JP4795078B2 - 画像形成光学系、画像投射光学系および画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型液晶パネル等の画像形成素子を用いて画像を投射する画像投射装置に好適な色分解合成プリズムに関する。

反射型液晶パネルを用いたプロジェクタの色分解合成系では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の色分解および色合成と、液晶パネルで変調した偏光の分離とを行う必要がある。このような色分解合成系では、入射光軸に対して４５度をなす偏光分離膜を持つ２個の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含む３〜４個の光学素子を使用する構成が一般的である。

特許文献１では、反射型液晶パネルの光軸上に、２つの偏光ビームスプリッタと２つのダイクロイックミラーを配置した光学系が開示されている。また、３つの偏光ビームスプリッタと１つのダイクロイックミラーを配置した構成も開示されている。これらの構成では、４つの光学素子を２×２の位置関係に配置し、該４つの光学素子の光学膜が互いに直交する２方向に配置されている。そして、該４つの光学素子により、色分解、検光および色合成を行っている。

また、特許文献２では、１つで色分解、色合成および偏光分離を行うプリズムが開示されている。このプリズムは、立方体内に入射光軸に対して４５°をなす偏光ダイクロイック分離膜を３つ配置して構成されている。該立方体には１２の辺が存在する。そのうち、ある１つの頂点に集まる辺は３つである。そして、その３つの辺の各辺に接する２つの面に対して４５°をなし、かつその辺を含む面に偏光ダイクロイック分離膜を配置する。これにより、１つの頂点を通る３つの４５°の偏光ダイクロイック分離膜を有するプリズムが構成される。

立方体の表面のうち、該１つの頂点に集まる３つの面の近傍にＲＧＢの各反射型液晶パネルを配置し、残りの面に照明系からの光の入射面と、投射レンズへの射出面とが配置される。照明系からの入射光は、２つの偏光ダイクロイック分離膜で色分解される。各パネルで画像変調された光は２つの偏光ダイクロイック分離膜により検光および色合成され、投射レンズに導かれる。

さらに、特許文献３には、反射型液晶パネルの前後で１つのクロスダイクロイックミラーを通過させる光学系が開示されている。照明系からの入射光は、クロスダイクロイックミラーによってＲＧＢの光に色分解された後、パネルに対して斜めに入射する。パネルで角度を持って反射した光は再びクロスダイクロイックミラーに入射するが、このときは照明系からの入射光の通過領域とは別の領域に入射する。そして、色合成されたＲＧＢ光は、投射光学系に導かれる。
特開２００１−１５４１５２号公報（段落００４５〜００４８、００５０〜００５１、図１および図２） 特開２００２−１６２５２０号公報（段落００４１〜００６２、図４〜図８） 特開２０００３−９８３１５号公報（段落００１１〜００１５、図１）

しかしながら、特許文献１にて開示された光学系では、各反射型液晶パネルで反射した光は、４つの光学素子のうち２つを通って投射レンズに導かれる。これは、偏光ビームスプリッタによる検光と、ダイクロイックミラー又は偏光ビームスプリッタによる色合成の２つの作用を必要とするためである。このため、全体としては４つの光学素子を必要とし、構成が複雑になる。また、光路長も長くなり、必要光束を確保するために各光学素子も大きくなる。さらに、投射レンズのバックフォーカスが長くなるため、投射レンズ自体も大きくなる。

また、特許文献２にて開示されたプリズムでは、該プリズムの全ての開口部に分離膜によってできる境界線が存在し、液晶パネルに対向する開口部に存在する境界線は、画像に影響を及ぼす。また、各液晶パネルからの光線は、この光に対して分離膜として機能する２つの偏光ダイクロイック分離膜とは別の偏光ダイクロイック膜に対して水平な光線となり、該別の膜に対して高入射角で入射するため、高い反射率で反射し、ゴーストの原因となる。

また、特許文献３にて開示された光学系では、照明系と投射光学系とが物理的に干渉しないように、色分解されたＲＧＢの光を液晶パネルに斜めに入射させている。このため、クロスダイクロイックミラーから液晶パネルまでの距離が長くなり、クロスクロスダイクロイックミラーも大きくなる。さらに、反射型液晶パネルへの入射光が大きな角度を持つため、パネルの入射角度特性上、不利であるばかりでなく、投射光学系を偏心光学系とする必要がある。

本発明は、１つのプリズムによって色分解、検光および色合成を行うことができ、しかも画像に悪影響を及ぼさない光学膜配置を有する色分解合成プリズムおよびこれを用いた画像形成光学系、画像投射装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての画像形成光学系は、第１、第２および第３の画像形成素子と、互いに直交する２つの平面に沿って形成された第１および第２の波長選択性偏光膜と、該波長選択性偏光膜の間に配置された第１から第４のプリズム部材と、を備え、照明系からの光を波長領域に応じて前記第１から第３の画像形成素子に導き、該第１から第３の画像形成素子からの光を投射系に射出する色分解合成プリズムと、を有し、前記第１のプリズム部材は、３つの波長領域の光を入射させるための入射面と、前記３つの波長領域の光のうち前記波長選択性偏光膜において反射した１つの波長領域の光を射出および再入射させるための第１の透過面とを有し、前記第１のプリズム部材の両側に配置された第２および第３のプリズム部材はそれぞれ、前記波長選択性偏光膜において反射又は透過した他の２つの波長領域の光をそれぞれ射出および再入射させるための第２および第３の透過面を有し、前記第２および第３のプリズム部材の間であって、前記第１のプリズム部材とは反対側に配置された第４のプリズム部材は、前記第１から第３の透過面から再入射して前記波長選択性偏光膜において反射又は透過した前記３つの波長領域の光を射出するための射出面を有し、前記入射面、前記第１から第３の透過面および前記射出面からなる５つの光学面の位置関係が、８つの同一形状の二等辺三角形からなる立体形状として定義される八面体が有する８つの面のうち５つの面の位置関係に一致し、前記八面体における前記８つの二等辺三角形の底辺を含む正方形の面を挟んだ一方の側にある２つの面上に前記入射面と前記射出面が配置され、他方の側にある３つの面上に前記３つの透過面が配置されており、第１の波長領域において、前記第１および第２の波長選択性偏光膜はともに、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、第２の波長領域において、前記第１の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも高い特性を有し、前記第２の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、第３の波長領域において、前記第１の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、前記第２の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも高い特性を有し、前記照明系からの第１の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜および前記第２の波長選択性偏光膜光膜での反射を経て前記第１の画像形成素子に到達させ、前記照明系からの第２の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での透過および前記第２の波長選択性偏光膜での反射を経て前記第２の画像形成素子に到達させ、前記照明系からの第３の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での反射および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記第３の画像形成素子に到達させ、前記第１の画像形成素子に到達した前記第１の波長領域の直線偏光のうち該第１の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記投射系に射出し、前記第２の画像形成素子に到達した前記第２の波長領域の直線偏光のうち該第２の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線光線を、前記第１の波長選択性偏光膜での反射および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記投射系に射出し、前記第３の画像形成素子に到達した前記第３の波長領域の直線偏光のうち該第３の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での透過および前記第２の波長選択性偏光膜での反射を経て前記投射系に射出することを特徴とする。

なお、上記色分解合成プリズムと３つの画像形成素子とを有する画像形成光学系、および該画像形成光学系又は画像投射光学系を含む画像投射装置も本発明の他の側面を構成する。

さらに、画像投射装置と、これに画像情報を供給する画像供給装置とを有する画像表示システムも本発明の他の側面を構成する。

本発明によれば、１つ（一体）のプリズムによって、色分解、検光および色合成を行うことができる。しかも、波長選択性偏光膜は該プリズムの外面を構成する光学面上に存在しないため、該光学面から光を受ける画像形成素子によって形成される画像に悪影響が生じない。したがって、光学系全体としての部品点数を削減することができ、コンパクトな光学系および画像投射装置を実現することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図４（Ａ）には、本発明の実施例１である色分解合成プリズムを用いたプロジェクタ（画像投射装置）の光学全系の構成を示す。

１は少なくとも光源ランプ１ａと不図示の波長選択性偏光変換素子を含む照明光学系である。該照明光学系１からは、波長選択性偏光変換素子によってＲ，Ｇ，Ｂの波長領域ごとに偏光が揃えられた光束が射出される。本実施例では、ＧのＳ偏光光と、ＲおよびＢのＰ偏光光が射出される。また、照明光学系１から射出される光束は、略平行光（略テレセントリック光）である。

照明光学系１からのＧのＳ偏光光とＲおよびＢのＰ偏光光は色分解合成プリズム２に入射する。

色分解合成プリズム２では、入射したＲ，Ｇ，Ｂの偏光光を、波長選択性偏光膜であるダイクロイック偏光膜（これについては後述する）により分離し、さらに検光して画像形成素子としての反射型液晶パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに導く。

反射型液晶パネル（以下、単にパネルという）５Ｒ，５Ｇ，５Ｂには駆動回路１１が接続されており、該駆動回路１１には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、テレビチューナ等の画像供給装置から画像情報が入力される。駆動回路１１は、入力された画像情報に応じてパネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを駆動する。

パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに入射したＲ，Ｇ，Ｂの偏光光は、該パネルに形成された画像に応じて変調され、かつ反射される。パネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂで反射したＲ，Ｇ，Ｂの偏光光光は、再び色分解合成プリズム２に入射し、ここでダイクロイック偏光膜により色合成され、色分解合成プリズム２から射出する。

色分解合成プリズム２から射出した色合成光は、投射光学系３によって不図示のスクリーン等の被投射面に投射される。

図１には、本実施例の色分解合成プリズムと３つの液晶パネルにより構成される画像形成光学系を示す。

色分解合成プリズム２は、８つの二等辺三角形の外面を有する八面体を基本形状にして構成されている。ここでは、該八面体の頂点にＡ〜Ｆの符号を付す。

色分解合成プリズム２は、図２（Ａ）〜（Ｄ）に示す互いに同一形状の４つの小プリズム（プリズム部材）を貼り合わせて（接合して）構成される。

図２（Ａ）に示す第１小プリズム２１は、４つの面で構成される４面体からなり、色分解合成プリズム２の頂点Ａ，Ｅ，Ｂ，Ｆに対応する４つの頂点を有する。図２（Ｂ）に示す第２小プリズム２２は、４つの面で構成される４面体からなり、色分解合成プリズム２の頂点Ａ，Ｄ，Ｅ，Ｆに対応する４つの頂点を有する。

図２（Ｃ）に示す第３小プリズム２３は、４つの面で構成される４面体からなり、色分解合成プリズム２の頂点Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｆに対応する４つの頂点を有する。図２（Ｄ）に示す第４小プリズム２４は、４つの面で構成される４面体からなり、色分解合成プリズム２の頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｆに対応する４つの頂点を有する。

なお、以下の説明では、各小プリズムにおいて色分解合成プリズム２の頂点Ａ〜Ｆに対応する頂点にも、Ａ〜Ｆの符号を付す。

第１小プリズム２１を構成する４つの面のうち、面ＡＢＦと面ＡＥＦは辺ＡＦにおいて互いに直交する。第２小プリズム２２を構成する４つの面のうち、面ＡＤＦと面ＡＥＦは辺ＡＦにおいて互いに直交する。第３小プリズム２３を構成する４つの面のうち、面ＡＦＣと面ＡＤＦは辺ＡＦにおいて互いに直交する。第４小プリズム２４を構成する４つの面のうち、面ＡＢＦと面ＡＣＦは辺ＡＦにおいて互いに直交する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）には、第１〜第４小プリズム２１〜２４の貼り合わせの様子を示している。

図３（Ａ）に示すように、第１小プリズム２１と第２小プリズム２２は互いに面ＡＥＦにて貼り合わされる。同様に、第２小プリズム２２と第３小プリズム２３は互いに面ＡＤＦにて貼り合わされる。さらに、第３小プリズム２３と第４小プリズム２４は互いに面ＡＣＦにて貼り合わされる。また、第４小プリズム２４と第１小プリズム２１は互いに面ＡＢＦにて貼り合わされる。

このように、第１〜第４小プリズム２１〜２４がそれぞれの辺ＡＦを互いに一致させるように（それぞれの辺ＡＦが接するように）貼り合わされることにより、貼り合わせ面が互いに直交する２方向に延びる一体の色合成分解プリズム２が構成される。但し、実際には各小プリズムの貼り合わせ面間にはダイクロイック偏光膜が配置される。このため、微視的には第１〜第４小プリズム２１〜２４の辺ＡＦは完全に一致するわけではなく、ダイクロイック偏光膜と接着剤の厚さに応じた寸法だけ離れて互いに近接して配置されることになる。しかし、以下の説明では、第１〜第４小プリズム２１〜２４の辺ＡＦが一致しているものとみなして説明する。

これを前提として言い換えれば、色分解合成プリズム２は、第１〜第４小プリズム２１〜２４を、それぞれの辺ＡＦを対称軸（第１軸）ＡＦに一致させるように貼り合わせて構成されたものとも言える。

図３（Ｂ）に示すように、貼り合わせ面ＡＢＦＤには、第１の波長選択性偏光膜としてのダイクロイック偏光膜Ｉが配置される。図３（Ｃ）に示すように、貼り合わせ面ＡＣＦＥには、第２の波長選択性偏光膜としてのダイクロイック偏光膜ＩＩが配置される。これにより、ダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩは、第１〜第４小プリズム２１〜２４の貼り合わせ部において、対称軸ＡＦにて互いに直交する２つの平面に沿うようにクロス配置される。各ダイクロイック偏光膜の具体的な構成と特性については後述する。

次に、図４（Ａ）〜（Ｆ）を用いて、色分解合成プリズム２の光学面について説明する。図４（Ａ）に示すように、色分解合成プリズム２には、照明光学系１からの色分解前の光が入射する入射面としての開口部２５と、３つのパネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂが対向する透過面としての開口部と、色合成された光が投射レンズ３に向かって射出する射出面２６とを有する。

入射面としての開口部２５は、図４（Ｂ）に示すように、面ＡＥＢに設けられる。また、射出面としての開口部２６は、図４（Ｃ）に示すように、面ＡＣＤに設けられる。

また、図４（Ｄ）に示すように、透過面としての面ＥＢＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｇが配置される。図４（Ｅ）に示すように、透過面としての面ＤＥＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｒが配置される。さらに、図４（Ｆ）に示すように、透過面としての面ＢＣＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｂが配置される。

ここで、本実施例では、パネル５Ｇおよび面ＥＢＦと射出面ＡＣＤとは平行に配置されている。また、ダイクロイック偏光膜Ｉに関して、パネル５Ｇとパネル５Ｂとが鏡像関係となるように配置されている。さらに、ダイクロイック偏光膜ＩＩに関して、パネル５Ｇとパネル５Ｒとが鏡像関係となるように配置されている。また、パネル５Ｇ，５Ｂ，５Ｒは、投射レンズ３の光軸が各パネル面に垂直になるように配置されている。

なお、Ｒ，Ｇ，Ｂの波長領域のうち、本実施例ではＧの波長領域（例えば、５０５〜５８０ｎｍ）を第１の波長領域として、Ｂの波長領域（例えば、４３０〜４９５ｎｍ）を第２の波長領域として、Ｒの波長領域（例えば、５９０〜６５０ｎｍ）を第３の波長領域として扱う。また、第１の画像形成素子がパネル５Ｇ、第２の画像形成素子がパネル５Ｂ、第３の画像形成素子がパネル５Ｒである。

図５（Ａ），（Ｂ）にはそれぞれ、ダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩの特性を示す。ダイクロイック偏光膜Ｉは、Ｓ偏光光とＰ偏光光のそれぞれに対し、図５（Ａ）に点線および実線で示すような分光透過率特性を持つ。すなわち、ダイクロイック偏光膜Ｉは、ＧおよびＢの波長領域では入射したＰ偏光のほとんどを透過し、入射したＳ偏光のほとんどを反射する。また、Ｒの波長領域ではＰ偏光のほとんどを反射し、Ｓ偏光のほとんどを透過する。

言い換えれば、ダイクロイック偏光膜Ｉは、Ｇの波長領域光のＳ偏光光に対しては、Ｐ偏光光に対してよりも低い透過率を有する。また、Ｂの波長領域光のＰ偏光光に対しては、Ｓ偏光光に対してよりも高い透過率を有する。さらに、Ｒの波長領域のＰ偏光光に対しては、Ｓ偏光光に対してよりも低い透過率を有する。

一方、ダイクロイック偏光膜ＩＩは、Ｓ偏光光とＰ偏光光のそれぞれに対し、図５（Ｂ）に点線および実線で示すような分光透過率特性を持つ。すなわち、ダイクロイック偏光膜ＩＩは、ＧおよびＲの波長領域では入射したＰ偏光のほとんどを透過し、入射したＳ偏光のほとんどを反射する。また、Ｂの波長領域ではＰ偏光のほとんどを反射し、Ｓ偏光のほとんどを透過する。

言い換えれば、ダイクロイック偏光膜ＩＩは、Ｇの波長領域光のＳ偏光光に対しては、Ｐ偏光光に対してよりも低い透過率を有する。また、Ｂの波長領域光のＰ偏光光に対しては、Ｓ偏光光に対してよりも低い透過率を有する。さらに、Ｒの波長領域のＰ偏光光に対しては、Ｓ偏光光に対してよりも高い透過率を有する。

そして、図５（Ｃ）に示すように、本実施例では、照明光学系１からＧの波長領域のＳ偏光光を、ＲおよびＢの波長領域のＳ偏光光を色分解合成プリズム２の入射面に入射させる。照明光学系１からの光は、色分解合成プリズム２の対称軸ＡＦに対して斜めに入射する。

次に、色分解合成プリズム２における色分解、検光および色合成作用について説明する。なお、以下の説明において、上方および下方は、側面図での上方および下方を意味する。

図６（Ａ）には、色分解合成プリズム２においてＧ光が辿る光路を３方向から見た上面図および２つの側面図を示している。２つの側面図のうち面ＡＣＤ，ＦＣＤ側から見た図（右側の図）を以下、第１の側面図という。また、面ＡＢＣ，ＦＢＣ側から見た図（下側の図）を以下、第２の側面図という。

また、図６（Ｂ）には、照明光学系１からの入射光がパネル５Ｇに至るまでの光路を、図６（Ｃ）には、パネルＧからの反射光が投射レンズ３に至るまでの光路を示している。これら図６（Ｂ），（Ｃ）では、色分解合成プリズム２のうちダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩを抜き出して示している。

照明光学系１から入射面ＡＥＢ（開口部２５）を通って入射したＧのＳ偏光光（Ｇ−Ｓ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでも斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＥから射出してパネル５Ｇに到達する。また、ＧのＳ偏光光のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでも斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＥから射出してパネル５Ｇに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＧのＳ偏光光のほとんどがパネル５Ｇに入射する。

ここで、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩと面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉは互いに直交しており、照明光学系１から入射したＧのＳ偏光光から見ればいわゆるダハミラーとして機能する。すなわち、ＧのＳ偏光光は、ダイクロイック偏光膜Ｉから面ＦＢＥに向かう際、図６（Ａ）の第１の側面図で見ると、入射光と平行な方向に進む。また、図６（Ａ）の第２の側面図で見ると、直線Ａ′Ｆ′に入射したＧのＳ偏光光が該直線Ａ′Ｆ′に沿うように向きを変え、さらに直線Ａ′Ｆ′上で向きを代えて面ＦＢＥに向かうように進む。これがダハミラーによる反射作用である。

また、第２の側面図から分かるように、ＧのＳ偏光光は、面ＡＥＢに垂直に入射し、面ＦＢＥから垂直に射出する。さらに、面ＦＢＥから射出したＧのＳ偏光光は、パネル５Ｇに垂直に入射する。

パネル５Ｇに入射したＧ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＥＢＦから色分解合成プリズム２に再入射する。画像変調されたＧ光のＳ偏光成分は、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩと面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉのダハミラー機能によって斜め上方に２回反射され、照明光学系１側に戻されて投射光から除去される。

一方、画像変調されたＧ光のＰ偏光成分（Ｇ−Ｐ）であるＧ画像光は、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩと面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉを斜め上方に透過する。さらに、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉと面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩを斜め上方に透過して色分解合成プリズム２の面ＡＣＤ（開口部２６）から射出し、投射レンズ３に向かう。

図７（Ａ）には、色分解合成プリズム２においてＢ光が辿る光路を３方向から見た上面図および２つの側面図を示している。２つの側面図のうち面ＡＣＤ，ＦＣＤ側から見た図（右側の図）を以下、第１の側面図という。また、面ＡＢＣ，ＦＢＣ側から見た図（下側の図）を以下、第２の側面図という。

また、図７（Ｂ）には、照明光学系１からの入射光がパネル５Ｂに至るまでの光路を、図７（Ｃ）には、パネル５Ｂからの反射光が投射レンズ３に至るまでの光路を示している。これら図７（Ｂ），（Ｃ）では、色分解合成プリズム２のうちダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩを抜き出して示している。

照明光学系１から入射面ＡＥＢを通って入射したＢのＰ偏光光（Ｂ−Ｐ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉを斜め下方に透過する。そして、面ＦＢＣから射出してパネル５Ｂに到達する。また、ＢのＰ偏光光（Ｂ−Ｐ）のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここを斜め下方に透過した後、面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩで斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＣから射出してパネル５Ｂに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＢのＰ偏光光のほとんどがパネル５Ｂに入射する。

ここで、ダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射の際に、図７（Ａ）中の上面図で見ると、照明光学系１から入射したＢのＰ偏光光は、直線ＥＣで９０°折れ曲がるように反射して進む。

また、図７（Ａ）の第２の側面図から分かるように、ＢのＰ偏光光は、面ＡＥＢに垂直に入射し、面ＦＢＣから垂直に射出する。さらに、面ＦＢＣから射出したＢのＰ偏光光は、パネル５Ｂに垂直に入射する。

パネル５Ｂに入射したＢ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＦＢＣから色分解合成プリズム２に再入射する。

画像変調されたＢ光のうちＰ偏光成分とＢ画像光となるＳ偏光成分（Ｂ−Ｓ）は、以下のように進む。Ｐ偏光成分は、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過と面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射、又は面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射と面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過を経て照明光学系１側に戻る。これにより、投射光から除去される。

一方、Ｓ偏光成分（Ｂ画像光）は、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射と面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過、又は面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過と面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射を経て面ＡＣＤに向かう。そして、該面ＡＣＤから射出して、投射レンズ３に向かう。なお、Ｂ光に関して、各ダイクロイック偏光膜での透過および反射は、斜め上方に向かって行われる。

図８（Ａ）には、色分解合成プリズム２においてＲ光が辿る光路を３方向から見た上面図および２つの側面図を示している。２つの側面図のうち面ＡＣＤ，ＦＣＤ側から見た図（右側の図）を以下、第１の側面図という。また、面ＡＢＣ，ＦＢＣ側から見た図（下側の図）を以下、第２の側面図という。

また、図８（Ｂ）には、照明光学系１からの入射光がパネル５Ｒに至るまでの光路を、図８（Ｃ）には、パネル５Ｒからの反射光が投射レンズ３に至るまでの光路を示している。これら図８（Ｂ），（Ｃ）では、色分解合成プリズム２の一部のみを示している。

照明光学系１から入射面ＡＥＢを通って入射したＲのＰ偏光光（Ｒ−Ｐ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここを斜め下方に透過した後、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉで斜め下方に反射する。そして、面ＦＥＤから射出してパネル５Ｒに到達する。また、ＲのＰ偏光光（Ｂ−Ｐ）のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩを斜め下方に透過する。そして、面ＦＥＤから射出してパネル５Ｒに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＲのＰ偏光光のほとんどがパネル５Ｒに入射する。

ここで、ダイクロイック偏光膜Ｉでの反射の際に、図８（Ａ）中の上面図で見ると、照明光学系１から入射したＲのＰ偏光光は、直線ＤＢで９０°折れ曲がるように反射して進む。

また、図８（Ａ）の第２の側面図から分かるように、ＲのＰ偏光光は、面ＡＥＢに垂直に入射し、面ＦＥＤから垂直に射出する。さらに、面ＦＥＤから射出したＲのＰ偏光光は、パネル５Ｒに垂直に入射する。

パネル５Ｒに入射したＲ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＦＥＤから色分解合成プリズム２に再入射する。

画像変調されたＲ光のうちＰ偏光成分とＲ画像光となるＳ偏光成分（Ｒ−Ｓ）は、以下のように進む。Ｐ偏光成分は、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射と面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過、又は面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過と面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射を経て照明光学系１側に戻る。これにより、投射光から除去される。

一方、Ｓ偏光成分（Ｒ画像光）は、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過と面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射、又は面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射と面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過を経て面ＡＣＤに向かう。そして、該面ＡＣＤから射出して、投射レンズ３に向かう。なお、Ｒ光に関して、各ダイクロイック偏光膜での透過および反射は、斜め上方に向かって行われる。

以上のようにして色分解合成プリズム２の面ＡＣＤから射出して投射レンズ３に入射したＧのＰ偏光光、ＢおよびＲのＳ偏光光からなる色合成画像光は、被投射面に投射され、フルカラー画像を表示する。

表１には、本実施例の色分解合成プリズムの数値例を示す。色分解合成プリズム２の光学面は、８つの合同な二等辺三角形からなる立体形状として定義される八面体（仮想八面体）の面上に位置している。なお、実際の色分解合成プリズムでは、その外面に反射防止コート等のコーティングが施される場合があるが、この場合も、光学面が色分解プリズムの外面を構成するものとする。また、上記八面体の形状は、８つの二等辺三角形底辺と２つの斜辺の比を規定すれば確定する。

図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、該二等辺三角形ＡＢＣに関して、底辺ＢＣの長さをａとし、斜辺ＡＢ，ＡＣの長さをｂとする。また、高さをｃとする。

二等辺三角形ＡＢＣとこれと合同な３つの二等辺三角形ＡＢＥ，ＡＥＤ，ＡＤＣを斜辺で当接させてできる四角錐Ａ−ＢＣＤＥの高さをｈとする。また、図９（Ｃ）に示すように、四角錐Ａ−ＢＣＤＥの底面ＢＣＤＥと二等辺三角形ＡＢＣ（ＡＢＥ，ＡＥＤ，ＡＤＣ）のなす角度である底角をθとする。

なお、本実施例の色分解合成プリズム２は、対称軸（辺）ＡＦに直交する面ＢＣＤＥの両側に、２つの四角錐Ａ−ＢＣＤＥ，Ｆ−ＢＣＤＥが配置された形状を有する。

ｃ，ｈはａ，ｂを用いて次の式（１），（２）で表される。

本実施例の色分解合成プリズム２の基本形状となっている八面体の８つの面は全て二等辺三角形に含まれる正三角形であり、該八面体は正八面体として構成されている。すなわち、ａ＝１である場合、ｂ＝１であり、各寸法は表１の「プリズム１」の欄に示すようになる。このとき、底角θは５４，７°である。

入射面（面ＡＥＢ）に垂直に入射した光線５１は、色分解合成プリズム２の対称軸ＡＦに対して、θ＝５４．７°の角度をなす。図９（Ｃ）の断面図で考えると、対称軸ＡＦへの該光線５１の入射角度は、９０°−θより、３５．３°となる。図１（Ａ）において照明光学系１から色分解合成プリズム２に入射した光線に対し、色分解合成プリズム２から投射レンズ３に画像光として射出される光線５２は、この角度の２倍の７０．６°傾く。

図１０（Ａ）〜（Ｄ）には、本実施例の色分解合成プリズムに対して別の形状を有する色分解合成プリズムを示す。この図の色分解合成プリズム２′は、照明光学系１からの入射光と投射レンズ３への射出光とが直角をなすように構成されている。

すなわち、底角θが４５°となる形状であり、このときの各寸法を表１の「プリズム２」の欄に示す。色分解合成プリズム２′の基本形状となっている八面体を構成する二等辺三角形は、図１０（Ｂ）に示すようになる。

図１０（Ｃ）の断面図で考えると、入射面（面ＡＥＢ）に垂直に入射した光線（図示せず）は、対称軸ＡＦに対して４５°の角度をなす。

図１０（Ｄ）には、色分解合成プリズム２′を形成するための硝材の節約と、該プリズム２’の小型化と軽量化のために、光路として使用されない光学的に不要な各二等辺三角形の底面付近の部分をカットした形状を示す。この場合、色分解合成プリズム２′は、対称軸（辺）ＡＦに直交する面Ｍの両側に、２つの四角錐が配置され、両四角錐を直方体でつないだような形状を有する。

なお、上記色分解合成プリズム２，２′において、各辺の部分を面取りしたり、いずれかの面に遮光溝を形成してゴースト光を除去したりしてもよい。この場合も、面取り部や遮光溝がなかったとしたときの基本形状が、八面体や図１０（Ｄ）に示す形状のように、辺ＡＦに直交する面の両側に２つの四角錐部分があるものであれば、本発明に含まれる。このことは、後述するように、辺ＡＦに直交する面の両側に２つの四角錐台部分があるものについても同様である。

図１１（Ａ）〜（Ｄ）には、さらに別の形状の色分解合成プリズムを示す。実際の光束を考えると、入射面の開口部および射出面の開口部は、パネルに対向する開口部よりも大きくする必要がある。この色分解合成プリズム２″は、入射面の開口部、射出面の開口部およびパネルに対向する開口部をそれぞれ効率良く確保できるように構成されている。具体的には、色分解合成プリズム２″内での光束が、約８°のＦＮｏを持つ光線に関して最適になるようにしている。

表１に「プリズム３」の欄に各寸法を示すこの色分解合成プリズム２″では、底角θが６５．０°である。図１１（Ｃ）の断面図で考えると、入射面（面ＡＥＢ）に垂直に入射した光線（図示せず）は、対称軸ＡＦに対して２５°の角度をなす。このとき、図１１（Ｄ）に示すように、入射面および射出面の開口部２５，２６はそれぞれ、二等辺三角形ＡＥＢ，ＡＣＤに内接するように配置される。一方、パネルに対向する開口部、例えば、面ＦＤＢに対向するパネル５Ｇに対する開口部は、二等辺三角形ＦＤＢの底辺に接するように配置される。

この場合、色分解合成プリズム２″の上下の部分が光学的に不要であるため、この部分をカットすることができる。このとき、図１１（Ｅ）に示すように、それぞれ４つの台形状の面を有する２つの四角錐台の底面（辺ＡＦに直交する面）をつなげたような形状となり、小型化が可能である。

照明光学系１から図１１（Ａ）又は（Ｅ）に示す色分解合成プリズム２″入射する光線に対して、該プリズム２″から投射レンズ３に射出される画像光としての光線は、５０．０°傾く。本実施例では、パネルの縦横比を標準方式ＴＶと同じ約３：４を前提とする。この場合、二等辺三角形又は台形の底辺とパネル（画面）の長辺が平行になるようにパネルを配置するのが最適である。但し、パネルの配置方法はこれに限らず、パネルのサイズや縦横比に対して最適な配置方法を選択することが可能である。

表２には、数値例１の色分解合成プリズムに用いられるダイクロイック偏光膜Ｉの設計例を示す。ダイクロイック偏光膜Ｉは複数の薄膜を積層した多層膜であり、薄膜を構成する媒質（誘電体）を表４に示す。各媒質には、屈折率が高い順にＨ，Ｍ，Ｌの記号を付している。表２に示す多層膜は、４８層を積層したものであり、貼り合わせ面ＡＢＦＤに蒸着される。

図１２には、表２に示したダイクロイック偏光膜Ｉの入射角５０°でのＰ偏光およびＳ偏光の分光透過率を示す。波長約５８０ｎｍを境としてＰ偏光に対する特性（Ｔｐ５０）とＳ偏光に対する特性（Ｔｓ５０）が反転している。

約５８０ｎｍより短波長側のＢおよびＧ波長領域では、Ｓ偏光は９０〜１００％反射し、Ｐ偏光は９０〜１００％透過する。また、約５８０ｎｍより長波長側のＲ波長領域では、Ｓ偏光は９０〜１００％透過し、Ｐ偏光は９０〜１００％反射する。

表３には、数値例１の色分解合成プリズムに用いられるダイクロイック偏光膜ＩＩの設計例を示す。ダイクロイック偏光膜ＩＩも、ダイクロイック偏光膜Ｉと同様に、複数の薄膜を積層した多層膜であり、薄膜を構成する媒質（誘電体）を表５に示す。各媒質には、屈折率が高い順にＨ，Ｍ，Ｌの記号を付している。表３に示す多層膜は、４０層を積層したものであり、貼り合わせ面ＡＣＦＥに蒸着される。

図１３には、表３に示したダイクロイック偏光膜ＩＩの入射角５０°でのＰ偏光およびＳ偏光の分光透過率を示す。波長約５００ｎｍを境としてＰ偏光に対する特性（Ｔｐ５０）とＳ偏光に対する特性（Ｔｓ５０）が反転している。

約５００ｎｍより短波長側のＢ波長領域では、Ｓ偏光は９０〜１００％透過し、Ｐ偏光は９０〜１００％反射する。また、約５００ｎｍより長波長側のＧおよびＲ波長領域では、Ｓ偏光は９０〜１００％反射し、Ｐ偏光は９０〜１００％透過する。

なお、本発明の光学系において、色分解合成プリズムとパネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの配置関係は上記実施例１のものに限られない。例えば、実施例１において分解合成プリズムに対するパネル５Ｒとパネル５Ｂの位置を入れ替え、かつダイクロイック偏光膜Ｉとダイクロイック偏光膜ＩＩの位置を入れ替えてもよい。

本発明の光学系において、色分解合成プリズムとパネル５Ｒ，５Ｇ，５Ｂの配置関係は上記実施例１のものに限られない。図１４（Ａ）には、本発明の実施例２である色分解合成プリズムと３つの液晶パネルにより構成される画像形成光学系を示す。本実施例は、実施例１に対して、分解合成プリズムに対するパネル５Ｒとパネル５Ｂの位置を入れ替え、かつダイクロイック偏光膜Ｉとダイクロイック偏光膜ＩＩの位置を入れ替えたものに相当する。

なお、本実施例において、実施例１と同じ構成要素については実施例１と同符号を用いて説明する。本実施例の色分解合成プリズム１０２の構成および製作方法は、基本的に実施例１の色分解合成プリズムと同じであり、前述したように、ダイクロイック偏光膜Ｉとダイクロイック偏光膜ＩＩの位置が異なることのみ相違する。

色分解合成プリズム１０２は、図１４（Ｂ）に示すように、入射面としての開口部２５を面ＡＥＢに有する。また、図１４（Ｃ）に示すように、射出面としての開口部２６を面ＡＣＤに有する。

また、図１４（Ｄ）に示すように、透過面としての面ＥＢＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｇが配置される。

本実施例では、図１４（Ｅ）に示すように、透過面としての面ＤＥＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｂが配置される。さらに、図１４（Ｆ）に示すように、透過面としての面ＢＣＦに近接し、かつ対向するようにパネル５Ｒが配置される。

本実施例でも、実施例１と同様に、パネル５Ｇおよび面ＥＢＦと射出面ＡＣＤとは平行に配置されている。また、ダイクロイック偏光膜Ｉに関して、パネル５Ｇとパネル５Ｂとが鏡像関係となるように配置されている。さらに、ダイクロイック偏光膜ＩＩに関して、パネル５Ｇとパネル５Ｒとが鏡像関係となるように配置されている。また、本実施例でも、パネル５Ｇ，５Ｂ，５Ｒは、投射レンズ３の光軸が各パネル面に垂直になるように配置されている。

また、本実施例でも、実施例１と同様に、Ｇの波長領域を第１の波長領域として、Ｂの波長領域を第２の波長領域として、Ｒの波長領域を第３の波長領域として扱う。また、第１の画像形成素子がパネル５Ｇ、第２の画像形成素子がパネル５Ｂ、第３の画像形成素子がパネル５Ｒである。

本実施例では、貼り合わせ面ＡＢＦＤにダイクロイック偏光膜ＩＩが配置される。また、貼り合わせ面ＡＣＦＥにダイクロイック偏光膜Ｉが配置される。各ダイクロイック偏光膜の具体的な構成と特性は、実施例１で説明したものと同じである。

色分解合成プリズム１０２の入射面（開口部２５）には、実施例１と同様に、照明光学系１からのＧのＳ偏光光と、ＢおよびＲのＰ偏光光が入射する。

次に、色分解合成プリズム１０２における色分解、検光および色合成作用について説明する。なお、以下の説明において、上方および下方は、側面図での上方および下方を意味する。

色分解合成プリズム１０２においてＧのＳ偏光光が辿る光路は、実施例１において図６（Ａ）〜（Ｃ）で説明したものと同様である。但し、ダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩでの反射および透過の順序が異なる。ここでは、図６（Ａ）〜（Ｃ）における色分解合成プリズム２を１０２とし、ダイクロイック偏光膜ＩＩ，Ｉをそれぞれダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩと読み替えてＧのＳ偏光光の光路を簡単に説明する。

照明光学系１から入射面ＡＥＢ（開口部２５）を通って入射したＧのＳ偏光光（Ｇ−Ｓ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉでも斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＥから射出してパネル５Ｇに到達する。また、ＧのＳ偏光光のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩでも斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＥから射出してパネル５Ｇに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＧのＳ偏光光のほとんどがパネル５Ｇに入射する。

ＧのＳ偏光光に対して、互いに直交する２方向に延びるダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩは、いわゆるダハミラーとしての反射機能を有する。そして、ＧのＳ偏光光は、面ＦＢＥから垂直に射出して、パネル５Ｇに垂直に入射する。

パネル５Ｇに入射したＧ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＥＢＦから色分解合成プリズム１０２に再入射する。画像変調されたＧ光のうちＳ偏光成分は、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩと面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉのダハミラー機能によって斜め上方に２回反射され、照明光学系１側に戻されて投射光から除去される。

一方、画像変調されたＧ光のＰ偏光成分（Ｇ−Ｐ）であるＧ画像光は、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜ＩＩと面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜Ｉを斜め上方に透過する。さらに、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜Ｉと面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜ＩＩを斜め上方に透過して色分解合成プリズム１０２の面ＡＣＤ（開口部２６）から射出し、投射レンズ３に向かう。

図１５（Ａ）には、色分解合成プリズム１０２においてＲ光が辿る光路を３方向から見た上面図および２つの側面図を示している。２つの側面図のうち面ＡＣＤ，ＦＣＤ側から見た図（右側の図）を以下、第１の側面図という。また、面ＡＢＣ，ＦＢＣ側から見た図（下側の図）を以下、第２の側面図という。

また、図１５（Ｂ）には、照明光学系１からの入射光がパネル５Ｒに至るまでの光路を、図１５（Ｃ）には、パネル５Ｒからの反射光が投射レンズ３に至るまでの光路を示している。これら図１５（Ｂ），（Ｃ）では、色分解合成プリズム１０２のうちダイクロイック偏光膜Ｉ，ＩＩを抜き出して示している。

照明光学系１から入射面ＡＥＢを通って入射したＲのＰ偏光光（Ｒ−Ｐ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩを斜め下方に透過する。そして、面ＦＢＣから射出してパネル５Ｒに到達する。また、ＲのＰ偏光光（Ｒ−Ｐ）のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここを斜め下方に透過した後、面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜Ｉで斜め下方に反射する。そして、面ＦＢＣから射出してパネル５Ｒに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＲのＰ偏光光のほとんどがパネル５Ｒに入射する。

ここで、ダイクロイック偏光膜Ｉでの反射の際に、図１５（Ａ）中の上面図で見ると、照明光学系１から入射したＲのＰ偏光光は、直線ＥＣで９０°折れ曲がるように反射して進む。

また、図１５（Ａ）の第２の側面図から分かるように、ＲのＰ偏光光は、面ＡＥＢに垂直に入射し、面ＦＢＣから垂直に射出する。さらに、面ＦＢＣから射出したＲのＰ偏光光は、パネル５Ｒに垂直に入射する。

パネル５Ｒに入射したＢ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＦＢＣから色分解合成プリズム１０２に再入射する。

画像変調されたＲ光のうちＰ偏光成分とＲ画像光となるＳ偏光成分（Ｒ−Ｓ）は、以下のように進む。Ｐ偏光成分は、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過と面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射、又は面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射と面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過を経て照明光学系１側に戻る。これにより、投射光から除去される。

一方、Ｓ偏光成分（Ｂ画像光）は、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射と面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過、又は面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過と面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射を経て面ＡＣＤに向かう。そして、該面ＡＣＤから射出して、投射レンズ３に向かう。なお、Ｒ光に関して、各ダイクロイック偏光膜での透過および反射は、斜め上方に向かって行われる。

図１６（Ａ）には、色分解合成プリズム１０２においてB光が辿る光路を３方向から見た上面図および２つの側面図を示している。２つの側面図のうち面ＡＣＤ，ＦＣＤ側から見た図（右側の図）を以下、第１の側面図という。また、面ＡＢＣ，ＦＢＣ側から見た図（下側の図）を以下、第２の側面図という。

また、図１６（Ｂ）には、照明光学系１からの入射光がパネル５Ｂに至るまでの光路を、図１６（Ｃ）には、パネル５Ｂからの反射光が投射レンズ３に至るまでの光路を示している。これら図１６（Ｂ），（Ｃ）では、色分解合成プリズム１０２の一部のみを示している。

照明光学系１から入射面ＡＥＢを通って入射したＢのＰ偏光光（Ｂ−Ｐ）のうち、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉに入射した成分は、ここを斜め下方に透過した後、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜ＩＩで斜め下方に反射する。そして、面ＦＥＤから射出してパネル５Ｂに到達する。また、ＢのＰ偏光光（Ｂ−Ｐ）のうち、面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩに入射した成分は、ここで斜め下方に反射した後、面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉを斜め下方に透過する。そして、面ＦＥＤから射出してパネル５Ｂに到達する。こうして入射面ＡＥＢから入射したＲのＰ偏光光のほとんどがパネル５Ｂに入射する。

ここで、ダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射の際に、図１６（Ａ）中の上面図で見ると、照明光学系１から入射したＢのＰ偏光光は、直線ＤＢで９０°折れ曲がるように反射して進む。

また、図１６（Ａ）の第２の側面図から分かるように、ＢのＰ偏光光は、面ＡＥＢに入射し、面ＦＥＤから垂直に射出する。さらに、面ＦＥＤから射出したＢのＰ偏光光は、パネル５Ｂに垂直に入射する。

パネル５Ｂに入射したＢ光は、ここで画像変調されて反射され、面ＦＥＤから色分解合成プリズム１０２に再入射する。

画像変調されたＢ光のうちＰ偏光成分とＢ画像光となるＳ偏光成分（Ｂ−Ｓ）は、以下のように進む。Ｐ偏光成分は、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射と面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過、又は面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉでの透過と面ＡＦＢのダイクロイック偏光膜ＩＩでの反射を経て照明光学系１側に戻る。これにより、投射光から除去される。

一方、Ｓ偏光成分（Ｂ画像光）は、面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過と面ＡＦＣのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射、又は面ＡＦＥのダイクロイック偏光膜Ｉでの反射と面ＡＦＤのダイクロイック偏光膜ＩＩでの透過を経て面ＡＣＤに向かう。そして、該面ＡＣＤから射出して、投射レンズ３に向かう。なお、Ｂ光に関して、各ダイクロイック偏光膜での透過および反射は、斜め上方に向かって行われる。

以上のようにして色分解合成プリズム１０２の面ＡＣＤから射出して投射レンズ３に入射したＧのＰ偏光光、ＲおよびＢのＳ偏光光からなる色合成画像光は、被投射面に投射され、フルカラー画像を表示する。

なお、本実施例においても、色分解合成プリズム１０２の具体的な形状は、表１で説明した「プリズム１」から「プリズム３」の形状や、図１０（Ｄ）および図１１（Ｅ）で説明した形状等を採用可能である。

また、上記実施例１，２では、４つの小プリズムを貼り合わせて色分解合成プリズムを構成する場合について説明したが、ここにいう各小プリズムが複数（例えば、２つ）のプリズムを貼り合わせて構成されたものであってもよい。言い換えれば、ダイクロイック偏光膜によって仕切られるプリズム部材が４つであれば、本発明に含まれる。

また、Ｒ，Ｇ，Ｂ用パネルの配置やＲ，Ｇ，Ｂの入射光の偏光方向は上記実施例１，２で説明したものに限定されない。パネルの配置や入射光の偏光方向に応じてダイクロイック偏光膜の特性を適宜調整すればよい。

また、実施例１，２では、貼り合わせ面ＡＢＦＤ，ＡＣＦＥのうち一方にダイクロイック偏光膜Ｉを、他方にダイクロイック偏光膜ＩＩを配置した場合について説明したが、ダイクロイック偏光膜の配置はこれに限られない。例えば、以下のようにしてもよい。

貼り合わせ面ＡＦＥには、図５（Ｂ）に示すダイクロイック偏光膜ＩＩを、貼り合わせ面ＡＦＢには、図５（Ａ）に示すダイクロイック偏光膜Ｉを配置する。また、貼り合わせ面ＡＦＣには、図１７（Ｂ）に示すように、ダイクロイック偏光膜ＩＩにおけるＧのＳ偏光光の透過率をＰ偏光光に対する透過率と同等に高くしたものに相当するダイクロイック偏光膜ＩＩ′を配置する。さらに、貼り合わせ面ＡＦＤには、図１７（Ａ）に示すように、ダイクロイック偏光膜ＩにおけるＧのＳ偏光光の透過率をＰ偏光光に対する透過率と同等に高くした５０％より高くしたものに相当するダイクロイック偏光膜Ｉ′を配置する。

このように、２つのダイクロイック偏光膜をクロス配置するだけでなく、４つのダイクロイック偏光膜をクロス配置するようにしてもよい。

さらに、上記実施例１，２では、Ｇの波長領域を第１の波長領域として、Ｂの波長領域を第２の波長領域として、Ｒの波長領域を第３の波長領域として扱った。しかし、本発明において、第１〜第３の波長領域がそのように限定されるわけではない。

また、上記実施例では、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクタについて説明したが、本発明における画像形成素子はこれに限らず、デジタルマイクロミラーデバイス等、他の画像形成素子（画像変調素子）を使用することができる。

本発明の実施例１である色分解合成プリズムの全体形状を示す図。 実施例１の色分解合成プリズムを構成する小プリズムを示す図。 実施例１の色分解合成プリズムの製作方法を示す図。 実施例１の色分解合成プリズムを用いたプロジェクタの構成と該色分解合成プリズムの光学面を示す図。 実施例１（および実施例２）の色分解合成プリズムに用いられるダイクロイック偏光膜の特性を示す図。 実施例１におけるＧ光の光路図。 実施例１におけるＢ光の光路図。 実施例１におけるＲ光の光路図。 実施例１における色分解合成プリズムの形状を示す図。 実施例１における色分解合成プリズムの他の形状を示す図。 実施例１における色分解合成プリズムのさらに他の形状を示す図。 実施例１におけるダイクロイック偏光膜（数値例）の分光特性を示すグラフ。 実施例１におけるダイクロイック偏光膜（数値例）の分光特性を示すグラフ。 本発明の実施例２である色分解合成プリズムを用いたプロジェクタの構成と該色分解合成プリズムの光学面を示す図。 実施例２におけるＲ光の光路図。 実施例２におけるＢ光の光路図。 実施例１、２の変形例である色分解合成プリズムに用いられるダイクロイック膜の特性を示す図。

符号の説明

１ 照明光学系
２，２′，２″，１０２ 色分解合成プリズム
２１〜２４ 小プリズム
３ 投射レンズ
Ｉ，ＩＩ ダイクロイック偏光膜

Claims (6)

1. 第１、第２および第３の画像形成素子と、
   互いに直交する２つの平面に沿って形成された第１および第２の波長選択性偏光膜と、該波長選択性偏光膜の間に配置された第１から第４のプリズム部材と、を備え、照明系からの光を波長領域に応じて前記第１から第３の画像形成素子に導き、該第１から第３の画像形成素子からの光を投射系に射出する色分解合成プリズムと、を有し、
   前記第１のプリズム部材は、３つの波長領域の光を入射させるための入射面と、前記３つの波長領域の光のうち前記波長選択性偏光膜において反射した１つの波長領域の光を射出および再入射させるための第１の透過面とを有し、
   前記第１のプリズム部材の両側に配置された第２および第３のプリズム部材はそれぞれ、前記波長選択性偏光膜において反射又は透過した他の２つの波長領域の光をそれぞれ射出および再入射させるための第２および第３の透過面を有し、
   前記第２および第３のプリズム部材の間であって、前記第１のプリズム部材とは反対側に配置された第４のプリズム部材は、前記第１から第３の透過面から再入射して前記波長選択性偏光膜において反射又は透過した前記３つの波長領域の光を射出するための射出面を有し、
   前記入射面、前記第１から第３の透過面および前記射出面からなる５つの光学面の位置関係が、８つの同一形状の二等辺三角形からなる立体形状として定義される八面体が有する８つの面のうち５つの面の位置関係に一致し、
   前記八面体における前記８つの二等辺三角形の底辺を含む正方形の面を挟んだ一方の側にある２つの面上に前記入射面と前記射出面が配置され、他方の側にある３つの面上に前記３つの透過面が配置されており、
   第１の波長領域において、前記第１および第２の波長選択性偏光膜はともに、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、
   第２の波長領域において、前記第１の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも高い特性を有し、前記第２の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、
   第３の波長領域において、前記第１の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも低い特性を有し、前記第２の波長選択性偏光膜は、前記入射面に入射する直線偏光と同じ偏光方向の直線偏光に対する透過率が、その偏光方向に直交する偏光方向の直線偏光に対する透過率よりも高い特性を有し、
   前記照明系からの第１の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜および前記第２の波長選択性偏光膜光膜での反射を経て前記第１の画像形成素子に到達させ、
   前記照明系からの第２の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での透過および前記第２の波長選択性偏光膜での反射を経て前記第２の画像形成素子に到達させ、
   前記照明系からの第３の波長領域の直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での反射および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記第３の画像形成素子に到達させ、
   前記第１の画像形成素子に到達した前記第１の波長領域の直線偏光のうち該第１の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記投射系に射出し、
   前記第２の画像形成素子に到達した前記第２の波長領域の直線偏光のうち該第２の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線光線を、前記第１の波長選択性偏光膜での反射および前記第２の波長選択性偏光膜での透過を経て前記投射系に射出し、
   前記第３の画像形成素子に到達した前記第３の波長領域の直線偏光のうち該第３の画像形成素子で反射する際に偏光方向が９０°回転させられた直線偏光を、前記第１の波長選択性偏光膜での透過および前記第２の波長選択性偏光膜での反射を経て前記投射系に射出することを特徴とする画像形成光学系。
2. 前記色分解合成プリズムは、互いに直交する２つの平面に沿って形成された第１および第２の波長選択性偏光膜と、それぞれ該第１および第２の波長選択性偏光膜の間に配置された４つのプリズム部材とを有し、
   前記４つのプリズム部材のうち、前記第１のプリズム部材は、前記照明系からの光を入射させる入射面と、前記第１の画像形成素子に対向する第１の透過面とを有し、
   前記第１のプリズム部材の両側に配置された第２および第３のプリズム部材はそれぞれ、前記第２および第３の画像形成素子に対向する第２および第３の透過面を有し、
   前記第２および第３のプリズム部材の間であって、前記第１のプリズム部材とは反対側に配置された第４のプリズム部材は、前記第１から第３の透過面からの光を前記投射系に射出する射出面を有し、
   前記第１の画像形成素子と前記射出面とが平行に配置され、
   前記第１の波長選択性偏光膜に関して、前記第１の画像形成素子と前記第２の画像形成素子とが鏡像関係となるように配置され、
   前記第２の波長選択性偏光膜に関して、前記第１の画像形成素子と前記第３の画像形成素子とが鏡像関係となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成光学系。
3. 請求項１または２に記載の画像形成光学系と、
   該画像形成光学系に光を導く照明系と、
   該画像形成光学系からの光を投射する投射系とを有することを特徴とする画像投射光学系。
4. 前記投射系の光軸は、前記各画像形成素子の入射出面に対して垂直であることを特徴とする請求項３に記載の画像投射光学系。
5. 請求項３または４に記載の画像投射光学系により画像を投射することを特徴とする画像投射装置。
6. 請求項５に記載の画像投射装置と、
   該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。