JPH10133148A - Polarization color resolution optical system and polarization color resolution element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization color resolution optical system capable of performing color resolution and control of a polarization direction by the number of less parts while eliminating a loss in light quantity when it is used for a color liquid crystal projector. SOLUTION: The polarization color resolution optical system A is the polarization color resolution optical system color resolving incident light to three wavelength components of R, G, B, and emitting respective wavelength components as linear polarization, and is provided with first, second, third polarization color resolution elements 10, 20, 30 of a plane mirror type linearly arranged in order from a light source side. Respective elements are constituted of first, second reflection surfaces 11, 12 arranged at an opening angle of 120 deg. and a polarization separation surface 13 arranged bisecting this opening angle, and the first, second reflection surfaces 11, 12 are intersected with the polarization separation surface 13 on a straight line, and this cross line makes a part of a ridgeline.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、主としてカラー
液晶プロジェクターのような偏光方向の揃った複数の波
長成分を利用する装置に用いられ、光源から発する白色
光を色分解すると共に、それぞれの波長域の光の偏光方
向を揃える偏光分離色分解光学系に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is mainly used for an apparatus utilizing a plurality of wavelength components having a uniform polarization direction, such as a color liquid crystal projector. The present invention relates to a polarization separation color separation optical system that aligns the polarization directions of the light beams.

【０００２】[0002]

【従来の技術】カラー液晶プロジェクターは、ＢＧＲ
(青、緑、赤)の３つの波長成分用の液晶パネルと、光源
から発する白色光を各波長成分に色分解すると共に、偏
光方向を揃えて各液晶パネルに入射させる偏光分離色分
解光学系、そして、液晶パネルの画素毎の印可電圧の違
いにより変化する偏光の変化を利用して形成された各波
長成分の画像を合成してスクリーン上に投影する合成投
影光学系とを備えている。2. Description of the Related Art A color liquid crystal projector is a BGR.
A liquid crystal panel for three wavelength components (blue, green, and red) and a polarization separation color separation optical system that separates the white light emitted from the light source into each wavelength component and aligns the polarization direction to make it enter each liquid crystal panel. And a combined projection optical system that combines the images of the respective wavelength components formed using the change in polarization that changes due to the difference in the applied voltage for each pixel of the liquid crystal panel, and projects the image on a screen.

【０００３】従来のカラー液晶プロジェクターの偏光分
離色分解光学系は、偏光方向を揃えるための偏光板等の
偏光素子と、色分解するためのダイクロイックミラー等
の色分解素子とから構成されている。また、偏光板を利
用することによる光量の損失を防ぐため、偏光素子とし
て偏光ビームスプリッターを用い、これを透過した直線
偏光を輝度用の液晶パネルに入射させ、反射した成分を
ダイクロイックミラーで色分解して各色成分用の液晶パ
ネルに入射させる構成も従来から知られている。[0003] A polarization separation color separation optical system of a conventional color liquid crystal projector comprises a polarization element such as a polarizing plate for aligning the polarization direction and a color separation element such as a dichroic mirror for separating colors. In addition, in order to prevent the loss of light quantity due to the use of a polarizing plate, a polarizing beam splitter is used as a polarizing element, and the linearly polarized light that has passed through the polarizing beam splitter is incident on a liquid crystal panel for luminance, and the reflected component is separated by a dichroic mirror. A configuration in which the light is incident on a liquid crystal panel for each color component is also conventionally known.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
偏光色分解光学系は、光量の損失を抑えようとすると４
枚の液晶パネルが必要となり、部品点数が多くなると共
に、液晶パネルの制御も複雑になる。However, the conventional polarization and color separation optical system has been proposed to reduce the loss of light quantity.
This necessitates one liquid crystal panel, which increases the number of components and complicates the control of the liquid crystal panel.

【０００５】この発明は、上述した従来技術の課題に鑑
みてなされたものであり、カラー液晶プロジェクターに
利用する場合に、光量の損失をなくしつつ、少ない部品
点数で色分解と偏光方向の制御とを行うことができる偏
光色分解光学系を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and when used in a color liquid crystal projector, the color separation and the control of the polarization direction can be performed with a small number of parts while eliminating the loss of light quantity. It is an object of the present invention to provide a polarization color separation optical system capable of performing the following.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる偏光色
分解光学系は、上記の目的を達成させるため、入射光を
少なくとも第１、第２の波長成分に色分解すると共に、
それぞれの波長成分を直線偏光として射出させる偏光色
分解光学系であり、１２０°の開き角で配置された第
１、第２反射面と、開き角を二等分して配置された偏光
分離面とを有する偏光色分解素子を少なくとも２つ備
え、第１の偏光色分解素子は、入射光が直接入射する位
置に配置され、第１の波長成分を偏光分離面により偏光
分離すると共に偏光分離された第１の波長成分の２つの
偏光成分をそれぞれ第１、第２反射面で反射させ、第２
の偏光色分解素子は、第１の偏光色分解素子により偏光
分離されずに第１の偏光分離素子の第１、第２反射面の
いずれかを透過した光が入射する位置に配置され、第２
の波長成分を偏光分離面により偏光分離すると共に偏光
分離された第２の波長成分の２つの偏光成分をそれぞれ
第１、第２反射面で反射させることを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a polarized color separation optical system according to the present invention separates incident light into at least first and second wavelength components, and
A polarization color separation optical system that emits each wavelength component as linearly polarized light. The first and second reflection surfaces are disposed at an opening angle of 120 °, and the polarization separation surface is disposed at an angle of two. And at least two polarization color separation elements having the following. The first polarization color separation element is disposed at a position where the incident light is directly incident, and the first wavelength component is polarized and separated by the polarization separation surface while being polarized and separated. The two polarized components of the first wavelength component are reflected by the first and second reflecting surfaces, respectively,
Is disposed at a position where light transmitted through one of the first and second reflection surfaces of the first polarization separation element without being polarized and separated by the first polarization separation element enters, 2
Are separated by the polarization splitting surface, and the two polarized components of the second wavelength component, which have been polarized and separated, are reflected by the first and second reflecting surfaces, respectively.

【０００７】[0007]

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる偏光色分
解光学系の実施形態を説明する。図１は、実施形態の偏
光色分解光学系を利用したカラー液晶プロジェクターの
光学系を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a polarization color separation optical system according to the present invention will be described below. FIG. 1 shows an optical system of a color liquid crystal projector using the polarization color separation optical system of the embodiment.

【０００８】カラー液晶プロジェクターの光学系は、偏
光状態がランダムな白色光を発する光源部１、光源部１
からの光束をＢＧＲの各波長成分に色分解すると共に、
偏光方向を揃えて射出させる偏光分離色分解光学系Ａ
と、色分解された各波長成分の光束が入射する位置に配
置された液晶パネル２，３，４、各液晶パネルを透過し
た光束を合成してスクリーン５上に投影する合成投影光
学系Ｂとを備えている。光源部１は、キセノンランプ等
の偏光状態がランダムな白色光を発する光源１ａと、こ
の光源１ａから発した光束を一方側へ反射させる凹面鏡
１ｂとから構成される。The optical system of the color liquid crystal projector includes a light source unit 1 that emits white light having a random polarization state, and a light source unit 1.
From the light into color components of BGR wavelength components,
Polarization separation color separation optical system A that emits light with the polarization direction aligned
And liquid crystal panels 2, 3, and 4 arranged at positions where the color separated light fluxes of the respective wavelength components are incident, and a combined projection optical system B that combines the light fluxes transmitted through the liquid crystal panels and projects the combined light fluxes on a screen 5. It has. The light source unit 1 includes a light source 1a, such as a xenon lamp, that emits white light having a random polarization state, and a concave mirror 1b that reflects light emitted from the light source 1a to one side.

【０００９】偏光色分解光学系Ａは、光源側から順に直
線的に配置されたミラー型の第１、第２、第３の偏光色
分解素子１０，２０，３０を備えている。偏光色分解光
学系Ａの詳細については後述する。The polarization color separation optical system A includes first, second, and third polarization type color separation elements 10, 20, and 30 of a mirror type arranged linearly in order from the light source side. Details of the polarization color separation optical system A will be described later.

【００１０】偏光色分解素子１０，２０，３０により色
分解された光束は、それぞれ液晶パネル２，３，４に入
射する。第１の偏光色分解素子１０で反射された光束は
青色成分用液晶パネル２に入射し、第２の偏光色分解素
子２０で反射された光束は緑色成分用液晶パネル３に、
そして、第３の偏光色分解素子３０で反射された光束は
赤色成分用液晶パネル４に入射する。The light beams color-separated by the polarization color separation elements 10, 20, 30 are incident on liquid crystal panels 2, 3, and 4, respectively. The light flux reflected by the first polarization color separation element 10 is incident on the blue component liquid crystal panel 2, and the light flux reflected by the second polarization color separation element 20 is transmitted to the green component liquid crystal panel 3.
Then, the light beam reflected by the third polarization color separation element 30 enters the red component liquid crystal panel 4.

【００１１】液晶パネルは、二次元に配列した多数の画
素を持つＴＮ(ツイストネマティック)型の液晶板であ
り、各画素は印加電圧の変化に応じて旋光性を変化させ
る。電圧が印加されない画素は入射する直線偏光の方向
を９０度回転させ、印加電圧が高くなるほど旋光角度が
小さくなる。各液晶パネルの後方には、偏光板２ａ，３
ａ，４ａが隣接して設けられており、それぞれの偏光板
の透過軸は液晶板に入射する直線偏光を透過する方向に
定められている。したがって、液晶パネルの各画素への
印加電圧の違いによる旋光性の変化が、偏光板を透過す
る光量の変化となり、画素単位の透過率を制御すること
により各色毎の二次元画像を形成することができる。The liquid crystal panel is a TN (twisted nematic) type liquid crystal plate having a large number of two-dimensionally arranged pixels, and each pixel changes optical rotation according to a change in applied voltage. Pixels to which no voltage is applied rotate the direction of incident linearly polarized light by 90 degrees, and the higher the applied voltage, the smaller the angle of optical rotation. Behind each liquid crystal panel, polarizing plates 2a, 3
a and 4a are provided adjacent to each other, and the transmission axis of each polarizing plate is set in the direction of transmitting linearly polarized light incident on the liquid crystal plate. Therefore, a change in optical rotation due to a difference in voltage applied to each pixel of the liquid crystal panel results in a change in the amount of light transmitted through the polarizing plate, and a two-dimensional image for each color is formed by controlling the transmittance in pixel units. Can be.

【００１２】それぞれの液晶パネルを透過した光束は、
合成投影光学系Ｂの各ビームスプリッター６，７とミラ
ー８とで合成され、投影レンズ９を介してスクリーン５
に投影される。第１のビームスプリッター６は、青成分
を反射させ、赤成分と緑成分とを透過させる特性を有
し、第２のビームスプリッター７は、少なくとも緑成分
を含む赤成分以外の光束を反射させ、赤成分を透過させ
る特性を有する。ミラー８は少なくとも赤成分を透過さ
せる特性を有するが、波長依存性を持たない一般的なミ
ラーを用いれば足りる。The luminous flux transmitted through each liquid crystal panel is
Each of the beam splitters 6 and 7 of the combined projection optical system B and the mirror 8 are combined, and the screen 5
Projected to The first beam splitter 6 has a property of reflecting a blue component and transmitting a red component and a green component, and the second beam splitter 7 reflects a light flux other than a red component including at least a green component. It has the property of transmitting the red component. The mirror 8 has a characteristic of transmitting at least the red component, but it is sufficient to use a general mirror having no wavelength dependency.

【００１３】図２は、偏光色分解光学系Ａを構成する各
偏光色分解素子の配列を示す斜視図である。３つの偏光
色分解素子１０，２０，３０は、図２に示されるように
全て同一形状であり、入射方向に沿って直線的に配置さ
れている。以下、第１の偏光色分解素子１０を代表させ
て偏光色分解素子の各面の配置と偏光変換の原理につい
て説明し、その後、各偏光色分解素子の各面毎に波長特
性について説明する。FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of each polarization color separation element constituting the polarization color separation optical system A. As shown in FIG. 2, the three polarization color separation elements 10, 20, and 30 have the same shape, and are linearly arranged along the incident direction. Hereinafter, the arrangement of each surface of the polarization color separation element and the principle of polarization conversion will be described as a representative of the first polarization color separation element 10, and then the wavelength characteristics will be described for each surface of each polarization color separation element.

【００１４】偏光色分解素子の基本面構成は、１２０°
の開き角で配置された第１、第２反射面１１，１２と、
この開き角を二等分して配置された偏光分離面１３とで
あり、第１、第２反射面１１，１２と偏光分離面１３と
が一直線上で交差し、この交線が稜線の一部をなすこと
を特徴とする。なお、面と面との角度は、２つの面の法
線を一平面内に含まれるように立てたときに、その平面
内で各面がなす角度として定義され、光線の入射角度
は、面の法線と入射光線とを含む入射面内で面の法線と
入射光線とのなす角度として定義される。この構成で入
射光線を第２反射面２と平行に、かつ、偏光分離面３に
対する入射角度が４５°となるように入射させることに
より、偏光状態がランダムな光束から偏光方向の揃った
直線偏光を得ることができる。The basic configuration of the polarization color separation element is 120 °.
First and second reflecting surfaces 11, 12 arranged at an opening angle of
The first and second reflection surfaces 11 and 12 and the polarization separation surface 13 intersect in a straight line, and the intersection line forms one of the ridge lines. It is characterized by forming a part. Note that the angle between surfaces is defined as the angle formed by each surface in the plane when the normal of the two planes is included in one plane. Is defined as the angle between the normal of the surface and the incident light within the incident plane that includes the normal to the incident light and the incident light. In this configuration, an incident light beam is made incident parallel to the second reflection surface 2 so that the incident angle with respect to the polarization separation surface 3 becomes 45 °, so that a linearly polarized light having a uniform polarization direction from a light beam having a random polarization state. Can be obtained.

【００１５】実施形態の素子は平面ミラー型であるた
め、上記の３面により構成されるが、入射光束、射出光
束の形状を示すため、図中では各光束と垂直な仮想的な
入射端面１４と射出端面１５とを定義する。この仮想的
な入射端面、射出端面を含めると、偏光色分解素子１０
の全体的な外的形状は、正方形を底面とする四角錐であ
り、その先端側の頂点が底面の１つの頂点に立てられた
法線上で正方形の一辺の長さと等しい高さを持つ。Since the device of the embodiment is of a plane mirror type, it is composed of the three surfaces described above. However, in order to show the shapes of the incident light beam and the outgoing light beam, a virtual incident end face 14 perpendicular to each light beam is shown in the drawing. And the emission end face 15 are defined. When the virtual incident end face and the exit end face are included, the polarization color separation element 10
Is a square pyramid whose base is a square, and whose apex on the tip side has a height equal to the length of one side of the square on a normal set to one vertex of the base.

【００１６】四角錐の直角二等辺三角形となる２つの側
面の一方が仮想的な入射端面１４とされ、これと直交す
る正方形の底面が仮想的な射出端面１５とされる。偏光
分離面１３は、仮想的な入射端面１４とのなす角度が４
５°、仮想的な射出端面１５とのなす角度が９０°とな
るよう配置されている。また、第１反射面１１が偏光分
離面１３に対してなす角度は６０°、仮想的な入射端面
１４および仮想的な射出端面１５に対してなす角度は共
に４５°となる。さらに、第２反射面１２が第１反射面
１１に対してなす角度は前述のように１２０°であり、
仮想的な入射端面４に対しては直交し、仮想的な射出端
面５に対してなす角度は４５°となる。第１、第２反射
面１１，１２と偏光分離面１３とは一直線上で交差し、
この交線が素子の稜線の一部を構成している。One of the two sides forming a right-angled isosceles triangle of a quadrangular pyramid is a virtual incident end face 14, and the square bottom surface orthogonal to this is a virtual exit end face 15. The angle between the polarization splitting surface 13 and the virtual incident end surface 14 is 4 °.
5 °, and the angle formed by the virtual injection end face 15 is 90 °. The angle formed by the first reflection surface 11 with respect to the polarization splitting surface 13 is 60 °, and the angle formed with the virtual incident end surface 14 and the virtual exit end surface 15 is both 45 °. Further, the angle formed by the second reflecting surface 12 with respect to the first reflecting surface 11 is 120 ° as described above,
The angle perpendicular to the virtual entrance end face 4 and the angle formed with the virtual exit end face 5 is 45 °. The first and second reflection surfaces 11 and 12 and the polarization separation surface 13 intersect on a straight line,
This intersection line forms a part of the ridge line of the element.

【００１７】ここで、図中下側となる先端側の頂点Ｏを
原点として入射光線の方向をｘ軸、ｘ軸と直交する面内
で互いに直交するｙ，ｚ軸を定義する。ｚ軸は、偏光分
離面３の入射面がｘ−ｚ平面と平行になるよう定義さ
れ、したがってｙ軸は射出光線と平行になる。仮想的な
射出端面を規定する他の４つの頂点の座標は、kを任意
の定数として、(0,k,0),(0,k,k),(k,k,k),(k,k,0)とな
る。また、各面を座標系を用いて表現すると、以下の通
りとなる。Here, the direction of the incident light is defined as the x axis, and the y and z axes orthogonal to each other in a plane orthogonal to the x axis are defined with the vertex O on the tip side, which is the lower side in the figure, as the origin. The z-axis is defined such that the plane of incidence of the polarization splitting surface 3 is parallel to the xz plane, and therefore the y-axis is parallel to the outgoing ray. The coordinates of the other four vertices defining the virtual emission end face are (0, k, 0), (0, k, k), (k, k, k), (k , k, 0). Also, when each surface is expressed using a coordinate system, it is as follows.

【００１８】 第１反射面 ｘ＝ｙ 第２反射面 ｙ＝ｚ 偏光分離面 ｘ＝ｚ 入射端面 ｘ＝０ 射出端面 ｙ＝ｋ (ｋ：定数)First reflection surface x = y Second reflection surface y = z Polarization separation surface x = z Incident end surface x = 0 Exit end surface y = k (k: constant)

【００１９】偏光色分解素子を使用する際には、図２に
示されるように、仮想的な入射端面１４に対して垂直に
光を入射させる。これにより、光は偏光分離面１３に対
する入射角度が４５°となり、かつ、第２反射面１２と
平行に入射する。光線の仮想的な入射端面１４に対する
入射ポイントをＰ0とすると、光は点Ｐ1で偏光分離面１
３に入射し、透過光は第１反射面１１の点Ｐ2で反射さ
れ、反射光は第２反射面１２上の点Ｐ3で反射される。
それぞれの反射面１１，１２で反射された光線は、仮想
的な射出端面１５上の点Ｐ4，Ｐ5から射出する。各反射
面での反射光は偏光分離面１３の入射面に対して垂直と
なり、かつ、仮想的な射出端面１５は偏光分離面１３の
入射面と平行であるため、２つの射出光は仮想的な射出
端面１５に対して垂直に射出する。When a polarization color separation element is used, light is incident perpendicularly to a virtual incident end face 14 as shown in FIG. Thereby, the light has an incident angle of 45 ° with respect to the polarization separation surface 13 and is incident parallel to the second reflection surface 12. Assuming that the incident point of the light beam with respect to the virtual incident end face 14 is P0, the light is polarized at the point P1 at the polarization separation surface 1.
3, the transmitted light is reflected at a point P2 on the first reflecting surface 11, and the reflected light is reflected at a point P3 on the second reflecting surface 12.
Light rays reflected by the respective reflecting surfaces 11 and 12 exit from points P4 and P5 on the virtual exit end surface 15. Since the light reflected by each reflection surface is perpendicular to the incident surface of the polarization splitting surface 13 and the virtual exit end surface 15 is parallel to the incident surface of the polarization separation surface 13, the two emitted lights are virtually Is emitted perpendicularly to the appropriate emission end face 15.

【００２０】偏光分離面１３上の点Ｐ1に４５°の入射
角度で入射した光線のうち、この光線と偏光分離面１３
の法線とを含む入射面に対して平行に振動するＰ偏光成
分は偏光分離面１３を透過し、入射面に対して垂直に振
動するＳ偏光成分は反射して直角に偏向される。第１反
射面１１と偏光分離面１３とのなす角度は６０°であ
り、かつ、入射光線は偏光分離面３に対して４５°、第
１反射面１１と１２０°をなす第２反射面１２と平行に
入射するため、Ｐ偏光成分の第１反射面１１に対する入
射角度は４５°となる。したがって、Ｐ偏光成分は第１
反射面１１で反射されて直角に偏向され、偏光分離面１
３の入射面に対して垂直に射出される。Of the light rays incident on the point P1 on the polarization separation surface 13 at an incident angle of 45 °, this light and the polarization separation surface 13
The P-polarized light component oscillating in parallel to the incident surface including the normal line is transmitted through the polarization splitting surface 13, and the S-polarized light component oscillating perpendicularly to the incident surface is reflected and deflected at right angles. The angle between the first reflection surface 11 and the polarization separation surface 13 is 60 °, and the incident light beam is at 45 ° to the polarization separation surface 3 and the second reflection surface 12 forms 120 ° with the first reflection surface 11. Therefore, the incident angle of the P-polarized light component on the first reflection surface 11 is 45 °. Therefore, the P polarization component is
The light is reflected by the reflection surface 11 and is deflected at right angles, and
No. 3 is emitted perpendicular to the plane of incidence.

【００２１】また、Ｓ偏光成分は、偏光分離面１３の入
射面内を第２反射面１２側に向かって進む。Ｓ偏光成分
の第２反射面１２に対する入射角度は４５°となるた
め、Ｓ偏光成分は第２反射面１２で反射されて直角に偏
向され、偏光分離面１３の入射面に対して垂直に、すな
わちＰ偏向成分と同一方向に射出される。The S-polarized light component travels in the plane of incidence of the polarization splitting surface 13 toward the second reflection surface 12. Since the incident angle of the S-polarized light component to the second reflecting surface 12 is 45 °, the S-polarized light component is reflected by the second reflecting surface 12 and deflected at right angles, and is perpendicular to the incident surface of the polarization splitting surface 13. That is, the light is emitted in the same direction as the P deflection component.

【００２２】偏光分離面１３を透過したＰ偏光成分は、
ｚ軸方向に振動しており、第１反射面１１で反射された
際にも振動方向は変化せず、射出光もｚ軸方向の振動成
分となる。一方、ｙ軸方向に振動するＳ偏光成分は、第
２反射面１２で反射された際にその振動方向がｚ軸方向
に変換され、射出光はｚ軸方向の振動成分となる。した
がって、偏光方向がｚ軸方向に揃った２つの射出光は、
入射方向に対して垂直なｙ軸と平行な方向に向けて射出
される。The P-polarized light component transmitted through the polarization splitting surface 13 is
Vibrating in the z-axis direction, the vibration direction does not change even when reflected by the first reflection surface 11, and the emitted light also becomes a vibration component in the z-axis direction. On the other hand, when the S-polarized light component oscillating in the y-axis direction is reflected by the second reflecting surface 12, its oscillating direction is converted to the z-axis direction, and the emitted light becomes a z-axis directional vibration component. Therefore, two emission lights whose polarization directions are aligned in the z-axis direction are:
The light is emitted in a direction parallel to the y-axis perpendicular to the incident direction.

【００２３】仮想的な入射端面１４上でハッチングで示
した正方形内から入射させた光束は、仮想的な射出端面
１５上でハッチングで示した長方形内から射出される。
射出光の範囲を示す長方形は、入射光の範囲を示す正方
形を２つ並列した形状である。偏光色分解素子を液晶プ
ロジェクターの光学系に用いる場合、プロジェクターの
投影画面は一般に長方形であるため、図示したように光
束をほぼ正方形の範囲に入射させることで光束を無駄な
く用いることができる。特に、ハイビジョン画面のよう
な縦横比が１：２に近い画像を投影するためには、上記
の構成が望ましい。ただし、投影される画像の縦横比が
１：１に近い場合には、入射光を長方形の範囲に入射さ
せることにより射出光の範囲を正方形にすることもでき
る。入射光束の縦横比を任意に設定することにより、射
出光束の縦横比を調整することができる。The luminous flux incident from the inside of the square shown by hatching on the virtual incident end face 14 is emitted from the inside of the rectangle shown by hatching on the virtual emitting end face 15.
The rectangle indicating the range of the emitted light has a shape in which two squares indicating the range of the incident light are arranged in parallel. When the polarization color separation element is used in the optical system of a liquid crystal projector, since the projection screen of the projector is generally rectangular, the light beam can be used without waste by making the light beam enter a substantially square range as shown. In particular, in order to project an image having an aspect ratio close to 1: 2, such as a high-definition screen, the above configuration is desirable. However, when the aspect ratio of the projected image is close to 1: 1, it is possible to make the range of the emitted light into a square by making the incident light enter the rectangular range. By arbitrarily setting the aspect ratio of the incident light beam, the aspect ratio of the emitted light beam can be adjusted.

【００２４】なお、実施形態の偏光色分解素子のよう
に、平面ミラー型の偏光分離面を空気中に配置して用い
る場合にはブリュースター角が４５度より大きくなるた
め、上記のように入射角４５度で用いる場合には、可視
域全域にわたる偏光分離特性を得ることはできない。た
だし、実施形態のように特定の波長域に限定すれば偏光
分離が可能である。したがって、実施形態のように偏光
分離面の偏光分離特性を特定の波長成分毎に特化するこ
とにより、偏光分離面に安価な平面ミラー型の素子を用
いることが可能となる。When the plane mirror type polarization separation surface is used in the air as in the polarization color separation element of the embodiment, the Brewster angle becomes larger than 45 degrees. When used at an angle of 45 degrees, it is not possible to obtain polarization separation characteristics over the entire visible region. However, polarization separation is possible if the wavelength is limited to a specific wavelength range as in the embodiment. Therefore, by specializing the polarization splitting characteristic of the polarization splitting surface for each specific wavelength component as in the embodiment, it becomes possible to use an inexpensive plane mirror type element for the polarization splitting surface.

【００２５】次に、各偏光色分解素子の偏光分離面、第
１、第２反射面の分光反射率について説明する。偏光分
離面、反射面による吸収はほぼないものと考え、透過特
性は図示した反射特性と対称になるものとする。図３〜
図５は、各偏光色分解素子の反射特性を示すグラフであ
る。グラフの縦軸は反射率、横軸は波長であり、λ1は
青成分と緑成分との境界波長、λ2は緑成分と赤成分と
の境界波長である。図中実線がＰ偏光に対する反射率、
破線がＳ偏光に対する反射率である。Next, the spectral reflectance of the polarized light separating surface and the first and second reflecting surfaces of each polarized color separation element will be described. It is assumed that there is almost no absorption by the polarization splitting surface and the reflecting surface, and the transmission characteristics are assumed to be symmetric with the illustrated reflection characteristics. FIG. 3-
FIG. 5 is a graph showing the reflection characteristics of each polarization color separation element. The vertical axis of the graph is the reflectance, the horizontal axis is the wavelength, λ1 is the boundary wavelength between the blue component and the green component, and λ2 is the boundary wavelength between the green component and the red component. The solid line in the figure indicates the reflectance for P-polarized light,
The broken line is the reflectance for S-polarized light.

【００２６】第１の偏光色分解素子１０は、青成分の偏
光方向を揃えて反射させる機能を有する。このため、偏
光分離面１３は、青成分を偏光分離し、緑、赤成分を透
過させる特性を有し、第１反射面１１は、偏光分離面１
３を透過した光束のうちの青成分を反射させ、他の波長
成分を透過させる特性を有し、第２反射面１２は、偏光
分離面１３で反射された光束のうちの少なくとも青成分
を反射させる特性を有する。The first polarization color separation element 10 has a function of aligning and reflecting the polarization direction of the blue component. For this reason, the polarization separating surface 13 has a characteristic of separating the blue component into polarized light and transmitting the green and red components, and the first reflecting surface 11 is formed of the polarization separating surface 1.
3 has a characteristic of reflecting the blue component of the light flux transmitted through the light source 3 and transmitting other wavelength components. The second reflection surface 12 reflects at least the blue component of the light flux reflected by the polarization separation surface 13. It has the property to make it.

【００２７】第１の偏光色分解素子１０の偏光分離面１
３の反射特性は図３(Ａ)のグラフに示すとおりであり、
Ｐ偏光については可視域の全域でほぼ１００％透過さ
せ、Ｓ偏光については青成分のみを反射させ、他の成分
を透過させる特性を有する。第１反射面１１は、図３
(Ｂ)に示すように、青色成分を偏光状態にかかわらず反
射させ、他の成分を透過させる特性を有する。第２反射
面１２は、図３(Ｃ)に示すように波長依存性のないフラ
ットな反射特性を持つミラーである。なお、第１反射面
１１は、青成分のうちの偏光分離面１３を透過して第１
反射面１１にＳ偏光として入射する偏光成分のみを反射
させるように設定してもよい。また、第２反射面１２
は、少なくとも青成分を反射させることができれば、他
の成分を透過させてもよい。The polarization separation surface 1 of the first polarization color separation element 10
3 is as shown in the graph of FIG.
P-polarized light has a characteristic of transmitting almost 100% in the entire visible range, and S-polarized light has a characteristic of reflecting only the blue component and transmitting other components. The first reflecting surface 11 is shown in FIG.
As shown in (B), it has the property of reflecting the blue component regardless of the polarization state and transmitting other components. The second reflection surface 12 is a mirror having a flat reflection characteristic without wavelength dependence as shown in FIG. The first reflection surface 11 transmits through the polarization separation surface 13 of the blue component and
It may be set so as to reflect only the polarization component incident on the reflection surface 11 as S-polarized light. Also, the second reflection surface 12
May transmit other components as long as it can reflect at least the blue component.

【００２８】第２の偏光色分解素子２０は、第１の偏光
色分解素子１０を透過した緑、赤成分のうちの緑成分の
偏光方向を揃えて反射させる機能を有する。第２の偏光
色分解素子２０の偏光分離面２３は、少なくとも緑成分
を含む赤成分以外の成分を偏光分離し、赤成分を透過さ
せる特性を有し、第１反射面２１は、偏光分離面２３を
透過した光束のうちの赤成分を透過させ、少なくとも緑
成分を含む赤成分以外の成分を反射させる特性を有し、
第２反射面２２が偏光分離面２３で反射された光束のう
ちの少なくとも緑成分を反射させる特性を有する。The second polarization color separation element 20 has a function of aligning the polarization direction of the green component of the green and red components transmitted through the first polarization color separation element 10 and reflecting the same. The polarization separation surface 23 of the second polarization color separation element 20 has a property of separating the components other than the red component including at least the green component and transmitting the red component, and the first reflection surface 21 has a polarization separation surface. 23 has the property of transmitting the red component of the light flux transmitted through 23 and reflecting components other than the red component including at least the green component,
The second reflection surface 22 has a characteristic of reflecting at least a green component of the light beam reflected by the polarization separation surface 23.

【００２９】第２の偏光色分解素子２０の偏光分離面２
３の反射特性は図４(Ａ)のグラフに示すとおりであり、
Ｐ偏光については可視域の全域でほぼ１００％透過さ
せ、Ｓ偏光については青成分、緑成分を反射させ、赤成
分を透過させる特性を有する。第１反射面２１は、図４
(Ｂ)に示すように、青成分と緑成分とを偏光状態にかか
わらず反射させ、赤成分を透過させる特性を有する。第
２反射面２２は、図４(Ｃ)に示すように波長依存性のな
いフラットな反射特性を持つミラーである。なお、偏光
分離面２３は、Ｐ偏光成分については青成分を反射させ
る特性を有しても良い。また、第１反射面２１は、緑成
分のみを反射させるようにしても良いし、この緑成分の
うちの偏光分離面２３を透過して第１反射面２１にＳ偏
光として入射する偏光成分のみを反射させるように設定
してもよい。さらに、第２反射面２２は、少なくとも緑
成分を反射させることができれば、他の成分を透過させ
てもよい。The polarization separation surface 2 of the second polarization color separation element 20
The reflection characteristic of No. 3 is as shown in the graph of FIG.
P-polarized light has a characteristic of transmitting almost 100% in the entire visible region, and S-polarized light has a characteristic of reflecting a blue component and a green component and transmitting a red component. The first reflecting surface 21 is shown in FIG.
As shown in (B), it has the property of reflecting the blue component and the green component regardless of the polarization state and transmitting the red component. The second reflection surface 22 is a mirror having flat reflection characteristics without wavelength dependency as shown in FIG. The polarization splitting surface 23 may have a property of reflecting a blue component for the P-polarized component. The first reflection surface 21 may reflect only the green component, or only the polarization component of the green component that passes through the polarization separation surface 23 and enters the first reflection surface 21 as S-polarized light. May be set to be reflected. Furthermore, the second reflection surface 22 may transmit other components as long as it can reflect at least the green component.

【００３０】第３の偏光色分解素子３０は、第２の色分
解素子２０を透過した偏光状態がランダムな赤成分の偏
光方向を揃えて反射させる。第３の偏光色分解素子３０
の偏光分離面３３は、少なくとも赤成分を偏光分離する
特性を有し、第１、第２反射面３１，３２は、少なくと
も赤成分を反射させる特性を有する。The third polarization color separation element 30 reflects the red component transmitted through the second color separation element 20 with the polarization direction of the red component being random. Third polarization color separation element 30
Has a characteristic of polarizing and separating at least the red component, and the first and second reflecting surfaces 31 and 32 have a characteristic of reflecting at least the red component.

【００３１】第３の偏光色分解素子３０の偏光分離面３
３の反射特性は図５(Ａ)のグラフに示すとおりであり、
Ｐ偏光については可視域の全域でほぼ１００％透過さ
せ、Ｓ偏光については赤成分を反射させ、青、緑成分を
透過させる特性を有する。第１、第２反射面３１，３２
の特性は共通であり、図５(Ｂ)に示すように、波長依存
性のないフラットな反射特性を持つミラーである。な
お、第３の偏光色分解素子３０に入射する光束の波長域
は赤成分に限定されるため、偏光分離面３３は波長特性
を持たなくともよい。The polarization separation surface 3 of the third polarization color separation element 30
The reflection characteristic of No. 3 is as shown in the graph of FIG.
P-polarized light has a characteristic of transmitting almost 100% in the entire visible region, and S-polarized light has a characteristic of reflecting a red component and transmitting blue and green components. First and second reflecting surfaces 31, 32
Are common, and as shown in FIG. 5B, the mirror has a flat reflection characteristic without wavelength dependence. Since the wavelength range of the light beam incident on the third polarization color separation element 30 is limited to the red component, the polarization separation surface 33 need not have the wavelength characteristic.

【００３２】なお、上記の偏光色分解素子１０，２０，
３０を１つの素子として捉えると、この素子は、互いに
平行な３面の偏光分離面１３，２３，３３と、各偏光分
離面に対して６０度の角度で配置され、各偏光分離面を
透過した光を反射させる互いに平行な３面の第１群反射
面１１，２１，３１と、各偏光分離面に対して６０度の
角度で第１群反射面と対称に配置され、各偏光分離面で
反射された光を反射させる３面の第２群反射面１２，２
２，３２とを有することとなる。仮想的な入射端面１
４，２４，３４は、互いに平行な平面、仮想的な射出端
面１５，２５，３５は同一平面として捉えることができ
る。The above-mentioned polarized color separation elements 10, 20,
Considering 30 as one element, this element is arranged at three polarization separation surfaces 13, 23, 33 parallel to each other and at an angle of 60 degrees with respect to each polarization separation surface, and transmits through each polarization separation surface. The first group reflecting surfaces 11, 21 and 31 which are parallel to each other, and which are arranged symmetrically with the first group reflecting surface at an angle of 60 degrees with respect to each polarization separating surface, Second group reflecting surfaces 12, 2 for reflecting the light reflected by
2, 32. Virtual incident end face 1
4, 24 and 34 can be regarded as planes parallel to each other, and the virtual exit end faces 15, 25 and 35 can be regarded as the same plane.

【００３３】また、上記の例では、白色光を青成分、緑
成分、赤成分の順で取り出す構成としているが、これ以
外にも「青、赤、緑」、「赤、緑、青」、「赤、青、
緑」の順に取り出してもよい。緑成分を最初に取り出す
場合には、波長域として中間となる緑成分を選択するた
めに、分光反射特性のバンド幅を調整して、青−緑境界
波長λ1と緑−赤境界波長λ2との両側のエッジを正確に
定める必要があり、このような分離膜の形成は薄膜技術
としては難易度が高いため、第１の実施形態のように偏
光色分解素子を一直線上に配列する場合には、青成分、
赤成分を最初に分離することが望ましい。In the above example, white light is extracted in the order of blue component, green component, and red component. However, other than this, “blue, red, green”, “red, green, blue”, "Red and blue,
It may be taken out in the order of "green". When the green component is taken out first, the bandwidth of the spectral reflection characteristic is adjusted to select a green component that is intermediate as a wavelength range, and the blue-green boundary wavelength λ1 and the green-red boundary wavelength λ2 are adjusted. It is necessary to accurately define the edges on both sides, and since formation of such a separation film is difficult as a thin film technique, when the polarization color separation elements are arranged on a straight line as in the first embodiment, , Blue component,
It is desirable to separate the red component first.

【００３４】図６は、この発明の第２の実施形態にかか
る偏光色分解光学系Ａ1を示す図２と同様の斜視図であ
る。図６の光学系も、平面ミラー型の素子により構成さ
れているが、図２と同様に入射光束と射出光束との形状
を示すため、光束と垂直な仮想的な入射端面と射出端面
とを定義している。この例では、第１の偏光色分解素子
１０ａを透過した光束が入射する位置に第２の偏光色分
解素子２０ａが光の入射方向に沿って配置され、第１の
偏光色分解素子１０ａで反射された光束が入射する位置
に第３の偏光色分解素子３０ａが配置されている。この
例では、各素子単体の面配置構成は図２に示した第１の
実施形態と同一であり、素子の配置と面の分光反射率が
図２の例とは異なる。以下、各素子の偏光分離面および
反射面の波長特性について説明する。FIG. 6 is a perspective view similar to FIG. 2, showing a polarization color separation optical system A1 according to a second embodiment of the present invention. The optical system of FIG. 6 is also configured by a plane mirror type element, but shows the shapes of the incident light beam and the outgoing light beam as in FIG. Has defined. In this example, the second polarization color separation element 20a is arranged at a position where a light beam transmitted through the first polarization color separation element 10a is incident along the incident direction of light, and reflected by the first polarization color separation element 10a. The third polarized color separation element 30a is disposed at a position where the emitted light flux is incident. In this example, the surface arrangement of each element is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 2, and the arrangement of the elements and the spectral reflectance of the surface are different from those in the example of FIG. Hereinafter, the wavelength characteristics of the polarization separation surface and the reflection surface of each element will be described.

【００３５】第１の偏光色分解素子１０ａは、緑成分の
偏光方向を揃えて反射させる機能を有する。このため、
偏光分離面１３ａは、緑成分を偏光分離し、青成分を反
射させると共に、赤成分を透過させる特性を有し、第１
反射面１１ａは、偏光分離面１３ａを透過した光束のう
ちの赤成分を透過させる特性を有し、第２反射面１２ａ
は、偏光分離面１３ａで反射された光束のうちの緑成分
を反射させ、青成分を透過させる特性を有する。The first polarization color separation element 10a has a function of aligning and reflecting the polarization direction of the green component. For this reason,
The polarization separation surface 13a has a property of separating the green component by polarization, reflecting the blue component, and transmitting the red component.
The reflection surface 11a has a property of transmitting a red component of the light beam transmitted through the polarization separation surface 13a, and has a second reflection surface 12a.
Has a characteristic of reflecting a green component of a light beam reflected by the polarization separation surface 13a and transmitting a blue component.

【００３６】第１の偏光色分解素子１０ａの偏光分離面
１３ａの反射特性は図７(Ａ)のグラフに示すとおりであ
り、Ｐ偏光については青成分を反射させると共に緑、赤
成分を透過させ、Ｓ偏光については青成分と緑成分とを
反射させ、赤成分を透過させる特性を有する。第１反射
面１１ａは、図７(Ｂ)に示すように、偏光状態にかかわ
らず緑成分と青成分とを反射させ、赤成分を透過させる
特性を有する。第２反射面１２ａは、図７(Ｃ)に示すよ
うに偏光状態にかかわらず青成分を透過させ、緑成分と
赤成分とを反射させる特性を有する。なお、第１反射面
１１ａは、緑成分のうちの偏光分離面１３ａを透過して
第１反射面１１ａにＳ偏光として入射する偏光成分のみ
を反射させるように設定してもよい。また、第２反射面
１２ａは、緑成分のうちの偏光分離面１３ａで反射され
て第２反射面１２ａにＰ偏光として入射する偏光成分の
みを反射させるように設定してもよい。The reflection characteristic of the polarization separation surface 13a of the first polarization color separation element 10a is as shown in the graph of FIG. 7A. For the P-polarized light, it reflects the blue component and transmits the green and red components. , S-polarized light has a characteristic of reflecting a blue component and a green component and transmitting a red component. As shown in FIG. 7B, the first reflection surface 11a has a characteristic of reflecting a green component and a blue component and transmitting a red component regardless of the polarization state. As shown in FIG. 7C, the second reflection surface 12a has a property of transmitting a blue component and reflecting a green component and a red component regardless of the polarization state. Note that the first reflection surface 11a may be set so as to reflect only the polarized light component of the green component that passes through the polarization splitting surface 13a and enters the first reflection surface 11a as S-polarized light. In addition, the second reflection surface 12a may be set so as to reflect only the polarization component of the green component that is reflected by the polarization separation surface 13a and enters the second reflection surface 12a as P-polarized light.

【００３７】第２の偏光色分解素子２０ａは、第１の偏
光色分解素子１０ａを透過した偏光状態がランダムな赤
成分の偏光方向を揃えて反射させる。第２の偏光色分解
素子２０ａの偏光分離面２３ａは、少なくとも赤成分を
偏光分離する特性を有し、第１、第２反射面３１ａ，３
２ａは、少なくとも赤成分を反射させる特性を有する。
これらの面の分光反射率は、図５(Ａ)，(Ｂ)に示した例
と同一である。The second polarization color separation element 20a reflects the red component having a random polarization state transmitted through the first polarization color separation element 10a with a uniform polarization direction. The polarization separation surface 23a of the second polarization color separation element 20a has a property of separating at least the red component by polarization, and includes the first and second reflection surfaces 31a and 31a.
2a has a characteristic of reflecting at least the red component.
The spectral reflectances of these surfaces are the same as those shown in FIGS. 5A and 5B.

【００３８】第３の偏光色分解素子３０ａは、第１の色
分解素子１０ａで反射された偏光状態がランダムな青成
分の偏光方向を揃えて反射させる。第３の偏光色分解素
子３０ａの偏光分離面３３ａは、少なくとも青成分を偏
光分離する特性を有し、第１、第２反射面３１ａ，３２
ａは、少なくとも青成分を反射させる特性を有する。The third polarization color separation element 30a reflects the blue component having a random polarization state reflected by the first color separation element 10a in the same polarization direction. The polarization separation surface 33a of the third polarization color separation element 30a has a characteristic of separating at least the blue component, and the first and second reflection surfaces 31a and 32a.
a has the property of reflecting at least the blue component.

【００３９】第１、第２の偏光色分解素子１０ａ，２０
ａの仮想的な入射端面１４ａ，２４ａは互いに平行な平
面であり、第３の偏光色分解素子３０ａの仮想的な入射
端面３４ａはこれらの仮想的な入射端面１４ａ，２４ａ
に対して垂直になる。また、各素子の仮想的な射出端面
１５ａ，２５ａ，３５ａは同一平面として捉えることが
できる。First and second polarization color separation elements 10a, 20
The virtual incident end surfaces 14a and 24a of the third polarization color separation element 30a are parallel to the virtual incident end surfaces 14a and 24a.
Perpendicular to Further, the virtual emission end surfaces 15a, 25a, 35a of each element can be regarded as the same plane.

【００４０】第３の偏光色分解素子３０ａの偏光分離面
３３ａの反射特性は図８(Ａ)のグラフに示すとおりであ
り、Ｐ偏光については可視域の全域でほぼ１００％透過
させ、Ｓ偏光については青成分を反射させ、緑、赤成分
を透過させる特性を有する。第１、第２反射面３１ａ，
３２ａの特性は共通であり、図８(Ｂ)に示すように、波
長依存性のないフラットな反射特性を持つミラーであ
る。なお、第２、第３の偏光色分解素子２０ａ，３０ａ
に入射する光束の波長域は赤成分、青成分にそれぞれ限
定されるため、偏光分離面２３ａ，３３ａは波長特性を
持たなくともよい。The reflection characteristic of the polarization splitting surface 33a of the third polarization color separation element 30a is as shown in the graph of FIG. 8A. P-polarized light is transmitted almost 100% in the entire visible region, and S-polarized light. Has the property of reflecting the blue component and transmitting the green and red components. The first and second reflection surfaces 31a,
The mirror 32a has a common characteristic, and as shown in FIG. 8B, has a flat reflection characteristic without wavelength dependence. The second and third polarization color separation elements 20a and 30a
Are limited to the red component and the blue component, respectively, so that the polarization separation surfaces 23a and 33a may not have wavelength characteristics.

【００４１】なお、上記の例では各偏光色分解素子を互
いに距離をおいて配置しているが、これらを間隔をおか
ずに配置することもできる。また、上記の例では各偏光
色分解素子を平面ミラー型としているが、これをプリズ
ム型の素子として構成することも可能である。プリズム
型の素子として構成する場合には、手前側に配置される
素子(図２の例では第１、第２の偏光色分解素子、図６
の例では第１の偏光色分解素子)の反射面が全反射の条
件を満たさないように、手前側の素子の反射面と次の素
子の入射端面との間に空間をおかずに透明物質で埋める
必要がある。In the above example, the polarization color separation elements are arranged at a distance from each other, but they may be arranged without any gap. Further, in the above example, each polarization color separation element is of a plane mirror type, but it is also possible to configure this as a prism type element. When configured as a prism-type element, an element disposed on the near side (first and second polarization color separation elements in the example of FIG. 2, FIG.
In the example of (1), a transparent material is used without leaving a space between the reflection surface of the element on the front side and the incident end face of the next element so that the reflection surface of the first polarization color separation element does not satisfy the condition of total reflection. Need to be filled.

【００４２】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、単一の素子で色分解による単一の波長域の取り出し
とロスのない偏光方向の調整とを行うことができるた
め、光源から発する光量の全てを利用する方式を採用し
つつ、偏光色分解光学系の構成素子数を従来より減らす
ことができる。As described above, according to the present invention, it is possible to extract a single wavelength range by color separation and adjust the polarization direction without loss with a single element. It is possible to reduce the number of constituent elements of the polarization color separation optical system compared to the related art while adopting a method that uses all of the emitted light amount.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 実施形態にかかる偏光色分解光学系が用いら
れるカラー液晶プロジェクターの光学系を示す説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an optical system of a color liquid crystal projector using a polarization color separation optical system according to an embodiment.

【図２】 図１に示すカラー液晶プロジェクターの偏光
色分解光学系を構成する各偏光色分解素子の配列を示す
斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an arrangement of polarization color separation elements constituting a polarization color separation optical system of the color liquid crystal projector shown in FIG.

【図３】 図２の偏光色分解光学系の第１の偏光色分解
素子の分光反射率を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a spectral reflectance of a first polarization color separation element of the polarization color separation optical system of FIG. 2;

【図４】 図２の偏光色分解光学系の第２の偏光色分解
素子の分光反射率を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing a spectral reflectance of a second polarization and color separation element of the polarization and color separation optical system of FIG. 2;

【図５】 図２の偏光色分解光学系の第３の偏光色分解
素子の分光反射率を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a spectral reflectance of a third polarization color separation element of the polarization color separation optical system of FIG. 2;

【図６】 この発明の第２の実施形態にかかる偏光色分
解光学系を構成する各偏光色分解素子の配列を示す斜視
図である。FIG. 6 is a perspective view showing an arrangement of polarization color separation elements constituting a polarization color separation optical system according to a second embodiment of the present invention.

【図７】 図２の偏光色分解光学系の第１の偏光色分解
素子の分光反射率を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a spectral reflectance of a first polarization color separation element of the polarization color separation optical system of FIG. 2;

【図８】 図２の偏光色分解光学系の第１の偏光色分解
素子の分光反射率を示すグラフである。8 is a graph showing a spectral reflectance of a first polarization color separation element of the polarization color separation optical system of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０，２０，３０ 偏光色分解素子 １１，２１，３１ 第１反射面 １２，２２，３２ 第２反射面 １３，２３，３３ 偏光分離面 10, 20, 30 Polarization color separation element 11, 21, 31 First reflection surface 12, 22, 32 Second reflection surface 13, 23, 33 Polarization separation surface

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 入射光を少なくとも第１、第２の波長成
分に色分解すると共に、それぞれの波長成分を直線偏光
として射出させる偏光色分解光学系であり、１２０°の
開き角で配置された第１、第２反射面と、前記開き角を
二等分して配置された偏光分離面とを有する偏光色分解
素子を少なくとも２つ備え、 第１の前記偏光色分解素子は、前記入射光が直接入射す
る位置に配置され、前記第１の波長成分を前記偏光分離
面により偏光分離すると共に偏光分離された第１の波長
成分の２つの偏光成分をそれぞれ前記第１、第２反射面
で反射させ、 第２の前記偏光色分解素子は、前記第１の偏光色分解素
子により偏光分離されずに前記第１の偏光分離素子の前
記第１、第２反射面のいずれかを透過した光が入射する
位置に配置され、前記第２の波長成分を前記偏光分離面
により偏光分離すると共に偏光分離された第２の波長成
分の２つの偏光成分をそれぞれ前記第１、第２反射面で
反射させることを特徴とする偏光色分解光学系。1. A polarization color separation optical system that separates incident light into at least first and second wavelength components and emits each wavelength component as linearly polarized light, and is arranged at an opening angle of 120 °. At least two polarization color separation elements each having first and second reflection surfaces and a polarization separation surface arranged so as to bisect the opening angle, wherein the first polarization color separation element includes the incident light. Is disposed at a position where the light directly enters, and the first wavelength component is polarized and separated by the polarization splitting surface, and the two polarized components of the first wavelength component that are polarized and separated are respectively reflected by the first and second reflecting surfaces. The second polarization color separation element reflects the light transmitted through one of the first and second reflection surfaces of the first polarization separation element without being polarization-separated by the first polarization color separation element. Is located at a position where the second wave is incident. Second respectively the first two polarization components of the wavelength components, polarized color separation optical system for causing reflected by the second reflecting surface is polarized and separated with a component to polarization separated by the polarization separation surface. 【請求項２】 前記第１、第２の偏光色分解素子により
偏光分離されずに前記第１の偏光色分解素子の前記第
１、第２反射面、あるいは前記第２の偏光色分解素子の
前記第１、第２反射面を透過した第３の波長成分が入射
する位置に第３の偏光色分解素子が配置され、該第３の
偏光色分解素子は、前記第３の波長成分を前記偏光分離
面により偏光分離すると共に偏光分離された第３の波長
成分の２つの偏光成分をそれぞれ前記第１、第２反射面
で反射させることを特徴とする請求項１に記載の偏光色
分解光学系。2. The first and second reflection surfaces of the first polarization color separation element or the second polarization color separation element without being polarized and separated by the first and second polarization color separation elements. A third polarization color separation element is disposed at a position where a third wavelength component transmitted through the first and second reflection surfaces is incident, and the third polarization color separation element converts the third wavelength component into the third wavelength component. 2. The polarization color separation optics according to claim 1, wherein two polarization components of the third wavelength component, which are polarized and separated by the polarization splitting surface, are reflected by the first and second reflecting surfaces, respectively. 3. system. 【請求項３】 前記各偏光色分解素子の前記第１、第２
反射面と前記偏光分離面とが一直線上で交差し、該交線
が稜線の一部をなすことを特徴とする請求項１または２
のいずれかに記載の偏光色分解光学系。3. The first and the second of each of the polarization color separation elements.
3. The reflection surface and the polarization separation surface intersect on a straight line, and the intersection line forms a part of a ridge line.
The color separation optical system according to any one of the above. 【請求項４】 前記第２の偏光色分解素子は、光の入射
方向に沿って前記第１の偏光色分解素子を透過した光束
が入射する位置に配置され、 前記第１の偏光色分解素子は、偏光分離面が第１の波長
成分を偏光分離し、他の波長成分を透過させる特性を有
し、第１反射面が前記偏光分離面を透過した光束のうち
の第１の波長成分を反射させ、他の波長成分を透過させ
る特性を有し、第２反射面が前記偏光分離面で反射され
た光束のうちの少なくとも第１の波長成分を反射させる
特性を有し、 前記第２の偏光色分解素子は、偏光分離面が少なくとも
第２の波長成分を含む第３の波長成分以外の成分を偏光
分離し、第３の波長成分を透過させる特性を有し、第１
反射面が前記偏光分離面を透過した光束のうちの第３の
波長成分を透過させ、少なくとも第２の波長成分を含む
第３の波長成分以外の成分を反射させる特性を有し、第
２反射面が前記偏光分離面で反射された光束のうちの少
なくとも第２の波長成分を反射させる特性を有し、 前記第３の偏光色分解素子は、光の入射方向に沿って前
記第２の偏光色分解素子を透過した光束が入射する位置
に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の偏
光色分解光学系。4. The first polarization color separation element, wherein the second polarization color separation element is arranged at a position where a light beam transmitted through the first polarization color separation element is incident along a light incident direction. Has a characteristic that the polarization separation surface separates the first wavelength component into polarization light and transmits other wavelength components, and the first reflection surface converts the first wavelength component of the light flux transmitted through the polarization separation surface. The second reflecting surface has a characteristic of reflecting at least a first wavelength component of the light beam reflected by the polarization splitting surface, and has a characteristic of transmitting another wavelength component. The polarization color separation element has a property that the polarization separation surface polarizes and separates components other than the third wavelength component including at least the second wavelength component, and transmits the third wavelength component.
A reflecting surface having a property of transmitting a third wavelength component of the light beam transmitted through the polarization splitting surface and reflecting a component other than the third wavelength component including at least the second wavelength component; The surface has a property of reflecting at least a second wavelength component of the light beam reflected by the polarization splitting surface, and the third polarization color separation element is configured to reflect the second polarization along a light incident direction. The polarization color separation optical system according to claim 2, wherein the polarization color separation optical system is arranged at a position where a light beam transmitted through the color separation element is incident. 【請求項５】 色分解される波長成分は、青、緑、赤の
３つの波長成分であり、前記第１の波長成分は青成分、
赤成分のいずれかであることを特徴とする請求項４に記
載の偏光色分解光学系。5. The wavelength components to be color-separated are three wavelength components of blue, green, and red, and the first wavelength component is a blue component,
The polarization color separation optical system according to claim 4, wherein the polarization color separation optical system is any one of a red component. 【請求項６】 前記第２の偏光色分解素子は、光の入射
方向に沿って前記第１の偏光色分解素子を透過した光束
が入射する位置に配置され、前記第３の偏光色分解素子
は、前記第１の偏光色分解素子で反射された光束が入射
する位置に配置され、 前記第１の偏光色分解素子は、偏光分離面が第１の波長
成分を偏光分離し、第２の波長成分を透過させると共に
第３の波長成分を反射させる特性を有し、第１反射面が
前記偏光分離面を透過した光束のうちの第１の波長成分
を反射させ第３の波長成分を透過させる特性を有し、第
２反射面が前記偏光分離面で反射された光束のうちの第
１の波長成分を反射させ第２の波長成分を透過させる特
性を有し、 前記第２の偏光色分解素子の偏光分離面は、少なくとも
第２の波長成分を偏光分離する特性を有し、前記第３の
偏光色分解素子の偏光分離面は、少なくとも第３の波長
成分を偏光分離する特性を有することを特徴とする請求
項２に記載の偏光色分解光学系。6. The third polarization color separation element, wherein the second polarization color separation element is disposed at a position along a light incident direction where a light beam transmitted through the first polarization color separation element is incident. Is disposed at a position where a light beam reflected by the first polarization color separation element is incident. The first polarization color separation element has a polarization separation surface that separates a first wavelength component into polarization light, It has a property of transmitting a wavelength component and reflecting a third wavelength component, and the first reflection surface reflects the first wavelength component of the light flux transmitted through the polarization splitting surface and transmits the third wavelength component. The second reflection surface has a characteristic of reflecting a first wavelength component of the light beam reflected by the polarization splitting surface and transmitting a second wavelength component, and the second polarization color The polarization separating surface of the decomposing element has a property of separating at least the second wavelength component. , The polarization separating surface of the third polarizing color separation element, at least a third polarizing color separation optical system according to claim 2, characterized in that it has a characteristic that the polarization separation wavelength components. 【請求項７】 色分解される波長成分は、青、緑、赤の
３つの波長成分であり、前記第１の波長成分は緑成分で
あることを特徴とする請求項６に記載の偏光色分解光学
系。7. The polarization color according to claim 6, wherein the wavelength components to be color-separated are three wavelength components of blue, green, and red, and the first wavelength component is a green component. Resolution optics. 【請求項８】 前記第１、第２の偏光色分解素子の偏光
分離面は互いに平行であることを特徴とする請求項１に
記載の偏光色分解光学系。8. The polarization color separation optical system according to claim 1, wherein the polarization separation surfaces of the first and second polarization color separation elements are parallel to each other. 【請求項９】 前記第１、第２、第３の偏光色分解素子
の偏光分離面は互いに平行であることを特徴とする請求
項２〜７に記載の偏光色分解光学系。9. The polarization color separation optical system according to claim 2, wherein the polarization separation surfaces of the first, second, and third polarization color separation elements are parallel to each other. 【請求項１０】 入射光をｎ個(ｎは２以上の整数)の波
長成分に色分解すると共に、それぞれの波長成分の直線
偏光を射出させる偏光色分解光学系であり、偏光分離面
と、該偏光分離面で分離された各偏光成分を反射させる
第１、第２反射面とを有する偏光色分解素子をｎ個備
え、各偏光分離素子は、それぞれ異なる特定の波長成分
を偏光分離面で偏光分離すると共に、偏光分離された特
定の波長成分の２つの偏光成分をそれぞれ前記第１、第
２反射面で反射させることを特徴とする偏光色分解光学
系。10. A polarization color separation optical system that separates incident light into n (n is an integer of 2 or more) wavelength components and emits linearly polarized light of each wavelength component. The apparatus further comprises n polarization color separation elements having first and second reflection surfaces for reflecting the respective polarization components separated by the polarization separation surface, and each polarization separation element separates a specific wavelength component different from each other on the polarization separation surface. A polarized color separation optical system, which separates polarized light and reflects two polarized components of a specific wavelength component separated by polarization on the first and second reflecting surfaces, respectively. 【請求項１１】 前記偏光色分解素子を３つ備え、入射
光束を青、緑、赤の３つの波長成分に色分解することを
特徴とする請求項１０に記載の偏光色分解光学系。11. The polarization color separation optical system according to claim 10, wherein three polarization color separation elements are provided, and the incident light beam is color separated into three wavelength components of blue, green and red. 【請求項１２】 前記３つの偏光色分解素子は、入射側
から入射方向に沿って第１、第２、第３の素子の順に直
線状に配置されていることを特徴とする請求項１１に記
載の偏光色分解光学系。12. The device according to claim 11, wherein the three polarization color separation elements are linearly arranged in the order of first, second, and third elements along the incident direction from the incident side. The polarized color separation optical system described in the above. 【請求項１３】 入射光をｎ個の波長成分に色分解する
と共に、それぞれの波長成分を直線偏光として射出させ
る偏光色分解光学系であり、互いに平行なｎ面の偏光分
離面と、前記各偏光分離面に対して６０度の角度で配置
され、各偏光分離面を透過した光を反射させる互いに平
行なｎ面の第１群反射面と、前記各偏光分離面に対して
６０度の角度で前記第１群反射面と対称に配置され、各
偏光分離面で反射された光を反射させるｎ面の第２群反
射面とを備え、前記各偏光分離面は、それぞれ異なる特
定の波長成分に対して偏光分離特性を有することを特徴
とする偏光色分解光学系。13. A polarization color separation optical system that color-separates incident light into n wavelength components and emits each wavelength component as linearly polarized light. A first group of n-parallel reflecting surfaces arranged at an angle of 60 degrees with respect to the polarization splitting surfaces and reflecting light transmitted through the respective polarization splitting surfaces, and an angle of 60 degrees with respect to each of the polarization splitting surfaces And a second group reflection surface of an n-plane, which is arranged symmetrically with the first group reflection surface and reflects light reflected by each polarization separation surface, wherein each of the polarization separation surfaces has a different specific wavelength component. A polarization color separation optical system having polarization separation characteristics with respect to 【請求項１４】 前記２つの偏光分離面の間に配置され
る前記反射面は、該反射面より入射側に位置する偏光分
離面により偏光分離された波長成分を反射させ、他の波
長成分を透過させる波長特性を持つダイクロイック面で
あることを特徴とする請求項１３に記載の偏光色分解光
学系。14. The reflection surface disposed between the two polarization separation surfaces reflects a wavelength component polarized and separated by a polarization separation surface located on an incident side of the reflection surface, and separates other wavelength components. 14. The polarization color separation optical system according to claim 13, wherein the polarization color separation optical system has a dichroic surface having a wavelength characteristic of transmitting light. 【請求項１５】 色分解される波長成分は青、緑、赤の
３成分であり、最も入射側に配置された第１の偏光分離
面は、青成分、赤成分のいずれかを偏光分離することを
特徴とする請求項１３に記載の偏光色分解光学系。15. A wavelength component to be color-separated is three components of blue, green, and red, and the first polarization splitting surface disposed on the most incident side splits one of the blue component and the red component. 14. The polarized color separation optical system according to claim 13, wherein: 【請求項１６】 色分解される波長成分は青、緑、赤の
３成分であり、最も入射側に配置された第１の偏光分離
面は、緑成分を偏光分離することを特徴とする請求項１
３に記載の偏光色分解光学系。16. The wavelength components to be color-separated are three components of blue, green, and red, and the first polarization splitting surface arranged on the most incident side polarization-separates the green component. Item 1
4. The polarization color separation optical system according to 3. 【請求項１７】 １２０°の開き角で配置された第１、
第２反射面と、前記開き角を二等分して配置された偏光
分離面とを有し、特定の波長成分を前記偏光分離面で偏
光分離すると共に、偏光分離された特定の波長成分の２
つの偏光成分をそれぞれ前記第１、第２反射面で反射さ
せることを特徴とする偏光色分解素子。17. The first, arranged at an opening angle of 120 °.
A second reflection surface, and a polarization separation surface arranged so as to bisect the divergence angle, and separates a specific wavelength component by the polarization separation surface; 2
A polarization color separation element, wherein two polarization components are reflected by the first and second reflection surfaces, respectively. 【請求項１８】 前記第１、第２反射面と前記偏光分離
面とが一直線上で交差し、該交線が稜線の一部をなすこ
とを特徴とする請求項１７に記載の偏光色分解素子。18. The polarization color separation according to claim 17, wherein the first and second reflection surfaces and the polarization separation surface intersect on a straight line, and the intersection line forms a part of a ridge line. element. 【請求項１９】 偏光分離面が第１の波長成分を偏光分
離すると共に、第２の波長成分を透過させる特性を有
し、第１反射面が第１の波長成分を反射させ、第２の波
長成分を透過させる特性を有し、第２反射面が少なくと
も第１の波長成分を反射させる特性を有することを特徴
とする請求項１７に記載の偏光色分解素子。19. A polarization separation surface having a characteristic of polarizing and separating a first wavelength component and transmitting a second wavelength component, wherein the first reflection surface reflects the first wavelength component and a second wavelength component. 18. The polarization color separation element according to claim 17, wherein the polarization color separation element has a property of transmitting a wavelength component, and the second reflection surface has a property of reflecting at least the first wavelength component.