(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長域の光を透過し、他の波長域の光を反射して、光を複数の波長域に分離する色分離手段と、
前記所定波長域または前記他の波長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記所定波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記他の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、
を具備し、
前記所定波長域の光及び前記他の波長域の光は前記色分離手段へ入射し、前記色分離手段によって分離されることを特徴とする色分離装置。
【請求項２】
前記色選択性偏光変換手段の偏光面回転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長は、前記色分離手段のＳ偏光に対するカットオフ波長とＰ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれることを特徴とする請求項１に記載の色分離装置。
【請求項３】
第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を反射して、これらの光を合成する色合成手段と、
前記色合成手段に入射する前記第１の波長域の光または前記第２の波長域の光のうち、前記色合成手段の色合成面に対するＳ偏光の光をＰ偏光の光に変換する色選択性偏光変換手段と、
を具備し、
前記第１波長域の光及び前記第２波長域の光は前記色合成手段へ入射し、前記色合成手段によって合成されることを特徴とする色合成装置。
【請求項４】
前記色選択性偏光変換手段の偏光面回転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長は、前記色合成手段のＳ偏光に対するカットオフ波長とＰ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれることを特徴とする請求項３に記載の色合成装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の色分離装置と、
前記色分離手段と略一致するカットオフ波長を有し、前記色分離手段が分離した光を合成する色合成手段と、
を具備することを特徴とする色分離合成装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の色分離装置と、
請求項３または４に記載の色合成装置と、
を具備し、
前記色分離装置が分離した光を前記色合成手段が合成することを特徴とする色分離合成装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の色分離装置と、
前記色分離装置が分離した光を合成する色合成手段と、を具備し、
前記色合成手段は、前記色分離装置が具備する前記色分離手段であることを特徴とする色分離合成装置。
【請求項８】
光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、
前記光源からの光を分離する請求項１または２に記載の色分離装置と、
前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項９】
光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、
前記分離された光を変調する光変調手段と、
前記光変調手段が変調した光を合成する請求項３または４に記載の色合成装置と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１０】
光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、
請求項５または６に記載の色分離合成装置と、
前記色分離装置の後段、かつ前記色合成手段または前記色合成装置の前段に設けられ、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、
を具備することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１１】
光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、
請求項７に記載の色分離合成装置と、
前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、
を具備し、
前記光変調手段が変調した光を、前記色分離装置が具備する色分離手段で合成することを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１２】
光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、
第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域に比して波長が短い第２の波長域の光および前記第１の波長域に比して波長が長い第３の波長域の光を反射して、光を三つの波長域に分離する色分離手段と、
前記光源による光を直線偏光に変換する偏光変換手段と、
前記偏光変換手段が変換した前記直線偏光のうち前記第１の波長域の光または前記第２の波長域の光および前記第３の波長域の光の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記第１の波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記第２の波長域の光および前記第３の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、
前記色分離手段によって分離された光を変調する三つの変調手段と、
を具備し、
前記第１の波長域の光、前記第２の波長域の光及び前記第３の波長域の光は前記色分離手段へ入射し、前記色分離手段によって分離されることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項１３】
前記色選択性偏光変換手段の偏光面回転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長は、前記色分離手段のＳ偏光に対するカットオフ波長とＰ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に含まれることを特徴とする請求項１２に記載の色分離装置。
【請求項１４】
前記色分離手段としてクロスダイクロイックプリズムまたはクロスダイクロイックミラーを設けたことを特徴とする請求項１２または１３に記載のプロジェクタ。
【請求項１５】
前記色分離手段と略一致するカットオフ波長を有し、前記光変調手段が変調した光を合成する色合成手段を具備することを特徴とする請求項１２，１３または１４に記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離する色分離装置、複数の波長域ごとの光を合成する色合成装置、光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離し、分離した光を合成する色分離合成装置、および光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離し、分離した各光を変調して画像を生成し、その画像をスクリーンなどの投写面上に投写するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタとして、たとえば、ダイクロイックミラーを用いて色分離を行うものが知られている。図１８は、従来のプロジェクタの構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源８１と、第１のレンズアレイ８２と、第２のレンズアレイ８３と、重畳レンズ８４と、反射ミラー８５，８９，９１ａおよび９１ｂと、色分離ダイクロイックミラー８６および８７と、入射側偏光板９４ａ，９４ｂおよび９４ｃと、透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃと、射出側偏光板９６ａ，９６ｂおよび９６ｃと、クロスダイクロイックプリズム９８と、投写レンズ９９と、を備えている。
【０００３】
光源８１は、第１のレンズアレイ８２の入射面側に配置される。投写レンズ９９は、クロスダイクロイックプリズム９８の射出面側に配置される。レンズアレイ８２，８３および重畳レンズ８４は、３枚の透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃを均一に照らす均一照明光学系を構成する。
【０００４】
光源８１から射出された非偏光な光は、第１のレンズアレイ８２の複数の小レンズによって、複数の部分光束に分割されるとともに第２のレンズアレイ８３の複数の小レンズの近傍に集光される。第２のレンズアレイ８３から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ８４によって透過型液晶パネル９５（透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃ）上で重畳される。これにより、この均一照明光学系は、透過型液晶パネル９５を均一に照らすことができる。
【０００５】
反射ミラー８５は、重畳レンズ８４から射出された光束をダイクロイックミラー８６の方向に導く。ダイクロイックミラー８６は、重畳レンズから射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。ダイクロイックミラー８６を透過した赤色光は、反射ミラー９１ｂで反射され、入射側偏光板９４ｂを通って赤色光用の透過型液晶パネル９５ｂに達する。
【０００６】
また、ダイクロイックミラー８６で反射された青色光および緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー８７によって反射され、平行化レンズ９２ｃを通り、入射側偏光板９４ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル９５ｃに達する。一方、青色光は、ダイクロイックミラー８７を透過し、反射ミラー８９，９１ａを通り、入射側偏光板９４ａを通って青色光用の透過型液晶パネル９５ａに達する。
【０００７】
三つの透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調され、各色光の画像を形成する。透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂ，９５ｃからそれぞれ射出された変調光は、射出側偏光板９６ａ，９６ｂ，９６ｃをそれぞれ通ってクロスダイクロイックプリズム９８に入射する。
【０００８】
クロスダイクロイックプリズム９８は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有している。３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム９８によって合成され、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム９８で生成された合成光は、投写レンズ９９の方向に射出される。投写レンズ９９は、この合成光を図示しないスクリーンなどの投写面上に投写する機能を有し、図示しないスクリーンなどの投写面上にカラー画像を表示する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のプロジェクタの色分離光学系に用いられるダイクロイックミラー８６，８７は、主光軸に対して４５度に傾けて配置される。そのため、ダイクロイックミラー８６，８７は入射角が４５度の光に対して所望の色分離特性が得られるように設計されている。したがって、ダイクロイックミラー８６，８７に入射する光が全て４５度であれば、すなわち主光軸に対して全て平行な光がダイクロイックミラー８６，８７に入射すれば、所望の色分離を行うことができる。しかし、４５度以外の入射角の光が入射する場合、ダイクロイックミラー８６，８７の分光特性は入射角依存性を有するため、所望の色分離を行うことができない。
【００１０】
しかしながら、このプロジェクタでは、レンズアレイ８３の集光レンズに集光された各部分光束が発散しつつ、液晶パネル９５ａ，９５ｂ，９５ｃの方に導かれる。よって、図１９に示すように、ダイクロイックミラー８６，８７の色分離面に対し、４５度±αの範囲の入射角を有する発散光が入射することになる。図２０に示すように、４５度の入射角の光に対する分光特性、４５度＋αの入射角の光に対する分光特性、および４５度−αの入射角の光に対する分光特性では、反射波長域と透過波長域とを分ける分離境界波長（カットオフ波長）が異なる。
【００１１】
したがって、均一照明光学系による発散光が入射した場合、入射角度ごとによってカットオフ波長が異なるため、この発散光に対するダイクロイックミラー８６，８７の見かけ上の反射率および透過率の曲線はなだらかなものとなり、図２１に示すように、ダイクロイックミラー８６，８７で反射されるべき波長の光が透過され、透過されるべき波長の光が反射されて混色が発生する。たとえば、赤色光を透過し、シアン光を反射するダイクロイックミラー８６では、赤色光に対して短波長側の波長域の光が多く混色して黄色っぽい赤色光が透過され、シアン光に対して長波長側の波長域の光が多く混色して白色に近いシアン光が反射されてしまう。このような混色が発生すると、各分離光の色純度が低下し、投写画像の色再現性が低下するとともに色むらが発生する。
【００１２】
一方、この混色を低減し、各色光の色純度を高める他の従来のプロジェクタとして、色合成する直前にカラーフィルタを配置したプロジェクタが知られている。このプロジェクタでは、カラーフィルタによって余分な波長域の光をカットし、各色光の色純度を高めることが可能となる。しかしながら、余分な波長域の光をカットするため、カットした分の光エネルギーの損失が発生する。また、前述したようなダイクロイックミラーの分光特性の入射角依存性は、クロスダイクロイックプリズム９８においても問題となる。すなわち、クロスダイクロイックプリズム９８に入射した光が入射角依存性の影響を受けると、本来、投写レンズ９９側へ反射（または透過）されるべき光が反射（または透過）されなくなる可能性がある。このような現象が発生すると、光の利用効率が落ちてしまい、投写画像の明るさが低下してしまうこととなる。
【００１３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させること、また、これによって投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることを目的とする。また、本発明は、色合成における光の利用効率を向上させ、これによって投写画像の明るさの向上を図ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の色分離装置は、所定波長域の光を透過し、他の波長域の光を反射して、光を複数の波長域に分離する色分離手段と、前記所定波長域または前記他の波長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記所定波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記他の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、を具備するものである。
【００１５】
上記第１の色分離装置によれば、色分離手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を向上させることが可能となる。よって、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。
【００１６】
上記第１の色分離装置では、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００１８】
また、本発明の色合成装置は、第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を反射して、これらの光を合成する色合成手段と、前記色合成手段に入射する前記第１の波長域の光または前記第２の波長域の光のうち、前記色合成手段の色合成面に対するＳ偏光の光をＰ偏光の光に変換する色選択性偏光変換手段と、を具備するものである。
【００１９】
上記第１の色合成装置によれば、色合成手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となる。よって、色合成における光の利用効率を向上させることができる。
【００２０】
上記第１の色合成装置では、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色合成手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００２２】
また、本発明第１の色分離合成装置は、上記の色分離装置と、前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記色分離手段が分離した光を合成する色合成手段と、を具備するものである。
【００２３】
上記第１の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、上記第１の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００２４】
また、本発明第２の色分離合成装置は、上記の色分離装置と、色合成装置と、を具備し、前記色分離装置が分離した光を前記色合成手段が合成するものである。
【００２５】
上記第２の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能となる。
【００２６】
上記第２の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明第３の色分離合成装置は、上記第１の色分離装置が分離した光を前記色分離装置が具備する前記色分離手段で合成するものである。この第３の色分離合成装置にあっては、第１の色分離装置が光を複数の波長域に分離し、前記色分離装置が具備する色分離手段で光を合成する。上記第３の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、上記第３の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明第１のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記光源からの光を分離する上記の色分離装置と、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備するものである。
【００２９】
上記第１のプロジェクタによれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３０】
また、本発明第２のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記分離された光を変調する光変調手段と、前記光変調手段が変調した光を合成する上記の色合成装置と、を具備するものである。
【００３１】
上記第２のプロジェクタによれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることができるともに、光利用効率の向上により明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００３２】
また、本発明第３のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第１または第２の色分離合成装置と、前記色分離装置の後段、かつ前記色合成手段または前記色合成装置の前段に設けられ、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備するものである。
【００３３】
上記第３のプロジェクタによれば、上記第１または第２の色分離合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることができ、また、光利用効率の向上により明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本発明第４のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第３の色分離合成装置と、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備し、前記光変調手段が変調した光を前記色分離装置の具備する色分離手段によって合成するものである。上記第４のプロジェクタによれば、上記第３の色分離合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
また、本発明第５のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域に比して波長が短い第２の波長域および前記第１の波長域に比して波長が長い第３の波長域の光を反射して、光を三つの波長域に分離する色分離手段と、前記光源による光を直線偏光に変換する偏光変換手段と、前記偏光変換手段が変換した前記直線偏光のうち前記第１の波長域または前記第２の波長域および前記第３の波長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記第１の波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記第２の波長域および前記第３の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、前記色分離手段によって分離された光を変調する三つの変調手段と、を具備するものである。
【００３６】
上記第５のプロジェクタによれば、ほぼ連続する３つの波長域に光を分離する場合において、色分離手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を効率よく向上させることが可能となる。よって、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。その結果、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３７】
上記第５のプロジェクタでは、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００３８】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００３９】
前記色分離手段は、クロスダイクロイックプリズムまたはクロスダイクロイックミラーによって構成することが好ましい。
【００４０】
このように構成すれば、プロジェクタの小型化、ならびにその光学系の簡素化を計ることができる。
【００４１】
また、上記第５のプロジェクタは、さらに、前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記光変調手段が変調した光を合成する色合成手段を具備することが好ましい。
【００４２】
このような構成とすれば、色合成手段における入射角度依存性の影響をも低減することが可能となり、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となる。よって、色合成における光の利用効率を向上させることができ、明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、色選択性偏光変換器５と、色分離手段としてのクロスダイクロイックプリズム６と、リレー光学系を構成するレンズ７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂと、フィールドレンズ１１ｃと、反射ミラー８ａ，８ｂ，１０ａおよび１０ｂと、λ／２位相差板１２ａ，１２ｂおよび１６と、入射側偏光板１３ａ，１３ｂおよび１３ｃと、透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃと、射出側偏光板１５ａ，１５ｂおよび１５ｃと、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム１７と、投写レンズ１８と、を備えている。
【００４５】
図２は、図１に示した光源１および均一照明光学系１９の概略構成を示す平面図である。均一照明光学系１９は、第１のレンズアレイ２と、第２のレンズアレイ２１と、遮光板２２と、偏光変換素子アレイ２３と、重畳レンズ４と、を備える。
【００４６】
なお、図２は、説明を容易にするために、主要な構成要素のみを示している。光源１は、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂとを備える。光源ランプ１ａから射出された放射状の光線（放射光）は、凹面鏡１ｂによって反射されて略平行な光線束としてレンズアレイ２の方向に射出される。光源ランプ１ａとしては、たとえば、ハロゲンランプ，メタルハライドランプ，高圧水銀ランプ等を用いることができる。凹面鏡１ｂは、放物面鏡であるが、楕円鏡と平行化レンズとを組み合わせたものに置き換えてもよい。なお、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂは、ここに挙げたものに限らない。
【００４７】
光源１から射出された光は、レンズアレイ２の複数のレンズ２ａによって、複数の部分光束２０に分割される。  図３（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示したレンズアレイ２の概略構成を示す正面図および側面図である。レンズアレイ２は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ２ａが、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列されたものである。レンズ横方向中心からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列の小レンズ２ａの列が存在する。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。各小レンズ２ａを光の進行方向から見た外形形状は、透過型液晶パネル１４（透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃ）の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。たとえば、透過型液晶パネル１４の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ２ａのアスペクト比も４：３に設定される。
【００４８】
第１のレンズアレイ２によって分割された部分光束は、第２のレンズアレイ２１の複数のレンズ２１ａによって後述する偏光ビームスプリッタアレイ２４の偏光分離膜２７上に集光されるように導かれる。レンズアレイ２１は、レンズアレイ２と同様な構成を有する。なお、レンズアレイ２および２１のレンズの向きは、光の進行方向あるいはその逆の方向のどちらを向いていてもよい。また、図２に示すようにお互いに異なる方向を向いていてもよい。なお、レンズアレイ２１は、レンズアレイ２と必ずしも同様な構成とする必要はなく、また、光源１から射出される光が平行性に優れている場合には、省略することも可能である。
【００４９】
第２のレンズアレイ２１から射出された各部分光束２０は、偏光変換素子アレイ２３によって１種類の直線偏光に変換される。偏光変換素子アレイ２３では、図２に示すように二つの偏光変換素子アレイ２３ａおよび２３ｂが光軸ＬＡを挟んで対称な向きに配置されている。図４は、図２に示した偏光変換素子アレイ２３ａの概略構成を示す斜視図である。偏光変換素子アレイ２３ａは、偏光ビームスプリッタアレイ２４と、偏光ビームスプリッタアレイ２４の光射出面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板２５（図４中斜線で示す）と、を備えている。偏光ビームスプリッタアレイ２４は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材２６が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材２６の界面には、偏光分離膜２７と反射膜２８とが交互に形成されている。λ／２位相差板２５は、偏光分離膜２７による透過光あるいは反射膜２８による反射光の射出面に選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜２７による透過光の射出面にλ／２位相差板２５を貼り付けている。
【００５０】
図５は、実施の形態１にかかる偏光変換素子アレイ２３ａの偏光変換の原理を説明する説明図である。まず、偏光変換素子アレイ２３ａの入射面に、ランダムな偏光方向を持つ光が入射する。
【００５１】
この入射光は、偏光分離膜２７によってＳ偏光とＰ偏光とに分離される。Ｓ偏光は、偏光分離膜２７によってほぼ垂直に反射され、反射膜２８によってさらに反射されて射出される。一方、Ｐ偏光は、偏光分離膜２７をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したＰ偏光が射出される射出面には、λ／２位相差板２５が配置されており、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、λ／２位相差板２５によってＳ偏光に変換されて射出される。したがって、偏光変換素子アレイ２３ａを通過した光は、そのほとんどがＳ偏光となって射出される。また、偏光変換素子アレイ２３ａから射出される光をＰ偏光としたい場合は、λ／２位相差板２５を、反射膜２８によって反射されたＳ偏光が射出される射出面に配置すればよい。
【００５２】
偏光変換素子アレイ２３ｂは偏光変換素子アレイ２３ａと同様の構成および機能を有する。
【００５３】
図６は、図２に示した遮光板２２の概略構成を示す説明図である。遮光板２２は、二つの偏光変換素子アレイ２３ａおよび２３ｂの入射面のうち、偏光分離膜２７に対応する入射面にのみ、光が入射するように、略矩形状の板状体に開口部２２ａを設けた構成を有している。
【００５４】
偏光変換素子アレイ２３から射出された複数の部分光束２０は、重畳レンズ４によって透過型液晶パネル１４上で重畳される。均一照明光学系１９は、以上のような構成によって透過型液晶パネル１４を均一にかつ１種類の偏光で照らすことができる。なお、この例では、集光レンズ２１と重畳レンズ４とを別々の構成としているが、集光レンズ２１を構成する複数の小レンズ２１ａの一部または全部を偏心レンズとすることによって、集光レンズ２１に重畳レンズ４の機能を併せ持つようにしてもよい。この場合、集光レンズ２１を配置する位置は、図１における集光レンズ２１の位置、または重畳レンズ４の位置のいずれでもよい。
【００５５】
重畳レンズ４から射出された光は、色選択性偏光変換器５に入射する。色選択性偏光変換器５は、入射光の所定波長域の偏光面のみを９０度回転させる板状の光学要素である。この所定波長域は自由に設定することができる。ここでは、所定波長域として緑色波長域が設定されている。このような色選択性偏光変換器５としては、たとえば、位相差フィルムを積層したＣｏｌｏｒ  Ｓｗｉｔｃｈ（Ｃｏｌｏｒ  ｌｉｎｋ社の登録商標）が知られている。色選択性偏光変換器５は、入射角依存性が小さく、偏光面を回転させる偏光面回転波長域と偏光面を回転させない偏光面非回転波長域との間の変換特性の曲線の傾きが急峻である。さらに、この例では、色選択性偏光変換器５が入射光束の略中心軸である主光軸に対して垂直に配置されているので、色選択性偏光変換器５の入射角依存性はいっそう小さくなる。
【００５６】
ここで、偏光面回転波長域とは、変換率が５０％以上となる波長域、すなわち変換光の光量が非変換光の光量以上となる波長域である。また、偏光面非回転波長域とは、変換率が５０％未満となる波長域、すなわち変換光の光量が非変換光の光量未満となる波長域である。この場合、偏光面回転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長（カットオフ波長）は、変換率が５０％となる波長、すなわち変換光の光量と非変換光の光量とが等しくなる波長域となる。色選択性偏光変換器５の一方のカットオフ波長λ１は、青色波長域と緑色波長域との境界の波長に設定され、他方のカットオフ波長λ２は、緑色波長域と赤色波長域との境界の波長に設定される。
【００５７】
すなわち、色選択性偏光変換器５は、クロスダイクロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色波長域の緑色光がクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＰ偏光となり、青色波長域および赤色波長域の青色光および赤色光がクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＳ偏光となるように偏光を制御する。図７に示すように、重畳レンズ４からのＳ偏光の白色光が色選択性偏光変換器５に入射すると、緑色波長域の緑色光がＰ偏光に変換されて出力される。そして、クロスダイクロイックプリズム６には、色分離面に対するＳ偏光の青色光および赤色光と色分離面に対するＰ偏光の緑色光とが入射する。
【００５８】
なお、図７では、説明を簡単にするために、可視波長域で一定の光量となる矩形の波長特性を有する光が色選択性偏光変換器５に入射する場合を示している。クロスダイクロイックプリズム６は、色選択性偏光変換器５から射出される光を、赤，緑，青の３色の色光に分離する機能を有している。クロスダイクロイックプリズム６には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって、色選択性偏光変換器５から射出される光のうち緑色光成分が透過され、青色光成分と赤色光成分とがそれぞれ左右に反射される。
【００５９】
ここで、一般に、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等のダイクロイック光学要素は、入射光が色分離面に対してＰ偏光であるかＳ偏光であるかによって、異なる分光特性を有する。図８（Ａ），（Ｂ）および図９（Ａ），（Ｂ）は、一般的なダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。ダイクロイック光学要素の色分離面に対して同じ角度からＰ偏光およびＳ偏光が入射した場合、Ｐ偏光はＳ偏光に比して透過の特性が強くなるようにカットオフ周波数がシフトし、Ｓ偏光はＰ偏光に比して反射の特性が強くなるようにカットオフ波長がシフトする。
【００６０】
したがって、Ｐ偏光に対する透過波長域は、Ｓ偏光に対する透過波長域に比して広くなる。すなわち、長波長域の光を透過し、短波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過波長域がＳ偏光に対する透過波長域に比して短波長方向に広がる（図８（Ａ）参照）。また、短波長域の光を透過し、長波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過波長域がＳ偏光に対する透過波長域に比して長波長方向に広がる（図９（Ａ）参照）。また、ダイクロイック光学要素では、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して広くなる。
【００６１】
すなわち、長波長域の光を透過し、短波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して長波長方向に広がる（図８（Ｂ）参照）。また、短波長域の光を透過し、長波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して短波長方向に広がる（図９（Ｂ）参照）。なお、透過波長域とは、色分離面が光を透過する波長域であり、たとえば、透過率が５０％以上となる波長域、すなわち、透過光の光量が反射光の光量以上となる波長域である。一方、反射波長域とは、色分離面が光を反射する波長域であり、たとえば、反射率が５０％以上となる波長域、すなわち、反射光の光量が透過光の光量以上となる波長域である。なお、ここで述べた長波長域と短波長域は特定の波長域を示すものではなく、両者を比して示したものである。
【００６２】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズム６のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。なお、クロスダイクロイックプリズム６は色分離面を二つ有するが、ここでは、これらの二つの色分離面の分光特性を一つの分光特性として図示している。この分光特性では、色分離面に対するＰ偏光の透過波長域がＳ偏光の透過波長域に比して長波長および短波長方向に広がり（図１０（Ａ）参照）、Ｓ偏光の反射波長域がＰ偏光の透過波長域に比して長波長および短波長方向に広がる（図１０（Ｂ）参照）。また、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対する入射角によっても反射波長域および透過波長域が変化する。
【００６３】
すなわち、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対し、４５度±αの範囲の入射角を有する発散光が入射する場合、主光軸に対する設定角度（主光軸と色分離面の法線とのなす角度）である４５度の入射角の光に対する分光特性、４５度＋αの入射角の光に対する分光特性、および４５度−αの入射角の光に対する分光特性では、反射波長域と透過波長域とを分ける分離境界波長（カットオフ波長）が異なるものとなる。
【００６４】
クロスダイクロイックプリズム６の特性は、たとえば、４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長λ３ＰとＳ偏光に対するカットオフ波長λ３Ｓとの間の波長域λ３に色選択性偏光変換器５のカットオフ波長λ１が含まれるように、また、４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長λ４ＰとＳ偏光に対するカットオフ波長λ４Ｓとの間の波長域λ４に色選択性偏光変換器５のカットオフ波長λ２が含まれるように設定される。好ましくは、波長域λ３の略中央の波長が波長λ１となり、波長域λ４の略中央の波長が波長λ２となるように設定される。これにより、図１１に示すように、カットオフ波長λ１とカットオフ波長λ２との間のＰ偏光の緑色光がクロスダイクロイックプリズム６の透過波長域内で効率よく透過される。また、図１２に示すように、カットオフ波長λ１に比して短い波長のＳ偏光の青色光およびカットオフ波長λ２に比して長い波長のＳ偏光の赤色光がクロスダイクロイックプリズム６の反射波長域内で効率よく反射される。
【００６５】
このように色選択性偏光変換器５およびクロスダイクロイックプリズム６の特性を設定することによって、クロスダイクロイックプリズム６の入射角依存性の影響を低減し、反射すべき波長域の光の反射率を高め、透過すべき波長域の光の透過率を高めることができ、分離光の混色を低減することができる。なお、色選択性偏光変換器５は、クロスダイクロイックプリズム６と偏光変換素子アレイ２３との間であれば、どこに配置してもよく、たとえば、重畳レンズ４の前段に配置してもよい。また、クロスダイクロイックプリズム６に入射する緑色光がＰ偏光となり、赤色光および青色光がＳ偏光となるならば、赤色域および青色域の偏光面を回転させてもよい。この場合は、偏光変換素子アレイ２３から射出される光がＰ偏光となるように、λ／２位相差板２５の配置を変えればよい。
【００６６】
クロスダイクロイックプリズム６の色分離面で反射された赤色光は、レンズ７ｂを通り、反射ミラー８ｂで反射され、レンズ９ｂを通り、反射ミラー１０ｂで反射され、レンズ１１ｂを通り、λ／２位相差板１２ｂによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル１４ｂの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板１３ｂを通って赤色光用の透過型液晶パネル１４ｂに達する。レンズ７ｂ，９ｂ，１１ｂは、リレー光学系を構成するレンズである。また、レンズ１１ｂは、重畳レンズ４から射出された各部分光束２０をその中心軸に対して平行な光束に変換する機能も有している。
【００６７】
一方、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面で反射された青色光は、レンズ７ａを通り、反射ミラー８ａで反射され、レンズ９ａを通り、反射ミラー１０ａで反射され、レンズ１１ａを通り、λ／２位相差板１２ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル１４ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板１３ａを通って青色光用の透過型液晶パネル１４ａに達する。また、クロスダイクロイックプリズム６を透過した緑色光は、レンズ１１ｃを通り、入射側偏光板１３ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル１４ｃに達する。レンズ７ａ，９ａ，１１ａは、レンズ７ｂ，９ｂ，１１ｂと同様、リレー光学系を構成するレンズである。また、レンズ１１ａと１１ｃは、レンズ１１ｂと同様の機能を有している。
【００６８】
なお、青色光および赤色光の光路に、リレー光学系が用いられているのは、青色光および赤色光の光路の長さが緑色光の光路の長さに比して長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、レンズ７ａおよび７ｂに入射した部分光束２０をそのままレンズ１１ａおよび１１ｂに伝えるためである。三つの透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つの透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。
【００６９】
透過型液晶パネル１４ａおよび１４ｂからそれぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光は、射出側偏光板１５ａおよび１５ｂをそれぞれ通ってクロスダイクロイックプリズム１７に入射する。また、透過型液晶パネル１４ｃから射出された緑色の変調光は、射出側偏光板１５ｃを通り、λ／２位相差板１６によって偏光面が９０度回転し、クロスダイクロイックプリズム１７に入射する。ここで、投写画像の形成に関係のない光はＰ偏光となって射出側偏光板１５ａ，１５ｂおよび１５ｃに吸収される。
【００７０】
クロスダイクロイックプリズム１７は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１７には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１７で生成された合成光は、投写レンズ１８の方向に射出される。投写レンズ１８は、この合成光を図示しないスクリーンなどの投写面上に投写する機能を有する。
【００７１】
本実施の形態では、クロスダイクロイックプリズム１７による合成の効率を上昇させるために、クロスダイクロイックプリズム１７によって透過される緑色光は、クロスダイクロイックプリズム１７の色合成面に対するＰ偏光とされ、クロスダイクロイックプリズム１７によって反射される青色光および赤色光は、クロスダイクロイックプリズム１７の色合成面に対するＳ偏光とされている。ここで、クロスダイクロイックプリズム１７の分光特性とクロスダイクロイックプリズム６の分光特性とは、必ずしも一致させる必要はない。しかし、これらの分光特性を略一致させることによって、クロスダイクロイックプリズム６において角度依存性の影響を低減させた効果と同じように、クロスダイクロイックプリズム１７の入射角依存性の影響を低減し、光利用効率の向上を図ることができる。
【００７２】
前述した例では、クロスダイクロイックプリズム６によって光を分離していたが、クロスダイクロイックプリズム６に代えて他のダイクロイック光学要素を用いて光を分離してもよい。たとえば、図１３に示すように、二つのダイクロイックミラーを交差させたクロスダイクロイックミラー３１を用いてもよいし、図１４に示すように、二つのダイクロイックミラー３２および３３を用いてもよい。これらのダイクロイック光学要素を用いる場合も、クロスダイクロイックプリズム１７の分光特性とこれらのダイクロイック光学要素の分光特性とが略一致するように設定することによって、クロスダイクロイックプリズム１７の入射角依存性の影響を低減し、光利用効率の向上を図ることができる。
【００７３】
また、前述した例では、クロスダイクロイックプリズム１７によって光を合成していたが、図１５に示すように、プロジェクタを三投式の構成にし、図示しないスクリーンなどの投写面上で三つの色光を合成するようにしてもよい。すなわち、クロスダイクロイックプリズム１７および投写レンズ１８に代えて三つの投写レンズ１８ａ，１８ｂおよび１８ｃを用いてもよい。
【００７４】
前述したように実施の形態１によれば、クロスダイクロイックプリズム６の前段に設けられた色選択性偏光変換器５が、直線偏光を入力し、クロスダイクロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色光をクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＰ偏光とし、赤色光および青色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力した直線偏光の緑色波長域を９０度回転させる。これにより、緑色光がクロスダイクロイックプリズム６でより確実に透過されやすくなり、赤色光および青色光がクロスダイクロイックプリズム６でより確実に反射されやすくなるため、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
この発明の実施の形態２は、色分離手段として複数のダイクロイックミラーを用いて複数段階で光の分離を行い、複数の合成用のダイクロイック光学要素を用いて複数段階で光の合成を行うものである。図１６は、この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と同一構成の部分については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７６】
このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、色選択性偏光変換器５ａ，５ｂ，４９ａおよび４９ｂと、色分離手段としてもダイクロイックミラー４１ａおよび４１ｂと、反射ミラー４２ａおよび４２ｂと、λ／２位相差板４３ａおよび４３ｃと、入射側偏光板４４ａ，４４ｂおよび４４ｃと、透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃと、射出側偏光板４６ａ，４６ｂおよび４６ｃと、色合成手段としてのダイクロイックミラー４８ａおよび４８ｂと、投写レンズ１８と、を備えている。
【００７７】
前述した実施の形態１と同様にして重畳レンズ４から射出された光は、色選択性偏光変換器５ａに入射する。色選択性偏光変換器５ａは、赤色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器５ａは、ダイクロイックミラー４１ａに入射する光のうち、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＳ偏光となり、緑色光および青色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光となるように偏光を制御する。
【００７８】
ダイクロイックミラー４１ａは、色選択性偏光変換器５ａから射出される光を、赤色光とシアン光（青色光および緑色光）とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー４１ａに入射した赤色光成分は反射され、緑色光成分および青色成分は透過される。ダイクロイックミラー４１ａの特性は、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５ａのカットオフ波長が含まれるように設定される。好ましくは、その波長域の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ａのカットオフ波長となるように設定される。これにより、ダイクロイックミラー４１ａの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００７９】
ダイクロイックミラー４１ａを透過したシアン光は、色選択性偏光変換器５ｂに入射する。色選択性偏光変換器５ｂは、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器５ｂは、ダイクロイックミラー４１ｂに入射する光のうち、緑色光がダイクロイックミラー４１ｂの色分離面に対するＳ偏光となり、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光となるように偏光を制御する。
【００８０】
ダイクロイックミラー４１ｂは、色選択性偏光変換器５ｂから射出される光を、緑色光と青色光とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー４１ｂに入射した緑色光成分は反射され、青色成分は透過される。ダイクロイックミラー４１ｂは、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５ｂのカットオフ波長が含まれるように設定される。好ましくは、その波長域の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ｂのカットオフ波長となるように設定する。これにより、ダイクロイックミラー４１ｂの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００８１】
ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光は、反射ミラー４２ａで反射され、λ／２位相差板４３ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル４５ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板４４ａを通って赤色光用の透過型液晶パネル４５ａに達する。また、ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光は、λ／２位相差板４３ｃによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル４５ｃの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板４４ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル４５ｃに達する。また、ダイクロイックミラー４１ｂで透過された青色光は、入射側偏光板４４ｂを通って青色光用の透過型液晶パネル４５ｂに達する。
【００８２】
三つの透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つの透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。透過型液晶パネル４５ａから射出された赤色光は、射出側偏光板４６ａを通り、λ／２位相差板４７ａによって偏光面が９０度回転して色合成手段としてもダイクロイックミラー４８ａの色合成面に対するＰ偏光となり、ダイクロイックミラー４８ａに入射する。
【００８３】
また、透過型液晶パネル４５ｃから射出された緑色光は、射出側偏光板４６ｃを通り、ダイクロイックミラー４８ａの色合成面に対するＳ偏光としてダイクロイックミラー４８ａに入射する。また、透過型液晶パネル４５ｂから射出された青色光は、射出側偏光板４６ｂを通り、反射ミラー４２ｂで反射され、色合成手段としてのダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＳ偏光としてダイクロイックミラー４８ｂに入射する。
【００８４】
ダイクロイックミラー４８ａは、入射した赤色光を透過し、入射した緑色光を反射して、これらの光を合成する機能を有している。ダイクロイックミラー４８ａは、ダイクロイックミラー４１ａとほぼ逆の分光特性を有する。すなわち、ダイクロイックミラー４１ａの反射曲線と透過曲線とを入れ替えた分光特性を有する。これにより、ダイクロイックミラー４８ａの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００８５】
ダイクロイックミラー４８ａで合成された赤色光および緑色光の合成光は、色選択性偏光変換器４９ａに入射する。ここで、色選択性偏光変換器４９ａに入射する光は、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対して、赤色波長域がＰ偏光となり、緑色波長域がＳ偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ａは、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器４９ａは、ダイクロイックミラー４８ｂに入射する合成光をＰ偏光に揃えている。
【００８６】
また、色選択性偏光変換器４９ａによる赤色波長域と緑色波長域との間のカットオフ波長および緑色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長は、色選択性偏光変換器５ａによる赤色波長域と緑色波長域との間のカットオフ波長、および色選択性偏光変換器５ｂによる緑色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長に略一致する。ダイクロイックミラー４８ｂは、入射した赤色光および緑色光の合成光を透過し、入射した青色光を反射して、これらの光を合成する機能を有している。ダイクロイックミラー４８ｂは、ダイクロイックミラー４１ｂとほぼ逆の分光特性を有する。
【００８７】
すなわち、ダイクロイックミラー４８ｂは、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器４９ａのカットオフ波長が含まれるように設定される。これにより、ダイクロイックミラー４８ｂの入射角依存性の影響を抑えつつ光の合成を行うことができる。このように、ダイクロイックミラー４８ａおよび４８ｂからなる色合成側のダイクロイック光学要素の分光特性は、ダイクロイックミラー４１ａおよび４１ｂからなる色分離側のダイクロイック光学要素の分光特性とほぼ逆となっている。
【００８８】
ダイクロイックミラー４８ｂで合成された光は、色選択性偏光変換器４９ｂに入射する。ここで、色選択性偏光変換器４９ｂに入射する光は、色選択性偏光変換器４９ｂの入射面に対して、イエロー波長域（赤色波長域および緑色波長域）がＰ偏光となり、青色波長域がＳ偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ｂは、青色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、投写する光の偏光方向が揃えられる。このように、色合成側の色選択性偏光変換器４９ａおよび４９ｂの変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器５ａおよび５ｂの変換特性に一致または対応する。色選択性偏光変換器４９ｂによって射出された光は、投写レンズ１８によって図示しないスクリーンなどの投写面上に投写される。
【００８９】
前述したように実施の形態２によれば、ダイクロイックミラー４１ａの前段に設けられた色選択性偏光変換器５ａが、直線偏光を入力し、ダイクロイックミラー４１ａに入射する光のうち、緑色光および青色光をダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光とし、赤色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力した直線偏光の緑色および青色波長域を９０度回転させる。また、ダイクロイックミラー４１ｂの前段に設けられた色選択性偏光変換器５ｂが、ダイクロイックミラー４１ｂに入射する光のうち、青色光をダイクロイックミラー４１ｂの色分離面に対するＰ偏光とし、緑色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力光の緑色波長域を９０度回転させる。これにより、緑色光および青色光がダイクロイックミラー４１ａでより確実に透過されやすくなり、赤色光がダイクロイックミラー４１ａでより確実に反射されやすくなる。また、青色光がダイクロイックミラー４１ｂでより確実に透過されやすくなり、緑色光がダイクロイックミラー４１ｂでより確実に反射されやすくなる。このため、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。また、色選択性偏光変換器４９ａが、複数の波長域の偏光を合成した合成光を入力し、射出光がダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＰ偏光となるように緑色波長域の偏光面を回転させて射出するようにしている。これにより、ダイクロイックミラー４８ｂの入射角依存性の影響を低減することができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００９０】
なお、色選択性偏光変換器４９ａに入射する光が、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＳ偏光の赤色光とＰ偏光の緑色光との合成光であり、色選択性偏光変換器４９ａが緑色光をＳ偏光に変換して合成光をＳ偏光に揃え、ダイクロイックミラー４８ｂが、色選択性偏光変換器４９ａからの光を反射し、青色光を透過して、これらの光を合成するように構成することもでき、この場合も上述した効果と同様の効果をえることができることはいうまでもない。
【００９１】
（実施の形態３）
この発明の実施の形態３は、色変調装置として、反射型パネルを用いたものである。図１７は、この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と同一構成の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、反射ミラー５１ａおよび５１ｂと、入射側偏光板５２と、色選択性偏光変換器５および５７と、色分離手段および色合成手段としての色分離合成プリズム５３ａ，５３ｂおよび５３ｄと、λ／２位相差板５５と、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃと、射出側偏光板５８と、投写レンズ１８と、を備えている。
【００９２】
前述した実施の形態１と同様にして重畳レンズ４から射出された光は、反射ミラー５１ａおよび５１ｂで反射され、入射側偏光板５２によって偏光度を高められたあと、色選択性偏光変換器５に入射する。色選択性偏光変換器５は、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、色選択性偏光変換器５は、色分離合成プリズム５３に入射する光のうち、緑色光が色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光となり、赤色光および青色光が色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＳ偏光となるように偏光を制御する。なお、均一照明光学系１９から射出される光の偏光度が充分高い場合には、偏光板５２を省略することが可能である。
【００９３】
色分離合成プリズム５３は、三角柱状のプリズム５３ａ，５３ｂと四角柱状のプリズム５３ｃとを組み合わせたものであって、色選択性偏光変換器５から射出される光を青，緑および赤の三つの色光に分離する機能、および反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって変調されて射出される各色光を合成する機能を有している。色分離合成プリズム５３に入射した緑色光成分は透過され、赤緑色光成分および青色成分は反射される。ダイクロイック光学膜５４ａおよび５４ｂの特性は、主光軸に対する設定角度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５のカットオフ波長が含まれるように設定される。これにより、色分離合成プリズム５３の入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離および合成を行うことができる。
【００９４】
なお、青色光反射用のダイクロイック光学膜５４ａで赤色光が反射する。これは、赤色光の入射角が大きくなるように構成されており、この入射角が、ダイクロイック光学膜５４ａの全反射条件を満足するからである。色分離合成プリズム５３で透過された緑色光は、λ／２位相差板５５によって偏光面が９０度回転してＳ偏光となり、緑色光用の反射型パネル５６ｃに達する。一方、色分離合成プリズム５３で反射された青色光および赤色光は、青色光用の反射型パネル５６ａおよび赤色光用の反射型パネル５６ｂにそれぞれ達する。三つの反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。本実施の形態では、反射型パネルとして、微小ミラーを画素とし、そのミラーの角度を変えることによって出射光の角度を変調するマイクロミラー型変調装置を用いている。なお、このような変調装置としては、ＤＭＤ（米テキサスインスツルメント社の登録商標）が知られている。
【００９５】
三つの反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。反射型パネル５６ａおよび５６ｂからそれぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光は、色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＳ偏光として色分離合成プリズム５３に入射する。また、反射型パネル５６ｃから射出された緑色の変調光は、λ／２位相差板５５によって偏光面が９０度回転し、色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光として色分離合成プリズム５３に入射する。
【００９６】
色分離合成プリズム５３に入射した各色光のうち、変調を受けた光、すなわち投写画像に関係する光は合成され、カラー画像を投写するための合成光が形成される。色分離合成プリズム５３で生成された合成光は、投写レンズ１８の方向に射出される。一方、変調を受けていない光、すなわち投写画像に関係のない光は、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって反射されたあと、入射方向に戻っていくので、投写レンズ１８の方向には射出されない。色分離合成プリズム５３で合成された光は、色選択性偏光変換器５７に入射する。ここで、色選択性偏光変換器５７に入射する光は、色選択性偏光変換器５７の入射面に対して、青色波長域および赤色波長域がＳ偏光となり、緑色波長域がＰ偏光となっている。
【００９７】
色選択性偏光変換器５７は、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、投写する光の偏光方向が揃えられる。色合成側の色選択性偏光変換器５７の変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器５の変換特性に略一致する。色選択性偏光変換器５７から射出された光は、射出側偏光板５８を通り、投写レンズ１８に達する。投写レンズ１８は、図示しないスクリーンなどの投写面上にカラー画像を表示する。前述したように実施の形態３によれば、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃを用いた場合も、色分離合成光学系の入射角依存性の影響を低減し、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。なお、本例では、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃがＤＭＤの場合について述べたが、これらが反射型の液晶パネルであってもよい。この場合、反射型パネルで反射された投写画像に関係のない光は射出側偏光板５８によって吸収される。
【００９８】
前述した実施の形態１〜実施の形態３では、プロジェクタを例に挙げて説明したが、前述した構成は、たとえば、３ＣＣＤによるデジタルカメラ，ビデオカメラおよびＴＶカメラ等の他の装置に応用することができ、同様の効果を得ることができる。また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタ、および投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタがあるが、実施の形態１〜実施の形態３の構成は、いずれのプロジェクタにも適用可能である。
【００９９】
また、前述した青色波長域，緑色波長域および赤色波長域の範囲は特に限定されず、たとえば、４００ｎｍ〜５００ｎｍを青色波長域とし、５００ｎｍ〜６００ｎｍを緑色波長域とし、６００ｎｍ〜７００ｎｍを赤色波長域としてもよい。また、赤，オレンジおよびシアンの３色の波長域に分離してもよい。さらに、赤，オレンジ，緑および青の４色や、それ以上の多数色の波長域に分離してもよい。このように多数色の波長域に分離する場合は、多数色分の透過型液晶パネルまたは反射型パネルを設け、また、色選択性偏光変換器、光を分離するダイクロイック光学要素、および光を合成するダイクロイック光学要素をそれぞれ複数設け、偏光面の回転変換、光の分離および光の合成をそれぞれ複数段階で行う。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、色分離手段や色合成手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となる。よって色分離手段においては、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を向上させることが可能となるため、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。また、色合成手段においては、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となり、色合成における光の利用効率を向上させることができる。したがって、このような色分離手段や色合成手段をプロジェクタなどの光学機器に用いれば、画像の色再現性の向上や、色むらの低減、明るさの向上などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示した光源および均一照明光学系の概略構成を示す平面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したレンズアレイの概略構成を示す正面図および側面図である。
【図４】図２に示した偏光変換素子アレイの概略構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかる偏光変換素子アレイの偏光変換の原理を説明する説明図である。
【図６】図２に示した遮光板の概略構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態１にかかる色選択性偏光変換器による変換を説明する説明図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、一般的なダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、一般的な他のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図１１】実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムによる緑色光の透過を説明する説明図である。
【図１２】実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムによる青色光および赤色光の反射を説明する説明図である。
【図１３】実施の形態１にかかる他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１４】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１５】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１８】従来のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１９】図１８に示したダイクロイックミラーに対する光の入射を説明する説明図である。
【図２０】従来のダイクロイックミラーの分光特性の入射角依存性を示す図である。
【図２１】従来のダイクロイックミラーによる色分離を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  光源
１ａ  光源ランプ
１ｂ  凹面鏡
２，２１  レンズアレイ
２ａ，２１ａ  小レンズ
４  重畳レンズ
５，５ａ，５ｂ，４９ａ，４９ｂ，５７  色選択性偏光変換器
６，１７  クロスダイクロイックプリズム
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  レンズ
８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ，４２ａ，４２ｂ，５１ａ，５１ｂ  反射ミラー
１２ａ，１２ｂ，１６，２５，４３ａ，４３ｃ，４７ａ，５５  λ／２位相差板
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５２  入射側偏光板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ  透過型液晶パネル
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５８  射出側偏光板
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  投写レンズ
１９  均一照明光学系
２０  部分光束
２２  遮光板
２２ａ  開口部
２３，２３ａ，２３ｂ  偏光変換素子アレイ
２４  偏光ビームスプリッタアレイ
２６  透光性部材
２７  偏光分離膜
２８  反射膜
２９  偏光変換素子
３１  クロスダイクロイックミラー
３２，３３，４１ａ，４１ｂ，４８ａ，４８ｂ  ダイクロイックミラー
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ  色分離合成プリズム
５４ａ，５４ｂ  ダイクロイック光学膜
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ  反射型パネル
【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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