JP4796250B2 - 色分離・合成素子及び投影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色分離・合成素子及び投影装置に関する。より詳しくは、偏光を利用して光源からの光を２色あるいは３色の光に色分離することができ、かつ２色あるいは３色に色分離された光を合成することができる色分離・合成素子に関する。また、その色分離・合成素子を用い、偏光していない自然光やランプ等の光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは、反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影装置として、明るく、照度が均一で、色再現性の優れた像を投影できる液晶プロジェクターが知られており、この液晶プロジェクターを、より小さく、低コストで実現するために様々な光学系の工夫がなされている。これまでは、透過型液晶素子を用いて改良が重ねられていたが、より高解像で高効率な反射型液晶素子を用いた液晶プロジェクターが実用化されている。
従来の投影装置の概略は、光源から出射された光が液晶素子（ＬＣＤ）からなるライトバルブの直前のコンデンサレンズで投射レンズの絞りに集光されるように配置された照明系を用いたものが一般的であり、この照明系からの照明光は、カラー表示のためにダイクロイックミラーで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の光に分離され、ライトバルブの３枚の液晶素子で変調を受けた後、再びダイクロイックミラーで合成されて投射レンズ（投影レンズ）で投影される光学系となっている。
【０００３】
従来、液晶素子をライトバルブとして使う場合、偏光を利用している。照明光は自然偏光で様々な方向の偏光成分を含んでいるが、一方向の偏光方向に揃えて偏光度を向上させた後、照明光を３色分離させ、各色それぞれを色と対応したパネル状の液晶素子（液晶パネル）へ照射している。
ここで、従来の反射型液晶投影装置（反射型液晶プロジェクター）における液晶素子を用いたライトバルブ（液晶ライトバルブ）の動作原理を図２８に示す。図２８に示すように、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０で選択されたＳ偏光は全反射の場合、反射型液晶素子２１でＰ偏光となって偏光ビームスプリッタ２０を透過し、図示しない投射レンズに導かれ、反射させない全黒の場合は偏光ビームスプリッタ２０により光源に戻ることになる。従って、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色に対応した３つの液晶ライトバルブを用い、それぞれの反射光を再びダイクロイックミラーなどを用いて色合成を行い、投射レンズでスクリーン上に像形成するのが従来の反射型液晶プロジェクターの一般的な構成である。
【０００４】
また、従来の透過型液晶素子を用いた色合成方法の一例を図２９に示す。図２９においては、３組の液晶パネル３１，３２，３３とコンデンサレンズ３４，３５，３６を、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０の３面に対向して配置し、残る１面に対向して投射レンズ３７を配置する。そして、一方向の偏光成分の照明光を３色分離して、それぞれを透過型の液晶パネル３１，３２，３３を透過させ、その際に光のスイッチングを行い、クロスのダイクロイック膜３０ａ，３０ｂが形成されたプリズム３０を通して３色の光を合成し、投射レンズ３７で投影する方式である。
【０００５】
以上のような、従来からある液晶素子を用いた投影装置（液晶プロジェクター）は、偏光を扱うため、照明光の偏光度の向上が必須となる。光源は自然偏光の光源であるため、ある一方向の偏光成分を向上する素子が必要となる。光源は自然偏光の光源であるため、一方向の偏光成分を抽出したとして、理想的な偏光板と検光子を組み合わせても原理的に５０％の光量しか利用できない。実際には透過率を考慮すると光量の利用率はさらに低下する。そこで光源から供給された光を単一偏光に変換することが行われている。この光源から供給された光を単一偏光に変換する方法としては、複数の方法が提案されているが、現在は偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と１／２波長板を組み合わせた方法が採用されている（特開平１１−１４２７９２号公報等）。
その従来の偏光変換器の原理図を図３０に示す。図３０において、偏光ビームスプリッタアレイ（ＰＢＳアレイ）４０の中には複数の偏光分離膜４１が設けられており、偏光分離膜４１ではＰ波（Ｐ偏光）は透過され、Ｓ波（Ｓ偏光）のみが反射され、反射したＳ波（Ｓ偏光）は１／２波長板４２に入射し、振動方向を９０°回すことでＰ波（Ｐ偏光）となり、従来は捨てていたＳ波（Ｓ偏光）をＰ波（Ｐ偏光）に変換して有効に利用することができるようになる。
【０００６】
また、カラー分離方法についても、クロスプリズムやダイクロイックミラーを用いた方法等、様々な方法が提案されているが、最近では、特許第３１３０５３７号公報（特表平１１−５０４４４１号公報）に記載されているような、色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を用いた色分解、合成方法が提案されている。
特許第３１３０５３７号公報記載の従来例を図３１に従って説明すると、単一の偏光フィルム５０と、これに続く２またはそれ以上のリターダのスタック５１とを有する補色色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）が提案されている。色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）は、直線偏光を入射すると、直交する方向に偏光した補色原色を生成する。また、特許第３１３０５３７号公報には、図３１に示すように、第１の直線偏光子５０と、２つまたはそれ以上のリターダを有し前記偏光子に対して連続して配置される第１のリターダスタック５１とを具備し、 前記リターダの数Ｎ、前記リターダのリターダンスおよび配向が、第１の加法混合原色スペクトルが第１の偏光軸に沿って透過され、且つ補色の第１の減法混合原色スペクトルが第２の直交する偏光軸に沿って透過されるようにようになっていることを特徴とする色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を提案している。そして、この色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）は、カラー偏光子として前述した新しいプロジェクターの作像部分に適用することが可能であり、本素子を用いたプロジェクターとしては、ＵＳＰ６１３０９１や、日経マイクロデバイス ２０００年８月号 ｐ１８４に開示されている。
【０００７】
ここで、色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を用いた液晶プロジェクターの概略を図３２に示す。図３２に示すように、この液晶プロジェクターは、図示しない照明装置と、４つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６１，６２，６３，６４と、緑、赤、青用の３枚の反射型液晶パネル６５，６６，６７と、２種の色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム（色偏光子））６８，６９と、偏光板７０と、投射レンズ７１を備えた構成である。図示しない照明装置からの照明光はまず、第一の色選択性リターダ６８に入射し、緑の帯域だけが９０度偏光方向を変換され、第一のＰＢＳ６１により、緑と、緑の補色（マゼンタ）が分離され、緑は第二のＰＢＳ６２で反射され緑用の液晶パネル６５で変調される。マゼンタは第二の色選択性リターダ６９により赤の波長帯域のみ９０度偏光方向を変えられて、第三のＰＢＳ６３で反射され、赤用の液晶パネル６６へ入射されて変調される。青は第三のＰＢＳ６３では透過し、青用の液晶パネル６７に照射され変調される。そして、各色用の液晶パネル６５，６６，６７で変調された各色の光は第四のＰＢＳ６４を介して合成され、偏光板７０を通過して投射レンズ７１で投影される。
ここで、図２８を参照して説明したように、白あるいは黒表示は、投射レンズ側へ向かうか、照明光源側に戻すかを、各液晶パネル６５，６６，６７により偏光方向を制御することにより制御する構成である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述したような色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム（色選択性の偏光子））を用いた小型で光学レイアウトが容易で、分離された偏光方向を自在に設定可能な新規な構成の色分離・合成素子を実現することを目的とし、さらには、その色分離・合成素子を用いて色分離、色合成を行うことにより、小型な投影装置を実現することを目的とする。
また、各光学素子を一体とした色分離・合成素子を実現し、精度のよい色分離、色合成を実現して、より高画質な投影装置を実現することを目的とし、さらには、各光学素子を一体化することにより、量産性に富み、安価な投影装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、請求項１に係る発明は、第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面、または側面に隣接した位置に、偏光分離膜と平行に前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子である。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の色分離・合成素子において、前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分の光と、第二の偏光方向成分の光を、それぞれ透過光あるいは反射光とすることで分離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過させることを特徴とするものである。
請求項３に係る発明は、請求項２記載の色分離・合成素子において、色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行うことを特徴とするものである。
請求項４に係る発明は、請求項１，２または３記載の色分離・合成素子において、前記偏光分離膜を平板状の透明部材に形成した平板状偏光分離素子を用いたことを特徴とするものである。
請求項５に係る発明は、請求項１，２，３または４記載の色分離・合成素子において、色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを特徴とするものである。
請求項６に係る発明は、請求項１，２，３，４または５記載の色分離・合成素子において、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光を入射光としたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項７に係る発明は、斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形成した第一の直角プリズムと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、第二の直角プリズムとで構成され、第一の直角プリズムの斜面、及び、第二の直角プリズムの斜面の２面間に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子である。
請求項８に係る発明は、請求項７記載の色分離・合成素子において、前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向の光と、第二の偏光方向の光を、それぞれ透過光あるいは、反射光とすることで分離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過させることを特徴とするものである。
請求項９に係る発明は、請求項８記載の色分離・合成素子において、色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行うことを特徴とするものである。
請求項１０に係る発明は、請求項７，８または９記載の色分離・合成素子において、色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを特徴とするものである。
請求項１１に係る発明は、請求項７，８，９または１０記載の色分離・合成素子において、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光を入射光としたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項１２に係る発明は、第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、色分離素子で構成され、前記色選択性リターダの第一の側面に前記偏光分離膜を配置し、前記色選択性リターダの第二の側面に色分離素子を配置したことを特徴とする色分離・合成素子である。
【００１２】
請求項１３に係る発明は、斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形成した第一のプリズムと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、斜面に色分離機能を形成した第二のプリズムとで構成され、前記第一のプリズムの偏光分離膜形成斜面、及び、前記第二のプリズムの間に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子である。
【００１３】
請求項１４に係る発明は、光源と、偏光方向を変換する機能を有し変調信号により各色の画像を形成する複数のライトバルブと、該ライトバルブにより形成された画像を投影する画像投影手段と、前記光源とライトバルブ及び画像投影手段の間に配置される色分離・合成手段とを備え、前記色分離・合成手段として、請求項１〜１３の何れか一つに記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投影装置である。
【００１４】
請求項１５に係る発明は、光源と、偏光方向を変換する機能を有し変調信号により画像を形成する第一から第三のライトバルブと、該第一から第三のライトバルブにより形成された画像を投影する画像投影手段と、光源光束を前記ライトバルブへ効率よく照明する集光素子と、偏光していない光源の光の第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子と、色選択偏光子として機能する色選択性リターダと、前記偏光効率向上機能素子から得られた直線偏光方向の光のみ透過しその方向とは直交する第二の直線偏光の光束は反射する偏光分離機能を有した偏光分離素子と、色分離素子とで構成され、前記偏光効率向上機能素子を通過した光束を、前記色選択性リターダに通過させることにより、偏光方向を変換されない第一の波長帯域を持つ光と、第二の偏光方向となった第二の波長帯域を持つ光にし、第二の偏光方向となった光を、前記偏光分離素子を透過させた後、前記第一のライトバルブへの照明光とし、また、前記偏光効率向上機能素子を通過した光束のうち、前記色選択性リターダを通過することにより偏光方向を変換され第二の波長帯域の光となった光を、前記偏光分離素子により反射させ、再び色選択性リターダを透過させて第一の偏光方向に再び変換し、その変換された第二の波長帯域の光を、前記色分離素子により第三、第四の２つの波長帯域に分離し、それぞれを第二及び第三のライトバルブへの照明光とし、第一から第三のライトバルブによりカラー画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段と前記投影手段によってスクリーン上に画像形成することを特徴とする投影装置である。
請求項１６に係る発明は、請求項１５記載の投影装置において、前記第一から第三のライトバルブは、反射型ライトバルブであることを特徴とするものである。
請求項１７に係る発明は、請求項１６記載の投影装置において、前記第一から第三のライトバルブにより変調され反射された映像光を、色分離素子、色選択性リターダ及び偏光ビームスプリッタを介して色合成し、前記投影手段によってスクリーン上に投影して画像形成することを特徴とするものである。
請求項１８に係る発明は、請求項１５，１６または１７記載の投影装置において、前記第一のライトバルブと前記偏光ビームスプリッタの間に全反射プリズムを配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１９に係る発明は、第一の偏光方向成分の光は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光は反射する偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面に該色選択性リターダを配置し、該色選択性リターダへほぼ４５度の角度で光を入射し、通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第一の色）と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第二の色）を、それぞれ透過光と反射光とに分離することを特徴とした色分離・合成素子である。
請求項２０に係る発明は、請求項１９記載の色分離・合成素子を複数用いて、３色以上の色分離を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項２１に係る発明は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子として、請求項１９または２０記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とするものである。
請求項２２に係る発明は、請求項２１記載の投影装置において、前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライトバルブであって、前記色合成素子として、請求項１９または２０記載の色分離・合成素子を少なくとも一組用いたことを特徴とするものである。
請求項２３に係る発明は、請求項２２記載の投影装置において、前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライトバルブであって、第二、第三の分離に作用した、第二の色選択偏光子および第二の偏光分離膜で色合成し、その色合成された画像と、第一のライトバルブで変調した画像とを合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜を用いて合成することを特徴とするものである。
請求項２４に係る発明は、請求項２３記載の投影装置において、前記ダイクロイック分離膜は、ダイクロイックプリズムによって形成されたことを特徴とするものである。
請求項２５に係る発明は、請求項２２，２３または２４記載の投影装置において、３組の反射型ライトバルブで反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムは同一の硝材で構成したことを特徴とするものである。
請求項２６に係る発明は、請求項２２，２３，２４または２５記載の投影装置において、色合成素子で合成された光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
請求項２７に係る発明は、請求項２４，２５または２６記載の投影装置において、前記ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２８に係る発明は、光学プリズム面に、少なくとも２組以上の特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、偏光分離膜を平行対峙させて配置し、前記色選択性リターダあるいは偏光分離膜に隣接して、別の２組のプリズムで挟み込み、ブロック状にしたことを特徴とする色分離・合成素子である。
【００１８】
請求項２９に係る発明は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子または前記色合成素子として、請求項２８記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とするものである。
請求項３０に係る発明は、請求項２９記載の投影装置において、前記ライトバルブは反射型の液晶パネルであって、少なくとも一組の色分離・合成素子を、色分離素子及び色合成素子として兼用して用いることを特徴とするものである。
請求項３１に係る発明は、請求項２９または３０記載の投影装置において、各ライトバルブで形成された画像を合成する手段として、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを特徴とするものである。
請求項３２に係る発明は、請求項２９，３０または３１記載の投影装置において、色合成後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
請求項３３に係る発明は、請求項３１記載の投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作および作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施例１）
まず請求項１〜６に係る発明の実施例を説明する。
図１は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離・合成素子は、第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有する偏光分離膜２ａが形成された平板状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）１とで構成され、偏光ビームスプリッタ２の側面位置に隣接して偏光分離面と平行に色選択性リターダ１を配置した構成としたものである。
【００２１】
色選択性リターダ１としては、例えば特許第３１３０５３７号公報に記載されている色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）などを用いることができる。色選択性リターダ１は、ある波長帯域の偏光方向を９０度回転させ、補色の関係にある波長帯域は偏光方向を変化させずに、透過させる機能を有している。すなわち、緑色（Ｇ）の波長帯域のみを変換する素子や、赤色（Ｒ）の波長帯域のみを変換させたり、青色（Ｂ）の波長帯域のみを変換させたりする機能を有している。
図３１に示した従来技術では、垂直方向の入射でリターダスタックの構成を最適になるように設計しているが、入射使用方向で特性が最適になるようにリターダスタックの最適設計を行えばよい。
【００２２】
また、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２の偏光分離膜２ａとしては、近年の薄膜成膜技術を用いて光学ガラス表面に偏光分離機能を有する偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２ａを成膜することで形成することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料を用い、真空プロセスを用いた薄膜形成技術により、平板状の光学ガラスの表面に偏光分離膜を形成すれば、より低コストで、大量生産に向いた平板状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が実現できる。また、米国特許：ＵＳＰ６２３４６３４号に記載のＷire-Ｇrid Ｐolarizer（グリット偏光子）と言われるプレートタイプのＰＢＳを用いてもよい。
そして、以上のような従来からある色選択性リターダ１と偏光ビームスプリッタ２を隣接して対峙させることにより、これまでにないカラー分離あるいは合成を行う素子が実現する。
【００２３】
次にその作用について説明する。図１において、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リターダ１へ図に示す４５度の方向から入射させる。このとき、入射光としては、例えば偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）２ａ形成面（偏光分離面）に対してＳ偏光の光を入射させる。また、説明のために、例えば、色選択性リターダ１は、緑（Ｇ）の帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ１により緑（Ｇ）の光のみＰ偏光に変換される。また、補色のマゼンタ（Ｍ）はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ２へ到着し、ＰＢＳ膜２ａでマゼンタ（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ１に入射し、色選択性リターダ１を通過するが、マゼンタ（Ｍ）であるため、偏光方向は保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。このようにして、入射光軸方向へ透過する緑（Ｇ）の光束と、それとはほぼ直交する方向のマゼンタ（Ｍ）の光束とに分離することができる。ここで、色分離前にＳ偏光で色分離・合成素子に入射させた光束は、緑（Ｇ）とマゼンタ（Ｍ）の光束に分離され、緑（Ｇ）はＰ偏光、マゼンタ（Ｍ）はＳ偏光となる。
【００２４】
次に図２に示すように、同じ素子構成で、入射光をＰ偏光で入射させると、次のような動作、作用となる。入射光をＰ偏光で色選択性リターダ１に入射すると、緑（Ｇ）の光のみＳ偏光に変換され、ＰＢＳ２のＰＢＳ膜２ａで反射され、再び色選択性リターダ１を通過し、Ｐ偏光に戻される。また、マゼンタ（Ｍ）の光は変換されずＰ偏光のままであるので、ＰＢＳ２のＰＢＳ膜２ａを透過することとなる。従って、図１とは色分離方向が逆の関係になる。
【００２５】
以上のような動作により、色選択性リターダ１と偏光分離膜２ａに入射する光の偏光方向により、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択することも可能となり、従来にない色分離素子を実現できる。
特に、入射光の色選択性リターダ１への入射角を４５度で入射させることにより、分離角を９０度とした構成では、様々な光学系に応用する際に素子のレイアウトがしやすく、フレームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直交方向にとることができ精度確保がしやすいなど、多くの利点がある。
また、図２のように、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光（Ｐ偏光）を入射光とした構成を採用することにより、色分離された２色の偏光方向が同じＰ偏光のままとなるので、従来からある色分離素子（ダイクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能となり、利用の幅が広がる。
【００２６】
尚、以上の説明では色分離・合成素子の色分離機能について述べたが、図１または図２において、色分離時とは逆方向に各色（Ｇ，Ｍ）の光を通過させることにより、色合成を行うことができる。また、図１または図２において、色分離された各色の光束の出射方向に反射型液晶ライトバルブ等を配置し、色分離された各色の光を、ライトバルブで偏光方向を逆方向に変換して反射すれば、入射光の方向と直交する方向に合成光を出射することができ、投影装置への応用が容易に可能となる。
【００２７】
（実施例２）
次に請求項７〜１１に係る発明の実施例を説明する。
図３は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離・合成素子は、斜面に第一の直線偏光方向の光のみ透過し第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離膜機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜））５ａを形成した第一の直角プリズム（偏光ビームスプリッタ）５と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）３と、第二の直角プリズム４とで構成され、第一の直角プリズム５の斜面（ＰＢＳ膜５ａ）、及び、第二の直角プリズム４の斜面の２面間に、色選択性リターダ３を配置した構成としたものである。
【００２８】
色選択性リターダ３は、実施例１で説明したように、ある波長帯域の偏光方向を９０度回転させ、補色の関係にある波長帯域は偏光方向を変化させずに、透過させる機能を有している。すなわち、緑色（Ｇ）の波長帯域のみを変換する素子や、赤色（Ｒ）の波長帯域のみを変換させたり、青色（Ｂ）の波長帯域のみを変換させたりする機能を有している。
また、偏光分離膜（ＰＢＳ膜）５ａとしては、近年の薄膜成膜技術を用いて直角プリズム５の斜面に成膜することによって容易に形成することができる。具体的には、誘電体材料や金属材料を用い、真空プロセスを用いた薄膜形成技術により、直角プリズム５の斜面に偏光分離膜５ａを形成すれば、より低コストで、大量生産に向いたプリズム状の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が実現できる。
そしてＰＢＳ膜５ａが形成された第一の直角プリズム（ＰＢＳ）５の斜面と、第二の直角プリズム４の斜面の２面間で色選択性リターダ３を挟持する構成とすることにより、これまでにないカラー分離あるいは合成を行う素子が実現する。
【００２９】
次にその作用について説明する。図３において、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リターダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。このとき、入射光としては、例えば第一の直角プリズム（ＰＢＳ）５のＰＢＳ面（ＰＢＳ膜５ａ）に対してＳ偏光の光を入射させる。また、説明のために、例えば、色選択性リターダ３は、緑（Ｇ）の帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ３により緑（Ｇ）の光のみＰ偏光に変換される。また、補色であるマゼンタ（Ｍ）はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ面（ＰＢＳ膜５ａ）へ到着し、ＰＢＳ膜５ａでマゼンタ（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ３に入射し、色選択性リターダ３を通過するが、マゼンタ（Ｍ）であるため、偏光方向は保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。このようにして、入射光軸方向へ透過する緑（Ｇ）の光束と、それとはほぼ直交する方向のマゼンタ（Ｍ）の光束とに分離することが可能である。ここで、色分離前にＳ偏光で色分離・合成素子に入射させた光束は、緑（Ｇ）とマゼンタ（Ｍ）の光束に分離され、緑（Ｇ）はＰ偏光、マゼンタ（Ｍ）はＳ偏光となる。
【００３０】
次に図４に示すように、同じ素子構成で、入射光をＰ偏光で入射させると、次のような動作、作用となる。入射光をＰ偏光で色選択性リターダ３に入射すると、緑（Ｇ）の光のみＳ偏光に変換され、ＰＢＳ膜５ａで反射され、再び色選択性リターダ３を通過し、Ｐ偏光に戻される。また、マゼンタ（Ｍ）の光は変換されずＰ偏光のままであるので、ＰＢＳ膜５ａを透過することとなる。従って、図１とは色分離方向が逆の関係になる。
【００３１】
以上のような動作により、入射の偏光方向により、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択することも可能となり、従来にない色分離素子を実現できる。
特に、入射光の色選択性リターダ３への入射角を４５度で入射させることにより、分離角を９０度とした構成では、様々な光学系に応用する際に素子のレイアウトがしやすく、フレームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直交方向にとることができ精度確保がしやすいなど、多くの利点がある。
また、図４のように、入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光（Ｐ偏光）を入射光とした構成を採用することにより、色分離された２色の偏光方向が同じＰ偏光のままとなるので、従来からある色分離素子（ダイクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能となり、利用の幅が広がる。
【００３２】
尚、以上の説明では色分離・合成素子の色分離機能について述べたが、図３または図４において、色分離時とは逆方向に各色（Ｇ，Ｍ）の光を通過させることにより、色合成を行うことができる。また、図３または図４において、色分離された各色の光束の出射方向に反射型液晶ライトバルブ等を配置し、色分離された各色の光を、ライトバルブで偏光方向を逆方向に変換して反射すれば、入射光の方向と直交する方向に合成光を出射することができ、投影装置への応用が容易に可能となる。
【００３３】
図３，４に示すような素子構成を採用することで、従来からある立方形状の色分離プリズムと同等な形状を実現でき、様々な用途に応用できる。また、上記のような構成を採用することでより特徴のある色分離、合成素子が実現する。
尚、以上の構成は一実施例であり、平行平板で形成されたＰＢＳと色選択性リターダを、２つの直角プリズムで狭持するような構成としてもよい。また、平行平板にＰＢＳ膜を形成し、ＰＢＳ膜が形成された平行平板と色選択性リターダを他の平行平板で狭持して一体化した後、色選択性リターダとＰＢＳ膜を４５度方向に傾けてブロック形状に形成してもよい。
【００３４】
（実施例３）
次に請求項１２係る発明の実施例を説明する。
図５は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図であり、色分離・合成素子は、第一の直線偏光方向の光のみ透過し、第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜）５ａ）を有した偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５と、色選択性リターダ３と、色分離素子６で構成され、色選択性リターダ３の第一の側面に偏光ビームスプリッタ５を配置し、色選択性リターダ３の第二の側面にプリズム４を介して色分離素子６を配置した構成としたものである。
尚、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５と、色選択性リターダ３及びプリズム４の部分の構成は、例えば図３に示す色分離・合成素子と同様の構成であり、偏光分離膜（ＰＢＳ膜）５ａを形成した第一の直角プリズム（偏光ビームスプリッタ）５と、色選択性リターダ３と、第二の直角プリズム４とで構成されており、実施例２と同様の機能、作用を有するものである。すなわち、本実施例の色分離・合成素子は、図３の構成に、さらに色分離素子６を加えた構成としたものである。
【００３５】
次にその作用について説明する。図５において、まず、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リターダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。このとき、入射光は、ＰＢＳ膜５ａ形成面に対してＳ偏光の光を入射させている。また、説明のために、色選択性リターダ３は、緑（Ｇ）の光の波長帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ３により緑（Ｇ）のみＰ偏光に変換され、補色のマゼンタ（Ｍ）はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ膜５ａへ到着し、マゼンタ（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ３に入射し、色選択性リターダ３を通過するが、マゼンタ（Ｍ）であるため偏光方向は保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。ＰＢＳ膜５ａで反射されたＳ偏光のマゼンタ（Ｍ）の光は色分離素子６の色分離膜６ａへ入射され、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離される。ここでは、色分離素子６はダイクロイックプリズムで形成しており、このダイクロイックプリズム６の色分離膜（ダイクロイック膜）６ａにより赤（Ｒ）の光は反射され、青（Ｂ）の光は透過されることにより、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離される。このようにして、３色の色分離が可能となる。
【００３６】
（実施例４）
次に請求項１４，１５に係る発明の実施例を説明する。
図５は実施例３で説明した色分離・合成素子を用いた投影装置の構成例を示しており、この投影装置は、実施例３（請求項１２）の色分離・合成素子（３〜６）と、光源（図示せず）と、偏光方向を変換する機能を有した第一から第三のライトバルブ８，９，１０と、画像投影手段（投射レンズ）１１と、光源光束を該ライトバルブへ効率よく照明する集光素子（図示せず）と、偏光していない光源の光を第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子（図示せず）とで構成される。
【００３７】
尚、図５には、光源、集光素子、偏光効率向上素子は図示していないが、従来から用いられてきたものを利用することができる。
例えば、光源には、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得られるように、リフレクターで反射集光させてもよい。
偏光効率向上機能素子は、例えば図３０の従来例に示したＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、入射光が一方向の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせた構成などが採用される。また、効率を無視すれば直線偏光子も採用することができる。
照明用集光素子は、例えばインテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成され、ライトバルブへ照射される照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子であったりする。
また、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。
【００３８】
このような構成の投影装置では、実施例３の色分離・合成素子を用いて色分離し、各色対応した３つの偏光方向を変換する機能を有した第一から第三のライトバルブ８，９，１０を、各色に分離された光の出射位置に配置して、映像変調信号によりライトバルブ８，９，１０を制御して画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段によって合成した後、画像投影手段（投射レンズ）１１によってスクリーン上に画像形成する。
尚、色合成手段に関しては図示はしないが、ライトバルブ８，９，１０が透過型の場合は、従来からあるミラーと色フィルターの組み合わせによって実現することができる。また、ライトバルブ８，９，１０が反射型の場合は、以下の実施例５の構成・動作となる。
【００３９】
（実施例５）
次に請求項１６，１７に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、図５に示す実施例４の投影装置の構成に加えて、ライトバルブ８，９，１０を反射型のライトバルブで構成したものである。
反射型のライトバルブとしては、例えば、反射型液晶パネルを用いたりすることができる。この場合、明表示では、変調されて偏光方向を変化することにより、照明光と同じ光路を通り、画像投影手段である投射レンズ１１へと導かれる。変換されない場合は、光源側に戻っていき、投射レンズ１１へとは到達せず、黒表示となる。すなわち、本実施例では、色分離・合成素子を照明光の往路では色分離素子として機能させて照明光を色分離させ、各ライトバルブ８，９，１０で反射変調された映像光の復路では、再び本発明の色分離・合成素子を用いて色合成素子として機能させて色合成し、合成された映像光を投射レンズ１１へと導いている。
投射レンズ１１の前には、緑（Ｇ）と青（Ｂ）、赤（Ｒ）の波長で偏光方向が異なって出射されるが、スクリーンの偏光依存性がない場合はこのまま投影してもよいし、色選択性リターダを用いて偏光方向を揃えてもよい。また、揃えた偏光方向を通過させるように投射レンズ１１の前に直線偏光子をさらに追加して、色純度を向上させてもよい。
【００４０】
尚、図５の実施例では色分離素子６を色分離膜６ａの傾斜が４５度のダイクロイックプリズムで構成した実施例を示したが、色分離膜の傾斜角は、色分離が可能なあらゆる角度で構成できる。図示しないが、角度依存性のない構成を採用したい場合は、より浅い角度が効果的で、例えば、３０度や１５度入射で分離するダイクロイックプリズムで形成してもよい。また、ダイクロイックプリズムの替わりに、平板タイプのダイクロイックミラーや、フィルターなどで構成してもよい。
また、色選択性リターダ３は緑（Ｇ）の波長帯域の偏光方向を変換する機能で構成したが、青（Ｂ）の波長帯域を変換する素子で構成した場合には、実施例のダイクロイック膜６ａは、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）を分離する膜とすればよい。また、色選択性リターダ３を、赤（Ｒ）の波長帯域を変換する機能で構成したとすれば、ダイクロイック膜６ａは青（Ｂ）の帯域と緑（Ｇ）の帯域を分離する膜とすればよい。
【００４１】
さらに、図５に示す実施例では、緑（Ｇ）と、マゼンタ（Ｍ）の光路長を合わせるために、緑（Ｇ）のライトバルブ８の前に光路長を合わせるための光学部材７（例えば、平行平板、プリズム等）を挿入して像倍率を合わせており、これにより、高品質な投影装置を実現できる。
尚、図６は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を構成するプリズムと光路長合わせの光学部材を一体的に構成したプリズム１２を用いた実施例を示すものであり、このプリズム１２の傾斜面にＰＢＳ膜１２ａを形成して偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を構成し、そのＰＢＳ１２のＰＢＳ膜形成面と第二のプリズム４の傾斜面との間で色選択性リターダ３を挟持した構成である。この場合、動作、作用は図５の実施例と同じであるが、部品数を少なくでき、コストを低減することができる。
【００４２】
（実施例６）
次に請求項１３，１４，１５，１６，１７に係る発明の実施例を説明する。
図７は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図であり、色分離・合成素子は、斜面に第一の直線偏光方向の光のみ透過し第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離膜機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１３ａ）を形成した第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））１３と、色選択性リターダ３と、斜面に色分離機能（色分離膜１４ａ）を形成した第二のプリズム（色分離素子）１４とで構成され、第一のプリズム１３の偏光分離膜形成斜面、及び、第二のプリズム１４の間に、色選択性リターダ３を配置した構成としたものである。
【００４３】
次にその作用について説明する。図７において、まず、一方向の偏光方向に揃った入射光を色選択性リターダ３へ図に示す４５度の方向から入射させる。このとき、入射光は、第一のプリズム（ＰＢＳ）１３に形成されたＰＢＳ膜形成面に対してＳ偏光の光を入射させている。説明のために、色選択性リターダ３は、緑（Ｇ）の波長帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とする。Ｓ偏光の光は、色選択性リターダ３により緑（Ｇ）の光のみＰ偏光に変換され、補色であるマゼンタ（Ｍ）の光はＳ偏光のまま透過する。緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）の光はＰＢＳ膜形成面へ到着し、マゼンタ（Ｍ）の光のみ反射し、緑（Ｇ）の光は透過する。ＰＢＳ膜１３ａで反射されたマゼンタ（Ｍ）の光はほぼ９０度光路を折り曲げられ、再び色選択性リターダ３に入射し、色選択性リターダ３を通過するが、マゼンタ（Ｍ）の波長帯域であるため偏光方向は保たれたまま、つまり、Ｓ偏光のまま透過する。ＰＢＳ膜１３ａで反射されたＳ偏光のマゼンタ（Ｍ）の光は、第二のプリズム（色分離素子）１４に形成された色分離膜１４ａへ入射される。色分離膜１４ａは、例えば、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離するダイクロイック膜で形成されており、第二のプリズム（色分離素子）１４は一種のダイクロイックプリズムである。従って、このダイクロイックプリズム１４の色分離膜（ダイクロイック膜）１４ａにより赤（Ｒ）の光は反射され、青（Ｂ）の光は透過されることにより、赤（Ｒ）と青（Ｂ）の光に分離される。このようにして３色の色分離が可能となる。尚、ダイクロイックプリズムは、図６のような、複数の直角プリズムを貼り合わせて一体化した構成を採用してもよい。
【００４４】
図７は上記の構成の色分離・合成素子を用いた投影装置の構成例を示しており、この投影装置は、色分離・合成素子（３，１３，１４）と、光源（図示せず）と、偏光方向を変換する機能を有した第一から第三のライトバルブ８，９，１０と、画像投影手段（投射レンズ）１１と、光源光束を該ライトバルブへ効率よく照明する集光素子（図示せず）と、偏光していない光源の光を第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子（図示せず）とで構成される。
【００４５】
尚、図７には、光源、集光素子、偏光効率向上素子は図示していないが、従来から用いられてきたものを利用することができる。
例えば、光源には、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得られるように、リフレクターで反射集光させてもよい。
偏光効率向上機能素子は、例えば図３０の従来例に示したＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器で構成すれば、一方向の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせた構成などが採用される。また、効率を無視すれば直線偏光子も採用することができる。
照明用集光素子は、例えばインテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成され、ライトバルブへ照射される照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子であったりする。
また、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。
【００４６】
このような構成の投影装置では、色分離・合成素子（３，１３，１４）を用いて色分離し、各色対応した３つの偏光方向を変換する機能を有したライトバルブ８，９，１０を、各色に分離された光の出射位置に配置して、映像変調信号によりライトバルブ８，９，１０を制御して画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段によって合成した後、画像投影手段（投射レンズ）１１によってスクリーン上に画像形成する。
尚、色合成手段に関しては図示はしないが、ライトバルブ８，９，１０が透過型の場合は、従来からあるミラーと色フィルターの組み合わせによって実現することができる。また、ライトバルブ８，９，１０が反射型の場合は、以下のような構成となる。
【００４７】
図７に示す実施例の投影装置において、ライトバルブ８，９，１０を反射型のライトバルブで構成した場合、反射型のライトバルブとしては、例えば、反射型液晶パネルを用いたりすることができる。この場合、明表示では、変調されて偏光方向を変化することにより、照明光と同じ光路を通り、画像投影手段である投射レンズ１１へと導かれる。変換されない場合は、光源側に戻っていき、投射レンズ１１へとは到達せず、黒表示となる。すなわち、本実施例では、色分離・合成素子を照明光の往路では色分離素子として機能させて照明光を色分離させ、各ライトバルブ８，９，１０で反射変調された映像光の復路では、再び本発明の色分離・合成素子を用いて色合成素子として機能させて色合成し、合成された映像光を投射レンズ１１へと導いている。
投射レンズ１１の前には、緑（Ｇ）と青（Ｂ）、赤（Ｒ）の波長で偏光方向が異なって出射されるが、スクリーンの偏光依存性がない場合はこのまま投影してもよいし、色選択性リターダを用いて偏光方向を揃えてもよい。また、揃えた偏光方向を通過させるように投射レンズ１１の前に直線偏光子をさらに追加して、色純度を向上させてもよい。
【００４８】
尚、図７の実施例では第二のプリズム（色分離素子）１４を色分離膜１４ａの傾斜が４５度のダイクロイックプリズムで構成した例を示したが、色分離膜の傾斜角は、色分離が可能なあらゆる角度で構成できる。図示しないが、角度依存性のない構成を採用したい場合は、より浅い角度が効果的で、例えば、３０度や１５度入射で分離するダイクロイックプリズムで形成してもよい。また、ダイクロイックプリズムの替わりに、平板タイプのダイクロイックミラーや、フィルターなどで構成してもよい。
また、色選択性リターダ３は緑（Ｇ）の波長帯域の偏光方向を変換する機能で構成したが、青（Ｂ）の波長帯域を変換する素子で構成した場合には、実施例のダイクロイック膜１４ａは、赤（Ｒ）と緑（Ｇ）を分離する膜とすればよい。また、色選択性リターダ３を、赤（Ｒ）の波長帯域を変換する機能で構成したとすれば、ダイクロイック膜１４ａは青（Ｂ）の帯域と緑（Ｇ）の帯域を分離する膜とすればよい。
【００４９】
（実施例７）
次に請求項１８に係る発明の実施例を説明する。
図８は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図であり、色分離・合成素子は、斜面に第一の直線偏光方向の光のみ透過し第一の直線偏光方向とは直交する第二の直線偏光方向の光を反射する偏光分離膜機能（偏光分離膜（ＰＢＳ膜）１５ａ）を形成した第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ））１５と、色選択性リターダ３と、斜面に色分離機能（色分離膜１４ａ）を形成した第二のプリズム（色分離素子）１４とで構成され、第一のプリズム１３の偏光分離膜形成斜面、及び、第二のプリズム１４の間に、色選択性リターダ３を配置した構成としたものである。また、投影装置としては、上記色分離・合成素子と、光源（図示せず）と、偏光方向を変換する機能を有した第一から第三のライトバルブ８，９，１０と、画像投影手段（投射レンズ）１１と、光源光束を該ライトバルブへ効率よく照明する集光素子（図示せず）と、偏光していない光源の光を第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子（図示せず）とで構成される。この図８の構成は、図７と略同様のものであるが、緑（Ｇ）用の第一のライトバルブ８と偏光ビームスプリッタ１５の間に全反射プリズム１５ａを配置し、該全反射プリズム１５ａを偏光ビームスプリッタ１５と一体に形成したものである。
【００５０】
ここで、説明のために色選択性リターダ３は、緑（Ｇ）の波長帯域のみ偏光方向を９０度変換されるＧ／Ｍ素子とした場合、実施例６で説明した図７の構成、動作及び作用と略同様の構成、動作及び作用となるが、図８の実施例では、緑（Ｇ）に対応するライトバルブ８前に全反射プリズム（反射面）１５ａを配置し、光路を折り曲げたことを特徴としたものである。
このような構成を採用することで、光路を折り曲げることが効率よくでき、レイアウトの自由度が増し、より小型化を実現できる。また、図７の構成に比べて第一のプリズムの体積を約２／３と小さくすることができ、重量、および、体積の縮小が可能となり、より小型で、軽量な投影装置が実現する。
【００５１】
（実施例８）
次に請求項１８に係る発明の別の実施例を説明する。
図９は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。本実施例では、図８の構成と略同様の構成であるが、色分離素子（ダイクロイックプリズム）１６の色分離膜（ダイクロイック膜）１６ａの傾斜方向を図８とは逆にし、色分離膜（ダイクロイック膜）１６ａの面を、ＰＢＳ１５のＰＢＳ膜１５ａの面と直角に配置（主光軸を中心としてみると平行の配置に対して１８０°回転した配置）し、赤（Ｒ）用のライトバルブ９の配置位置を逆側にしたものである。尚、その他の構成、動作及び作用は図８の実施例と同様である。
【００５２】
図１０は本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。本実施例では、図９の構成と略同様の構成であるが、ＰＢＳ膜１７ａが形成された第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ）１７と一体に形成された全反射プリズム（反射面）１７ｂの向きを逆にし、光路の折り曲げ方向を図９とは逆方向にしたものである。尚、その他の構成、動作及び作用は図８，９の実施例と同様である。
【００５３】
以上、本発明に係る色分離・合成素子及びそれを用いた投影装置の実施例について説明したが、図５〜図１０の実施例では説明を分かりやすくするために、色分離素子６，１４，１６の色分離膜（ダイクロイック膜）６ａ，１４ａ，１６ａの膜面を、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５，１２，１３，１５，１７のＰＢＳ膜５ａ，１２ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａの膜面と平行または直角の配置（主光軸を中心としてみると平行の配置に対して１８０°回転した配置）とした例で示したが、原理的にダイクロイック膜はＰＢＳ膜面に対して独立であり、主光軸に対して０°〜３６０°の範囲でどのような配置でも構わない。一般的には図示したような４５°、１３５°（または２２５°、３１５°）の他、０°、９０°、１８０°、２７０°の位置が配置しやすい。
また、図８、図９、図１０において、緑（Ｇ）のライトバルブ８のための全反射プリズム（反射面）１５ｂ，１７ｂも同様の理由により配置されるものであり、光路を曲げる反射面は主光軸に対して０°〜３６０°の範囲でどのように設定しても構わない。一般的には図示したような４５°、１３５°（または２２５°、３１５°）の他、０°、１８０°が設定しやすく、次に９０°、２７０°が設定しやすい。
さらに付け加えると、図５〜図１０でダイクロイック膜６ａ，１４ａ，１６ａの膜面は主光軸に対して４５°の傾きの場合で示しているが、その面を１０°、１５°、３５°などの構成にすることは容易であり、そのような構成にしたとしても本発明の範囲内であることは自明である。
【００５４】
（実施例９）
次に請求項１９，２０に係る発明の実施例を説明する。
図１１は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図であり、この色分離・合成素子は、第一の偏光方向成分の光は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光は反射する偏光分離膜８１ａ（８２ａ）と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）とで構成され、前記偏光分離膜８１ａ（８２ａ）の側面に該色選択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）を配置し、該色選択性リターダ８１ｂ（８２ｂ）へほぼ４５度の角度で光を入射し、通過後、前記偏光分離膜８１ａ（８２ａ）で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第一の色）と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第二の色）を、それぞれ透過光と反射光とに分離することを特徴とした色分離・合成素子８１（８２）を用いたものであり、この色分離・合成素子８１（８２）を複数用いて、３色以上の色分離を行うことを特徴とするものである。
【００５５】
より具体的には、図１１に示す色分離・合成素子８０は、図３や図４に示したものと同様の構成の色分離・合成素子８１（８２）を２つ組み合わせたものであり、第一の色分離・合成素子８１は、第一の偏光方向成分は透過し、第一の方向とは直交する第二の偏光方向の成分は反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜（ＰＢＳ膜）８１ａと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダ８１ｂとで構成され、偏光分離膜８１ａの側面位置に色選択性リターダ８１ｂを配置して２つの直角プリズムの間に挟み込んだ構成であり、色選択性リターダ８１ａへ光を入射させたあと、偏光分離膜８１ｂで第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光を、それぞれ透過光と反射光として分離する。偏光分離膜８１ａを通過した光は、同様に色選択性リターダ８２ｂと第二の偏光分離膜８２ａで構成された第二の色分離・合成素子８２に入射し、色選択性リターダ８２ｂと第二の偏光分離膜８２ａによって、さらに２色の光に分離する。
【００５６】
次にその作用について説明する。図１１において、一方向の偏光方向に揃った入射光を第一の色分離・合成素子８１の色選択性リターダ８１ｂへ図に示す４５度の方向から入射させる。このとき、例えば、入射光線は偏光分離膜８１ａに対してＰ偏光の直線偏光を有する光であり、色選択性リターダ８１ｂは、例えば、緑（Ｇ）の帯域のみ偏光方向を変換する機能を有する偏光子（Ｇ／Ｍ素子）であったとする。この場合、緑（Ｇ）の帯域光は色選択性リターダ８１ｂでＳ偏光に変換され、偏光分離膜８１ａにより反射し、光路を９０度折り曲げられ、再び、色選択性リターダ８１ｂを通過してＰ偏光となり、緑色の波長帯域をもつ光を分離できる。色選択性リターダ８１ｂにより偏光方向を変換されない緑帯域以外のマゼンタ（Ｍ）帯域の光は、偏光分離膜８１ａを通過し、青色（Ｂ）の波長帯域のみ偏光方向を変換する機能を有する色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８２ｂに向かう。そして、マゼンタ光は、色選択性リターダ８２ｂにより青（Ｂ）の帯域のみ偏光方向をＳ偏光に変換され、偏光分離膜８２ａによりほぼ９０度反射し、再び色選択性リターダ８２ｂを通過してＰ偏光の青（Ｂ）の波長帯域を持った光として、色選択性リターダ８２ｂにより偏光方向を変換されない赤（Ｒ）の波長帯域を持った光と分離される。また、赤（Ｒ）の波長帯域を持った光は偏光分離膜８２ａを通過し、Ｐ偏光のまま出射される。以上の様な構成と作用により３色の色分離が実現する。尚、図１１では青（Ｂ）光は緑（Ｇ）光とは反対方向に反射しているが、第二の色分離・合成素子８２の色選択性リターダ８２ｂと偏光分離膜８２ａの角度を、第一の色分離・合成素子８１の偏光分離膜８１ａと同じ方向に設定すれば、緑色と同じ方向に向かう。
このように、偏光分離膜と色選択性リターダを用いた色分離・合成素子を複数組み合わせることで、一方向の偏光成分の高い、色の分離が可能となる。
また、色選択性リターダは、赤色（Ｒ）の波長帯域のみの偏光方向を変換する素子もあり、適切な色選択性リターダを用いることにより、３色の色分離の方向を任意に設定することが可能となる。
【００５７】
以上のように、本実施例の色分離・合成素子では、色選択性リターダと偏光分離膜を組み合わせた素子を複数用いることにより、自在に色分離方向を設定できる。また、偏光方向を選択、あるいは、変換することも可能となり、従来にない色分離・合成素子を実現できる。特に入射光を色選択性リターダに４５度で入射させることにより分離角を９０度とした構成では、様々な光学系に応用する際に、素子レイアウトがしやすい、フレームやハウジング保持部材のメカ設計の際、基準を直交方向にとることができ精度確保がしやすいなど、多くの利点がある。
また、Ｐ偏光入射で用いる構成を採用することにより、色分離された３色の偏光方向が同じＰ偏光のままとなるので、従来からあるカラー分離素子（ダイクロイックカラーフィルターなど）と同じ様な使い方が可能となり、利用の幅が広がる。
尚、以上の説明では色分離・合成素子の色分離機能について述べたが、図１１において、色分離時とは逆方向に各色（Ｂ，Ｒ，Ｇ）の光を通過させることにより、色合成を行うことができる。また、図１１において、色分離された各色の光束の出射方向に反射型あるいは透過型の液晶ライトバルブ等を配置すれば、投影装置への応用が容易に可能となる。
【００５８】
（実施例１０）
次に請求項２１に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、光源（図示せず）と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置であり、前記色分離素子として、実施例９で説明した図１１に示す構成の色分離・合成素子８０（色選択性リターダと偏光分離膜からなる２つの色分離・合成素子８１，８２を組み合わせた色分離・合成素子）を用いたものである。
【００５９】
図示しないが、光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得られるように、リフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行う照明用集光光学系として、インテグレータ光学系を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成され、ライトバルブへ照明される照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用することができる。
さらに、入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、図３０の従来例に示したような偏光変換器を用いても良い。すなわち、従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器を照明光学系に採用すれば、照明光が一方向の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などを採用することができる。また、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００６０】
本実施例では、以上のような、従来からある照明光源を用いて、実施例９（請求項１９，２０）の構成の２つの色分離・合成素子８１，８２を組み合わせた色分離・合成素子８０用いて３色分離し、例えば、ライトバルブとして透過型の液晶パネルなどを用いて偏光方向を切り替えスイッチングして、画像形成し、各色形成された透過画像を合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
また、色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって実現できる。また、従来技術の欄にも示したが、クロスダイクロイックプリズムなどを用いて３色を合成してもよい。
【００６１】
本実施例では、色分離に色選択性リターダと、ＰＢＳの特性を利用した色分離素子を利用したので、これまでは、ダイクロイック分離膜などに要求される仕様としては、Ｐ、Ｓ偏光方向の特性を保ったまま色分離する必要があったが、偏光特性に関しては、偏光分離膜に持たせることにより、色分離前後の偏光特性の変化が少なくなる特徴がある。
【００６２】
（実施例１１）
次に請求項２２に係る発明の実施例を説明する。
図１２は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
本実施例は、光源（図示せず）と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置であり、前記色分離素子として、実施例９で説明した図１１に示す構成の色分離・合成素子８０（色選択性リターダと偏光分離膜からなる２つの色分離・合成素子８１，８２を組み合わせた色分離・合成素子）を用いたものであり、さらには、ライトバルブとして反射型液晶パネル８５，８６，８７を用い、色合成素子として、実施例９に記載の色分離・合成素子を少なくとも一つ用いたことを特徴とするものである。
より具体的には、実施例９に記載した構成の色分離・合成素子８１，８２と、偏光分離膜８３ａが形成された偏光分離素子（ＰＢＳ）８３と、偏光分離膜８４ａと色選択性リターダ８４ｂからなる色合成素子８４とを組み合わせて構成した色分離・合成素子部を用い、これに実施例１０で述べたような光源等の照明系と、複数の反射型液晶パネル（反射型ライトバルブ）８５，８６，８７と、投射レンズ８８を組み合わせて構成した投影装置であり、色分離・合成素子８２を、色分離と色合成に兼用したものである。
【００６３】
図１２において、第一の色分離・合成素子８１に入射する照明光を例えばＰ偏光成分を向上させた直線偏光とし、緑色（Ｇ）帯域の光をＳ偏光に変える色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）８１ｂにほぼ４５度の角度で入射させ、緑色（Ｇ）帯域の光を偏光分離膜８１ａで反射させる。反射された緑色光は再び色選択性リターダ８１ｂを通ることでＰ偏光となり、偏光分離素子８３の偏光分離膜８３ａを透過し、緑色（Ｇ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）８７を照明する。一方、偏光分離膜８１ａを通過したマゼンタ光は、第二の色分離・合成素子８２の青色（Ｂ）帯域の光をＳ偏光に変える色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８２ｂにほぼ４５度の角度で入射し、色選択性リターダ８２ｂによってＳ偏光に変えられた青色光は偏光分離膜８２ａで反射し、再び色選択性リターダ８２ｂを通過してＰ偏光となり、青色（Ｂ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）８６を照明する。また、赤色（Ｒ）帯域の光は偏光分離膜８２ａを透過し、こちらもＰ偏光で赤色（Ｒ）用の反射型のライトバルブ（反射型液晶パネル）８５を照明する。
【００６４】
それぞれの反射型液晶パネル８５，８６，８７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられて、画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機能を有しているので、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７での明信号は、Ｓ偏光に変換されて、偏光分離膜８３ａにより反射し、色合成素子８４に向かう。赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル８５で反射された明表示光はＳ偏光に変えられ、偏光分離膜８２ａで反射し、色合成素子８４に向かう。また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル８６の明表示反射光はＳ偏光に変えられるので、色選択性リターダ８２ｂを通過し、Ｐ偏光に変換されて偏光分離膜８２ａを通過し、青色（Ｂ）の明表示光と合成されて、色合成素子８４に向かう。
ここで、色合成素子８４として、赤色（Ｒ）の波長帯域のみの偏光方向を変える色選択性リターダ（Ｒ／Ｂ素子）８４ｂと偏光分離膜８４ａを図１２に示すように配置すると、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の合成光が、緑色（Ｇ）光と合成し、カラー画像を形成することができるので、この合成されたカラー画像を投射レンズ８８で、図示しないスクリーン上に投影する。
このような構成を採用することにより、これまで、ライトバルブへの照明光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する素子と、照明光と、投影像の光路を分離する機能を、一つの素子に盛り込ませることが可能となり、これまでにない小型な作像光学系を備えた投影装置を実現することができる。
【００６５】
（実施例１２）
次に請求項２２に係る発明の別の実施例を説明する。
図１３は本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
本実施例は、請求項１９の構成の色分離・合成素子８１，８２，８３’，８４を４つ組み合わせて色分離・合成素子部を構成し、対角状に４組の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａと色選択性リターダ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂを配置した構成とし、その周囲に、ライトバルブとして反射型液晶パネル８５，８６，８７を配置したものである。また、Ｐ偏光で照明光を第１の色選択性リターダ８１ｂに入射させた場合の構成例を示しており、図示の例では、第１の色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第２の色選択性リターダ８２ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機能し、第３の色選択性リターダ８３ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第４の色選択性リターダ８４ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機能する。従って、反射型液晶パネル８５，８６，８７の配置位置は図１２と同じであるが、合成されたカラー画像の出射方向が紙面右方向となり、投射レンズ８８の配置位置が図１２とは異なっている。
【００６６】
（実施例１３）
次に請求項２２に係る発明のさらに別の実施例を説明する。
図１４は本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
本実施例は、請求項１９の構成の色分離・合成素子８１，８２，８３’，８４を４つ組み合わせて色分離・合成素子部を構成し、対角状に４組の偏光分離膜（ＰＢＳ膜）８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａと色選択性リターダ８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ，８４ｂを配置した構成とし、その周囲に、ライトバルブとして反射型液晶パネル８５，８６，８７を配置したものである。また、Ｓ偏光で照明光を第１の色選択性リターダ８１ｂに入射させた場合の構成例を示しており、図示の例では、第１の色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第２の色選択性リターダ８２ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、第３の色選択性リターダ８３ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機能し、第４の色選択性リターダ８４ｂは赤色（Ｒ）帯域の光の偏光方向を変えるＲ／Ｂ素子として機能する。従って、Ｒ，Ｂ，Ｇ各色の反射型液晶パネル８５，８６，８７の配置位置が図１３とは異なる位置となり、合成されたカラー画像の出射方向が紙面下方向となる。
【００６７】
（実施例１４）
次に請求項２２に係る発明のさらに別の実施例を説明する。
図１５は本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
本実施例は、偏光分離膜（ＰＢＳ膜）８１ａ，８３ａ，８４ａと色選択性リターダ８１ｂ，８３ｂ，８４ｂからなる３組の色分離・合成素子８１，８３’，８４と、偏光分離膜８２ａのみを形成した偏光分離素子８２’を組み合わせて色分離・合成素子部を構成し、その周囲に、ライトバルブとして反射型液晶パネル８５，８６，８７を配置したものであり、図１４の色分離・合成素子８２を、偏光分離素子８２’に置き換えたものである。また、Ｓ偏光で照明光を第１の色選択性リターダ８１ｂに入射させた場合の構成例を示しており、図示の例では、色選択性リターダ８１ｂは緑色（Ｇ）帯域の光の偏光方向を変えるＧ／Ｍ素子として機能し、色選択性リターダ８３ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機能し、色選択性リターダ８４ｂは青色（Ｂ）帯域の光の偏光方向を変えるＢ／Ｙ素子として機能する。また、偏光分離素子８２’は、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７からの明暗光の光路分離を偏光分離膜８２ａ単独で行うものである。
【００６８】
（実施例１５）
次に請求項２３に係る発明の実施例を説明する。
図１６は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
図１６に示す構成は、図１２に示した構成の投影装置における色合成素子８４を、平板状のダイクロイック素子８９に置き換えたものであり、その他の構成は図１２と同様である。本実施例では、第二、第三の色分離（青色（Ｂ）光と赤色（Ｒ）光の分離）に作用した色分離・合成素子８２の第二の色選択偏光子（色選択性リターダ）８２ｂ及び第二の偏光分離膜８２ａを色合成にも用いて赤色（Ｒ）用と青色（Ｂ）用のライトバルブ８５，８６からの明表示光を色合成し、その色合成された画像と、第一のライトバルブ（緑色（Ｇ）用のライトバルブ）８７で変調した画像とを、ダイクロイック分離素子８９のダイクロイック分離膜８９ａで合成することを特徴とするものである。
ダイクロイック分離素子８９のダイクロイック分離膜８９ａは、緑色（Ｇ）帯域の反射率を高くし、緑色帯域以外は透過率を高くした。このダイクロイック分離膜８９ａは、例えば光学ガラスプレート８９ｂの面上に近年の薄膜形成技術等を利用して誘電体多層膜等を形成したものであり、光軸に対して、ほぼ４５度に傾けて配置すればよい。
このような構成とすることにより、より単純な構成でカラー画像を得ることが可能となる。従って、より低コストで軽量な作像光学系を実現できる。
【００６９】
（実施例１６）
次に請求項２４に係る発明の実施例を説明する。
図１７は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
図１７に示す構成は、図１６に示した構成の投影装置におけるダイクロイック分離素子８９を、２つの直角プリズムの間にダイクロイック分離膜９０ａを形成したダイクロイックプリズム９０に置き換えたものであり、その他の構成は図１６と略同様である。
【００７０】
画素密度を上げ、高解像に対応した投影装置では、図１６に示したようなガラスプレート８９ｂにダイクロイック分離膜８９ａを形成したダイクロイック分離素子８９では、光束を斜めに入射させるために非点収差などが発生し、投射レンズ８８への負担がかかる。
そこで、本実施例では、より高画質に対応するために図１７に示す構成とし、直角プリズム等へダイクロイック分離膜９０ａを形成したダイクロイックプリズム９０を用いる構成を採用した。
図１７に示す構成では、Ｐ偏光の照明光を、青色（Ｂ）帯域の偏光方向を９０度変える色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８１ｂに入射させて、偏光分離膜８１ａで青色（Ｂ）と、黄色（Ｙ）に分離する。黄色は、Ｒ／Ｃの色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）８２ｂと偏光分離膜８２ａによる赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）の分離、合成に用い、最終的に、青色（Ｂ）と、黄色（Ｙ）を合成する部分に、ダイクロイック分離膜９０ａを採用した。
【００７１】
（実施例１７）
次に請求項２４に係る発明の別の実施例を説明する。
図１８は本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
図１８に示す構成は、図１５に示した構成の投影装置における色合成素子８４を、ダイクロイックプリズム９０に置き換えたものであり、その他の構成は図１５と同様である。
図１８に示す構成では、Ｓ偏光の照明光を、赤色（Ｒ）帯域の偏光方向を９０度変える色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）８１ｂに入射させて、偏光分離膜８１ａで赤色（Ｒ）と、シアン色（Ｃ）に分離する。シアン色は、Ｂ／Ｙの色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）８３ｂと偏光分離膜８３ａによる青色（Ｂ）と緑色（Ｇ）の分離、合成に用い、最終的に、赤色（Ｒ）と、シアン色（Ｃ）を合成する部分に、ダイクロイック分離膜９０ａを適用した。
【００７２】
（実施例１８）
次に請求項２５に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、請求項２３あるいは２４の実施例（図１６，１７，１８）で示した、３組の反射型のライトバルブ８５，８６，８７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムについて、同一の硝材で構成したことを特徴とした。
偏光分離膜や、ダイクロイック分離膜等を単独で機能させるのは困難で、通常はプリズム等の平面に形成している。しかしながら、プリズムの表面では、空気中の屈折率の差から表面反射が生じる。これを防止するためのこれまでは、反射防止コート等がなされている。各プリズムを密着固着すれば、空気との界面ほどの表面反射はなくなるにしろ、屈折率が異なれば、少なからずとも界面で反射が生じる。
そこで、本実施例では、図１６，１７，１８の何れかの構成において、３組の反射型のライトバルブ８５，８６，８７で反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムについて、プリズムの硝材を同じにすることで、屈折率差がなくなり、密着させたときの表面反射を低減することが可能となり、よりフレアに強いコントラストの高い投影装置を実現することができる。
また、図示はしないが、各プリズム間を屈折率に合わせた接着を行って一体化すれば、表面反射はほとんどなくなる。これにより、反射防止コートも不要になり、成膜コストに関する部分を低減させることが可能となる。
【００７３】
（実施例１９）
次に請求項２６に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、請求項２２，２３，２４または２５の実施例（実施例１１〜１８）に示した投影装置において、投射レンズ８８の手前で、最終的に色合成素子（色選択性リターダと偏光分離膜からなる色合成素子８４、あるいはダイクロイック分離膜を用いた色合成素子８９，９０）で合成された光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
【００７４】
図１９は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。図１９に示す構成の投影装置は、図１３に示した構成の投影装置の色合成素子８４で合成された光路中に、色選択性リターダ９０を配置し、各色偏光方向を揃えるものである。すなわち、色合成素子８４で色合成した直後は、緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）はＰ偏光であるが、赤色（Ｒ）がＳ偏光のままであるので、赤色（Ｒ）帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９１を配置した。
このように、色合成素子８４で色合成した直後に色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９１を配置して偏光方向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置が実現する。
また、図１９に示したように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子９２をさらに光路中に挿入することができ、途中で偏光方向が変化したフレア成分はカットすることが可能となる。従って、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００７５】
（実施例２０）
次に請求項２７に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、請求項２４，２５または２６の実施例（実施例１６〜１９）に示した投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
図２０は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。図２０に示す構成の投影装置は、図１８と同様の構成の投影装置において、ダイクロイック分離膜９０ａに色選択性リターダ９３を平行対峙させて配置した構成のダイクロイックプリズム９０’を用い、各色偏光方向を揃えるものである。図２０の構成例では、ダイクロイック分離膜９０ａに到達する前は、緑色（Ｇ）はＰ偏光、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）はＳ偏光であるので、緑色のみを変換する色選択性リターダ９３をダイクロイック分離膜９０ａに平行対峙させて挿入すればよい。尚、図２０では、ダイクロイック分離膜９０ａは赤色（Ｒ）のみを反射する様に設計している。この色選択性リターダ９３は、ダイクロイック分離膜９０ａの前でもよいし、後でもよい。
【００７６】
また、図２１に示す別の実施例のように、ダイクロイック分離膜９０ａの特性として、赤色（Ｒ）のみを透過する特性としたときには、緑色（Ｇ）のみの偏光方向を変換する色選択性リターダ９３として、素子の往復で丁度、９０度回転するようにリターダスタック等を設定をした素子を挿入すればよい。
図２０または図２１の構成の投影装置では、実施例１９（請求項２６）と同様の効果に加え、ダイクロイック分離膜９０ａの前後のどちらにも色選択性リターダ９３を配置できる構成を採用可能となる。
【００７７】
（実施例２１）
次に請求項２８に係る発明の実施例を説明する。
本実施例の色分離・合成素子は、光学プリズム面に、少なくとも２組以上の特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、偏光分離膜を平行対峙させて配置し、前記色選択性リターダあるいは偏光分離膜に隣接して、別の２組のプリズムで挟み込み、ブロック状にしたことを特徴とするものである。
図２２は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図であり、この例では、第１のプリズム９４ａの互いに直交する２辺の少なくとも一方に偏光分離膜９４ｅ，９３ｇを形成し、その偏光分離膜９４ｅ，９３ｇと、別の直角プリズム９４ｂ，９４ｃとで、色選択性リターダ９４ｄ，９４ｆを挟み込んだ箇所が、少なくとも２カ所以上存在した色分離・合成素子９４である。
【００７８】
図２２に示す色分離・合成素子９４では、第１のプリズム９４ａの辺ａに偏光分離膜が形成あるいは付加されており（偏光分離膜９４ｅ）、その偏光分離膜９４ｅに平行対峙して色選択性リターダ９４ｄが配置され、第２のプリズム９４ｂの辺ｂとで挟み込んでいる。また、第３のプリズム９４ｃの辺ｃにも偏光分離膜９４ｇが形成あるいは付加されており、辺ｃと第１のプリズム９４ａの辺ａ’とで、別の色選択性リターダ９４ｆを挟持した構成を採っている。
色選択性リターダ９４ｄは、例えば、緑色（Ｇ）の帯域のみを偏光方向を変える素子であって、色選択性リターダ９４ｆは、青色（Ｂ）の波長帯域のみ偏光方向を変換する偏光子である。照明光として偏光度の揃ったＰ偏光の光を、プリズム９４ｂに入射させ、辺ｂへ達したとき、照明光はほぼ４５度の入射角で色選択性リターダ９４ｄに入射する。そして、緑色（Ｇ）の光はＳ偏光に変わり、偏光分離膜９４ｅで反射し、再び色選択性リターダ９４ｄを通過し、マゼンタ光と分離される。マゼンタ光はＰ偏光のままであるので、偏光分離膜９４ｅを通過し、プリズム９４ａの辺ａ’に対峙されている色選択性リターダ９４ｆへ向かう。色選択性リターダ９４ｆは、青方向のみ偏光方向を変える機能を有していれば、色選択性リターダ９４ｆを通過したマゼンタ色のうち、赤色（Ｒ）の帯域のみＰ偏光に変換され、偏光分離膜９４ｇを通過する。一方、青色（Ｂ）の光は反射して、色選択性リターダ９４ｆを再び通過し、さらに２色に分離する。
【００７９】
このように、直角プリズム９４ａの様な互いに直交する２辺に偏光分離膜９４ｅ，９４ｇと、色選択性リターダ９４ｄ，９４ｆを配置することで、３色の色分解を行うことができる。
もちろん、プリズム９４ａの形状としては、実施例に示したように直角プリズムを用いてもよいが、プリズムを平行四辺形形状にすれば、互いに平行となる面に、偏光分離膜と色選択性リターダを挟み込む構成となる。その際は、緑色と、青色は同じ方向に反射される様になるので、用途に応じて設定すればよい。
また、色分離の順番も、機器の設計に応じてＧ／Ｍ、Ｒ／Ｃ、Ｂ／Ｙの順番を組み合わせることにより、様々な色分離が可能である。
【００８０】
（実施例２２）
次に請求項２９に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、前記色分離素子または前記色合成素子として、実施例２１（請求項２８）記載の色分離・合成素子９４を用いたことを特徴とするものである。
【００８１】
図示しないが、光源としては、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプなどが用いられる。また、効率よく照度を得られるように、リフレクターで反射集光させる構成としてもよい。
また、図示はしないが、ライトバルブへの照明をより効率的に行う照明用集光光学系として、インテグレータ光学系を採用してもよい。これは、インテグレータと呼ばれるフライアイレンズの組み合わせで構成され、ライトバルブへ照明される照度ムラを低減させる集光素子であったり、コンデンサレンズと組み合わせてライトバルブへ効率よく導く集光素子など、従来からある技術を採用することができる。
さらに、入射光は一方向の偏光成分を高める必要があるので、光源として偏光していない光源を採用する場合は、例えば、図３０の従来例に示したような偏光変換器を用いても良い。すなわち、従来例にあるＰＢＳアレイと波長板を組み合わせた偏光変換器を照明光学系に採用すれば、照明光が一方向の偏光方向に効率よく変換される。また、必要に応じてＰＢＳアレイピッチに合わせたレンズアレイと組み合わせて、インテグレータ光学系と一体となった構成などを採用することができる。また、偏光変換器と直線偏光子を組み合わせて、より偏光度の高い照明光としてもよい。また、効率を無視すれば直線偏光子のみも採用できる。
【００８２】
本実施例では、以上のような、従来からある照明光源を用いて、実施例２１（請求項２８）の構成の色分離・合成素子９４用いて３色分離し、例えば、ライトバルブとして透過型の液晶パネルなどを用いて偏光方向を切り替えスイッチングして、画像形成し、各色形成された透過画像を合成し、投射レンズによりスクリーン上に投影することによって、投影装置を構成した。
また、色合成に関しては、図示はしないが、従来からある技術を用いたミラーと色フィルターの組み合わせによって実現できる。また、従来技術の欄にも示したが、従来からあるミラーとクロスダイクロイックプリズムなどを用いて３色を合成してもよい。
【００８３】
（実施例２３）
次に請求項３０に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、実施例２２で説明した請求項２９の投影装置の構成において、ライトバルブとして反射型液晶パネルを用い、色分離素子として用いた偏光分離膜および色選択性リターダの組み合わせ部分を少なくとも１つ、色合成素子としても適用したものである。
図２３は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
この投影装置は、図示しない光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数の反射型液晶パネル８５，８６，８７と、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズ８８とで構成されており、前記色分離素子と色合成素子として、両者が一体化された色分離・合成素子９５を備えている。そして、この色分離・合成素子９５では、プリズム９５ａとプリズム９５ｂの間には色分離部となる色選択性リターダ９５ｅと偏光分離膜９５ｆが平行対峙して形成され、プリズム９５ｂとプリズム９５ｃの間には色分離・合成部となる色選択性リターダ９５ｈと偏光分離膜９５ｉが平行対峙して形成されており、これらの部分が実施例２１（請求項２８）に記載した色分離・合成素子と同様に機能する。また、プリズム９５ａとプリズム９５ｄの間には偏光分離膜９５ｇが形成され、プリズム９５ｃとプリズム９５ｄの間には色合成素子部となる色選択性リターダ９５ｊと偏光分離膜１５ｋが平行対峙して形成されている。
【００８４】
図２３において、色分離・合成素子９５に入射する照明光としては、例えばＳ偏光成分を向上させた光を照明光とし、緑色（Ｇ）帯域の偏光方向を変える色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９５ｅにほぼ４５度に入射させ、緑色（Ｇ）帯域の光を反射させる。反射された緑色（Ｇ）光は、Ｐ偏光で偏光分離膜９５ｆを透過し、プリズム９５ａを通過後、偏光分離膜９５ｇを通過し、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７を照明する。
一方、マゼンタ（Ｍ）光は偏光分離膜９５ｆで反射し、再び、色選択性リターダ９５ｅを透過し、プリズム９５ｂを通過し、色選択性リターダ９５ｈに向かう。色選択性リターダ９５ｈは、青色（Ｂ）のみの偏光方向を変える偏光子であった場合、青色（Ｂ）光はＰ偏光に変わり、偏光分離膜９５ｉを通過して、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル８６を照明する。赤色（Ｒ）光は偏光方向を変えられないので、Ｓ偏光のまま偏光分離膜９５ｉにより反射し、再び、色選択性リターダ９５ｈを通過し、赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル８５を照明する。
【００８５】
それぞれの反射型液晶パネル８５，８６，８７は画像信号に応じて画素毎に偏光方向を変えられて、画像を形成する。明表示では、偏光方向を変える機能を有しているので、緑色（Ｇ）用の反射型液晶パネル８７での明画像は、Ｓ偏光に変換されて、偏光分離膜９５ｇにより反射し、色合成素子部に向かう。
赤色（Ｒ）用の反射型液晶パネル８５で反射された明表示光はＰ偏光に変えられ、色選択性リターダ９５ｈと偏光分離膜９５ｉを通過し、また、青色（Ｂ）用の反射型液晶パネル８６の明表示反射光はＳ偏光に変えられるので、偏光分離膜９５ｈで反射し、赤色と青色の明表示光が合成されて、プリズム９５ｃを通過し、色合成素子部に向かう。
ここで、色合成素子として、青のみの偏光方向を変換する色選択性リターダ（Ｂ／Ｙ素子）９５ｊと、偏光分離膜９５ｋで構成すれば、全ての色がこの素子で合成され、投射レンズ８８へと向かう。
以上のような構成を採用することにより、これまでのライトバルブへの照明光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能とを、併せ持った作像光学ユニットが実現でき、これまでにない小型な投影装置が実現する。
【００８６】
（実施例２４）
次に請求項３１に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、実施例２３と同様な構成の投影装置において、各ライトバルブ（反射型液晶パネル）８５，８６，８７で形成された画像を合成する手段として、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを特徴とするものである。
図２４は本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。この投影装置の、色分離・合成素子の構成は図２３と略同様であるが、各反射型液晶パネル８５，８６，８７からの明表示光を合成する色合成部をダイクロイック分離膜９５ｍで構成したものである。尚、その他の構成と動作は図２３と略同様である。
【００８７】
また、図２５は本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。この投影装置の、色分離・合成素子の構成は図２４と略同様であるが、色分離・合成素子に入射する照明光としては例えばＳ偏光成分を向上させた光を照明光とし、その照明光が最初に入射する色分離部の色選択性リターダ９５ｅに、赤色（Ｒ）の偏光方向を変える色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）を用いて偏光分離膜９５ｆと平行に対峙させた構成としたものである。従って、この例では、色選択性リターダ（Ｒ／Ｃ素子）９５ｅと偏光分離膜９５ｆにより、赤色（Ｒ）を反射し、シアン（Ｃ）光を透過して、色分離する構成となる。
【００８８】
以上の図２４または図２５のような構成を採用することにより、これまで、ライトバルブへの照明光を２色に分離する素子と、ライトバルブからの反射光を合成する素子と、照明光と投影像の光路を分離する機能を、併せ持った作像光学ユニットが実現でき、これまでにない小型な投影装置が実現する。
【００８９】
（実施例２５）
次に請求項３２に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、実施例２２，２３または２４（請求項２９，３０または３１）で説明した構成の投影装置において、色合成後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
図２６は、本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。図２６に示す構成の投影装置は、図２３に示した構成の投影装置の色分離・合成素子９５を用い、色合成素子部で合成された光路中に、色選択性リターダ９６を配置し、各色偏光方向を揃えるものである。すなわち、色選択性リターダ９５ｊと偏光分離膜９５ｋからなる色合成素子部で色合成した直後は、緑色（Ｇ）のみがＳ偏光となっているので、合成後の光路に緑色（Ｇ）帯域のみ偏光方向を変換する色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９６を配置した。
このように、色合成素子部で色合成した直後に色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９６を配置して偏光方向を揃えることにより、スクリーンの偏光特性に依存しない投影装置が実現する。
また、図２６に示したように、揃えた偏光方向のみの透過率が高い直線偏光子９７をさらに光路中に挿入することができ、途中で偏光方向が変化したフレア成分はカットすることが可能となる。従って、よりコントラストの高い高品質な投影装置を実現することができる。
【００９０】
（実施例２６）
次に請求項３３に係る発明の実施例を説明する。
本実施例は、実施例２４（請求項３１）で説明した構成の投影装置において、ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とするものである。
図２７は、本発明の一実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。図２７に示す構成の投影装置は、図２５に示した構成の投影装置の色分離・合成素子９５を用い、色合成素子部を構成するダイクロイック分離膜９５ｍと平行対峙させて色選択性リターダ９５ｎを配置したものである。
例えば、ダイクロイック分離膜９５ｍに到達する前は、緑色（Ｇ）はＰ偏光、赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）はＳ偏光であるので、ダイクロイック分離膜９５ｍと平行対峙させて緑色（Ｇ）のみを変換する色選択性リターダ（Ｇ／Ｍ素子）９５ｎを挿入すればよい。尚、この例では、ダイクロイック分離膜９５ｍは赤色（Ｒ）のみを反射する様に設計している。また、この色選択性リターダ９５ｎ素子は、ダイクロイック分離膜９５ｍの前に配置してもよいし、後に配置してもよい。
また、投射レンズ８８の手前には、Ｓ偏光成分の透過率の高い直線偏光子９７を配置すれば、Ｐ偏光成分をカットし、フレア光を除去できる。
以上の構成では、実施例２４（請求項３１）で説明した効果に加え、ダイクロイック分離膜９５ｍの前後どちらにも色選択性リターダを配置できる構成を採用可能となる。
【００９１】
以上、請求項１９〜３３の実施例を説明したが、各実施例において、照明光の色分子素子への入射方向、及び、色分離方向、及び、各色光の色合成素子への入射方向等は、実施例の説明では特別に図示していないが、向きはどちらでも良く、代表として一方向のみの実施例を示している。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、偏光を利用して光源からの光を２色あるいは３色の光に色分離することができ、かつ２色あるいは３色に色分離された光を合成することができ、かつ小型で、光学レイアウトが容易で、分離された偏光方向を自在に設定可能な色分離・合成素子を実現することができる。
また、本発明によれば、その色分離・合成素子を用い、偏光していない自然光やランプ等の光を３色に分離し、それぞれ分離された光の偏光方向を制御する手段、例えば液晶素子からなるライトバルブを駆動することで、液晶を通過する際、あるいは、反射する際に偏光方向を変換して、光のスイッチング制御を行うことで３色の画像をそれぞれ形成し、それぞれ単色で形成された３色の画像を再び色合成し、カラー画像としてスクリーン上に投影する、小型で軽量な投影装置を実現することができる。
また、一般に、偏光分離素膜（ＰＢＳ）はＳ偏光は反射し、Ｐ偏光は透過するが、これまでの既存の設計技術、製造技術では、膜の構成や、製造誤差により、必ずしも１００％ではなく、また、ＰとＳのどちらかの特性を上げれば、どちらかの特性が落ちるこれにより、ＰとＳの偏光度を落とすことになり、その偏光度の低下はフレア光となって、コントラスト性能を低下させる要因となっているが、本発明の色分離合成素子は、２色のうち一色については、色分離する際にも、色合成する際にも、色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を２回通過するため、ＰＢＳの分光特性をそれぞれの色ごとに最適化することにより、フレア成分を極力落とすことが可能となり、これまでにないコントラスト性能を出しやすい光学系を実現できる。また、色選択性リターダと偏光分離膜を組み合わせた色分離・合成素子であるため、偏光分離膜の特性も、これまで全波長域で理想的なＰ，Ｓ偏光の分離を行わなければ、コントラスト性能を上げることができなかったが、２色の波長帯域がそれぞれＰ成分、Ｓ成分と分けられているので、２色の帯域ごとにＰＢＳ特性を最適化することが可能となり、これまでにない安定したコントラスト性能を引き出すことが可能なプロジェクタ光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図である。
【図２】図１に示す構成の色分離・合成素子で、Ｐ偏光を入射光とした例を示す図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図である。
【図４】図３に示す構成の色分離・合成素子で、Ｐ偏光を入射光とした例を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図８】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子とそれを用いた投影装置の構成説明図である。
【図１１】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図である。
【図１２】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１４】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２１】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子の概略構成図である。
【図２３】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２５】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２６】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２７】本発明のさらに別の実施例を示す色分離・合成素子を用いた投影装置の構成説明図である。
【図２８】従来技術の一例を示す図であって、反射型液晶投影装置における反射型液晶素子の機能の説明図である。
【図２９】従来技術の別の例を示す図であって、透過型液晶素子を用いた色合成方法の説明図である。
【図３０】従来技術のさらに別の例を示す図であって、偏光変換器の構成説明図である。
【図３１】従来技術のさらに別の例を示す図であって、色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）を用いた補色カラー偏光子の構成説明図である。
【図３２】従来技術のさらに別の例を示す図であって、色選択性リターダを用いた投影装置の概略要部構成図である。
【符号の説明】
１：色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）
２：平板状の偏光分離素子（ＰＢＳ）
２ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜）
３：色選択性リターダ（積層リターデーションフィルム）
４：第二の直角プリズム
５：第一の直角プリズム（偏光ビームスプリッタ）
５ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜）
６：色分離素子（ダイクロイックプリズム）
６ａ，１４ａ，１６ａ：色分離膜（ダイクロイック膜）
７：光学部材
８，８７：緑（Ｇ）用のライトバルブ（反射型液晶パネル）
９，８５：赤（Ｒ）用のライトバルブ（反射型液晶パネル）
１０，８６：青（Ｂ）用のライトバルブ（反射型液晶パネル）
１１，８８：投射レンズ
１２，１３：第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ）
１２ａ，１３ａ，１５ａ，１７ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜）
１４，１６：第二のプリズム（色分離素子（ダイクロイックプリズム））
１４ａ，１６ａ：色分離膜（ダイクロイック膜）
１５，１７：全反射プリズムを一体化した第一のプリズム（偏光ビームスプリッタ）
１５ｂ，１７ｂ：全反射プリズム（反射面）
８０：色分離・合成素子
８１ａ，８２ａ，８３ａ，８４ａ：偏光分離膜（ＰＢＳ膜）
８１ｂ，８２ｂ，８３，８４ｂ：色選択性リターダ
８９ａ．９０ａ：ダイクロイック分離膜

Claims (33)

1. 第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面、または側面に隣接した位置に、偏光分離膜と平行に前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子。
2. 請求項１記載の色分離・合成素子において、
   前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分の光と、第二の偏光方向成分の光を、それぞれ透過光あるいは反射光とすることで分離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過させることを特徴とする色分離・合成素子。
3. 請求項２記載の色分離・合成素子において、
   色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行うことを特徴とする色分離・合成素子。
4. 請求項１，２または３記載の色分離・合成素子において、
   前記偏光分離膜を平板状の透明部材に形成した平板状偏光分離素子を用いたことを特徴とする色分離・合成素子。
5. 請求項１，２，３または４記載の色分離・合成素子において、
   色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを特徴とする色分離・合成素子。
6. 請求項１，２，３，４または５記載の色分離・合成素子において、
   入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光を入射光としたことを特徴とする色分離・合成素子。
7. 斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形成した第一の直角プリズムと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、第二の直角プリズムとで構成され、第一の直角プリズムの斜面、及び、第二の直角プリズムの斜面の２面間に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子。
8. 請求項７記載の色分離・合成素子において、
   前記色選択性リターダへ光を入射させた後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向の光と、第二の偏光方向の光を、それぞれ透過光あるいは、反射光とすることで分離し、反射光を再び前記色選択性リターダを通過させることを特徴とする色分離・合成素子。
9. 請求項８記載の色分離・合成素子において、
   色分離時とは逆方向に光を通過させることで色合成を行うことを特徴とする色分離・合成素子。
10. 請求項７，８または９記載の色分離・合成素子において、
    色選択性リターダへの入射角をほぼ４５度としたことを特徴とする色分離・合成素子。
11. 請求項７，８，９または１０記載の色分離・合成素子において、
    入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して、平行な方向の直線偏光を入射光としたことを特徴とする色分離・合成素子。
12. 第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離機能を有した偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、色分離素子で構成され、前記色選択性リターダの第一の側面に前記偏光分離膜を配置し、前記色選択性リターダの第二の側面に色分離素子を配置したことを特徴とする色分離・合成素子。
13. 斜面に第一の偏光方向成分の光のみ透過し第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光を反射する偏光分離膜機能を形成した第一のプリズムと、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、斜面に色分離機能を形成した第二のプリズムとで構成され、前記第一のプリズムの偏光分離膜形成斜面、及び、前記第二のプリズムの間に、前記色選択性リターダを配置したことを特徴とする色分離・合成素子。
14. 光源と、偏光方向を変換する機能を有し変調信号により各色の画像を形成する複数のライトバルブと、該ライトバルブにより形成された画像を投影する画像投影手段と、前記光源とライトバルブ及び画像投影手段の間に配置される色分離・合成手段とを備え、前記色分離・合成手段として、請求項１〜１３の何れか一つに記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投影装置。
15. 光源と、偏光方向を変換する機能を有し変調信号により画像を形成する第一から第三のライトバルブと、該第一から第三のライトバルブにより形成された画像を投影する画像投影手段と、光源光束を前記ライトバルブへ効率よく照明する集光素子と、偏光していない光源の光の第一の方向の直線偏光成分比率を高める偏光効率向上機能素子と、色選択偏光子として機能する色選択性リターダと、前記偏光効率向上機能素子から得られた直線偏光方向の光のみ透過しその方向とは直交する第二の直線偏光の光束は反射する偏光分離機能を有した偏光分離素子と、色分離素子とで構成され、前記偏光効率向上機能素子を通過した光束を、前記色選択性リターダに通過させることにより、偏光方向を変換されない第一の波長帯域を持つ光と、第二の偏光方向となった第二の波長帯域を持つ光にし、第二の偏光方向となった光を、前記偏光分離素子を透過させた後、前記第一のライトバルブへの照明光とし、また、前記偏光効率向上機能素子を通過した光束のうち、前記色選択性リターダを通過することにより偏光方向を変換され第二の波長帯域の光となった光を、前記偏光分離素子により反射させ、再び色選択性リターダを透過させて第一の偏光方向に再び変換し、その変換された第二の波長帯域の光を、前記色分離素子により第三、第四の２つの波長帯域に分離し、それぞれを第二及び第三のライトバルブへの照明光とし、第一から第三のライトバルブによりカラー画像を形成し、それぞれの変調された映像光を合成する手段と前記投影手段によってスクリーン上に画像形成することを特徴とする投影装置。
16. 請求項１５記載の投影装置において、
    前記第一から第三のライトバルブは、反射型ライトバルブであることを特徴とする投影装置。
17. 請求項１６記載の投影装置において、
    前記第一から第三のライトバルブにより変調され反射された映像光を、色分離素子、色選択性リターダ及び偏光ビームスプリッタを介して色合成し、前記投影手段によってスクリーン上に投影して画像形成することを特徴とする投影装置。
18. 請求項１５，１６または１７記載の投影装置において、
    前記第一のライトバルブと前記偏光ビームスプリッタの間に全反射プリズムを配置したことを特徴とする投影装置。
19. 第一の偏光方向成分の光は透過し、第一の偏光方向とは直交する第二の偏光方向成分の光は反射する偏光分離膜と、特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダとで構成され、前記偏光分離膜の側面に該色選択性リターダを配置し、該色選択性リターダへほぼ４５度の角度で光を入射し、通過後、前記偏光分離膜で第一の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第一の色）と、第二の偏光方向成分を持つ波長帯域光（第二の色）を、それぞれ透過光と反射光とに分離することを特徴とした色分離・合成素子。
20. 請求項１９記載の色分離・合成素子を複数用いて、３色以上の色分離を行うことを特徴とする色分離・合成素子。
21. 光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、
    前記色分離素子として、請求項１９または２０記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投影装置。
22. 請求項２１記載の投影装置において、
    前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライトバルブであって、前記色合成素子として、請求項１９または２０記載の色分離・合成素子を少なくとも一組用いたことを特徴とする投影装置。
23. 請求項２２記載の投影装置において、
    前記ライトバルブは偏光方向を変調する反射型のライトバルブであって、第二、第三の分離に作用した、第二の色選択偏光子および第二の偏光分離膜で色合成し、その色合成された画像と、第一のライトバルブで変調した画像とを合成する色合成素子として、ダイクロイック分離膜を用いて合成することを特徴とする投影装置。
24. 請求項２３記載の投影装置において、
    前記ダイクロイック分離膜は、ダイクロイックプリズムによって形成されたことを特徴とする投影装置。
25. 請求項２２，２３または２４記載の投影装置において、
    ３組の反射型ライトバルブで反射されたそれぞれの明表示光が通過する光路中に配置された光学プリズムは同一の硝材で構成したことを特徴とする投影装置。
26. 請求項２２，２３，２４または２５記載の投影装置において、
    色合成素子で合成された光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投影装置。
27. 請求項２４，２５または２６記載の投影装置において、
    前記ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投影装置。
28. 光学プリズム面に、少なくとも２組以上の特定波長領域の偏光方向を変換する色選択性リターダと、偏光分離膜を平行対峙させて配置し、前記色選択性リターダあるいは偏光分離膜に隣接して、別の２組のプリズムで挟み込み、ブロック状にしたことを特徴とする色分離・合成素子。
29. 光源と、色分離素子と、映像変調信号に応じた画像を形成する複数のライトバルブと、各画像を合成する色合成素子と、形成された画像を投影する投射レンズとで構成される投影装置において、
    前記色分離素子または前記色合成素子として、請求項２８記載の色分離・合成素子を用いたことを特徴とする投影装置。
30. 請求項２９記載の投影装置において、
    前記ライトバルブは反射型の液晶パネルであって、少なくとも一組の色分離・合成素子を、色分離素子及び色合成素子として兼用して用いることを特徴とする投影装置。
31. 請求項２９または３０記載の投影装置において、
    各ライトバルブで形成された画像を合成する手段として、ダイクロイック分離膜で色合成行うことを特徴とする投影装置。
32. 請求項２９，３０または３１記載の投影装置において、
    色合成後の光路中に、色選択性リターダを配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投影装置。
33. 請求項３１記載の投影装置において、
    ダイクロイック分離膜と色選択性リターダを平行対峙させて配置し、各色偏光方向を揃えることを特徴とする投影装置。

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