光学素子及び照明装置及び投写型映像表示装置
【目的】 比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成する光学素子等を提供する。
【構成】 光学素子５０は、多層誘電体膜等から成るダイクロイック面部５０ａ及び多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを備える。ダイクロイック面部５０ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する。更に、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。
【構成】 光学素子５０は、多層誘電体膜等から成るダイクロイック面部５０ａ及び多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを備える。ダイクロイック面部５０ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する。更に、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光の波長と偏光の相違を利用して光を合成する光学素子、及びこの光学素子を備えた照明装置、及びこの照明装置を備えた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の波長の相違を利用して光を合成する光学素子として、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーなどが知られている。また、光の偏光の相違を利用して光を合成する光学素子として、偏光ビームスプリッタが知られている。そして、これらクロスダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタを用いた投写型映像表示装置が知られている。また、所定の波長に対する選択性を有する偏光分離面を備え、特定の波長帯のｓ偏光光を反射させ、他の波長帯ののｐ偏光光やｓ偏光光を透過させる偏光分離面を備えて光を合成する色分離合成素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６０９７１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、クロスダイクロイックプリズムでは、赤色光と緑色光と青色光とを合成する場合において、緑色光の利用効率が低い場合がある（これについては、実施形態において更に説明する）。また、偏光ビームスプリッタでは、３方向からの光を合成することができない。また、前記色分離合成素子は色合成だけのために用いることはできない。
【０００５】
この発明は、上記の事情に鑑み、比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成する光学素子、及びこの光学素子を備えた照明装置、及び前記光学素子或いは前記照明装置を備えた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる光学素子は、上記の課題を解決するために、互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部にて第２偏光光の第２色の光が前記特定光路に導かれることを特徴とする（以下、この項において第１光学素子という）。
【０００７】
前記第１光学素子であれば、ダイクロイック面部と偏光ビームスプリッタ面部とがクロスに配置されるという比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができる。
【０００８】
前記第１光学素子は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有していてもよい。或いは、前記第１光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有していてもよい。或いは、前記第１光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有していてもよい。
【０００９】
また、この発明の光学素子は、互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部は第２色の光に対してのみ偏光ビームスプリッタとして機能することで第２偏光光の第２色の光を前記特定光路に導くともに前記第１色の光及び第２色の光は第２偏光光であっても当該偏光ビームスプリッタ面部を透過して前記特定光路に進むことを特徴とする（以下、この項において第２光学素子という）。
【００１０】
前記第２光学素子であれば、ダイクロイック面部と偏光ビームスプリッタ面部とがクロスに配置されるという比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができる。しかも、当該光学素子から出射される全ての色光を第２偏光光に統一することが可能である。
【００１１】
前記第２光学素子は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有していてもよい。或いは、前記第２光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有していてもよい。或いは、前記第２光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有していてもよい。
【００１２】
また、この発明の照明装置は、前記第１光学素子又はこれに従属する光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源と、から成り、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しては第１偏光光が利用されることを特徴とする（以下、この項において第１照明装置という）。
【００１３】
前記第１照明装置において、前記第２色の光は緑色光であってもよい。また、前記第１照明装置又はこれに従属する構成において、各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００１４】
また、前記第１照明装置又はこれに従属する構成において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていてもよい（以下、この項において第２照明装置という）。
【００１５】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第１照明装置又はこれに従属する照明装置（前記第２照明装置は除く）を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上で受け取った光の偏光方向を９０°回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電のＯＮ／ＯＦＦによって切り替わるスイッチング偏光回転素子と、前記スイッチング偏光回転素子を経た光を受ける画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記スイッチング偏光回転素子をＯＮ／ＯＦＦさせることで全ての色光の偏光方向を同じに揃える手段と、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第１照明装置又はこれに従属する照明装置（前記第２照明装置は除く）を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記固体光源から出射される光を受け取る入射側偏光板を備えない液晶型の画像表示パネルと、第１偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする画像表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである画像表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を前記画像表示パネルに供給する一方、第２偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには他方の映像信号を前記画像表示パネルに供給するパネル駆動手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第２照明装置を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記狭波長帯偏光回転素子を経た光を受け取る画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明の照明装置は、第２光学素子又はこれに従属する光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各固体光源から出射された色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光を出射する固体光源に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの固体光源に関しても第２偏光光が利用されることを特徴とする（以下、この項において第３照明装置という）。
【００１９】
前記第３照明装置において、前記第２色の光は緑色光であってもよい。また、前記第３照明装置又はこれに従属する照明装置において、各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００２０】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第３照明装置又はこれに従属する照明装置を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上に設けられた画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明の投写型映像表示装置は、３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、第１光学素子又はこれに従属する光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、第２色の光用の画像表示パネルから出射される映像光は第２偏光光であり、他の二つの画像表示パネルから出射される映像光は第１偏光光であることを特徴とする。かかる投写型映像表示装置において、第２色の光用の画像表示パネルは緑色光用の画像表示パネルであってもよい。また、各色光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。また、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていてもよい。
【００２２】
また、この発明の投写型映像表示装置は、３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、第２光学素子又はこれに従属する光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、前記３枚の画像表示パネルから出射される映像光は全て第２偏光光であることを特徴とする。かかる投写型映像表示装置において、前記偏光ビームスプリッタ面部にて反射される映像光は緑色映像光であってもよい。また、各色光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００２３】
また、上述した３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に光を供給する光学系は、前記固体光源からの光を９０°光路変更する光路変更素子を備えていてもよい。また、前記光学素子の中央側の光入射面に赤色光を供給し、左右の光入射面に緑色光と青色光をそれぞれ供給するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができ、例えば従来クロスダイクロイックミラーによって両側波長部分をカットされていた光について、そのカットの程度を低減して光量を増大できるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施形態の光学素子及び照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図１１に基づいて説明していく。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本願発明の光学素子５０は、透明ガラス立方体内に、当該立方体を三角柱に二分する分割面上に形成された多層誘電体膜等から成るダイクロイック面部５０ａ及び他の分割面上に形成された多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを備える。ダイクロイック面部５０ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する（なお、緑色波長帯のＰ偏光光は透過する）。更に、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。前記光学素子５０は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて形成され、これによって六面体形状を有したものとなる。
【００２７】
また、図３に示すように、本願発明の光学素子５１は、多層誘電体膜等から成るダイクロイックミラー５１ａ及び多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ板５１ｂを備える。ダイクロイックミラー５１ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ板５１ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する（なお、緑色波長帯のＰ偏光光は透過する）。更に、偏光ビームスプリッタ板５１ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。光学素子５１は、ダイクロイックミラー５１ａと偏光ビームスプリッタ板５１ｂの両方がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有する。なお、ダイクロイックミラー５１ａと偏光ビームスプリッタ板５１ｂの一方が２分割され、これら二つの分割パーツで他方を挟むように配置することで十字形状を有することもできる。
【００２８】
ところで、通常のクロスダイクロイックミラーなどについては、その第１のダイクロイックミラーの特性（波長に対する反射特性）は図４の上段のごとく赤色波長帯の光を反射する特性となり、その第２のダイクロイックミラーの特性（波長に対する反射特性）は図４の下段のごとく青色波長帯の光を反射する特性となる。このため、中間波長帯の緑色光は、図５に示すように、その両側波長の一部が反射（カット）され、緑色光の光利用効率は低くなってしまう。
【００２９】
これに対し、前記光学素子５０，５１であれば、その３つの光入射面からそれぞれ入射される色光に対して、そのダイクロイック面部５０ａ及びダイクロイックミラー５１ａは、緑色波長帯から赤色波長帯の光を透過し、青色波長帯の光を反射する。そして、ビームスプリッタ面部５０ｂ及びビームスプリッタ板５１ｂは色光に対するカット特性は持っていない。このため、緑色波長帯の光のうち赤色光に近い側の波長部分のカットは生じないことになり、緑色光の光利用効率は向上する。
【００３０】
前記光学素子５０又は光学素子５１を用いた照明装置であれば、Ｓ偏光光に統一された各色光（後述するプロジェクタにおいては各色映像光）を単一方向（特定光路）に出射することができる。なお、各色光源（固体光源）からの色光をそのまま（偏光方向を揃えずに）前記光学素子５０，５１に与えた場合、赤色光及び青色光については、そのＰ偏光光も前記特定光路上に出射されることになる。各色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置（偏光光学素子）にてＳ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えた場合、Ｓ偏光光に統一された各色光を単一方向（特定光路）に出射することができる。緑色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置にてＳ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えるとともに赤色光源及び青色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置にてＰ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えた場合、緑色光はＳ偏光光で他の色光はＰ偏光光である光が特定光路に向けてに出射される。
【００３１】
なお、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂ或いは偏光ビームスプリッタ板５１ｂに替えて一般的な（帯域を問わない）偏光ビームスプリッタを用いた場合、緑色光はＳ偏光光で他の色光はＰ偏光光である光が特定光路に向けてに出射される。このような光学素子も本願発明に含まれる。光学素子５１についても同様である。このような光学素子には５０′の符号を付記する場合がある。
【００３２】
以下、各色光の全てがＳ偏光光の状態で特定光路に導かれるタイプをタイプＡとする。そして、前記光学素子の３面に非変調光が導かれる場合をタイプＡ照明装置と称し、前記光学素子の３面に変調光（各色映像光）が導かれる場合を３板型タイプＡプロジェクタと称する。また、Ｓ偏光光とＰ偏光光とが混在する状態で各色光が特定光路に導かれるタイプをタイプＢとする。そして、前記光学素子に非変調光が導かれる場合をタイプＢ照明装置と称し、前記光学素子に変調光（各色映像光）が導かれる場合を３板型タイプＢプロジェクタと称する。
【００３３】
図６は３板型タイプＡプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源（例えば、緑色ＬＥＤ）１Ｇから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされて緑色用の液晶表示パネル３Ｇに導かれる。なお、この例では、テーパ型ロッド２の光出射側にワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ（偏光光学素子）を設けることで、所定偏光光のみが出射されるようにしている。勿論、偏光ビームスプリッタアレイから成る偏光変換装置を用いてもよい。他の色光源系においても同様である。液晶表示パネル３Ｇを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂによって反射されて投写レンズ５へと導かれる。青色固体光源（例えば、青色ＬＥＤ）１Ｂから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされて青色用の液晶表示パネル３Ｂに導かれる。液晶表示パネル３Ｂを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、ダイクロイック面部５０ａによって反射され且つ偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを透過して投写レンズ５へと導かれる。赤色固体光源（例えば、赤色ＬＥＤ）１Ｒから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされ、更に光路変更プリズム４によって光路を９０°変更されて赤色用の液晶表示パネル３Ｒに導かれる。液晶表示パネル３Ｒを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、ダイクロイック面部５０ａを透過し且つ偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを透過して投写レンズ５へと導かれる。
【００３４】
従来の液晶プロジェクタにおいて、緑色用の液晶表示パネルは投写レンズと対面する位置に設けられており、緑色光の光量は他の色光の光量に比べて少ない場合がある。緑色光について上記光路変更プリズム４による光路変更を行うと、更にその光量が低下する。図６に示した３板型タイプＡプロジェクタであれば、緑色光について上記光路変更プリズム４による光路変更を行わないので、その光量低下を防止できる。そして、緑色光以外について上記光路変更プリズム４による光路変更を行うので、この光路変更プリズム４を用いることによるコンパクト化の利点を享受できることになる。
【００３５】
ここで、前記緑色光によって全体光量が決まるとする。従来構成（ダイクロイッククロスプリズムで各色光を合成する構成）と上記図６のプロジェクタとの光量に関して比較を行ってみる。まず、ロッドインテグレータによる光利用効率（以下単に効率と記す）をηｒｏｄ、投写レンズ５の効率をηＰＬ、液晶表示パネル３及びその偏光板を合わせた効率をηＬＣＤとし、これらの要素は両方式において共通であるとする。次に、光路変更プリズム４の反射率をηｍ、ダイクロイッククロスプリズム（従来）の透過率をηＤ、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂの反射率をηＧＰとする。上記ηｍ、ηＤ、ηＧＰに関して、概略の数値は、ηｍ≒０．９、ηＤ≒０．９９、ηＧＰ≒０．９９である。ここで、光源１の発光光量をＬとし、スクリーンに到達する光量を求めると、従来構成の効率ηＣと本案の効率ηｎは、以下のようになる。
【００３６】
ηＣ＝ηＰＬ×ηＬＣＤ×ηｒｏｄ×ηｍ×ηＤ×Ｌ
ηｎ＝ηＰＬ×ηＬＣＤ×ηｒｏｄ×ηＧＰ×Ｌ
ηｎ／ηＣ＝ηＧＰ／（ηｍ×ηＤ）≒１．１
となり、本案の方がスクリーンは明るくなる。
【００３７】
なお、３板型タイプＡプロジェクタは、前記光路変更プリズム４を備えるものに限定されるわけではない。
【００３８】
３板型タイプＢプロジェクタについても、図６に示した構成と同様の構成を有するプロジェクタとすることができる。そして、緑色映像光がＳ偏光光で他の映像光がＰ偏光光であるとき、例えば、緑色波長帯の光に対してのみ偏光方向を９０°回転させる狭波長帯偏光回転素子を投写レンズ５の光入射側の位置に設ける構成を採用してもよい。或る色光が第１偏光光で他の二つの色光が第２偏光光である場合に、前記或る色光に対する狭波長帯偏光回転素子或いは他の二つの色光に対する狭波長帯偏光回転素子を設けてもよい。なお、３板型タイプＢプロジェクタも、前記光路変更プリズム４を備えるものに限定されるわけではない。
【００３９】
図７は、タイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源１Ｇから出射された緑色光は、偏光変換装置１０３ＳによってＳ偏光光に変換される。赤色固体光源１Ｒから出射された赤色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。青色固体光源１Ｂから出射された青色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。各光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、ＬＥＤ点灯回路１２３によって時分割駆動される。πセル（スイッチング偏光回転素子）１０５はロッドインテグレータ１０４の光出射側に配置される。前記πセル１０５は、例えば液晶表示パネルにおいて偏光板を除いた構造に相当する構造を有するものであり、受け取った光の偏光方向を９０度回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電ＯＮ／ＯＦＦによって切り替わる。例えば、光源１Ｒ或いは光源１Ｂが点灯している状態（Ｐ偏光光がロッドインテグレータ１０４を経てπセル１０５に供給される状態）では、πセルＳＷ回路１２１からπセル１０５に電圧は印加されない（通電ＯＦＦ）。このとき、πセル１０５は受け取ったＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。一方、光源１Ｇが点灯している状態（Ｓ偏光光がロッドインテグレータ１０４を経てπセル１０５に供給される状態）では、πセル１０５に電圧が印加される（通電ＯＮ）。このとき、πセル１０５は受け取ったＳ偏光光をそのまま透過させる。すなわち、πセル１０５によって、各色光源からのＰ偏光光とＳ偏光光はどちらか一方（上記の場合はＳ偏光光）に統一される。
【００４０】
偏光変換装置１０３Ｓは、図８に示しているように、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成される。このＰＢＳアレイにおける各偏光分離膜は、光源１からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜（或いは反射膜）にて反射され、そのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、その前側（光出射側）に設けてある位相差板（１／２λ板）１０３ａによってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換される。なお、偏光ビームスプリッタは、いわゆるワイヤーグリッド偏光板や偏光分離多層膜などによって構成される。また、偏光変換装置１０３Ｐは偏光変換装置１０３Ｓにおいて位相差板（１／２λ板）１０３ａの位置を入れ替えればよい。ここで、光学素子５０′における偏光ビームスプリッタ面部にとってＰ偏光となる光が赤色光源１Ｒ用の偏光変換装置１０３Ｐから供給されるようにしておく。同様に、光学素子５０′における偏光ビームスプリッタ面部にとってＰ偏光となる光が青色光源１Ｂ用の偏光変換装置１０３Ｐから供給されるようにしておく。
【００４１】
液晶表示パネル３Ｆは、透過型の液晶表示パネルである。液晶表示パネル３Ｆの入射側偏光板はＳ偏光光を透過させるようになっている。液晶表示パネル３ＦはＬＣＤドライバ１２２によって駆動される。また、各光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは第１光源１０２Ａ及び第２光源１０２Ｂは、ＬＥＤ点灯回路１２３によって互いの位相を１２０°ずらされてパルス駆動される。そして、これらＬＣＤドライバ１２２、ＬＥＤ点灯回路１２３、πセルスイッチ回路１２１は、制御回路１２４によって制御される。スイッチング偏光回転素子としてπセル１０５を示したが、これに限定されるものではない。また、Ｐ偏光光とＳ偏光光をどちらか一方に統一することを例示したが、どちらか一方に統一することに限定されるものではなく、各色光源からの光の偏光方向を統一できればよい。例えば、液晶表示パネルの光入出射偏光方向が４５°である場合には前記Ｓ偏光光又はＰ偏光光のどちらかに統一する構成は採用されず、例えば、πセル１０５と光学素子５０′との間に半波長板を配置し、前記４５°に対応した偏光方向の光に統一することになる。
【００４２】
タイプＡ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタについても、図７に示した構成と同様の構成を有するプロジェクタとすることができる。この場合には、πセル１０５及びπセルスイッチ回路１２１は特に必要ない。なお、光学素子５０における偏光ビームスプリッタ面部にとってＳ偏光となる光が赤色光源１Ｒ用の偏光変換装置から供給されるようにしておく。同様に、光学素子５０における偏光ビームスプリッタ面部にとってＳ偏光となる光が青色光源１Ｂ用の偏光変換装置から供給されるようにしておく。
【００４３】
なお、図７に示したタイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタにおいて、光学素子５０′から液晶表示パネル３Ｆまでの間に狭波長帯偏光回転素子を設けることにより、πセル及びπセルスイッチ回路１２１を必要としない構成を実現できる。
【００４４】
図９は、タイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源１Ｇから出射された緑色光は、偏光変換装置１０３ＳによってＳ偏光光に変換される。赤色固体光源１Ｒから出射された赤色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。青色固体光源１Ｂから出射された青色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。そして、このプロジェクタは、液晶表示パネル３Ｆ′を備えている。
【００４５】
図１０には、一般的なノーマリーホワイトタイプの液晶表示パネル３Ｘの構造を示している。この液晶表示パネル３Ｘの入射側偏光板３Ｘａと出射側偏光板３Ｘｂとは、その光透過軸方向が互いに９０°異なるように配置される。この液晶表示パネル３Ｘの画素に対する通電がＯＦＦのときには、入射光はその偏光方向が９０°変換されて出射側偏光板３Ｘｂから出射されるため、表示は白表示となる。逆に、前記画素に対する通電がＯＮのときには、入射光の偏光の回転は生じないため、入射光は出射側偏光板３Ｘｂを透過できず、表示は黒表示となる。
【００４６】
前記液晶表示パネル３Ｆ′の構造は、前記液晶表示パネル３Ｘにおいて入射側偏光板を取り除いた構造に相当する。そして、ＬＣＤドライバ１２２は、各色光源の発光の切り替わり（Ｐ偏光光とＳ偏光光との切り替わり）タイミングに応じ、液晶表示パネル３Ｆ′がノーマリーホワイトタイプであると見做した映像信号供給と、液晶表示パネル３Ｆ′がノーマリーブラックタイプであると見做した映像信号供給と、を切り替える。すなわち、ＬＣＤドライバ１２２は、第１方向の偏光光が液晶表示パネル３Ｆ′に入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする液晶表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである液晶表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する一方、第２方向の偏光の光が液晶表示パネル３Ｆ′に入射されるときには他方の映像信号を前記液晶表示パネルに供給する。
【００４７】
以下、更に具体的に説明を行っていく。なお、以下の説明では、液晶表示パネル３Ｆ′の出射側偏光板はＳ偏光を透過させるものとする。赤色光源１Ｒが点灯してＰ偏光が出射されているタイミングでは、ＬＣＤドライバ１２２は、ノーマリーホワイト用の赤色用映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する。赤１００％に相当する映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′に供給されるとき（すなわち、液晶表示パネル３Ｆ′の画素に対する通電がＯＦＦのとき）、液晶表示パネル３Ｆ′に入射したＰ偏光光はその偏光方向が９０°変換されることによってＳ偏光光となるため、前記出射側偏光板を透過することができ、表示は赤１００％表示となる。青色光源１Ｂが点灯するタイミングにおいても、上記と同様の制御が実行される。一方、緑色光源１Ｇが点灯してＳ偏光が出射されているタイミングでは、ＬＣＤドライバ１２２は、ノーマリーブラック用の映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する。緑１００％に相当する映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′に供給されるとき（すなわち、液晶表示パネル３Ｆ′の画素に対する通電がＯＮのとき）、液晶表示パネル３Ｆ′に入射したＳ偏光光の回転は生じないため、前記出射側偏光板を透過することができ、表示は緑１００％表示となる。
【００４８】
すなわち、図９に示すプロジェクタであれば、ＬＣＤドライバ１２２によってノーマリーホワイト用の映像信号供給とノーマリーブラック用の映像信号供給とが光源１の点灯のタイミングに合わせて切り替わり、これら二つの映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′（入射側偏光板無し）に供給されることになるため、πセル１０５を用いることなしに、映像表示を実現することができる。
【００４９】
なお、以上の説明では、緑色光が偏光ビームスプリッタ面部で反射される場合を主に説明してきたが、これに限るものではない。３原色光のなかで出射光量が低い色光を偏光ビームスプリッタ面部等で反射することとしてもよい。また、透過型の画像表示パネルを用いた例を示したが、反射型の画像表示パネル（反射型液晶表示パネル、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等）を用いることもできる。
【００５０】
図１１はこの実施形態の白色光源色分離系を備える３板式カラー液晶プロジェクタの光学系を例示した図である。光源２００の発光部は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタによって平行光となって出射され、インテグレータレンズ２０１へと導かれる。
【００５１】
インテグレータレンズ２０１は一対のレンズ群にて構成されており、個々のレンズ対が光源２００から出射された光を液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３の全面へ導くようになっている。インテグレータレンズ２０１を経た光は、偏光ビームスプリッタアレイから成る偏光変換装置２０２を経て第１ダイクロイックミラー２０３へと導かれる。
【００５２】
第１ダイクロイックミラー２０３は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー２０３を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー２０４にて反射されて光路を変更される。反射ミラー２０４にて反射された赤色光はコンデンサレンズ２０８を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー２０３にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー２０５に導かれる。
【００５３】
第２ダイクロイックミラー２０５は、青色波長帯域の光を反射し、緑色波長帯域の光を透過する。第２ダイクロイックミラー２０５にて反射した青色波長帯域の光はコンデンサレンズ２０９を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１２に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー２０５を透過した緑色波長帯域の光は、反射ミラー２０６，２０７、及びコンデンサレンズ２１０を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１３に導かれ、これを透過することによって光変調される。
【００５４】
各液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、光学素子５０（５１）によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２１５によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。
【００５５】
図１２に参考として従来構成の白色光源色分離系を備える３板式カラー液晶プロジェクタの光学系を例示する。本願の図１１の液晶プロジェクタにおける第２ダイクロイックミラーが青色光を反射して緑色光を透過するのに対して図１２の液晶プロジェクタにおける第２ダイクロイックミラー２０５′が緑色光を反射して青色光を透過する点、本願の図１１の液晶プロジェクタにおける映像合成部材が光学素子５０，５１，５０′であるのに対し、図１２の液晶プロジェクタにおける映像光合成部材がクロスダイクロイックプリズム２１４である点である。このような図１１の液晶プロジェクタにおいても、図６の液晶プロジェクタにおいて適用した技術と同様の技術を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施形態の光学素子を示した斜視図である。
【図２】図１の光学素子の平面図である。
【図３】この発明の他の実施形態の光学素子を示した平面図である。
【図４】一般的なダイクロイックミラーの特性を説明するための説明図である。
【図５】一般的なダイクロイックミラーによる緑色光の光量低減を示す説明図である。
【図６】この発明の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図７】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図８】偏光変換装置を示した説明図である。
【図９】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図１０】液晶表示パネルの説明図である。
【図１１】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図１２】図１１のプロジェクタとの関係で参考となる従来のプロジェクタを示した説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光源
３ 液晶表示パネル
５０ 光学素子
５０ａ ダイクロイック面部
５０ｂ 偏光ビームスプリッタ面部
５１ 光学素子
５１ａ ダイクロイック板
５１ｂ 偏光ビームスプリッタ板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光の波長と偏光の相違を利用して光を合成する光学素子、及びこの光学素子を備えた照明装置、及びこの照明装置を備えた投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の波長の相違を利用して光を合成する光学素子として、クロスダイクロイックプリズムやクロスダイクロイックミラーなどが知られている。また、光の偏光の相違を利用して光を合成する光学素子として、偏光ビームスプリッタが知られている。そして、これらクロスダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタを用いた投写型映像表示装置が知られている。また、所定の波長に対する選択性を有する偏光分離面を備え、特定の波長帯のｓ偏光光を反射させ、他の波長帯ののｐ偏光光やｓ偏光光を透過させる偏光分離面を備えて光を合成する色分離合成素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６０９７１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、クロスダイクロイックプリズムでは、赤色光と緑色光と青色光とを合成する場合において、緑色光の利用効率が低い場合がある（これについては、実施形態において更に説明する）。また、偏光ビームスプリッタでは、３方向からの光を合成することができない。また、前記色分離合成素子は色合成だけのために用いることはできない。
【０００５】
この発明は、上記の事情に鑑み、比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成する光学素子、及びこの光学素子を備えた照明装置、及び前記光学素子或いは前記照明装置を備えた投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる光学素子は、上記の課題を解決するために、互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部にて第２偏光光の第２色の光が前記特定光路に導かれることを特徴とする（以下、この項において第１光学素子という）。
【０００７】
前記第１光学素子であれば、ダイクロイック面部と偏光ビームスプリッタ面部とがクロスに配置されるという比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができる。
【０００８】
前記第１光学素子は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有していてもよい。或いは、前記第１光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有していてもよい。或いは、前記第１光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有していてもよい。
【０００９】
また、この発明の光学素子は、互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部は第２色の光に対してのみ偏光ビームスプリッタとして機能することで第２偏光光の第２色の光を前記特定光路に導くともに前記第１色の光及び第２色の光は第２偏光光であっても当該偏光ビームスプリッタ面部を透過して前記特定光路に進むことを特徴とする（以下、この項において第２光学素子という）。
【００１０】
前記第２光学素子であれば、ダイクロイック面部と偏光ビームスプリッタ面部とがクロスに配置されるという比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができる。しかも、当該光学素子から出射される全ての色光を第２偏光光に統一することが可能である。
【００１１】
前記第２光学素子は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有していてもよい。或いは、前記第２光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有していてもよい。或いは、前記第２光学素子は、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有していてもよい。
【００１２】
また、この発明の照明装置は、前記第１光学素子又はこれに従属する光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源と、から成り、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しては第１偏光光が利用されることを特徴とする（以下、この項において第１照明装置という）。
【００１３】
前記第１照明装置において、前記第２色の光は緑色光であってもよい。また、前記第１照明装置又はこれに従属する構成において、各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００１４】
また、前記第１照明装置又はこれに従属する構成において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていてもよい（以下、この項において第２照明装置という）。
【００１５】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第１照明装置又はこれに従属する照明装置（前記第２照明装置は除く）を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上で受け取った光の偏光方向を９０°回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電のＯＮ／ＯＦＦによって切り替わるスイッチング偏光回転素子と、前記スイッチング偏光回転素子を経た光を受ける画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記スイッチング偏光回転素子をＯＮ／ＯＦＦさせることで全ての色光の偏光方向を同じに揃える手段と、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第１照明装置又はこれに従属する照明装置（前記第２照明装置は除く）を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記固体光源から出射される光を受け取る入射側偏光板を備えない液晶型の画像表示パネルと、第１偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする画像表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである画像表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を前記画像表示パネルに供給する一方、第２偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには他方の映像信号を前記画像表示パネルに供給するパネル駆動手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第２照明装置を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記狭波長帯偏光回転素子を経た光を受け取る画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明の照明装置は、第２光学素子又はこれに従属する光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各固体光源から出射された色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光を出射する固体光源に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの固体光源に関しても第２偏光光が利用されることを特徴とする（以下、この項において第３照明装置という）。
【００１９】
前記第３照明装置において、前記第２色の光は緑色光であってもよい。また、前記第３照明装置又はこれに従属する照明装置において、各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００２０】
また、この発明の投写型映像表示装置は、前記第３照明装置又はこれに従属する照明装置を備えた投写型映像表示装置（固体光源を有する構成とする）であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上に設けられた画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明の投写型映像表示装置は、３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、第１光学素子又はこれに従属する光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、第２色の光用の画像表示パネルから出射される映像光は第２偏光光であり、他の二つの画像表示パネルから出射される映像光は第１偏光光であることを特徴とする。かかる投写型映像表示装置において、第２色の光用の画像表示パネルは緑色光用の画像表示パネルであってもよい。また、各色光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。また、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていてもよい。
【００２２】
また、この発明の投写型映像表示装置は、３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、第２光学素子又はこれに従属する光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、前記３枚の画像表示パネルから出射される映像光は全て第２偏光光であることを特徴とする。かかる投写型映像表示装置において、前記偏光ビームスプリッタ面部にて反射される映像光は緑色映像光であってもよい。また、各色光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えていてもよい。
【００２３】
また、上述した３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に光を供給する光学系は、前記固体光源からの光を９０°光路変更する光路変更素子を備えていてもよい。また、前記光学素子の中央側の光入射面に赤色光を供給し、左右の光入射面に緑色光と青色光をそれぞれ供給するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、比較的簡単な構造で光の波長と偏光の双方の相違を巧みに利用して光を合成することができ、例えば従来クロスダイクロイックミラーによって両側波長部分をカットされていた光について、そのカットの程度を低減して光量を増大できるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施形態の光学素子及び照明装置及び投写型映像表示装置を図１乃至図１１に基づいて説明していく。
【００２６】
図１及び図２に示すように、本願発明の光学素子５０は、透明ガラス立方体内に、当該立方体を三角柱に二分する分割面上に形成された多層誘電体膜等から成るダイクロイック面部５０ａ及び他の分割面上に形成された多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを備える。ダイクロイック面部５０ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する（なお、緑色波長帯のＰ偏光光は透過する）。更に、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。前記光学素子５０は、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて形成され、これによって六面体形状を有したものとなる。
【００２７】
また、図３に示すように、本願発明の光学素子５１は、多層誘電体膜等から成るダイクロイックミラー５１ａ及び多層誘電体膜等から成る偏光ビームスプリッタ板５１ｂを備える。ダイクロイックミラー５１ａは、光の偏光方向とは無関係に緑色波長帯から赤色波長帯の光（Ｇ，Ｒ）を透過し、青色波長帯の光（Ｂ）を反射する。偏光ビームスプリッタ板５１ｂは、緑色波長帯のＳ偏光光（Ｇｓ）を反射する（なお、緑色波長帯のＰ偏光光は透過する）。更に、偏光ビームスプリッタ板５１ｂは、青色波長帯のＳ偏光光（Ｂｓ）及びＰ偏光光（Ｂｐ）を透過し、赤色波長帯のＳ偏光光（Ｒｓ）及びＰ偏光光（Ｒｐ）も透過する。光学素子５１は、ダイクロイックミラー５１ａと偏光ビームスプリッタ板５１ｂの両方がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有する。なお、ダイクロイックミラー５１ａと偏光ビームスプリッタ板５１ｂの一方が２分割され、これら二つの分割パーツで他方を挟むように配置することで十字形状を有することもできる。
【００２８】
ところで、通常のクロスダイクロイックミラーなどについては、その第１のダイクロイックミラーの特性（波長に対する反射特性）は図４の上段のごとく赤色波長帯の光を反射する特性となり、その第２のダイクロイックミラーの特性（波長に対する反射特性）は図４の下段のごとく青色波長帯の光を反射する特性となる。このため、中間波長帯の緑色光は、図５に示すように、その両側波長の一部が反射（カット）され、緑色光の光利用効率は低くなってしまう。
【００２９】
これに対し、前記光学素子５０，５１であれば、その３つの光入射面からそれぞれ入射される色光に対して、そのダイクロイック面部５０ａ及びダイクロイックミラー５１ａは、緑色波長帯から赤色波長帯の光を透過し、青色波長帯の光を反射する。そして、ビームスプリッタ面部５０ｂ及びビームスプリッタ板５１ｂは色光に対するカット特性は持っていない。このため、緑色波長帯の光のうち赤色光に近い側の波長部分のカットは生じないことになり、緑色光の光利用効率は向上する。
【００３０】
前記光学素子５０又は光学素子５１を用いた照明装置であれば、Ｓ偏光光に統一された各色光（後述するプロジェクタにおいては各色映像光）を単一方向（特定光路）に出射することができる。なお、各色光源（固体光源）からの色光をそのまま（偏光方向を揃えずに）前記光学素子５０，５１に与えた場合、赤色光及び青色光については、そのＰ偏光光も前記特定光路上に出射されることになる。各色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置（偏光光学素子）にてＳ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えた場合、Ｓ偏光光に統一された各色光を単一方向（特定光路）に出射することができる。緑色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置にてＳ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えるとともに赤色光源及び青色光源（固体光源）からの色光を偏光変換装置にてＰ偏光光に揃えて前記光学素子５０，５１に与えた場合、緑色光はＳ偏光光で他の色光はＰ偏光光である光が特定光路に向けてに出射される。
【００３１】
なお、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂ或いは偏光ビームスプリッタ板５１ｂに替えて一般的な（帯域を問わない）偏光ビームスプリッタを用いた場合、緑色光はＳ偏光光で他の色光はＰ偏光光である光が特定光路に向けてに出射される。このような光学素子も本願発明に含まれる。光学素子５１についても同様である。このような光学素子には５０′の符号を付記する場合がある。
【００３２】
以下、各色光の全てがＳ偏光光の状態で特定光路に導かれるタイプをタイプＡとする。そして、前記光学素子の３面に非変調光が導かれる場合をタイプＡ照明装置と称し、前記光学素子の３面に変調光（各色映像光）が導かれる場合を３板型タイプＡプロジェクタと称する。また、Ｓ偏光光とＰ偏光光とが混在する状態で各色光が特定光路に導かれるタイプをタイプＢとする。そして、前記光学素子に非変調光が導かれる場合をタイプＢ照明装置と称し、前記光学素子に変調光（各色映像光）が導かれる場合を３板型タイプＢプロジェクタと称する。
【００３３】
図６は３板型タイプＡプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源（例えば、緑色ＬＥＤ）１Ｇから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされて緑色用の液晶表示パネル３Ｇに導かれる。なお、この例では、テーパ型ロッド２の光出射側にワイヤーグリッド型の偏光ビームスプリッタ（偏光光学素子）を設けることで、所定偏光光のみが出射されるようにしている。勿論、偏光ビームスプリッタアレイから成る偏光変換装置を用いてもよい。他の色光源系においても同様である。液晶表示パネル３Ｇを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂによって反射されて投写レンズ５へと導かれる。青色固体光源（例えば、青色ＬＥＤ）１Ｂから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされて青色用の液晶表示パネル３Ｂに導かれる。液晶表示パネル３Ｂを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、ダイクロイック面部５０ａによって反射され且つ偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを透過して投写レンズ５へと導かれる。赤色固体光源（例えば、赤色ＬＥＤ）１Ｒから出射された光は、テーパ型ロッド２によって光インテグレート及び分散角の低減がなされ、更に光路変更プリズム４によって光路を９０°変更されて赤色用の液晶表示パネル３Ｒに導かれる。液晶表示パネル３Ｒを経ることで得られた変調光（Ｓ偏光光）は、ダイクロイック面部５０ａを透過し且つ偏光ビームスプリッタ面部５０ｂを透過して投写レンズ５へと導かれる。
【００３４】
従来の液晶プロジェクタにおいて、緑色用の液晶表示パネルは投写レンズと対面する位置に設けられており、緑色光の光量は他の色光の光量に比べて少ない場合がある。緑色光について上記光路変更プリズム４による光路変更を行うと、更にその光量が低下する。図６に示した３板型タイプＡプロジェクタであれば、緑色光について上記光路変更プリズム４による光路変更を行わないので、その光量低下を防止できる。そして、緑色光以外について上記光路変更プリズム４による光路変更を行うので、この光路変更プリズム４を用いることによるコンパクト化の利点を享受できることになる。
【００３５】
ここで、前記緑色光によって全体光量が決まるとする。従来構成（ダイクロイッククロスプリズムで各色光を合成する構成）と上記図６のプロジェクタとの光量に関して比較を行ってみる。まず、ロッドインテグレータによる光利用効率（以下単に効率と記す）をηｒｏｄ、投写レンズ５の効率をηＰＬ、液晶表示パネル３及びその偏光板を合わせた効率をηＬＣＤとし、これらの要素は両方式において共通であるとする。次に、光路変更プリズム４の反射率をηｍ、ダイクロイッククロスプリズム（従来）の透過率をηＤ、偏光ビームスプリッタ面部５０ｂの反射率をηＧＰとする。上記ηｍ、ηＤ、ηＧＰに関して、概略の数値は、ηｍ≒０．９、ηＤ≒０．９９、ηＧＰ≒０．９９である。ここで、光源１の発光光量をＬとし、スクリーンに到達する光量を求めると、従来構成の効率ηＣと本案の効率ηｎは、以下のようになる。
【００３６】
ηＣ＝ηＰＬ×ηＬＣＤ×ηｒｏｄ×ηｍ×ηＤ×Ｌ
ηｎ＝ηＰＬ×ηＬＣＤ×ηｒｏｄ×ηＧＰ×Ｌ
ηｎ／ηＣ＝ηＧＰ／（ηｍ×ηＤ）≒１．１
となり、本案の方がスクリーンは明るくなる。
【００３７】
なお、３板型タイプＡプロジェクタは、前記光路変更プリズム４を備えるものに限定されるわけではない。
【００３８】
３板型タイプＢプロジェクタについても、図６に示した構成と同様の構成を有するプロジェクタとすることができる。そして、緑色映像光がＳ偏光光で他の映像光がＰ偏光光であるとき、例えば、緑色波長帯の光に対してのみ偏光方向を９０°回転させる狭波長帯偏光回転素子を投写レンズ５の光入射側の位置に設ける構成を採用してもよい。或る色光が第１偏光光で他の二つの色光が第２偏光光である場合に、前記或る色光に対する狭波長帯偏光回転素子或いは他の二つの色光に対する狭波長帯偏光回転素子を設けてもよい。なお、３板型タイプＢプロジェクタも、前記光路変更プリズム４を備えるものに限定されるわけではない。
【００３９】
図７は、タイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源１Ｇから出射された緑色光は、偏光変換装置１０３ＳによってＳ偏光光に変換される。赤色固体光源１Ｒから出射された赤色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。青色固体光源１Ｂから出射された青色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。各光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、ＬＥＤ点灯回路１２３によって時分割駆動される。πセル（スイッチング偏光回転素子）１０５はロッドインテグレータ１０４の光出射側に配置される。前記πセル１０５は、例えば液晶表示パネルにおいて偏光板を除いた構造に相当する構造を有するものであり、受け取った光の偏光方向を９０度回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電ＯＮ／ＯＦＦによって切り替わる。例えば、光源１Ｒ或いは光源１Ｂが点灯している状態（Ｐ偏光光がロッドインテグレータ１０４を経てπセル１０５に供給される状態）では、πセルＳＷ回路１２１からπセル１０５に電圧は印加されない（通電ＯＦＦ）。このとき、πセル１０５は受け取ったＰ偏光光をＳ偏光光に変換する。一方、光源１Ｇが点灯している状態（Ｓ偏光光がロッドインテグレータ１０４を経てπセル１０５に供給される状態）では、πセル１０５に電圧が印加される（通電ＯＮ）。このとき、πセル１０５は受け取ったＳ偏光光をそのまま透過させる。すなわち、πセル１０５によって、各色光源からのＰ偏光光とＳ偏光光はどちらか一方（上記の場合はＳ偏光光）に統一される。
【００４０】
偏光変換装置１０３Ｓは、図８に示しているように、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成される。このＰＢＳアレイにおける各偏光分離膜は、光源１からの光のうち例えばＰ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜（或いは反射膜）にて反射され、そのまま出射される。一方、偏光分離膜を透過したＰ偏光は、その前側（光出射側）に設けてある位相差板（１／２λ板）１０３ａによってＳ偏光に変換されて出射される。すなわち、この場合には、ほぼ全ての光はＳ偏光に変換される。なお、偏光ビームスプリッタは、いわゆるワイヤーグリッド偏光板や偏光分離多層膜などによって構成される。また、偏光変換装置１０３Ｐは偏光変換装置１０３Ｓにおいて位相差板（１／２λ板）１０３ａの位置を入れ替えればよい。ここで、光学素子５０′における偏光ビームスプリッタ面部にとってＰ偏光となる光が赤色光源１Ｒ用の偏光変換装置１０３Ｐから供給されるようにしておく。同様に、光学素子５０′における偏光ビームスプリッタ面部にとってＰ偏光となる光が青色光源１Ｂ用の偏光変換装置１０３Ｐから供給されるようにしておく。
【００４１】
液晶表示パネル３Ｆは、透過型の液晶表示パネルである。液晶表示パネル３Ｆの入射側偏光板はＳ偏光光を透過させるようになっている。液晶表示パネル３ＦはＬＣＤドライバ１２２によって駆動される。また、各光源１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは第１光源１０２Ａ及び第２光源１０２Ｂは、ＬＥＤ点灯回路１２３によって互いの位相を１２０°ずらされてパルス駆動される。そして、これらＬＣＤドライバ１２２、ＬＥＤ点灯回路１２３、πセルスイッチ回路１２１は、制御回路１２４によって制御される。スイッチング偏光回転素子としてπセル１０５を示したが、これに限定されるものではない。また、Ｐ偏光光とＳ偏光光をどちらか一方に統一することを例示したが、どちらか一方に統一することに限定されるものではなく、各色光源からの光の偏光方向を統一できればよい。例えば、液晶表示パネルの光入出射偏光方向が４５°である場合には前記Ｓ偏光光又はＰ偏光光のどちらかに統一する構成は採用されず、例えば、πセル１０５と光学素子５０′との間に半波長板を配置し、前記４５°に対応した偏光方向の光に統一することになる。
【００４２】
タイプＡ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタについても、図７に示した構成と同様の構成を有するプロジェクタとすることができる。この場合には、πセル１０５及びπセルスイッチ回路１２１は特に必要ない。なお、光学素子５０における偏光ビームスプリッタ面部にとってＳ偏光となる光が赤色光源１Ｒ用の偏光変換装置から供給されるようにしておく。同様に、光学素子５０における偏光ビームスプリッタ面部にとってＳ偏光となる光が青色光源１Ｂ用の偏光変換装置から供給されるようにしておく。
【００４３】
なお、図７に示したタイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタにおいて、光学素子５０′から液晶表示パネル３Ｆまでの間に狭波長帯偏光回転素子を設けることにより、πセル及びπセルスイッチ回路１２１を必要としない構成を実現できる。
【００４４】
図９は、タイプＢ照明装置を用いた時分割駆動タイプのプロジェクタの一例を示した説明図である。緑色固体光源１Ｇから出射された緑色光は、偏光変換装置１０３ＳによってＳ偏光光に変換される。赤色固体光源１Ｒから出射された赤色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。青色固体光源１Ｂから出射された青色光は、偏光変換装置１０３ＰによってＰ偏光光に変換される。そして、このプロジェクタは、液晶表示パネル３Ｆ′を備えている。
【００４５】
図１０には、一般的なノーマリーホワイトタイプの液晶表示パネル３Ｘの構造を示している。この液晶表示パネル３Ｘの入射側偏光板３Ｘａと出射側偏光板３Ｘｂとは、その光透過軸方向が互いに９０°異なるように配置される。この液晶表示パネル３Ｘの画素に対する通電がＯＦＦのときには、入射光はその偏光方向が９０°変換されて出射側偏光板３Ｘｂから出射されるため、表示は白表示となる。逆に、前記画素に対する通電がＯＮのときには、入射光の偏光の回転は生じないため、入射光は出射側偏光板３Ｘｂを透過できず、表示は黒表示となる。
【００４６】
前記液晶表示パネル３Ｆ′の構造は、前記液晶表示パネル３Ｘにおいて入射側偏光板を取り除いた構造に相当する。そして、ＬＣＤドライバ１２２は、各色光源の発光の切り替わり（Ｐ偏光光とＳ偏光光との切り替わり）タイミングに応じ、液晶表示パネル３Ｆ′がノーマリーホワイトタイプであると見做した映像信号供給と、液晶表示パネル３Ｆ′がノーマリーブラックタイプであると見做した映像信号供給と、を切り替える。すなわち、ＬＣＤドライバ１２２は、第１方向の偏光光が液晶表示パネル３Ｆ′に入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする液晶表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである液晶表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する一方、第２方向の偏光の光が液晶表示パネル３Ｆ′に入射されるときには他方の映像信号を前記液晶表示パネルに供給する。
【００４７】
以下、更に具体的に説明を行っていく。なお、以下の説明では、液晶表示パネル３Ｆ′の出射側偏光板はＳ偏光を透過させるものとする。赤色光源１Ｒが点灯してＰ偏光が出射されているタイミングでは、ＬＣＤドライバ１２２は、ノーマリーホワイト用の赤色用映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する。赤１００％に相当する映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′に供給されるとき（すなわち、液晶表示パネル３Ｆ′の画素に対する通電がＯＦＦのとき）、液晶表示パネル３Ｆ′に入射したＰ偏光光はその偏光方向が９０°変換されることによってＳ偏光光となるため、前記出射側偏光板を透過することができ、表示は赤１００％表示となる。青色光源１Ｂが点灯するタイミングにおいても、上記と同様の制御が実行される。一方、緑色光源１Ｇが点灯してＳ偏光が出射されているタイミングでは、ＬＣＤドライバ１２２は、ノーマリーブラック用の映像信号を液晶表示パネル３Ｆ′に供給する。緑１００％に相当する映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′に供給されるとき（すなわち、液晶表示パネル３Ｆ′の画素に対する通電がＯＮのとき）、液晶表示パネル３Ｆ′に入射したＳ偏光光の回転は生じないため、前記出射側偏光板を透過することができ、表示は緑１００％表示となる。
【００４８】
すなわち、図９に示すプロジェクタであれば、ＬＣＤドライバ１２２によってノーマリーホワイト用の映像信号供給とノーマリーブラック用の映像信号供給とが光源１の点灯のタイミングに合わせて切り替わり、これら二つの映像信号が液晶表示パネル３Ｆ′（入射側偏光板無し）に供給されることになるため、πセル１０５を用いることなしに、映像表示を実現することができる。
【００４９】
なお、以上の説明では、緑色光が偏光ビームスプリッタ面部で反射される場合を主に説明してきたが、これに限るものではない。３原色光のなかで出射光量が低い色光を偏光ビームスプリッタ面部等で反射することとしてもよい。また、透過型の画像表示パネルを用いた例を示したが、反射型の画像表示パネル（反射型液晶表示パネル、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）等）を用いることもできる。
【００５０】
図１１はこの実施形態の白色光源色分離系を備える３板式カラー液晶プロジェクタの光学系を例示した図である。光源２００の発光部は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタによって平行光となって出射され、インテグレータレンズ２０１へと導かれる。
【００５１】
インテグレータレンズ２０１は一対のレンズ群にて構成されており、個々のレンズ対が光源２００から出射された光を液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３の全面へ導くようになっている。インテグレータレンズ２０１を経た光は、偏光ビームスプリッタアレイから成る偏光変換装置２０２を経て第１ダイクロイックミラー２０３へと導かれる。
【００５２】
第１ダイクロイックミラー２０３は、赤色波長帯域の光を透過し、シアン（緑＋青）の波長帯域の光を反射する。第１ダイクロイックミラー２０３を透過した赤色波長帯域の光は、反射ミラー２０４にて反射されて光路を変更される。反射ミラー２０４にて反射された赤色光はコンデンサレンズ２０８を経て赤色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１１を透過することによって光変調される。一方、第１ダイクロイックミラー２０３にて反射したシアンの波長帯域の光は、第２ダイクロイックミラー２０５に導かれる。
【００５３】
第２ダイクロイックミラー２０５は、青色波長帯域の光を反射し、緑色波長帯域の光を透過する。第２ダイクロイックミラー２０５にて反射した青色波長帯域の光はコンデンサレンズ２０９を経て青色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１２に導かれ、これを透過することによって光変調される。また、第２ダイクロイックミラー２０５を透過した緑色波長帯域の光は、反射ミラー２０６，２０７、及びコンデンサレンズ２１０を経て緑色光用の透過型の液晶ライトバルブ２１３に導かれ、これを透過することによって光変調される。
【００５４】
各液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。液晶ライトバルブ２１１，２１２，２１３を経ることで変調された変調光（各色映像光）は、光学素子５０（５１）によって合成されてカラー映像光となる。このカラー映像光は、投写レンズ２１５によって拡大投写され、スクリーン上に投影表示される。
【００５５】
図１２に参考として従来構成の白色光源色分離系を備える３板式カラー液晶プロジェクタの光学系を例示する。本願の図１１の液晶プロジェクタにおける第２ダイクロイックミラーが青色光を反射して緑色光を透過するのに対して図１２の液晶プロジェクタにおける第２ダイクロイックミラー２０５′が緑色光を反射して青色光を透過する点、本願の図１１の液晶プロジェクタにおける映像合成部材が光学素子５０，５１，５０′であるのに対し、図１２の液晶プロジェクタにおける映像光合成部材がクロスダイクロイックプリズム２１４である点である。このような図１１の液晶プロジェクタにおいても、図６の液晶プロジェクタにおいて適用した技術と同様の技術を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この発明の実施形態の光学素子を示した斜視図である。
【図２】図１の光学素子の平面図である。
【図３】この発明の他の実施形態の光学素子を示した平面図である。
【図４】一般的なダイクロイックミラーの特性を説明するための説明図である。
【図５】一般的なダイクロイックミラーによる緑色光の光量低減を示す説明図である。
【図６】この発明の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図７】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図８】偏光変換装置を示した説明図である。
【図９】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図１０】液晶表示パネルの説明図である。
【図１１】この発明の他の実施形態の照明装置及びプロジェクタを示した説明図である。
【図１２】図１１のプロジェクタとの関係で参考となる従来のプロジェクタを示した説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 光源
３ 液晶表示パネル
５０ 光学素子
５０ａ ダイクロイック面部
５０ｂ 偏光ビームスプリッタ面部
５１ 光学素子
５１ａ ダイクロイック板
５１ｂ 偏光ビームスプリッタ板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部にて第２偏光光の第２色の光が前記特定光路に導かれることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項５】
互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部は第２色の光に対してのみ偏光ビームスプリッタとして機能することで第２偏光光の第２色の光を前記特定光路に導くともに前記第１色の光及び第２色の光は第２偏光光であっても当該偏光ビームスプリッタ面部を透過して前記特定光路に進むことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項５に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項５に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しては第１偏光光が利用されることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、前記第２色の光は緑色光であることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の照明装置において、白色光又は各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上で受け取った光の偏光方向を９０°回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電のＯＮ／ＯＦＦによって切り替わるスイッチング偏光回転素子と、前記スイッチング偏光回転素子を経た光を受ける画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記スイッチング偏光回転素子をＯＮ／ＯＦＦさせることで全ての色光の偏光方向を同じに揃える手段と、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記固体光源から出射される光を受け取る位置に設けられた入射側偏光板を備えない液晶型の画像表示パネルと、第１偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする画像表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである画像表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を前記画像表示パネルに供給する一方、第２偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには他方の映像信号を前記画像表示パネルに供給するパネル駆動手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記狭波長帯偏光回転素子を経た光を受け取る画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１６】
請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しても第２偏光光が利用されることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の照明装置において、前記第２色の光は緑色光であることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の照明装置において、白色光又は各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上に設けられた画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２０】
３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、第２色の光用の画像表示パネルから出射される映像光は第２偏光光であり、他の二つの画像表示パネルから出射される映像光は第１偏光光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の投写型映像表示装置において、第２色の光用の画像表示パネルは緑色光用の画像表示パネルであることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１に記載の投写型映像表示装置において、白色光又は各固体光源から出射された光の偏光方向を一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２３】
請求項２０乃至請求項２２のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２４】
３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、前記３枚の画像表示パネルから出射される映像光は全て第２偏光光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の投写型映像表示装置において、前記偏光ビームスプリッタ面部にて反射される映像光は緑色映像光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２６】
請求項２４又は請求項２５に記載の投写型映像表示装置において、白色光又は各固体光源から出射された光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２７】
請求項２０乃至請求項２６のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に光を供給する光学系は、前記固体光源からの光を９０°光路変更する光路変更素子を備えていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２８】
請求項２０乃至請求項２７のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に赤色光を供給し、左右の光入射面に緑色光と青色光をそれぞれ供給することを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１】
互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部にて第２偏光光の第２色の光が前記特定光路に導かれることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光学素子において、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求項１に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項５】
互いに色が異なる第１色の光と第２色の光と第３色の光のうち第１色の光及び第２色の光は透過し第３色の光は反射することによってこれら三つの色光のうちの第１色の光と第３色の光を特定光路に導くダイクロイック面部と、互いに直交する偏光方向を有する第１偏光光と第２偏光光のうち第１偏光光は透過し第２偏光光は反射する偏光ビームスプリッタ面部と、がクロスに配置されて成り、前記偏光ビームスプリッタ面部は第２色の光に対してのみ偏光ビームスプリッタとして機能することで第２偏光光の第２色の光を前記特定光路に導くともに前記第１色の光及び第２色の光は第２偏光光であっても当該偏光ビームスプリッタ面部を透過して前記特定光路に進むことを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項５に記載の光学素子において、４つの透明体三角柱の各々の二等辺山側となる二つの面を互いに密着させて成る六面体形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項５に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、一方の板部材が２分割され、これら２つの分割パーツが他方の板部材を挟むように配置された十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項５に記載の光学素子において、前記ダイクロイック面部を成す板部材と、偏光ビームスプリッタ面部を成す板部材と、からなり、両方の板部材がそれぞれ２分割され、これらが４つの分割パーツが互いの縁部を近接させることで十字形状を有することを特徴とする光学素子。
【請求項９】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しては第１偏光光が利用されることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、前記第２色の光は緑色光であることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載の照明装置において、白色光又は各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上で受け取った光の偏光方向を９０°回転させる機能状態と回転させない機能状態とが通電のＯＮ／ＯＦＦによって切り替わるスイッチング偏光回転素子と、前記スイッチング偏光回転素子を経た光を受ける画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記スイッチング偏光回転素子をＯＮ／ＯＦＦさせることで全ての色光の偏光方向を同じに揃える手段と、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１１のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記固体光源から出射される光を受け取る位置に設けられた入射側偏光板を備えない液晶型の画像表示パネルと、第１偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには、出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がクロスする画像表示パネル用に生成した映像信号又は出射側の偏光板に対して入射側の偏光方向がパラレルである画像表示パネル用に生成した映像信号のどちらか一方の映像信号を前記画像表示パネルに供給する一方、第２偏光光が前記画像表示パネルに入射されるときには他方の映像信号を前記画像表示パネルに供給するパネル駆動手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１５】
請求項１２に記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記狭波長帯偏光回転素子を経た光を受け取る画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項１６】
請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の光学素子と、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、から成り、各色光が前記光学素子によって前記特定光路に導かれ、且つ、第２色の光に関しては第２偏光光が利用され、他の二つの色光に関しても第２偏光光が利用されることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の照明装置において、前記第２色の光は緑色光であることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１６又は請求項１７に記載の照明装置において、白色光又は各色光の偏光方向を同一方向化した上で前記光学素子に入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の照明装置のうち固体光源からなる照明装置を備える投写型映像表示装置であって、前記照明装置の各固体光源をパルス発光駆動する手段と、前記特定光路上に設けられた画像表示パネルと、前記固体光源がパルス発光するタイミングに応じて前記画像表示パネルに各色用の映像信号を供給する手段と、映像光を投写する投写手段と、を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２０】
３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、第２色の光用の画像表示パネルから出射される映像光は第２偏光光であり、他の二つの画像表示パネルから出射される映像光は第１偏光光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の投写型映像表示装置において、第２色の光用の画像表示パネルは緑色光用の画像表示パネルであることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１に記載の投写型映像表示装置において、白色光又は各固体光源から出射された光の偏光方向を一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２３】
請求項２０乃至請求項２２のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記特定光路上には、特定の一つ又は二つの色光だけについて、その偏光方向を９０°回転する狭波長帯偏光回転素子が設けられていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２４】
３枚の画像表示パネルを備えた投写型映像表示装置において、請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の光学素子と、前記光学素子の３つの光入射面にそれぞれ映像光を供給するように配置された各色用の前記画像表示パネルと、各色光を出射する３つの独立した固体光源を有する光学系又は白色光源からの白色光を各色光に分離する光学系と、映像光を投写する投写手段と、を備えて成り、前記３枚の画像表示パネルから出射される映像光は全て第２偏光光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の投写型映像表示装置において、前記偏光ビームスプリッタ面部にて反射される映像光は緑色映像光であることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２６】
請求項２４又は請求項２５に記載の投写型映像表示装置において、白色光又は各固体光源から出射された光の偏光方向を同一方向化した上で各画像表示パネルに入射させるための偏光光学素子を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２７】
請求項２０乃至請求項２６のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に光を供給する光学系は、前記固体光源からの光を９０°光路変更する光路変更素子を備えていることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２８】
請求項２０乃至請求項２７のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、前記光学素子の中央側の光入射面に赤色光を供給し、左右の光入射面に緑色光と青色光をそれぞれ供給することを特徴とする投写型映像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−６５４０７（Ｐ２００７−６５４０７Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５２６９７（Ｐ２００５−２５２６９７）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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