JP4193369B2

JP4193369B2 - Color separation device, color composition device, color separation composition device, and projector

Info

Publication number: JP4193369B2
Application number: JP2001110170A
Authority: JP
Inventors: 英揮小島; 穣児唐澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: JP2002303825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離する色分離装置、複数の波長域ごとの光を合成する色合成装置、光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離し、分離した光を合成する色分離合成装置、および光源からの光を複数の波長域ごとの光に分離し、分離した各光を変調して画像を生成し、その画像をスクリーンなどの投写面上に投写するプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロジェクタとして、たとえば、ダイクロイックミラーを用いて色分離を行うものが知られている。図１８は、従来のプロジェクタの構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源８１と、第１のレンズアレイ８２と、第２のレンズアレイ８３と、重畳レンズ８４と、反射ミラー８５，８９，９１ａおよび９１ｂと、色分離ダイクロイックミラー８６および８７と、入射側偏光板９４ａ，９４ｂおよび９４ｃと、透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃと、射出側偏光板９６ａ，９６ｂおよび９６ｃと、クロスダイクロイックプリズム９８と、投写レンズ９９と、を備えている。
【０００３】
光源８１は、第１のレンズアレイ８２の入射面側に配置される。投写レンズ９９は、クロスダイクロイックプリズム９８の射出面側に配置される。レンズアレイ８２，８３および重畳レンズ８４は、３枚の透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃを均一に照らす均一照明光学系を構成する。
【０００４】
光源８１から射出された非偏光な光は、第１のレンズアレイ８２の複数の小レンズによって、複数の部分光束に分割されるとともに第２のレンズアレイ８３の複数の小レンズの近傍に集光される。第２のレンズアレイ８３から射出された複数の部分光束は、重畳レンズ８４によって透過型液晶パネル９５（透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃ）上で重畳される。これにより、この均一照明光学系は、透過型液晶パネル９５を均一に照らすことができる。
【０００５】
反射ミラー８５は、重畳レンズ８４から射出された光束をダイクロイックミラー８６の方向に導く。ダイクロイックミラー８６は、重畳レンズから射出される光のうち赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。ダイクロイックミラー８６を透過した赤色光は、反射ミラー９１ｂで反射され、入射側偏光板９４ｂを通って赤色光用の透過型液晶パネル９５ｂに達する。
【０００６】
また、ダイクロイックミラー８６で反射された青色光および緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー８７によって反射され、平行化レンズ９２ｃを通り、入射側偏光板９４ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル９５ｃに達する。一方、青色光は、ダイクロイックミラー８７を透過し、反射ミラー８９，９１ａを通り、入射側偏光板９４ａを通って青色光用の透過型液晶パネル９５ａに達する。
【０００７】
三つの透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂおよび９５ｃに入射した各色光は、画像情報に従って変調され、各色光の画像を形成する。透過型液晶パネル９５ａ，９５ｂ，９５ｃからそれぞれ射出された変調光は、射出側偏光板９６ａ，９６ｂ，９６ｃをそれぞれ通ってクロスダイクロイックプリズム９８に入射する。
【０００８】
クロスダイクロイックプリズム９８は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する色光合成光学系としての機能を有している。３色の変調光は、クロスダイクロイックプリズム９８によって合成され、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム９８で生成された合成光は、投写レンズ９９の方向に射出される。投写レンズ９９は、この合成光を図示しないスクリーンなどの投写面上に投写する機能を有し、図示しないスクリーンなどの投写面上にカラー画像を表示する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のプロジェクタの色分離光学系に用いられるダイクロイックミラー８６，８７は、主光軸に対して４５度に傾けて配置される。そのため、ダイクロイックミラー８６，８７は入射角が４５度の光に対して所望の色分離特性が得られるように設計されている。したがって、ダイクロイックミラー８６，８７に入射する光が全て４５度であれば、すなわち主光軸に対して全て平行な光がダイクロイックミラー８６，８７に入射すれば、所望の色分離を行うことができる。しかし、４５度以外の入射角の光が入射する場合、ダイクロイックミラー８６，８７の分光特性は入射角依存性を有するため、所望の色分離を行うことができない。
【００１０】
しかしながら、このプロジェクタでは、レンズアレイ８３の集光レンズに集光された各部分光束が発散しつつ、液晶パネル９５ａ，９５ｂ，９５ｃの方に導かれる。よって、図１９に示すように、ダイクロイックミラー８６，８７の色分離面に対し、４５度±αの範囲の入射角を有する発散光が入射することになる。図２０に示すように、４５度の入射角の光に対する分光特性、４５度＋αの入射角の光に対する分光特性、および４５度−αの入射角の光に対する分光特性では、反射波長域と透過波長域とを分ける分離境界波長（カットオフ波長）が異なる。
【００１１】
したがって、均一照明光学系による発散光が入射した場合、入射角度ごとによってカットオフ波長が異なるため、この発散光に対するダイクロイックミラー８６，８７の見かけ上の反射率および透過率の曲線はなだらかなものとなり、図２１に示すように、ダイクロイックミラー８６，８７で反射されるべき波長の光が透過され、透過されるべき波長の光が反射されて混色が発生する。たとえば、赤色光を透過し、シアン光を反射するダイクロイックミラー８６では、赤色光に対して短波長側の波長域の光が多く混色して黄色っぽい赤色光が透過され、シアン光に対して長波長側の波長域の光が多く混色して白色に近いシアン光が反射されてしまう。このような混色が発生すると、各分離光の色純度が低下し、投写画像の色再現性が低下するとともに色むらが発生する。
【００１２】
一方、この混色を低減し、各色光の色純度を高める他の従来のプロジェクタとして、色合成する直前にカラーフィルタを配置したプロジェクタが知られている。このプロジェクタでは、カラーフィルタによって余分な波長域の光をカットし、各色光の色純度を高めることが可能となる。しかしながら、余分な波長域の光をカットするため、カットした分の光エネルギーの損失が発生する。また、前述したようなダイクロイックミラーの分光特性の入射角依存性は、クロスダイクロイックプリズム９８においても問題となる。すなわち、クロスダイクロイックプリズム９８に入射した光が入射角依存性の影響を受けると、本来、投写レンズ９９側へ反射（または透過）されるべき光が反射（または透過）されなくなる可能性がある。このような現象が発生すると、光の利用効率が落ちてしまい、投写画像の明るさが低下してしまうこととなる。
【００１３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させること、また、これによって投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることを目的とする。また、本発明は、色合成における光の利用効率を向上させ、これによって投写画像の明るさの向上を図ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の色分離装置は、所定波長域の光を透過し、他の波長域の光を反射して、光を複数の波長域に分離する色分離手段と、前記所定波長域または前記他の波長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記所定波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記他の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、を具備するものである。
【００１５】
上記第１の色分離装置によれば、色分離手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を向上させることが可能となる。よって、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。
【００１６】
上記第１の色分離装置では、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００１８】
また、本発明の色合成装置は、第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光を反射して、これらの光を合成する色合成手段と、前記色合成手段に入射する前記第１の波長域の光または前記第２の波長域の光のうち、前記色合成手段の色合成面に対するＳ偏光の光をＰ偏光の光に変換する色選択性偏光変換手段と、を具備するものである。
【００１９】
上記第１の色合成装置によれば、色合成手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となる。よって、色合成における光の利用効率を向上させることができる。
【００２０】
上記第１の色合成装置では、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色合成手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００２２】
また、本発明第１の色分離合成装置は、上記の色分離装置と、前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記色分離手段が分離した光を合成する色合成手段と、を具備するものである。
【００２３】
上記第１の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、上記第１の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００２４】
また、本発明第２の色分離合成装置は、上記の色分離装置と、色合成装置と、を具備し、前記色分離装置が分離した光を前記色合成手段が合成するものである。
【００２５】
上記第２の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能となる。
【００２６】
上記第２の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、上記第２の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減と光利用効率の向上とを図ることが可能となる。
【００２７】
また、本発明第３の色分離合成装置は、上記第１の色分離装置が分離した光を前記色分離装置が具備する前記色分離手段で合成するものである。この第３の色分離合成装置にあっては、第１の色分離装置が光を複数の波長域に分離し、前記色分離装置が具備する色分離手段で光を合成する。上記第３の色分離合成装置によれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、上記第３の色分離合成装置をプロジェクタなどの光学機器に採用すれば、色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００２８】
また、本発明第１のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記光源からの光を分離する上記の色分離装置と、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備するものである。
【００２９】
上記第１のプロジェクタによれば、上記の色分離装置と同様の効果を得ることが可能である。さらに、その効果を色合成においても再生することが可能となる。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３０】
また、本発明第２のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、前記分離された光を変調する光変調手段と、前記光変調手段が変調した光を合成する上記の色合成装置と、を具備するものである。
【００３１】
上記第２のプロジェクタによれば、上記の色分離装置、色合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることができるともに、光利用効率の向上により明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００３２】
また、本発明第３のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第１または第２の色分離合成装置と、前記色分離装置の後段、かつ前記色合成手段または前記色合成装置の前段に設けられ、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備するものである。
【００３３】
上記第３のプロジェクタによれば、上記第１または第２の色分離合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることができ、また、光利用効率の向上により明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００３４】
また、本発明第４のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、上記第３の色分離合成装置と、前記色分離装置が分離した光を変調する光変調手段と、を具備し、前記光変調手段が変調した光を前記色分離装置の具備する色分離手段によって合成するものである。上記第４のプロジェクタによれば、上記第３の色分離合成装置と同様の効果を得ることが可能である。よって、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３５】
また、本発明第５のプロジェクタは、光源からの光を分離し、分離した光を変調して画像を生成し、その画像を投写するプロジェクタにおいて、第１の波長域の光を透過し、前記第１の波長域に比して波長が短い第２の波長域および前記第１の波長域に比して波長が長い第３の波長域の光を反射して、光を三つの波長域に分離する色分離手段と、前記光源による光を直線偏光に変換する偏光変換手段と、前記偏光変換手段が変換した前記直線偏光のうち前記第１の波長域または前記第２の波長域および前記第３の波長域の偏光面を回転させることで、前記色分離手段に入射する光のうち、前記第１の波長域の光を前記色分離手段の色分離面に対するＰ偏光とし、前記第２の波長域および前記第３の波長域の光を前記色分離面に対するＳ偏光とする色選択性偏光変換手段と、前記色分離手段によって分離された光を変調する三つの変調手段と、を具備するものである。
【００３６】
上記第５のプロジェクタによれば、ほぼ連続する３つの波長域に光を分離する場合において、色分離手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となり、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を効率よく向上させることが可能となる。よって、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。その結果、投写画像の色再現性の向上や色むらの低減を図ることが可能となる。
【００３７】
上記第５のプロジェクタでは、特に、色選択性偏光変換手段の偏光境界波長が色分離手段のＰ偏光のカットオフ波長とＳ偏光のカットオフ波長との間の波長域に含まれるようにすることが好ましい。
【００３８】
このようにすれば、より確実に上述した効果を得ることが可能となるからである。
【００３９】
前記色分離手段は、クロスダイクロイックプリズムまたはクロスダイクロイックミラーによって構成することが好ましい。
【００４０】
このように構成すれば、プロジェクタの小型化、ならびにその光学系の簡素化を計ることができる。
【００４１】
また、上記第５のプロジェクタは、さらに、前記色分離手段と略一致する分光特性を有し、前記光変調手段が変調した光を合成する色合成手段を具備することが好ましい。
【００４２】
このような構成とすれば、色合成手段における入射角度依存性の影響をも低減することが可能となり、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となる。よって、色合成における光の利用効率を向上させることができ、明るい投写画像を得ることが可能となる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、色選択性偏光変換器５と、色分離手段としてのクロスダイクロイックプリズム６と、リレー光学系を構成するレンズ７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂと、フィールドレンズ１１ｃと、反射ミラー８ａ，８ｂ，１０ａおよび１０ｂと、λ／２位相差板１２ａ，１２ｂおよび１６と、入射側偏光板１３ａ，１３ｂおよび１３ｃと、透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃと、射出側偏光板１５ａ，１５ｂおよび１５ｃと、色合成手段としてのクロスダイクロイックプリズム１７と、投写レンズ１８と、を備えている。
【００４５】
図２は、図１に示した光源１および均一照明光学系１９の概略構成を示す平面図である。均一照明光学系１９は、第１のレンズアレイ２と、第２のレンズアレイ２１と、遮光板２２と、偏光変換素子アレイ２３と、重畳レンズ４と、を備える。
【００４６】
なお、図２は、説明を容易にするために、主要な構成要素のみを示している。光源１は、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂとを備える。光源ランプ１ａから射出された放射状の光線（放射光）は、凹面鏡１ｂによって反射されて略平行な光線束としてレンズアレイ２の方向に射出される。光源ランプ１ａとしては、たとえば、ハロゲンランプ，メタルハライドランプ，高圧水銀ランプ等を用いることができる。凹面鏡１ｂは、放物面鏡であるが、楕円鏡と平行化レンズとを組み合わせたものに置き換えてもよい。なお、光源ランプ１ａと凹面鏡１ｂは、ここに挙げたものに限らない。
【００４７】
光源１から射出された光は、レンズアレイ２の複数のレンズ２ａによって、複数の部分光束２０に分割される。図３（Ａ）および（Ｂ）は、図１に示したレンズアレイ２の概略構成を示す正面図および側面図である。レンズアレイ２は、矩形状の輪郭を有する微小な小レンズ２ａが、縦方向にＭ行、横方向に２Ｎ列のマトリクス状に配列されたものである。レンズ横方向中心からは、左方向にＮ列、右方向にＮ列の小レンズ２ａの列が存在する。この例では、Ｍ＝１０，Ｎ＝４である。各小レンズ２ａを光の進行方向から見た外形形状は、透過型液晶パネル１４（透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃ）の形状とほぼ相似形をなすように設定されている。たとえば、透過型液晶パネル１４の画像形成領域のアスペクト比（横と縦の寸法の比率）が４：３であるならば、各小レンズ２ａのアスペクト比も４：３に設定される。
【００４８】
第１のレンズアレイ２によって分割された部分光束は、第２のレンズアレイ２１の複数のレンズ２１ａによって後述する偏光ビームスプリッタアレイ２４の偏光分離膜２７上に集光されるように導かれる。レンズアレイ２１は、レンズアレイ２と同様な構成を有する。なお、レンズアレイ２および２１のレンズの向きは、光の進行方向あるいはその逆の方向のどちらを向いていてもよい。また、図２に示すようにお互いに異なる方向を向いていてもよい。なお、レンズアレイ２１は、レンズアレイ２と必ずしも同様な構成とする必要はなく、また、光源１から射出される光が平行性に優れている場合には、省略することも可能である。
【００４９】
第２のレンズアレイ２１から射出された各部分光束２０は、偏光変換素子アレイ２３によって１種類の直線偏光に変換される。偏光変換素子アレイ２３では、図２に示すように二つの偏光変換素子アレイ２３ａおよび２３ｂが光軸ＬＡを挟んで対称な向きに配置されている。図４は、図２に示した偏光変換素子アレイ２３ａの概略構成を示す斜視図である。偏光変換素子アレイ２３ａは、偏光ビームスプリッタアレイ２４と、偏光ビームスプリッタアレイ２４の光射出面の一部に選択的に配置されたλ／２位相差板２５（図４中斜線で示す）と、を備えている。偏光ビームスプリッタアレイ２４は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性部材２６が、順次貼り合わされた形状を有している。透光性部材２６の界面には、偏光分離膜２７と反射膜２８とが交互に形成されている。λ／２位相差板２５は、偏光分離膜２７による透過光あるいは反射膜２８による反射光の射出面に選択的に貼り付けられる。この例では、偏光分離膜２７による透過光の射出面にλ／２位相差板２５を貼り付けている。
【００５０】
図５は、実施の形態１にかかる偏光変換素子アレイ２３ａの偏光変換の原理を説明する説明図である。まず、偏光変換素子アレイ２３ａの入射面に、ランダムな偏光方向を持つ光が入射する。
【００５１】
この入射光は、偏光分離膜２７によってＳ偏光とＰ偏光とに分離される。Ｓ偏光は、偏光分離膜２７によってほぼ垂直に反射され、反射膜２８によってさらに反射されて射出される。一方、Ｐ偏光は、偏光分離膜２７をそのまま透過する。偏光分離膜を透過したＰ偏光が射出される射出面には、λ／２位相差板２５が配置されており、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、λ／２位相差板２５によってＳ偏光に変換されて射出される。したがって、偏光変換素子アレイ２３ａを通過した光は、そのほとんどがＳ偏光となって射出される。また、偏光変換素子アレイ２３ａから射出される光をＰ偏光としたい場合は、λ／２位相差板２５を、反射膜２８によって反射されたＳ偏光が射出される射出面に配置すればよい。
【００５２】
偏光変換素子アレイ２３ｂは偏光変換素子アレイ２３ａと同様の構成および機能を有する。
【００５３】
図６は、図２に示した遮光板２２の概略構成を示す説明図である。遮光板２２は、二つの偏光変換素子アレイ２３ａおよび２３ｂの入射面のうち、偏光分離膜２７に対応する入射面にのみ、光が入射するように、略矩形状の板状体に開口部２２ａを設けた構成を有している。
【００５４】
偏光変換素子アレイ２３から射出された複数の部分光束２０は、重畳レンズ４によって透過型液晶パネル１４上で重畳される。均一照明光学系１９は、以上のような構成によって透過型液晶パネル１４を均一にかつ１種類の偏光で照らすことができる。なお、この例では、集光レンズ２１と重畳レンズ４とを別々の構成としているが、集光レンズ２１を構成する複数の小レンズ２１ａの一部または全部を偏心レンズとすることによって、集光レンズ２１に重畳レンズ４の機能を併せ持つようにしてもよい。この場合、集光レンズ２１を配置する位置は、図１における集光レンズ２１の位置、または重畳レンズ４の位置のいずれでもよい。
【００５５】
重畳レンズ４から射出された光は、色選択性偏光変換器５に入射する。色選択性偏光変換器５は、入射光の所定波長域の偏光面のみを９０度回転させる板状の光学要素である。この所定波長域は自由に設定することができる。ここでは、所定波長域として緑色波長域が設定されている。このような色選択性偏光変換器５としては、たとえば、位相差フィルムを積層したＣｏｌｏｒＳｗｉｔｃｈ（Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋ社の登録商標）が知られている。色選択性偏光変換器５は、入射角依存性が小さく、偏光面を回転させる偏光面回転波長域と偏光面を回転させない偏光面非回転波長域との間の変換特性の曲線の傾きが急峻である。さらに、この例では、色選択性偏光変換器５が入射光束の略中心軸である主光軸に対して垂直に配置されているので、色選択性偏光変換器５の入射角依存性はいっそう小さくなる。
【００５６】
ここで、偏光面回転波長域とは、変換率が５０％以上となる波長域、すなわち変換光の光量が非変換光の光量以上となる波長域である。また、偏光面非回転波長域とは、変換率が５０％未満となる波長域、すなわち変換光の光量が非変換光の光量未満となる波長域である。この場合、偏光面回転波長域と偏光面非回転波長域とを分ける偏光境界波長（カットオフ波長）は、変換率が５０％となる波長、すなわち変換光の光量と非変換光の光量とが等しくなる波長域となる。色選択性偏光変換器５の一方のカットオフ波長λ１は、青色波長域と緑色波長域との境界の波長に設定され、他方のカットオフ波長λ２は、緑色波長域と赤色波長域との境界の波長に設定される。
【００５７】
すなわち、色選択性偏光変換器５は、クロスダイクロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色波長域の緑色光がクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＰ偏光となり、青色波長域および赤色波長域の青色光および赤色光がクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＳ偏光となるように偏光を制御する。図７に示すように、重畳レンズ４からのＳ偏光の白色光が色選択性偏光変換器５に入射すると、緑色波長域の緑色光がＰ偏光に変換されて出力される。そして、クロスダイクロイックプリズム６には、色分離面に対するＳ偏光の青色光および赤色光と色分離面に対するＰ偏光の緑色光とが入射する。
【００５８】
なお、図７では、説明を簡単にするために、可視波長域で一定の光量となる矩形の波長特性を有する光が色選択性偏光変換器５に入射する場合を示している。クロスダイクロイックプリズム６は、色選択性偏光変換器５から射出される光を、赤，緑，青の３色の色光に分離する機能を有している。クロスダイクロイックプリズム６には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって、色選択性偏光変換器５から射出される光のうち緑色光成分が透過され、青色光成分と赤色光成分とがそれぞれ左右に反射される。
【００５９】
ここで、一般に、ダイクロイックプリズムやダイクロイックミラー等のダイクロイック光学要素は、入射光が色分離面に対してＰ偏光であるかＳ偏光であるかによって、異なる分光特性を有する。図８（Ａ），（Ｂ）および図９（Ａ），（Ｂ）は、一般的なダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。ダイクロイック光学要素の色分離面に対して同じ角度からＰ偏光およびＳ偏光が入射した場合、Ｐ偏光はＳ偏光に比して透過の特性が強くなるようにカットオフ周波数がシフトし、Ｓ偏光はＰ偏光に比して反射の特性が強くなるようにカットオフ波長がシフトする。
【００６０】
したがって、Ｐ偏光に対する透過波長域は、Ｓ偏光に対する透過波長域に比して広くなる。すなわち、長波長域の光を透過し、短波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過波長域がＳ偏光に対する透過波長域に比して短波長方向に広がる（図８（Ａ）参照）。また、短波長域の光を透過し、長波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｐ偏光に対する透過波長域がＳ偏光に対する透過波長域に比して長波長方向に広がる（図９（Ａ）参照）。また、ダイクロイック光学要素では、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して広くなる。
【００６１】
すなわち、長波長域の光を透過し、短波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して長波長方向に広がる（図８（Ｂ）参照）。また、短波長域の光を透過し、長波長域の光を反射する色分離面の場合は、Ｓ偏光に対する反射波長域がＰ偏光に対する反射波長域に比して短波長方向に広がる（図９（Ｂ）参照）。なお、透過波長域とは、色分離面が光を透過する波長域であり、たとえば、透過率が５０％以上となる波長域、すなわち、透過光の光量が反射光の光量以上となる波長域である。一方、反射波長域とは、色分離面が光を反射する波長域であり、たとえば、反射率が５０％以上となる波長域、すなわち、反射光の光量が透過光の光量以上となる波長域である。なお、ここで述べた長波長域と短波長域は特定の波長域を示すものではなく、両者を比して示したものである。
【００６２】
図１０（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズム６のＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。なお、クロスダイクロイックプリズム６は色分離面を二つ有するが、ここでは、これらの二つの色分離面の分光特性を一つの分光特性として図示している。この分光特性では、色分離面に対するＰ偏光の透過波長域がＳ偏光の透過波長域に比して長波長および短波長方向に広がり（図１０（Ａ）参照）、Ｓ偏光の反射波長域がＰ偏光の透過波長域に比して長波長および短波長方向に広がる（図１０（Ｂ）参照）。また、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対する入射角によっても反射波長域および透過波長域が変化する。
【００６３】
すなわち、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対し、４５度±αの範囲の入射角を有する発散光が入射する場合、主光軸に対する設定角度（主光軸と色分離面の法線とのなす角度）である４５度の入射角の光に対する分光特性、４５度＋αの入射角の光に対する分光特性、および４５度−αの入射角の光に対する分光特性では、反射波長域と透過波長域とを分ける分離境界波長（カットオフ波長）が異なるものとなる。
【００６４】
クロスダイクロイックプリズム６の特性は、たとえば、４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長λ_３ＰとＳ偏光に対するカットオフ波長λ_３Ｓとの間の波長域λ３に色選択性偏光変換器５のカットオフ波長λ１が含まれるように、また、４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長λ_４ＰとＳ偏光に対するカットオフ波長λ_４Ｓとの間の波長域λ４に色選択性偏光変換器５のカットオフ波長λ２が含まれるように設定される。好ましくは、波長域λ３の略中央の波長が波長λ１となり、波長域λ４の略中央の波長が波長λ２となるように設定される。これにより、図１１に示すように、カットオフ波長λ１とカットオフ波長λ２との間のＰ偏光の緑色光がクロスダイクロイックプリズム６の透過波長域内で効率よく透過される。また、図１２に示すように、カットオフ波長λ１に比して短い波長のＳ偏光の青色光およびカットオフ波長λ２に比して長い波長のＳ偏光の赤色光がクロスダイクロイックプリズム６の反射波長域内で効率よく反射される。
【００６５】
このように色選択性偏光変換器５およびクロスダイクロイックプリズム６の特性を設定することによって、クロスダイクロイックプリズム６の入射角依存性の影響を低減し、反射すべき波長域の光の反射率を高め、透過すべき波長域の光の透過率を高めることができ、分離光の混色を低減することができる。なお、色選択性偏光変換器５は、クロスダイクロイックプリズム６と偏光変換素子アレイ２３との間であれば、どこに配置してもよく、たとえば、重畳レンズ４の前段に配置してもよい。また、クロスダイクロイックプリズム６に入射する緑色光がＰ偏光となり、赤色光および青色光がＳ偏光となるならば、赤色域および青色域の偏光面を回転させてもよい。この場合は、偏光変換素子アレイ２３から射出される光がＰ偏光となるように、λ／２位相差板２５の配置を変えればよい。
【００６６】
クロスダイクロイックプリズム６の色分離面で反射された赤色光は、レンズ７ｂを通り、反射ミラー８ｂで反射され、レンズ９ｂを通り、反射ミラー１０ｂで反射され、レンズ１１ｂを通り、λ／２位相差板１２ｂによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル１４ｂの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板１３ｂを通って赤色光用の透過型液晶パネル１４ｂに達する。レンズ７ｂ，９ｂ，１１ｂは、リレー光学系を構成するレンズである。また、レンズ１１ｂは、重畳レンズ４から射出された各部分光束２０をその中心軸に対して平行な光束に変換する機能も有している。
【００６７】
一方、クロスダイクロイックプリズム６の色分離面で反射された青色光は、レンズ７ａを通り、反射ミラー８ａで反射され、レンズ９ａを通り、反射ミラー１０ａで反射され、レンズ１１ａを通り、λ／２位相差板１２ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル１４ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板１３ａを通って青色光用の透過型液晶パネル１４ａに達する。また、クロスダイクロイックプリズム６を透過した緑色光は、レンズ１１ｃを通り、入射側偏光板１３ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル１４ｃに達する。レンズ７ａ，９ａ，１１ａは、レンズ７ｂ，９ｂ，１１ｂと同様、リレー光学系を構成するレンズである。また、レンズ１１ａと１１ｃは、レンズ１１ｂと同様の機能を有している。
【００６８】
なお、青色光および赤色光の光路に、リレー光学系が用いられているのは、青色光および赤色光の光路の長さが緑色光の光路の長さに比して長いため、光の拡散等による光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、レンズ７ａおよび７ｂに入射した部分光束２０をそのままレンズ１１ａおよび１１ｂに伝えるためである。三つの透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つの透過型液晶パネル１４ａ，１４ｂおよび１４ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。
【００６９】
透過型液晶パネル１４ａおよび１４ｂからそれぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光は、射出側偏光板１５ａおよび１５ｂをそれぞれ通ってクロスダイクロイックプリズム１７に入射する。また、透過型液晶パネル１４ｃから射出された緑色の変調光は、射出側偏光板１５ｃを通り、λ／２位相差板１６によって偏光面が９０度回転し、クロスダイクロイックプリズム１７に入射する。ここで、投写画像の形成に関係のない光はＰ偏光となって射出側偏光板１５ａ，１５ｂおよび１５ｃに吸収される。
【００７０】
クロスダイクロイックプリズム１７は、３色の変調光を合成してカラー画像を形成する機能を有している。クロスダイクロイックプリズム１７には、赤色光を反射する誘電体多層膜と、青色光を反射する誘電体多層膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３色の変調光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム１７で生成された合成光は、投写レンズ１８の方向に射出される。投写レンズ１８は、この合成光を図示しないスクリーンなどの投写面上に投写する機能を有する。
【００７１】
本実施の形態では、クロスダイクロイックプリズム１７による合成の効率を上昇させるために、クロスダイクロイックプリズム１７によって透過される緑色光は、クロスダイクロイックプリズム１７の色合成面に対するＰ偏光とされ、クロスダイクロイックプリズム１７によって反射される青色光および赤色光は、クロスダイクロイックプリズム１７の色合成面に対するＳ偏光とされている。ここで、クロスダイクロイックプリズム１７の分光特性とクロスダイクロイックプリズム６の分光特性とは、必ずしも一致させる必要はない。しかし、これらの分光特性を略一致させることによって、クロスダイクロイックプリズム６において角度依存性の影響を低減させた効果と同じように、クロスダイクロイックプリズム１７の入射角依存性の影響を低減し、光利用効率の向上を図ることができる。
【００７２】
前述した例では、クロスダイクロイックプリズム６によって光を分離していたが、クロスダイクロイックプリズム６に代えて他のダイクロイック光学要素を用いて光を分離してもよい。たとえば、図１３に示すように、二つのダイクロイックミラーを交差させたクロスダイクロイックミラー３１を用いてもよいし、図１４に示すように、二つのダイクロイックミラー３２および３３を用いてもよい。これらのダイクロイック光学要素を用いる場合も、クロスダイクロイックプリズム１７の分光特性とこれらのダイクロイック光学要素の分光特性とが略一致するように設定することによって、クロスダイクロイックプリズム１７の入射角依存性の影響を低減し、光利用効率の向上を図ることができる。
【００７３】
また、前述した例では、クロスダイクロイックプリズム１７によって光を合成していたが、図１５に示すように、プロジェクタを三投式の構成にし、図示しないスクリーンなどの投写面上で三つの色光を合成するようにしてもよい。すなわち、クロスダイクロイックプリズム１７および投写レンズ１８に代えて三つの投写レンズ１８ａ，１８ｂおよび１８ｃを用いてもよい。
【００７４】
前述したように実施の形態１によれば、クロスダイクロイックプリズム６の前段に設けられた色選択性偏光変換器５が、直線偏光を入力し、クロスダイクロイックプリズム６に入射する光のうち、緑色光をクロスダイクロイックプリズム６の色分離面に対するＰ偏光とし、赤色光および青色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力した直線偏光の緑色波長域を９０度回転させる。これにより、緑色光がクロスダイクロイックプリズム６でより確実に透過されやすくなり、赤色光および青色光がクロスダイクロイックプリズム６でより確実に反射されやすくなるため、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
この発明の実施の形態２は、色分離手段として複数のダイクロイックミラーを用いて複数段階で光の分離を行い、複数の合成用のダイクロイック光学要素を用いて複数段階で光の合成を行うものである。図１６は、この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と同一構成の部分については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７６】
このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、色選択性偏光変換器５ａ，５ｂ，４９ａおよび４９ｂと、色分離手段としてもダイクロイックミラー４１ａおよび４１ｂと、反射ミラー４２ａおよび４２ｂと、λ／２位相差板４３ａおよび４３ｃと、入射側偏光板４４ａ，４４ｂおよび４４ｃと、透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃと、射出側偏光板４６ａ，４６ｂおよび４６ｃと、色合成手段としてのダイクロイックミラー４８ａおよび４８ｂと、投写レンズ１８と、を備えている。
【００７７】
前述した実施の形態１と同様にして重畳レンズ４から射出された光は、色選択性偏光変換器５ａに入射する。色選択性偏光変換器５ａは、赤色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器５ａは、ダイクロイックミラー４１ａに入射する光のうち、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＳ偏光となり、緑色光および青色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光となるように偏光を制御する。
【００７８】
ダイクロイックミラー４１ａは、色選択性偏光変換器５ａから射出される光を、赤色光とシアン光（青色光および緑色光）とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー４１ａに入射した赤色光成分は反射され、緑色光成分および青色成分は透過される。ダイクロイックミラー４１ａの特性は、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５ａのカットオフ波長が含まれるように設定される。好ましくは、その波長域の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ａのカットオフ波長となるように設定される。これにより、ダイクロイックミラー４１ａの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００７９】
ダイクロイックミラー４１ａを透過したシアン光は、色選択性偏光変換器５ｂに入射する。色選択性偏光変換器５ｂは、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器５ｂは、ダイクロイックミラー４１ｂに入射する光のうち、緑色光がダイクロイックミラー４１ｂの色分離面に対するＳ偏光となり、赤色光がダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光となるように偏光を制御する。
【００８０】
ダイクロイックミラー４１ｂは、色選択性偏光変換器５ｂから射出される光を、緑色光と青色光とに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー４１ｂに入射した緑色光成分は反射され、青色成分は透過される。ダイクロイックミラー４１ｂは、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５ｂのカットオフ波長が含まれるように設定される。好ましくは、その波長域の略中央の波長が色選択性偏光変換器５ｂのカットオフ波長となるように設定する。これにより、ダイクロイックミラー４１ｂの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００８１】
ダイクロイックミラー４１ａで反射された赤色光は、反射ミラー４２ａで反射され、λ／２位相差板４３ａによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル４５ａの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板４４ａを通って赤色光用の透過型液晶パネル４５ａに達する。また、ダイクロイックミラー４１ｂで反射された緑色光は、λ／２位相差板４３ｃによって偏光面が９０度回転して透過型液晶パネル４５ｃの入射面に対するＰ偏光となり、入射側偏光板４４ｃを通って緑色光用の透過型液晶パネル４５ｃに達する。また、ダイクロイックミラー４１ｂで透過された青色光は、入射側偏光板４４ｂを通って青色光用の透過型液晶パネル４５ｂに達する。
【００８２】
三つの透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。これにより、三つの透過型液晶パネル４５ａ，４５ｂおよび４５ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。透過型液晶パネル４５ａから射出された赤色光は、射出側偏光板４６ａを通り、λ／２位相差板４７ａによって偏光面が９０度回転して色合成手段としてもダイクロイックミラー４８ａの色合成面に対するＰ偏光となり、ダイクロイックミラー４８ａに入射する。
【００８３】
また、透過型液晶パネル４５ｃから射出された緑色光は、射出側偏光板４６ｃを通り、ダイクロイックミラー４８ａの色合成面に対するＳ偏光としてダイクロイックミラー４８ａに入射する。また、透過型液晶パネル４５ｂから射出された青色光は、射出側偏光板４６ｂを通り、反射ミラー４２ｂで反射され、色合成手段としてのダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＳ偏光としてダイクロイックミラー４８ｂに入射する。
【００８４】
ダイクロイックミラー４８ａは、入射した赤色光を透過し、入射した緑色光を反射して、これらの光を合成する機能を有している。ダイクロイックミラー４８ａは、ダイクロイックミラー４１ａとほぼ逆の分光特性を有する。すなわち、ダイクロイックミラー４１ａの反射曲線と透過曲線とを入れ替えた分光特性を有する。これにより、ダイクロイックミラー４８ａの入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離を行うことができる。
【００８５】
ダイクロイックミラー４８ａで合成された赤色光および緑色光の合成光は、色選択性偏光変換器４９ａに入射する。ここで、色選択性偏光変換器４９ａに入射する光は、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対して、赤色波長域がＰ偏光となり、緑色波長域がＳ偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ａは、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。すなわち、色選択性偏光変換器４９ａは、ダイクロイックミラー４８ｂに入射する合成光をＰ偏光に揃えている。
【００８６】
また、色選択性偏光変換器４９ａによる赤色波長域と緑色波長域との間のカットオフ波長および緑色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長は、色選択性偏光変換器５ａによる赤色波長域と緑色波長域との間のカットオフ波長、および色選択性偏光変換器５ｂによる緑色波長域と青色波長域との間のカットオフ波長に略一致する。ダイクロイックミラー４８ｂは、入射した赤色光および緑色光の合成光を透過し、入射した青色光を反射して、これらの光を合成する機能を有している。ダイクロイックミラー４８ｂは、ダイクロイックミラー４１ｂとほぼ逆の分光特性を有する。
【００８７】
すなわち、ダイクロイックミラー４８ｂは、主光軸に対する設定角度である４５度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器４９ａのカットオフ波長が含まれるように設定される。これにより、ダイクロイックミラー４８ｂの入射角依存性の影響を抑えつつ光の合成を行うことができる。このように、ダイクロイックミラー４８ａおよび４８ｂからなる色合成側のダイクロイック光学要素の分光特性は、ダイクロイックミラー４１ａおよび４１ｂからなる色分離側のダイクロイック光学要素の分光特性とほぼ逆となっている。
【００８８】
ダイクロイックミラー４８ｂで合成された光は、色選択性偏光変換器４９ｂに入射する。ここで、色選択性偏光変換器４９ｂに入射する光は、色選択性偏光変換器４９ｂの入射面に対して、イエロー波長域（赤色波長域および緑色波長域）がＰ偏光となり、青色波長域がＳ偏光となっている。色選択性偏光変換器４９ｂは、青色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、投写する光の偏光方向が揃えられる。このように、色合成側の色選択性偏光変換器４９ａおよび４９ｂの変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器５ａおよび５ｂの変換特性に一致または対応する。色選択性偏光変換器４９ｂによって射出された光は、投写レンズ１８によって図示しないスクリーンなどの投写面上に投写される。
【００８９】
前述したように実施の形態２によれば、ダイクロイックミラー４１ａの前段に設けられた色選択性偏光変換器５ａが、直線偏光を入力し、ダイクロイックミラー４１ａに入射する光のうち、緑色光および青色光をダイクロイックミラー４１ａの色分離面に対するＰ偏光とし、赤色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力した直線偏光の緑色および青色波長域を９０度回転させる。また、ダイクロイックミラー４１ｂの前段に設けられた色選択性偏光変換器５ｂが、ダイクロイックミラー４１ｂに入射する光のうち、青色光をダイクロイックミラー４１ｂの色分離面に対するＰ偏光とし、緑色光を色分離面に対するＳ偏光とするように、入力光の緑色波長域を９０度回転させる。これにより、緑色光および青色光がダイクロイックミラー４１ａでより確実に透過されやすくなり、赤色光がダイクロイックミラー４１ａでより確実に反射されやすくなる。また、青色光がダイクロイックミラー４１ｂでより確実に透過されやすくなり、緑色光がダイクロイックミラー４１ｂでより確実に反射されやすくなる。このため、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。また、色選択性偏光変換器４９ａが、複数の波長域の偏光を合成した合成光を入力し、射出光がダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＰ偏光となるように緑色波長域の偏光面を回転させて射出するようにしている。これにより、ダイクロイックミラー４８ｂの入射角依存性の影響を低減することができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００９０】
なお、色選択性偏光変換器４９ａに入射する光が、ダイクロイックミラー４８ｂの色合成面に対するＳ偏光の赤色光とＰ偏光の緑色光との合成光であり、色選択性偏光変換器４９ａが緑色光をＳ偏光に変換して合成光をＳ偏光に揃え、ダイクロイックミラー４８ｂが、色選択性偏光変換器４９ａからの光を反射し、青色光を透過して、これらの光を合成するように構成することもでき、この場合も上述した効果と同様の効果をえることができることはいうまでもない。
【００９１】
（実施の形態３）
この発明の実施の形態３は、色変調装置として、反射型パネルを用いたものである。図１７は、この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。なお、図１と同一構成の部分については同一の符号を付してその説明を省略する。このプロジェクタは、光源１と、均一照明光学系１９と、反射ミラー５１ａおよび５１ｂと、入射側偏光板５２と、色選択性偏光変換器５および５７と、色分離手段および色合成手段としての色分離合成プリズム５３ａ，５３ｂおよび５３ｄと、λ／２位相差板５５と、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃと、射出側偏光板５８と、投写レンズ１８と、を備えている。
【００９２】
前述した実施の形態１と同様にして重畳レンズ４から射出された光は、反射ミラー５１ａおよび５１ｂで反射され、入射側偏光板５２によって偏光度を高められたあと、色選択性偏光変換器５に入射する。色選択性偏光変換器５は、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、色選択性偏光変換器５は、色分離合成プリズム５３に入射する光のうち、緑色光が色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光となり、赤色光および青色光が色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＳ偏光となるように偏光を制御する。なお、均一照明光学系１９から射出される光の偏光度が充分高い場合には、偏光板５２を省略することが可能である。
【００９３】
色分離合成プリズム５３は、三角柱状のプリズム５３ａ，５３ｂと四角柱状のプリズム５３ｃとを組み合わせたものであって、色選択性偏光変換器５から射出される光を青，緑および赤の三つの色光に分離する機能、および反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって変調されて射出される各色光を合成する機能を有している。色分離合成プリズム５３に入射した緑色光成分は透過され、赤緑色光成分および青色成分は反射される。ダイクロイック光学膜５４ａおよび５４ｂの特性は、主光軸に対する設定角度の入射角を有するＰ偏光に対するカットオフ波長とＳ偏光に対するカットオフ波長との間の波長域に、色選択性偏光変換器５のカットオフ波長が含まれるように設定される。これにより、色分離合成プリズム５３の入射角依存性の影響を抑えつつ光の分離および合成を行うことができる。
【００９４】
なお、青色光反射用のダイクロイック光学膜５４ａで赤色光が反射する。これは、赤色光の入射角が大きくなるように構成されており、この入射角が、ダイクロイック光学膜５４ａの全反射条件を満足するからである。色分離合成プリズム５３で透過された緑色光は、λ／２位相差板５５によって偏光面が９０度回転してＳ偏光となり、緑色光用の反射型パネル５６ｃに達する。一方、色分離合成プリズム５３で反射された青色光および赤色光は、青色光用の反射型パネル５６ａおよび赤色光用の反射型パネル５６ｂにそれぞれ達する。三つの反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃは、与えられた画像情報（画像信号）にしたがって入射光を変調する光変調装置としての機能を有している。本実施の形態では、反射型パネルとして、微小ミラーを画素とし、そのミラーの角度を変えることによって出射光の角度を変調するマイクロミラー型変調装置を用いている。なお、このような変調装置としては、ＤＭＤ（米テキサスインスツルメント社の登録商標）が知られている。
【００９５】
三つの反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃに入射した各色光は、与えられた画像情報に従って変調される。反射型パネル５６ａおよび５６ｂからそれぞれ射出された青色の変調光および赤色の変調光は、色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＳ偏光として色分離合成プリズム５３に入射する。また、反射型パネル５６ｃから射出された緑色の変調光は、λ／２位相差板５５によって偏光面が９０度回転し、色分離合成プリズム５３の色分離合成面に対するＰ偏光として色分離合成プリズム５３に入射する。
【００９６】
色分離合成プリズム５３に入射した各色光のうち、変調を受けた光、すなわち投写画像に関係する光は合成され、カラー画像を投写するための合成光が形成される。色分離合成プリズム５３で生成された合成光は、投写レンズ１８の方向に射出される。一方、変調を受けていない光、すなわち投写画像に関係のない光は、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃによって反射されたあと、入射方向に戻っていくので、投写レンズ１８の方向には射出されない。色分離合成プリズム５３で合成された光は、色選択性偏光変換器５７に入射する。ここで、色選択性偏光変換器５７に入射する光は、色選択性偏光変換器５７の入射面に対して、青色波長域および赤色波長域がＳ偏光となり、緑色波長域がＰ偏光となっている。
【００９７】
色選択性偏光変換器５７は、緑色波長域の偏光面のみを９０度回転させる。これにより、投写する光の偏光方向が揃えられる。色合成側の色選択性偏光変換器５７の変換特性は、色分離側の色選択性偏光変換器５の変換特性に略一致する。色選択性偏光変換器５７から射出された光は、射出側偏光板５８を通り、投写レンズ１８に達する。投写レンズ１８は、図示しないスクリーンなどの投写面上にカラー画像を表示する。前述したように実施の形態３によれば、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃを用いた場合も、色分離合成光学系の入射角依存性の影響を低減し、光エネルギーの損失を抑制しつつ分離光の混色を低減し、各分離光の色純度を向上させることができる。なお、本例では、反射型パネル５６ａ，５６ｂおよび５６ｃがＤＭＤの場合について述べたが、これらが反射型の液晶パネルであってもよい。この場合、反射型パネルで反射された投写画像に関係のない光は射出側偏光板５８によって吸収される。
【００９８】
前述した実施の形態１〜実施の形態３では、プロジェクタを例に挙げて説明したが、前述した構成は、たとえば、３ＣＣＤによるデジタルカメラ，ビデオカメラおよびＴＶカメラ等の他の装置に応用することができ、同様の効果を得ることができる。また、プロジェクタとしては、投写面を観察する方向から画像投写を行う前面プロジェクタ、および投写面を観察する方向とは反対側から画像投写を行う背面プロジェクタがあるが、実施の形態１〜実施の形態３の構成は、いずれのプロジェクタにも適用可能である。
【００９９】
また、前述した青色波長域，緑色波長域および赤色波長域の範囲は特に限定されず、たとえば、４００ｎｍ〜５００ｎｍを青色波長域とし、５００ｎｍ〜６００ｎｍを緑色波長域とし、６００ｎｍ〜７００ｎｍを赤色波長域としてもよい。また、赤，オレンジおよびシアンの３色の波長域に分離してもよい。さらに、赤，オレンジ，緑および青の４色や、それ以上の多数色の波長域に分離してもよい。このように多数色の波長域に分離する場合は、多数色分の透過型液晶パネルまたは反射型パネルを設け、また、色選択性偏光変換器、光を分離するダイクロイック光学要素、および光を合成するダイクロイック光学要素をそれぞれ複数設け、偏光面の回転変換、光の分離および光の合成をそれぞれ複数段階で行う。
【０１００】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、色分離手段や色合成手段の分光特性の偏光依存性を利用して、入射角度依存性の影響を低減することが可能となる。よって色分離手段においては、反射すべき光と透過すべき光、双方の特性を向上させることが可能となるため、反射すべき光、透過すべき光双方の損失を抑制しつつ、分離光の混色を防ぐことができ、各分離光の色純度を向上させることができる。また、色合成手段においては、反射すべき光や透過すべき光の損失を防ぐことが可能となり、色合成における光の利用効率を向上させることができる。したがって、このような色分離手段や色合成手段をプロジェクタなどの光学機器に用いれば、画像の色再現性の向上や、色むらの低減、明るさの向上などを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるプロジェクタの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示した光源および均一照明光学系の概略構成を示す平面図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は、図１に示したレンズアレイの概略構成を示す正面図および側面図である。
【図４】図２に示した偏光変換素子アレイの概略構成を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかる偏光変換素子アレイの偏光変換の原理を説明する説明図である。
【図６】図２に示した遮光板の概略構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態１にかかる色選択性偏光変換器による変換を説明する説明図である。
【図８】（Ａ），（Ｂ）は、一般的なダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）は、一般的な他のダイクロイックミラーのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムのＰ偏光およびＳ偏光に対する分光特性を示す図である。
【図１１】実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムによる緑色光の透過を説明する説明図である。
【図１２】実施の形態１にかかるクロスダイクロイックプリズムによる青色光および赤色光の反射を説明する説明図である。
【図１３】実施の形態１にかかる他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１４】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１５】実施の形態１にかかるさらに他のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態３にかかるプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１８】従来のプロジェクタの構成を示す平面図である。
【図１９】図１８に示したダイクロイックミラーに対する光の入射を説明する説明図である。
【図２０】従来のダイクロイックミラーの分光特性の入射角依存性を示す図である。
【図２１】従来のダイクロイックミラーによる色分離を説明する説明図である。
【符号の説明】
１光源
１ａ光源ランプ
１ｂ凹面鏡
２，２１レンズアレイ
２ａ，２１ａ小レンズ
４重畳レンズ
５，５ａ，５ｂ，４９ａ，４９ｂ，５７色選択性偏光変換器
６，１７クロスダイクロイックプリズム
７ａ，７ｂ，９ａ，９ｂ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃレンズ
８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ，４２ａ，４２ｂ，５１ａ，５１ｂ反射ミラー
１２ａ，１２ｂ，１６，２５，４３ａ，４３ｃ，４７ａ，５５ λ／２位相差板
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，５２入射側偏光板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ透過型液晶パネル
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，５８射出側偏光板
１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ投写レンズ
１９均一照明光学系
２０部分光束
２２遮光板
２２ａ開口部
２３，２３ａ，２３ｂ偏光変換素子アレイ
２４偏光ビームスプリッタアレイ
２６透光性部材
２７偏光分離膜
２８反射膜
２９偏光変換素子
３１クロスダイクロイックミラー
３２，３３，４１ａ，４１ｂ，４８ａ，４８ｂダイクロイックミラー
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ色分離合成プリズム
５４ａ，５４ｂダイクロイック光学膜
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ反射型パネル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a color separation device that separates light from a light source into light for a plurality of wavelength regions, a color composition device that combines light for a plurality of wavelength regions, and converts light from the light source into light for a plurality of wavelength regions. A color separation and synthesis device that separates and combines the separated light, and separates the light from the light source into light for each of a plurality of wavelength ranges, modulates each separated light to generate an image, and the image is displayed on a screen or the like. The present invention relates to a projector that projects onto a projection surface.
[0002]
[Prior art]
As a conventional projector, for example, a projector that performs color separation using a dichroic mirror is known. FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a conventional projector. The projector includes a light source 81, a first lens array 82, a second lens array 83, a superimposing lens 84, reflection mirrors 85, 89, 91a and 91b, color separation dichroic mirrors 86 and 87, and an incident light. Side polarizing plates 94a, 94b and 94c, transmissive liquid crystal panels 95a, 95b and 95c, exit side polarizing plates 96a, 96b and 96c, a cross dichroic prism 98, and a projection lens 99 are provided.
[0003]
The light source 81 is disposed on the incident surface side of the first lens array 82. The projection lens 99 is disposed on the exit surface side of the cross dichroic prism 98. The lens arrays 82 and 83 and the superimposing lens 84 constitute a uniform illumination optical system that uniformly illuminates the three transmissive liquid crystal panels 95a, 95b, and 95c.
[0004]
Non-polarized light emitted from the light source 81 is divided into a plurality of partial light beams by a plurality of small lenses of the first lens array 82 and is condensed in the vicinity of the plurality of small lenses of the second lens array 83. Is done. The plurality of partial light beams emitted from the second lens array 83 are superimposed on the transmissive liquid crystal panel 95 (transmissive liquid crystal panels 95a, 95b, and 95c) by the superimposing lens 84. Thereby, this uniform illumination optical system can illuminate the transmissive liquid crystal panel 95 uniformly.
[0005]
The reflection mirror 85 guides the light beam emitted from the superimposing lens 84 toward the dichroic mirror 86. The dichroic mirror 86 transmits the red light component of the light emitted from the superimposing lens and reflects the blue light component and the green light component. The red light transmitted through the dichroic mirror 86 is reflected by the reflection mirror 91b, passes through the incident-side polarizing plate 94b, and reaches the transmissive liquid crystal panel 95b for red light.
[0006]
Of the blue light and green light reflected by the dichroic mirror 86, the green light is reflected by the dichroic mirror 87, passes through the collimating lens 92c, passes through the incident side polarizing plate 94c, and is transmissive for green light. The liquid crystal panel 95c is reached. On the other hand, the blue light passes through the dichroic mirror 87, passes through the reflection mirrors 89 and 91a, passes through the incident-side polarizing plate 94a, and reaches the transmissive liquid crystal panel 95a for blue light.
[0007]
Each color light incident on the three transmissive liquid crystal panels 95a, 95b and 95c is modulated in accordance with image information to form an image of each color light. The modulated lights emitted from the transmissive liquid crystal panels 95a, 95b, and 95c are incident on the cross dichroic prism 98 through the exit-side polarizing plates 96a, 96b, and 96c, respectively.
[0008]
The cross dichroic prism 98 has a function as a color light combining optical system for combining three colors of modulated light to form a color image. The three colors of modulated light are combined by the cross dichroic prism 98 to form combined light for projecting a color image. The combined light generated by the cross dichroic prism 98 is emitted in the direction of the projection lens 99. The projection lens 99 has a function of projecting the combined light onto a projection surface such as a screen (not shown), and displays a color image on a projection surface such as a screen (not shown).
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the dichroic mirrors 86 and 87 used in the color separation optical system of the conventional projector are arranged so as to be inclined at 45 degrees with respect to the main optical axis. Therefore, the dichroic mirrors 86 and 87 are designed so as to obtain desired color separation characteristics for light having an incident angle of 45 degrees. Therefore, if all the light incident on the dichroic mirrors 86 and 87 is 45 degrees, that is, if all light parallel to the main optical axis is incident on the dichroic mirrors 86 and 87, desired color separation can be performed. . However, when light having an incident angle other than 45 degrees is incident, the spectral characteristics of the dichroic mirrors 86 and 87 have an incident angle dependency, and thus desired color separation cannot be performed.
[0010]
However, in this projector, each partial light beam condensed on the condenser lens of the lens array 83 is diverged and guided to the liquid crystal panels 95a, 95b, and 95c. Accordingly, as shown in FIG. 19, divergent light having an incident angle in the range of 45 ° ± α is incident on the color separation surfaces of the dichroic mirrors 86 and 87. As shown in FIG. 20, in the spectral characteristic with respect to light having an incident angle of 45 degrees, the spectral characteristic with respect to light having an incident angle of 45 degrees + α, and the spectral characteristic with respect to light having an incident angle of 45 degrees−α, The separation boundary wavelength (cutoff wavelength) that divides the wavelength range is different.
[0011]
Therefore, when divergent light from the uniform illumination optical system is incident, the cutoff wavelength differs depending on the incident angle, and thus the apparent reflectance and transmittance curves of the dichroic mirrors 86 and 87 with respect to the divergent light become gentle. As shown in FIG. 21, the light having the wavelength to be reflected by the dichroic mirrors 86 and 87 is transmitted, and the light having the wavelength to be transmitted is reflected to cause color mixing. For example, in the dichroic mirror 86 that transmits red light and reflects cyan light, a large amount of light in the wavelength region on the short wavelength side is mixed with red light, yellowish red light is transmitted, and long time is applied to cyan light. A lot of light in the wavelength region on the wavelength side is mixed and cyan light close to white is reflected. When such color mixture occurs, the color purity of each separated light decreases, the color reproducibility of the projected image decreases, and color unevenness occurs.
[0012]
On the other hand, as another conventional projector that reduces this color mixture and increases the color purity of each color light, a projector in which a color filter is arranged immediately before color composition is known. In this projector, it is possible to cut light in an extra wavelength region by a color filter and to increase the color purity of each color light. However, since light in an extra wavelength region is cut, loss of light energy corresponding to the cut occurs. Further, the incident angle dependency of the spectral characteristics of the dichroic mirror as described above also becomes a problem in the cross dichroic prism 98. That is, when the light incident on the cross dichroic prism 98 is affected by the incident angle dependency, the light that should be reflected (or transmitted) to the projection lens 99 side may not be reflected (or transmitted). When such a phenomenon occurs, the light use efficiency decreases, and the brightness of the projected image decreases.
[0013]
The present invention has been made in view of the above, and reduces color mixing of separated light while suppressing loss of light energy, improves color purity of each separated light, and thereby reproduces color of a projected image. The purpose is to improve the property and reduce the color unevenness. Another object of the present invention is to improve the light use efficiency in color synthesis, thereby improving the brightness of the projected image.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the color separation device of the present invention includes a color separation unit that transmits light in a predetermined wavelength range, reflects light in other wavelength ranges, and separates the light into a plurality of wavelength ranges. By rotating the polarization plane of the predetermined wavelength range or the other wavelength range, among the light incident on the color separation means, the light of the predetermined wavelength range is changed to P-polarized light with respect to the color separation plane of the color separation means. And color selective polarization converting means for converting the light in the other wavelength range into S-polarized light with respect to the color separation surface.
[0015]
According to the first color separation device, it is possible to reduce the influence of the incident angle dependency by utilizing the polarization dependence of the spectral characteristics of the color separation means, and the light to be reflected and the light to be transmitted, Both characteristics can be improved. Therefore, it is possible to prevent color separation of separated light while suppressing loss of both light to be reflected and light to be transmitted, and to improve the color purity of each separated light.
[0016]
In the first color separation device, in particular, the polarization boundary wavelength of the color selective polarization conversion unit is included in a wavelength region between the cutoff wavelength of the P polarization and the cutoff wavelength of the S polarization of the color separation unit. It is preferable to do.
[0017]
This is because the above-described effects can be obtained more reliably by doing so.
[0018]
In addition, the color composition device of the present invention transmits color light in the first wavelength range, reflects light in the second wavelength range different from the first wavelength range, and combines these lights. And S-polarized light with respect to the color synthesis surface of the color synthesis unit of the light in the first wavelength range or the second wavelength range incident on the color synthesis unit is converted into P-polarized light. And color selective polarization conversion means.
[0019]
According to the first color synthesizing apparatus, it is possible to reduce the influence of the incident angle dependence by utilizing the polarization dependence of the spectral characteristics of the color synthesizing means, and the light to be reflected or transmitted Loss can be prevented. Therefore, the light use efficiency in color composition can be improved.
[0020]
In the first color synthesizing apparatus, in particular, the polarization boundary wavelength of the color selective polarization converting unit is included in a wavelength region between the cutoff wavelength of P-polarized light and the cutoff wavelength of S-polarized light of the color synthesizing unit. It is preferable to do.
[0021]
This is because the above-described effects can be obtained more reliably by doing so.
[0022]
A first color separation / synthesis apparatus according to the present invention has the above-described color separation apparatus, a color synthesis means for synthesizing light separated by the color separation means, and having spectral characteristics substantially matching the color separation means, It comprises.
[0023]
According to the first color separation / synthesis apparatus, it is possible to obtain the same effect as the color separation apparatus. Further, the effect can be reproduced even in color synthesis. Therefore, if the first color separation / synthesis apparatus is employed in an optical apparatus such as a projector, it is possible to improve color reproducibility and reduce color unevenness.
[0024]
A second color separation / synthesis apparatus according to the present invention comprises the above-described color separation apparatus and a color synthesis apparatus, and the color synthesis means synthesizes the light separated by the color separation apparatus.
[0025]
According to the second color separation / synthesis apparatus, it is possible to obtain the same effects as those of the color separation apparatus and the color synthesis apparatus. Therefore, if the second color separation / synthesis apparatus is employed in an optical apparatus such as a projector, it is possible to improve color reproducibility, reduce color unevenness, and improve light utilization efficiency.
[0026]
According to the second color separation / synthesis apparatus, it is possible to obtain the same effects as those of the color separation apparatus and the color synthesis apparatus. Therefore, if the second color separation / synthesis apparatus is employed in an optical apparatus such as a projector, it is possible to improve color reproducibility, reduce color unevenness, and improve light utilization efficiency.
[0027]
In the third color separation / synthesis device of the present invention, the light separated by the first color separation device is synthesized by the color separation means provided in the color separation device. In the third color separation / synthesis device, the first color separation device separates the light into a plurality of wavelength ranges, and the light is synthesized by the color separation means provided in the color separation device. According to the third color separation / synthesis apparatus, it is possible to obtain the same effect as that of the color separation apparatus. Further, the effect can be reproduced even in color synthesis. Therefore, if the third color separation / synthesis apparatus is employed in an optical apparatus such as a projector, it is possible to improve color reproducibility and reduce color unevenness.
[0028]
The first projector of the present invention separates the light from the light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image. And a light modulation means for modulating the light separated by the color separation device.
[0029]
According to the first projector, it is possible to obtain the same effect as the color separation device. Further, the effect can be reproduced even in color synthesis. Therefore, it is possible to improve the color reproducibility of the projected image and reduce color unevenness.
[0030]
According to another aspect of the invention, there is provided a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image. The light modulation unit modulates the separated light. And the above color synthesizing device for synthesizing the light modulated by the light modulation means.
[0031]
According to the second projector, it is possible to obtain the same effects as the color separation device and the color synthesis device. Therefore, it is possible to improve the color reproducibility of the projected image and reduce color unevenness, and it is possible to obtain a bright projected image by improving the light utilization efficiency.
[0032]
A third projector according to the present invention is a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image. And a light modulation means that is provided in the subsequent stage of the color separation apparatus and in the previous stage of the color synthesis means or the color synthesis apparatus, and modulates the light separated by the color separation apparatus.
[0033]
According to the third projector, it is possible to obtain the same effect as that of the first or second color separation / synthesis apparatus. Therefore, it is possible to improve the color reproducibility of the projected image and reduce color unevenness, and it is possible to obtain a bright projected image by improving the light utilization efficiency.
[0034]
According to another aspect of the invention, there is provided a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image. And a light modulation means for modulating the light separated by the separation device, and the light modulated by the light modulation means is synthesized by the color separation means provided in the color separation device. According to the fourth projector, it is possible to obtain the same effect as the third color separation / synthesis apparatus. Therefore, it is possible to improve the color reproducibility of the projected image and reduce color unevenness.
[0035]
Further, a fifth projector of the present invention separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image to transmit light in the first wavelength range, Reflects light in the second wavelength range, which is shorter than the first wavelength range, and in the third wavelength range, which is longer than the first wavelength range, and converts the light into three wavelength ranges. Color separation means for separating; polarization conversion means for converting light from the light source into linearly polarized light; and the first wavelength region or the second wavelength region of the linearly polarized light converted by the polarization conversion device, and the first wavelength region. By rotating the polarization plane in the third wavelength region, the light in the first wavelength region among the light incident on the color separation device is changed to P-polarized light with respect to the color separation surface of the color separation device, and the second S-polarized light with respect to the color separation surface is converted into light in the wavelength region and the third wavelength region A color selective polarization conversion means that is for anda three modulation means for modulating the separated light by the color separation means.
[0036]
According to the fifth projector, in the case of separating light into three substantially continuous wavelength ranges, the influence of the incident angle dependency can be reduced by using the polarization dependency of the spectral characteristics of the color separation means. Therefore, it is possible to efficiently improve the characteristics of both light to be reflected and light to be transmitted. Therefore, it is possible to prevent color separation of separated light while suppressing loss of both light to be reflected and light to be transmitted, and to improve the color purity of each separated light. As a result, it is possible to improve the color reproducibility of the projected image and reduce color unevenness.
[0037]
In the fifth projector, in particular, the polarization boundary wavelength of the color selective polarization conversion means is included in the wavelength range between the cutoff wavelength of the P polarization and the cutoff wavelength of the S polarization of the color separation means. Is preferred.
[0038]
This is because the above-described effects can be obtained more reliably by doing so.
[0039]
The color separation means is preferably constituted by a cross dichroic prism or a cross dichroic mirror.
[0040]
If comprised in this way, size reduction of a projector and simplification of the optical system can be achieved.
[0041]
In addition, it is preferable that the fifth projector further includes a color synthesizing unit that has a spectral characteristic substantially coincident with the color separation unit and synthesizes the light modulated by the light modulation unit.
[0042]
With such a configuration, it is possible to reduce the influence of the incident angle dependency on the color synthesizing means, and it is possible to prevent loss of light to be reflected and light to be transmitted. Therefore, the light use efficiency in color synthesis can be improved, and a bright projected image can be obtained.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments.
[0044]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the projector according to the first embodiment of the invention. This projector includes a light source 1, a uniform illumination optical system 19, a color selective polarization converter 5, a cross dichroic prism 6 as a color separation means, and lenses 7a, 7b, 9a, 9b, constituting a relay optical system. 11a, 11b, field lens 11c, reflecting mirrors 8a, 8b, 10a and 10b, λ / 2 phase difference plates 12a, 12b and 16, incident side polarizing plates 13a, 13b and 13c, and transmissive liquid crystal panel 14a , 14b and 14c, exit side polarizing plates 15a, 15b and 15c, a cross dichroic prism 17 as a color synthesizing means, and a projection lens 18.
[0045]
FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the light source 1 and the uniform illumination optical system 19 shown in FIG. The uniform illumination optical system 19 includes a first lens array 2, a second lens array 21, a light shielding plate 22, a polarization conversion element array 23, and a superimposing lens 4.
[0046]
FIG. 2 shows only main components for ease of explanation. The light source 1 includes a light source lamp 1a and a concave mirror 1b. Radial light rays (radiated light) emitted from the light source lamp 1a are reflected by the concave mirror 1b and emitted in the direction of the lens array 2 as a substantially parallel light bundle. As the light source lamp 1a, for example, a halogen lamp, a metal halide lamp, a high-pressure mercury lamp, or the like can be used. The concave mirror 1b is a parabolic mirror, but may be replaced with a combination of an elliptical mirror and a parallelizing lens. The light source lamp 1a and the concave mirror 1b are not limited to those described here.
[0047]
The light emitted from the light source 1 is divided into a plurality of partial light beams 20 by the plurality of lenses 2 a of the lens array 2. 3A and 3B are a front view and a side view showing a schematic configuration of the lens array 2 shown in FIG. In the lens array 2, minute lenslets 2a having a rectangular outline are arranged in a matrix of M rows in the vertical direction and 2N columns in the horizontal direction. From the center in the lateral direction of the lens, there are N rows of small lenses 2a in the left direction and N rows in the right direction. In this example, M = 10 and N = 4. The external shape of each small lens 2a viewed from the light traveling direction is set to be substantially similar to the shape of the transmissive liquid crystal panel 14 (transmissive liquid crystal panels 14a, 14b and 14c). For example, if the aspect ratio (ratio of horizontal and vertical dimensions) of the image forming area of the transmissive liquid crystal panel 14 is 4: 3, the aspect ratio of each small lens 2a is also set to 4: 3.
[0048]
The partial light flux divided by the first lens array 2 is guided by the plurality of lenses 21a of the second lens array 21 so as to be condensed on a polarization separation film 27 of a polarization beam splitter array 24 described later. The lens array 21 has the same configuration as the lens array 2. In addition, the direction of the lenses of the lens arrays 2 and 21 may be either the light traveling direction or the opposite direction. Moreover, as shown in FIG. 2, you may face the mutually different direction. The lens array 21 does not necessarily have the same configuration as the lens array 2, and can be omitted when the light emitted from the light source 1 is excellent in parallelism.
[0049]
Each partial light beam 20 emitted from the second lens array 21 is converted into one type of linearly polarized light by the polarization conversion element array 23. In the polarization conversion element array 23, as shown in FIG. 2, the two polarization conversion element arrays 23a and 23b are arranged in symmetrical directions with the optical axis LA in between. FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the polarization conversion element array 23a shown in FIG. The polarization conversion element array 23a includes a polarization beam splitter array 24, a λ / 2 phase difference plate 25 (shown by diagonal lines in FIG. 4) selectively disposed on a part of the light exit surface of the polarization beam splitter array 24, It has. The polarization beam splitter array 24 has a shape in which a plurality of columnar translucent members 26 each having a parallelogram cross section are sequentially bonded. Polarization separation films 27 and reflection films 28 are alternately formed on the interface of the translucent member 26. The λ / 2 phase difference plate 25 is selectively attached to the outgoing surface of the transmitted light from the polarization separation film 27 or the reflected light from the reflective film 28. In this example, a λ / 2 phase difference plate 25 is attached to the outgoing surface of transmitted light by the polarization separation film 27.
[0050]
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of polarization conversion of the polarization conversion element array 23a according to the first embodiment. First, light having a random polarization direction is incident on the incident surface of the polarization conversion element array 23a.
[0051]
The incident light is separated into S-polarized light and P-polarized light by the polarization separation film 27. The S-polarized light is reflected almost perpendicularly by the polarization separation film 27 and further reflected by the reflection film 28 and emitted. On the other hand, the P-polarized light passes through the polarization separation film 27 as it is. A λ / 2 phase difference plate 25 is disposed on the exit surface from which the P-polarized light transmitted through the polarization separation film is emitted. The P-polarized light transmitted through the polarization separation film is s-polarized by the λ / 2 phase difference plate 25. It is converted into and injected. Therefore, most of the light that has passed through the polarization conversion element array 23a is emitted as S-polarized light. If the light emitted from the polarization conversion element array 23a is to be P-polarized light, the λ / 2 phase difference plate 25 may be disposed on the emission surface from which S-polarized light reflected by the reflective film 28 is emitted.
[0052]
The polarization conversion element array 23b has the same configuration and function as the polarization conversion element array 23a.
[0053]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the light shielding plate 22 shown in FIG. The light shielding plate 22 has an opening 22a in a substantially rectangular plate-like body so that light is incident only on the incident surface corresponding to the polarization separation film 27 among the incident surfaces of the two polarization conversion element arrays 23a and 23b. It has the structure which provided.
[0054]
The plurality of partial light beams 20 emitted from the polarization conversion element array 23 are superimposed on the transmissive liquid crystal panel 14 by the superimposing lens 4. The uniform illumination optical system 19 can illuminate the transmissive liquid crystal panel 14 uniformly and with one kind of polarized light by the above configuration. In this example, the condensing lens 21 and the superimposing lens 4 are configured separately. However, by concentrating some or all of the plurality of small lenses 21a constituting the condensing lens 21 as an eccentric lens, The lens 21 may have the function of the superimposing lens 4 together. In this case, the position where the condenser lens 21 is arranged may be either the position of the condenser lens 21 in FIG.
[0055]
The light emitted from the superimposing lens 4 enters the color selective polarization converter 5. The color selective polarization converter 5 is a plate-like optical element that rotates only the polarization plane of incident light in a predetermined wavelength range by 90 degrees. This predetermined wavelength range can be freely set. Here, the green wavelength region is set as the predetermined wavelength region. As such a color selective polarization converter 5, for example, Color Switch (registered trademark of Color link) in which a retardation film is laminated is known. The color-selective polarization converter 5 has a small incident angle dependency, and the slope of the conversion characteristic curve between the polarization plane rotation wavelength range that rotates the polarization plane and the polarization plane non-rotation wavelength range that does not rotate the polarization plane is steep. It is. Further, in this example, since the color selective polarization converter 5 is arranged perpendicular to the main optical axis which is the substantially central axis of the incident light beam, the incident angle dependency of the color selective polarization converter 5 is further increased. Get smaller.
[0056]
Here, the polarization plane rotation wavelength region is a wavelength region in which the conversion rate is 50% or more, that is, a wavelength region in which the light amount of the converted light is greater than or equal to the light amount of the non-converted light. The polarization plane non-rotating wavelength region is a wavelength region where the conversion rate is less than 50%, that is, a wavelength region where the light amount of the converted light is less than the light amount of the non-converted light. In this case, the polarization boundary wavelength (cutoff wavelength) that separates the polarization plane rotation wavelength region and the polarization surface non-rotation wavelength region is the wavelength at which the conversion rate is 50%, that is, the light amount of the converted light and the light amount of the non-converted light. The wavelength range becomes equal. One cutoff wavelength λ1 of the color selective polarization converter 5 is set to the boundary wavelength between the blue wavelength range and the green wavelength range, and the other cutoff wavelength λ2 is the boundary between the green wavelength range and the red wavelength range. Is set to the wavelength.
[0057]
That is, in the color selective polarization converter 5, green light in the green wavelength region out of the light incident on the cross dichroic prism 6 becomes P-polarized light with respect to the color separation surface of the cross dichroic prism 6, and Polarization is controlled so that blue light and red light become S-polarized light with respect to the color separation surface of the cross dichroic prism 6. As shown in FIG. 7, when S-polarized white light from the superimposing lens 4 enters the color-selective polarization converter 5, green light in the green wavelength region is converted to P-polarized light and output. The cross dichroic prism 6 receives S-polarized blue light and red light with respect to the color separation surface and P-polarized green light with respect to the color separation surface.
[0058]
7 shows a case where light having a rectangular wavelength characteristic having a constant light quantity in the visible wavelength region is incident on the color selective polarization converter 5 in order to simplify the description. The cross dichroic prism 6 has a function of separating light emitted from the color selective polarization converter 5 into three color lights of red, green, and blue. In the cross dichroic prism 6, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in an approximately X shape at the interface of four right-angle prisms. With these dielectric multilayer films, the green light component of the light emitted from the color selective polarization converter 5 is transmitted, and the blue light component and the red light component are respectively reflected left and right.
[0059]
Here, in general, dichroic optical elements such as a dichroic prism and a dichroic mirror have different spectral characteristics depending on whether incident light is P-polarized light or S-polarized light with respect to the color separation surface. FIGS. 8A and 8B and FIGS. 9A and 9B are diagrams illustrating spectral characteristics of a general dichroic mirror with respect to P-polarized light and S-polarized light. When P-polarized light and S-polarized light are incident from the same angle with respect to the color separation surface of the dichroic optical element, the cutoff frequency of P-polarized light is shifted so that the transmission characteristics are stronger than S-polarized light. The cutoff wavelength is shifted so that the reflection characteristic is stronger than that of P-polarized light.
[0060]
Therefore, the transmission wavelength region for P-polarized light is wider than the transmission wavelength region for S-polarized light. That is, in the case of a color separation surface that transmits light in the long wavelength region and reflects light in the short wavelength region, the transmission wavelength region for P-polarized light is spread in the short wavelength direction compared to the transmission wavelength region for S-polarized light (see FIG. 8 (A)). In the case of a color separation surface that transmits light in the short wavelength region and reflects light in the long wavelength region, the transmission wavelength region for P-polarized light is wider in the longer wavelength direction than the transmission wavelength region for S-polarized light (see FIG. 9 (A)). In the dichroic optical element, the reflection wavelength region for S-polarized light is wider than the reflection wavelength region for P-polarized light.
[0061]
That is, in the case of a color separation surface that transmits light in the long wavelength range and reflects light in the short wavelength range, the reflection wavelength range for S-polarized light is wider in the long wavelength direction than the reflection wavelength range for P-polarized light (see FIG. 8 (B)). Also, in the case of a color separation surface that transmits light in the short wavelength region and reflects light in the long wavelength region, the reflection wavelength region for S-polarized light spreads in the short wavelength direction compared to the reflection wavelength region for P-polarized light (see FIG. 9 (B)). The transmitted wavelength range is a wavelength range where the color separation surface transmits light. For example, a wavelength range where the transmittance is 50% or more, that is, a wavelength range where the amount of transmitted light is equal to or greater than the amount of reflected light. It is. On the other hand, the reflection wavelength region is a wavelength region in which the color separation surface reflects light, for example, a wavelength region in which the reflectance is 50% or more, that is, a wavelength region in which the amount of reflected light is greater than or equal to the amount of transmitted light. It is. Note that the long wavelength region and the short wavelength region described here do not indicate specific wavelength regions but are shown by comparing the two.
[0062]
FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating spectral characteristics of the cross dichroic prism 6 according to the first embodiment with respect to P-polarized light and S-polarized light. Although the cross dichroic prism 6 has two color separation surfaces, the spectral characteristics of these two color separation surfaces are illustrated as one spectral characteristic. In this spectral characteristic, the transmission wavelength range of P-polarized light with respect to the color separation surface extends in the long wavelength and short wavelength directions compared to the transmission wavelength range of S-polarized light (see FIG. 10A), and the reflection wavelength range of S-polarized light is It spreads in the long wavelength and short wavelength directions as compared to the transmission wavelength region of P-polarized light (see FIG. 10B). The reflection wavelength region and the transmission wavelength region also change depending on the incident angle with respect to the color separation surface of the cross dichroic prism 6.
[0063]
That is, when divergent light having an incident angle in the range of 45 ° ± α is incident on the color separation surface of the cross dichroic prism 6, the set angle with respect to the main optical axis (the main optical axis and the normal of the color separation surface The reflection wavelength range and the transmission wavelength range are the spectral characteristics for light having an incident angle of 45 degrees, the spectral characteristics for light having an incident angle of 45 degrees + α, and the spectral characteristics for light having an incident angle of 45 degrees−α. The separation boundary wavelength (cutoff wavelength) that divides is different.
[0064]
The characteristic of the cross dichroic prism 6 is, for example, a cutoff wavelength λ for P-polarized light having an incident angle of 45 degrees. _3P Cutoff wavelength λ for S and S polarized light _3S So that the cut-off wavelength λ1 of the color-selective polarization converter 5 is included in the wavelength range λ3 between and the cut-off wavelength λ for P-polarized light having an incident angle of 45 degrees _4P Cutoff wavelength λ for S and S polarized light _4S Is set so that the cut-off wavelength λ2 of the color selective polarization converter 5 is included in the wavelength range λ4 between. Preferably, the wavelength at the approximate center of the wavelength range λ3 is set to the wavelength λ1, and the wavelength at the approximate center of the wavelength range λ4 is set to the wavelength λ2. As a result, as shown in FIG. 11, the P-polarized green light between the cutoff wavelength λ1 and the cutoff wavelength λ2 is efficiently transmitted within the transmission wavelength range of the cross dichroic prism 6. Further, as shown in FIG. 12, the S-polarized blue light having a shorter wavelength than the cutoff wavelength λ1 and the S-polarized red light having a longer wavelength than the cutoff wavelength λ2 are reflected by the cross dichroic prism 6. Reflected efficiently in the area.
[0065]
By setting the characteristics of the color selective polarization converter 5 and the cross dichroic prism 6 in this way, the influence of the incident angle dependency of the cross dichroic prism 6 is reduced, and the reflectance of light in the wavelength region to be reflected is increased. The transmittance of light in the wavelength region to be transmitted can be increased, and the color mixture of separated light can be reduced. The color selective polarization converter 5 may be disposed anywhere between the cross dichroic prism 6 and the polarization conversion element array 23, for example, may be disposed in front of the superimposing lens 4. If the green light incident on the cross dichroic prism 6 becomes P-polarized light and the red light and blue light become S-polarized light, the polarization planes in the red and blue regions may be rotated. In this case, the arrangement of the λ / 2 phase difference plate 25 may be changed so that the light emitted from the polarization conversion element array 23 becomes P-polarized light.
[0066]
The red light reflected by the color separation surface of the cross dichroic prism 6 passes through the lens 7b, is reflected by the reflecting mirror 8b, passes through the lens 9b, is reflected by the reflecting mirror 10b, passes through the lens 11b, and has a λ / 2 phase difference. The plate 12b rotates the polarization plane by 90 degrees to become P-polarized light with respect to the incident surface of the transmissive liquid crystal panel 14b, and reaches the transmissive liquid crystal panel 14b for red light through the incident-side polarizing plate 13b. The lenses 7b, 9b, and 11b are lenses that constitute a relay optical system. The lens 11b also has a function of converting each partial light beam 20 emitted from the superimposing lens 4 into a light beam parallel to the central axis.
[0067]
On the other hand, the blue light reflected by the color separation surface of the cross dichroic prism 6 passes through the lens 7a, is reflected by the reflecting mirror 8a, passes through the lens 9a, is reflected by the reflecting mirror 10a, passes through the lens 11a, and passes through λ / 2. The polarizing plate rotates 90 degrees by the phase difference plate 12a to become P-polarized light with respect to the incident surface of the transmissive liquid crystal panel 14a, and reaches the transmissive liquid crystal panel 14a for blue light through the incident side polarizing plate 13a. The green light transmitted through the cross dichroic prism 6 passes through the lens 11c, passes through the incident-side polarizing plate 13c, and reaches the transmissive liquid crystal panel 14c for green light. Similarly to the lenses 7b, 9b, and 11b, the lenses 7a, 9a, and 11a are lenses that constitute a relay optical system. The lenses 11a and 11c have the same function as the lens 11b.
[0068]
Note that the relay optical system is used in the optical path of blue light and red light because the length of the optical path of blue light and red light is longer than the length of the optical path of green light. This is to prevent a decrease in light use efficiency due to the above. That is, the partial light beam 20 incident on the lenses 7a and 7b is transmitted as it is to the lenses 11a and 11b. The three transmissive liquid crystal panels 14a, 14b, and 14c have a function as a light modulation device that modulates incident light in accordance with given image information (image signal). Thereby, each color light incident on the three transmissive liquid crystal panels 14a, 14b and 14c is modulated in accordance with the given image information.
[0069]
The blue modulated light and red modulated light emitted from the transmissive liquid crystal panels 14a and 14b are incident on the cross dichroic prism 17 through the exit-side polarizing plates 15a and 15b, respectively. Further, the green modulated light emitted from the transmissive liquid crystal panel 14 c passes through the emission side polarizing plate 15 c, and the polarization plane is rotated by 90 degrees by the λ / 2 phase difference plate 16, and is incident on the cross dichroic prism 17. Here, light that is not related to the formation of the projected image becomes P-polarized light and is absorbed by the exit-side polarizing plates 15a, 15b, and 15c.
[0070]
The cross dichroic prism 17 has a function of combining three colors of modulated light to form a color image. In the cross dichroic prism 17, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in a substantially X shape at the interface of four right-angle prisms. These dielectric multilayer films combine three colors of modulated light to form combined light for projecting a color image. The combined light generated by the cross dichroic prism 17 is emitted in the direction of the projection lens 18. The projection lens 18 has a function of projecting the combined light onto a projection surface such as a screen (not shown).
[0071]
In the present embodiment, in order to increase the efficiency of synthesis by the cross dichroic prism 17, the green light transmitted by the cross dichroic prism 17 is converted to P-polarized light with respect to the color synthesis surface of the cross dichroic prism 17. The blue light and red light reflected by the light are S-polarized light with respect to the color synthesis surface of the cross dichroic prism 17. Here, the spectral characteristics of the cross dichroic prism 17 and the spectral characteristics of the cross dichroic prism 6 are not necessarily matched. However, by substantially matching these spectral characteristics, the effect of the incident angle dependency of the cross dichroic prism 17 is reduced and the use of light is the same as the effect of reducing the effect of the angle dependency in the cross dichroic prism 6. Efficiency can be improved.
[0072]
In the example described above, the light is separated by the cross dichroic prism 6, but the light may be separated by using another dichroic optical element instead of the cross dichroic prism 6. For example, as shown in FIG. 13, a cross dichroic mirror 31 in which two dichroic mirrors are crossed may be used, or as shown in FIG. 14, two dichroic mirrors 32 and 33 may be used. Even when these dichroic optical elements are used, by setting the spectral characteristics of the cross dichroic prism 17 and the spectral characteristics of these dichroic optical elements to substantially coincide with each other, the influence of the incident angle dependency of the cross dichroic optical element 17 can be reduced. It can reduce and can improve the light utilization efficiency.
[0073]
In the above-described example, the light is synthesized by the cross dichroic prism 17. However, as shown in FIG. 15, the projector has a three-throw configuration, and the three color lights are synthesized on a projection surface such as a screen (not shown). You may make it do. That is, instead of the cross dichroic prism 17 and the projection lens 18, three projection lenses 18a, 18b, and 18c may be used.
[0074]
As described above, according to the first embodiment, the color-selective polarization converter 5 provided in the previous stage of the cross dichroic prism 6 receives the linearly polarized light, and the green light out of the light incident on the cross dichroic prism 6. The green wavelength range of the linearly polarized light that is input is rotated by 90 degrees so that P is polarized light for the color separation surface of the cross dichroic prism 6 and red light and blue light are S polarization for the color separation surface. As a result, green light is more easily transmitted by the cross dichroic prism 6 and red light and blue light are more reliably reflected by the cross dichroic prism 6, so that the loss of light energy is suppressed and the separated light is reduced. Color mixing can be reduced and the color purity of each separated light can be improved.
[0075]
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention separates light in a plurality of stages using a plurality of dichroic mirrors as color separation means, and combines light in a plurality of stages using a plurality of dichroic optical elements for synthesis. is there. FIG. 16 is a plan view showing the configuration of the projector according to the second embodiment of the invention. Note that portions having the same configuration as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0076]
This projector includes a light source 1, a uniform illumination optical system 19, color selective polarization converters 5a, 5b, 49a and 49b, dichroic mirrors 41a and 41b as color separation means, reflection mirrors 42a and 42b, and λ. / 2 phase difference plates 43a and 43c, incident side polarizing plates 44a, 44b and 44c, transmissive liquid crystal panels 45a, 45b and 45c, exit side polarizing plates 46a, 46b and 46c, and dichroic mirrors as color combining means 48 a and 48 b and a projection lens 18 are provided.
[0077]
The light emitted from the superimposing lens 4 is incident on the color selective polarization converter 5a in the same manner as in the first embodiment. The color selective polarization converter 5a rotates only the polarization plane in the red wavelength region by 90 degrees. That is, in the color selective polarization converter 5a, red light of the light incident on the dichroic mirror 41a becomes S-polarized light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41a, and green light and blue light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41a. The polarization is controlled so as to be P-polarized light.
[0078]
The dichroic mirror 41a has a function of separating the light emitted from the color selective polarization converter 5a into red light and cyan light (blue light and green light). The red light component incident on the dichroic mirror 41a is reflected, and the green light component and the blue component are transmitted. The characteristic of the dichroic mirror 41a is that the color selective polarization converter 5a is in a wavelength region between the cutoff wavelength for P-polarized light and the cutoff wavelength for S-polarized light having an incident angle of 45 degrees, which is a set angle with respect to the main optical axis. Are set so as to include the cutoff wavelength. Preferably, it is set so that the wavelength in the approximate center of the wavelength band is the cutoff wavelength of the color selective polarization converter 5a. Thereby, it is possible to separate the light while suppressing the influence of the incident angle dependency of the dichroic mirror 41a.
[0079]
The cyan light transmitted through the dichroic mirror 41a enters the color selective polarization converter 5b. The color selective polarization converter 5b rotates only the polarization plane in the green wavelength region by 90 degrees. That is, in the color selective polarization converter 5b, of the light incident on the dichroic mirror 41b, the green light becomes S-polarized light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41b, and the red light becomes P-polarized light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41a. The polarization is controlled so that
[0080]
The dichroic mirror 41b has a function of separating light emitted from the color selective polarization converter 5b into green light and blue light. The green light component incident on the dichroic mirror 41b is reflected and the blue component is transmitted. The dichroic mirror 41b cuts the color selective polarization converter 5b in a wavelength region between the cutoff wavelength for P-polarized light and the cutoff wavelength for S-polarized light having an incident angle of 45 degrees that is a set angle with respect to the main optical axis. It is set to include an off wavelength. Preferably, it is set so that the wavelength in the approximate center of the wavelength band becomes the cutoff wavelength of the color selective polarization converter 5b. Thereby, it is possible to separate light while suppressing the influence of the incident angle dependency of the dichroic mirror 41b.
[0081]
The red light reflected by the dichroic mirror 41a is reflected by the reflection mirror 42a, and the polarization plane is rotated 90 degrees by the λ / 2 phase difference plate 43a to become P-polarized light with respect to the incident surface of the transmissive liquid crystal panel 45a. The light reaches the transmissive liquid crystal panel 45a for red light through the plate 44a. The green light reflected by the dichroic mirror 41b is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 43c to become P-polarized light with respect to the incident surface of the transmissive liquid crystal panel 45c, and passes through the incident-side polarizing plate 44c. It reaches the transmissive liquid crystal panel 45c for green light. The blue light transmitted by the dichroic mirror 41b passes through the incident-side polarizing plate 44b and reaches the transmissive liquid crystal panel 45b for blue light.
[0082]
The three transmissive liquid crystal panels 45a, 45b, and 45c have a function as a light modulation device that modulates incident light in accordance with given image information (image signal). Thereby, each color light incident on the three transmissive liquid crystal panels 45a, 45b and 45c is modulated in accordance with given image information. The red light emitted from the transmissive liquid crystal panel 45a passes through the emission-side polarizing plate 46a, and the polarization plane is rotated by 90 degrees by the λ / 2 phase difference plate 47a, so that the color composition means also acts on the color composition surface of the dichroic mirror 48a. P-polarized light enters the dichroic mirror 48a.
[0083]
The green light emitted from the transmissive liquid crystal panel 45c passes through the emission-side polarizing plate 46c and enters the dichroic mirror 48a as S-polarized light with respect to the color synthesis surface of the dichroic mirror 48a. Further, the blue light emitted from the transmissive liquid crystal panel 45b passes through the emission-side polarizing plate 46b, is reflected by the reflection mirror 42b, and enters the dichroic mirror 48b as S-polarized light with respect to the color composition surface of the dichroic mirror 48b as color composition means. Incident.
[0084]
The dichroic mirror 48a has a function of transmitting incident red light, reflecting incident green light, and combining these lights. The dichroic mirror 48a has a spectral characteristic almost opposite to that of the dichroic mirror 41a. That is, it has a spectral characteristic in which the reflection curve and the transmission curve of the dichroic mirror 41a are interchanged. Thereby, it is possible to separate the light while suppressing the influence of the incident angle dependency of the dichroic mirror 48a.
[0085]
The combined light of red light and green light synthesized by the dichroic mirror 48a is incident on the color selective polarization converter 49a. Here, the light incident on the color selective polarization converter 49a is P-polarized in the red wavelength region and S-polarized in the green wavelength region with respect to the color combining surface of the dichroic mirror 48b. The color selective polarization converter 49a rotates only the polarization plane in the green wavelength region by 90 degrees. In other words, the color selective polarization converter 49a aligns the combined light incident on the dichroic mirror 48b with P-polarized light.
[0086]
Further, the cutoff wavelength between the red wavelength range and the green wavelength range by the color selective polarization converter 49a and the cutoff wavelength between the green wavelength range and the blue wavelength range are red by the color selective polarization converter 5a. It substantially matches the cutoff wavelength between the wavelength range and the green wavelength range, and the cutoff wavelength between the green wavelength range and the blue wavelength range by the color selective polarization converter 5b. The dichroic mirror 48b has a function of transmitting the combined light of the incident red light and green light, reflecting the incident blue light, and combining these lights. The dichroic mirror 48b has spectral characteristics almost opposite to those of the dichroic mirror 41b.
[0087]
That is, the dichroic mirror 48b has a color-selective polarization converter 49a in a wavelength region between the cutoff wavelength for P-polarized light and the cutoff wavelength for S-polarized light having an incident angle of 45 degrees that is a set angle with respect to the main optical axis. Are set so as to include the cutoff wavelength. Thereby, it is possible to combine light while suppressing the influence of the incident angle dependency of the dichroic mirror 48b. As described above, the spectral characteristics of the dichroic optical element on the color combining side composed of the dichroic mirrors 48a and 48b are substantially opposite to the spectral characteristics of the dichroic optical element on the color separation side composed of the dichroic mirrors 41a and 41b.
[0088]
The light synthesized by the dichroic mirror 48b enters the color selective polarization converter 49b. Here, the light incident on the color selective polarization converter 49b is P-polarized in the yellow wavelength range (red wavelength range and green wavelength range) with respect to the incident surface of the color selective polarization converter 49b, and is in the blue wavelength range. Is S-polarized light. The color selective polarization converter 49b rotates only the polarization plane in the blue wavelength region by 90 degrees. Thereby, the polarization direction of the light to be projected is aligned. As described above, the conversion characteristics of the color selective polarization converters 49a and 49b on the color combining side match or correspond to the conversion characteristics of the color selective polarization converters 5a and 5b on the color separation side. The light emitted from the color selective polarization converter 49b is projected onto a projection surface such as a screen (not shown) by the projection lens 18.
[0089]
As described above, according to the second embodiment, the color-selective polarization converter 5a provided in the front stage of the dichroic mirror 41a receives linearly polarized light and out of the light incident on the dichroic mirror 41a, green light and blue light The green and blue wavelength regions of the input linearly polarized light are rotated by 90 degrees so that the light is P-polarized light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41a and the red light is S-polarized light with respect to the color separation surface. Further, the color selective polarization converter 5b provided at the front stage of the dichroic mirror 41b converts blue light into P-polarized light with respect to the color separation surface of the dichroic mirror 41b and color separation of green light. The green wavelength region of the input light is rotated by 90 degrees so as to be S-polarized light with respect to the surface. Thereby, the green light and the blue light are more easily transmitted through the dichroic mirror 41a, and the red light is more easily reflected by the dichroic mirror 41a. Further, blue light is more easily transmitted by the dichroic mirror 41b, and green light is more easily reflected by the dichroic mirror 41b. For this reason, it is possible to reduce the color mixture of the separated light while suppressing the loss of light energy, and to improve the color purity of each separated light. Further, the color selective polarization converter 49a receives the combined light obtained by combining the polarized lights in a plurality of wavelength regions, and changes the polarization surface in the green wavelength region so that the emitted light becomes P polarized light with respect to the color combining surface of the dichroic mirror 48b. It is rotated and injected. Thereby, the influence of the incident angle dependence of the dichroic mirror 48b can be reduced, and the light utilization efficiency can be improved.
[0090]
The light incident on the color selective polarization converter 49a is a combined light of S-polarized red light and P-polarized green light with respect to the color combining surface of the dichroic mirror 48b, and the color selective polarization converter 49a is green. The light is converted to S-polarized light so that the combined light is aligned with S-polarized light, and the dichroic mirror 48b reflects the light from the color-selective polarization converter 49a, transmits blue light, and combines these lights. Needless to say, the same effects as described above can be obtained.
[0091]
(Embodiment 3)
Embodiment 3 of the present invention uses a reflective panel as a color modulation device. FIG. 17 is a plan view showing the configuration of the projector according to the third embodiment of the invention. In addition, about the part of the same structure as FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. This projector includes a light source 1, a uniform illumination optical system 19, reflection mirrors 51 a and 51 b, an incident side polarizing plate 52, color selective polarization converters 5 and 57, and color as color separation means and color composition means. Separating / combining prisms 53a, 53b and 53d, a λ / 2 phase difference plate 55, reflective panels 56a, 56b and 56c, an exit-side polarizing plate 58, and a projection lens 18 are provided.
[0092]
The light emitted from the superimposing lens 4 in the same manner as in the first embodiment is reflected by the reflection mirrors 51a and 51b, and the degree of polarization is increased by the incident side polarizing plate 52, and then the color selective polarization converter 5 is used. Is incident on. The color selective polarization converter 5 rotates only the polarization plane in the green wavelength region by 90 degrees. Thereby, the color selective polarization converter 5 makes green light of the light incident on the color separation / combination prism 53 P-polarized light with respect to the color separation / combination surface of the color separation / combination prism 53, and red light and blue light are color-separated. The polarization is controlled so as to be S-polarized light with respect to the color separation / synthesis surface of the synthesis prism 53. If the degree of polarization of light emitted from the uniform illumination optical system 19 is sufficiently high, the polarizing plate 52 can be omitted.
[0093]
The color separation / combination prism 53 is a combination of triangular prisms 53a and 53b and a prismatic prism 53c, and the light emitted from the color selective polarization converter 5 is divided into three colors, blue, green and red. It has a function of separating into colored lights and a function of synthesizing each colored light emitted after being modulated by the reflective panels 56a, 56b and 56c. The green light component incident on the color separation / combination prism 53 is transmitted, and the red-green light component and the blue component are reflected. The characteristics of the dichroic optical films 54a and 54b are such that the color-selective polarization converter 5 has a wavelength range between the cutoff wavelength for P-polarized light and the cutoff wavelength for S-polarized light having an incident angle set to the main optical axis. The cutoff wavelength is set to be included. Thereby, it is possible to separate and combine light while suppressing the influence of the incident angle dependency of the color separation / combination prism 53.
[0094]
The red light is reflected by the dichroic optical film 54a for reflecting blue light. This is because the incident angle of red light is increased, and this incident angle satisfies the total reflection condition of the dichroic optical film 54a. The green light transmitted through the color separation / combination prism 53 is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 55 to become S-polarized light, and reaches the green light reflection type panel 56c. On the other hand, the blue light and red light reflected by the color separation / combination prism 53 reach the blue light reflection panel 56a and the red light reflection panel 56b, respectively. The three reflective panels 56a, 56b, and 56c have a function as a light modulation device that modulates incident light in accordance with given image information (image signal). In this embodiment, a micro mirror type modulation device that modulates the angle of the emitted light by changing the angle of the mirror is used as the reflection type panel as a pixel. As such a modulation device, DMD (registered trademark of Texas Instruments Inc.) is known.
[0095]
Each color light incident on the three reflective panels 56a, 56b and 56c is modulated in accordance with given image information. The blue modulated light and red modulated light emitted from the reflective panels 56 a and 56 b are incident on the color separation / combination prism 53 as S-polarized light with respect to the color separation / combination surface of the color separation / combination prism 53. The green modulated light emitted from the reflective panel 56 c is rotated by 90 ° by the λ / 2 phase difference plate 55, and the color separation / combination prism is P-polarized light with respect to the color separation / combination surface of the color separation / combination prism 53. 53 is incident.
[0096]
Of each color light incident on the color separation / combination prism 53, the modulated light, that is, the light related to the projected image is synthesized to form synthesized light for projecting the color image. The combined light generated by the color separation / combination prism 53 is emitted in the direction of the projection lens 18. On the other hand, light that has not been modulated, that is, light that is not related to the projected image is reflected by the reflective panels 56a, 56b, and 56c and then returns to the incident direction, so that it is not emitted in the direction of the projection lens 18. . The light synthesized by the color separation / combination prism 53 enters the color selective polarization converter 57. Here, the light incident on the color selective polarization converter 57 is S-polarized in the blue wavelength range and red wavelength range and P-polarized in the green wavelength range with respect to the incident surface of the color selective polarization converter 57. ing.
[0097]
The color selective polarization converter 57 rotates only the polarization plane in the green wavelength region by 90 degrees. Thereby, the polarization direction of the light to be projected is aligned. The conversion characteristics of the color-selective polarization converter 57 on the color composition side substantially match the conversion characteristics of the color-selective polarization converter 5 on the color separation side. The light emitted from the color selective polarization converter 57 passes through the emission side polarizing plate 58 and reaches the projection lens 18. The projection lens 18 displays a color image on a projection surface such as a screen (not shown). As described above, according to the third embodiment, even when the reflective panels 56a, 56b, and 56c are used, the influence of the incident angle dependency of the color separation / synthesis optical system is reduced, and the loss of light energy is suppressed. The color mixture of the separated light can be reduced and the color purity of each separated light can be improved. In this example, the case where the reflective panels 56a, 56b and 56c are DMDs has been described. However, these may be reflective liquid crystal panels. In this case, light not related to the projected image reflected by the reflective panel is absorbed by the exit-side polarizing plate 58.
[0098]
In the above-described first to third embodiments, the projector has been described as an example. However, the above-described configuration can be applied to other devices such as a digital camera, a video camera, and a TV camera using 3 CCDs, for example. And similar effects can be obtained. The projector includes a front projector that projects an image from the direction of observing the projection surface and a rear projector that projects an image from the opposite side to the direction of observing the projection surface. The configuration of 3 can be applied to any projector.
[0099]
Moreover, the blue wavelength range, the green wavelength range, and the red wavelength range described above are not particularly limited. For example, the blue wavelength range is 400 nm to 500 nm, the green wavelength range is 500 nm to 600 nm, and the red wavelength range is 600 nm to 700 nm. It is good. Further, it may be separated into three wavelength bands of red, orange and cyan. Further, it may be separated into four colors of red, orange, green and blue, or a wavelength range of many more colors. In this way, when separating into multiple color wavelength ranges, transmissive liquid crystal panels or reflective panels for multiple colors are provided, color selective polarization converters, dichroic optical elements that separate light, and light synthesis A plurality of dichroic optical elements are provided, and rotation conversion of the polarization plane, light separation, and light synthesis are performed in a plurality of stages.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the influence of the incident angle dependency by utilizing the polarization dependency of the spectral characteristics of the color separation unit and the color synthesis unit. Therefore, in the color separation means, it is possible to improve the characteristics of both the light to be reflected and the light to be transmitted, so that the loss of both the light to be reflected and the light to be transmitted is suppressed, Color mixing can be prevented, and the color purity of each separated light can be improved. Further, in the color composition means, it is possible to prevent loss of light to be reflected and light to be transmitted, and the light use efficiency in color composition can be improved. Therefore, when such color separation means and color composition means are used in an optical device such as a projector, it is possible to improve the color reproducibility of the image, reduce color unevenness, and improve brightness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a projector according to a first embodiment of the invention.
2 is a plan view showing a schematic configuration of a light source and a uniform illumination optical system shown in FIG. 1. FIG.
FIGS. 3A and 3B are a front view and a side view showing a schematic configuration of the lens array shown in FIG.
4 is a perspective view showing a schematic configuration of the polarization conversion element array shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the principle of polarization conversion of the polarization conversion element array according to the first embodiment;
6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the light shielding plate shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining conversion by the color selective polarization converter according to the first embodiment;
FIGS. 8A and 8B are diagrams showing spectral characteristics of a general dichroic mirror with respect to P-polarized light and S-polarized light.
9A and 9B are diagrams showing spectral characteristics of other general dichroic mirrors with respect to P-polarized light and S-polarized light.
10A and 10B are diagrams illustrating spectral characteristics of the cross dichroic prism according to the first embodiment with respect to P-polarized light and S-polarized light.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the transmission of green light by the cross dichroic prism according to the first embodiment;
12 is an explanatory diagram for explaining reflection of blue light and red light by the cross dichroic prism according to the first embodiment; FIG.
FIG. 13 is a plan view showing a configuration of another projector according to the first embodiment.
FIG. 14 is a plan view showing a configuration of still another projector according to the first embodiment.
FIG. 15 is a plan view showing a configuration of still another projector according to the first embodiment.
FIG. 16 is a plan view showing a configuration of a projector according to a second embodiment of the invention.
FIG. 17 is a plan view showing a configuration of a projector according to a third embodiment of the invention.
FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a conventional projector.
FIG. 19 is an explanatory view for explaining the incidence of light on the dichroic mirror shown in FIG.
FIG. 20 is a diagram showing the incident angle dependence of spectral characteristics of a conventional dichroic mirror.
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining color separation by a conventional dichroic mirror.
[Explanation of symbols]
1 Light source
1a Light source lamp
1b Concave mirror
2,21 Lens array
2a, 21a Small lens
4 Superimposing lens
5, 5a, 5b, 49a, 49b, 57 Color selective polarization converter
6,17 Cross dichroic prism
7a, 7b, 9a, 9b, 11a, 11b, 11c Lens
8a, 8b, 10a, 10b, 42a, 42b, 51a, 51b Reflective mirror
12a, 12b, 16, 25, 43a, 43c, 47a, 55 λ / 2 phase difference plate
13a, 13b, 13c, 44a, 44b, 44c, 52 Incident-side polarizing plate
14a, 14b, 14c, 45a, 45b, 45c transmissive liquid crystal panel
15a, 15b, 15c, 46a, 46b, 46c, 58 Exit side polarizing plate
18, 18a, 18b, 18c Projection lens
19 Uniform illumination optical system
20 Partial luminous flux
22 Shading plate
22a opening
23, 23a, 23b Polarization conversion element array
24 Polarizing beam splitter array
26 Translucent member
27 Polarized light separation membrane
28 Reflective film
29 Polarization conversion element
31 Cross dichroic mirror
32, 33, 41a, 41b, 48a, 48b Dichroic mirror
53a, 53b, 53c Color separation / combination prism
54a, 54b Dichroic optical film
56a, 56b, 56c reflective panel

Claims

Color separation means for transmitting light in a predetermined wavelength range, reflecting light in other wavelength ranges, and separating the light into a plurality of wavelength ranges;
By rotating the polarization plane of the predetermined wavelength range or the other wavelength range, out of the light incident on the color separation means, the light of the predetermined wavelength range is P-polarized light with respect to the color separation plane of the color separation means, Color selective polarization conversion means for making light in the other wavelength range S-polarized light with respect to the color separation surface;
Equipped with,
The color separation device, wherein the light in the predetermined wavelength region and the light in the other wavelength region are incident on the color separation unit and separated by the color separation unit.

The polarization boundary wavelength that divides the polarization plane rotation wavelength range and the polarization plane non-rotation wavelength range of the color selective polarization conversion means is between the cutoff wavelength for S-polarized light and the cutoff wavelength for P-polarized light of the color separation means. The color separation device according to claim 1, wherein the color separation device is included in a wavelength region.

A color synthesizing unit that transmits light in the first wavelength band, reflects light in a second wavelength band different from the first wavelength band, and combines these lights;
Color selection for converting S-polarized light with respect to the color synthesis surface of the color synthesis unit into P-polarized light out of the light in the first wavelength range or the light in the second wavelength range incident on the color synthesis unit Polarization conversion means,
Equipped with,
The color synthesizing apparatus according to claim 1, wherein the light in the first wavelength range and the light in the second wavelength range are incident on the color synthesizing unit and synthesized by the color synthesizing unit.

The polarization boundary wavelength that separates the polarization plane rotation wavelength range and the polarization plane non-rotation wavelength range of the color selective polarization conversion means is between the cutoff wavelength for S-polarized light and the cutoff wavelength for P-polarized light of the color synthesis means. The color composition device according to claim 3, wherein the color composition device is included in a wavelength range.

A color separation device according to claim 1 or 2,
A color synthesizing unit that synthesizes light separated by the color separating unit, having a cutoff wavelength that substantially matches the color separating unit;
A color separation / synthesis apparatus characterized by comprising:

A color separation device according to claim 1 or 2,
A color composition device according to claim 3 or 4,
Comprising
The color separation / synthesis apparatus characterized in that the color synthesis means synthesizes the light separated by the color separation apparatus.

A color separation device according to claim 1 or 2 ,
Color synthesizing means for synthesizing the separated light by the color separation device ,
The color synthesizing means, the color separating and synthesizing apparatus, wherein the color separation device is in the color separation means comprises.

In a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image
The color separation device according to claim 1 or 2, which separates light from the light source;
Light modulating means for modulating the light separated by the color separation device;
A projector comprising:

In a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image
A light modulating means for modulating the separated light;
The color synthesizing device according to claim 3 or 4, which synthesizes the light modulated by the light modulation means;
A projector comprising:

In a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image
The color separation / synthesis apparatus according to claim 5 or 6,
A light modulation means for modulating the light separated by the color separation device, provided in a subsequent stage of the color separation apparatus and in the previous stage of the color synthesis means or the color synthesis apparatus;
A projector comprising:

In a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image
A color separation / synthesis apparatus according to claim 7;
Light modulating means for modulating the light separated by the color separation device;
Comprising
A projector characterized in that the light modulated by the light modulation means is synthesized by the color separation means provided in the color separation device.

In a projector that separates light from a light source, modulates the separated light to generate an image, and projects the image
First transmits light in a wavelength region, the first wavelength region longer wavelength third compared to the light and the first wavelength range of the second wavelength region shorter wavelength than the wavelength region Color separation means for reflecting the light and separating the light into three wavelength ranges;
Polarization conversion means for converting light from the light source into linearly polarized light;
By the polarization converting means rotates the polarization plane of the front Symbol first wavelength region light and the second wavelength region light and the third wavelength region of the light of the linearly polarized light is converted, the color Of the light incident on the separation means, the light in the first wavelength range is P-polarized light with respect to the color separation surface of the color separation means, and the light in the second wavelength range and the light in the third wavelength range are A color-selective polarization conversion means for making S-polarized light with respect to the color separation surface;
Three modulation means for modulating the light separated by the color separation means;
Equipped with,
The projector according to claim 1, wherein the light in the first wavelength band, the light in the second wavelength band, and the light in the third wavelength band are incident on the color separation means and separated by the color separation means .

The polarization boundary wavelength that divides the polarization plane rotation wavelength range and the polarization plane non-rotation wavelength range of the color selective polarization conversion means is between the cutoff wavelength for S-polarized light and the cutoff wavelength for P-polarized light of the color separation means. The color separation device according to claim 12, wherein the color separation device is included in a wavelength range.

14. The projector according to claim 12, wherein a cross dichroic prism or a cross dichroic mirror is provided as the color separation means.

Before SL has a cutoff wavelength color separation means substantially coincides projector according to claim 12, 13 or 14, characterized in that it comprises a color combining means for combining the light which the light modulating means is modulated.