JP5166858B2 - 光学ユニット、照明装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１色成分光と、第２色成分光と、第１色成分光と第２色成分光との間に存する波長帯を有する第３色成分光とを用いた光学ユニット、照明装置及び投写型映像表示装置に関する。

従来、白色光を発する光源と、３色の光（赤成分光、緑成分光及び青成分光）に対応する３つの光変調素子と、３つの光変調素子から出射される光を合成するクロスダイクロイックキューブと、クロスダイクロイックキューブで合成された光を投写する投写手段とを有する投写型映像表示装置（照明装置）が知られている。

ここで、ランプのように白色光を発する光源を用いる投写型映像表示装置において、輝度の向上という観点では、赤成分光、緑成分光及び青成分光以外の追加色成分光（例えば、黄成分光）を利用することが好ましい。一方で、色純度の向上という観点では、赤成分光、緑成分光及び青成分光以外の追加色成分光（例えば、黄成分光）を利用しないことが好ましい。このように、輝度の向上及び色純度の向上は、トレードオフの関係にある。

これに伴って、（１）追加色成分光を変調する光変調素子を備えた４板式の投写型映像表示装置（例えば、特許文献１）、追加色成分光をカットする可動式のダイクロイックミラーを備えた投写型映像表示装置（例えば、特許文献２）などが提案されている。
特開２００２−２８７２４７号公報 特開２０００−１３７２８９号公報

しかしながら、４板式の投写型映像表示装置では、一つのクロスダイクロイックキューブで４色以上の光を合成することができない。従って、投写型映像表示装置は、複数のダイクロイックキューブ（又は、クロスダイクロイックキューブ）を有する必要があり、投写手段のバックフォーカスが長くなる。

この結果、３色の光を利用する投写型映像表示装置で用いられる投写手段を転用することができないため、投写型映像表示装置のコストが全体として上昇してしまう。

一方で、可動式のダイクロイックミラーを備えた投写型映像表示装置では、ダイクロイックミラーを機構的に動かす必要があり、故障が生じやすい。

そこで、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、輝度の向上及び色純度の向上を考慮しながら、コストの上昇や故障の発生を抑制することを可能とする光学ユニット、照明装置及び投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

第１の特徴に係る光学ユニットは、第１色成分光と、第２色成分光と、前記第１色成分光と前記第２色成分光との間に存する波長帯を有する第３色成分光とを分離及び合成する。光学ユニットは、色成分光の波長特性に応じて、前記第１色成分光を第１方向へ導くとともに、前記第２色成分光及び前記第３色成分光を含む合成光を第２方向へ導いて分離する分離光学素子（ダイクロイックミラー１１２）と、前記分離光学素子によって分離された前記合成光のうち、前記第２色成分光の偏光状態を変換せずに、前記第３色成分光の偏光状態を変換する偏光変換素子（偏光変換素子６０）と、前記偏光変換素子の光出射側に設けられており、前記第２色成分光を透過するとともに、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第１反射素子（反射素子６１）と、前記偏光変換素子によって前記第３色成分光の偏光状態が変換されることにより、前記分離光学素子で第３方向へ導かれる前記第３色成分光の光路上に設けられており、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第２反射素子（反射ミラー８０）と、前記分離光学素子と前記第２反射素子との間に設けられ、前記第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能な偏光調整素子（偏光調整素子７０）とを備える。

かかる特徴によれば、偏光変換素子及び第１反射素子は、第３色成分光の偏光状態を変換して分離光学素子側に反射する。偏光調整素子は、分離光学素子と第２反射素子との間において第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。

すなわち、偏光調整素子は、第２反射素子で反射されて分離光学素子側に導かれる第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。一方で、分離光学素子のカットオフ波長は、色成分光の偏光特性（偏光状態）によってシフトする。

これによって、第１色成分光と第３色成分光とを分離光学素子に合成させるか否かを電気的に制御することができる。従って、輝度の向上及び色純度の向上を考慮しながら、コストの上昇や故障の発生を抑制することができる。

第２の特徴に係る照明装置は、第１色成分光と、第２色成分光と、前記第１色成分光と前記第２色成分光との間に存する波長帯を有する第３色成分光とを少なくとも出射する光源（光源１０）を備える。照明装置は、前記光源から出射される光のうち、色成分光の波長特性に応じて、前記第１色成分光を第１方向へ導くとともに、前記第２色成分光及び前記第３色成分光を含む合成光を第２方向へ導いて分離する分離光学素子（ダイクロイックミラー１１２）と、前記分離光学素子によって分離された前記合成光のうち、前記第２色成分光の偏光状態を変換せずに、前記第３色成分光の偏光状態を変換する偏光変換素子（偏光変換素子６０）と、前記偏光変換素子の光出射側に設けられており、前記第２色成分光を透過するとともに、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第１反射素子（反射素子６１）と、前記偏光変換素子によって前記第３色成分光の偏光状態が変換されることにより、前記分離光学素子で第３方向へ導かれる前記第３色成分光の光路上に設けられており、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第２反射素子（反射ミラー８０）と、前記分離光学素子と前記第２反射素子との間に設けられ、前記第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能な偏光調整素子（偏光調整素子７０）とを備える。

第２の特徴において、前記光源は、白色光を発する白色光源である。照明装置は、前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態を揃える偏光光学素子（ＰＢＳアレイ３０）とを備える。前記分離光学素子には、前記偏光光学素子によって偏光状態が揃えられた前記第１色成分光、前記第２色成分光及び前記第３色成分光が入射する。

第２の特徴において、前記偏光光学素子は、前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態をＰ偏光に揃える。前記分離光学素子は、前記分離光学素子で反射された前記第１色成分光と前記第２反射素子で反射された前記第３色成分光とを合成する。

第２の特徴において、前記偏光光学素子は、前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態をＳ偏光に揃える。前記分離光学素子は、前記分離光学素子を透過した前記第１色成分光と前記第２反射素子で反射された前記第３色成分光とを合成する。

第２の特徴において、前記第１反射素子は、前記偏光変換素子の光出射面に設けられた誘電体多層膜である。

第３の特徴に係る投写型映像表示装置は、第１の特徴に係る照明装置と、前記照明装置から出射された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射された光を投射する投写手段とを備える。

第３の特徴において、前記光源は、白色光を発する白色光源である。前記光変調素子は、赤成分光を変調する赤変調素子と、緑成分光を変調する緑変調素子と、青成分光を変調する青変調素子とを含む。前記照明装置は、前記赤成分光、前記緑成分光、前記青成分光及び前記黄成分光に前記白色光を分離する色分離ユニットと、前記赤変調素子、前記緑変調素子及び前記青変調素子から出射された光を合成する色合成素子とをさらに有する。前記投写手段は、前記色合成素子から出射された光を投射する。前記第１色成分光は、前記緑成分光であり、前記第２色成分光は、前記赤成分光であり、前記第３色成分光は、前記黄色成分光である。

第３の特徴において、前記光源は、白色光を発する白色光源である。前記光変調素子は、赤成分光を変調する赤変調素子と、緑成分光を変調する緑変調素子と、青成分光を変調する青変調素子とを含む。前記照明装置は、前記赤成分光、前記緑成分光、前記青成分光及び前記黄成分光に前記白色光を分離する色分離ユニットと、前記赤変調素子、前記緑変調素子及び前記青変調素子から出射された光を合成する色合成素子とをさらに有する。前記投写手段は、前記色合成素子から出射された光を投射する。前記第１色成分光は、前記赤成分光であり、前記第２色成分光は、前記緑成分光であり、前記第３色成分光は、前記黄色成分光である。

本発明によれば、輝度の向上及び色純度の向上を考慮しながら、コストの上昇や故障の発生を抑制することを可能とする光学ユニット、照明装置及び投写型映像表示装置を提供することができる。

以下において、本発明の実施形態に係る照明装置及び投写型映像表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。

ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

［第１実施形態］
（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第１実施形態に係る投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。

図１に示すように、投写型映像表示装置１００は、光源１０と、フライアイレンズユニット２０と、ＰＢＳアレイ３０と、複数の液晶パネル４０（液晶パネル４０Ｒ、液晶パネル４０Ｇ、液晶パネル４０Ｂ）と、クロスダイクロイックプリズム５０と、偏光変換素子６０と、偏光調整素子７０と、反射ミラー８０とを有する。

光源１０は、白色光を発するＵＨＰランプなどである。すなわち、光源１０が発する光は、赤成分光、緑成分光及び青成分光を含む。白色光は、これらに加えて、黄成分光を含む。

具体的には、光源１０が発する光について、図２を参照しながら説明する。ここで、光量は、光源１０から発せられる光のエネルギーと比視感度との積によって導出される。

図２に示すように、比視感度は、緑色に相当する波長帯をピークとして、短波長（青色）側及び長波長（赤色）側となる程低下する傾向を有する。従って、ＵＨＰランプのような光源１０から発せられる光のエネルギーが、４４０ｎｍ付近（青色）、５５０ｎｍ付近（緑色）、５８０ｎｍ付近（黄色）に、この順でピークがあったとしても、光源１０が発する光量は、緑色に相当する波長帯で最も大きい。また、光源１０が発する光量は、緑色に相当する波長帯に次いで、黄色に相当する波長帯で大きい。

このように、黄色に相当する波長帯を有する光は、光源１０から発せられる光のエネルギー及び比視感度の面から、照明装置の出射光量に大きく貢献することが分かる。

なお、上述した４種類の色成分光について着目した場合には、青成分光の波長帯と緑成分光の波長帯とは隣接しており、緑成分光の波長帯と黄成分光の波長帯とは隣接しており、黄成分光の波長帯と赤成分光の波長帯とは隣接している。

フライアイレンズユニット２０は、光源１０が発する光を均質化する。具体的には、フライアイレンズユニット２０は、フライアイレンズ２０ａ及びフライアイレンズ２０ｂによって構成される。

フライアイレンズ２０ａ及びフライアイレンズ２０ｂは、それぞれ、複数の微少レンズによって構成される。各微少レンズは、光源１０が発する光が液晶パネル４０の全面に照射されるように、光源１０が発する光を集光する。

ＰＢＳアレイ３０は、フライアイレンズユニット２０から出射された光の偏光状態を揃える。第１実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、フライアイレンズユニット２０から出射された光をＰ偏光に揃える。

液晶パネル４０Ｒは、赤成分光の偏光方向を回旋させることによって赤成分光を変調する。液晶パネル４０Ｒの光入射面側には、一の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を透過して、他の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を遮光する入射側偏光板４１Ｒが設けられている。液晶パネル４０Ｒの光出射面側には、一の偏光方向（例えば、Ｐ偏光）を有する光を遮光して、他の偏光方向（例えば、Ｓ偏光）を有する光を透過する出射側偏光板４２Ｒが設けられている。

同様に、液晶パネル４０Ｇ及び液晶パネル４０Ｂは、それぞれ、緑成分光及び青成分光の偏光方向を回旋させることによって緑成分光及び青成分光を変調する。液晶パネル４０Ｇの光入射面側には、入射側偏光板４１Ｇが設けられており、液晶パネル４０Ｇの光出射面側には、出射側偏光板４２Ｇが設けられている。液晶パネル４０Ｂの光入射面側には、入射側偏光板４１Ｂが設けられており、液晶パネル４０Ｂの光出射面側には、出射側偏光板４２Ｂが設けられている。

クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶パネル４０Ｒ、液晶パネル４０Ｇ及び液晶パネル４０Ｂから出射された光を合成する。クロスダイクロイックプリズム５０は、投写レンズユニット１６０側に合成光を出射する。

偏光変換素子６０は、ダイクロイックミラー１１２を透過した赤成分光の光路上に設けられている。偏光変換素子６０は、後述するダイクロイックミラー１１２を透過した光のうち、赤成分光の偏光状態を変換せずに、黄成分光の偏光状態を変換する。偏光変換素子６０の詳細については後述する（図４及び図５を参照）。

偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２と反射ミラー８０との間において黄成分光の光路上に設けられている。具体的には、偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２で反射された黄成分光の光路上、かつ、反射ミラー８０で反射された黄成分光の光路上に設けられている。偏光調整素子７０は、黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。偏光調整素子７０は、黄成分光を透過する。偏光調整素子７０の詳細については後述する（図４及び図５を参照）。

反射ミラー８０は、偏光調整素子７０を透過した黄成分光を偏光調整素子７０側に反射する。すなわち、反射ミラー８０は、後述するダイクロイックミラー１１２で反射された黄成分光をダイクロイックミラー１１２側に反射する。

また、投写型映像表示装置１００は、ミラー群（ダイクロイックミラー１１１、ダイクロイックミラー１１２、反射ミラー１２１〜反射ミラー１２３）と、レンズ群（コンデンサレンズ１３１〜コンデンサレンズ１３３、コンデンサレンズ１４０Ｒ、コンデンサレンズ１４０Ｇ、コンデンサレンズ１４０Ｂ、リレーレンズ１５１〜リレーレンズ１５３）とを有する。

ダイクロイックミラー１１１は、波長特性に応じて色成分光を反射又は透過する機能を有する。具体的には、ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、青成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、赤成分光、緑成分光及び黄成分光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー１１１のカットオフ波長は、青成分光の波長帯と緑成分光の波長帯との間に設けられている。

ダイクロイックミラー１１２は、波長特性に応じて色成分光を反射又は透過する機能を有する。具体的には、ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１で反射された光のうち、赤成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１１で反射された光のうち、緑成分光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、緑成分光の波長帯と赤成分光の波長帯との間に設けられている。

ここで、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、色成分光の偏光特性（偏光状態）に応じてシフトする。具体的には、ダイクロイックミラー１１２は、黄成分光がＰ偏光である場合には、黄成分光を透過する。一方で、ダイクロイックミラー１１２は、黄成分光がＳ偏光である場合には、黄成分光を反射する。

具体的には、図３に示すように、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、色成分光の偏光状態に応じてシフトする。すなわち、色成分光がＳ偏光である場合には、色成分光がＰ偏光である場合よりも、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長が長波長側にシフトする。

色成分光がＰ偏光である場合には、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、緑成分光の波長帯と黄成分光の波長帯との間に設けられていると考えることができる。一方で、色成分光がＳ偏光である場合には、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、黄成分光の波長帯と赤成分光の波長帯との間に設けられていると考えることができる。

反射ミラー１２１は、青成分光を反射して青成分光を液晶パネル４０Ｂ側に導く。反射ミラー１２２及び反射ミラー１２３は、赤成分光を反射して赤成分光を液晶パネル４０Ｒ側に導く。

コンデンサレンズ１３１は、光源１０が発する白色光を集光するレンズである。コンデンサレンズ１３２は、ダイクロイックミラー１１１を透過した青成分光を集光する。コンデンサレンズ１３３は、ダイクロイックミラー１１１で反射された赤成分光、緑成分光及び黄成分光を集光する。

コンデンサレンズ１４０Ｒは、液晶パネル４０Ｒに赤成分光が照射されるように、赤成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｇは、液晶パネル４０Ｇに緑成分光が照射されるように、緑成分光を略平行光化する。コンデンサレンズ１４０Ｂは、液晶パネル４０Ｂに青成分光が照射されるように、青成分光を略平行光化する。

リレーレンズ１５１〜リレーレンズ１５３は、赤成分光の拡大を抑制しながら、液晶パネル４０Ｒ上に赤成分光を略結像する。

さらに、投写型映像表示装置１００は、投写レンズユニット１６０を有する。投写レンズユニット１６０は、クロスダイクロイックプリズム５０から出射された合成光（映像光）をスクリーン上などに投写する。

第１実施形態では、緑成分光が「第１色成分光」に相当する。赤成分光が「第２色成分光」に相当する。黄成分光が「第３色成分光」に相当する。

第１実施形態では、光源１０、ＰＢＳアレイ３０、偏光変換素子６０、反射素子６１、偏光調整素子７０、反射ミラー８０及びダイクロイックミラー１１２は、「照明装置」を構成する。なお、照明装置は、液晶パネル４０及び投写レンズユニット１６０を含まないことに留意すべきである。但し、照明装置は、他の光学素子を含む構成を有していてもよい。

第１実施形態では、偏光変換素子６０、反射素子６１、偏光調整素子７０、反射ミラー８０及びダイクロイックミラー１１２は、「光学ユニット」を構成する。

第１実施形態では、ダイクロイックミラー１１１及びダイクロイックミラー１１２は、赤成分光、緑成分光、青成分光及び黄成分光に白色光を分離する色分離ユニットを構成する。

（動作原理）
以下において、第１実施形態に係る動作原理について、図面を参照しながら説明する。図４及び図５は、第１実施形態に係る動作原理を示す図である。具体的には、図４は、黄成分光を利用するケースについて示しており、図５は、黄成分光を利用しないケースについて示している。なお、第１実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、光源１０が発する白色光の偏光状態をＰ偏光に揃えることを前提とする。

最初に、黄成分光を利用するケースについて図４を参照しながら説明する。図４に示すように、ダイクロイックミラー１１２は、緑成分光を第１方向に反射して、赤成分光を第２方向に透過する。ダイクロイックミラー１１２は、黄成分光がＰ偏光であるため、赤成分光とともに黄成分光を第２方向に透過する。

偏光変換素子６０は、赤成分光の偏光状態を変換せずに、黄成分光の偏光状態を変換する。具体的には、偏光変換素子６０は、黄成分光の偏光状態を線偏光（又は、円偏光）から円偏光（又は、線偏光）に変換する。偏光変換素子６０は、黄成分光の偏光方向を略４５°回旋してもよい。

偏光変換素子６０の光出射側には、赤成分光を透過するとともに、黄成分光を反射する反射素子６１が設けられている。反射素子６１は、偏光変換素子６０の光出射面に蒸着された誘電体多層膜である。

すなわち、反射素子６１によって黄成分光が反射されるため、黄成分光は、偏光変換素子６０を２回通ることになる。従って、偏光変換素子６０で偏光状態が変換された結果、Ｐ偏光を有する黄成分光は、Ｓ偏光を有する黄成分光に変換される。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光変換素子６０で反射された黄成分光がＳ偏光であるため、偏光調整素子７０（反射ミラー８０）側、すなわち、第３方向に黄成分光を反射する。

偏光調整素子７０は、黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。黄成分光を利用するケースでは、偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２で反射されたＳ偏光の黄成分光を円偏光に調整して透過する。偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射された円偏光の黄成分光をＰ偏光に調整して透過する。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光調整素子７０によって黄成分光がＰ偏光に調整されるため、反射ミラー８０で反射された黄成分光を透過する。すなわち、ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１２で反射された緑成分光と反射ミラー８０で反射された黄成分光とを合成する。

次に、黄成分光を利用しないケースについて図５を参照しながら説明する。図５に示すように、黄成分光を利用しないケースでは、偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２で反射されたＳ偏光の黄成分光を調整せずに透過する。同様に、偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射されたＳ偏光の黄成分光を調整せずに透過する。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光調整素子７０から出射された黄成分光がＳ偏光であるため、反射ミラー８０で反射された黄成分光を反射する。ダイクロイックミラー１１２で反射された黄成分光は、反射の繰り返しなどによって減衰し、結果的には利用されないことに留意すべきである。

（作用及び効果）
第１実施形態によれば、偏光変換素子６０及び反射素子６１は、黄成分光の偏光状態を変換してダイクロイックミラー１１２側に反射する。偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２と反射ミラー８０との間において黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。

すなわち、偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射されてダイクロイックミラー１１２側に導かれる黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。一方で、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、色成分光の偏光特性（偏光状態）によってシフトする。

これによって、緑成分光と黄成分光とをダイクロイックミラー１１２に合成させるか否かを電気的に制御することができる。従って、輝度の向上及び色純度の向上を考慮しながら、コストの上昇や故障の発生を抑制することができる。

［第２実施形態］
以下において、第２実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。

上述した第１実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、光源１０が発する白色光をＰ偏光に揃える。偏光変換素子６０は、ダイクロイックミラー１１２を透過した赤成分光の光路上に設けられている。ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１２で反射された緑成分光と反射ミラー８０で反射された黄成分光とを合成する。

一方で、第２実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、光源１０が発する白色光をＳ偏光に揃える。偏光変換素子６０は、ダイクロイックミラー１１２で反射された緑成分光の光路上に設けられている。ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１２を透過した赤成分光と反射ミラー８０で反射された黄成分光とを合成する。

第２実施形態では、赤成分光が「第１色成分光」に相当する。緑成分光が「第２色成分光」に相当する。黄成分光が「第３色成分光」に相当する。

（動作原理）
以下において、第２実施形態に係る動作原理について、図面を参照しながら説明する。図６及び図７は、第２実施形態に係る動作原理を示す図である。具体的には、図６は、黄成分光を利用するケースについて示しており、図７は、黄成分光を利用しないケースについて示している。なお、第２実施形態では、ＰＢＳアレイ３０は、光源１０が発する白色光の偏光状態をＳ偏光に揃えることを前提とする。

最初に、黄成分光を利用するケースについて図６を参照しながら説明する。図６に示すように、ダイクロイックミラー１１２は、緑成分光を第２方向に反射して、赤成分光を第１方向に透過する。ダイクロイックミラー１１２は、黄成分光がＳ偏光であるため、緑成分光とともに黄成分光を第２方向に反射する。

偏光変換素子６０は、緑成分光の偏光状態を変換せずに、黄成分光の偏光状態を変換する。具体的には、偏光変換素子６０は、黄成分光の偏光状態を線偏光（又は、円偏光）から円偏光（又は、線偏光）に変換する。偏光変換素子６０は、黄成分光の偏光方向を略４５°回旋してもよい。

偏光変換素子６０の光出射側には、緑成分光を透過するとともに、黄成分光を反射する反射素子６１が設けられている。反射素子６１は、偏光変換素子６０の光出射面に蒸着された誘電体多層膜である。

すなわち、反射素子６１によって黄成分光が反射されるため、黄成分光は、偏光変換素子６０を２回通ることになる。従って、偏光変換素子６０で偏光状態が変換された結果、Ｓ偏光を有する黄成分光は、Ｐ偏光を有する黄成分光に変換される。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光変換素子６０で反射された黄成分光がＰ偏光であるため、偏光調整素子７０（反射ミラー８０）側、すなわち、第３方向に黄成分光を透過する。

偏光調整素子７０は、黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。黄成分光を利用するケースでは、偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２を透過したＰ偏光の黄成分光を円偏光に調整して透過する。偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射された円偏光の黄成分光をＳ偏光に調整して透過する。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光調整素子７０によって黄成分光がＳ偏光に調整されるため、反射ミラー８０で反射された黄成分光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー１１２は、ダイクロイックミラー１１２を透過した赤成分光と反射ミラー８０で反射された黄成分光とを合成する。

次に、黄成分光を利用しないケースについて図７を参照しながら説明する。図７に示すように、黄成分光を利用しないケースでは、偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２を透過したＰ偏光の黄成分光を調整せずに透過する。同様に、偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射されたＰ偏光の黄成分光を調整せずに透過する。

ダイクロイックミラー１１２は、偏光調整素子７０から出射された黄成分光がＰ偏光であるため、反射ミラー８０で反射された黄成分光を透過する。ダイクロイックミラー１１２を透過した黄成分光は、透過の繰り返しなどによって減衰し、結果的には利用されないことに留意すべきである。

（作用及び効果）
第２実施形態によれば、偏光変換素子６０及び反射素子６１は、黄成分光の偏光状態を変換してダイクロイックミラー１１２側に反射する。偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー１１２と反射ミラー８０との間において黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。

すなわち、偏光調整素子７０は、反射ミラー８０で反射されてダイクロイックミラー１１２側に導かれる黄成分光の偏光状態を電気的に調整可能に構成されている。一方で、ダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長は、色成分光の偏光特性（偏光状態）によってシフトする。

これによって、赤成分光と黄成分光とをダイクロイックミラー１１２に合成させるか否かを電気的に制御することができる。従って、輝度の向上及び色純度の向上を考慮しながら、コストの上昇や故障の発生を抑制することができる。

［第３実施形態］
以下において、第３実施形態について図面を参照しながら説明する。以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第３実施形態では、第１実施形態と比べて、赤成分光の光路と青成分光の光路とが入れ替わっている。また、第３実施形態では、第１実施形態と比べて、偏光変換素子６０、偏光調整素子７０及び反射ミラー８０の配置が異なっている。

（投写型映像表示装置の構成）
以下において、第３実施形態に係る投写型映像表示装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図８は、第３実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。

図８に示すように、投写型映像表示装置１００は、ダイクロイックミラー１１１及びダイクロイックミラー１１２に代えて、ダイクロイックミラー２１１及びダイクロイックミラー２１２を有する。

ダイクロイックミラー２１１は、波長特性に応じて色成分光を反射又は透過する機能を有する。具体的には、ダイクロイックミラー２１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、赤成分光及び黄成分光を透過する。ダイクロイックミラー２１１は、ＰＢＳアレイ３０から出射された光のうち、緑成分光及び青成分光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー２１１のカットオフ波長は、赤成分光の波長帯と緑成分光の波長帯との間に設けられている。

ここで、ダイクロイックミラー２１１のカットオフ波長は、ダイクロイックミラー１１２と同様に、色成分光の偏光特性（偏光状態）に応じてシフトする。具体的には、ダイクロイックミラー２１１は、黄成分光がＰ偏光である場合には、黄成分光を透過する。一方で、ダイクロイックミラー１１２は、黄成分光がＳ偏光である場合には、黄成分光を反射する。

ダイクロイックミラー２１２は、波長特性に応じて色成分光を反射又は透過する機能を有する。具体的には、ダイクロイックミラー２１２は、ダイクロイックミラー２１１で反射された光のうち、青成分光を透過する。ダイクロイックミラー２１２は、ダイクロイックミラー２１１で反射された光のうち、緑成分光を反射する。すなわち、ダイクロイックミラー２１２のカットオフ波長は、緑成分光の波長帯と青成分光の波長帯との間に設けられている。

偏光変換素子６０は、ダイクロイックミラー２１１を透過した赤成分光の光路上に設けられている。偏光調整素子７０は、ダイクロイックミラー２１１で反射された黄成分光の光路上、かつ、反射ミラー８０で反射された黄成分光の光路上に設けられている。

これによって、第１実施形態と同様に、偏光調整素子７０を電気的に制御することによって、緑成分光に黄成分光を選択的に重畳される。

［その他の実施形態］
本発明は上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

上述した実施形態では、赤成分光、緑成分光及び青成分光以外の追加色成分光として黄成分光を利用するケースについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、マゼンタ成分光やシアン成分光を追加色成分光として利用しておもよい。

上述した実施形態では、反射素子６１は、偏光変換素子６０の光出射面に蒸着された誘電体多層膜であるが、これに限定されるものではない。具体的には、反射素子６１は、偏光変換素子６０から出射された光（赤成分光又は緑成分光）の光路上に設けられた反射ミラーであってもよい。なお、反射ミラーは、黄成分光を反射するとともに、他の色成分光（赤成分光又は緑成分光）を透過する。

第１実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。 第１実施形態に係る光源１０が発する光について説明する図である。 第１実施形態に係るダイクロイックミラー１１２のカットオフ波長について説明する図である。 第１実施形態に係る動作原理を示す図である。 第１実施形態に係る動作原理を示す図である。 第２実施形態に係る動作原理を示す図である。 第２実施形態に係る動作原理を示す図である。 第３実施形態に係る投写型映像表示装置１００を示す図である。

符号の説明

１０・・・光源、２０・・・フライアイレンズユニット、３０・・・ＰＢＳアレイ、４０・・・液晶パネル、４１・・・入射側偏光板、４２・・・出射側偏光板、５０・・・クロスダイクロイックプリズム、６０・・・偏光変換素子、６１・・・反射素子、７０・・・偏光調整素子、８０・・・反射ミラー、１００・・・投写型映像表示装置、１１１・・・ダイクロイックミラー、１１２・・・ダイクロイックミラー、１２１〜１２３・・・反射ミラー、１３１〜１３３・・・コンデンサレンズ、１４０・・・コンデンサレンズ、１５１〜１５３・・・リレーレンズ、１６０・・・投写レンズユニット、２１１・・・ダイクロイックミラー、２１２・・・ダイクロイックミラー

Claims (9)

1. 第１色成分光と、第２色成分光と、前記第１色成分光と前記第２色成分光との間に存する波長帯を有する第３色成分光とを分離及び合成する光学ユニットであって、
   色成分光の波長特性に応じて、前記第１色成分光を第１方向へ導くとともに、前記第２色成分光及び前記第３色成分光を含む合成光を第２方向へ導いて分離する分離光学素子と、
   前記分離光学素子で分離された前記合成光のうち、前記第２色成分光の偏光状態を変換せずに、前記第３色成分光の偏光状態を変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子の光出射側に設けられており、前記第２色成分光を透過するとともに、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第１反射素子と、
   前記偏光変換素子によって前記第３色成分光の偏光状態が変換されることにより、前記分離光学素子で第３方向へ導かれる前記第３色成分光の光路上に設けられており、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第２反射素子と、
   前記分離光学素子と前記第２反射素子との間に設けられ、前記第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能な偏光調整素子とを備えることを特徴とする光学ユニット。
2. 第１色成分光と、第２色成分光と、前記第１色成分光と前記第２色成分光との間に存する波長帯を有する第３色成分光とを少なくとも発する光源を備えた照明装置であって、
   前記光源が発する光のうち、色成分光の波長特性に応じて、前記第１色成分光を第１方向へ導くとともに、前記第２色成分光及び前記第３色成分光を含む合成光を第２方向へ導いて分離する分離光学素子と、
   前記分離光学素子で分離された前記合成光のうち、前記第２色成分光の偏光状態を変換せずに、前記第３色成分光の偏光状態を変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子の光出射側に設けられており、前記第２色成分光を透過するとともに、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第１反射素子と、
   前記偏光変換素子によって前記第３色成分光の偏光状態が変換されることにより、前記分離光学素子で第３方向へ導かれる前記第３色成分光の光路上に設けられており、前記第３色成分光を前記分離光学素子側に反射する第２反射素子と、
   前記分離光学素子と前記第２反射素子との間に設けられ、前記第３色成分光の偏光状態を電気的に調整可能な偏光調整素子とを備えることを特徴とする照明装置。
3. 前記光源は、白色光を発する白色光源であり、
   前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態を揃える偏光光学素子をさらに備え、
   前記分離光学素子には、前記偏光光学素子によって偏光状態が揃えられた前記第１色成分光、前記第２色成分光及び前記第３色成分光が入射することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記偏光光学素子は、前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態をＰ偏光に揃えており、
   前記分離光学素子は、前記分離光学素子で反射された前記第１色成分光と前記第２反射素子で反射された前記第３色成分光とを合成することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 前記偏光光学素子は、前記白色光源が発する前記白色光の偏光状態をＳ偏光に揃えており、
   前記分離光学素子は、前記分離光学素子を透過した前記第１色成分光と前記第２反射素子で反射された前記第３色成分光とを合成することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
6. 前記第１反射素子は、前記偏光変換素子の光出射面に設けられた誘電体多層膜であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
7. 請求項２に記載された照明装置と、前記照明装置から出射された光を変調する光変調素子と、前記光変調素子から出射された光を投射する投写手段とを備えることを特徴とする投写型映像表示装置。
8. 前記光源は、白色光を発する白色光源であり、
   前記光変調素子は、赤成分光を変調する赤変調素子と、緑成分光を変調する緑変調素子と、青成分光を変調する青変調素子とを含み、
   前記照明装置は、前記赤成分光、前記緑成分光、前記青成分光及び前記黄成分光に前記白色光を分離する色分離ユニットと、前記赤変調素子、前記緑変調素子及び前記青変調素子から出射された光を合成する色合成素子とをさらに有しており、
   前記投写手段は、前記色合成素子から出射された光を投射し、
   前記第１色成分光は、前記緑成分光であり、
   前記第２色成分光は、前記赤成分光であり、
   前記第３色成分光は、前記黄色成分光であることを特徴とする請求項７に記載の投写型映像表示装置。
9. 前記光源は、白色光を発する白色光源であり、
   前記光変調素子は、赤成分光を変調する赤変調素子と、緑成分光を変調する緑変調素子と、青成分光を変調する青変調素子とを含み、
   前記照明装置は、前記赤成分光、前記緑成分光、前記青成分光及び前記黄成分光に前記白色光を分離する色分離ユニットと、前記赤変調素子、前記緑変調素子及び前記青変調素子から出射された光を合成する色合成素子とをさらに有しており、
   前記投写手段は、前記色合成素子から出射された光を投射し、
   前記第１色成分光は、前記赤成分光であり、
   前記第２色成分光は、前記緑成分光であり、
   前記第３色成分光は、前記黄色成分光であることを特徴とする請求項７に記載の投写型映像表示装置。

Images