(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発する光源と、Ｐ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光ビームスプリッタ膜を備える一対の偏光ビームスプリッタプリズムと、該偏光ビームスプリッタプリズムの反射光出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＳ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの何れか１帯域分をＰ偏光成分光に変換する特性を有する第一の偏光特性フィルタと、該第一の偏光特性フィルタ出射側に設けられて、全反射面を有するプリズムと、該全反射面で全反射された光が出射するプリズムの出射面に設けられ、前記第一の偏光特性フィルタを通過する３帯域分の光の偏光方向を変換する半波長板と、前記偏光ビームスプリッタプリズムの透過光が出射する出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＰ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの前記１帯域分をＳ偏光成分光に変換する特性を有する第二の偏光特性フィルタ（以下、第一および第二の偏光特性フィルタを総称して単に偏光特性フィルタと呼ぶ）とを備えた偏光変換器と、
を有する照明光学系と、
前記偏光変換器を通過したＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光分離素子と、
この偏光分離素子により分離された偏光成分光のうちで２帯域分を含む偏光成分光について各々の帯域成分光に分離するダイクロイック膜を有するダイクロイック素子と、
これらの偏光分離素子とダイクロイック膜とにより３帯域分に分離された赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光毎に偏光状態を変調させることにより投射すべき映像を形成する３枚の反射型の画像形成部材と、
これらの画像形成部材により形成された映像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、
を備えるプロジェクタ。
【請求項２】
照明光を発する光源と、Ｐ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光ビームスプリッタ膜を備える一対の偏光ビームスプリッタプリズムと、該偏光ビームスプリッタプリズムの反射光出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＳ偏光成分光をＰ偏光成分光に変換する半波長板と、該半波長板の透過側に設けられて、全反射面を有するプリズムと、該全反射面で全反射された光が出射するプリズムの出射面と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過したＰ偏光成分光が出射する出射面とに共通に設けられ、前記それぞれの出射面から出射するＰ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの何れか１帯域分をＳ偏光成分光に変換する特性を有する偏光特性フィルタを備えた偏光変換器と、を有する照明光学系と
前記偏光変換器を通過したＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光分離素子と、
この偏光分離素子により分離された偏光成分光のうちで２帯域分を含む偏光成分光について各々の帯域成分光に分離するダイクロイック膜を有するダイクロイック素子と、
これらの偏光分離素子とダイクロイック膜とにより３帯域分に分離された赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光毎に偏光状態を変調させることにより投射すべき映像を形成する３枚の反射型の画像形成部材と、
これらの画像形成部材により形成された映像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、
を備えるプロジェクタ。
【請求項３】
前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子とが一体に設けられている請求項１又は２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、緑色帯域分とし、前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の青色帯域分と赤色帯域分とを帯域分離する特性を有する請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、赤色帯域分とし、前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の青色帯域分と緑色帯域分とを帯域分離する特性を有する請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、青色帯域分とし、前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の緑色帯域分と赤色帯域分とを帯域分離する特性を有する請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記光源がキセノンランプである請求項４記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記光源が高圧水銀ランプである請求項５記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記光源がＬＥＤ又はハロゲンランプである請求項６記載のプロジェクタ。
【請求項１０】
前記光源がメタルハライドランプである請求項４，５，又は６記載のプロジェクタ。
【請求項１１】
前記ダイクロイック膜が、前記照明光の主光軸の直交面に対して４５°以下に形成されている請求項１ないし１０の何れか一記載のプロジェクタ。
【請求項１２】
前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子との間に前記ダイクロイック膜で反射された光成分を全反射させるエアギャップが設けられている請求項１１記載のプロジェクタ。
【請求項１３】
前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子との間が前記偏光分離素子の材料とほぼ同等の光学的密度を有する接着剤により接着されている請求項１１記載のプロジェクタ。
【請求項１４】
投射レンズ系に対する出射光路上に、前記偏光特性フィルタと同一特性を有する出射側偏光特性フィルタを備える請求項１ないし１３の何れか一に記載のプロジェクタ。
【請求項１５】
前記出射側偏光特性フィルタの出力側に偏光板を備える請求項１４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】
本発明は、反射型液晶パネルのような画像形成部材を用いた液晶プロジェクタ等のプロジェクタ及びこのプロジェクタ等への適用に適した偏光変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プロジェクタとしては各種方式のものがあるが、例えば、透過型液晶パネルを用いる方式よりも反射型液晶パネルを用いる方が、高解像度化、高輝度化を図りやすい上に、色分離素子と色合成素子とを１つの光学素子で兼用させ得ることから、小型化を図る上でも有利とされており、注目されている。
【０００３】
このような反射型液晶パネルを用いたプロジェクタの基本的な考えとしては、例えば、特開平３−２４９６３９号公報や特開２０００−１３１６６４号公報に示されており、入出射光路上に配設させた偏光ビームスプリッタと色分離・色合成素子としてのダイクロイックミラーとを用いて、光源からの光の色分離と各色用の反射型液晶パネルで反射された変調光の色合成とを行い、投射レンズ系に入射させることにより投射カラー映像を得るようにしている。
【０００４】
ここに、このような反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタの偏光分離、ＲＧＢ分離・合成に関する光学素子の基本的な考えの提案例を図２１に示す。この光学素子は、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１００及び色分離・色合成素子としてのダイクロイックプリズム１０１により構成され、３枚の反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂと組合せられている。
【０００５】
ＰＢＳ１００は、重複する入出射光路上に配設されて、照明光学系から照明光として照射されるＳ偏光成分光を色分離・色合成素子１０２側に向けて９０°反射させる偏光ビームスプリッタ膜１００ａを有するものである。ダイクロイックプリズム１０１は、赤色Ｒ帯域分の長波長帯域と緑色Ｇ帯域分よりも短波長域とを分離するよう赤色光Ｒの長波長域を反射させるＲ反射ハイパスフィルタ特性を持たせた赤用ダイクロイック膜１０１ｒと、青色光Ｂの短波長帯域と緑色光Ｇよりも長波長帯域とを分離するよう青色光Ｂの短波長帯域を反射させるＢ反射ローパスフィルタ特性を持たせた青用ダイクロイック膜１０１ｂとを直交配置させてなる立方体状ないしは直方体状の光学素子として構成されている。従って、ダイクロイックプリズム１０１には、ＰＢＳ１００のＰＢＳ膜１００ａと平行な赤用ダイクロイック膜１０１ｒとこの赤用ダイクロイック膜１０１ｒに直交する青用ダイクロイック膜１０１ｂとが形成されている。これらのダイクロイック膜１０１ｒ，１０１ｂは誘電体の多層膜として形成されている。
【０００６】
３枚の反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは、ダイクロイックプリズム１０１の赤用ダイクロイック膜１０１ｒ及び青用ダイクロイック膜１０１ｂに対応させて配置されている。即ち、赤用ダイクロイック膜１０１ｒで反射される赤色光Ｒ以上の長波長の反射方向には反射型ＬＣＤ１０２Ｒが配置され、青用ダイクロイック膜１０１ｂで反射される青色光Ｂ以下の短波長の反射方向には反射型ＬＣＤ１０２Ｂが配置され、赤用ダイクロイック膜１０１ｒ及び青用ダイクロイック膜１０１ｂの透過方向には反射型ＬＣＤ１０２Ｇが配置されている。これらの反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは特に図示しないが情報表示システムにより投射すべき各色毎の画像が各液晶素子のオン・オフ制御により形成されるものである。
【０００７】
さらに、ＰＢＳ１００とスクリーン（図示せず）との間の映像変調光の出射光路上には投射レンズを備えた投射レンズ系（図示せず）が設けられている。
【０００８】
このような構成において、照明系からのＳ偏光成分のみに揃えられた照明光は、ＰＢＳ１００で反射されてダイクロイックプリズム１０１に入射する。ここで、その波長に応じて赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに分光されて、各々対応する反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂに入射する。ここで、各反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂは情報表示システムにより液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じてオン・オフし、オフ時にはＳ偏光成分をＳ偏光成分のまま反射し、オン時にはＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換（変調）して反射する。そして、これらのＳ偏光成分又はＰ偏光成分からなる各反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂからの反射光は、ダイクロイックプリズム１０１において各々集合合成されてＰＢＳ１００に再帰する。この際、各反射型ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂにおいてオンしている液晶素子対応部分から反射されたＰ偏光成分のみがＰＢＳ１００を透過するため、この透過光が映像変調光として投射レンズ系によりスクリーン上に拡大投影される。これにより、液晶プロジェクタに入力された画像信号に応じた画像がスクリーンにカラー画像として映し出される。
【０００９】
このように色分離と色合成とを１つのダイクロイックプリズム１０１に兼用させることにより、全体の構成を小型化し得る。
【００１０】
また、３板式ＬＣＯＳプロジェクタ向けの光学技術(ｂ)カラーシャッター方式：「液晶リア・プロジェクション・テレビを安く作る」日経マイクロデバイス2000年8月号pp184によれば、カラーシャッタとＰＢＳとを組合せた小型の液晶プロジェクタが提供されている。ここに、“カラーシャッタ”はＣolorＬink社の商品名“カラーセレクト”なる色偏光フィルタ素子を意味しており、その技術内容は次の技術論文
SID99.pdf - Publication date: 04/1999 Retarder Stack Technology for Color Manipulation A technology for manipulating color is presented which utilizes polarization, rather than thin-film interference or absorption effects. Retarder stack technology produces high performance filtering, color separation/combining, and chromatic polarization control operations. These structures are light efficient and provide saturated colors when used in sequential and subtractive (stacked-panel) display modes. （和訳）「カラー操作のための遅延膜積層技術」
このカラー操作技術は薄いフィルムの干渉或いは吸収効果の利用というよりはむしろ偏光を利用した技術である。遅延膜積層技術は高効率フィルタリング、色分離と合成、色偏光制御操作をもたらす。このようなの構成はシーケンシャルで減衰する（積層パネル）表示モードで使う場合に、光の効果を
引き出し、色に溢れた状態を提供するものである。
として報告されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来技術による場合、照明光にＳ偏光を用いたとしても偏光純度が１００％でなかったり、ダイクロイックプリズム１０１を通過するときに偏光解消が起きたりして、ＰＢＳ膜１００ａに到達する光は純粋の偏光ではないのが実態である。一方、ＰＢＳ１００のＰ偏光とＳ偏光のスプリット能力が１００％でないために単一の偏光だけがダイクロイックプリズム１０１へ入射されるわけではない。
【００１２】
また、ダイクロイックプリズム１０１は前述のように青色光Ｂの帯域を反射させ、それ未満の帯域（緑色光Ｇと赤色光Ｒの帯域）を透過するダイクロイック膜１０１ｂと赤色光Ｒの帯域を反射させ、それを超える帯域（緑色光Ｇと青色光Ｂの帯域）を透過させるダイクロイック膜１０１ｒの２つの特性の異なるダイクロイック膜をクロスしたプリズム構成になっている。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の信号により制御されているＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂ各々の帯域の光を照射している。しかしながら、各ダイクロイック膜１０１ｂ，１０１ｒも完全に狙った帯域の光に分離することは不可能で、例えばダイクロイック膜１０１ｂでは透過するべき赤色光Ｒをもわずかではあるが反射してしまう。同様に、ダイクロイック膜１０１ｒでも透過するべき青色光Ｂをもわずかではあるが反射してしまう。
【００１３】
このようなことから、図２１中の光線Ｌ１はＰＢＳ１００で反射したＳ偏光に混じったＰ偏光を表現している。その光線Ｌ１がダイクロイック膜１０１ｂに到達したとき、青色光Ｂの帯域未満はほとんど全部が透過してしまうが、わずかの赤色光Ｒの帯域分の光が反射されてダイクロイック膜１０１ｒに到達し、その赤色光Ｒの帯域分の光はそこでほとんど全部が反射されてＰＢＳ膜１００ａの方向に進む。この光はＰ偏光なのでＰＢＳ膜１００ａをほとんど全部透過して投射レンズを介してスクリーンまで到達してしまう。この現象は光線Ｌ２の場合も同様である。これらの光は本来のＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂで変調された光と混じってしまっているが、ＬＣＤ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０２Ｂで変調されてはおらず、照明光のある一定の光量を持っているため、完全にフレア光となり、スクリーン上の画像のコントラストを低下させてしまうことになる。
【００１４】
また、後者の“カラーセレクト”なるカラーシャッタを利用した液晶プロジェクタによれば、このような問題点は無いものの、前者の構成に比べてプリズムを２倍使用することなり、装置を重くする要因となる。
【００１５】
そこで、本発明は、装置が重くなるような複雑な構成を必要とせず、フレア光を無くすことができ、スクリーン上の画像コントラストを向上させ得るプロジェクタ及び偏光変換器を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明のプロジェクタは、照明光を発する光源を含む照明光学系と、Ｐ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光ビームスプリッタ膜と、前記偏光ビームスプリッタ膜を備える一対の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記偏光ビームスプリッタプリズムの反射光出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＳ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの何れか１帯域分をＰ偏光成分光に変換する特性を有する第一の偏光特性フィルタと、前記第一の偏光特性フィルタ出射側に設けられて、全反射面を有するプリズムと、全反射面で全反射された光が出射するプリズムの出射面に設けられ、前記第一の偏光特性フィルタを通過する３帯域分の光の偏光方向を変換する半波長板と、前記偏光ビームスプリッタプリズムの透過光が出射する出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＰ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの前記１帯域分をＳ偏光成分光に変換する特性を有する第二の偏光特性フィルタ（以下、第一および第二の偏光特性フィルタを総称して単に偏光特性フィルタと呼ぶ）とを備えた偏光変換器と、を有する照明光学系と、
前記偏光変換器を通過したＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光分離素子と、
この偏光分離素子により分離された偏光成分光のうちで２帯域分を含む偏光成分光について各々の帯域成分光に分離するダイクロイック膜を有するダイクロイック素子と、
これらの偏光分離素子とダイクロイック膜とにより３帯域分に分離された赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光毎に偏光状態を変調させることにより投射すべき映像を形成する３枚の反射型の画像形成部材と、
これらの画像形成部材により形成された映像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、
を備える。
【００１７】
従って、液晶プロジェクタ等のプロジェクタの照明光学系中に偏光変換器を介在させることにより、赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光を２帯域と１帯域とで異なった偏光状態の光とし、その偏光状態の違いにより偏光分離素子で偏光分離し、偏光分離素子で分離された２帯域分を含む偏光成分光についてはダイクロイック膜により帯域分離しているので、３帯域分を同時に分離するようなダイクロイック膜がクロスした複雑な構成を採る必要がなく、単一の偏光分離膜やダイクロイック膜を利用する簡単な構成にして赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光を分離でき、フレア光の問題も解消して、コントラストの高い投射画像を得ることができる。
請求項２記載の発明は、照明光を発する光源と、Ｐ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光ビームスプリッタ膜を備える一対の偏光ビームスプリッタプリズムと、該偏光ビームスプリッタプリズムの反射光出射面に設けられ、前記偏光ビームスプリッタ膜により分離されたＳ偏光成分光をＰ偏光成分光に変換する半波長板と、該半波長板の透過側に設けられて、全反射面を有するプリズムと、該全反射面で全反射された光が出射するプリズムの出射面と、前記偏光ビームスプリッタ膜を透過したＰ偏光成分光が出射する出射面とに共通に設けられ、前記それぞれの出射面から出射するＰ偏光成分光に関する赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域分の光のうちの何れか１帯域分をＳ偏光成分光に変換する特性を有する偏光特性フィルタを備えた偏光変換器と、を有する照明光学系と
前記偏光変換器を通過したＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とを分離する偏光分離素子と、
この偏光分離素子により分離された偏光成分光のうちで２帯域分を含む偏光成分光について各々の帯域成分光に分離するダイクロイック膜を有するダイクロイック素子と、
これらの偏光分離素子とダイクロイック膜とにより３帯域分に分離された赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光毎に偏光状態を変調させることにより投射すべき映像を形成する３枚の反射型の画像形成部材と、
これらの画像形成部材により形成された映像をスクリーン上に投射する投射レンズ系と、
を備える。
したがって請求項１と同様、コントラストの高い投射画像を得ることができる。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のプロジェクタにおいて、前記偏光特性フィルタと前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子とが一体に設けられている。
【００１９】
従って、既存のプロジェクタにおいて、各色成分光の分離部分をこの一体化構成の光学デバイスで置き換えることにより、所期の目的を簡単に達成できる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、緑色帯域分とし前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の青色帯域分と赤色帯域分とを帯域分離する特性を有する。
【００２３】
従って、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例を呈示するが、特に、その帯域特性からして、照明光と変調後の映像光との間の光の利用効率を低下させることのないプロジェクタを提供できる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、赤色帯域分とし、前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の青色帯域分と緑色帯域分とを帯域分離する特性を有する。
【００２５】
従って、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例が呈示される。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項３記載のプロジェクタにおいて、前記偏光変換器を出射したＳ偏光成分光は、青色帯域分とし、前記ダイクロイック膜は同一偏光成分光の緑色帯域分と赤色帯域分とを帯域分離する特性を有する。
【００２７】
従って、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例が呈示される。
【００３６】
請求項７記載の発明は、請求項４記載のプロジェクタにおいて、前記光源がキセノンランプである。
【００３７】
従って、請求項４記載の発明を実現する上で、光源としてキセノンランプを用いれば、可視光全域がほぼフラットなスペクトル分布特性を有するため、好適となる。
【００３８】
請求項８記載の発明は、請求項５記載のプロジェクタにおいて、前記光源が高圧水銀ランプである。
【００３９】
従って、請求項５記載の発明を実現する上で、光源として高圧水銀ランプを用いれば、青色Ｂ帯域の光量が多く、緑色Ｇ帯域付近にピークがあるが赤色Ｒ帯域の光量が少ない発光特性を有するため、好適となる。
【００４０】
請求項９記載の発明は、請求項６記載のプロジェクタにおいて、前記光源がＬＥＤ又はハロゲンランプである。
【００４１】
従って、請求項６記載の発明を実現する上で、光源としてＬＥＤ又はハロゲンランプを用いれば、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂと段々に発光効率が低下する発光特性を有するため、好適となる。
【００４２】
請求項１０記載の発明は、請求項４，５，又は６記載のプロジェクタにおいて、前記光源がメタルハライドランプである。
【００４３】
従って、請求項４，５，又は６記載の発明を実現する上で、光源としてメタルハライドランプを用いれば、封入する分子によりスペクトル分布を或る程度コントロールできるので、何れのタイプにも好適となる。
【００４４】
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか一記載のプロジェクタにおいて、前記ダイクロイック膜が、前記照明光の主光軸の直交面に対して４５°以下に形成されている。
【００４５】
従って、照明光の主光軸の直交面に対するダイクロイック膜の角度を極力小さくすることにより、ダイクロイック膜での２帯域分の分離特性をより向上させることができる。
【００４６】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のプロジェクタにおいて、前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子との間に前記ダイクロイック膜で反射された光成分を全反射させるエアギャップが設けられている。
【００４７】
従って、エアギャップによる全反射を利用することにより請求項１１記載の発明を容易に実現できる。
【００４８】
請求項１３記載の発明は、請求項１１記載のプロジェクタにおいて、前記偏光分離素子と前記ダイクロイック素子との間が前記偏光分離素子の材料とほぼ同等の光学的密度を有する接着剤により接着されている。
【００４９】
従って、偏光分離素子とダイクロイック素子との間を前記偏光分離素子の材料とほぼ同等の光学的密度を有する接着剤により接着した構成とすることにより請求項１１記載の発明を容易に実現できる。
【００５０】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３の何れか一に記載のプロジェクタにおいて、投射レンズ系に対する出射光路上に、前記偏光特性フィルタと同一特性を有する出射側偏光特性フィルタを備える。
【００５１】
従って、出射側偏光特性フィルタを利用することで変調映像光の偏光方向を揃えることができ、偏光特性を利用したスクリーンに投射する場合に好適となる。
【００５２】
請求項１５記載の発明は、請求項１４記載のプロジェクタにおいて、出射側偏光特性フィルタの出力側に偏光板を備える。
【００５３】
従って、偏光板を利用することにより、光路の途中で偏光の乱れを生じた場合にもカットできるため、スクリーン上のコントラストを一層向上させることができる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
本発明を適用する投射装置の主要部の第一の構成例を図１ないし図３に基づいて説明する。本説明は、液晶プロジェクタへの適用例であり、図１はその要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【００５９】
この光学デバイス１は、概略的には、光源等からのＳ偏光状態の照明光の入射光路上に配設された矩形板状の偏光特性フィルタ２と、この偏光特性フィルタ２が入射面に一体化された偏光分離素子としての立方体状のＰＢＳプリズム３と、このＰＢＳプリズム３に対してそのＰＢＳ膜３ａによる反射方向に接着剤により一体化されたダイクロイック素子としての立方体状のダイクロイックプリズム４と、ＰＢＳプリズム３の出射面に一体化された出射側偏光特性フィルタ５とにより構成されている。ダイクロイックプリズム４はＰＢＳ膜３ａに平行なダイクロイック膜４ａを有する。ここに、偏光特性フィルタ２、ＰＢＳプリズム３及びダイクロイックプリズム４の光学的特性については後述するが、その特性に合わせて、ＰＢＳプリズム３の透過光を受ける位置には緑色帯域用の画像形成部材である反射型ＬＣＤ６Ｇが配設されて、ダイクロイック膜４ａの透過光を受ける位置には赤色帯域用の画像形成部材である反射型ＬＣＤ６Ｒが配設され、ダイクロイック膜４ａの反射光を受ける位置には青色帯域用の画像形成部材である反射型ＬＣＤ６Ｂが配設されている。なお、反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの前面には、ばらつきの多いＰＢＳプリズム３やダイクロイックプリズム４の特性の変化によってばらつく色特性をほぼ一定にし、所定の色バランスを得るためのカラーフィルタ７が介在されている。なお、投射レンズから各反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに対する光路長が等しくなるよう、ＰＢＳプリズム３の透過位置に位置する反射型ＬＣＤ６ＧはこのＰＢＳプリズム３から離れて配設されている。
【００６０】
この他、図１では特に図示しないが、偏光特性フィルタ２に対する入射側には光源を含む照明光学系が配設され、出射側偏光特性フィルタ５からの出射側には映像変調光をスクリーン上に投射する投射レンズ系が配設されている。
【００６１】
ここで、本発明で用いるる偏光特性フィルタ２について説明する。この偏光特性フィルタ２は前述したようにＣolorＬink社が商品名：カラーセレクトとして販売している光学部品であり、図２に示すようなカーブの偏光変換機能を有している。図中に示す特性１の曲線で説明すると、全可視光をＳ偏光で入射させた場合、約４９０ｎｍ以上の短い波長と、約６０５ｎｍ以下の長い波長はそのままＳ偏光で透過させ、約５１０〜５６５ｎｍの波長はＰ偏光に変換させて透過する。そして、４９０〜５１０ｎｍ、５６５〜６０５ｎｍの波長は図のような比率でＰ偏光に変換する。即ち、緑色帯域分の偏光成分光のみをＰ偏光成分光に変換し青色帯域分及び赤色帯域分の偏光成分光はそのままと偏光成分光として出射させる特性を有する。
【００６２】
もっとも、ここでは、Ｓ偏光入射の例で説明したが、もし全可視光をＰ偏光で入射するとＳ偏光入射とは全て逆の特性で透過することになる。特性２の曲線は参考のために特性１と逆の見方で示したものである。
【００６３】
ちなみに、図２に示す特性１、特性２が共に変換率の飽和部分が１．０となっておらず、０．８７〜０．９５程度になっているが、これはＡＲコート（界面反射防止）をしてない部材の測定結果だからである。即ち、この特性は変換効率＋透過効率となっている。ＡＲコートを行うことにより、全帯域で０．９９以上の特性を得られることは自明である。
【００６４】
出射側偏光特性フィルタ５も偏光特性フィルタ２と同一の特性を有するものが用いられている。
【００６５】
ＰＢＳプリズム３のＰＢＳ膜３ａの特性は広帯域（約４３０〜６７０ｎｍ）でＳ偏光は反射し、Ｐ偏光は透過する特性のものが用いられている。ただし、Ｓ偏光は９９％程度の反射率であるがＰ偏光は９０％程度の透過率である。
【００６６】
ダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａの特性は、図３に示すようにＳ偏光では約５２０ｎｍ、Ｐ偏光では約５６０ｎｍ以上の短波長は反射し、それ以下では透過する特性のものが用いられている。即ち、ダイクロイック膜４ａは透過・反射により青色帯域分と赤色帯域分とを帯域分離し得る特性を有している。
【００６７】
このような構成において、図１を参照してＲ，Ｇ，Ｂなる各帯域の光を変調するまでの過程を個別に説明する。
【００６８】
まず、緑色Ｇ帯域分の光成分を変調する過程について説明する。光源からの照明光は可視光全帯域に亘ってＳ偏光であるとする。このＳ偏光なる照明光は偏光特性フィルタ２により緑色Ｇ帯域分はＰ偏光に変換され、青色Ｂ帯域分と赤色Ｒ帯域分はＳ偏光のままで透過する。次に、ＰＢＳ膜３ａまで到達したこれらの光束は、緑色Ｇ帯域分は透過し、青色Ｂ帯域分と赤色Ｒ帯域分は反射されるので、ここで緑色Ｇ帯域分と青色Ｂ，赤色Ｒ帯域分とが偏光分離される。緑色Ｇ帯域分はそのまま直進し、緑色Ｇ帯域分の変調を受け持つＬＣＤ６Ｇに到達し、ＯＦＦ信号のピクセルではＰ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＳ偏光に変換して反射する。これらの変調された光束は再度、ＰＢＳ膜３ａまで戻される。ここで、Ｐ偏光は透過して光源の方向へ戻されるが、Ｓ偏光は反射され映像変調光としてスクリーンの方向へ向かう。
【００６９】
途中、ＰＢＳプリズム３の出射面側に出射側偏光特性フィルタ５が設けられており、Ｓ偏光がＰ偏光に変換されてから、投射レンズ系を経てスクリーンに向かう。この出射側偏光特性フィルタ５は偏光特性フィルタ２と全く同じものを用いているので緑色Ｇ帯域分のみの偏光を変換し、後述する青色Ｂ帯域分及び赤色Ｒ帯域分の変調済みのＰ偏光はそのままＰ偏光で透過させる。その結果、可視光全帯域がＰ偏光でスクリーン上に向かう。この出射側偏光特性フィルタ５を挿入することにより、偏光特性を利用したスクリーンに投射しても良好な映像を得ることができる。もっとも、単純に拡散性を持たせたスクリーンを使用する場合には、必ずしも出射側偏光特性フィルタ５を入れる必要はない。その場合、緑色Ｇ帯域分はＳ偏光で、青色Ｂ帯域分、赤色Ｒ帯域分はＰ偏光でスクリーンへ投射される。
【００７０】
次に、青色Ｂ帯域分の光束を変調する過程について説明する。前述のような照明光がＰＢＳ膜３ａに到達し、そのうちでＳ偏光のままでＰＢＳ膜３ａにより反射された青色Ｂ，赤色Ｒ帯域分の光はダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜３ａで約５６０ｎｍ以上の帯域の短波長（ただし、概略５００〜５９０ｎｍの帯域の光は来ていないので実質的には青色Ｂ帯域分の波長）は反射されて、青色Ｂ帯域分の光の変調を受け持つＬＣＤ６Ｂに到達し、ＯＦＦ信号のピクセルではＳ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＰ偏光に変換して反射する。これらの変調された光束は再度、ダイクロイック膜４ａまで戻されるが、５２０ｎｍ以上の短波長はＰＢＳ膜３ａへ向かう。この際、ＯＮ信号のＰ偏光は透過し、ＯＦＦ信号のＳ偏光は反射されて光源の方向へ戻される。ＰＢＳ膜３ａを透過した光は出射側偏光特性フィルタ５を透過するが、この帯域は偏光変換されないまま投射レンズを通過し、スクリーンへ投射される。
【００７１】
また、赤色Ｒ帯域分の光束を変調する過程について説明する。前述のようにＳ偏光なる照明光がＰＢＳ膜３ａに到達し、そのうちでＳ偏光のままでＰＢＳ膜３ａにより反射された青色Ｂ、赤色Ｒ帯域分の光はダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａで約５６０ｎｍ以下の帯域の長波長（ただし、概略５００〜５９０ｎｍの帯域の光は来ていないので実質的には赤色Ｒ帯域分の波長）は透過し、赤色Ｒ帯域分の光の変調を受け持つＬＣＤ６Ｒに到達し、ＯＦＦ信号のピクセルではＳ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＰ偏光に変換して反射する。これらの変調された光束は再度、ダイクロイック膜４ａまで戻されるが、５２０ｎｍ以下の長波長はＰＢＳ膜３ａへ向かう。この際、ＯＮ信号のＰ偏光は透過し、ＯＦＦ信号のＳ偏光は反射されて光源の方向へ戻される。ＰＢＳ膜３ａを透過した光は出射側偏光特性フィルタ５を透過するが、この帯域は偏光変換されないまま投射レンズを通過し、スクリーンへ投射される。
【００７２】
よって、本光学デバイスによれば、簡単な構成にも拘らず、クロスで２種類のダイクロイック膜を用いることなく、単一のＰＢＳ膜３ａとダイクロイック膜４ａとの組合わせでＲ，Ｇ，Ｂの各色の帯域を分離することができる上に、フレア光を抑えることができ、コントラストの高い画像を得ることができる。
【００７３】
なお、ダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａの特性としては、図３に示した特性とは逆の特性を持たせることもできる。即ち、Ｓ偏光では約５２０ｎｍ、Ｐ偏光では約５６０ｎｍ以上の短波長は透過し、それ以下では反射する特性も設計次第で作ることが可能である。このようなダイクロイックプリズムを用いる場合は、青色Ｂ帯域分を変調するＬＣＤ６Ｂと赤色Ｒ帯域分を変調するＬＣＤ６Ｒとの位置を入れ替えればよい。
【００７４】
更には、後述する図６や図９に示すような青色Ｂ帯域分側、或いは、赤色Ｒ帯域分側にシフトした特性のダイクロイック膜を有するダイクロイックプリズムを使用しても同様の特性が得られることは自明である。
【００７５】
本発明を適用する光学デバイスの第二の構成例を図４ないし図６に基づいて説明する。前述の第１の構成例で示した部分と同一又は相当する部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の図の説明でも順次同様とする）。
【００７６】
本構成例は、構成的には図１に示したものと同様であるが、偏光特性フィルタ２及びダイクロイック膜４ａの光学特性が図１の場合と異なっており、それに対応して反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置が変更されている。
【００７７】
まず、本構成例における偏光特性フィルタ２の偏光変換特性は図５に示すように、約５８０ｎｍ以上の短波長はそのままの偏光で透過し約６０５ｎｍ以下の長波長は偏光を反転させるように設定してある。偏光を反転させる帯域が異なるだけで、その他の特性、特徴は図２と同じである。即ち、赤色Ｒ帯域分の偏光成分光のみをＰ偏光成分光に変換し、青色Ｂ帯域分及び緑色Ｇ帯域分の偏光成分光はそのままと偏光成分光として出射させる特性を有する。
【００７８】
また、本構成例のダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａの特性は図６に示すように、Ｓ偏光では約５２０ｎｍ以上、Ｐ偏光では約４９０ｎｍ以上の短波長が反射し、それ以下の波長は透過させる特性に設定されている。即ち、ダイクロイック膜４ａは透過・反射により青色帯域分と緑色帯域分とを帯域分離し得る特性を有している。
【００７９】
このような構成での動作の大筋を説明する。本構成例でも、照明光にＳ偏光を用いるものであり、この照明光は偏光特性フィルタ２を透過した後、ＰＢＳ膜３ａで赤色Ｒ帯域分の光は直進し、赤色Ｒ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｒで変調を受けて再度ＰＢＳ膜３ａに戻され、信号分はそこで反射し、投射レンズを介してスクリーンに赤色Ｒ帯域分の映像を投射する。また、照明光はＰＢＳ膜３ａで緑色Ｇ，青色Ｂ帯域分が反射され、ダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａで青色Ｂ帯域分の光が反射され、青色Ｂ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｂで変調を受けて再度ダイクロイック膜４ａに戻されて反射する。信号分はＰ偏光となっているのでＰＢＳ膜３ａを透過し、投射レンズを介しスクリーン上に青色Ｂ帯域分の映像を投射する。さらに、ダイクロイック膜４ａまできた照明光のうち緑色Ｇ帯域分以下の長波長は透過し（実質、赤色Ｒ帯域分はＰＢＳ膜３ａを通過する時点で除かれているので、緑色Ｇ帯域分のみが透過する）、緑色Ｇ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｇで変調を受けて再度ダイクロイック膜４ａに戻されて透過する。信号分はＰ偏光となっているのでＰＢＳ膜３ａを透過し、投射レンズを介しスクリーン上に緑色Ｇ帯域分の映像を投射する。
【００８０】
この場合、投射される光は赤色Ｒ帯域分がＳ偏光で、青色Ｂ帯域分、緑色Ｇ帯域分はＰ偏光でスクリーンへ投射されるが、全部を同一の偏光に揃えたい場合は図１の場合と同様に出射側偏光特性フィルタを設ければよい。
【００８１】
本発明の第三の構成例を図７ないし図９に基づいて説明する。本構成例も、構成的には図１に示したものと同様であるが、偏光特性フィルタ２及びダイクロイック膜４ａの光学特性が図１、図４の場合と異なっており、それに対応して反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置が変更されている。
【００８２】
まず、本構成例における偏光特性フィルタ２の偏光変換特性は図８に示すように、約５４０ｎｍ以下の長波長はそのままの偏光で透過し約５００ｎｍ以上の短波長は偏光を反転させるように設定してある。偏光を反転させる帯域が異なるだけで、その他の特性、特徴は図２と同じである。即ち、青色Ｂ帯域分の偏光成分光のみをＰ偏光成分光に変換し、赤色Ｒ帯域分及び緑色Ｇ帯域分の偏光成分光はそのままと偏光成分光として出射させる特性を有する。
【００８３】
また、ダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａの特性は図９に示すようにＳ偏光では約５７５ｎｍ以下、Ｐ偏光では約６００ｎｍ以下の長波長が反射し、それ以上の波長は透過させる特性に設定されている。即ち、ダイクロイック膜４ａは透過・反射により赤色帯域分と緑色帯域分とを帯域分離し得る特性を有している。
【００８４】
このような構成での動作の大筋を説明する。やはり、照明光にはＳ偏光が用いられるが、この照明光は偏光特性フィルタ２を通過した後、ＰＢＳ膜３ａで青色Ｂ帯域分の光は直進し、青色Ｂ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｂで変調を受けて再度ＰＢＳ膜３ａに戻され、信号分はそこで反射し、投射レンズを介してスクリーンに青色Ｂ帯域分の映像を投射する。また、照明光はＰＢＳ膜３ａで緑色Ｇ，赤色Ｒ帯域分が反射され、ダイクロイック膜４ａで赤色Ｒ帯域分の光は反射され、赤色Ｒ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｒで変調を受けて再度ダイクロイック膜４ａに戻されてやはり反射される。信号分はＰ偏光となっているのでＰＢＳ膜を透過し、投射レンズを介してスクリーン上に赤色Ｒ帯域分の映像を投射する。さらに、ダイクロイック膜４ａまできた照明光のうち緑色Ｇ帯域分以上の短波長は透過し（実質、青色Ｂ帯域分はＰＢＳ膜３ａを通過する時点で除かれているので、緑色Ｇ帯域分のみが透過する）、緑色Ｇ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｇで変調を受けて再度ダイクロイック膜４ａに戻されて透過する。信号分はＰ偏光となっているのでＰＢＳ膜３ａを透過し、投射レンズを介してクリーン上に緑色Ｇ帯域分の映像を投射する。
【００８５】
この場合、投射される光は青色Ｂ帯域分がＳ偏光で、赤色Ｒ帯域分、緑色Ｇ帯域分はＰ偏光でスクリーンへ投射されるが、全部を同一の偏光に揃えたい場合は図１の場合と同様に出射側偏光特性フィルタを設ければよい。
【００８６】
なお、これらの第二、第三の構成例では、細かな偏光の振る舞いの説明は省略したが、基本は全て第一の実施の形態で説明したのと同様である。ただ、ダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａの特性で、Ｓ偏光とＰ偏光とは反射、透過特性が全く一致するのが理想であるが、現実には３０ｎｍほどのギャップのあるものしか手に入れることができない現実を考慮すると、第二、第三の構成例の方式は照明光と変調された後の光の利用効率が異なり、若干、光利用効率が落ちる。反面、第一の構成例のような構成によれば、そのギャップが生ずる帯域はダイクロイックプリズム４へは到来せず、光の利用効率を落とすことが少ないので、その点ではこの構成の方が良いといえる。
【００８７】
また、これらの実施の形態では、特に図示していないが、出射側偏光特性フィルタ５の出射側に偏光板を配設すれば、光路の途中で偏光の乱れを生じた分をカットでき、スクリーン上のコントラストを向上させることができる。
【００８８】
また、これらの各構成例は、各々各種あるランプの特性と組合せることにより、より最適な構成となる。即ち、第一の構成例の構成は、キセノンランプのように可視光全域がほぼフラットなスペクトル分布を持つ光源を使用する場合に適している。第二の構成例の構成は、高圧水銀ランプのように青色Ｂ帯域分の光量が多く、緑色Ｇ付近にピークがあるが赤色Ｒ帯域分は光量が少ないような特性の光源を使用した場合に適している。第三の構成例の構成は、ＬＥＤやハロゲンランプのように赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂと段々発光効率が落ちるような光源を使用した場合に適している。なお、メタルハライドランプを光源に使用する場合はスペクトル分布を封入する分子により或る程度コントロールできるので、上述の何れの構成例の場合も、各構成の特性と合うように組合せることが可能である。
【００８９】
さらに、上述した各構成例の説明では、説明しやすいようにＰＢＳ膜３ａとダイクロイック膜４ａとが平行になる形で図示して示したが、ダイクロイック膜４ａを光軸上でどのように回転させても本発明の本質を損なうものではない。実際の装置として実現するのには０°，９０°，１８０°或いは２７０°の何れかの位置が機械的な配置として安定しており、作りやすい。
【００９０】
本発明の第四の構成例を図１０に基づいて説明する。前述した各構成例では、ダイクロイック膜４ａが照明光の主光軸の鉛直面に対して４５°の角度を持たせた構成例で説明したが、２帯域分の帯域分離特性を良好にするにはその角度をより小さくしたほうがよいことから、本構成例ではその角度を３０°に設定した例を示す。本構成例は、例えば第一の構成例に対する変形例として適用されている。ダイクロイックプリズム４側の形状的な違いを除くと、第一の構成例の場合と同様である。
【００９１】
ＰＢＳプリズム３とダイクロイックプリズム４との間にエアギャップ８を設け、照明光の主光軸の直交面に対して３０°に設定されたダイクロイック膜４ａで反射した光をエアギャップ８を設けた面４ｂで全反射させて変調用の反射型ＬＣＤ６Ｂに導く構成である。
【００９２】
よって、本構成例によれば、ダイクロイック膜４ａが照明光の主光軸の鉛直面に対して３０°の角度に小さく設定されているので、青色Ｂ帯域と赤色Ｒ帯域との２帯域分の帯域分離特性をより一層良好にすることができる
【００９３】
本発明の第五の構成例を図１１に基づいて説明する。本構成例も、第四の構成例の場合と同様に、ダイクロイック膜４ａが照明光の主光軸の直交面に対して３０°の角度となるようにした構成例を示すが、その具体的な構成として、ＰＢＳプリズム３とダイクロイックプリズム４との間をプリズム材料とほぼ同等の光学的密度を持つ接着剤９で接着したものである。
【００９４】
本構成例の場合も、第四の構成例の場合と同様な効果が得られる。
【００９５】
なお、第四の構成例及び本構成例の構成は、第一の構成例の構成よりも投射レンズと変調用の反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとの距離が長くなってしまう欠点はあるが、本発明の目的にかなった構成となる。また、ダイクロイック膜４ａの照明光の主光軸の直交面に対する角を３０°より更に小さくすることは可能であるが、図１０に示した構成ではダイクロイック膜４ａで反射された光の一部は全反射の領域から外れてしまうようになるので限界がある。また、投射レンズと変調用の反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとの距離が更に大きくなる方向となるので、投射レンズの口径を大きくする方向となり、装置を大きくしてしまう。
【００９６】
また、これらの第四及び第五の構成例のように、３０°のダイクロイック膜４ａを用いた構成でも、やはり、説明しやすいように図面上ではＰＢＳ膜３ａとダイクロイック膜４ａとの断面が同時に見えるタイプで示したが、ダイクロイック膜４ａを光軸上でどのように回転させても本発明の本質を損なうものではない。実際の装置として実現するのには０°，９０°，１８０°或いは２７０°の何れかの位置が機械的な配置として安定しており、作りやすい。
【００９７】
本発明の第六の構成例を図１２に基づいて説明する。本構成例は、前述の角度をより小さくし、主光軸の直交面に対して１５°のダイクロイック膜４ａを用いた構成例を示すものである。２５は後述するような偏光板である。
【００９８】
この場合、ＰＢＳプリズム３は方形ではなく、ダイクロイックプリズム４に相対する面３ｂはダイクロイックプリズム４の入射面と平行面をなすように形成し、ダイクロイックプリズム４との間にはエアギャップ１０が設けられている。ダイクロイック膜４ｂの主光軸の直交面に対する角度は１５°とし、エアギャップ１０を設けた面４ｃの角度は主光軸の直交面に対して−２２.５°とされている。
【００９９】
このような構成にすることにより、ダイクロイック膜４ｂで反射された光束はエアギャップ１０を設けた面４ｃで全反射される。このダイクロイック膜４ａが赤色Ｒ帯域分以下の長波長を反射させるような特性に形成してあれば、図のように赤色Ｒ帯域分の電気信号で変調する反射型ＬＣＤ６Ｒで受けてＯＮ、ＯＦＦ信号をＰ偏光、Ｓ偏光として返す。青色Ｂ帯域分の光束はダイクロイック膜４ａを透過し、青色Ｂ帯域分の電気信号で変調する反射型ＬＣＤ６Ｂで受けてＯＮ、ＯＦＦ信号をＰ偏光、Ｓ偏光として返す。緑色Ｇ帯域分とＰＢＳ膜３ａとの関係は図１の場合と同様で、その他も基本的な考え方は図１の場合と同様である。
【０１００】
なお、図１３に示す変形例のように、ダイクロイックプリズム４の大きさを小さくするためにダイクロイック膜４ａを透過した後のプリズム側も全反射面４ｄを構成し、光束をそこで折り返して青色Ｂ帯域分変調用の反射型ＬＣＤ６Ｂに向かわせるようにしてもよい。これによれば、ダイクロイックプリズム４を極力小さくすることができ、装置を一層軽くすることができる。
【０１０１】
また、図１３では青色Ｂ帯域分を赤色Ｒ帯域分と同じ面になるように構成したが、反射型ＬＣＤの信号線の這い回し等の都合で図のように配置できない場合は、図１４に示す変形例のように、反対側に反射させて赤色Ｒ帯域分と青色Ｂ帯域分の反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｂを離すようにしてもよい。
【０１０２】
本発明を適用する光学デバイスの第七の構成例を図１５に基づいて説明する。本構成例は、例えば第一の構成例のような構成で、入射側と出射側とを入れ替え、Ｐ偏光を照明光とする場合への適用例を示す。Ｐ偏光を用いても全く同様の効果が得られる。
【０１０３】
詳細は省略するが、基本的にはＳ偏光とＰ偏光の役割が入れ替わるだけで、図１の構成で説明した内容と同様になる。
【０１０４】
勿論、今まで説明してきた他の全ての構成例や変形例についても照明光と映像変調光との関係を逆にするだけで同様の目的を果たすことができることは言うまでもない。
【０１０５】
つづいて、本発明を適用する前のプロジェクタの構成例を図１６に基づいて説明する。本構成例は、前述したような構成の光学デバイス１を含む液晶プロジェクタ全体の構成に関する。
【０１０６】
この液晶プロジェクタは、例えば図１５に示したタイプの光学デバイス１及び反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとともに、光源２１を含む照明光学系２２と、スクリーン２３に対する投射レンズ系２４とを含んで構成され、出射側偏光特性フィルタ５と投射レンズ系２４との間には偏光板２５が介在されている。
【０１０７】
Ｐ偏光による照明光を生成する照明光学系２２は、一例として、光源２１と回転放物面鏡２６と窓２７ａ付きミラー２７、偏光変換器２８、インテグレータ光学系２９（フライアイレンズ板３０，３１，３２〜コンデンサレンズ３３）とにより構成されている。この照明光から映像変調光を得る構成として図１５に示した構成にＰＢＳプリズム３の出力側にもう一つ出射側偏光特性フィルタ５を挿入した構成をとっている。こうすることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ全部の帯域分がＳ偏光となるが、各プリズムを通過するうちにＰ偏光成分も混じってきているのでそれを除去するための偏光板２５が付加されている。その出力側に複数の投射レンズ３４による投射レンズ系２４が配置され、スクリーン２３に映像を投射するように構成されている。
【０１０８】
なお、偏光変換器２８は、図１６（ｂ）に示すように、ＰＢＳ膜３５と、全反射鏡３６と半波長板３７との組合わせ構造とされている。
【０１０９】
このような構成において、まず、光源２１は回転放物面鏡２６の焦点付近に置いてあるので、光源２１で発生した光は回転放物面鏡２６でほぼ平行光になり偏光変換器２８へ向かう。その間には偏光変換器２８の入射窓（変換器中の併設された２個のＰＢＳプリズムの入射端面）とほぼ同形の窓２７ａを持つ平面鏡２７（窓付きミラー）が回転放物面鏡２６の主光軸と直交するように配置されており、偏光変換器２８に直接入らない前述の平行光は回転放物面鏡２６へ戻される。この戻された光は再度、焦点付近を通り、回転放物面鏡２６で偏光変換器２８へ入射する光として加えられる。偏光変換器２８ではＰＢＳ膜３５と半波長板３７との組合せで偏光がランダムな光を（変換効率を考えなければ）全部Ｐ偏光に変換する。図１６（ｂ）に示すような構成では入射された光束は偏光変換器２８の入射側の面積の２倍の面積で出射される。このＰ偏光に揃えられた光束はフライアイレンズ板３０で反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂのアスペクト比（この場合は４：３）で切り出された要素レンズを２次元アレイ状に並べたもので、外形は偏光変換器２８の出射側の外形と一致させてある。このフライアイレンズ板３０の要素レンズの焦点位置付近にシリンドリカルレンズをフライアイレンズ板３０の横アレイの数と一致させた数だけ配置させることで、シリンドリカルレンズアレイ３１としている。各シリンドリカルレンズはコンデンサレンズ３３と関係させ反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの横幅全体を照射するような強度で構成してある。その直後にもう一つのシリンドリカルレンズアレイ３２を置くが、これはフライアイレンズ板３０の縦アレイの数と一致させた数のシリンドリカルレンズを並べてあり、その強度はコンデンサレンズ３３と関係させ反射型ＬＣＤ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの縦幅全体を照射するように設定してある。
【０１１０】
このようにして作られたＰ偏光による照明光は、図２に示したような特性を持つ偏光特性フィルタ２で緑色Ｇ帯域分のみをＳ偏光に変換されＰＢＳプリズム３に導かれ、ＰＢＳ膜３ａで青色Ｂ，赤色Ｒの帯域の光は透過、緑色Ｇ帯域分の光は反射される。反射した緑色Ｇ帯域分のＳ偏光は緑色Ｇの変調を受け持つ反射型ＬＣＤ６Ｇで変調を受け、ＯＦＦ信号のピクセルではＳ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＰ偏光に変換して反射される。これらの変調された光束は再度、ＰＢＳ膜３ａまで戻される。ここで、Ｓ偏光は反射されて光源２１の方向へ戻されるが、Ｐ偏光は透過してスクリーン２３の方向へ向かう。途中、ＰＢＳプリズム３の出射側に出射側偏光特性フィルタ５が配設されてており、Ｐ偏光がＳ偏光に変換され、かつ、偏光板２５でＰ偏光成分を取り除いてから投射レンズ系２４を経てスクリーン２３に向かう。この出射側偏光特性フィルタ５は偏光特性フィルタ２と全く同じものを用いているので緑色Ｇ帯域分のみ偏光を変換し、後述する青色Ｂ帯域分及び赤色Ｒ帯域分の変調済みのＳ偏光はそのままＳ偏光で透過させる。その結果、可視光全帯域がＳ偏光でスクリーン２３上に向かう。
【０１１１】
前述の照明光がＰＢＳ膜３ａに到達し、透過した青色Ｂ，赤色Ｒ帯域分の光はダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａで青色Ｂの帯域の光は反射されて、青色Ｂ帯域分の光の変調を受け持つ反射型ＬＣＤ６Ｂに到達し、ＯＦＦ信号のピクセルではＰ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＳ偏光に変換して反射する。これらの変調された光束は再度、ダイクロイック膜４ａまで戻されるが青色Ｂ帯域分の光は反射され、ＰＢＳ膜３ａへ向かう。この際、ＰＢＳ膜３ａではＯＮ信号のＳ偏光は反射され、ＯＦＦ信号のＰ偏光は透過して光源２１の方向へ戻される。ＰＢＳ膜３ａで反射した光は出射側偏光特性フィルタ５及び偏光板２５を透過するが、この帯域は偏光変換されないまま投射レンズ系２４を通過し、スクリーン２３へ投射される。
【０１１２】
さらに、前述の照明光がＰＢＳ膜３ａに到達し、透過した青色Ｂ，赤色Ｒ帯域分の光はダイクロイックプリズム４のダイクロイック膜４ａで赤色Ｒ帯域分の光は透過し、赤色Ｒ帯域分の光の変調を受け持つ反射型ＬＣＤ６Ｒに到達し、ＯＦＦ信号のピクセルではＰ偏光のままで反射し、ＯＮ信号のピクセルではＳ偏光に変換して反射する。これらの変調された光束は再度、ダイクロイック膜４ａまで戻されるが赤色Ｒ帯域分の光は透過し、ＰＢＳ膜３ａへ向かう。この際、ＰＢＳ膜３ａではＯＮ信号のＳ偏光は反射され、ＯＦＦ信号のＰ偏光は透過して光源２１の方向へ戻される。ＰＢＳ膜３ａを透過した光は出射側偏光特性フィルタ５及び偏光板２５を透過するが、この帯域は偏光変換されないまま投射レンズ系２４を通過し、スクリーン２３へ投射される。
【０１１３】
このようにして、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々の帯域の光がスクリーン２３上に重畳され所望のカラー画像を形成することができる。
【０１１４】
本発明の第一の実施の形態を図１７に基づいて説明する。本実施の形態は、前述の構成例のように、光学デバイス１を含む液晶プロジェクタ全体の構成に関する。本実施の形態では、偏光特性フィルタ２を光学デバイス１から独立させて照明光学系２２中の偏光変換器２８とフライアイレンズ板３０との間に配設させたものである。これにより、偏光特性フィルタ２によって緑色Ｇ帯域の光をＳ偏光成分光、青色Ｂ、赤色す帯域の光をＰ偏光成分光としてＰＢＳプリズム３に入射させる照明光学系２２として構成されている。この際、インテグレータ光学系２９での振る舞いは偏光を考慮する必要はないので図１６の場合と同様に動作する。コンデンサレンズ３３を出た後は偏光特性フィルタ２がないので、ＰＢＳプリズム３に入射した後の振る舞いは図１６の場合と全く同じである。
【０１１５】
この照明光自体を帯域毎に偏光を選択的に制御する構成としては、この他、種々の構成を採り得るが、図１８に示す変形例のように構成してもよい。図１８では、光源２１からインテグレータ光学系２９までに相当する部分のみを描いている。図１７との違いは偏光変換器３８の構造と偏光変換器３８及び偏光特性フィルタ２の挿入位置である。偏光変換器３８は、偏光整列プリズムアレイ３９と半波長板３７とを用いて構成されている。この変形例では、インテグレータ光学系２９中でシリンドリカルレンズアレイ３１の後に偏光変換器３８を挿入し、その後に偏光特性フィルタ２を挿入している。このような構成にしても、インテグレータ光学系２９からの出射光は図１７の場合と同じ特性のものを得ることができる。
【０１１６】
本発明の第二の実施の形態を図１９に基づいて説明する。本実施の形態は、図１７や図１８で説明した場合と同様に、偏光特性フィルタ２を含んで照明光学系２２中に介在させるのに適した偏光変換器４１に関する。この偏光変換器４１は、偏光方向がランダムな入射光中のＳ偏光成分を外方向に反射させるＰＢＳ膜（偏光ビームスプリッタ膜）４２ａを各々有する一対のＰＢＳプリズム４２と、これらのＰＢＳ膜４２ａに対向するＰＢＳプリズム４２の反射光出射面に各々設けられた偏光特性フィルタ２と、その出射側に設けられて全反射面４３ａを有するプリズム４３と、全反射面４３ａで全反射された光が出射するプリズム４３の出射面に設けられた半波長板４４と、ＰＢＳプリズム４２において透過光が出射する出射面に設けられた偏光特性フィルタ２とにより構成されている。
【０１１７】
このような構成において、ＰＢＳプリズム４２に入射してそのＰＢＳ膜４２ａで反射分離されたＳ偏光成分中、赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂの何れか１つの帯域成分（例えば、緑色Ｇ）の偏光のみの偏光方向を偏光特性フィルタ２でＰ偏光に変換し、全反射面４３ａで全反射させてから半波長板４４で全帯域の偏光を変換している。半波長板４４から出射される光は、１つの帯域分（例えば、緑色Ｇ）がＳ偏光成分となり、２つの帯域分がＰ偏光成分となる。一方、ＰＢＳプリズム４２に入射してそのＰＢＳ膜４２ａで透過分離されたＰ偏光成分は単純に偏光特性フィルタ２を通すだけである。よって、Ｐ偏光成分中、赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂの何れか１つの帯域成分（例えば、緑色Ｇ）の偏光のみの偏光方向を偏光特性フィルタ２でＳ偏光に変換して出射させる。このような構成でも偏光変換器４１全体として出射光の特性は一様の特性を持つ。
【０１１８】
なお、変形例を示す図２０のように、半波長板４４と偏光特性フィルタ２とを入れ替えた構成としてもよい。この場合、偏光変換器４１の出射側に位置する偏光特性フィルタ２は、Ｐ偏光成分中、赤色Ｒ，緑色Ｇ，青色Ｂの何れか１つの帯域成分の偏光のみの偏光方向をＳ偏光に変換する偏光変換機能を有していればよい。これにより、１帯域分がＳ偏光で２帯域分がＰ偏光の状態で出射される。
なお、この構成は図１７に示した「偏光変換器２８と偏光特性フィルタ２」の組み合わせと実質的に同じ構成であり、同じ作用をしている。
【０１１９】
なお、上述した各実施の形態では、ＰＢＳ膜及びダイクロイック膜の全てをプリズムで保持した構成で説明したが、板状の透明材（いわゆるミラー）で形成しても何ら本発明の本質を損なうものではない。
【０１２０】
【発明の効果】
請求項１または２記載の発明のプロジェクタによれば、偏光特性フィルタを用いて赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光を２帯域と１帯域とで異なった偏光状態の光とし、その偏光状態の違いにより偏光分離素子で偏光分離し、偏光分離素子で分離された２帯域分を含む偏光成分光についてはダイクロイック膜により帯域分離するようにしたので、３帯域分を同時に分離するようなダイクロイック膜がクロスした複雑な構成を採る必要がなく、単一の偏光分離膜やダイクロイック膜を利用する簡単な構成にして赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３帯域の光を分離でき、フレア光の問題も解消して、コントラストの高い投射画像を得ることができる。
【０１２１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載のプロジェクタにおいて、偏光特性フィルタと偏光分離素子とダイクロイック素子とが一体に設けられているので、既存のプロジェクタにおいて、各色成分光の分離部分をこの一体化構成の光学デバイスで置き換えることにより、所期の目的を簡単に達成することができる。
【０１２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例を呈示するものてあるが、特に、その帯域特性からして、照明光と変調後の映像光との間の光の利用効率を低下させることのないプロジェクタを提供することができる。
【０１２４】
請求項５記載の発明によれば、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例が呈示される。
【０１２５】
請求項６記載の発明によれば、請求項３記載の発明を実現する具体例の一例が呈示される。
【０１３０】
請求項７記載の発明によれば、請求項４記載の発明を実現する上で、光源としてキセノンランプを用いることにより、可視光全域がほぼフラットなスペクトル分布特性を有するため、好適となる。
【０１３１】
請求項８記載の発明によれば、請求項５記載の発明を実現する上で、光源として高圧水銀ランプを用いることにより、青色Ｂ帯域の光量が多く、緑色Ｇ帯域付近にピークがあるが赤色Ｒ帯域の光量が少ない発光特性を有するため、好適となる。
【０１３２】
請求項９記載の発明によれば、請求項６記載の発明を実現する上で、光源としてＬＥＤ又はハロゲンランプを用いることにより、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂと段々に発光効率が低下する発光特性を有するため、好適となる。
【０１３３】
請求項１０記載の発明によれば、、請求項４，５，又は６記載の発明を実現する上で、光源としてメタルハライドランプを用いることにより、封入する分子によりスペクトル分布を或る程度コントロールできるので、何れのタイプにも好適となる。
【０１３４】
請求項１１記載の発明によれば、請求項１ないし１０の何れか一記載のプロジェクタにおいて、照明光の主光軸の直交面に対するダイクロイック膜の角度を極力小さくしたので、ダイクロイック膜での２帯域分の分離特性をより向上させることができる。
【０１３５】
請求項１２記載の発明によれば、エアギャップによる全反射を利用することにより請求項１１記載の発明を容易に実現できる。
【０１３６】
請求項１３記載の発明によれば、偏光分離素子とダイクロイック素子との間を前記偏光分離素子の材料とほぼ同等の光学的密度を有する接着剤により接着した構成とすることにより請求項１１記載の発明を容易に実現できる。
【０１３７】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１ないし１３の何れか一に記載のプロジェクタにおいて、出射側偏光特性フィルタを利用することで変調映像光の偏光方向を揃えることができ、偏光特性を利用したスクリーンに投射する場合に好適となる。
【０１３８】
請求項１５記載の発明によれば、請求項１４記載のプロジェクタにおいて、出射側偏光特性フィルタの出力側に偏光板を備えることにより、光路の途中で偏光の乱れを生じた場合にもカットできるため、スクリーン上のコントラストを一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図２】その偏光特性フィルタの光学的特性を示す特性図である。
【図３】そのダイクロイック膜の光学的特性を示す特性図である。
【図４】本発明の第二の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図５】その偏光特性フィルタの光学的特性を示す特性図である。
【図６】そのダイクロイック膜の光学的特性を示す特性図である。
【図７】本発明の第三の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図８】その偏光特性フィルタの光学的特性を示す特性図である。
【図９】そのダイクロイック膜の光学的特性を示す特性図である。
【図１０】本発明の第四の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１１】本発明の第五の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１２】本発明の第六の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１３】その変形例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１４】その異なる変形例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１５】本発明の第七の構成例における要部の光学デバイスの構成例を示す平面図である。
【図１６】本発明を適用する前の液晶プロジェクタの構成例を示す平面図である。
【図１７】本発明の第一の実施の形態における液晶プロジェクタの構成例を示す平面図である。
【図１８】その変形例を示す要部の平面図である。
【図１９】本発明の第二の実施の形態における偏光変換器の構成例を示す平面図である。
【図２０】本発明の実施の形態の変形例における偏光変換器の構成例を示す平面図である。
【図２１】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
２ 偏光特性フィルタ
３ 偏光分離素子
４ ダイクロイック素子
４ａ ダイクロイック膜
５ 出射側偏光特性フィルタ
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ 画像形成部材
８ エアギャップ
９ 接着剤
１０ 接着剤
２１ 光源
２２ 照明光学系
２３ スクリーン
２４ 投射レンズ系
２５ 偏光板
４１ 偏光変換器
４２ａ 偏光ビームスプリッタ膜
４４ 半波長板
５１ 偏光変換器
【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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