射した後は、実施例１と同様の光学作用を持つため、説明は省略する。
【００８５】
この実施例４においては、複数のＬＥＤからなる光源を使用しているが、これに限定されることはなく、レーザー光源等を用いても良い。また本実施例の光源の代わりに、白色光源（高圧水銀ランプ等）とカラーフィルターとの組み合せを用いても良い。
【００８６】
以上の第１、２、３、４実施例は任意に組み合わせても構わない。例えば、第２、３、４実施例に記載した光路調整用プリズム７０は、図８、９に示したように配置しなくても構わないし、レンズ等と置き換えても構わない。また、第２実施例のような配置において、第３実施例のように波長選択性位相差板を用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】第１実施例の概略図。
【図２】第１実施例の第２の偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離特性の説明図。
【図３】第２実施例の概略図。
【図４】第３実施例の概略図。
【図５】第３実施例における第１の偏光ビームスプリッタ４９の偏光分離特性の説明図。
【図６】第３実施例における青色光専用偏光板５５の特性の説明図。
【図７】第４実施例の概略図。
【図８】第１実施例の第１変形例の概略図。
【図９】第１実施例の第２変形例の概略図。
【符号の説明】
【００８８】
１  光源
２  リフレクタ
３  第１のレンズアレイ
４  第２のレンズアレイ
５  コンデンサーレンズ
６、２６、４６  ダイクロイックミラー
７、２７、３２、４７  ミラー
８、１２、２８、３３、４８、５２  入射側偏光板
９、２９、４９  第１の偏光ビームスプリッタ
１０、３０、５０  反射型液晶表示素子
１１、３１、５１  １／４波長板
１３、３４、５４  第２の偏光ビームスプリッタ
１４、３５  出射側偏光板
１５、３６  １／２波長板
５３  波長選択性位相差板
５５  青色光専用偏光板
１６、３７、５６  投影光学系（投射レンズ）
６１  緑色光用の光源
６２  青色光及び赤色光用の光源
１００  照明光学系
２００、３００、４００  色分解合成光学系
【図１】
2008268727.tif 000003
【図２】
2008268727.tif 000004
【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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