(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の偏光成分が高められた照明光を生じる照明光学系と、
第１色用、第２色用および第３色用の反射型液晶パネルと、
前記照明光が略４５度で入射する色分離膜と、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する第１、第２、第３の偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記第１の偏光分離膜の側面に前記色選択性リターダを配置し、前記色分離膜で２つの色に分離した一方の光を、前記色選択性リターダへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダを通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離し、第１色用の反射型液晶パネルと第２色用の反射型液晶パネルの照明に用い、それぞれの前記反射型液晶パネルからの反射光は前記色選択性リターダと前記偏光分離膜により合成され、前記色分離膜で２つの色に分離したもう一方の光を第２の偏光分離膜に略４５度の角度で入射することで反射方向に配置された第３色用の反射型液晶パネルの照明に用いられ該反射型液晶パネルからの反射光は前記第２の偏光分離膜を透過し、最終的に３色の光が略４５度の角度で入射して該３色の光を合成する前記第３の偏光分離膜とでなる色分離素子と、
該色分離素子からの合成光を投影する投射レンズと、
を有することを特徴とする投影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色分離素子を用いた投影装置に関する。より詳しくは、偏光を利用して光源からの光を３色の光に色分離することができる色分離素子を用いて照明光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影装置として、明るく、照度が均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェクターが知られており、この液晶プロジェクターを、より小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用いて改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクターが実用化されている。
従来の投影装置の概略は、光源から出射された光が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコンデンサーレンズで投射レンズの絞りに集光されるように配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイックミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。
【０００３】
従来、液晶素子をライトバルブとして使う場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パネル）へ照射している。
ここで、従来の反射型液晶投影装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を図１９に示す。
図１９に示すように、図示しない照明光源からの光のうち、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０で選択されたＳ偏光は、全反射の場合、反射型液晶素子２１で反射されＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ２０を透過し、図示しない投射レンズに導かれ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ２０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞれの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色合成を行い、投射レンズでスクリーン上に投影して画像形成するのが従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成である。
【０００４】
また、従来の透過型液晶素子を用いた色合成方法の一例を図２０に示す。図２０においては、３組の液晶パネル３１，３２，３３とコンデンサレンズ３４，３５，３６を、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０の３面に対向して配置し、残る１面に対向して投射レンズ３７を配置する。そして、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それぞれを透過型の液晶パネル３１，３２，３３を透過させ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０を通して３色の光を合成し、投射レンズ３７で投影する方式である。
【０００５】
以上のような、従来からある液晶素子を用いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うため、ある一方向の偏光成分を向上する素子が必要となる。光源は自然偏光の光源であるため、一方向の偏光成分を抽出する方法として、理想的な偏光板を挿入する方法があるが、効率が低いため、現在は偏光分離膜と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されている（特開平１１−１４２７９２号公報等）。
【０００６】
その従来の偏光変換器の原理図を図２１に示す。図２１において、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）４０の中には複数の偏光分離膜４１が設けられており、偏光分離膜４１ではＰ波（Ｐ偏光）は透過され、Ｓ波（Ｓ偏光）のみが反射され、透過したＰ波（Ｐ偏光）は１／２波長板４２に入射し、振動方向を９０°回転させることでＳ波（Ｓ偏光）となり、従来は捨てていたＰ波（Ｐ偏光）をＳ波（Ｓ偏光）に変換して有効に利用している。
【０００７】
また、カラー分離方法についても、クロスプリズムやダイクロイックミラーを用いた方法等、様々な方法が提案されているが、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）に記載されている色選択性リターダを用いた色分解、合成方法が提案されている。
ここで、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）記載の従来例を図２２に従って説明すると、単一の偏光フィルム５０と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック５１とを有する補色色選択性リターダが提案されている。色選択性リターダは、直線偏光を入射すると、直交する方向に偏光した補色原色を生成する。また、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）には、図２２に示すように、第１の直線偏光子５０と、２つまたはそれ以上のリターダを有し前記偏光子に対して連続して配置される第１のリターダスタック５１とを具備し、 前記リターダの数Ｎ、前記リターダのリターダンスおよび配向が、第１の加法混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿って透過され、且つ補色の第１の減法混合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようにようになっていることを特徴とする色選択性リターダを提案している。そして、この色選択性リターダは、カラー偏光子として前述した新しいプロジェクターの作像部分に適用することが可能であり、本素子を用いたプロジェクターとしては、ＵＳＰ６１３０９１や、「日経マイクロデバイス、２０００年８月号、ｐ１８４」に開示されている。以上のような色選択性リターダ（カラー偏光子）を使った従来例は、これまでにない新規な色分離方法を用いた液晶プロジェクターである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような色選択性リターダ（色選択性の偏光子）を用いた小型で光学レイアウトが容易な、新規な色分離素子を実現することを目的とし、さらには、その色分離素子を用いて色分離、色合成を行うことで、小型な投影装置を実現することを目的とする。
また、各光学素子を一体とした色分離、色合成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現して、より高画質な投影装置を実現することを目的とし、さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性に富み、安価な投影装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、「一方向の偏光成分が高められた照明光を生じる照明光学系」と、「第１色用、第２色用および第３色用の反射型液晶パネル」と、「前記照明光が略４５度で入射する色分離膜と、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する第１、第２、第３の偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記第１の偏光分離膜の側面に前記色選択性リターダを配置し、前記色分離膜で２つの色に分離した一方の光を、前記色選択性リターダへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダを通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離し、第１色用の反射型液晶パネルと第２色用の反射型液晶パネルの照明に用い、それぞれの前記反射型液晶パネルからの反射光は前記色選択性リターダと前記偏光分離膜により合成され、前記色分離膜で２つの色に分離したもう一方の光を第２の偏光分離膜に略４５度の角度で入射することで反射方向に配置された第３色用の反射型液晶パネルの照明に用いられ該反射型液晶パネルからの反射光は前記第２の偏光分離膜を透過し、最終的に３色の光が略４５度の角度で入射して該３色の光を合成する前記第３の偏光分離膜とでなる色分離素子」と、「該色分離素子からの合成光を投影する投射レンズ」と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作および作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（実施例１）
まず、本発明の実施例１を説明する。
図１は本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、色分離膜１ａと、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する偏光分離膜２ａと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ２ｂとで構成され、偏光分離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、色分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光を、色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離する構成としたものである。
【００１６】
より詳しく説明すると、この色分離素子は、最初の色分離を行う色分離膜にダイクロイック分離膜１ａを用い、ダイクロイック分離膜１ａによって例えばマゼンタ（Ｍ）と緑（Ｇ）の２色に分離された一方の色（例えばマゼンタ（Ｍ））を、さらに、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａからなる素子２によって、例えば赤（Ｒ）と青（Ｂ）の２色に分離し、結果として赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色に分離する色分離素子である。
ここで、図１に示す例では、最初の色分離を行う素子１は、平板状の透明部材（光学ガラスプレート等）１ｂにダイクロイック分離膜１ａを形成したダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックフィルター）であり、第二の色分離を行う素子２は、２つの直角プリズムの間に偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂとが隣接して配置された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、２種類の色分離素子１，２を組合せて３色分離の色分離素子としたものである。
【００１７】
色選択性リターダ２ｂとしては、特許第３１３０５３７号公報に記載されているリターダスタックなどを用いることができる。リターダスタックは、ある波長帯域の偏光方向を９０度回転させ、補色の関係にある波長帯域は偏光方向を変化させずに透過させる機能を有している。すなわち、緑（Ｇ）の帯域のみを変換する素子や、赤（Ｒ）の帯域のみを変換させたり、青（Ｂ）の帯域のみ変換させたりする機能を有している。尚、図２２に示した従来技術では、垂直方向の入射でリターダスタックの構成を最適になるように設計しているが、本発明では、入射使用方向（例えば色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射する場合）で特性が最適になるようにリターダスタックの最適設計を行なっている。
【００１８】
また、ダイクロイック分離膜１ａを形成したダイクロイックミラー（あるいはダイクロイックフィルター）１や、色選択性のＰＢＳ２としては、近年の薄膜成膜技術を用いて光学ガラス表面にダイクロイック分離膜１ａや偏光分離膜２ａ等を形成することで作製することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料を用い、真空プロセスを用いた薄膜形成技術により、平板状やプリズム状の光学ガラスの表面にダイクロイック分離膜１ａや、偏光分離膜２ａを成膜することで容易に作成可能である。
以上のような従来からあるダイクロイックミラー等の素子１と、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａを隣接配置した素子２とを対峙させることにより、これまでにない新規な構成の色分離素子を実現することができる。
【００１９】
次に図１に示す色分離素子の動作及び作用について説明する。図１において、図示しない照明光源からの一方向の偏光方向に揃った照明光をダイクロイックミラー１に入射する。例えば、実質Ｐ偏光の光を、緑（Ｇ）光の反射率が高く、マゼンタ（Ｍ）光の透過率が高いダイクロイック分離膜１ａが形成された平板状のダイクロイックミラー１に略４５度の角度で入射すると、緑（Ｇ）光はダイクロイック分離膜１ａで略直角方向に反射され、マゼンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１ａを透過して色選択性リターダ２ｂへ図に示す４５度の方向から入射する。このとき、入射光として、ＰＢＳ２の偏光分離膜２ａ形成面に対してＰ偏光の光が入射することになる。また、このとき、色選択性リターダ２ｂは、青（Ｂ）の帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＢ／Ｙ素子とする。色選択性リターダ２ｂに入射したＰ偏光のマゼンタ（Ｍ）光は、色選択性リターダ２ｂにより青（Ｂ）はＳ偏光に変えられるが、赤（Ｒ）はＰ偏光のままで透過し、それぞれ偏光分離膜２ａへ到着し、赤（Ｒ）のみ偏光分離膜２ａを透過し、青（Ｂ）は偏光分離膜２ａで反射され、青色（Ｂ）光は９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ２ｂに入射し、色選択性リターダ２ｂを通過してＰ偏光の青色（Ｂ）光として分離される。
尚、照明光の入射方向としては、特別に図示しないが、緑（Ｇ）光の透過率が高く、マゼンタ（Ｍ）光の反射率が高いダイクロイック分離膜１ａを使う場合には、図１の上方向から照明光をダイクロイックミラー１に入射させる構成を採用すればよい。
【００２０】
以上のような構成の色分離素子では、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａに入射する光の偏光方向により、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択することも可能となり、従来にない色分離素子を実現できる。
特に入射光を色選択性リターダ２ｂや偏光分離膜２ａに４５度で入射させることにより分離角を９０度とした構成では、様々な光学系に応用する際に、素子レイアウトがしやすく、フレームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直交方向に取ることができ、精度の確保がしやすいなど多くの利点がある。
また、Ｐ偏光入射で用いる構成を採用することにより、色分離された３色の偏光方向が同じＰ偏光のままとなるので、従来からあるカラー分離素子（ダイクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能となり、利用の幅が広がる。
【００２１】
（実施例２）
次に本発明の実施例２を説明する。
図２は本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子は、図１の平板状のダイクロイックミラー１に代えて、２つの直角プリズム１ｃ、１ｄの間にダイクロイック分離膜１ａを形成して９０度光路を分離するプリズム状の素子（ダイクロイックプリズム）１’を用いた構成としたものであり、基本的な動作や作用は実施例１と同様である。
図１に示す構成では，ダイクロイックミラー１を構成する平板状の光学ガラスプレート等の厚さが厚い場合に、斜めに配置した平板状のダイクロイックミラー１を通過する途中で光軸シフトが生じるが、図２に示す構成では、プリズム状のダイクロイックミラー１’にしたことで光軸シフトが生じなくなる。また、色選択性リターダ２ｂと偏光分離膜２ａとで構成される色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）２もプリズム状であるため、ダイクロイックプリズム１’と偏光分離素子（ＰＢＳ）２を通過する際の光軸シフトも生じなくなり、また、組付けも容易となるので、色分離素子として一体化が容易となる。
【００２２】
（実施例３）
次に本発明の実施例３を説明する。
本実施例は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブ（液晶ライトバルブ）と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子として、実施例１または２に記載の色分離素子を用いた構成としたものである。
【００２３】
ここで、光源としてはハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられるが、効率よく照度を得られるように、光源からの光をリフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行うために、インテグレータ光学系等を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで、ライトバルブへ照明される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用できる。
【００２４】
尚、色分離素子への入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、照明光学系に図２１の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。すなわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などが採用される。さらに、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００２５】
本実施例では、以上のような従来からある白色の照明光源を用いた照明光学系を用い、実施例１または２に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そして、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルなどからなるライトバルブを用いて偏光方向を切り替え、スイッチングして画像形成し、各色形成された透過画像を色合成素子で合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって容易に実現できる。また、従来技術で示したような、クロスダイクロイックプリズム（図２０）などを用いて３色を合成するようにしてもよい。
【００２６】
（実施例４）
次に本発明の実施例４を説明する。
本実施例は、実施例３に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして偏光方向を変調する反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）を用い、偏光分離膜と色選択性リターダで機能する少なくとも一組の色分離素子を、色合成素子としても用いる構成としたものである。
ここで、図３は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と照明光学系と、色分離素子１，２と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型ライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）５，６，７と、各画像を合成する色合成素子４と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成され、前記色分離素子として、実施例１に記載の色分離素子、すなわち、色分離膜としてダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックミラー１と、第一の偏光方向成分は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する偏光分離膜２ａと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ２ｂとで構成され、偏光分離膜２ａの側面に色選択性リターダ２ｂを配置し、ダイクロイック分離膜１ａで２つの色に分離した一方の光を、色選択性リターダ２ｂへ略４５度の角度で入射し、該色選択性リターダ２ｂを通過後、偏光分離膜２ａで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光とに分離する構成の色分離素子を用いた構成としたものである。
【００２７】
この投影装置の動作としては、まず、緑色（Ｇ）光を反射、マゼンタ（Ｍ）光を透過する特性を有したダイクロイックミラー１に、図示しない光源からＰ偏光で照明光を入射させる。ダイクロイックミラー１のダイクロイック分離膜１ａで反射された緑色（Ｇ）光は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＰ偏光で入射し、偏光分離膜３ａを透過し、緑色（Ｇ）光のみ偏光方向を９０度変える色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｓ偏光になって、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）７を照明する。
【００２８】
一方、ダイクロイックミラー１のダイクロイック分離膜１ａを通過したマゼンタ（Ｍ）光は、偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２にＰ偏光で入射し、色選択性リターダ２ｂによってＳ偏光に変えられた青色（Ｂ）光は偏光分離膜２ａで反射されて再び色選択性リターダ２ｂを通過し、Ｐ偏光となって青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。また、色選択性リターダ２ｂを通過した赤色（Ｒ）光は偏光分離膜２ａを透過し、こちらもＰ偏光で、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。
【００２９】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換され、色選択性リターダ３ｂでＳ偏光に変えられて、偏光分離膜３ａにより反射し、再び、色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｐ偏光に変えられ、色合成素子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＳ偏光に変えられ、偏光分離膜２ａで反射し、色合成素子４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射された明表示光はＳ偏光に変えられるので、色選択性リターダ２ｂを通過し、Ｐ偏光に変換されて、偏光分離膜２ａを通過し、赤色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子４に向かう。尚、この際、偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）２は、色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光を合成する色合成素子としても機能している。
ここで、３色を合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみの偏光方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜４ａを図３に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、赤色（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像を形成することができ、このカラー画像が投射レンズ８で図示しないスクリーン上に投影される。
【００３０】
以上のような構成を採用することにより、これまで反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）への照明光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する合成素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能とを、一つの素子に盛り込ませることが可能となり、これまでにない小型な作像光学系が実現する。
【００３１】
次に図４は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、最初の色分離を行う素子として、図３のダイクロイックミラー１に代えて、実施例２で示したダイクロイックプリズム１’を用いた例であり、その他の構成及び動作は図３と同様である。
【００３２】
次に図５は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、緑色（Ｇ）光を透過、マゼンタ（Ｍ）光を反射する特性を有したダイクロイックプリズム１’に、図示しない照明光学系からＳ偏光で照明光を入射させる構成としたものであり、また、緑色（Ｇ）光の明暗光路を切替えるために、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２’用いた実施例である。
【００３３】
図５において、ダイクロイックプリズム１’のダイクロイック分離膜１ａを透過した緑色（Ｇ）光は、偏光分離膜２ａのみを有する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２’にＳ偏光で入射し、偏光分離膜２ａで反射され、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）７を照明する。
一方、ダイクロイックプリズム１’のダイクロイック分離膜１ａで反射されたマゼンタ（Ｍ）光は、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂを有する色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３にＳ偏光で入射し、色選択性リターダ３ｂによってＰ偏光に変えられた赤色（Ｒ）光は偏光分離膜３ａで反射されて再び色選択性リターダ３ｂを通過し、Ｓ偏光となって赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。また、色選択性リターダ３ｂを通過した青色（Ｂ）光は偏光分離膜３ａを透過し、Ｐ偏光で、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。
【００３４】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は、画像信号に応じて画素毎に偏光方向を制御して画像を形成する。すなわち、明表示では、入射光の偏光方向を変えて反射する機能を有しているので、例えば、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換されて偏光分離膜２ａを透過し、色合成素子４に向かう。また、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、偏光分離膜２ａを透過して、色合成素子４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射されたの明表示光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜３ａで反射され、赤色（Ｒ）用の明表示光と合成されて、色合成素子４に向かう。尚、この際、偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂからなる色選択性の偏光分離素子（ＰＢＳ）３は、色分離機能に加えて青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光を合成する色合成素子としても機能している。
ここで、３色を合成する色合成素子４として、赤色波長帯域のみの偏光方向を変える色選択性リターダ４ｂと偏光分離膜４ａを図５に示すように配置すると、緑色（Ｇ）光と、赤色（Ｒ）光、青色（Ｂ）光とが合成され、カラー画像を形成することができ、このカラー画像が投射レンズ８で図示しないスクリーン上に投影される。
【００３５】
（実施例５）
次に本発明の実施例５を説明する。
本実施例は、実施例３に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして偏光方向を制御変調する反射型のライトバルブ（例えば反射型液晶パネル）を用い、第一のライトバルブで変調された画像と、他のライトバルブで変調され色選択性リターダと偏光分離膜で色合成された画像とを、ダイクロイック分離膜を用いた色合成素子で合成する構成としたものである。
【００３６】
図６は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、図中の符号１’はダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックプリズム、２は偏光分離膜２ａと色選択性リターダ２ｂが隣接して形成された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、ダイクロイックプリズム１’と色選択性のＰＢＳ２で図２と同様の色分離素子を構成している。また、符号３’は偏光分離膜３ａを有する偏光ビームスプリッタであり、符号９は平板状の光学ガラスプレート９ｂの面上にダイクロイック分離膜９ａを形成した色合成素子である。
【００３７】
ダイクロイック分離膜９ａは、緑色帯域の透過率を高くし、緑色帯域以外は反射率を高くした構成である。このダイクロイック分離膜９ａは、光学ガラスプレート９ｂの面上に近年の薄膜形成技術等を利用して誘電体多層膜等を形成することにより容易に形成することができ、このダイクロイック分離膜９ａを形成した色合成素子９を、光軸に対してほぼ４５度に傾けて配置すればよい。
また、反射と透過が逆になる特性のダイクロイック分離膜を用いた場合には、投射レンズ８の配置を９０度折り返した位置に配置する構成も採用できる。
【００３８】
さらに、画素密度を上げ、高解像に対応した投影装置には、色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを形成した光学ガラスプレートの代わりに、図７に示す別の実施例のように、直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’を用いた構成を採用するとよい（請求項７）。
ここで、図７に示す構成の投影装置では、入射側の色分離膜に、青色（Ｂ）帯域を反射、黄色（Ｙ）帯域を透過するダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロイック分離膜１ａにＰ偏光の照明光を入射し、青色（Ｂ）光と、黄色（Ｙ）光に分離する。そして、黄色（Ｙ）光は、赤色帯域の偏光方向を変換する色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａにより赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光に分離して、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５と緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７の照明に用い、それぞれの液晶パネル５，７からの反射光は色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）２ｂと偏光分離膜２ａにより合成される。一方、青色（Ｂ）光は偏光分離膜３ａを通過して青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６の照明に用いられ、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６からの反射光は偏光分離膜３ａにより反射される。そして、最終的に青色（Ｂ）光と黄色（Ｙ）光（赤（Ｒ）と緑（Ｇ）の合成光）を合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’採用し、合成光を投射レンズ８でスクリーン状へ投影する。
【００３９】
次に図８は本発明のさらに別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、図中の符号１’はダイクロイック分離膜１ａを有するダイクロイックプリズム、２’は偏光分離膜２ａを有する偏光ビームスプリッタ、３は偏光分離膜３ａと色選択性リターダ３ｂが隣接して形成された色選択性の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）であり、ダイクロイックプリズム１’と色選択性のＰＢＳ３で色分離素子を構成している。また、符号９’は直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズムからなる色合成素子である。
【００４０】
この投影装置では、Ｓ偏光の照明光をダイクロイックプリズム１’に入射した際に、赤色（Ｒ）光を反射し、シアン（Ｃ）光を透過させるダイクロイック分離膜１ａを用いた構成とし、最後の色合成素子９’も、赤色（Ｒ）光とシアン（Ｃ）を合成させるダイクロイック分離膜９ａを適用した構成である。より詳しく述べると、図８に示す構成の投影装置では、入射側の色分離膜に、赤色（Ｒ）帯域を反射、シアン（Ｃ）帯域を透過するダイクロイック分離膜１ａを用い、このダイクロイック分離膜１ａにＳ偏光の照明光を入射し、赤色（Ｒ）光と、シアン（Ｃ）光に分離する。そして、シアン（Ｃ）光は、色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３ａにより青色（Ｂ）光と緑色（Ｇ）光に分離して、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６と緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７の照明に用い、それぞれの液晶パネル６，７からの反射光は色選択性リターダ３ｂと偏光分離膜３ａにより合成される。一方、赤色（Ｒ）光はＰＢＳ２’の偏光分離膜２ａで反射して赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５の照明に用いられ、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５からの反射光はＰ偏光となって偏光分離膜２ａを透過する。そして、最終的に赤色（Ｒ）光とシアン（Ｃ）光（青（Ｂ）と緑（Ｇ）の合成光）を合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜９ａを採用し、合成光を投射レンズ８でスクリーン上へ投影する。
【００４１】
以上の図６、図７または図８に示したような構成では、比較的単純な構成によりカラー画像を容易に得ることが可能となる。したがって、より低コストで軽量な作像光学系を実現できる。
さらに、画素密度を上げ、高解像に対応した投影装置を構成する場合に、図６に示した構成では、色合成素子としてダイクロイック分離膜９ａを形成した光学ガラスプレート（ダイクロイックミラー）９を用いているので、光をダイクロイックミラー９に斜めに入射させた際に非点収差などが発生しやすく、投射レンズへの負担がかかるという不具合があるが、図７または図８に示した構成の投影装置では、色合成素子として直角プリズム等へダイクロイック分離膜９ａを形成したダイクロイックプリズム９’を用いた構成としたので、収差の発生を抑えることができ、より高画質に対応することができる。
【００４２】
（実施例６）
次に本発明の実施例６を説明する。
本実施例は、実施例４または実施例５に示した投影装置において、３組の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムについて、同一の硝材で構成したことを特徴としたものである。
【００４３】
色分離素子や色合成素子に用いられる偏光分離膜やダイクロイック分離膜等を単独で機能させるのは困難であり、通常は、プリズムの表面等の平面にこれらの膜を形成している。しかしながら、プリズムの表面では、空気中の屈折率の差から表面反射が生じる。これを防止するために、これまでは反射防止コート等がなされている。また、各プリズムを密着固着すれば、空気との界面ほどの表面反射はなくなるにしろ、各プリズムの屈折率が異なれば、少なからずとも界面で反射が生じる。
【００４４】
そこで本実施例では、３組の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムの硝材を同じにしており、これにより各プリズムの屈折率差がなくなり、各プリズムを密着させたときの表面反射を低減することが可能となり、よりフレアに強い、コントラストの高い投影装置を実現することができる。
また、図示はしないが、各プリズム間を、屈折率に合わせた接着を行って一体化すれば、表面反射はほとんどなくなる。これにより、反射防止コートも不要になり、成膜コストに関する部分を低減させることが可能となる。
【００４５】
（実施例７）
次に本発明の実施例７を説明する。
本実施例は、実施例４または実施例５または実施例６に示した投影装置において、最終的に色合成された後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
ここで、図９は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、基本的な構成は図４に示した投影装置と同様であるが、最終的に色合成された後の光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
【００４６】
すなわち、図４に示した構成では、最終的な色合成の直後は、緑色（Ｇ）光と青色（Ｂ）光はＰ偏光であるが、赤色（Ｒ）光がＳ偏光のままである。そこで、図９に示す構成では、最終的に色合成された後の光路中に、赤色帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ１０を配置した。
このように、最終的に色合成された後の光路中に色選択性リターダ１０を配置し、偏光方向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。
また、図９に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１をさらに光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分はカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００４７】
（実施例８）
次に本発明の実施例８を説明する。
本実施例は、実施例５または実施例６に示した投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
ここで、図１０は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、基本的な構成は図８に示した投影装置と同様であるが、色合成素子１２のダイクロイック分離膜１２ａに色選択性リターダ１２ｂを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
【００４８】
すなわち、図１０に示す構成の投影装置では、ダイクロイック分離膜１２ａに到達する前は、緑色（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）光はＳ偏光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換する色選択性リターダ１２ｂを挿入すればよい。尚、図１０の構成では、ダイクロイック分離膜１ａ、１２ａは赤色（Ｒ）光のみを反射する様に設計している。また、色選択性リターダ１２ｂは、図示の例ではダイクロイック分離膜１２ａの後側に配置されているが、ダイクロイック分離膜１２ａの前側に配置してもよい。
【００４９】
また、図１０に示す構成の投影装置のように、ダイクロイック分離膜１２ａの特性として、赤色（Ｒ）光のみを反射する特性としたときに、青色（Ｂ）光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダとしては、素子の往復で丁度９０度回転するようにリターダスタック等の設定をした素子を挿入してもよい。
本実施例の効果としては、実施例７の効果に加え、ダイクロイック分離膜１２ａの前後のどちらにも色選択性リターダ１２ｂを配置できる構成を採用可能となる。
【００５０】
（実施例９）
次に本発明の実施例９を説明する。
図１１は本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１３は、色分離膜１３ｄと偏光分離膜１３ｅを形成あるいは付加された光学プリズム１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、偏光分離膜１３ｅに平行に対峙させた色選択性リターダ１３ｆとで構成したことを特徴とするものである。具体的には、色分離膜としてダイクロイック分離膜１３ｄを付加された光学プリズム１３ａと、偏光分離膜１３ｅを付加されたプリズム１３ｃとで、色選択性リターダ１３ｆを挟持した構成であって、ダイクロイック分離膜１３ｄで分離された光を、色選択性リターダ１３ｆと偏光分離膜１３ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。
【００５１】
より詳しく述べると、図１１に示す構成の色分離素子１３では、プリズム１３ａの辺ａとプリズム１３ｂの辺ｂの間にダイクロイック分離膜（例えば、青色（Ｂ）光を透過、黄色（Ｙ）光を反射するダイクロイック分離膜）１３ｄが形成あるいは付加されている。また、プリズム１３ｃの辺ｃには偏光分離膜１３ｅが形成あるいは付加されており、プリズム１３ｃの辺ｃと、プリズム１３ａの辺ａ’とで、色選択性リターダ（例えば、緑色（Ｇ）光の偏光方向を変換する素子）１３ｆを挟持した構成を採用している。
【００５２】
このような構成で、図に示すように、Ｓ偏光で入射された照明光は、ダイクロイック分離膜１３ｄで青色（Ｂ）光を透過し、黄色（Ｙ）光を反射する。反射された黄色（Ｙ）光はＳ偏光のままプリズム１３ａの辺ａ’に対峙されている色選択性リターダ１３ｆへ向かう。色選択性リターダ１３ｆは、緑色（Ｇ）光のみ偏光方向を変える機能を有しているので、色選択性リターダ１３ｆを通過した黄色（Ｙ）光のうち、緑色（Ｇ）の帯域のみＰ偏光に変換され、偏光分離膜１３ｅを通過し、緑色（Ｇ）を分離する。また、赤色（Ｒ）光はＳ偏光のままなので、偏光分離膜１３ｅで反射光となり、３色分離する。
【００５３】
このように、直角プリズム１３ａの互いに直交する２辺ａ，ａ’にダイクロイック分離膜１３ｄと、色選択性リターダ１３ｆ及び偏光分離膜１３ｅを配置することで、３色の色分解を行うことができる。勿論、プリズム１３ａの形状としては、実施例に示したように直角プリズム１３ａを用いてもよいが、平行四辺形形状のプリズムにすれば、互いに平行となる面に、色選択性リターダと偏光分離膜を挟み込んでもよい。その際は、赤色（Ｒ）と、青色（Ｂ）は同じ方向に反射される様になるが、用途に応じて設定すればよい。
色分離の順番も、機器の設計に応じてＧ／Ｍ、Ｒ／Ｃ、Ｂ／Ｙの順番を組み合わせることで様々な色分離が可能である。
【００５４】
次に図１２は本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図であり、この色分離素子１４は、色分離膜としてダイクロイック分離膜１４ｄを付加された光学プリズム１４ａと、偏光分離膜１４ｅを付加されたプリズム１４ｃとで、色選択性リターダ１４ｆを挟持した構成であって、ダイクロイック分離膜１４ｄで分離された光を、色選択性リターダ１４ｆと偏光分離膜１４ｅによりさらに２色に分離する色分離素子である。この図１２に示す色分離素子の構成は図１１と略同様のものであるが、図１２に示す構成の色分離素子１４では、プリズム１４ａの辺ａとプリズム１４ｂの辺ｂの間に、例えば、シアン色（Ｃ）光を透過、赤色（Ｒ）光を反射するダイクロイック分離膜１４ｄが形成あるいは付加されている。
また、プリズム１４ｃの辺ｃには偏光分離膜１４ｅが形成あるいは付加されており、プリズム１４ｃの辺ｃと、プリズム１４ａの辺ａ’とで、色選択性リターダ（例えば、青色（Ｂ）光の偏光方向を変換する素子）１４ｆを挟持した構成を採用している。そして、この実施例では、照明光をＰ偏光で入射して、３色ともＰ偏光で分離されるように構成している。
【００５５】
（実施例１０）
次に本発明の実施例１０を説明する。
本実施例は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子として、実施例９に記載の色分離素子を適用した構成とするものである。
【００５６】
ここで、光源としては、図示していないが、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられるが、効率よく照度を得られるように、光源からの光をリフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行うために、インテグレータ光学系等を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで、ライトバルブへ照明される照明光の照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサーレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用できる。
【００５７】
尚、色分離素子への入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、照明光学系に図２１の従来技術にあるような偏光変換器を用いても良い。すなわち、照明光学系を従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、照明光を一方向の偏光方向に効率よく変換させることができる。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などが採用される。さらに、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００５８】
本実施例では、以上のような従来からある白色の照明光源と照明光学系を用い、実施例９に記載の色分離素子を用いて３色分離を行う。そして、３色分離後の光を、例えば透過型の液晶パネルなどからなるライトバルブを用いて偏光方向を切り替え、スイッチングして画像形成し、各色形成された透過画像を色合成素子で合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって容易に実現できる。また、従来技術で示したようなクロスダイクロイックプリズム（図２０）とミラーなどを用いて３色を合成するようにしてもよい。
【００５９】
（実施例１１）
次に本発明の実施例１１を説明する。
本実施例は、実施例１０に記載の投影装置において、前記ライトバルブとして反射型液晶パネルを用い、前記色分離素子を、互いに平行に対峙された偏光分離膜と色選択性リターダが有する色分離機能に加え、色選択性リターダと偏光分離膜の組み合わせ部分を色合成素子、及び明暗信号分離としても用いる構成としたものである。
ここで、図１３は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル５，６，７と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成されており、前記色分離素子と色合成素子として、両者が一体化された素子（色分離・合成素子）１５を備えている。そして、この色分離・合成素子１５では、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間には色分離膜であるダイクロイック分離膜１５ｅが形成され、プリズム１５ｂとプリズム１５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ１５ｈと偏光分離膜１５ｇが平行対峙して形成されており、これらの部分が実施例９に記載した色分離素子と同様に機能する。また、プリズム１５ａとプリズム１５ｄの間には偏光分離膜１５ｆが形成され、プリズム１５ｃとプリズム１５ｄの間には色合成素子部となる色選択性リターダ１５ｊと偏光分離膜１５ｉが平行対峙して形成されている。
【００６０】
図１３において、色分離・合成素子１５に入射する照明光としては、例えばＳ偏光成分を向上させた光を照明光とし、緑色（Ｇ）帯域を透過させるダイクロイック分離膜１５ｅに入射させる。緑色（Ｇ）光は、Ｓ偏光でダイクロイック分離膜１５ｅを透過し、プリズム１５ａを通過後、偏光分離膜１５ｆで反射され、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル７を照明する。
一方、マゼンタ（Ｍ）光はダイクロイック分離膜１５ｅで反射して分離され、プリズム１５ｂを通過し、色選択性リターダ１５ｈに向かう。この色選択性リターダ１５ｈが、青色（Ｂ）光のみの偏光方向を変える偏光子（Ｂ／Ｙ素子）として機能する場合、青色（Ｂ）光はＰ偏光に変わり、偏光分離膜１５ｇを通過して、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６を照明する。また、赤色（Ｒ）光は偏光方向を変えられないので、Ｓ偏光のまま偏光分離膜１５ｇにより反射され、再び、色選択性リターダ１５ｈを通過し、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５を照明する。
【００６１】
それぞれの反射型液晶パネル５，６，７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられて画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機能を有しているので、緑（Ｇ）用の反射型液晶パネル７で反射された明表示光はＰ偏光に変換されて、偏光分離膜１５ｆを透過し、色合成素子部に向かう。
一方、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、色選択性リターダ１５ｈ、偏光分離膜１５ｇを通過し、また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル６で反射された明表示光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜１５ｇで反射し、赤色（Ｒ）光と青色（Ｂ）光が合成されて、プリズム１５ｃを通過し、色合成素子部に向かう。
【００６２】
ここで、色合成素子部として、赤色（Ｒ）光のみの偏光方向を変換する色選択性リターダ１５ｊと、偏光分離膜１５ｉで構成すれば、全ての色がこの色合成素子部で合成され、投射レンズ８へと向かい、投射レンズ８によりスクリーン上に３色合成のカラー画像が投影される。
尚、図１４は本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図であり、色分離・合成素子１５’に別の特性の色選択性リターダ１５ｈ’，１５ｊ’を組み合わせた例を示している。
【００６３】
本実施例の投影装置では、以上のような構成を採用することにより、これまで、ライトバルブへの照明光を２色に分離する色分離素子と、ライトバルブからの反射光を合成する色合成素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能とを、併せ持った色分離・合成素子を用いた簡易な構成の作像光学ユニットが実現でき、これまでにない小型な投影装置を実現することができる。
【００６４】
（実施例１２）
次に本発明の実施例１２を説明する。
本実施例は、実施例１１に記載の投影装置において、各ライトバルブ（反射型液晶パネル）５，６，７で形成された画像を合成する色合成素子部を、ダイクロイック分離膜を用いて色合成を行う構成としたものである。
ここで、図１５は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル５，６，７と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズ８とで構成され、前記色分離素子と色合成素子とが一体化された素子（色分離・合成素子）１６を備えている。そして、この色分離・合成素子１６では、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間には色分離膜であるダイクロイック分離膜１５ｅが形成され、プリズム１５ｂとプリズム１５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ１５ｈと偏光分離膜１５ｇが平行対峙して形成されており、これらの部分が実施例９に記載した色分離素子と同様に機能する。また、プリズム１５ａとプリズム１５ｄの間には偏光分離膜１５ｆが形成され、プリズム１５ｃとプリズム１５ｄの間には色合成素子部となるダイクロイック分離膜１６ａが形成されている。
【００６５】
すなわち、図１５に示す投影装置では、色分離・合成素子１６として、図１３に示した色分離・合成素子１５の最後の色合成素子部をダイクロイック分離膜１６ａに代えた構成としたものであり、ダイクロイック分離膜１６ａに至るまでの構成、動作及び作用は、実施例１１と同様である。
このように、本実施例では、投射レンズ８手前の最終的な色合成の部分をダイクロイック分離膜１６ａで構成することにより、さらに単純な構成の色分離・合成素子１６を用いた簡易な構成の作像光学ユニットが実現でき、より低コストな投影装置を実現することができる。
【００６６】
（実施例１３）
次に本発明の実施例１３を説明する。
本実施例は、実施例１１または実施例１２に記載の投影装置において、色合成後の光路中に色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたものである。
ここで、図１６は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置では、色分離・合成素子１６の構成は図１５に示した投影装置と同様であるが、投射レンズ８の手前で、最終的にダイクロイック分離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成となっている。例えば、図１６において、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された光は、青色（Ｂ）光のみがＳ偏光となっているが、合成後の光路に、青色帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ１０を配置すれば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の光をＰ偏光に揃えることができる。
【００６７】
このように、本実施例では、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された光路中に、色選択性リターダ１０を配置し、各色の偏光方向を揃える構成としたので、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。
また、図１６に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１をさらに光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分をカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００６８】
（実施例１４）
次に本発明の実施例１４を説明する。
本実施例は、実施例１２に記載の投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃える構成としたものである。
ここで、図１７は本発明の一実施例を示す投影装置の概略構成図であり、この投影装置では、色分離・合成素子１７の構成は図１５に示した投影装置とほぼ同様であるが、ダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１７ａを配置させた構成となっている。例えば、図１７において、ダイクロイック分離膜１６ａで合成された後は、緑色（Ｇ）光と赤色（Ｒ）光はＰ偏光、青色（Ｂ）光のみがＳ偏光であるので、青色（Ｂ）光のみを変換する色選択性リターダ１７ａをダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して挿入すればよい。尚、ダイクロイック分離膜１６ａは赤色（Ｒ）光のみを反射する様に設計している。また、この色選択性リターダ１７ａは、図１７のようにダイクロイック分離膜１６ａの後側に配置すればよいが、図１８に示す実施例のように、ダイクロイック分離膜１６ａの前側に配置してもよい。
【００６９】
このように、本実施例では、ダイクロイック分離膜１６ａに平行対峙して色選択性リターダ１７ａを配置させ、各色の偏光方向を揃える構成としたので、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置を実現することができる。また、ダイクロイック分離膜１６ａの前後どちらにも色選択性リターダ１７ａを配置できる構成が採用可能となる。
また、図１７、図１８に示すように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子１１を、色合成素子部から投射レンズ８に至る光路中に挿入することにより、途中で偏光方向が変化したフレア成分をカットすることが可能となり、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００７０】
以上、本発明の実施例を図１〜１８を参照して説明したが、各実施例の図において、図面上では色分離素子のダイクロイック分離膜１ａへの照明光の入射方向や、各色用の液晶パネルの配置位置、各液晶パネルからの反射光の色合成部への入射方向、色合成部からの出射方向等は、代表として一つの方向や配置例のみを図示しているが、これらの入射方向や出射方向、配置位置等は図示の例に限らず、適宜変更することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色分離膜と、偏光分離膜及び色選択性リターダを用い、偏光を利用して光源からの光を２色あるいは３色の光に色分離することができる、小型で、光学レイアウトが容易な新規な構成の色分離素子を実現することができる。
そして、本発明によれば、その色分離素子を用いて色分離を行うことで照明光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは、反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する、小型で軽量な投影装置を実現することができる。
また、本発明によれば、各光学素子を一体とした色分離、色合成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現して、より高画質な投影装置を実現することができる。さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性に富み、小型で安価で高画質な投影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図９】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図１２】本発明の別の実施例を示す色分離素子の概略構成図である。
【図１３】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１４】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１５】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１６】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１７】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１８】本発明の別の実施例を示す投影装置の概略構成図である。
【図１９】従来技術の一例を示す図であって、反射型液晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図である。
【図２０】従来技術の別の例を示す図であって、透過型液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。
【図２１】従来技術の別の例を示す図であって、偏光変換器の構成説明図である。
【図２２】従来技術の別の例を示す図であって、色選択性リターダを用いた補色カラー偏光子の構成説明図である。
【符号の説明】
１，９：ダイクロイックミラー
１’，９’：ダイクロイックプリズム
１ａ，９ａ，１２ａ，１３ｄ，１４ｄ，１５ｅ，１６ａ：ダイクロイック分離膜
２，３：色選択性の偏光ビームスプリッタ
２’：偏光ビームスプリッタ
２ａ，３ａ，４ａ，１３ｅ１４ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｉ：偏光分離膜
２ｂ，３ｂ，４ｂ，１０，１２ｂ，１３ｆ，１４ｆ，１５ｈ，１５ｊ，１７ａ：色選択性リターダ
４：色合成素子
５：赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
６：青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
７：緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル（ライトバルブ）
８：投射レンズ
１１：直線偏光子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ：プリズム
１５，１６，１７，１８：色分離・合成素子
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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