(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射方向に積層された、第１の波長帯域の光を反射する第１の波長選択反射素子、第２の波長帯域の光を反射する第２の波長選択反射素子、及び第３の波長帯域を反射する第３の波長選択反射素子と、
前記第１の波長選択反射素子の光入射側に配置され、電圧制御によって位相差が変化する第１の偏光面回転素子と、
前記第１の波長選択反射素子と前記第２の波長選択反射素子との間に前記第１の偏光面回転素子の配向方向を９０°傾けて配置され、電圧制御によって位相差が変化する第２の偏光面回転素子と、
前記第２の波長選択反射素子と前記第３の波長選択反射素子との間に前記第２の偏光面回転素子の配向方向を９０°傾けて配置され、電圧制御によって位相差が変化する第３の偏光面回転素子と、
前記第１の偏光面回転素子の前記光入射側及び光出射側に配置され、且つ特定の偏光面の光を抽出する偏光素子と、
前記第１の波長選択反射素子によって反射される前記第１の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第１の波長帯域の波長）となる第１の電圧、前記第２の波長選択反射素子によって反射される前記第２の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第２の波長帯域の波長）となる第２の電圧、前記第３の波長選択反射素子によって反射される前記第３の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第３の波長帯域の波長）となる第３の電圧、及び前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域、及び前記第３の波長帯域のそれぞれの光の位相差が十分に無くなる第４の電圧のいずれかを、前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び第３の偏光面回転素子に別々に与える電圧制御部と
を有し、
前記電圧制御部は、前記第１の偏光面回転素子及び前記第２の偏光面回転素子に前記第１の電圧を印加するとともに、前記第３の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加する第１の電圧印加パターン、前記第１の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加するとともに、前記第２の偏光面回転素子及び前記第３の偏光面回転素子に前記第２の電圧を印加する第２の電圧印加パターン、及び、前記第１の偏光面回転素子及び前記第２の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加するとともに、前記第３の偏光面回転素子に前記第３の電圧を印加する第３の電圧印加パターンのうちのいずれかを選択して、前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び前記第３の偏光面回転素子に電圧を印加することを特徴とする色生成装置。
【請求項２】
前記第１の偏光面回転素子は、前記第１の電圧を印加されたときに前記第１の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第１の波長帯域の波長）変化させ、
前記第２の偏光面回転素子は、前記第２の電圧を印加されたときに前記第２の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第２の波長帯域の波長）変化させ、
前記第３の偏光面回転素子は、前記第３の電圧を印加されたときに前記第３の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第３の波長帯域の波長）変化させることを特徴とする請求項１に記載の色生成装置。
【請求項３】
前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び前記第３の偏光面回転素子は、ホモジニアス配向したネマティック液晶が封入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の色生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色生成装置及び投影表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタのような投影表示装置に使用される色生成素子としては、赤、緑、青を表示する３枚のＬＣＤパネルと３枚のダイクロイックミラーと複数枚の鏡を用いる３板方式が一般的である。しかし、３板方式は部品点数が多く、組立調整も困難であり、高価な装置となっている。
【０００３】
また、時分割方式の色生成素子として、赤、青、緑の３つの領域を円盤に設け、それら３つの領域に白色光を順次透過させて赤の光束、青の光束、緑の光束に変換する機構のものが特開平８−５１６３３号公報に記載されている。そのような色生成装置から照射された光束は、ＤＭＤ(digital micromirror device)アレイに照射され、これによりシーケンシャル・カラー画像が表示される。
【０００４】
ＤＭＤアレーは、例えばＸＧＡの場合に１７mm×１３mmの長方形の中に約８０万個の微細なミラーを並べ、一枚のパネルにしたものである。そのような微細なミラーは、シリコン基板の上に反射角度を一つ一つ変えて形成され、光源からの光をＯＮ、ＯＦＦするしくみになっている。そして、ＯＮ、ＯＦＦというデジタルにより色諧調を制御して、カラー画像を得るようにしている。
【０００５】
そのシーケンシャル・カラー画像装置の光学系は、例えば図１(a) に示すような構造を有している。
図１(a) において、光源101 から放射された光はリフレクタ102 により反射された後に、色生成素子103 、レンズ104 を通してＤＭＤアレー105 に照射され、ＤＭＤアレー105 により反射された光を投影レンズ106 を通してスクリーン（不図示）に投影するようになっている。
【０００６】
その色生成素子103 は、図１(b) に示すように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタ103R, 103G, 103B、若しくはそれらにダイクロイックミラーを組み合わせた回転円盤から構成されていて、ＤＭＤアレー105 の表示と同期して回転される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、時分割方式の色生成素子103 は、機械的に駆動して照明光を順次変化させ、しかもサイズが大きいために、光学系の小型化に支障をきたす。
本発明の目的は、小型化が図れる色生成装置とこの色生成装置を有する投影表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、光入射方向に積層された、第１の波長帯域の光を反射する第１の波長選択反射素子、第２の波長帯域の光を反射する第２の波長選択反射素子、及び第３の波長帯域を反射する第３の波長選択反射素子と、前記第１の波長選択反射素子の光入射側に配置され、電圧制御によって位相差が変化する第１の偏光面回転素子と、前記第１の波長選択反射素子と前記第２の波長選択反射素子との間に前記第１の偏光面回転素子の配向方向を９０°傾けて配置され、電圧制御によって位相差が変化する第２の偏光面回転素子と、前記第２の波長選択反射素子と前記第３の波長選択反射素子との間に前記第２の偏光面回転素子の配向方向を９０°傾けて配置され、電圧制御によって位相差が変化する第３の偏光面回転素子と、前記第１の偏光面回転素子の前記光入射側及び光出射側に配置され、且つ特定の偏光面の光を抽出する偏光素子と、前記第１の波長選択反射素子によって反射される前記第１の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第１の波長帯域の波長）となる第１の電圧、前記第２の波長選択反射素子によって反射される前記第２の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第２の波長帯域の波長）となる第２の電圧、前記第３の波長選択反射素子によって反射される前記第３の波長帯域の光の位相差がλ／４（λ；前記第３の波長帯域の波長）となる第３の電圧、及び前記第１の波長帯域、前記第２の波長帯域、及び前記第３の波長帯域のそれぞれの光の位相差が十分に無くなる第４の電圧のいずれかを、前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び第３の偏光面回転素子に別々に与える電圧制御部とを有し、前記電圧制御部は、前記第１の偏光面回転素子及び前記第２の偏光面回転素子に前記第１の電圧を印加するとともに、前記第３の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加する第１の電圧印加パターン、前記第１の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加するとともに、前記第２の偏光面回転素子及び前記第３の偏光面回転素子に前記第２の電圧を印加する第２の電圧印加パターン、及び、前記第１の偏光面回転素子及び前記第２の偏光面回転素子に前記第４の電圧を印加するとともに、前記第３の偏光面回転素子に前記第３の電圧を印加する第３の電圧印加パターンのうちのいずれかを選択して、前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び前記第３の偏光面回転素子に電圧を印加することを特徴とする色生成装置によって解決される。
【０００９】
上記した色生成装置において、前記第１の偏光面回転素子は、前記第１の電圧を印加されたときに前記第１の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第１の波長帯域の波長）変化させ、前記第２の偏光面回転素子は、前記第２の電圧を印加されたときに前記第２の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第２の波長帯域の波長）変化させ、前記第３の偏光面回転素子は、前記第３の電圧を印加されたときに前記第３の波長帯域の光の位相差をλ／４（λ；前記第３の波長帯域の波長）変化させるものであってもよい。
上記した色生成装置において、前記第１の偏光面回転素子、前記第２の偏光面回転素子、及び前記第３の偏光面回転素子は、ホモジニアス配向したネマティック液晶が封入されているようにしてもよい。
【００１１】
次に、本発明の作用について説明する。
本発明によれば、３種類の波長帯域を反射する少なくとも３種類の波長選択反射素子と、波長選択反射素子のそれぞれの光入射側（光源に近い側）に配置された複数の偏光面回転素子とを組み合わせて色生成装置を構成している。
この場合、各偏光面回転素子の偏光状態をそれぞれ調整し、波長選択反射素子によって赤、青、緑の光束を選択して反射する。
【００１２】
したがって、色生成装置を回転させるような機械的な機構が不要となり、装置の小型化が図れる。
そのような色生成装置として、例えば複屈折性のある液晶パネルがあり、その液晶パネルでの光の通過前後で位相差λ／４をもつ円偏光状態にしたり、位相差を生じさせない状態にしたりと、変化させることにより、特定の波長帯の光の偏光面を他の光の偏光面と異ならせることができる。
【００１３】
また、本発明の投影表示装置によれば、波長帯の異なる色の光を順次選択出力する反射型且つ静止型の色生成素子を使用して、その光の波長変化に連動してカラー画像を生成する画像表示体を使用し、選択された光を画像表示体に反射又は透過させてさらに投射レンズに透過させる構造を採用しているので、投影表示装置の小型化が図れる。
【００１４】
この場合、光の光路を偏光する素子として、偏光ビームスプリッタを使用すると、光路の偏光が容易になって表示素子に垂直入射、垂直反射させることができ、光学系の小型化が実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る色生成装置（色生成素子）の基本構成を示す断面図である。
【００１６】
図２において、第１〜第３の液晶パネル（偏光面回転素子）１，２，３は光進行方向に順に平行に配置され、それらのうちの第１及び第２の液晶パネルの１、２の間には第１のダイクロイックミラー４ｒが挟まれ、また、第２及び第３の液晶パネル２、３の間には第２のダイクロイックミラー４ｂが挟まれ、さらに第３の液晶パネル３のうちの第２の液晶パネル２配置位置と反対側には第３のダイクロイックミラー４ｇが配置されている。
【００１７】
第１〜第３の液晶パネル１，２，３は、それぞれ、一対の透明電極１ａ，２ａ，３ａに挟まれた液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂをさらに一対の透明基板１ｃ，２ｃ，３ｃで挟む構造を有し、しかも、透過光にλ／４（λ；波長）程度の位相差が生じるように作製されている。
第１の液晶表示パネル１の一対の透明電極１ａには制御信号Ｖ1 が接続され、また、第２、第３の液晶表示パネル２，３の各一対の透明電極２ａ，３ａにはそれぞれ制御信号Ｖ2 ，Ｖ3 が接続される。
【００１８】
第１〜第３の液晶パネル１，２，３は、それぞれ、透明電極１ａ，２ａ，３ａに高レベル電圧が印加された時には、光を偏光させずに透過させる一方で、透明電極１ａ，２ａ，３ａに低レベル電圧が印加された時には、光の偏光面を９０゜回転させるように構成されている。また、第１〜第３の液晶パネル１，２，３は、それぞれ、一方向から入射した光の偏光面を正方向に回転させ、また、反対方向から入射した光の偏光面を逆方向に回転させるように構成されている。さらに、第２の液晶パネル２は、同じ方向に進む光の偏光面を第１、第３の液晶パネル１，３とは逆回転で回転するように構成されている。
【００１９】
液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂの材料としては、例えば、ホモジニアス配向のネマティック液晶、強誘電性の液晶、ＶＡ液晶、あるいは、４５゜配向方向を変えた４５゜ツイステッドネマテック液晶等を用いる。以下の説明では、ホモジニアス配向のネマティック液晶を採用する。この液晶は、λ／４位相差板のように、光が透過すると円偏光となり、その光がダイクロイックミラーで反射されて再度透過するとλ／２位相差板のように偏光面が９０゜回転するものである。
【００２０】
なお、それらの液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂは、特に図示しないが、液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂと透明電極１ａ、２ａ、３ａの間には配向膜が介在されている。
第１のダイクロイックミラー４ｒは、赤（Ｒ）の波長を反射させてそれ以外の波長の色を透過させるミラーであり、また、第２のダイクロイックミラー４ｂは、青（Ｂ）の波長を反射させてそれ以外の波長の色を透過させるミラーであり、さらに、第３のダイクロイックミラー４ｇは、緑（Ｇ）の波長を反射させてそれ以外の波長の色を透過させるミラーである。
【００２１】
第１〜第３のダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇは、例えばガラス基板の上に形成された誘電体の多層膜から構成されている。そのような多層膜が形成されるガラス基板として、図３に示すように、第１〜第３の液晶パネル１，２，３を構成する光反射側のガラス基板１ｃ，２ｃ，３ｃを利用してもよいし、図４に示すように、液晶パネル１，２，３とは別のガラス基板５を用いてもよい。液晶パネル１，２，３のガラス基板１ｃ，２ｃ，３ｃの上にダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇを形成することは部品点数の軽減に有効である。また、ダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇの露出を防止するためには別のガラス基板５を利用することが有効である。
【００２２】
ダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇを構成する多層膜の形成面は、図５に示すようにガラス基板１ｃ，２ｃ，３ｃの液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂ側であってもよい。この構造によれば、作製中にダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇが損傷を受けることはない。
なお、ガラス基板１ｃ，２ｃ，３ｃ，５同士、又は、ガラス基板１ｃ，２ｃ，３ｃとダイクロイックミラー４ｒ、４ｂ、４ｇを接着する場合には、ガラスの屈折率に近い透明な接着剤を用いることにより、界面反射の少ない色生成装置が構成される。
【００２３】
ところで、図６に示すように、４枚のガラス基板６の間に液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂを挟み、さらにその液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂの反射側の面にダイクロイックミラー（多層膜）４ｒ、４ｂ、４ｇを形成すると、ガラス基板同士を接着する接着層が不要となり、光の吸収量を少なくし、薄型の素子が実現される。
なお、第３のダイクロイックミラー４ｇは、可視光の全領域を反射する一般的な金属膜、例えばアルミニウム膜であってもよい。
【００２４】
なお、ダイクロイックミラーは波長選択反射素子の一例であって、ダイクロイックミラーの変わりに他の素子を使用してもよい。
上記した第１〜第３のダイクロイックミラー４ｒ，４ｂ，４ｇの配置は、上記した順に限られるものではなく、透過光の光損失を考慮すると光源の光スペクトル分布に合わせることが望ましい。即ち、光生成装置において、その光スペクトルの赤、青、緑のうち強度が最も高い色を反射するダイクロイックミラーを光入射方向に対して後方に配置し、強度が最も低い色を反射するダイクロイックミラーを光入射方向に対して前方に配置することが好ましい。
【００２５】
例えば、光源が超高圧水銀灯であれば、緑、青、赤の順に光強度が高い（Ｇ＞Ｂ＞Ｒ）ので、上記したように光源から遠ざかる方向で赤反射用、青反射用、緑反射用の順にダイクロイックミラーを配置する。また、光源が、メタルハライドランプやハロゲンランプの場合には、緑、赤、青の順に光強度が高い（Ｇ＞Ｒ＞Ｂ）ので、光源から遠ざかる方向で青反射用、赤反射用、緑反射用の順でダイクロイックミラーを配置する。
【００２６】
色生成法  
以上のような構成を有する色生成装置によって赤と青と緑の光を色生成する方法を次に説明する。
色生成装置において、第１〜第３の液晶パネル１，２，３のそれぞれの透明電極１ａ，２ａ，３ａには、電源Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 から例えば、図７に示す交流のパルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg を印加する。
【００２７】
パルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg が、ある一定電圧（一般的には５Ｖ程度）以上になると、各液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂは等方的になり、偏光面を回転する作用は消失する。したがって、電圧値を調整することによりダイクロイックミラーで反射した光束の偏光面を回転させることが可能になる。印加させる液晶層を順次変化させることによって、必要な波長帯域の光を順次、第１の液晶パネル１から出すことが可能になる。
【００２８】
第１〜第３の液晶パネル１，２，３の液晶層１ｂ，２ｂ，３ｂでλ／４の位相差を生じさせるために、λ／２の位相差を生じさせる一般的な液晶パネルの液晶層よりも層の厚さが薄く、高速駆動が可能になる。超高速駆動が実現できる強誘電性液晶を使用してもよい。また、ネマティック液晶で垂直配向が可能なＶＡ液晶でも実現できる。なお、λ／４位相差板相当の液晶及び配向を実現できれば、この色生成素子に応用することが可能である。
【００２９】
そのパルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg は、例えば６０Ｈｚとなっている。また、一般的な液晶駆動と同様に交流電流を印加することが望ましい。
次に、０〜１／３周期目と１／３〜２／３周期目と２／３〜３／３周期目のそれぞれについて説明する。
(i) ０〜１／３周期
まず、図７に示すようにパルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg の始めの１／３周期においては、図８(a) に示すような光反射と偏光がなされる。
【００３０】
即ち、図８(a) に示すように、第１及び第２の液晶パネル１，２のそれぞれの一対の透明電極１ａ，２ａへの電圧印加をｏｆｆとする一方で、第３の液晶パネル３の一対の電極間３ａへの電圧印加をｏｎにする。
この期間では、白色光は後述する偏光素子によって直線偏光化されて第１の液晶パネル１の一面に向けて照射される。
【００３１】
白色光に含まれる赤い光束（Ｒ）は、図８(a) に示すように、第１の液晶パネル１によって正回転で円偏光化されてλ／４の位相差で透過して第１のダイクロイックミラー４ｒに照射される。そして、第１のダイクロイックミラー４ｒでは、赤い光束の円偏光が反射且つ反転される。反射された赤い光束は、再び第１の液晶パネル１を透過して逆回転されて直線偏光化される。これによって第１の液晶パネル２の一面から戻された赤い光束は、入射する赤い光束に対して９０゜回転し、これにより例えば紙面に垂直な偏光面の光となっている。従って、紙面に垂直な偏光面の光を透過させる偏光素子によって赤い光束を選択的に取り出すことができる。
【００３２】
また、白色光に含まれる青の光束（Ｂ）は、図８(a) に示すように、第１の液晶パネル１を透過して正回転で円偏光化されて透過し、そのままの状態で第１のダイクロイックミラー４ｒを透過する。さらに、第１のダイクロイックミラー４ｒを透過した青の光束は、第２の液晶パネル２を透過して逆回転されて当初の直線偏光に戻され、そのままの状態で第２のダイクロイックミラー４ｂに照射される。第２のダイクロイックミラー４ｂにより反射された青の光束は、第２の液晶パネル２、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第１の液晶パネル１の順に透過する。第２の液晶パネル２と第１の液晶パネル１では互いに逆回転で円偏光化及び直線偏光化されるために、第１の液晶パネル１の一面から出た青色の光は、その一面から入射したと同じ角度の直線偏光になる。
【００３３】
さらに、白色光に含まれる緑の光束（Ｇ）は、図８(a) に示すように、青い光束と同様な状態で第１、第２の液晶パネル１，２及び第一のダイクロイックミラー４ｒを透過して第２のダイクロイックミラー４ｂに照射される。第２のダイクロイックミラー４ｂを透過した緑の光束は、第３の液晶パネル３を偏光されずに透過して第３のダイクロイックミラー４ｇによって反射される。反射された緑の光束は、そのままの状態で第３の液晶パネル３、第２のダイクロイックミラー４ｂを透過した後に、青い光束と同じように、第２の液晶パネル２、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第１の液晶パネル１を順に透過する。第１の液晶パネル１の一面から出た緑の光束は、第２の液晶パネル２と第１の液晶パネル１では互いに逆回転で円偏光化及び直線偏光化されるために、第一の液晶パネル１に入射した時と同じ偏光面を有する。
【００３４】
以上のようなことから、第１の液晶パネル１から出た赤の光束は、青と緑の光束とは偏光面が９０゜異なる光となるので、白色光を偏光したものとは別の偏光素子によって選別することができることになる。
なお、赤、青、緑の光束以外の光は第１〜第３の液晶パネルと第１〜第３のダイクロイックミラー４ｅ，４ｂ，４ｇを透過するので、図８(a) に示したように第１の液晶パネル１の一面側に戻ることはない。
【００３５】
（ii）１／３〜２／３周期
まず、図７に示したパルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg の１／３〜２／３周期においては、図８(b) に示すような光反射と偏光がなされる。
即ち、図８(b) では、第２及び第３の液晶パネル２，３のそれぞれの一対の透明電極２ａ，３ａへの電圧印加をｏｆｆとする一方で、第１の液晶パネル１の一対の透明電極１ａへの電圧印加をｏｎにする。この場合、白色光は第１の直線偏光板によって直線偏光されて第１の液晶パネル１の一面に向けて照射される。その直線偏光された光は、紙面に対して例えば平行な偏光面上を伝搬する。
【００３６】
白色光に含まれる赤い光束（Ｒ）は、図８(b) に示すように、偏光面が回転されずに第１の液晶パネル１を透過した後に第１のダイクロイックミラー４ｒに照射され、第１のダイクロイックミラー４ｒでは赤い光束がそのままの状態で反射され、さらに反射された赤い光束は再び第１の液晶パネル１でその偏光面が回転されずに透過する。これによって第１の液晶パネル１の一面から出た赤い光束は、その一面に入射する赤い光束と同じ偏光面となる。従って、赤い光束は、紙面に垂直な直線偏光の光だけを透過させる偏光素子によって進行が妨げられる。
【００３７】
また、白色に含まれる青の光束（Ｂ）は、図８(b) に示すように、第１の液晶パネル１、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第２の液晶パネル２を透過して第２のダイクロイックミラー４ｂによって反射される。青の光束は、第２の液晶パネル２を通過することによって逆回転で円偏光化され、さらに、第２のダイクロイックミラー４ｂで反射且つ反転される。そして、反射された青の光束は、第２の液晶パネル２を通過して正回転で円偏光化され、これにより第１の液晶パネル１に入射した状態に対して９０゜回転した直線偏光となり、さらにそのままの状態で第１のダイクロイックミラー４ｒ、第１の液晶パネル１を透過して第１の液晶パネル１の一面側に出射されることになる。
【００３８】
さらに、白色に含まれる緑の光束（Ｇ）は、図８(b) に示すように、第１の液晶パネル１、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第２の液晶パネル２、第２のダイクロイックミラー４ｂ、第３の液晶パネル３を透過し、第３のダイクロイックミラー４ｇによって反射される。この場合、緑の光束は、第２液晶パネル２によって逆回転で円偏光化されるが、第３の液晶パネル３によって正回転で元の直線偏光に戻されるために第３のダイクロイックミラー４ｇでは直線偏光の状態で反射される。さらに、第３のダイクロイックミラー４ｇによって反射された緑の光束は、第１の液晶パネル１に向けて進行するが、第２及び第３の液晶パネル２，３を通過する際に逆回転と正回転で円偏光化及び直線偏光化されて結果的に元の状態に戻されて第１の液晶パネル１の一面側から出ることになる。
【００３９】
以上のようなことから、第１の液晶パネル１から出た青の光束は、赤と緑の光束とは９０゜異なる直線偏光となるので、選択的に取り出すことができる。
なお、赤、青、緑の光束以外の光は第１〜第３の液晶パネル１，２，３と第１〜第３のダイクロイックミラー４ｒ，４ｂ，４ｇを透過するので、図８(b) に示したように、第１の液晶パネル１の一面側に戻ることはない。
【００４０】
(iii) ２／３〜３／３周期
まず、図７に示すようにパルス電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg の２／３〜３／３周期においては、図８(c) に示すような光反射と偏光がなされる。
即ち、図８(c) に示すように、第１及び第２の液晶パネル１，２のそれぞれの一対の透明電極１ａ，２ａへの電圧印加をｏｎとする一方で、第３の液晶パネル３の一対の透明電極３ａへの電圧印加をｏｆｆにする。この場合、白色光は第１の直線偏光板によって直線偏光されて第１の液晶パネル１の一面に向けて照射される。その直線偏光面は、例えば、紙面に平行とする。
【００４１】
白色光に含まれる赤い光束（Ｒ）は、図８(c) に示すように、その偏光面が回転されずに第１の液晶パネル１を透過した後に第１のダイクロイックミラー４ｒにより照射される。そして、第１のダイクロイックミラーでは赤い光束がそのままの状態で反射され、さらに反射された赤い光束はその偏光面が回転されずに再び第１の液晶パネル１を透過する。これによって第１の液晶パネル１の一面から出射された赤い光束は、入射する赤い光束と同じ偏光面上を伝搬される。
【００４２】
また、白色光に含まれる青の光束（Ｂ）は、図８(c) に示すように、その偏光面が回転されずに第１の液晶パネル１、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第２の液晶パネル２を透過して第２のダイクロイックミラー４ｂによって反射され、反射された青の光束は逆方向に進行して第１の液晶パネル１の一面から出射される。
【００４３】
さらに、白色光に含まれる緑の光束（Ｇ）は、図８(c) に示すように、第１の液晶パネル１、第１のダイクロイックミラー４ｒ、第２の液晶パネル２、第２のダイクロイックミラー４ｂ、第３の液晶パネル３を透過し、第３のダイクロイックミラー４ｇによって反射される。この場合、緑の光束は、第３液晶パネル３によって正回転で円偏光化されるが、第３のダイクロイックミラー４ｇによって反射且つ反転された後に、第３のダイクロイックミラー４ｇを透過する際に逆回転で直線偏光化されて直線偏光となる。この青の光束の偏光面は、第１の液晶パネル１に入射する緑の光束の偏光面に対して９０゜回転した状態となっている。そして、直線偏光状態の緑の光束は、その後その偏光面はさらに回転されずに第１の液晶パネル１の一面側から出射される。
【００４４】
以上のようなことから、第１の液晶パネル１から出た緑の光束は、赤と青の光束とは９０゜異なる直線偏光となるので、選択的に取り出すことが可能である。
なお、赤、青、緑の光束以外の光は第１〜第３の液晶パネル１，２，３と第１〜第３のダイクロイックミラー４ｒ，４ｂ，４ｇを透過するので、図８(c) に示したように、第１の液晶パネル１の一面側に戻ることはない。
【００４５】
以上のような色生成装置によれば、気化器的な回転機構などの大がかりな構造を必要とせずに、図９に示すように赤、青、緑の光を周期的に出射することが可能になる。  なお、第一の液晶パネル１に入射する光の直線偏光面は、上記したように紙面に平行に限られるものではない。
液晶パネルの配置  
上記した第１〜第３の液晶パネル１，２，３は、次のように配置される。
【００４６】
第１、第３の液晶パネル１，３の間に配置される第２の液晶パネル２は、第１、第３の液晶パネル１，３が偏光面を回転させる作用と逆の作用を生じるように配置されている。即ち、第１、第３の液晶パネル１，３が直線偏光を円偏光に変える場合には、第２の液晶パネル２は円偏光を直線偏光に変えるように配置され、又は、第１、第３の液晶パネル１，３が円偏光を直線偏光に変える場合には、第２の液晶パネル２は直線偏光を円偏光に変えるように配置される。
【００４７】
例えば、それらの液晶パネル１，２，３がネマティック液晶ホモジニアス配向を有している場合には、図１０に示すように、第１の液晶パネル１の液晶層１ｂを角度θ（例えば４５゜）傾けた配向方向とし、第２の液晶パネル２の液晶層２ｂをθ＋９０゜又は９０゜−θ（例えば１３５゜）、第３の液晶パネル３の液晶層３ｂをθ（例えば４５゜）傾けた配向方向とする。それらの配向方向は、液晶層を挟む配向膜のラビング方向を調整することによって決まる。
【００４８】
ところで、一般的な液晶の波長と屈折率分散の関係から、液晶層の波長と位相差は図１１のような関係になる。例えば、緑（Ｇ）の波長でλ／４（π／２）の位相差となる液晶層を作製すると、その液晶層では赤（Ｒ）の波長では位相差はλ／４よりも小さく、逆に青（Ｂ）の波長では位相差はλ／４よりも大きくなっている。そのような液晶層によれば、液晶層を透過した光線は各波長間で偏光の回転量が異なり、複数の液晶層を透過した各波長の偏光量のバラツキはさらに増加する。
【００４９】
例えば、第１〜第３の液晶パネル１，２，３の配向方向を全て同一に揃えたり、それらの液晶パネル１，２，３の偏光量を１つの波長に合わせると、ダイクロイックミラーを反射した光束は、偏光の回転量が波長毎に異なり、特定の波長の光だけを選択的に分離抽出することが困難になる。
そこで、図１０，図１２に示すように、配向方向を互い違いにすることによって、２枚の液晶パネルによって直線偏光を円偏光し、さらに直線偏光に戻すときに、各波長の位相差のバラツキが全てキャンセルされる。この結果、理想的な偏光回転量を各波長において、付加することが可能になる。つまり、全波長に対して、直線偏光を円偏光に変換した光束をその後に完全に直線偏光に戻すことが可能になり、偏光素子によって特定波長の光を分離抽出することが容易になる。
【００５０】
液晶パネルの電圧への印加電圧値  
上記した第１〜第３の液晶パネルは、作製プロセスの簡略化から、同じものを使用することが望ましい。即ち、全ての液晶材料及び液晶ギャップが同じであることが低コスト化に有利となる。
そこで、第１〜第３の液晶パネルにおいて全て同じネマティック液晶を用いた場合に、赤い光束、青い光束、緑の光束の全てに対してλ／４（π／２）の位相差を生じさせる手法を以下に説明する。
【００５１】
まず、最も長波長である赤の光束をλ／４だけ位相差を生じさせる液晶パネルを３枚作製する。
そして、第１〜第３の液晶パネル内で液晶層を挟む一対の電極に、それぞれ、赤、青、緑の色に応じた基準電圧を印加してλ／４の位相差で円偏光させる。即ち、ネマティック液晶を封入した同じ構造の液晶パネルにおいて、赤と青と緑の各光束についての印加電圧値と位相差の関係は図１１に示すようになり、印加電圧を異ならせることによって赤と青と緑の各光束の位相差をそれぞれλ／４とすることが可能になる。また、十分に位相差を無くすための電圧は色の違いによらずＶm となっている。
【００５２】
ここで、赤の光束にλ／４の位相差を生じさせる基準電圧をＶr0とし、青の光束にλ／４の位相差を生じさせる基準電圧をＶb0とし、緑の光束にλ／４の位相差を生じさせる基準電圧をＶg0とする。
したがって、同じ構造の液晶パネルを３枚使用して図２に示した色生成装置を構成する場合には、図７で示した電圧を、図１４に示すように変えるとともに、赤、青、緑のいずれかの光束を選択する場合には、第１〜第３の液晶パネルの電極に印加する電圧の値は図１５に示すような組み合わせとなり、これにより図８(a) 〜図８(c) に示したと同じような偏光を行うことができる。
【００５３】
また、液晶パネルが光照射によって温度が上昇すると、液晶層による位相差を減少させることになる。そこで、液晶パネルの液晶層の厚さ、即ち透明基板１ｃ（２ｃ，３ｃ）間のギャップを多少厚めにして位相差を十分に確保し、各液晶パネルに印加する基準電圧を最適化して位相調整を行う。温度変化が大きい場合には、センサ等のモニタ部データをフィードバックさせる回路系の改良により、温度変化に合わせて最適な電圧調整を行うことができる。
【００５４】
さらに、液晶パネルの液晶層１ｂ，２３ｂ，３ｂの応答速度が遅い場合には、図１６に示すように、電圧の印加のタイミングを少し進めることによって、色生成装置で反射されて偏光面が９０゜回転された各色の光束を図１７に示すようにＤＭＤアレイのような表示素子の表示に同期させることができる。
図２に示した第１〜第３の液晶パネル１，２，３の透明電極１ａ，２ａ，３ａに、図７に示す電圧を印加する場合には、例えば、図１８に示すように、第１の液晶パネル１の一面側に偏光子としてプリズム形状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７を配置する。これにより、偏光ビームスプリッタ７の正面に向けて白色光線を入射すると、光生成装置１０により発生した赤、青、緑の光束を偏光ビームスプリッタ７の側方に順に抽出することができる。
【００５５】
そのような偏光ビームスプリッタ７と色生成装置１０を用いて、投影表示装置を構成する場合には、図１９に示すような構成を採用する。
図１９において、偏光ビームスプリッタ７は、例えば２つの直角プリズムの底面同士を接着したものであり、それらの底面同士の境界には、紙面に対して平行な直線偏光の光を透過するとともに、それ以外の光を反射する偏光膜７ａが形成されている。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ７のうち色生成装置１０と反対側には白色光源１１が配置されている。その白色光用の光源１１の周囲にはリフレクタ１２が配置されていて、光源１１から出た光をリフレクタ１２によって平行光に変換して偏光ビームスプリッタ７を通して色生成装置１０に向けて照射するようになっている。
また、偏光ビームスプリッタ７のうち、偏光膜７ａにより反射された光源１１からの光の進行方向には直線偏光の光束を透過する偏光子１３が配置されている。その偏光子１３は、例えば紙面に平行な偏光面の光束のみを透過し、それ以外の光を吸収するような構造となっている。その偏光子１３の光進行方向に対して前方には投射レンズ１４が配置されている。
【００５７】
さらに、偏光ビームスプリッタ７のうち偏光素子１３と反対側にはＤＭＤアレーのような表示素子１５が配置されている。その表示素子１５は、入射した光束を９０゜回転させて反射するような構造となっている。
なお、偏光ビームスプリッタ７のうち、光源１１に対向する側の面を第１面とし、偏光子１３に対向する側の面を第２面とし、色生成装置１０に対向する側の面を第３面とし、表示素子１５に対向する側の面を第４面とする。
【００５８】
そのような投影表示装置は、次のようにしてカラー表示を得る。
まず、白色光用の光源１１から出た光は、偏光ビームスプリッタ７の第１面を通って偏光膜７ａに照射される。偏光膜７ａに照射された白色光のうち、紙面に平行な光は偏光膜７ａを透過して色生成装置１０に照射される一方、その他の光は反射されて偏光子１３で吸収される。
【００５９】
色生成装置１０に照射された白色光は、上記した液晶パネル１，２，３、ダイクロイックミラー４ｒ，４ｂ，４ｇによって赤、青、緑の光束を選択且つ反射して偏光膜７ａに戻す。色生成装置１０で反射された赤、青、緑のうちの２つの光束は、例えば紙面に対して平行な偏光面となり、残り１つの光束は紙面に対して垂直に偏光される。
【００６０】
色生成装置１０で生成された赤、青、緑の光束のうち紙面に垂直な偏光面の光束は、偏光膜７ａで反射されて表示装置１５に照射され、さらに、紙面に平行な偏光面の光は偏光膜７ａを透過して光源１１へ再帰する。表示素子１５に照射された光束は、表示素子１５によって９０゜回転されて反射され、さらに偏光膜７ａ、偏光子１３、投射レンズ１４を通ってスクリーンＳへ直進する。
【００６１】
周期的に順次表示される表示素子の変化と同期させて、偏光膜７ａを反射させる波長帯域（色）が順次切り換わり、必要な波長帯域（色）の光束を順次、表示素子１５に照射させる。これにより、スクリーン等にカラー画像が表示される。
なお、偏光ビームスプリッタ７を構成するプリズムは体積が大きく、高価なので、プリズムを使用したくない場合には、図２０に示すように、上記した色生成装置１０の前面に平行で一方向のみに透過軸を有する偏光子１６をその前方に配置し、さらに、図２１、図２２に示すような電圧Ｖr ，Ｖb ，Ｖg を第１〜第３の液晶パネル１，２，３の透明電極１ａ，２ａ，３ａに印加することによって、選択したい色の光を偏光させずに第１の液晶パネルから出射させ、選択したくない色の光を９０゜回転させて偏光子１６に吸収させるようにする。
【００６２】
これによれば、図２０に示すように、白色光を入射する際に直線偏光させるための偏光子を、色選択のための偏光子として兼用できることになり、色生成装置の構成を簡素且つ安価にすることができる。
なお、色生成装置は、概念として、偏光子を含めたものであってもよいし、含めないものであってもよい。
（第２の実施の形態）
第１の実施形態では、色生成装置によって時分割して３色の色を抽出しているために、１／３の光束が使用されて他の波長の光は損失となっている。
【００６３】
しかし、プロジェクタ等の表示装置においては、白黒（モノラル）表示をすることもある。そこで、白黒表示の際に光束を有効に使用する方法を以下に説明する。
図１９に示した偏光ビームスプリッタ７を備えた投影表示装置では、ＲＧＢの光束が全て９０゜回転した線偏光となれば、ＲＧＢの全ての光束が投射レンズ１４に照射されることになって光損失は少なくなる。
【００６４】
そこで、図２３に示すように、第１の液晶パネル１の透明電極１ａに印加する電圧をＶg0とし、第２、第３の液晶パネル２，３の透明電極２ａ，３ａに印加する電圧をＶm として全ての光を９０゜回転させて偏光ビームスプリッタ７から出射させることができる。
この場合、第１の液晶パネル１の透明電極１ａに電圧Ｖr0ではなくて電圧Ｖg0を印加したのは、中間的な電圧Ｖg0によってＲＧＢの波長の相違による回転量の差を少なくするためである。
【００６５】
なお、図２０に示すように直線偏光のための偏光子１６を第１の液晶パネル１の前方に配置する場合には、図２４に示すように、第１〜第３の液晶パネル１，２，３の各透明電極１ａ，２ａ，３ａに全て同じ電圧Ｖm を印加すると、ＲＧＢの全ての光束は偏光子１６を透過して色生成装置１０に入射された後に、そのまま第１〜第３のダイクロイックミラー４ｒ，４ｂ，，４ｇに反射されて偏光子１６から出射されることになる。この場合、液晶パネル１，２，３による偏光はないので、光損失は少なくなる。
【００６６】
なお、第１実施形態で説明したカラー表示と本実施形態のモノクロ表示の中間をとることは可能である。電圧印加の組み合わせで調整が可能である。
（第３の実施の形態）
第１、第２実施形態で説明した色生成装置をカラープロジェクタのようなカラー表示装置に用いるためには、１８０Ｈｚで色変化を実現しなければならない。人間の目は、残像効果で６０Ｈｚ程度まで映像は自然に見える。そのために、６０Ｈｚの間にカラーを実現させるためには３倍の１８０Ｈｚ（５．５ｍｓ）の高速な色切換速度が必要となる。液晶の応答速度は、液晶ギャップの二乗に反比例することが知られている。
【００６７】
一般に使用されているネマティック液晶は、電極１ａ（２ａ，３ａ）間距離が５μｍギャップで２０ｍｓ程度の応答速度であり、１８０Ｈｚを実現するためには、５μｍ／√（２０ｍｓ／５．５ｍｓ）≒２．６μｍ以下の電極間ギャップで実現可能となる。
したがって、応答速度１８０Ｈｚで色を変化させるためには、電極間ギャップ、即ち液晶層の厚さを２．６μｍ以下にする必要がある。
（第４の実施の形態）
本実施形態では光学特性を向上させる手法を示す。
【００６８】
偏光の回転が適切でなく、直線偏光が楕円偏光状態であると、偏光子による色の分離抽出時にノイズが含まれたり、必要な光束をカットしたりしてしまう。そこで、上記した実施形態の手法において、液晶層による位相差を零にするための電圧印加（Ｖm ）時には、液晶層による位相差を完全に消去させたい。
しかし、図２５に示すように、液晶層１ｂと配向膜８との界面で頑丈に配向されている液晶分子が存在し、ある程度の電圧印加では位相差を完全に消去することが困難である。図１３にもその特性が現れている。
【００６９】
印加電圧Ｖm を高くすることにより、液晶層による位相差は縮小するが、液晶駆動回路に負担がかかるために現実的ではない。そこで、改善可能な方法を図２６に示す。
図２６(a) には、液晶パネル１の電極１ａに高レベルの電圧Ｖm を印加しても直線偏光が、位相差零で透過せずに、残存する位相差により楕円偏光になった状態を示す。
【００７０】
そこで、図２６(b) に示すように、残存する位相差を少しの位相差で逆回転を与える位相差フィルム９を液晶パネル１（２，３）に配置し、残位相差をキャンセルする。
位相差フィルム９は、ポリマーを延伸して作製することができる。図２６(b) の位相差フィルム９上の矢印の向きは延伸方向又は延伸垂直方向を示している。矢印の配置角度は、位相差量によって最適角度がある。
【００７１】
位相差フィルム９の位相差が大きい場合には、その矢印を入射偏光の向きに対して平行か垂直かに近づけることによって最適配置角度となる。
その逆に、位相差が小さければ入射偏光に対して４５゜付近に矢印を傾けて配置すると残位相差量を最適にキャンセルすることが可能になる。
位相差フィルム９の配置で重要なのは、残位相差による直線偏光の回転の向きを逆回転させてキャンセルさせる配置にすることである。正回転で直線偏光を作り出すことも可能であるが、大きな偏光の回転量は波長によって差が生じてしまう。逆回転を与える配置は、例えば図２６(a) に示している液晶パネル１（２，３）の配向膜のラビング方向の矢印の向きが高屈折率方向であって、図２６(b) の位相差フィルム９の矢印方向が高屈折率方向だと仮定すると、入射する偏光方向に対して、それらの高屈折率方向を左右逆向きに配置することにより実現できる。この補正用の位相差フィルム９は、複屈折率の結晶板を薄くスライスしたものでも代用できる。また、補正液晶パネルを配置することも考えられるが、吸収損失が大きく、コストが高いので現実的ではない。
【００７２】
第１〜第３の液晶パネル１，２，３の全てに補正用の位相差フィルム９ａ〜９ｃを配置した概略図を示すと、図２７のようになる。
図２７の左側が入射面である。
なお、第２又は第３の液晶パネル２，３の残位相差は、第１又は第２の液晶パネル１，２の残位相差とキャンセルする方向なので、この場合には省略してもよい。
【００７３】
上記実施形態で示した駆動法においては、第２の液晶パネル２に残位相差があるときには第１の液晶パネル１にも残位相差があるので、キャンセルされるため、補正用位相差フィルム９を省略することができる。
第３の液晶パネル３は、第１及び第２の液晶パネル１，２への印加電圧の微調整で補正することも可能なので、補正用位相差フィルムを省略してもよい。しかし、第１の液晶パネル１は、光入射側に他の液晶パネルが存在しないので、補正手段が無く、少なくともこの液晶パネル１の光入射側には位相差フィルムが配置されていることが好ましい。
（第５の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１９に示すように、表示装置１５と偏光子１３を偏光ビームスプリッタ７を挟んで配置している。このような構成においては、偏光ビームスプリッタ７を３度通過した光束が投影レンズ１４に照射されるために、偏光ビームスプリッタ７による光損失を減らしたい。この場合には図２８に示すような構成を採用することが好ましい。
【００７４】
図２８において、第１実施形態で用いた偏光ビームスプリッタ７を構成する２つの直角プリズムの底面は互いに貼り合わされ、それら底面同士の境界（貼り合わせ面）７ｂは、紙面に平行な偏光面の光を透過するとともにそれ以外の光を反射する偏光面７ｂとなっている。
光源１１は、偏光ビームスプリッタ７を介して色生成装置１０に対向して配置されている。色生成装置１０から出射されて偏光面７ｂに反射される光の進行方向には、表示装置１５と偏光子１３と投射レンズ１４が順に配置されている。
【００７５】
色生成装置１０は、第１実施形態と同じ構造を有している。また、表示装置１５としては、ＤＭＤアレイは適用されず、液晶表示装置のような透過型が使用される。
そのような配置によれば、光源１１から出た白色光は、偏光ビームスプリッタ７を透過し且つ紙面に平行な偏光面の光束に偏光されて色生成装置１０に照射される。そして、その色生成装置１０では、第１実施形態で説明したように、その白色光のうち赤、青、緑の光束を反射して偏光ビームスプリッタ７に戻す。色生成装置１０から反射された赤、青、緑の光は、それぞれ順に、紙面に対して垂直面に直線偏光されるので、偏光ビームスプリッタ７の偏光面７ｂでは、色生成装置１０により偏光面が９０゜偏光された色の光束が反射されて表示装置１５、偏光素子１３、投射レンズ１４を透過することになる。
【００７６】
したがって、光源１１から出た光は、偏光ビームスプリッタ７を２度透過して投射レンズ１４に達するために、第１実施形態に比べて光損失が少なくなる。
（第６の実施の形態）
第１実施形態における偏光ビームスプリッタ７の特性は、光束が平行光であることが最も好ましい。
【００７７】
発散又は収束する光束が偏光ビームスプリッタ７に入射する場合には、入射角度が一様でなくために、偏光ビームスプリッタ７の偏光分離特性が悪くなる。そこで、光源１１の周囲に配置されるリフレクタ１２は、光源１１からの光を平行光に変換するとして想定されている。
しかし、表示素子１５は、光源１１及びリフレクタ１２に比べて小さいことがある。そのために、平行な光束を用いると、表示素子１５に効率良く光束を照射することができなくなる。
【００７８】
そこで、偏光ビームスプリッタ７の特性の良い方向と相反する収束光を用いることによって、光束を効率良く表示素子に照射することができるようになる。
偏光ビームスプリッタ７の特性は、±１０゜程度の入射角の変化であれば、９０％程度の偏光特性を確保することができる。収束光でも入射角変化を±１０゜以内とすれば特性に問題は無く、光の利用効率を高くすることができる。
【００７９】
そのような収束光をリフレクタ１２から放出した場合の光の進行状態を図２９に示す。図２９において、リフレクタ１２による収束光の集光点を、偏光ビームスプリッタ７等を通して表示素子１５の近傍に設定すれば、色生成装置１０よりも小さな表示装置１５にも対応できる。
そのような収束光を使用する場合には、図３０に示すように、投射レンズ１４近傍に絞り（アパーチャ）１７を設けることにより、投射レンズ１４にノイズ光が入射することが抑制できる。即ち、絞り１７の中またはその付近に焦点を設定すると、偏光ビームスプリッタ７内で多重反射する光束等の不要な光が投射レンズ１４に入ることが抑制される。これにより、画像のコントラストを向上させて、良質な画像を得ることができる。
【００８０】
ところで、そのような不要な光（ノイズ光）は、例えば図３１の破線で示すような光束である。即ち、偏光ビームスプリッタ７による偏光分離特性は、１００％完全ではない。光源１１から偏光ビームスプリッタ７に入射した光束、例えば紙面に対して垂直な偏光面の光束は、数％程度、偏光ビームスプリッタ７の偏光面７ｂで反射されて偏光子１３に照射され、ここで吸収される。しかし、その反射された光束の数％は、偏光素子１３を透過してしまう。
【００８１】
そこで、図３１に示すように、偏光ビームスプリッタ７を中心から少し回転させた状態で配置する。これによれば、偏光ビームスプリッタ７で反射した不要光と表示素子１５を反射した表示用の光束とは方向が変わることになる。
プロジェクタの投射レンズ１４は、一般的に、取り込める光線の角度は数度である。非現実的な大口径のサイズの投射レンズを用いない限り、光の入射角が±１０゜以上では、投射できない。そこで、入射角が±１０゜以上の場合には、小さい口径サイズの投影レンズや投射レンズの絞りを利用することによって、取り込み角をもっと小さくすることができる。
【００８２】
最も小型な光学系は、第１実施形態で示したように、光束の軸を表示素子１５に垂直に入射するものであり、不要光が少なければそのような構成を採用することが好ましい。
しかし、偏光子１３に入射する不要光を少なくする場合には、図３１に示したように、表示素子１５への入射角を１０゜以内、即ち数度とするように偏光ビームスプリッタ７を傾けることが好ましい。
【００８３】
表示素子への入射角度を±１０゜以内にする場合には、図３２に示すように、偏光ビームスプリッタ７の内部の偏光面（反射面）７ｂを色生成装置１０の入射面に対して４５゜傾斜させるとともに、表示素子１５への光束の入射角に対して、表示素子１５、偏光子１３及び投射レンズ１４の光軸を数度、傾斜させるようにしてもよい。
【００８４】
そのような構造を採用すると、光源１１からの光束が、偏光ビームスプリッタの７入射面に対して垂直方向となるので、図３１に比べて小さな偏光ビームスプリッタを使用することができ、小型の光学系となる。
（第７の実施の形態）
上記した実施形態の光学系では、直角プリズムを利用した偏光ビームスプリッタを使用しているために、偏光分離特性が良く、高画質、高輝度を実現することが可能であるが、その反面、高価になる。
【００８５】
そこで、図３３に示すように、直角プリズムではなく、平板の偏光ビームスプリッタ１８を使用することもできる。平板状の偏光ビームスプリッタ１８としては、例えばガラス基板上に多層構造の偏光膜を形成したものや、或いは、フィルム状の偏光分離素子を使用する。偏光分離素子として、例えば３Ｍ社製の商品名Ｄ−ＢＥＦがある。
【００８６】
図３３においては、平板の偏光ビームスプリッタ１８の一面を、リフレクタ１２から出射された光束の進行方向に対して４５゜傾斜した状態で、偏光ビームスプリッタ１８を第１実施形態の偏光ビームスプリッタの偏光面１７ａの位置に配置する。
そのよう平板の偏光ビームスプリッタ１８は安価であるために、光学系全体のコストを低下させることが可能になる。
（第８の実施の形態）
従来の液晶プロジェクタは、偏光子が２枚構成か、又は反射を利用する往復透過の１枚構成であった。偏光子は、必要な偏光面の光束を１０％程度吸収するので、その枚数が少ない方が透過率が良く、高輝度化が可能である。しかし、出力の高い光源を使用すると、１枚の偏光子により不要な全ての光束を吸収させることになるので、その耐久性が問題となる。
【００８７】
そこで、耐久性を高めたい場合には、例えば図３４に示すように、偏光ビームスプリッタ７と光源１１の間に偏光生成素子１９を介在させて、偏光生成素子１９によって紙面に平行な偏光面の光を選択的に偏光ビームスプリッタ７に照射する。偏光生成素子１５としては、偏光子、フィルム状偏光分離素子等を使用する。
【００８８】
これによれば、偏光生成素子１９は、不要な偏光面の光束を吸収し、反射するので、投影レンズ１４側の偏光素子１３は、表示素子１５から反射された光束だけが入射する。したがって、その偏光素子１５の耐久性が向上する。
なお、上記した各実施形態において、紙面に水平な偏光面を垂直な偏光面として、垂直な偏光面を水平面としてもよい。
｛付  記｝
(1) 平行に配置され且つ３種類の波長帯域を反射する少なくとも３種類の波長選択反射素子と、前記波長選択反射素子のそれぞれの光入射側に配置された複数の偏光面回転素子とを有することを特徴とする色生成装置。
(2) 複数の前記偏光面回転素子のうち隣り合う前記偏光面回転素子は、偏光面回転作用が相反する方向となる構造を有していることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(3) 複数の前記偏光面回転素子は、ホモジニアス配向したネマティック液晶が封入されて、隣り合う前記偏光面回転素子の配向方向を９０゜傾けて配置されることを特徴とする(1) 又は(2) に記載の色生成装置。
(4) 複数の前記偏光回転素子は、複屈折性の機能を有し、位相差がλ／４（λ；波長）以上であることを特徴とする(1) 又は(2) に記載の色生成装置。
(5) 複数の前記偏光面回転素子は、電圧制御によって位相差が変化する機能を有し、前記波長選択反射素子による反射の前記波長帯域における位相差がλ／４（λ；波長）近傍となる電圧とその位相差が十分小さくなる電圧のいずれかを複数の前記偏光面回転素子に別々に与える電圧制御部とを有することを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(6) 前記偏光面回転素子は、液晶パネルであって、前記電圧制御部による位相差切り換え速度を１８０Ｈｚまたはそれ以上とすることを特徴とする(5) に記載の色生成装置。
(7) 前記偏光面回転素子は、ネマティックの液晶が封入され、液晶のギャップが２．６μｍ以下であることを特徴とする(3) 又は(7) に記載の色生成装置。
(8) 複数の前記偏光面回転素子は、白黒表示又は白黒表示に近づける機能を有することを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(9) 前記偏光面回転素子の光入射又は出射部分に位相差フィルム又は複屈折性結晶板のいずれかを配置したことを特徴とする(1) 〜(8) のいずれかに記載の色生成装置。
(10)前記位相差フィルム又は前記複屈折結晶板は、その偏光面回転作用が前記偏光面回転素子による偏光面回転作用と相反する方向であることを特徴とする請求項１０に記載の色生成装置。
(11)３つの前記ダイクロイックミラーの１つは金属膜反射板であることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(12)複数の前記偏光面回転素子は一対の透明板に挟まれた液晶からなり、前記ダイクロイックミラーは反射膜を透明基板の上に形成した構造を有し、前記偏光面回転素子と前記ダイクロイックミラーは、間に接着層を介して接着されていることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(13)複数の前記偏光面回転素子は一対の透明板に挟まれた液晶層からなり、前記ダイクロイックミラーは、複数の前記偏光面回転素子のそれぞれの前記透明板の一方の面に形成された反射膜から構成され、前記偏光面回転素子同士は、前記ダイクロイックミラーと接着層を挟んで一体となっていることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(14)複数の前記偏光面回転素子は一対の透明板に挟まれた液晶層からなり、前記ダイクロイックミラーは、前記偏光面回転素子の前記液晶層と前記透明板の一方の間にはさまれた反射膜から構成され、前記偏光面回転素子同士は、接着層を介して接着されることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(15)複数の前記偏光面回転素子は、複数の透明基板の各間隙に液晶層を挟んで一体的に構成され、前記ダイクロイックミラーは、前記液晶層と前記透明板の間に形成されていることを特徴とする(1) に記載の色生成装置。
(16)光照射部からの光を反射して複数の波長帯域の光を順次生成する反射型の色生成素子と、前記色生成素子から照射された前記複数の波長帯域の前記光が順次照射され、前記複数の波長帯の光の変化に連動してカラー画像を生成する画像表示体と、前記画像表示体を反射又は透過した前記光を拡大する投射レンズとを有する投影表示装置。
(17)前記色生成素子は、前記複数の波長帯域の前記光の偏光面を個々に変調する機能を備え、前記色生成素子から出力された前記光の偏光面を変調することによって特定の波長帯域の光を前記画像表示体に照射する偏光ビームスプリッタをさらに有することを特徴とする(16)に記載の投影表示装置。
(18)前記画像表示体に入射する前記光の軸が、前記画像表示体の表示面に対して垂直方向から１０゜以内の角度に設定されていることを特徴とする(16)に記載の投影表示装置。
(19)前記画像表示体から前記投影レンズまでの前記光の経路中には偏光子が配置されていることを特徴とする(16)に記載の投影表示装置。
(20)前記光照射部と前記偏光ビームスプリッタとの間に、偏光生成素子が配置されていることを特徴する(17)に記載の投影表示装置。
(21)前記光照射部から出射された前記光を少なくとも２度透過し、少なくとも１度反射する偏光ビームスプリッタをさらに有することを特徴とする(16)に記載の投影表示装置。
(22)前記光照射部から出射された前記光を少なくとも１度透過し、少なくとも１度反射する前記偏光ビームスプリッタをさらに有することを特徴とする(16)に記載の投影表示装置。
(23)前記色生成素子は、(1) 〜(10)のいずれかに記載された色生成装置であることを特徴とする(16)又は(17)に記載の投影表示装置。
【００８９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、３種類の波長帯域を反射する少なくとも３種類の波長選択反射素子と、前記波長選択反射素子のそれぞれの光入射側に配置された複数の偏光面回転素子とを組み合わせて色生成装置を構成しているので、色生成装置を回転させるような機械的な機構が不要となり、装置の小型化が図れる。
【００９０】
また、本発明の投影表示装置によれば、波長帯の異なる色を順次出力する反射型且つ静止型の色生成素子を使用して、その光の変化に連動してカラー画像を生成する画像表示体にその光を反射又は透過させてさらに投射レンズに透過させるようにしているので、投影表示装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は、従来技術の投影表示装置の構成図、図１(b) は、色生成装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態の原理的な色生成装置の構成図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態の色生成装置の第１の分解図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態の色生成装置の第２の分解図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態の色生成装置の第３の分解図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態の色生成装置の第４の分解図である。
【図７】図７は、本発明の第１実施形態の色生成装置に印加する第１の電圧波形図である。
【図８】図８(a) 〜(c) は、本発明の第１実施形態の色生成装置において、赤、青、緑を選択的に偏光する動作を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１実施形態の色生成装置から反射される光のうち偏光面が異なる光の色の出力状態を示す波形図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１実施形態の色生成装置を構成する液晶パネルの配向方向と配置の関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第１実施形態の色生成装置を構成する液晶パネルにおける位相差と波長との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態の色生成装置を構成する液晶パネルによる光の偏光動作を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第１実施形態の色生成装置を構成する液晶パネルへの印加電圧と位相差の関係を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第１実施形態の色生成装置に印加する第２の電圧波形図である。
【図１５】図１５は、本発明の第１実施形態の色生成装置を構成する複数の液晶パネルに印加する電圧と偏光させる色の関係を示す図表である。
【図１６】図１６は、本発明の第１実施形態の色生成装置に印加する第３の電圧波形図である。
【図１７】図１７は、図１６に示した電圧波形によって出力される光のうち偏光子を透過する光の出力の色の変化を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１実施形態の色生成装置の入射光と出射光の光路を偏光する偏光ビームスプリッタと色生成装置の配置を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の第１実施形態の投影表示装置の光学系の構成図である。
【図２０】図２０は、本発明の第１実施形態の投影表示装置において、入射光の直線偏光と出射光の色選択を兼用する偏光子の配置を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、図２０に示した偏光子を使用する場合の色生成装置に印加する電圧と偏光を回転させない色との関係を示す図表である。
【図２２】図２２は、図２０に示した偏光子を使用する場合の色生成装置に印加する電圧波形図である。
【図２３】図２３は、本発明の第２実施形態に係る白黒表示用のの色生成装置に印加する電圧波形図の第１例である。
【図２４】図２４は、本発明の第２実施形態に係る白黒表示用のの色生成装置に印加する電圧波形図の第２例である。
【図２５】図２５は、本発明の第４実施形態に係る色生成装置を構成する液晶パネルに電圧を印加した場合の液晶分子の向きを示す図である。
【図２６】図２６(a) は、本発明の第４実施形態に係る色生成装置を構成する液晶パネルの楕円偏光状態を示す斜視図、図２６(b) は、その楕円偏光を補正する位相差フィルムを液晶パネルの一方の面に配置した斜視図である。
【図２７】図２７は、本発明の第４実施形態に係る色生成装置を構成する液晶パネルとダイクロイックミラーと位相差フィルムとの配置関係を示す分解図である。
【図２８】図２８は、本発明の第５実施形態に係る投影表示装置の構成図である。
【図２９】図２９は、本発明の第６実施形態に係る投影表示装置の第１例を示す構成図である。
【図３０】図３０は、本発明の第６実施形態に係る投影表示装置の第２例を示す構成図である。
【図３１】図３１は、本発明の第６実施形態に係る投影表示装置の第３例を示す構成図である。
【図３２】図３２は、本発明の第６実施形態に係る投影表示装置の第４例を示す構成図である。
【図３３】図３３は、本発明の第７実施形態に係る投影表示装置のを示す構成図である。
【図３４】図３４は、本発明の第８実施形態に係る投影表示装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１，２，３…液晶パネル、４ｒ，４ｂ，４ｇ…ダイクロイックミラー、５，６…ガラス板、７…偏光ビームスプリッタ、９…位相差フィルム、１０…色生成装置（色生成素子）、１１…発光源、１２…リフレクタ、１３…偏光子、１４…投射レンズ、１５…表示装置、１６…偏光子、１７…アパーチャ、１８…平板状偏光ビームスプリッタ、１９…偏光生成素子。
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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