JP6465594B2 - 色分離合成系およびこれを用いた投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、色分離合成系およびこれを用いたプロジェクターなどの投射型表示装置に関する。特に、反射型の液晶パネルを用いたプロジェクターに関する。

近年、水銀ランプからの白色光束を赤色光、緑色光、青色光に分離し、各光束を別々の光路に導いて反射型の液晶パネルに入射させ、液晶パネルからの光束を合成プリズムで合成する色分離合成系が開発されている。

このような色分離合成系及びこれを用いたプロジェクターとして、特許文献１に記載された構成が知られている。

特許文献１では、１つのＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）に青色光と緑色光を入射させる技術を開示している。従来は１つのＰＢＳに複数の色光が入らないように所定の色光の光路を折り曲げるための光学系が必要であったが、特許文献１が開示している技術により、そのような光学系が不要となり、より小型な色分離合成系を実現することができる。

特開２０１１−２０９３９６号公報

ここで、ダイクロイックミラーやＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）のように、光束を波長や偏光方向に応じて分割する光学素子では、完全に所望の分割を行うことは困難である。例えば、Ｐ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射するＰＢＳにＰ偏光光が入射した場合、入射光の全てがＰＢＳを透過するわけではなく、一部の成分はＰＢＳに反射され、漏れ光として所望の光路とは異なる光路へと導かれてしまう。その結果、例えば黒表示を行いたいにも関わらず、漏れ光がスクリーンに投射されてしまい、コントラストが悪化するといいた現象が生じてしまう。

前述の特許文献１に記載された構成では従来よりも小型な色分離合成系を実現できる。しかしながら、黒色を表示する際に、反射型液晶パネルで変調されずにＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）に戻ってきたＰ偏光の青色光のうち、一部がＰＢＳで反射されるおそれがある。その結果、ＰＢＳで反射されたＰ偏光の青色光がクロスダイクロイックプリズムを透過してスクリーンに表示されてしまうおそれがある。

すなわち、漏れ光の影響によって、コントラストが悪化するおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の色分離合成系は、
互いに波長が異なるとともに所定の偏光方向に揃えられた第１色光と第２色光と第３色光とを、互いに異なる光路に導くとともに合成する色分離合成系であって、
第１色光と第２色光と第３色光とを合成する光合成素子と、
第１色光を第２色光及び第３色光とは異なる方向に導く第１色分離素子と、
前記第１色分離素子からの第１色光を第１光変調素子に導く第１光路変換素子と、
前記第１色分離素子からの第２色光及び第３色光のうち、第２色光を第２光変調素子に導き、第３色光を前記第２光変調素子とは異なる方向に導く第２光路変換素子と、
リレー光学系と、
前記リレー光学系からの第３色光を第３光変調素子に導く第３光路変換素子と、
前記第２光路変換素子からの第２色光を透過させるとともに第３色光を反射する第２色分離素子と、を備え、
前記リレー光学系は、前記第２光路変換素子と前記第３光路変換素子との間に設けられており、
前記第２色分離素子は、前記第２光路変換素子と前記光合成素子との間に設けられており、
前記第１光路変換素子は、前記第１色分離素子からの第１色光を前記第１光変調素子に導くとともに、前記第１光変調素子によって変調された第１色光を前記光合成素子に導く第１偏光分離素子であり、
前記第２光路変換素子は、前記第１色分離素子からの第２色光及び第３色光のうち、第２色光を前記第２光変調素子に導き、第３色光を前記第２光変調素子とは異なる方向に導くとともに、前記第２光変調素子によって変調された第２色光を前記光合成素子に導く第２偏光分離素子であり、
前記第３光路変換素子は、前記リレー光学系からの第３色光を前記第３光変調素子に導くとともに、前記第３光変調素子によって変調された第３色光を前記光合成素子に導く第３偏光分離素子であり、
前記第１光変調素子と前記第２光変調素子と前記第３光変調素子は、反射型液晶パネルであり、
前記第２偏光分離素子での透過率が半値となる光の波長をλ１とし、前記第２色分離素子での透過率が半値となる光の波長をλ２とするとき、
λ１ ＞ λ２ ［ｎｍ］
を満足することを特徴とする。

本発明によれば、漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例に係る光学系の構成図 本発明の第１実施例に係る波長選択性偏光ビームスプリッタ１２の特性図 本発明の第１実施例に係るトリミングフィルター７の特性図 本発明の第２実施例に係る光学系の構成図 本発明の第２実施例に係る波長選択性偏光ビームスプリッタ４２の特性図 本発明の第３実施例に係る光学系の構成図

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の相対配置などは、この発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、構成部品の相対位置などは、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨で規定されたものではない。

〔第１実施例〕
図１から図３を用いて本発明の第１実施例で示す色分離合成系及びこれを用いたプロジェクター（投射型表示装置）１００の構成を説明する。

図１は、本発明の第１実施例で示す色分離合成系及びこれを用いたプロジェクター１００の構成を示す図である。

まず、光源部の構成を説明する。

１は高圧水銀放電管等の発光管であり、発光管１から放射状に発せられた光束は、放物面リフレクタ２によって平行光束に変換される。発光管１及び放物面リフレクタ２によって光源部が構成されている。

次に、照明光学系２０の構成を説明する。

放物面リフレクタ２からの平行光束は、第１フライアイレンズ３で複数の部分光束に分割され、複数の部分光束は、第２フライアイレンズ４の各レンズセルの近傍に集光し、光源像を形成する。

第２フライアイレンズ４からの光束は、偏光変換素子５でＳ偏光光に変換され、第１ミラー６及びコンデンサーレンズ７を介して、後述の反射型液晶パネル（光変調素子）１８（１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ）を重畳的に照明する。なお、偏光変換素子５は、複数の偏光分離面、複数の反射面、複数の１／２波長板を備えている。

ここで、Ｓ偏光光とは、偏光変換素子５の偏光分離面の法線と、第２フライアイレンズ４からの光束の進行方向とに平行な面を主平面としたとき、主平面に直交する方向に振動している偏光光を示す。逆に、Ｐ偏光光とは、主平面に平行な方向に振動している偏光光を示す。

以上の第１フライアイレンズ３からコンデンサーレンズ７により、照明光学系２０が構成されている。

次に、色分離合成系の構成を説明する。

１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子（第３光変調素子）、緑用の反射型液晶表示素子（第２光変調素子）、青用の反射型液晶表示素子（第１光変調素子）である。

８は、青色光（第１色光）Ｒ１を透過して、緑色光（第２色光）Ｒ２および赤色光（第３色光）Ｒ３を反射するダイクロイックミラー（第１色分離素子）である。言い換えれば、ダイクロイックミラー８は、青色光Ｒ１を緑色光Ｒ２及び赤色光Ｒ３とは異なる方向に導く。

９および１０は、Ｓ偏光光を透過してＰ偏光光を反射する第１偏光板および第２偏光板である。第１偏光板９は、ダイクロイックミラー８と後述の第１ＰＢＳ１１との間に設けられている。また、第２偏光板９は、ダイクロイックミラー８と後述の波長選択性ＰＢＳ１２との間に設けられている。

１１は、Ｓ偏光光を反射してＰ偏光光を透過する第１ＰＢＳ（第１光路変換素子）である。第１ＰＢＳ１１は、ダイクロイックミラー８からの青色光Ｒ１を液晶パネル１８Ｂ（第１光変調素子）に導くとともに、液晶パネル１８Ｂによって変調された青色光Ｒ１を後述のクロスダイクロイックプリズム１９に導く第１偏光分離素子でもある。なお、ＰＢＳとは偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を示す。

１２は、緑色光Ｒ２のうちＳ偏光光を反射してＰ偏光光を透過し、赤色光Ｒ３を透過する波長選択性ＰＢＳ（第２光路変換素子）である。波長選択性ＰＢＳ１２は、ダイクロイックミラー８からの緑色光Ｒ２及び赤色光Ｒ３のうち、緑色光Ｒ２を液晶パネル１８Ｇに導く第２偏光分離素子でもある。さらに、波長選択性ＰＢＳ１２は、赤色光Ｒ３を液晶パネル１８Ｇとは異なる方向に導くとともに、液晶パネル１８Ｇによって変調された緑色光Ｒ２をクロスダイクロイックプリズム１９に導く第２偏光分離素子でもある。

波長選択性ＰＢＳ１２の特性は図２に示す通り、波長が５１０〜５８０ｎｍ程度の緑色光に対してはＰＢＳとして作用し、波長が６００〜６５０ｎｍ程度の赤色光に対してはＰＢＳとして作用しない。すなわち、波長選択性ＰＢＳ１２は、波長選択性ＰＢＳ１２に入射する２つの色光の波長に基づいて、２つの色光のうち、一方を透過させて他方を反射するとともに、Ｐ偏光光とＳ偏光光のうち、一方を透過させて他方を反射する。なお、図２の実線はＰ偏光光の特性、図２の破線はＳ偏光光の特性を示している。

また、波長選択性ＰＢＳ１２には互いに波長の異なる２つの色光が入射しており、具体的には、緑色光及び赤色光が波長選択性ＰＢＳ１２へ入射するように構成されている。さらに、波長選択性ＰＢＳ１２へ入射する２つの色光の偏光方向が等しく、具体的には、緑色光及び赤色光ともにＳ偏光光で波長選択性ＰＢＳ１２へ入射する。

２１は、波長選択性ＰＢＳ１２を透過した赤色光Ｒ３を液晶パネル１８Ｒに再結像させるリレー光学系２１である。リレー光学系２１は、正のパワーを有する第１のリレーレンズ１３、第２ミラー１４、正のパワーを有する第２のリレーレンズ１５で構成されている。言い換えれば、リレー光学系は、少なくとも１枚の正のパワーを有するレンズと、赤色光Ｒ３を反射する第２ミラー１４とを備える。なお、第２ミラー１４は平板のミラーではなく、ミラープリズムであっても良い。

１６は、Ｓ偏光光を反射して、Ｐ偏光光を透過する第２ＰＢＳ（第３光路変換素子）である。第２ＰＢＳ１６は、リレー光学系２１からの赤色光Ｒ３を液晶パネル１８Ｒに導くとともに、液晶パネル１８Ｒによって変調された赤色光Ｒ３をクロスダイクロイックプリズム１９に導く第３偏光分離素子でもある。

１７は、緑色光Ｒ２を透過して、赤色光Ｒ３を反射するトリミングフィルター（第２色分離素子）１７である。言い換えれば、トリミングフィルター１７は、緑色光Ｒ２及び赤色光Ｒ３のうち、一方を透過させ、他方を反射する。なお、トリミングフィルター１７は、波長選択性ＰＢＳ１２とクロスダイクロイックプリズム１９にとの間に設けられている。

トリミングフィルター１７の特性は図３に示すように、波長が５１０〜５８０ｎｍ程度の緑色光を透過させ、波長が６００〜６５０ｎｍ程度の赤色光を反射する。

１９は、液晶表示パネル１８で変調された青色光Ｒ１、緑色光Ｒ２、赤色光Ｒ３を合成するクロスダイクロイックプリズム（光合成素子）である。言い換えれば、クロスダイクロイックプリズム１９は、青色光Ｒ１と緑色光Ｒ２と赤色光Ｒ３とを合成する。

なお、クロスダイクロイックプリズム１９は、ダイクロ膜１９ａとダイクロイック膜１９ｂとを備えている。ダイクロイック膜１９ａは赤色光を反射して青色光及び緑色光を透過させ、ダイクロイック膜１９ｂは、青色光を反射して赤色光及び緑色光を透過させる。

３０は、第１ＰＢＳ１１からの色光の偏光方向を変換する１／２波長板（第３位相板）であり、１／２波長板３０は、第１ＰＢＳ１１とクロスダイクロイックプリズム１９との間に設けられている。

３１は、第２ＰＢＳ１６からの色光の偏光方向を変換する１／２波長板（第４位相板）であり、１／２波長板３１は、第２ＰＢＳ１６とクロスダイクロイックプリズム１９との間に設けられている。

このように、本発明の実施例で示す色分離合成系は、上述の符号８〜１２及び符号１６〜１７、１９、２１で示す光学素子を備える。また、より詳しくは、色分離合成系は、光源からの光束に含まれ、互いに波長が異なるとともに所定の偏光方向に揃えられた青色光Ｒ１と緑色光Ｒ２と赤色光Ｒ３とを、互いに異なる光路に導くとともに合成する。

次に、照明光学系２０を通過した後の光学的な作用を説明する。まず、青色光Ｒ１の光学的な作用について説明する。

照明光学系２０を通過したＳ偏光光の青色光Ｒ１はダイクロイックミラー８を透過して、さらに、第１偏光板９を透過する。前述のように、偏光変換素子５によってＳ偏光光に揃えられた状態で、各色光が照明光学系２０から出射するが、完全にＳ偏光光に揃えられるわけではなく、Ｐ偏光光もわずかに含まれる。そこで、第１偏光板９をダイクロイックミラー８と第１ＰＢＳ１１との間に設けることで、青色光Ｒ１に含まれる不要光成分であるＰ偏光光を反射して、Ｓ偏光の比率を高める。これにより、不要光成分によるコントラストの悪化を抑制することが可能となる。

第１偏光板９を透過したＳ偏光光の青色光Ｒ１は、第１ＰＢＳ１１に反射され、液晶パネル１８Ｂを照明する。白色あるいはカラー画像を表示する場合に、液晶表示素子１８ＢでＰ偏光光に変調された青色光Ｒ１（青色の画像光）は、第１ＰＢＳ１１及び１／２波長板３０を透過してＳ偏光光となる。そして、Ｓ偏光光となった青色光は、クロスダイクロイックプリズム１９を介して不図示の投影レンズでスクリーンに導かれる。

なお、黒色を表示する場合には、液晶パネル１８Ｂは青色光Ｒ１を変調せずにＳ偏光光のまま反射することで、青色光Ｒ１を光源側に戻す。

次に、緑色光Ｒ２の光学的作用について説明する。

照明光学系２０を通過したＳ偏光光の緑色光Ｒ２はダイクロイックミラー８に反射されて、第２偏光板１０を透過する。第２偏光板１０は、前述の第１偏光板９と同様に、緑色光Ｒ２および赤色光Ｒ３に含まれる不要光成分であるＰ偏光光を反射して、Ｓ偏光の比率を高める。

第２偏光板１０を透過したＳ偏光光の緑色光Ｒ２は、波長選択性ＰＢＳ１２に反射されて、液晶パネル１８Ｇを照明する。白色あるいはカラー画像を表示する場合には、液晶パネル１８Ｇで変調された緑色光Ｒ２（緑色の画像光）は、波長選択性ＰＢＳ１２を透過する。その後、緑色の画像光は、トリミングフィルター１７およびクロスダイクロイックプリズム１９を介して不図示の投影レンズでスクリーンに導かれる。

なお、黒色を表示する場合には、液晶パネル１８Ｇは緑色光Ｒ２を変調せずにＳ偏光光のまま反射することで、緑色光Ｒ２を光源側に戻す。

次に、赤色光Ｒ３の光学的作用について説明する。

照明光学系２０を通過したＳ偏光光の赤色光Ｒ３はダイクロイックミラー８に反射され、第２偏光板１０を透過する。第２偏光板１０を透過したＳ偏光光の赤色光Ｒ３は、波長選択性ＰＢＳ１２を透過する。

波長選択性ＰＢＳ１２を透過したＳ偏光光の赤色光Ｒ３は、リレー光学系２１を介して、第２ＰＢＳ１６へ導かれ、第２ＰＢＳ１６に反射され、液晶パネル１８Ｒを照明する。白色あるいはカラー画像を表示する場合に、液晶パネル１８ＲでＰ偏光光に変調された赤色光Ｒ１（赤色の画像光）は、第２ＰＢＳ１６及び１／２波長板３１を透過してＳ偏光光となる。Ｓ偏光光となった赤色光は、クロスダイクロイックプリズム１９を介して不図示の投影レンズでスクリーンに導かれる。

なお、黒色を表示する場合には、液晶パネル１８Ｒは赤色光Ｒ３を変調せずにＳ偏光光のまま反射することで、赤色光Ｒ３を光源側に戻す。

以上のように、青色光Ｒ１と緑色光Ｒ２と赤色光Ｒ３とをスクリーンに導き、カラー画像を表示することが可能となり、黒色の表示も可能である。

次に、トリミングフィルター１７の作用について説明する。

前述のように、ダイクロイックミラー８から波長選択性ＰＢＳ１２へ導かれるＳ偏光光の赤色光Ｒ３は波長選択性ＰＢＳ１２を透過する。しかし、実際には全ての赤色光Ｒ３が波長選択性ＰＢＳ１２を透過するのではなく、一部の赤色光Ｒ３は、波長選択性ＰＢＳ１２に反射されて、液晶パネル１８Ｇへ導かれてしまう。これは、一般的に、Ｐ偏光光は透過率が高く、Ｓ偏光光は反射率が高いためである。このように、本来であれば光学素子を透過する、あるいは反射されてほしいが、実際には光学素子で反射される、あるいは透過してしまう光が漏れ光となる。

液晶パネル１８Ｇへ導かれてしまった赤色光Ｒ３は、白色やカラー画像の表示を行う場合にはＳ偏光光からＰ偏光光へ変調されて液晶パネル１８Ｇから波長選択性ＰＢＳ１２へ入射する。前述のように、波長選択性ＰＢＳ１２は赤色光を透過させるために、液晶パネル１８Ｇから波長選択性ＰＢＳ１２へ導かれた赤色光は波長選択性ＰＢＳ１２を透過する。さらに、仮にトリミングフィルター１７が設けられていない場合には、波長選択性ＰＢＳ１２を透過したＰ偏光光の赤色光は、クロスダイクロイックプリズム１９へ向かう。

前述のように、Ｐ偏光光は透過率が高く、Ｓ偏光光は反射率が高い。このため、Ｐ偏光光の赤色光Ｒ３がクロスダイクロイックプリズム１９に入射すると、一部の赤色光Ｒ３はダイクロ膜１９ａを透過し、さらにダイクロ膜１９ｂも透過して、スクリーンに表示されてしまうおそれがある。

すなわち、トリミングフィルター１７が設けられていない場合には、赤色の漏れ光が余分な赤色光としてスクリーンに表示されてしまうために、色味が悪化してしまうおそれがある。

また、前述のように、黒色を表示する場合には、液晶パネル１８Ｒは赤色光Ｒ３を変調せずにＳ偏光光のまま反射することで、赤色光Ｒ３を光源側に戻す。より詳細には、液晶パネル１８Ｒで変調されない赤色光Ｒ３（赤色の非画像光）はＳ偏光光のため、第２ＰＢＳ１６に反射され、リレー光学系２１を介して、波長選択性ＰＢＳ１２に戻る。

このとき、波長選択性ＰＢＳ１２は完全に赤色光Ｒ３を透過させるのでなく、一部の赤色光Ｒ３は波長選択性ＰＢＳ１２に反射されて、クロスダイクロイックプリズム１９へ導かれてしまう。これは、図２に示すように、波長選択性ＰＢＳ１２は波長が６００〜６５０ｎｍ程度の光は偏光方向に依らずに透過させるが、前述のように、Ｐ偏光光は透過率が高く、Ｓ偏光光は反射率が高いためである。

仮にトリミングフィルター１７が設けられていない場合には、波長選択性ＰＢＳ１２に反射されてしまった赤色光Ｒ３（赤色の漏れ光）は、クロスダイクロイックプリズム１９を透過して、不図示の投影レンズでスクリーンに導かれてしまう。

すなわち、黒色を表示したいにも関わらず、赤色の漏れ光がスクリーンに表示されてしまうために、コントラストが悪化してしまうおそれがある。

なお、上述の白色やカラー画像の表示を行う場合に生じる赤色の漏れ光が、透過率の高いＰ偏光光であったのに対して、黒色を表示する場合に生じる赤色の漏れ光は反射率の高いＳ偏光光である。このため、黒色を表示する場合に生じる赤色の漏れ光による影響は、白色やカラー画像の表示を行う場合に生じる赤色の漏れ光による影響よりも少ないが、黒色を表示する場合に生じる赤色の漏れ光も、トリミングフィルター１７でカットすることが望ましい。

本発明の実施例においては、波長選択性ＰＢＳ１２とクロスダイクロイックプリズム１９との間にトリミングフィルター１７を設けている。これにより、赤色の漏れ光がクロスダイクロイックプリズム１９へ導かれることを抑制し、上述の漏れ光によるコントラストの悪化を抑制することが可能となる。

このように、本発明の実施例によれば、漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

さらに、前述の特許文献１に記載の構成と比較して、より小型な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。さらに、前述の特許文献２に記載の構成と比較して、より簡易な構成の色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例において、より好ましい条件について説明する。

波長選択性ＰＢＳ１２のＳ偏光光のカット波長をλ１とし、トリミングフィルター１７のカット波長をλ２とするとき、
λ１ ＞ λ２ ［ｎｍ］ （１）
を満足することが好ましい。

さらに、
λ１ ≧ λ２＋５ ［ｎｍ］ （２）
を満足するとより好ましく、さらには、
λ１ ≧ λ２＋１０ ［ｎｍ］ （３）
を満足するとより好ましい。なお、カット波長とは光学素子での透過率が５０％となる光束の波長であり、言い換えれば、透過率が半値となる波長である。

図２及び図３に示すように、本実施例において、λ１は６００ｎｍ、λ２は５９０ｎｍであり、上述の条件式を満足している。

図２に示すように波長がλ１近傍のＳ偏光光が、リレー光学系２１から波長選択性ＰＢＳ１２へ入射する場合、波長がλ１近傍のＳ偏光光のうち半分程度が波長選択性ＰＢＳ１２によって反射されて、ダイクロイックプリズム１９へ向かう。このとき、仮にλ２が６２０ｎｍであるために上述の条件式を逸脱している場合には、トリミングフィルター１７が、波長がλ１近傍のＳ偏光光を充分に反射できないおそれがある。すなわち、上述の条件式を逸脱すると、波長選択性ＰＢＳ１２からダイクロイックプリズム１９へ入射してしまう赤色の漏れ光が増加してしまうおそれがある。

このため、本発明の実施例で示す構成では、上述の条件式を満足することで、黒色を表示する場合に生じる赤色の漏れ光をトリミングフィルター１７がカットしている。これにより、漏れ光の影響をより抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

〔第２実施例〕
図４は本発明の第２実施例で示す色分離合成系及びこれを用いたプロジェクター１００の構成を示す図である。なお、図４において光源部、照明光学系２０は省略しているが、両者は前述の第１実施例と同様の構成である。

本実施例と前述の第１実施例との違いは、青色光と緑色光の光路を入れ替え、それに合わせて各光学素子の特性を変更した点である。

前述の第１実施例と同様に、１８Ｇは緑色用の反射型液晶素子であり、１８Ｂは青色光用の反射型液晶素子である。しかし、本実施例においては、前述の第１実施例における液晶パネル１８Ｇ及び液晶パネル１８Ｂとの互いの位置が入れ替わっている。

このため、ダイクロイックミラー３８は、緑色光Ｒ１２を透過させて青色光Ｒ１１及び赤色光Ｒ１３を反射する。さらに、波長選択性ＰＢＳ４２は、青色光Ｒ１１に対してはＰＢＳとして作用するとともに、赤色光Ｒ１３は透過させる。

なお、波長選択性ＰＢＳ４２の特性は、図５に示すように、波長が４４０〜５００ｎｍ程度の青色光に対してはＰ偏光光を透過させてＳ偏光光を反射するＰＢＳとして作用し、波長が６００〜６５０ｎｍ程度の赤色光については偏光方向によらずに透過させる。図５において、実線はＰ偏光光の特性、破線はＳ偏光光の特性を示している。

クロスダイクロイックプリズム４９が備えるダイクロイック膜４９ａ及びダイクロイック膜４９ｂの特性も前述の第１実施例と異なる。具体的には、ダイクロイック膜４９ａは、赤色光を反射して青色光及び緑色光を透過させ、ダイクロイック膜４９ｂは緑色光を反射して青色光及び赤色光を透過させる。

上述した光学素子以外の光学素子は、前述の第１実施例と同様の特性を備える。

不図示の照明光学系を通過した後の光学的な作用について説明する。まず、緑色光Ｒ１２の光学的作用について説明する。

不図示の照明光学系を通過したＳ偏光光の緑色光Ｒ１２はダイクロイックミラー３８を透過して、第１偏光板９を透過する。第１偏光板９を設けることによる効果は、前述の第１実施例と同様である。

第１偏光板９を透過したＳ偏光光の緑色光Ｒ１２は、第１ＰＢＳ１１で反射され、液晶パネル１８Ｇを照明する。液晶パネル１８ＧでＰ偏光光に変調された緑色光Ｒ１２（緑色の画像光）は、第１ＰＢＳ１１及び１／２波長板３０を透過してＳ偏光光となる。Ｓ偏光光となった緑色光は、クロスダイクロイックプリズム４９を介して不図示の投影レンズでスクリーンに導かれる。

次に、青色光Ｒ１１の光学的作用について説明する。

不図示の照明光学系を通過したＳ偏光光の青色光Ｒ１１はダイクロイックミラー３８で反射されて、第２偏光板１０を透過する。第２偏光板１０を設けることによる効果は、前述の第１実施例と同様である。

第２偏光板１０を透過したＳ偏光光の青色光Ｒ１１は、波長選択性ＰＢＳ４２で反射されて、液晶パネル１８Ｂを照明する。液晶表示パネル１８Ｂで変調された青色光Ｒ１１（青色の画像光）は、波長選択性ＰＢＳ４２を透過して、トリミングフィルター４７およびクロスダイクロイックプリズム４９を介して不図示の投影レンズでスクリーンに導かれる。

なお、赤色光Ｒ１３の光学的作用、赤色の漏れ光によるコントラストの悪化を、トリミングフィルター４７を設けることで抑制できる原理については、前述の第１実施例と同様である。

このように、前述の第１実施例から青色光と緑色光の光路を入れ替え、それに合わせて各光学素子の特性を変更した本実施例においても、漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

〔第３実施例〕
図６は本発明の第３実施例で示す色分離合成系及びこれを用いたプロジェクター１００の構成を示す図である。なお、図６において光源部、照明光学系２０は省略しているが、両者は前述の第１実施例と同様の構成である。

本実施例と前述の第１実施例との違いは、波長選択性１／２波長板（第１位相板）８２及び１／２波長板（第２位相板）８３をさらに備える点と、第２偏光分離素子として、波長選択性ＰＢＳ１２の代わりに、第３ＰＢＳ７２を用いている点である。

波長選択性１／２波長板８２は、ダイクロイックミラー８と第３ＰＢＳ７２との間に設けられており、緑色光Ｒ２及び赤色光Ｒ３のうち、一方の偏光方向を変換する。言い換えれば、波長選択性１／２波長板８２は、赤色光Ｒ３の偏光方向のみ変換し、緑色光の偏光方向は維持する。

１／２波長板８３は、リレー光学系２１と第２ＰＢＳ１６との間に設けられており、入射した光束の偏光方向を変換する。

上述した光学素子以外の光学素子は、前述の第１実施例と同様の特性を備える。

不図示の照明光学系を通過した後の光学的な作用について説明する。青色光Ｒ１の光学的作用については、前述の第１実施例と同様である。

緑色光Ｒ２の光学的作用については、第２偏光板を透過し、第３ＰＢＳ７２に入射する前に、波長選択性１／２波長板８２を透過する点以外は、前述の第１実施例と同様である。なお、波長選択性１／２波長板８２は前述のように、緑色光Ｒ２の偏光方向は維持するので、緑色光Ｒ２は波長選択性１／２波長板８２を透過しても、Ｓ偏光光のままである。

次に、赤色光Ｒ３の光学的作用について説明する。赤色光Ｒ３が第２偏光板１０を透過するまでは、前述の第１実施例と同様である。

第２偏光板１０を透過した赤色光Ｒ３は波長選択性１／２波長板８２に入射し、Ｓ偏光光からＰ偏光光へ変換される。従って、本実施例においては、前述の第１実施例と異なり、第２偏光板１０から出射する赤色光Ｒ３はＰ偏光光である。すなわち、本実施例においては、第３ＰＢＳ７２に入射する２つの色光の偏光方向が互いに異なり、具体的には緑色光はＳ偏光光で、赤色光はＰ偏光光で第３ＰＢＳ７２へ入射する。さらに、第３ＰＢＳ７２は、前述の波長選択性ＰＢＳ１２と異なり、第３ＰＢＳ７２へ入射する２つの色光の波長によらずに、Ｐ偏光光とＳ偏光光のうち、一方を透過させて他方を反射するように構成されている。

第３ＰＢＳ７２を透過したＰ偏光光の赤色光Ｒ３は、リレー光学系２１で反射されて、１／２波長板８３によってＰ偏光光からＳ偏光光へ変換されて、第２ＰＢＳ１６へ入射する。以後の、スクリーンに導かれるまでの赤色光Ｒ３の光学的作用は、前述の第１実施例と同様である。

また、本実施例においては、黒色を表示する場合に液晶パネル１８Ｒで変調されずに反射される赤色光Ｒ３は、第２ＰＢＳ１６に反射され、１／２波長板８３によってＳ偏光光からＰ偏光光に変換されて、Ｐ偏光光のままで第３ＰＢＳ７２へ入射する。しかし、Ｐ偏光光は第３ＰＢＳ７２を完全に透過するわけではなく、一部のＰ偏光光は第３ＰＢＳ７２に反射されて、クロスダイクロイックプリズム１９へ導かれてしまう。

仮に、トリミングフィルター１７が無い場合に、第３ＰＢＳ７２からクロスダイクロイックプリズム１９へ、Ｐ偏光光の赤色光が漏れ光として入射すると、ダイクロ膜１９ａ及び１９ｂを透過して、スクリーンに表示されてしまうおそれがある。

一般的に、Ｐ偏光光は透過率が高く、Ｓ偏光光は反射率が高い。このため、第３ＰＢＳ７２からクロスダイクロイックプリズム１９へ、Ｓ偏光光の赤色光が漏れ光として入射する場合（前述の第１実施例）よりも、赤色の漏れ光がＰ偏光光の場合（本実施例）の方が、コントラストがより悪化してしまうおそれがある。

このため、本実施例においては、第３ＰＢＳ７２とクロスダイクロイックプリズム１９との間にトリミングフィルター１７を設けている。これにより、黒色を表示する際の赤色の漏れ光がクロスダイクロイックプリズム１９へ導かれることを抑制し、上述の漏れ光によるコントラストの悪化を抑制することが可能となる。

すなわち、前述の第１実施例におけるトリミングフィルター１７の主な役割は、白色を表示する際に生じる赤色の漏れ光をカットすることであった。これに対して、本実施例におけるトリミングフィルター１７の主な役割は、黒色を表示する際に生じる赤色の漏れ光をカットすることである。

なお、前述の第１実施例においては、波長選択性ＰＢＳ１２を用いていたのに対して、本実施例では、波長によらず偏光分離する第３ＰＢＳ７２を用いている。このため、前述の第１実施例と比較して、より簡易な構成の色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置を提供することができる。

〔他の実施形態〕
前述した実施例では、赤色光用の液晶パネル１８Ｒがダイクロイックミラー８あるいは３８から最も遠い位置に設けられている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置であれば、例えば、青色光用の液晶パネル１８Ｂがダイクロイックミラー８あるいは３８から最も遠い位置に設けられている構成等であっても良い。もちろん、各色光の光路に合わせて、各光学素子の特性を調整する必要がある。

また、前述した実施例では、リレー光学系２１が備える第２ミラー１４が平面ミラーである構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置であれば、例えば、第２ミラー１４がプリズム型のミラーや球面ミラーである構成等を採用し、収差改善を行っても良い。

また、前述した実施例では、クロスダイクロイックプリズム１９と波長選択性ＰＢＳ１２との間にのみ、トリミングフィルター１７が設けられている構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１ＰＢＳ１１とクロスダイクロイックプリズム１９との間に、青色光を透過させて赤色光及び緑色光を反射する第２トリミングフィルターを設ける構成等であっても良い。さらに、第２ＰＢＳ１６と、クロスダイクロイックプリズム１９との間に、赤色光を透過させて青色光及び緑色光を反射する第３トリミングフィルターを設ける構成等であっても良い。

また、前述した実施例では、反射型液晶パネルを用いた構成を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。漏れ光の影響を抑制することが可能な色分離合成系及びこれを用いた投射型表示装置であれば、例えば、透過型液晶パネルを用いた構成等であっても良い。透過型液晶パネルを用いた構成においては、第１光路変換素子として、第１色光を光合成素子へ導くように反射する第２ミラーを用いても良い。さらに、第２光路変換素子として、第２色光を光合成素子へ導くように反射するとともに、第３色光を第２色光と異なる方向に導く第２ダイクロイックミラーを用いても良い。さらに、第３光路変換素子として、第３色光を光合成素子へ導くように反射する第３ミラーを用いても良い。

８ ダイクロイックミラー（第１色分離素子）
１１ 第１ＰＢＳ（第１光路変換素子）
１２ 波長選択性ＰＢＳ（第２光路変換素子）
１６ 第２ＰＢＳ（第３光路変換素子）
１７ トリミングフィルター（第２色分離素子）
１９ クロスダイクロイックプリズム（光合成素子）
２１ リレー光学系

Claims (8)

1. 互いに波長が異なるとともに所定の偏光方向に揃えられた第１色光と第２色光と第３色光とを、互いに異なる光路に導くとともに合成する色分離合成系であって、
   第１色光と第２色光と第３色光とを合成する光合成素子と、
   第１色光を第２色光及び第３色光とは異なる方向に導く第１色分離素子と、
   前記第１色分離素子からの第１色光を第１光変調素子に導く第１光路変換素子と、
   前記第１色分離素子からの第２色光及び第３色光のうち、第２色光を第２光変調素子に導き、第３色光を前記第２光変調素子とは異なる方向に導く第２光路変換素子と、
   リレー光学系と、
   前記リレー光学系からの第３色光を第３光変調素子に導く第３光路変換素子と、
   前記第２光路変換素子からの第２色光を透過させるとともに第３色光を反射する第２色分離素子と、を備え、
   前記リレー光学系は、前記第２光路変換素子と前記第３光路変換素子との間に設けられており、
   前記第２色分離素子は、前記第２光路変換素子と前記光合成素子との間に設けられており、
   前記第１光路変換素子は、前記第１色分離素子からの第１色光を前記第１光変調素子に導くとともに、前記第１光変調素子によって変調された第１色光を前記光合成素子に導く第１偏光分離素子であり、
   前記第２光路変換素子は、前記第１色分離素子からの第２色光及び第３色光のうち、第２色光を前記第２光変調素子に導き、第３色光を前記第２光変調素子とは異なる方向に導くとともに、前記第２光変調素子によって変調された第２色光を前記光合成素子に導く第２偏光分離素子であり、
   前記第３光路変換素子は、前記リレー光学系からの第３色光を前記第３光変調素子に導くとともに、前記第３光変調素子によって変調された第３色光を前記光合成素子に導く第３偏光分離素子であり、
   前記第１光変調素子と前記第２光変調素子と前記第３光変調素子は、反射型液晶パネルであり、
   前記第２偏光分離素子での透過率が半値となる光の波長をλ１とし、前記第２色分離素子での透過率が半値となる光の波長をλ２とするとき、
   λ１ ＞ λ２ ［ｎｍ］
   を満足することを特徴とする色分離合成系。
2. 前記第２偏光分離素子には互いに波長の異なる２つの色光が入射する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の色分離合成系。
3. 前記２つの色光の偏光方向は等しく、
   前記第２偏光分離素子は、前記２つの色光のうち一方の色光は前記一方の色光の偏光方向に基づいて前記一方の色光を透過あるいは反射するとともに、前記２つの色光のうち他方の色光は前記他方の色光の偏光方向に依らずに前記他方の色光を透過させる機能を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の色分離合成系。
4. 前記第１色分離素子と前記第１偏光分離素子との間に第１偏光板が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の色分離合成系。
5. 前記第１色分離素子と前記第２偏光分離素子との間に第２偏光板が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の色分離合成系。
6. 前記第１偏光分離素子からの色光の偏光方向を変換する第３位相板と、
   前記第３偏光分離素子からの色光の偏光方向を変換する第４位相板と、をさらに備え、前記第３位相板は、前記第１偏光分離素子と前記光合成素子との間に設けられており、前記第４位相板は、前記第３偏光分離素子と前記光合成素子との間に設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の色分離合成系。
7. 前記リレー光学系は、少なくとも１枚の正のパワーを有するレンズと、前記第３色光を反射するミラーとを備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記第１色光と前記第２色光と前記第３色光とを含む光束を出射する光源と、
   請求項１乃至７のいずれか１項に記載の色分離合成系と、
   前記光源からの光束を前記色分離合成系に導く照明光学系と、を備える、
   ことを特徴とする投射型表示装置。

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