(57)【要約】【課題】  反射型空間光変調素子を有する画像表示装置などに使用される色分解合成光学系において、積層位相差フィルタの波長選択特性のばらつきに影響されることなく、高いコントラスト比と良好な色度を有する表示画像を得ることを可能とする。【解決手段】  第１の偏光ビームスプリッタ２において第３の色成分光（Ｇ）がＰ偏光である場合において、第４の波長選択性偏光変換フィルタ１１が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第１の波長選択性偏光変換フィルタ１が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広くする。【選択図】  図１
2005031446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から入射された白色光を、赤緑青３原色成分について第１乃至第３の色成分光に分解し、前記第１乃至第３の色成分光をそれぞれ変調し、変調した前記第１乃至第３の色成分光を合成して出射する色分解合成光学系において、
直線偏光状態の入射光束のうちの第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離面を有し、この偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、前記第１及び第２の色成分光と前記第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面が第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、
前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の反射型空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、前記第１の反射型空間光変調素子によって表示画像の第１の色成分に応じて偏光変調されて反射された第１の変調光が再入射され、前記第２の反射型空間光変調素子によって表示画像の第２の色成分に応じて偏光変調されて反射された第２の変調光が再入射され、これら第１及び第２の変調光を前記第２の波長選択性偏光変換手段に戻る方向と異なる方向に出射させる第２の偏光分離素子と、
前記第２の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とを揃える第３の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の偏光分離素子から前記第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光を第３の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、この第３の反射型空間光変調素子によって表示画像の第３の色成分に応じて偏光変調されて反射された第３の変調光が再入射され、この第３の変調光を前記第１の偏光分離素子に戻る方向と異なる方向に出射させる第３の偏光分離素子と、
前記第２の偏光分離素子から出射され前記第３の波長選択性偏光変換手段を経た第１及び第２の変調光と前記第３の偏光分離素子から出射された第３の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、
前記偏光合成素子を経た光束が入射され、この入射光束の第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面を第１及び第２の色成分光の偏波面に揃える第４の波長選択性偏光変換手段と、
前記第４の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射され、前記第１乃至第３の色成分光の偏波面の方向と異なる方向の偏波面を有する不要光を遮断する偏光板と、を備え、
前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＰ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広く、
前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＳ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において狭い
ことを特徴とする色分解合成光学系。
【請求項２】
光源から入射された白色光を、赤緑青３原色成分について第１乃至第３の色成分光に分解し、前記第１乃至第３の色成分光をそれぞれ変調し、変調した前記第１乃至第３の色成分光を合成して出射する色分解合成光学系において、
直線偏光状態の入射光束のうちの第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離面を有し、この偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、前記第１及び第２の色成分光と前記第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面が第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、
前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の反射型空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、前記第１の反射型空間光変調素子によって表示画像の第１の色成分に応じて偏光変調されて反射された第１の変調光が再入射され、前記第２の反射型空間光変調素子によって表示画像の第２の色成分に応じて偏光変調されて反射された第２の変調光が再入射され、これら第１及び第２の変調光を前記第２の波長選択性偏光変換手段に戻る方向と異なる方向に出射させる第２の偏光分離素子と、
前記第２の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とを揃える第３の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の偏光分離素子から前記第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光の波長帯域の光のみを選択的に透過させる波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタを経た第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光を第３の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、この第３の反射型空間光変調素子によって表示画像の第３の色成分に応じて偏光変調されて反射された第３の変調光が再入射され、この第３の変調光を前記波長選択フィルタに戻る方向と異なる方向に出射させる第３の偏光分離素子と、
前記第３の偏光分離素子を経た第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光の偏波面を９０°回転させる第４の波長選択性偏光変換手段と、
前記第２の偏光分離素子から出射され前記第３の波長選択性偏光変換手段を経た第１及び第２の変調光と、前記第３の偏光分離素子から出射され前記第４の波長選択性偏光変換手段を経た第３の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、を備え、
前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＰ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段により偏波面を９０°回転され前記波長選択フィルタを透過する波長帯域よりも、可視光帯域において広く、
前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＳ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段により偏波面を９０°回転され前記波長選択フィルタを透過する波長帯域よりも、可視光帯域において狭い
ことを特徴とする色分解合成光学系。
【請求項３】
前記第１及び第２の色成分光が赤色成分光及び青色成分光であって、前記第３の色成分光が緑色成分光であることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の色分解合成光学系。
【請求項４】
前記第１及び第２の色成分光が赤色成分光及び緑色成分光であって、前記第３の色成分光が青色成分光であることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の色分解合成光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光束を３原色に分解し再び合成して出射する色分解合成光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、色分解合成光学系が用いられている。この色分解合成光学系は、光源からの入射光束を３原色に分解し、これら３原色光によって各色用の反射型空間光変調素子を照明し、これら反射型空間光変調素子からの反射光束を再び合成して、結像系に向けて出射する光学系である。
【０００３】
図１０は、画像表示装置において用いられる従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。
【０００４】
この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、図１０に示すように、略々平行光束となされ、直線偏光となされて入射される。この入射光束は、赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇ及び青色成分光Ｂを含んでおり、それぞれの色の成分光が直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向となっている。
【０００５】
この入射光束は、第１の積層位相差フィルタ１０１に入射される。この積層位相差フィルタ１０１は、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。この第１の積層位相差フィルタ１０１を透過した光束においては、緑色成分光Ｇの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの偏波面に対して直交している。
【０００６】
第１の積層位相差フィルタ１０１を透過した光束は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ１０２においては、偏光分離面１０２ａに対して、緑色成分光ＧがＰ偏光、赤色成分光Ｒ及び青色成分光ＢがＳ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ１０２においては、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂが偏光分離面１０２ａにより反射され、緑色成分光Ｇが偏光分離面１０２ａを透過する。
【０００７】
第１の偏光ビームスプリッタ１０２から出射された赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂは、第２の積層位相差フィルタ１０３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ１０３は、赤色成分光Ｒの偏波面を青色成分光Ｂの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂを透過させる。
【０００８】
第２の積層位相差フィルタ１０３を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１０４においては、偏光分離面１０４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離面１０４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ１０４より出射され、赤色用反射型空間光変調素子１０５に入射する。また、青色成分光Ｂは、偏光分離面１０４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１０４より出射され、青色用反射型空間光変調素子１０６に入射する。
【０００９】
赤色用反射型空間光変調素子１０５及び青色用反射型空間光変調素子１０６は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び青色成分に応じて偏光変調して反射する。
【００１０】
赤色用反射型空間光変調素子１０５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離面１０４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面１０４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ１０４から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１１】
青色用反射型空間光変調素子１０６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離面１０４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面１０４ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１０４から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１２】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ１０２から出射された緑色成分光Ｇは、第３の偏光ビームスプリッタ１０７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ１０７においては、偏光分離面１０７ａに対して、緑色成分光ＧがＰ偏光となっている。この緑色成分光Ｇは、偏光分離面１０７ａを透過してこの第３の偏光ビームスプリッタ１０７より出射され、緑色用反射型空間光変調素子１０８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子１０８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。
【００１３】
緑色用反射型空間光変調素子１０８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１０７に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離面１０７ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面１０７ａにより反射されて、この第３の偏光ビームスプリッタ１０７から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１４】
第２の偏光ビームスプリッタ１０４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ１０９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ１０９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。
【００１５】
また、第３の偏光ビームスプリッタ１０７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射される。
【００１６】
第４の偏光ビームスプリッタ１１０においては、偏光分離面１１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離面１１０ａを透過して、この第４の偏光ビームスプリッタ１１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離面１１０ａにより反射されて、この第４の偏光ビームスプリッタ１１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００１７】
第４の偏光ビームスプリッタ１１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。
【００１８】
第４の積層位相差フィルタ１１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、図示しない投射光学系に入射する。この投射光学系は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【特許文献１】特開２００２−２８７０９４号公報
【特許文献２】特開２０００−２８４２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
前述のような色分解合成光学系においては、色分解合成光学系に対する入射光の入口である第１の積層位相差フィルタ１０１の波長選択特性と、この色分解合成光学系からの出射光の出口である第４の積層位相差フィルタ１１１の波長選択特性との関係、すなわち、これら積層位相差フィルタ１０１，１１１が偏波面を回転させることとなる波長帯域（半値波長）の相関関係によって、赤色、青色及び緑色各色の色度や、表示画像のコントラスト比が決定される。
【００２０】
図１１は、第１の積層位相差フィルタ１０１及び第４の積層位相差フィルタ１１１の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【００２１】
例えば、前述の色分解合成光学系において、第１の積層位相差フィルタ１０１の特性と第４の積層位相差フィルタ１１１の特性とが、図１１に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１０１よりも狭い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有しているとすると、青色との境界領域における半値波長の関係によって青色の色度が劣化し、赤色との境界領域における半値波長の関係によって赤色の色度が劣化する。
【００２２】
図１２は、第１の積層位相差フィルタ１０１及び第４の積層位相差フィルタ１１１の波長選択特性の関係の他の状態を示すグラフである。
【００２３】
図１２に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１０１よりも長波長側の波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有している場合にも、青色との境界領域における半値波長の関係によって青色の色度が劣化する。
【００２４】
図１３は、第１の積層位相差フィルタ１０１及び第４の積層位相差フィルタ１１１の波長選択特性の関係のさらに他の状態を示すグラフである。
【００２５】
さらに、図１３に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１０１よりも短波長側の波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有している場合にも、赤色との境界領域における半値波長の関係によって赤色の色度が劣化する。
【００２６】
このような現象は、偏光ビームスプリッタの偏光分離面のＳ偏光及びＰ偏光に対する特性に原因がある。すなわち、偏光ビームスプリッタの偏光分離面は、Ｓ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過させるように設計されている。しかしながら、この偏光分離面は、実際には、Ｓ偏光については略１００％反射しほとんど透過させないものの、Ｐ偏光については、数％から１０％程度を反射してしまうという特性を有している。
【００２７】
図１４は、色分解合成光学系における偏光ビームスプリッタの偏光分離面でのＰ偏光の反射量を示す平面図である。
【００２８】
すなわち、図１４に示すように、第１の積層位相差フィルタ１０１において偏波面を回転されて第１の偏光ビームスプリッタ１０２に入射した緑色光のうち、まず、この第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。第１の偏光ビームスプリッタ１０２に入射した緑色光の光量をＧとすると、Ｇ・Ｒpの光量が、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に入射される。この光束は、第２の積層位相差フィルタ１０３によっては偏波面を回転されずに、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に入射される。
【００２９】
第２の偏光ビームスプリッタ１０４においては、偏光分離面１０４ａに対するＰ偏光として入射した緑色光は、偏光分離面１０４ａにおいて、Ｐ偏光透過率Ｔp（＝１−Ｒp）に相当する光量が透過し、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が赤色用反射型空間光変調素子１０５に入射し、Ｇ・Ｒp２の光量が青色用反射型空間光変調素子１０６に入射する。これら赤色用反射型空間光変調素子１０５及び青色用反射型空間光変調素子１０６が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【００３０】
そして、赤色用反射型空間光変調素子１０５からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面１０４ａにより反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。また、青色用反射型空間光変調素子１０６からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面１０４ａを透過し、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。
【００３１】
このようにして、第２の偏光ビームスプリッタ１０４より、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に対して、２Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１１０の偏光分離面１１０ａを透過することにより、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）を乗じられて、２Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１１に入射する。
【００３２】
一方、第１の積層位相差フィルタ１０１において偏波面を回転されて第１の偏光ビームスプリッタ１０２に入射した緑色光のうち、この第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１０２ａを透過するのは、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量である。したがって、Ｇ・（１−Ｒp）の光量が、第３の偏光ビームスプリッタ１０７に入射される。
【００３３】
第３の偏光ビームスプリッタ１０７においては、偏光分離面１０７ａに対するＰ偏光として入射した緑色光は、偏光分離面１０７ａにおいて、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量が透過し、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、Ｇ・（１−Ｒp）２の光量が緑色用反射型空間光変調素子１０８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子１０８が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【００３４】
そして、緑色用反射型空間光変調素子１０８からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量が、偏光分離面１０７ａにおいて反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射する。
【００３５】
このようにして、第３の偏光ビームスプリッタ１０７より、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に対して、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１１０の偏光分離面１１０ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpを乗じらた光量が反射され、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１１に入射する。
【００３６】
このようにして、全ての反射型空間光変調素子１０５，１０６，１０８が黒表示である場合においても、３Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２に相当する光量の緑色光が、不要光として第４の積層位相差フィルタ１１１に入射されることとなる。この不要光は、第４の積層位相差フィルタ１１１において偏波面を回転されないとすると、偏光板１１２を透過して、この色分解合成光学系から出射されることとなる。
【００３７】
ここで、前述の図１１に示したように、第４の積層位相差フィルタ１１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１０１よりも狭い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有しているとすると、第１の積層位相差フィルタ１０１によって偏波面を回転された緑色光のうち、赤色及び青色との境界領域において、第４の積層位相差フィルタ１１１によって偏波面を回転されずに透過する成分があることになる。このように、第４の積層位相差フィルタ１１１によって偏波面を回転されない成分があると、偏光板１１２を不要光が透過することとなり、表示画像のコントラスト比が低下し、赤色及び青色の色度が劣化することとなる。
【００３８】
なお、積層位相差フィルタの波長選択特性は、生産技術上の理由により、ある程度の波長の変動は避けられない。したがって、第１の積層位相差フィルタ１０１の波長選択特性と第４の積層位相差フィルタ１１１の波長選択特性とを完全に一致させようとしても、これら波長選択特性は、いずれかの方向に相対的なずれが生ずることとなり、このずれの方向によっては、表示画像のコントラスト比が著しく劣化してしまうこととなる。
【００３９】
そこで、本発明は、反射型空間光変調素子を有する画像表示装置などに使用される色分解合成光学系において、積層位相差フィルタの波長選択特性のばらつきに影響されることなく、高いコントラスト比と良好な色度を有する表示画像を得ることを可能とする色分解合成光学系を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
上述の課題を解決するため、本発明に係る色分解合成光学系は、光源から入射された白色光を、赤緑青３原色成分について第１乃至第３の色成分光に分解し、前記第１乃至第３の色成分光をそれぞれ変調し、変調した前記第１乃至第３の色成分光を合成して出射する色分解合成光学系において、直線偏光状態の入射光束のうちの第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離面を有し、この偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、前記第１及び第２の色成分光と前記第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面が第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の反射型空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、前記第１の反射型空間光変調素子によって表示画像の第１の色成分に応じて偏光変調されて反射された第１の変調光が再入射され、前記第２の反射型空間光変調素子によって表示画像の第２の色成分に応じて偏光変調されて反射された第２の変調光が再入射され、これら第１及び第２の変調光を前記第２の波長選択性偏光変換手段に戻る方向と異なる方向に出射させる第２の偏光分離素子と、前記第２の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とを揃える第３の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の偏光分離素子から前記第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光を第３の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、この第３の反射型空間光変調素子によって表示画像の第３の色成分に応じて偏光変調されて反射された第３の変調光が再入射され、この第３の変調光を前記第１の偏光分離素子に戻る方向と異なる方向に出射させる第３の偏光分離素子と、前記第２の偏光分離素子から出射され前記第３の波長選択性偏光変換手段を経た第１及び第２の変調光と前記第３の偏光分離素子から出射された第３の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、前記偏光合成素子を経た光束が入射され、この入射光束の第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面を第１及び第２の色成分光の偏波面に揃える第４の波長選択性偏光変換手段と、前記第４の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射され、前記第１乃至第３の色成分光の偏波面の方向と異なる方向の偏波面を有する不要光を遮断する偏光板と、を備え、前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＰ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段が偏波面を��０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広く、前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＳ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において狭い。
【００４１】
この色分解光学系は、入射する白色光を第１乃至第３の色成分光に分解することが望ましい。前記第１乃至第３の色成分光は、赤緑青３原色（ＲＧＢ）の赤色成分光、緑色成分光及び青色成分光と所定の対応関係を有することが望ましい。
【００４２】
この色分解合成光学系においては、第１の偏光分離素子及び第３の偏光分離素子における偏光分離面に対するＰ偏光成分のうち、この偏光分離面によって反射されて偏光合成素子に至り、この偏光合成素子から出射された不要光は、第４の波長選択性偏光変換手段及び偏光板を経ることにより確実に遮断され、出射することがない。
【００４３】
また、本発明に係る色分解合成光学系は、光源から入射された白色光を、赤緑青３原色成分について第１乃至第３の色成分光に分解し、前記第１乃至第３の色成分光をそれぞれ変調し、変調した前記第１乃至第３の色成分光を合成して出射する色分解合成光学系において、直線偏光状態の入射光束のうちの第３の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離面を有し、この偏光分離面に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、前記第１及び第２の色成分光と前記第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面が第２の色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の反射型空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、前記第１の反射型空間光変調素子によって表示画像の第１の色成分に応じて偏光変調されて反射された第１の変調光が再入射され、前記第２の反射型空間光変調素子によって表示画像の第２の色成分に応じて偏光変調されて反射された第２の変調光が再入射され、これら第１及び第２の変調光を前記第２の波長選択性偏光変換手段に戻る方向と異なる方向に出射させる第２の偏光分離素子と、前記第２の偏光分離素子から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光のみの偏波面を９０°回転させ、該第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とを揃える第３の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の偏光分離素子から前記第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光の波長帯域の光のみを選択的に透過させる波長選択フィルタと、前記波長選択フィルタを経た第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光を第３の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、この第３の反射型空間光変調素子によって表示画像の第３の色成分に応じて偏光変調されて反射された第３の変調光が再入射され、この第３の変調光を前記波長選択フィルタに戻る方向と異なる方向に出射させる第３の偏光分離素子と、前記第３の偏光分離素子を経た第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光の偏波面を９０°回転させる第４の波長選択性偏光変換手段と、前記第２の偏光分離素子から出射され前記第３の波長選択性偏光変換手段を経た第１及び第２の変調光と、前記第３の偏光分離素子から出射され前記第４の波長選択性偏光変換手段を経た第３の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、を備え、前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＰ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段により偏波面を９０°回転され前記波長選択フィルタを透過する波長帯域よりも、可視光帯域において広く、前記第１の偏光分離素子の偏光分離面において前記第３の色成分光がＳ偏光成分である場合には、前記第４の波長選択性偏光変換手段が偏波面を９０°回転させる波長帯域は、前記第１の波長選択性偏光変換手段により偏波面を９０°回転され前記波長選択フィルタを透過する波長帯域よりも、可視光帯域において狭いことが望ましい。
【００４４】
この色分解合成光学系においては、この色分解合成光学系においては、第３の偏光分離素子における偏光分離面に対するＳ偏光成分のうち、この偏光分離面を透過する不要光は、第４の波長選択性偏光変換手段及び偏光合成素子を経ることにより確実に遮断され、出射することがない。
【００４５】
さらに、本発明に係る色分解合成光学系においては、第１及び第２の色成分光を赤色成分光及び青色成分光とし、第３の色成分光を緑色成分光とすることが望ましい。
【００４６】
この場合においては、第２の偏光分離素子において光路を分離される光束の波長帯域が互いに離れており、波長帯域の境界領域の光束が存在しないので、第３の波長選択性偏光変換手段を経た光束における不要光を生じさせる虞れがない。
【００４７】
さらにまた、本発明に係る色分解合成光学系においては、第１及び第２の色成分光を赤色成分光及び緑色成分光とし、第３の色成分光が青色成分光を青色成分光とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００４８】
本発明は、反射型空間光変調素子を有する画像表示装置などに使用される色分解合成光学系において、積層位相差フィルタの波長選択特性のばらつきに影響されることなく、高いコントラスト比と良好な色度を有する表示画像を得ることを可能とする色分解合成光学系を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００５０】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る色分解合成光学系の第１の実施の形態を示す平面図である。
【００５１】
この色分解合成光学系においては、図１に示すように、照明光学系１１３により、第１の波長選択性偏光変換手段となる第１の積層位相差フィルタ１に光束が入射される。照明光学系１１３より発せられた第１の積層位相差フィルタ１への入射光は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされている。また、第１の積層位相差フィルタ１への入射光は、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇを含んでいる。これら各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図１の紙面に垂直な方向となっている。
【００５２】
この入射光が入射される積層位相差フィルタは、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。このような積層位相差フィルタとしては、例えば、カラーリンク（Color Link）社製の「カラーセレクト（Color Select）」を使用することができる。
【００５３】
この第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、第３の色成分光のみの偏波面の方向が９０°回転されて、第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交している状態となる。
【００５４】
この実施の形態においては、第３の色成分光は緑色成分光Ｇであり、第１及び第２の色成分光は赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂとなっている。すなわち、第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、緑色成分光Ｇの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの偏波面に対して直交している。
【００５５】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面２ａに対して、赤色成分光Ｒ及び青色成分光ＢがＳ偏光、緑色成分光ＧがＰ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂが偏光分離面２ａにより反射され、緑色成分光Ｇが偏光分離面２ａを透過し、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの光路と、緑色成分光Ｇの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。
【００５６】
第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂは、第２の波長選択性偏光変換手段となる第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させ、赤色成分光Ｒの偏波面が青色成分光Ｂの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂを透過させる。
【００５７】
第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離面４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第１の反射型空間光変調素子である赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、青色成分光Ｂは、偏光分離面４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第２の反射型空間光変調素子である青色用反射型空間光変調素子６に入射する。
【００５８】
赤色用反射型空間光変調素子５及び青色用反射型空間光変調素子６は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び青色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子５及び青色用反射型空間光変調素子６に供給される。
【００５９】
赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００６０】
青色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、青色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面４ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００６１】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された緑色成分光Ｇは、第３の偏光分離素子となる第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面７ａに対して、緑色成分光ＧがＰ偏光となっている。この緑色成分光Ｇは、偏光分離面７ａを透過してこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、第３の反射型空間光変調素子である緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この緑色用反射型空間光変調素子８に供給される。
【００６２】
緑色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離面７ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面７ａにより反射され、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００６３】
第２の偏光ビームスプリッタ４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００６４】
第４の偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離面１０ａを透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離面１０ａにより反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００６５】
第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。
【００６６】
第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、投射光学系１１４に入射する。この投射光学系１１４は、第１乃至第３の変調光をスクリーン１１５上に投影し、画像表示を行う。
【００６７】
図２は、第１の積層位相差フィルタ１及び第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【００６８】
この色分解合成光学系においては、色分解合成光学系に対する入射光の入口である第１の積層位相差フィルタ１の波長選択特性と、この色分解合成光学系からの出射光の出口である第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性との関係、すなわち、これら積層位相差フィルタ１，１１が偏波面を回転させることとなる波長帯域（半値波長）の相関関係は、図２に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１よりも広い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有している。
【００６９】
したがって、この色分解合成光学系においては、青色の色度が劣化することがなく、赤色の色度が劣化することもない。すなわち、前述の図１４に示したと同様に、第１の積層位相差フィルタ１において偏波面を回転されて第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した緑色光のうち、まず、この第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した緑色光の光量をＧとすると、Ｇ・Ｒpの光量が、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この光束は、第２の積層位相差フィルタ３によっては偏波面を回転されずに、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。
【００７０】
第２の偏光ビームスプリッタ４においては、偏光分離面４ａに対するＰ偏光として入射した緑色光は、偏光分離面４ａにおいて、Ｐ偏光透過率Ｔp（＝１−Ｒp）に相当する光量が透過し、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が赤色用反射型空間光変調素子５に入射し、Ｇ・Ｒp２の光量が青色用反射型空間光変調素子６に入射する。これら赤色用反射型空間光変調素子５及び青色用反射型空間光変調素子６が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【００７１】
そして、赤色用反射型空間光変調素子５からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａにより反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。また、青色用反射型空間光変調素子６からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａを透過し、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。
【００７２】
このようにして、第２の偏光ビームスプリッタ４より、第４の偏光ビームスプリッタ１０に対して、２Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａを透過することにより、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）を乗じられて、２Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射する。
【００７３】
一方、第１の積層位相差フィルタ１において偏波面を回転されて第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した緑色光のうち、この第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａを透過するのは、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量である。したがって、Ｇ・（１−Ｒp）の光量が、第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。
【００７４】
第３の偏光ビームスプリッタ７においては、偏光分離面７ａに対するＰ偏光として入射した緑色光は、偏光分離面７ａにおいて、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量が透過し、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、Ｇ・（１−Ｒp）２の光量が緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子８が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【００７５】
そして、緑色用反射型空間光変調素子８からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量が、偏光分離面７ａにおいて反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。
【００７６】
このようにして、第３の偏光ビームスプリッタ７より、第４の偏光ビームスプリッタ１０に対して、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpを乗じらた光量が反射され、Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射する。
【００７７】
このようにして、全ての反射型空間光変調素子５，６，８が黒表示である場合においても、３Ｇ・Ｒp２・（１−Ｒp）２に相当する光量の緑色光が、不要光として第４の積層位相差フィルタ１１に入射されることとなる。
【００７８】
ここで、図２に示したように、第４の積層位相差フィルタ１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１よりも広い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有しているので、第１の積層位相差フィルタ１によって偏波面を回転された緑色光のうち、赤色及び青色との境界領域において、第４の積層位相差フィルタ１１によって偏波面を回転されずに透過する成分はない。したがって、偏光板１２を不要光が透過することはなく、表示画像のコントラスト比が低下したり、赤色及び青色の色度が劣化することがない。
【００７９】
なお、偏光ビームスプリッタの偏光分離面におけるＳ偏光の透過率Ｔsは、Ｐ偏光反射率Ｒpに対して２桁以上小さいので、不要光の量を考慮するにあたっては、ほとんど考慮する必要がない。
【００８０】
また、偏光板１２においては、一定の方向の偏波面を有する光束が透過率Ｔpol-p（パラレル透過率）により透過し、この方向の他の方向の偏波面を有する光束が透過率Ｔpol-c（クロス透過率）により透過することとなる。パラレル透過率Ｔpol-pは１００％に近く、クロス透過率Ｔpol-cは０％に近いのが理想であるが、実際には、これらが１００％及び０％となることはない。したがって、前述の不要光の量の考慮にあたっても、偏光板１２において、実際には、不要光が完全に遮断されるのではなく、クロス透過率Ｔpol-cが乗ぜられた光量となる。しかし、クロス透過率Ｔpol-cは充分に小さい値であるので、不要光を低減させる効果としては充分である。
【００８１】
これらは、後述する第３の実施の形態においても同様である。
【００８２】
〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。
【００８３】
本発明に係る色分解合成光学系は、上述した第１の実施の形態と同様の構成を有しつつ、図３に示すように、第３の色成分光を青色成分光Ｂとし、第１及び第２の色成分光を赤色成分光及び緑色成分光として構成してもよい。この場合には、第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１は、青色成分光Ｂのみの偏波面を９０°回転させる特性を有するものとなる。
【００８４】
この色分解合成光学系においては、図３に示すように、照明光学系１１３により、第１の波長選択性偏光変換手段となる第１の積層位相差フィルタ１に光束が入射される。照明光学系１１３より発せられた第１の積層位相差フィルタ１への入射光は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされている。また、第１の積層位相差フィルタ１への入射光は、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇを含んでいる。これら各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図１の紙面に垂直な方向となっている。
【００８５】
この入射光が入射される積層位相差フィルタは、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。
【００８６】
この第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、第３の色成分光のみの偏波面の方向が９０°回転されて、第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交している状態となる。
【００８７】
この実施の形態においては、第３の色成分光は青色成分光Ｂであり、第１及び第２の色成分光は赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇとなっている。すなわち、第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、青色成分光Ｂの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交している。
【００８８】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面２ａに対して、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光ＧがＳ偏光、青色成分光ＢがＰ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇが偏光分離面２ａにより反射され、青色成分光Ｂが偏光分離面２ａを透過し、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの光路と、青色成分光Ｂの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。
【００８９】
第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、第２の波長選択性偏光変換手段となる第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させ、赤色成分光Ｒの偏波面が緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇを透過させる。
【００９０】
第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離面４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第１の反射型空間光変調素子である赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離面４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第２の反射型空間光変調素子である緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。
【００９１】
赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子８に供給される。
【００９２】
赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００９３】
緑色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面４ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００９４】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された青色成分光Ｂは、第３の偏光分離素子となる第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面７ａに対して、青色成分光ＢがＰ偏光となっている。この緑色成分光Ｂは、偏光分離面７ａを透過してこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、第３の反射型空間光変調素子である青色用反射型空間光変調素子６に入射する。この青色用反射型空間光変調素子６は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子６に供給される。
【００９５】
青色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、青色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離面７ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面７ａにより反射され、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００９６】
第２の偏光ビームスプリッタ４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【００９７】
第４の偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離面１０ａを透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離面１０ａにより反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００９８】
第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。
【００９９】
第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、投射光学系１１４に入射する。この投射光学系１１４は、第１乃至第３の変調光をスクリーン１１５上に投影し、画像表示を行う。
【０１００】
図４は、第１の積層位相差フィルタ１及び第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性（青色用）の関係を示すグラフである。
【０１０１】
この構成においては、第３の色成分光である青色成分光Ｂが第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａにおいてＰ偏光成分である場合であるので、図４に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第１の積層位相差フィルタ１が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広くする。
【０１０２】
そして、この色分解合成光学系においては、第２の積層位相差フィルタ３の波長選択特性と、第３の積層位相差フィルタ９の波長選択特性との相関関係についても、前述した第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１の波長選択特性の関係と同様のことが考えられる。
【０１０３】
特に、第１及び第２の色成分光の波長帯域が隣接している場合、例えば、赤色及び緑色や、緑色及び青色が第１及び第２の色成分光である場合には、第２の積層位相差フィルタ３の波長選択特性と、第３の積層位相差フィルタ９の波長選択特性との相関関係が重要となる。
【０１０４】
ここで、図３に示した構成において、赤色成分光Ｒ用の第２及び第３の積層位相差フィルタ３，９について考える。そして、ここでは、赤色及び緑色が第１及び第２の色成分光となっている。第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色光及び緑色光のうち、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転された帯域の光束が第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜４ａに対するＰ偏光となり、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転されなかった帯域の光束は、第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜４ａに対するＳ偏光となっている。
【０１０５】
ここでは、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転されるのは赤色成分光Ｒなので、この赤色成分光の光量をＲとすると、第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｒ・Ｒpの光量が、偏光分離面４ａにより反射され、緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。そして、赤色用反射型空間光変調素子５には、偏光分離面４ａを透過したＲ・（１−Ｒp）の光量が入射する。これら赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子８が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【０１０６】
そして、赤色用反射型空間光変調素子５からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｒ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａにより反射され、第３の積層位相差フィルタ９に入射する。また、緑色用反射型空間光変調素子８からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、Ｒ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａを透過し、第３の積層位相差フィルタ９に入射する。
【０１０７】
このようにして、第２の偏光ビームスプリッタ４より、第３の積層位相差フィルタ９に対して、２Ｒ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第３の積層位相差フィルタ９によって偏波面を回転されないと、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａを透過することにより、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）を乗じられて、２Ｒ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量の不要光となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射してしまう。
【０１０８】
図５は、第２の積層位相差フィルタ３及び第３の積層位相差フィルタ９の波長選択特性（赤色用）の関係を示すグラフである。
【０１０９】
ここで、図５に示すように、第３の積層位相差フィルタ９が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第２の積層位相差フィルタ３が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広くする。すると、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転された赤色光のうち、緑色との境界領域において、第３の積層位相差フィルタ９によって偏波面を回転されずに透過する成分はない。したがって、偏光板１２を不要光が透過することはなく、表示画像のコントラスト比が低下したり、緑色の色度が劣化することがない。
【０１１０】
さらに、本発明に係る色分解合成光学系は、上述した第３の実施の形態と同様の構成を有しつつ、第３の色成分光を赤色成分光Ｒとし、第１及び第２の色成分光を緑色成分光及び青色成分光として構成してもよい。この場合には、第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させる特性を有するものとなる。
【０１１１】
図６は、第１の積層位相差フィルタ１及び第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性（赤色用）の関係を示すグラフである。
【０１１２】
この構成においては、第３の色成分光である赤色成分光Ｒが第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａにおいてＰ偏光成分である場合であるので、図６に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第１の積層位相差フィルタ１が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において広くする。
【０１１３】
〔第３の実施の形態〕
図７は、本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。
【０１１４】
この色分解合成光学系は、図７に示すように構成することもできる。すなわち、この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされて、図７に示すように、第１の積層位相差フィルタ１に入射される。この入射光の各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図７の紙面に平行な方向となっている。
【０１１５】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、第３の色成分光のみの偏波面の方向が９０°回転されて、第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交している状態となる。
【０１１６】
この実施の形態においては、第３の色成分光は緑色成分光Ｇであり、第１及び第２の色成分光は赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂとなっている。すなわち、第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、緑色成分光Ｇの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの偏波面に対して直交している。
【０１１７】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光ビームスプリッタ２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面２ａに対して、赤色成分光Ｒ及び青色成分光ＢがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂが偏光分離面２ａを透過し、緑色成分光Ｇが偏光分離面２ａにより反射され、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの光路と、緑色成分光Ｇの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。
【０１１８】
第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂは、第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させ、赤色成分光Ｒの偏波面が青色成分光Ｂの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂを透過させる。
【０１１９】
第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面４ａに対して、赤色成分光ＲがＳ偏光、青色成分光ＢがＰ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離面４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、青色成分光Ｂは、偏光分離面４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、青色用反射型空間光変調素子６に入射する。
【０１２０】
赤色用反射型空間光変調素子５及び青色用反射型空間光変調素子６は、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び青色成分に応じて偏光変調して反射する。赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面４ａを透過し、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１２１】
青色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、青色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１２２】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された緑色成分光Ｇは、第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面７ａに対して、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。この緑色成分光Ｇは、偏光分離面７ａにより反射されこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子８は、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。
【０１２３】
緑色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離面７ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面７ａを透過し、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１２４】
第２の偏光ビームスプリッタ４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【０１２５】
第４の偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＳ偏光、第３の変調光がＰ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離面１０ａにより反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離面１０ａを透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【０１２６】
第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。
【０１２７】
第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、図示しない投射光学系に入射する。この投射光学系は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【０１２８】
図８は、第１の積層位相差フィルタ１及び第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【０１２９】
この色分解合成光学系においては、第１の積層位相差フィルタ１の波長選択特性と、第４の積層位相差フィルタ１１の波長選択特性との関係、すなわち、これら積層位相差フィルタ１，１１が偏波面を回転させることとなる波長帯域（半値波長）の相関関係は、図８に示すように、第４の積層位相差フィルタ１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１よりも狭い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有している。
【０１３０】
したがって、この色分解合成光学系においては、緑色の色度が劣化することがない。すなわち、前述の図２１に示したと同様に、第１の積層位相差フィルタ１において偏波面を回転されずに第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した赤色光及び青色光のうち、まず、この第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した赤色光及び青色光の光量の和を（Ｒ＋Ｂ）とすると、（Ｒ＋Ｂ）・Ｒpの光量が、第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。
【０１３１】
第３の偏光ビームスプリッタ７においては、偏光分離面７ａに対するＰ偏光として入射した赤色光及び青色光は、偏光分離面７ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、（Ｒ＋Ｂ）・Ｒp２の光量が緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子８が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【０１３２】
そして、緑色用反射型空間光変調素子８からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、（Ｒ＋Ｂ）・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面７ａを透過し、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。
【０１３３】
このようにして、第３の偏光ビームスプリッタ７より、第４の偏光ビームスプリッタ１０に対して、（Ｒ＋Ｂ）・Ｒp２・（１−Ｒp）の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａを透過することにより、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）を乗じられて、（Ｒ＋Ｂ）・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射する。
【０１３４】
一方、第１の積層位相差フィルタ１において偏波面を回転されずに第１の偏光ビームスプリッタ２に入射した赤色光及び青色光のうち、この第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａを透過するのは、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量である。したがって、（Ｒ＋Ｂ）・（１−Ｒp）の光量が、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。
【０１３５】
第２の偏光ビームスプリッタ４においては、偏光分離面４ａに対するＰ偏光として入射した青色光は、偏光分離面４ａにおいて、Ｐ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量が透過し、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量が反射される。すなわち、Ｂ・（１−Ｒp）２の光量が青色用反射型空間光変調素子６に入射し、Ｂ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。これら青色用反射型空間光変調素子６及び赤色用反射型空間光変調素子５が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【０１３６】
そして、青色用反射型空間光変調素子６からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｂ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量が、偏光分離面４ａにおいて反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。また、赤色用反射型空間光変調素子５からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、Ｂ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量が、偏光分離面４ａを透過し、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射する。
【０１３７】
このようにして、第２の偏光ビームスプリッタ４より、第４の偏光ビームスプリッタ１０に対して、２Ｂ・Ｒp・（１−Ｒp）２の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpを乗じらた光量が反射され、２Ｂ・Ｒp２・（１−Ｒp）２の光量となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射する。
【０１３８】
このようにして、全ての反射型空間光変調素子５，６，８が黒表示である場合においても、（Ｒ＋３Ｂ）・Ｒp２・（１−Ｒp）２に相当する光量の赤色光及び青色光が、不要光として第４の積層位相差フィルタ１１に入射されることとなる。
【０１３９】
ここで、図８に示したように、第４の積層位相差フィルタ１１のほうが第１の積層位相差フィルタ１よりも狭い波長帯域の光束について偏波面を回転させる特性を有しているので、第１の積層位相差フィルタ１によって偏波面を回転されなかった赤色光及び青色光のうち、緑色との境界領域において、第４の積層位相差フィルタ１１によって偏波面を回転される成分はない。したがって、偏光板１２を不要光が透過することはなく、表示画像のコントラスト比が低下したり、緑色の色度が劣化したりすることがない。
【０１４０】
〔第４の実施の形態〕
図９は、本発明に係る色分解合成光学系の第４の実施の形態を示す平面図である。
【０１４１】
本発明に係る色分解合成光学系は、上述した第３の実施の形態と同様の構成を有しつつ、図９に示すように、第３の色成分光を青色成分光Ｂとし、第１及び第２の色成分光を赤色成分光及び緑色成分光として構成してもよい。この場合には、第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１は、青色成分光Ｂのみの偏波面を９０°回転させる特性を有するものとなる。
【０１４２】
この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされて、図９に示すように、第１の積層位相差フィルタ１に入射される。この入射光の各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図９の紙面に平行な方向となっている。
【０１４３】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、第３の色成分光のみの偏波面の方向が９０°回転されて、第３の色成分光の偏波面が第１及び第２の色成分光の偏波面に対して直交している状態となる。
【０１４４】
この実施の形態においては、第３の色成分光は青色成分光Ｂであり、第１及び第２の色成分光は赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇとなっている。すなわち、第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、青色成分光Ｂの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交している。
【０１４５】
第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光ビームスプリッタ２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面２ａに対して、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光ＧがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇが偏光分離面２ａを透過し、青色成分光Ｂが偏光分離面２ａにより反射され、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの光路と、青色成分光Ｂの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。
【０１４６】
第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させ、赤色成分光Ｒの偏波面が緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇを透過させる。
【０１４７】
第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面４ａに対して、赤色成分光ＲがＳ偏光、緑色成分光ＧがＰ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離面４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離面４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、緑色用反射型空間光変調素子８に入射する。
【０１４８】
赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子８は、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面４ａを透過し、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１４９】
緑色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離面４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離面４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１５０】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された青色成分光Ｂは、第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面７ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この緑色成分光Ｂは、偏光分離面７ａにより反射されこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、青色用反射型空間光変調素子６に入射する。この青色用反射型空間光変調素子６は、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。
【０１５１】
青色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、青色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離面７ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離面７ａを透過し、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。
【０１５２】
第２の偏光ビームスプリッタ４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。
【０１５３】
第４の偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離面１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＳ偏光、第３の変調光がＰ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離面１０ａにより反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離面１０ａを透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【０１５４】
第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。
【０１５５】
第４の積層位相差フィルタ１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、図示しない投射光学系に入射する。この投射光学系は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【０１５６】
そして、この場合には、第３の色成分光が第１の偏光ビームスプリッタ２の偏光分離面２ａにおいてＳ偏光成分である場合であるので、第４の積層位相差フィルタ１１が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第１の積層位相差フィルタ１が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において狭くする。
【０１５７】
さらに、この色分解合成光学系においては、第２の積層位相差フィルタ３の波長選択特性と、第３の積層位相差フィルタ９の波長選択特性との相関関係についても、前述した第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１の波長選択特性の関係と同様のことが考えられる。
【０１５８】
特に、第１及び第２の色成分光の波長帯域が隣接している場合、例えば、赤色及び緑色や、緑色及び青色が第１及び第２の色成分光である場合には、第２の積層位相差フィルタ３の波長選択特性と、第３の積層位相差フィルタ９の波長選択特性との相関関係が重要となる。
【０１５９】
ここで、図９に示した構成において、赤色成分光Ｒ用の第２及び第３の積層位相差フィルタ３，９について考える。ここでは、赤色及び緑色が第１及び第２の色成分光となっている。第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色光及び緑色光のうち、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転された帯域の光束が第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜４ａに対するＳ偏光となり、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転されなかった帯域の光束は、第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離膜４ａに対するＰ偏光となっている。
【０１６０】
ここでは、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転されないのは緑色成分光Ｇなので、この緑色成分光の光量をＧとすると、第２の偏光ビームスプリッタ４の偏光分離面４ａにおいて、Ｐ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒpの光量が、偏光分離面４ａにより反射され、赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。そして、緑色用反射型空間光変調素子８には、偏光分離面４ａを透過したＧ・（１−Ｒp）の光量が入射する。これら赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子８が黒表示の状態では、入射したＰ偏光は、Ｐ偏光のままで反射される。
【０１６１】
そして、赤色用反射型空間光変調素子５からの反射光のうちのＰ偏光透過率（１−Ｒp）に相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａを透過し、第３の積層位相差フィルタ９に入射する。また、緑色用反射型空間光変調素子８からの反射光のうちのＰ偏光反射率Ｒpに相当する光量、すなわち、Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量が、偏光分離面４ａにより反射され、第３の積層位相差フィルタ９に入射する。
【０１６２】
このようにして、第２の偏光ビームスプリッタ４より、第３の積層位相差フィルタ９に対して、２Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）の光量のＰ偏光が入射される。このＰ偏光は、第３の積層位相差フィルタ９によって偏波面を回転されてしまうと、第４の偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａにより反射され、Ｓ偏光反射率Ｒsを乗じられて、２Ｇ・Ｒp・（１−Ｒp）・Ｒsの光量の不要光となって、第４の積層位相差フィルタ１１に入射してしまう。なお、Ｓ偏光反射率Ｒsは、略１００％である。
【０１６３】
ここで、第３の積層位相差フィルタ９が偏波面を９０°回転させる波長帯域を、第２の積層位相差フィルタ３が偏波面を９０°回転させる波長帯域よりも、可視光帯域において狭くする。すると、第２の積層位相差フィルタ３によって偏波面を回転された赤色光のうち、緑色との境界領域において、第３の積層位相差フィルタ９によって偏波面を回転されて透過する成分はない。したがって、偏光板１２を不要光が透過することはなく、表示画像のコントラスト比が低下したり、緑色の色度が劣化することがない。
【０１６４】
さらに、本発明に係る色分解合成光学系は、上述した第４の実施の形態と同様の構成を有しつつ、第３の色成分光を赤色成分光Ｒとし、第１及び第２の色成分光を緑色成分光及び青色成分光として構成してもよい。この場合には、第１及び第４の積層位相差フィルタ１，１１は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させる特性を有するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】本発明に係る色分解合成光学系の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】前記図１に示す色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタ（緑色用）の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【図３】本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図４】前記図３に示す色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタ（青色用）の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【図５】前記図３に示す色分解合成光学系における第２の積層位相差フィルタ及び第３の積層位相差フィルタ（赤色用）の波長選択特性の関係を示すグラフである。
【図６】第３の色成分光が赤色成分光である場合における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタの波長選択特性（赤色用）の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図８】前記図７に示す色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタの波長選択特性の関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る色分解合成光学系の第４の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。
【図１１】従来の色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタの波長選択特性の関係を示すグラフである。
【図１２】従来の色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタの波長選択特性の関係の他の例を示すグラフである。
【図１３】従来の色分解合成光学系における第１の積層位相差フィルタ及び第４の積層位相差フィルタの波長選択特性の関係のさらに他の例を示すグラフである。
【図１４】色分解合成光学系における偏光ビームスプリッタの偏光分離面でのＰ偏光の反射量を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１６６】
１  第１の積層位相差フィルタ
２  第１の偏光ビームスプリッタ
３  第２の積層位相差フィルタ
４  第２の偏光ビームスプリッタ
５  赤色用反射型空間光変調素子
６  青色用反射型空間光変調素子
７  第３の偏光ビームスプリッタ
８  緑色用反射型空間光変調素子
９  第３の積層位相差フィルタ
１０  第４の偏光ビームスプリッタ
１１  第４の積層位相差フィルタ
１２  偏光板
【図１】
2005031446.tif 000003
【図２】
2005031446.tif 000004
【図３】
2005031446.tif 000005
【図４】
2005031446.tif 000006
【図５】
2005031446.tif 000007
【図６】
2005031446.tif 000008
【図７】
2005031446.tif 000009
【図８】
2005031446.tif 000010
【図９】
2005031446.tif 000011
【図１０】
2005031446.tif 000012
【図１１】
2005031446.tif 000013
【図１２】
2005031446.tif 000014
【図１３】
2005031446.tif 000015
【図１４】
2005031446.tif 000016