JP4077490B2

JP4077490B2 - 投射型映像表示装置

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Publication number: JP4077490B2
Application number: JP2006230322A
Authority: JP
Inventors: 敏大内; 太郎今長谷; 智浩三好; 福億阿部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: JP2007047799A

Description

本発明は、液晶パネルあるいは反射式液晶表示素子などのライトバルブ素子を使用しスクリーン上に映像を投影する表示装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の映像表示装置に関するものである。

液晶パネル等のライトバルブ素子に、電球などの光源からの光を当てて、ライトバルブ素子上の画像を拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。

この種の映像表示装置は、光源からの光をライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スクリーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方向が互いに90°異なるように２枚の偏光板を配置したものであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させる作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を表示するようになっている。近年、こうした透過型あるいは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。

このため、この映像表示素子等のライトバルブ素子を用いた表示装置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新たに提案されている。この種の投射型映像表示装置には、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型映像表示装置は、大型であったり、また、最終的に得られた画像の明るさ、画質等の性能が不十分であるといった問題があった。

例えば、液晶表示装置全体の小型化には、ライトバルブ素子、すなわち液晶表示素子自体の小型化が有効であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する照明手段による被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束量に対する液晶表示素子上の光束量の比率（以下、これを光利用効率という）が低くなり、また、画面周辺部が暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発する光源からの光の約半分は利用されない。光源からのランダムな偏光光を一方向の偏光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系としては、特開平４−６３３１８号公報に開示されているような偏光ビームスプリッターなどの偏光変換素子を利用して、光源から出射するランダムな偏光光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離してプリズムを用いて合成するものがある。

また、これを用いて、従来の光学系においては、特に反射型液晶表示装置を用いた照明光学系では、上記偏光ビームスプリッタと反射型液晶表示素子を組合せて、映像のＯＮ及びＯＦＦ及び階調表現に応じて偏光方向を変換することで検光し、その後投射レンズにより映像をスクリーン上に投射する構成となっている。この場合、偏光ビームスプリッタに起因して、色むらやコントラスト低下が問題となる。すなわち、光の入射角度に対するＰ偏光光の透過率およびＳ偏光光の反射率の特性が変化するため、照明光学系の所定角度の光に対して偏光ビームスプリッタの透過率および反射率ムラが生じる。これにより、スクリーンに投影される画質の劣化が発生する。

特開平０９−０５４２１３号公報に開示されているようなＰＢ膜を挟み込む透過性材料を光弾性係数の絶対値を１.５×10^-8cｍ²／Ｎ以下である硝材で構成をした偏光ビームスプリッタを利用して、偏光ビームスプリッタ硝材内での複屈折を低下し、スクリーン上のコントラストを向上するものがある。しかし、この発明では、偏光ビームスプリッタ硝材自体の重量が重く（従来比略２倍以上）、コストも高くなるので、利用個数を低減したい。しかし、この発明の実施例以外で、一般的な光学系はＲＧＢ３枚の反射型パネルに対し、各々３つの偏光ビームスプリッタを使用するため、光学系の大きさ、重量及びコストを
それぞれ低減することについては考慮されていない。

また、反射式液晶表示素子等を用いる光学系においては、色分離・合成系にダイクロイックコートを施したダイクロイックプリズムもしくはダイクロイックミラーを用い、色分離・合成系に入射及び出射する時の偏光方向により光りの方向を変えている。ダイクロイックコートは入射する光の偏光方向により特性が変化することが知られている。すなわち、P偏光光とＳ偏光光とでは、分離する波長帯域に違いが生じる。具体的に説明すると、ダイクロイック青反射面では、Ｓ偏光入射光に比べＰ偏光入射光の半値波長が低くなる。この場合、Ｓ偏光で入射した光は、青反射コーテイング面のＳ偏光半値波長λsに従い反射光と透過光に分離される。画像情報が白の時、光は青用反射型液晶表示素子にてＰ偏光光に偏光変換され、青反射コーテイング面に再入射される。今度は、Ｐ偏光半値波長λpに従い反射光と透過光に分離される。この際、半値波長が低くなっている分、反射せずに、透過してしまう波長帯域がある。この透過した波長帯域の光は、映像表示装置で活用することができないために、上記半値波長差分の光は失われ、明るさの減少及び色性能の劣化が起こる。同様のことが赤反射面でも起る。従って、この波長帯域のずれの分の光を利用できないということになる。これにより映像表示装置として、光利用効率の低下及び、色度性能の低下の問題が発生する。

また、映像表示装置はコントラストが重要な性能の一つであるが、コントラスト向上のために、照明系と偏光ビームスプリッタの間と、偏光ビームスプリッタと投射レンズの間の両方あるいは何れか一方に、偏光板を挿入するのが効果的であるが、従来の構成では、赤色、緑色、青色の全ての光が、偏光板を通過するため、偏光板の温度上昇が発生し、コントラストの低下、偏光板のヤケ等の問題が発生していた。

特開平０４−６３３１８号公報特開平０９−０５４２１３号公報

以上より、映像表示装置の明るさ及び画質を維持しながらの光学系および投射型映像表示装置自体の大きさ低減および重量低減およびコスト低減という観点からの対応が必要となっている。

以上の従来技術では、映像表示装置の明るさ及び画質上の性能を確保しつつ、装置自体の大きさ低減、重量低減及びコスト低減を実現する方法が課題となっている。すなわち、明るさ確保、コントラスト向上、装置自体の大きさ低減、重量低減、コスト低減のために、偏光ビームスプリッタと色分離合成手段であるダイクロイックプリズムの光効率向上と、反射型パネルに入出射するための方式の工夫と、それぞれの効率的な配置の工夫が必要となっている。

本発明では、上記した従来技術での課題事項に関して、小型・低コスト下で、明るさや高画質性能を確保できる映像表示技術の提供が目的である。

光源ユニットの出射光から映像信号に応じた光学像を形成する反射型映像表示素子と、該反射型映像表示素子に光を照射する照明光学系と、該反射型映像表示素子から出射した光を投射する投射手段とを備える映像表示装置用の光学エンジンにおいて、前記反射型映像表示素子の光軸上に、光の偏光方向を変換する偏光変換素子２個と特定波長域のみの光を反射または透過する色分離合成手段２個との組合せ構成、または、該偏光変換素子３個と該色分離合成手段１個との組合せ構成を設ける。かかる構成により、従来２〜３個色分離合成手段と３個以上の偏光ビームスプリッタを組み合わせて、ＲＧＢ各色の反射式映像表示素子に光を入出射させる方式が一般的であり、合計５〜６個の偏光ビームスプリッタと色分離合成手段を必要としていた。これを合計４個に低減できるので、小型化と軽量化及び大幅低コスト化も可能となる。

また、色合成手段を偏光変換素子の後の光路上で、かつ投射レンズ直前の光軸上に配置した構成とする。これにより、色合成手段のみでＲＧＢ各色の光を合成でき、光学素子の部品点数が低減できる。また、色合成の波長帯域を制御でき、かつ、傾斜膜等の色合成の誘電体多層膜を配置可能とできるので、色の均一性及び純度を高めることが可能である。また光学性能の向上とともに、小型化、軽量化、大幅低コスト化できるようになる。

また、反射型映像表示素子のＲＧＢ各３枚に光を入出射する略直前位置に２個の偏光変換素子を用い、2個の偏光変換素子に光を入射させる略直前部位に別の偏光変換素子または色分離手段を１個組合わせ、かつ反射型映像表示素子のＲＧＢ３枚の各々を反射した映像である出射光は、2個の偏光変換素子により検光され、この出射光が通過する部位に色合成手段を1個配置し、かつ色合成手段からの出射光を投射手段によりスクリーン面等に投射する構成とする。

かかる構成では、色分離手段のみでＲＧＢ各色の光を分離でき、光学素子の部品点数が低減できる。また、各色パネルに入射する光の色に対し、色分離の波長帯域を制御でき、かつ、傾斜膜等の色分離の誘電体多層膜を配置可能とできるので、色の均一性および色純度を高めることが可能である。この構成により、さらなる光学性能の向上と、さらにこの構成により、小型化と軽量化および部材と装置が小型軽量化する効果と、これにより、コストも大幅に低減できる効果がある。

さらには、反射型映像表示素子に入出射する光軸上に前記偏光変換素子２個と前記色分離合成手段２個、または前記偏光変換素子３個と前記色分離合成手段１個の組合せ構成と、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波選択波長板と、を有する光学系構成とする。これにより構成のどの位置でも、何枚でも挿入でき、ＲＧＢ等の各色の波長帯域の光の偏光方向を自由に変換できるので、色分離合成手段を通過するＰ偏光光とＳ偏光光によるダイクロイック膜の特性変化の影響を低減でき、かつ偏光ビームスプリッタでの色分離あるいは色合成の効率が向上し、本発明の構成が容易に実現できるようになる。

光源と、特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子の間に、Ｇ光のみを透過または反射させることにより分離する緑色光分離手段、例えばダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズム等を配し、Ｇ光をあらかじめ分離せしめる。分離されたＧ光は専用の偏光ビームスプリッタと映像表示素子を用いて映像を得る。かかる構成により、エネルギーをＧ光と、赤、青色光とに分離でき、各光路における熱量を分散させ、偏光板等の耐熱性の低い光学部品の使用が可能となる。

緑色光分離手段により、分離されたＲ光、青色光は、特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子により、何れか一方の光のみ偏光方向を変換され偏光ビームスプリッタに入射する。この時特定波長域はＧ光の領域、即ち、略５１０〜５８０ｎｍの帯域を境に特性が変化するようにする。偏光ビームスプリッタにより偏光方向の異なるＲ光、青色光は分離され、それぞれの映像表示素子により偏光変換され、反射し、偏光ビームスプリッタにより、映像を得る。ここで、さらに再び特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子を用いて、偏光方向をそろえてもよい。かかる構成により、一つの偏光ビームスプリッタにより、同時に二色の画像を得ることができ、ダイクロコート等による色分離を行い、それぞれの光路に偏光ビームスプリッタを配置する場合に比べ、小型かつ軽量な光学エンジンの設
計が可能となる。緑、赤及び青色光の映像は色合成手段、例えば、ダイクロイックミラーないしはダイクロイックプリズムにより合成され、一つのカラー映像として投射レンズによりスクリーンに投影される。

かかる構成により、色分離・合成手段を分離し、通過する光の偏光をＳ偏光もしくはＰ偏光に限定できるため、光利用効率の低下、色度性能の低下を防ぐことができる。また、Ｇ光を、映像表示素子の直前に配される偏光ビームスプリッター入射前に分離するため、光エネルギーが分散される。これにより、緑色光分離手段と映像表示素子の直前に配される偏光ビームスプリッターの間に偏光板等を挿入することが可能になり、投影画像のコントラストの向上が可能となる。偏光ビームスプリッタと投射レンズとの間も同様に、緑色のみ分離されているため、光エネルギーが分散され、偏光板の挿入が可能となる。

さらに、赤、青色光の光路において偏光分離素子と色合成手段との間に、特定波長帯域の光を偏光変換する光学素子を挿入し、光学素子の出射光が、色合成手段において反射されて投射手段に入射する場合にはＳ偏光、透過されて投射手段に入射する場合にはＰ偏光となるようにすることにより、色合成手段での反射、透過特性を向上させることができる。

または、前記色分離合成手段はダイクロイックプリズムであり、その色分離方向の光軸に対し垂直方向の一角辺を他角辺より大きな面取り部を設け、該面取り部に構造部材あるいは、他の光学部材を配置した構成とする。この構成により、これらの光学素子を筐体に組込む場合に、大きな面取り部に対向する光学素子の角部分を配置させることで、光学配置において偏光変換素子と色分離合成手段との互いの干渉を防止でき、また、この角面取り部分に筐体を挿入し、これらの光学素子の保持を容易にすることができ、４個の光学素子及び手段を高密度に配置することが可能となる。これにより、装置全体の小型化、軽量化をさらに進歩させることができ、かつ、製造時に組み込み方向を容易に認識できるようになる。

また、色分離合成手段の誘電体多層膜、たとえばダイクロイックコートを、色分離合成方向の光軸に対し所定角度で配置されている、誘電体多層膜の面の長手方向に対し、傾斜膜付けを施した構成とする。これにより、各色パネルに入出射する光の色に対し、色分離の波長帯域を制御でき、かつ、傾斜膜等の色分離の誘電体多層膜を配置可能とできるので、色の均一性及び色純度を高めることが可能である。この構成により、さらに光学性能を向上できる。

本発明の光学エンジンでは、第１の光と、第２及び第３の光を分離する分離手段と、該第１の光を第１の映像表示素子に導く第１のプリズムと、該第２及び該第３の光を第２、第３の映像表示素子に導く第２のプリズムと、該第１〜該第３の光を合成する合成手段とを備え、該第１の光が入出射する該第１のプリズム面の一方に第１の色調整膜を設け、該第２及び該第３の光が入出射する面のいずれか一方の面に第２の色調整膜を設ける。また、この発明において、該合成手段を第３のプリズムとし、該第１の光が入出射する該第１のプリズム面及び該第１の光が入射する該第３のプリズム面のいずれか一方の面に該第１の色調整膜を設け、該第２の光及び該第３の光が入出射する該第２のプリズム面及び該第２の光及び該第３の光が入射する該第３のプリズム面の面のいずれか一方の面に該第２の色調整膜を設ける。また、第１の光の光路及び第２の光の光路の一方に偏光変換素子を設け、該色調整膜及び該偏光変換素子によって色調整する。

また、本発明の光学エンジンでは、第１の光と、第２及び第３の光を分離する分離手段と、該第１の光を映像表示素子に入射して検光する第１の偏光ビームスプリッタと、該第２及び該第３の光それぞれ第２及び第３の映像表示素子に入射して検光する第２の偏光ビームスプリッタと、該第１から該第３の光を合成する合成手段と、該第１の光の光路及び該第２及び該第３の光路の一方の光路に設けられた偏光変換素子とを備え、該分離手段と該偏光変換素子によって色調整する。この発明において、該第２の偏光ビームスプリッタ入出射面にそれぞれ第１、第２の特定波長域偏光変換素子を設け、該分離手段と、該第１及び該第２の特定波長域偏光変換素子で色調整する。また、該分離手段の半値と該第１及び該第２の特定波長域偏光変換素子の半値を組み合わせて５００ｎｍ近傍の光をカットす
る。

他の光学エンジンの発明では、色分離手段と、該色分離手段で分離された第１の光を第１の映像表示素子に入射し、該第１の映像表示素子からの光を出射する第１のプリズムと、該色分離手段で分離された第１及び第２の光を第２及び第３の映像表示素子に入射し、該第２及び第３の映像表示素子からの光を出射する第２のプリズムと、該第１から該第３の光を合成する色合成手段と、該第１及び該第２のプリズムの少なくとも一方のプリズムの近傍に配置された偏光板とを備え、該偏光板を近傍のプリズムに貼り付ける。この発明において、該色合成手段をプリズムで構成し、該プリズム近傍に配置された偏光板を該プリズムに貼り付ける。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成してして出射手段で出射する光学エンジンにおいて、該色分離手段をダイクロイックミラー及びダイクロイックプリズムのいずれかで構成し、該色合成手段をダイクロイックミラー及びダイクロイックプリズムのいずれかで構成し、該色分離手段の半値波長と該色合成手段の半値波長を異なる値に設定して、色純度を向上させる。

また、本発明の光学エンジンでは、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムからなるダイクロイック素子を使用する光学エンジンにおいて、該ダイクロイック素子にダイクロイックコートを設け、該ダイクロイックコートの厚さを光の入射角度によって変化させる。

また、本発明の光学エンジンでは、偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムからなるプリズムを使用する光学エンジンにおいて、該プリズムの用途に応じて硝材を変える。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段と、検光用の偏光ビームスプリッタと、色合成手段とを備え、色分離手段及び色合成手段の一方に偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムからなるプリズムを使用する光学エンジンにおいて、該検光用の偏光ビームスプリッタ及び該プリズムの硝材を用途によって変えると共に、該プリズムの体積を該検光用の偏光ビームスプリッタの体積より小さくする。

また、本発明の光学エンジンでは、液晶を充填する枠と該液晶のカバーガラスとを有する液晶表示素子を偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムからなるプリズムに直接接着する。

また、本発明の光学エンジンでは、偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムからなるプリズムに調整板を接着し、該調整板に液晶を充填する枠と該液晶のカバーガラスとを有する液晶表示素子を接着する。

また、本発明の光学エンジンでは、第１のプリズム片と第のプリズム片とを貼り合わせて構成されたプリズムを有する光学エンジンにおいて、該第１のプリズム片の長さを該第２のプリズム片の長さに比べて短くして、該第１のプリズム片と該第２のプリズム片の間に段部を設けるように該第１のプリズム片と該第２のプリズム片を貼り合わせたプリズムを複数備え、該段部を用いて、複数のプリズム間の位置決めをする。この発明において、該第１のプリズム片を載置する台部と該第２のプリズム片を載置する第２の台部とを複数備えた組立金具を設け、該複数のプリズムを該組立金具に取り付ける。また、光が液晶表示素子に入射される光路に設けられたプリズムは光の入射側を第２のプリズム片とし、光の出射側を第１のプリズム片となるように配置し、光が液晶表示素子から出射される光路に設けられたプリズムは光の入射側が第１のプリズム片とし、光の出射側が第２のプリズム片になるように配置する。

また、本発明の光学エンジンでは、第１のプリズム片と第のプリズム片とを貼り合わせて構成されたプリズムと、該プリズムの近傍に配置された液晶表示素子と、該プリズムと該液晶表示素子の間に配置された波長板とを有する光学エンジンにおいて、該第１のプリズム片の長さを該第２のプリズム片の長さに比べて短くして、該第１のプリズム片と該第２のプリズム片の間に段部を設けるように該第１のプリズム片と該第２のプリズム片を貼り合わせて段部を有するプリズムを構成し、該第１のプリズムの該段部と接する面を基準にして該波長板を調整する。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成して出射手段で出射する光学エンジンにおいて、該色合成手段に入射される緑色光はＳ偏光光であり、赤光及び青光はＰ偏光光であり、緑色光を変調する映像表示素子の出射光軸と該色合成手段の出射光軸を略直角とする。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成して出射手段で出射する光学エンジンにおいて、該色合成手段に入射される緑色光はＰ偏光光であり、赤光及び青光はＳ偏光光であり、緑色光を変調する映像表示素子の出射光軸と該色合成手段の出射光軸を略平行とするように構成する。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成して出射手段で出射する光学エンジンにおいて、色分離合成手段と、該色分離合成手段に近接してそれぞれ略直交して配置された第１及び第２の映像表示素子とを備え、該色分離合成手段に入射された光を第１の光及び第２の光に分離してそれぞれ該第１及び該第２の映像表示素子に入射し、該第１及び該第２の映像表示素子から得られた該第１及び該第２の光を合成した該色分離合成手段の出射光の光軸は該色分離合成手段に入射する光の光軸と略直交し、該色分離合成手段の出射光軸は該出射手段の光軸とが略平行になるように構成する。

また、本発明の光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成して出射手段で出射する光学エンジンにおいて、光軸変換手段を設け、該色分離手段と、該該映像表示手段と、該色合成手段とで色分離合成ユニットを構成し、該色分離合成ユニットに入射され光の光軸と該色分離ユニトから出射される光の光軸とが略平行になるように構成し、該色分離合成ユニットから出射される光を該光軸変換手段で光軸を変換して該投射手段に入射するように構成する。また、これらの光学エンジンを用いた投射型映像投射装置は、光軸を平行にするレンズを設けたスクリーンと、該投射手段の出射光の光軸を変更する光軸変換手段とを設け、該投射手段から出射された光の光軸を変換して該スクリーンに投射する。

本発明による光学エンジンでは、色分離手段で分離された光を映像表示素子で変調して色合成手段で合成して出射手段で出射する光学エンジンにおいて、該映像表示素子の前にコンデンサレンズを設け、該コンデンサレンズの第一合焦点位置を該投射手段の絞り面近傍に位置するように構成する。

また、映像表示装置は、上記記載の光学エンジンを用いて構成される。

本発明によれば、小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。また、色分離手段を偏光ビームスプリッタと特定波長域偏光変換素子の組合せで行っているので、角度依存性にともなう影響が少なく、色性能の設計が容易になる。したがって、小型、高輝度、高画質の光学エンジンまたは投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。

以下、本発明の実施の形態を幾つかの実施例を用い、図面を用いて説明する。

図１は本発明による投射型液晶表示装置の第１の実施例を示す概略の平面図である。図１の実施例は、液晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子２を、いわゆる色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示している。図１において、投射型液晶表示装置には光源１があり、光源１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、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形または多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射面鏡５と、この光源１から出る光はライトバルブ素子である液晶表示素子２を通過して投射レンズ３に向かい、スクリーン４へ投影される。

光源１の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ５にて集光され、この反射面鏡リフレクタ５の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニットから出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ６に入射され、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子２に第一のアレイレンズ６の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ７を通過する。この出射光は第二のアレイレンズ７の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列へ入射される。このプリズム面には偏光ビームスプリッター８の膜付けが施されており、入射光は、この偏光
ビームスプリッター８にてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光ビームスプリッタ−８内を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ／２波長板９により、偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッター８により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してからＳ偏光光として出射される。出射光はコリメータレンズ１０に入射される。

従来の反射型液晶表示素子を用いた投射型液晶表示装置では、入射偏光板と反射液晶表示素子の組合せにより、一方向の偏光光しか反射しないため反射光量が約半分になっていた。しかし、偏光ビームスプリッター８を用いるため、光源１から出射するランダムな偏光光の偏光方向を揃えて反射型液晶表示素子２に入射するため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の２倍の明るさが得られる。また、アレイレンズ６、７は、各レンズセルの個々の像が液晶表示素子２に重なり、均一な画質が得られるように作用する。

コリメータレンズ１０は、少なくとも1枚以上の構成であり、正の屈折力を有し、このＳ偏光光をさらに集光させる作用を持ち、このコリメータレンズ１０を通過した光は反射ミラ−１１、１２により光軸方向を所定方向９０°変換される。その後、光はコンデンサレンズ３０を通過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照射するために、まず色分離ミラー１３あるいは図示していないが、色分離プリズムにより、Ｇ光とＲ、Ｂ光とに2分割され、それぞれの色専用の偏光変換素子である偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射される。すなわち、Ｇ光は、本発明であるＧ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射、その後Ｓ偏光光なのでＧ専用反射型液晶表示素子２Ｇ側へ反射され、このパネルを照射する。また、Ｂ光とＲ光はＢ−Ｒ光専用偏光板１４を通過し、本発明であるＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過してＢ光あるいはＲ光のどちらかの偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、例えば、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを通過してＢ専用反射型液晶表示素子２Ｂを照射する。一方、Ｒ光はＳ偏光光なのでＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにて反射された後、Ｒ専用反射型液晶表示素子２Ｒを照射する。もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、ＲがＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がＰ偏光であり、ＲＧＢの一つの色がＳ偏光光に変換され、残りの二色がＰ偏光光となる場合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの入射側にはＳ偏光光を透過するＲＢ専用入射偏光板１４およびＧ専用入射偏光板１５を配置し、各色の偏光度、色純度を高めることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表示素子２で偏光を変換され、光は再び各色専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。

この反射型映像表示素子２は、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光が偏光ビームスプリッタ２により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、偏光ビームスプリッタ２の偏光度との関係で偏光ビームスプリッタを通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、本発明のＧ専用偏光ビームスプリッタ１６ＧとＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子は、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま
入射光路に沿って光源側に戻される。しかし偏光ビームスプリッタの偏光度および消光比である検光効率が微妙に性能に影響を与え、わずかに漏れたあるいは乱れた偏光光が偏光ビームスプリッタを通過して出射側の色合成ミラー１９あるいは色合成プリズムを通過して投射レンズ２０側へ照射され、黒表示時に僅かの明るさをスクリーン上にて検知する。これによりコントラスト性能が低下する場合がある。

当然ながら、偏光変換素子および色分離合成プリズムを構成する誘電体多層膜は、これに入射される特定波長帯域の光に対し、そのＰ偏光光の透過効率あるいは反射効率およびＳ偏光光の透過効率あるいは反射効率、あるいは円偏光光に対する透過効率あるいは反射効率が、ピーク値をとるように、限定波長域専用の誘電体多層膜付けを施した構成、たとえば５００ｎｍ近傍から６００ｎｍ近傍迄の波長帯域のＧ光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したＧ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、４００ｎｍ近傍から５００ｎｍ近傍迄と、６００ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍迄の2つ以上の波長帯域でのＲ光およびＢ光専用の最適な誘電体多層膜付けを施したＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを用いることにより、誘電体多層膜の膜付けが容易となり、かつ透過効率および反射効率、さらには上記検光効率も従来よりも向上する。このため、高精度な色再現性と高輝度、高効率コントラスト等を実現した反射型液晶表示装置を提供できる。さらに、場合により傾斜膜、すなわち光の入射角度によって誘電体多層膜の厚さを変えた膜を付加することにより、より均一性の高いかつ色純度の高い映像を表示できる。

偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを出射した光は特定波長域偏光変換素子１８によって、Ｒ光又はＢ光の一方の偏光方向が変換され、Ｒ光、Ｂ光共に例えばＳ偏光光に変換されてダイクロイックミラー１９に入射される。その後、映像であるＲＧＢ各色の光はダイクロイックミラー等の色合成ミラー１９あるいは図示していないがダイクロイックプリズムにより再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段（例えば投射レンズ）２０を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この３枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源２１により、ランプおよびパネル等の駆動を行っている。

従って、従来の反射型液晶表示装置では、光源の光を少なくとも１つ以上の色分離プリズム、あるいは色分離ミラーでＲＧＢの３色光に分離した後、少なくとも３つ以上の偏光ビームスプリッタにてＲＧＢ各色光を検光し、さらに色合成プリズムで3色を合成してから投射レンズにてスクリーン上へ映像を投射していたので、装置全体が大形、重量の重い、高コスト化する傾向にあった。本発明によるＧ専用およびＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。したがって、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。

図２は、本発明による第２の実施例を示す概略の平面図である。反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、例えば反射型液晶表示素子、あるいは反射型強誘電映像表示素子、あるいは駆動マイクロミラー映像表示素子等、から出射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇと偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子で検光された映像であるＲＧＢ各色の光は、ダイクロイダイクプリズム１９ａにより、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。本発明のプリズム１９ａは、光線がケラレないように偏光ビームスプリッタよりサイズを大きくしてあるもので、全体の構成を小型化するために、偏光ビームスプリッタとの大きさが異なる構成となっている。またダイクロイックコートで傾斜膜等も単独で自由設定できるので、均一な色純度の高い映像を提供できる。

また、本発明の構成により、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子を筐体に角面取り部２９の支持部等を設け、これにこの光学素子の角面取り部２９を支持させることで、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子の保持および位置決めを容易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。また、この角面取り部２９により、発生した、スペース余裕に別の光学部材、たとえばレンズあるいは他の光学素子等を配置し、高密度配置した場合の互いの干渉をさけ、小型化を達成できる。

図３は、本発明による第３の実施例を示す平面図である。照明光はコンデンサレンズ３０を通過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを照射するために、まず特定波長域偏光変換素子２８にて所定の波長帯域の光の偏光方向を変換する。この場合は照明光がＳ偏光ならばP偏光に変換し、広帯域用偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢにより、各色光に分離される。例えば特定波長域偏光変換素子２８でＧ光の偏光が変換された場合、偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢによりＧ光とＲ、Ｂ光とに2分割され、それぞれの色専用の偏光変換素子である偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射される。すなわち、Ｇ光は、特定波長域偏光変換素子２７にてＰ偏光光をＳ偏光光に偏光方向を変換し、Ｇ専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射、その後Ｓ偏光光なのでＧ専用反射型液晶表示素子２Ｇ側へ反射され、この液晶表示素子２Ｇを照射する。また、Ｂ光とＲ光はＢ−Ｒ光専用偏光板１４を通過し、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過してＢ光あるいはＲ光のどちらかの偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、例えば、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、Ｒ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを通過してＢ専用反射型液晶表示素子２Ｂを照射する。一方、Ｒ光はＳ偏光光なのでＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにて反射された後、Ｒ専用反射型液晶表示素子２Ｒを照射する。

もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、Ｒ光がＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がＰ偏光であり、ＲＧＢの一つの色がＳ偏光光に変換され、残りの二色がＰ偏光光となる場合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの入射側にはＳ偏光光を透過するＲＢ専用入射偏光板１４およびＧ専用入射偏光板１５を配置し、各色の偏光度およびまたは色純度を高めることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表示素子２で偏光を変換され、光は再び各色専用偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。

この反射型映像表示素子２は、表示する画素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、液晶表示素子２の各画素の偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向になった光が出射され、偏光方向の一致した光が偏光ビームスプリッタ１６により検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、偏光ビームスプリッタ１６の偏光度との関係で偏光ビームスプリッタ１６を通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、Ｇ専用偏光ビームスプリッタ１６ＧとＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子は、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂが黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。その後、映像であるＲＧＢ各色の光はダイクロイックミラー１９あるいは図示していないがダイクロイックプリズムにより、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。前記投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。この３枚の反射型液晶表示素子を用いた反射型液晶表示装置は、電源２１により、ランプおよびパネル等の駆動を行っている。

従って、従来の反射型液晶表示装置では、光源の光を少なくとも１つ以上の色分離プリズム、あるいは色分離ミラーでＲＧＢの３色光に分離した後、少なくとも３つ以上の偏光ビームスプリッタにてＲＧＢ各色光を検光し、さらに色合成プリズムで3色を合成してから投射レンズにてスクリーン上へ映像を投射していたので、装置全体が大形、重量の重い、高コスト化する傾向にあった。本発明によるＧ専用およびＲ−Ｂ専用偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などでは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。また、色分離手段を偏光ビームスプリッタと特定波長域偏光変換素子の組合せで行っているので、角度依存性にともなう影響が少ないので、色性能の設計が容易になる。従って、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。

図４は本発明による第４の一実施例を示す平面図である。図３の実施例の効果に加えて、反射型映像表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ、から出射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇと偏光ビームスプリッタ１６ＲＢである偏光変換素子で検光された映像であるＲＧＢ各色の光は、ダイクロイックプリズム１９ａにより、再び色合成されて、光は投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。投射手段２０により、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。本発明のプリズム１９ａは、光線がケラレないように偏光ビームスプリッタよりサイズを大きくしてあるもので、全体の構成を小型化するために、偏光ビームスプリッタとの大きさが異なる構成となっている。またダイクロイックコートで傾斜膜等も単独で自由設定できるので、均一な色純度の高い映像を表示できる。

また、本発明の構成により、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子を筐体に角面取り部２９の支持部等を設け、これにこの光学素子の角面取り部２９を支持させることで、ダイクロイックプリズム１９ａのような光学素子の保持および位置決めを容易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。また、この角面取り部２９により、発生した、スペース余裕に別の光学部材、偏光変換素子である偏光ビームスプリッタ１６ＲＧＢを配置し、高密度配置した場合の互いの干渉をさけ、小型化を達成できる。図５は本発明による映像表示装置の第５の実施例を示す平面図であり、特に光学系の構成を示している。

図５において、映像表示装置には光源１と反射リフレクタ２からなる光源ユニットが設けられ、光源ユニットから出される光は偏光整流素子３１、例えば偏光板、または偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を通過し、Ｐ偏光光として整流された光は、緑色分離ミラー１３によってＧ光（緑色光）と、Ｒ光（赤色光）およびＢ光（青色光）に分離される。分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射し、Ｐ偏光光である入射光は透過し、映像表示素子である反射型液晶表示素子２Ｇに入射し、映像信号に応じた偏光変換を受け反射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６Ｇは、入射光に対して、反射型液晶表示素子２Ｇにより受けた偏光変換量に応じて光を検光、すなわち入射光のうち偏光変換を受けて発生したＳ偏光成分のみを反射し映像を得る。

緑色分離ミラー１３により分離されたＲ光及びＢ光は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｒ光のみＳ偏光光に偏光変換され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｓ偏光光であるＲ光は反射し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射する。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。また、Ｂ光はＰ偏光光として偏光ビームスプリッタ１６ＲＢを透過し、反射型液晶表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢ
に再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。

ここで図には示していないが、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｂ光のみＳ偏光光に偏光変換してもよい。このとき、偏光変換されたＢ光はＳ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｓ偏光光であるＢ光は反射され、反射型表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。また、Ｒ光はＰ偏光光として偏光ビームスプリッタを透過し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され
偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。

それぞれに得られた赤、青、緑各色の映像は色合成手段１９、例えばダイクロイックミラーや、ダイクロイックプリズムにより合成され、投射レンズ２０により投影される。この時、必要に応じて、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８を挿入し、Ｒ光とＢ光の偏光方向をそろえてもよい。さらにこの時、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換させる波長域を設定することにより、偏光スクリーンの使用が可能となる。

あるいは、Ｇ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６Ｇで検光された光に対し、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する偏光変換素子３２を配置し、色合成ミラー等の色合成手段１９に対しＰ偏光光で入射する様にし、さらに、赤色およびＢ光路において、Ｒ光、Ｂ光の一方または両方の偏光方向をＳ偏光光になるように、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換波長帯域を設定する。これにより、色合成手段１９であるダイクロイックミラーまたはダイクロイックコートの偏光特性により、Ｇ光の透過帯域を広げ、かつＲ光、Ｂ光の一方または両方の反射帯域を広げることが可能となる。

さらに、偏光ビームスプリッタ１６Ｇおよびないし、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射側およびないし出射側に偏光整流素子３３、３４、３５を配置してもよい。この時、赤およびＢ光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射前に配置する偏光整流素子３３は、特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子１７の入射前に配置する。また、赤及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射後に配置する偏光整流素子３５は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の出射後に配置する。本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色むら等を改善できる。

図６は本発明による映像表示装置の第６の実施例を示す平面図であり、光学系の構成をしめしている。図６において、映像表示装置には、光源１、反射リフレクタ５からなる光源ユニットがあり、光源１は白色ランプである。光源ユニットから出される光は偏光整流素子８、例えば偏光板、ないしは偏光変換素子（偏光ビームスプリッタ）を通過し、Ｓ偏光光として整流された光は、緑色分離ミラー１３によってＧ光と、Ｒ光およびＢ光に分離される。

分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇに入射し、Ｓ偏光光である入射光は反射し、映像表示素子である反射型液晶表示素子２Ｇに入射し、映像信号に応じた偏光変換をうけ反射され、偏光ビームスプリッタ１６Ｇに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６Ｇは、入射光に対して、反射型液晶表示素子２Ｇにより受けた偏光変換量に応じて光を検光、すなわち入射光の内、偏光変換を受けて発生したＰ偏光成分のみを反射し、映像を得る。

緑色分離ミラー１３により分離されたＲ光およびＢ光は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｒ光のみＰ偏光光に偏光変換され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｐ偏光光であるＲ光は透過し、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射する。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。また、Ｂ光はＳ偏光光として偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより反射され、反射型液晶表示素子２Ｂに入射する。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。ここで図には示していないが、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７により、Ｂ光のみＰ偏光光に偏光変換してもよい。このとき、偏光変換されたＢ光はＰ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢにより、Ｐ偏光光であるＢ光は透過し、反射型液晶表示素子２Ｂに入射される。反射型液晶表示素子２Ｂに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｂにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し、映像を得る。また、Ｒ光はＳ偏光光として偏光ビ
ームスプリッタ１６ＲＢで反射され、反射型液晶表示素子２Ｒに入射される。反射型液晶表示素子２Ｒに入射した光は映像信号に応じた偏光変換を受けて反射され偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに再び入射される。偏光ビームスプリッタ１６ＲＢでは、反射型液晶表示素子２Ｒにより受けた偏光変換量に応じて光を検光し映像を得る。

それぞれに得られた赤、青、緑各色の映像は色合成手段１９例えばダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムにより合成され、投射レンズ２０により投影される。この時、必要に応じて、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８を挿入し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換させる波長域を設定することにより、偏光スクリーンの使用が可能となる。

あるいは、このとき、Ｒ光及びＢ光の光路において、Ｒ光、Ｂ光の一方または両方の偏光方向をＳ偏光光になるように、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の偏光変換波長帯域を設定する。これにより、色合成手段１９であるダイクロイックミラーまたはダイクロイックコートの偏光特性により、Ｇ光の透過帯域を広げ、かつＲ光、Ｂ光の反射帯域を広げることが可能となる。

さらに、偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射側または出射側に偏光整流素子３３、３４、３５を配置してもよい。この時、赤及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射前に配置する偏光整流素子３３は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１７の入射前に配置する。また、Ｒ光及びＢ光の光路において偏光ビームスプリッタ１６ＲＢの入射後に配置する偏光整流素子３５は、特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長域偏光変換素子１８の光出射側に配置する。

本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成などは小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色むら等を改善できる。

図７は本発明における投射型映像表示装置第７の実施例を示す平面図である。図７の実施例では、液晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂをいわゆる色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示している。図７の投射型液晶表示装置において、光源１は白色ランプである。光源１から出される光は円形ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反
射面鏡５で反射されライトバルブ素子である液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを通過して投射レンズ２０に向かい、スクリーンへ投影される。

偏光ビームスプリッタ８と反射型液晶表示素子２の間には光の三原色であるのＲ光、Ｇ光、Ｂ光の内、Ｇ光のみを透過、または反射する色分離手段であるダイクロイックミラー１３またはダイクロイックプリズム等が配置され、他のＲ光及びＢ光と分離される。このダイクロイックミラー１３により分離されたＧ光は偏光ビームスプリッタ１６Ｇにより透過、または反射され、液晶表示素子２Gに入射される。この時、偏光ビームスプリッタ１６Ｇの入射側およびないし、出射側にＧ光に対し偏光整流作用を持つ偏光板１５、２９を配しても良い。液晶表示素子２Ｇに入射した光は読み出し光としてそれぞれ変調されて反射して射出され、変調光が偏光ビームスプリッタ１６Ｇによって、それぞれ検光される。また、Ｇ光と分離されたＲ光および、Ｂ光は略５１０ｎｍから５８０ｎｍの内の特定の波長以上もしくは以下の帯域のみを偏光変換する特定波長域偏光変換素子１７を通過し、Ｒ光、ないしはＢ光の内いずれか一方の色光の偏光が変化し、Ｒ光とＢ光の偏光方向は直交する。その後、偏光ビームスプリッタ１６ＲＢに入射し、偏光方向の異なるＲ光とＢ光は分離され、それぞれの液晶表示素子２Ｒ及び２Ｂに入射される。この時、前記特定波長域偏光変換素子１７の入射側に偏光整流作用を持つ偏光板１４を配しても良い。およびまたは偏光ビームスプリッタ２８ＲＢの出射側に、略５１０ｎｍから５８０ｎｍの内の特定の波長以上もしくは以下の帯域のみを偏光変換する特定波長域偏光変換素子１８を配しても良い。さらにはこの時前記特定波長域偏光変換素子１８の出射側に偏光整流作用を持つ偏光板２９を配しても良い。

液晶表示素子２Ｒ、２Ｂに入射した光は読み出し光として当該各色に対応した液晶表示素子よって、それぞれ変調されて反射して射出され、当該各色の変調光が偏光ビームスプリッタ１６ＲＢによって、それぞれ検光される。検光されたＲ光および、Ｇ光及びＢ光は色合成フィルタであるダイクロイックミラー１９ないしはダイクロイックプリズムにより合成され、投射手段２０を通過し、スクリーンに到達する。この時、色合成フィルタを透過する光路の光はＰ偏光光になるように、および色合成フィルタを反射する光路の光はＳ偏光光となるように特定波長域偏光変換素子１８を設定することにより、色合成フィルタの透過および反射帯域が広がり高効率な光学系が実現できる。投射手段２０により、液晶表示素子２に形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。また偏光板を偏光ビームスプリッタの入射および出射に設けているので、コントラストを向上できる。

本発明による偏光ビームスプリッタを２個用いる構成は小型、軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を自由に制御でき、さらに色ムラ等を改善し、性能向上を同時に実現することができる。したがって、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映像表示装置を実現できる。さらに、部品点数を削減できるので、低コスト化を達成できる。

以下、図８を用いて、本発明の実施例について説明する。図８は本発明による投射型液晶表示装置の第８の実施例を示す概略の平面図である。図において、光源（図示せず）からの光は偏光ビームスプリッタプリズムと１／２波長板との組み合わせ構成に代表される偏光変換素子１０１を通して、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換され、Ｓ偏光光はそのままＳ偏光光として出射される。偏光変換素子１０１としては、Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換されるものを用いてもよい。本実施例においては偏光変換素子１０１によって、Ｐ偏光光はＳ偏光光に変換される場合を例にとって説明する。偏光変換素子１０１を透過したＳ偏光光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー等の色分離ミラー１０２で反射され、偏光板１０３ａ、色調整膜１０４ａを通して、偏光ビームスプリッター１０５Ｇに入射される。偏光板１０３ａは本来の光であるＳ偏光光の他に混じっているＰ偏光光を除去するために使用される。色調整膜１０４ａについてはその詳細を後述する。Ｓ偏光光であるＧ光は偏光ビームスプリッタ１０５Ｇで反射され、１／４λ波長板１０６ａを通して反射型液晶表示素子１０７Ｇに入射され、液晶表示素子１０７Ｇで反射され、Ｐ偏光光に変換されて偏光ビームスプリッタ１０５Ｇより出射され、色合成用偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢに入射される。なお、１／４λ波長板１０６ａは液晶表示素子１０７Ｇの偏光軸と偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ及び照明光学系の偏光軸を揃えることを主目的として使用される。

色分離ミラー１０２を透過したＳ偏光光であるＲ光およびＢ光はＰ偏光光を除去するための偏光板１０３ｂを透過して特定波長域偏光変換素子１１２ａに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ａは本実施例ではＲ光をＳ偏光光のまま通過させ、Ｂ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換する。特定波長域偏光変換素子１１２ａを透過したＲ光、Ｂ光は色調整膜１０４ｂを透過して偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｓ偏光光であるＲ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射され、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＲ光用の反射型液晶表示素子１０７Ｒに入射され、この液晶表示素子１０７Ｒで反射され、Ｐ偏光光として再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射され、ここを透過して特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。

Ｐ偏光光に変換されたＢ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを透過した後、Ｂ光用の反射型液晶表示素子１０７Ｂに入射され、この液晶表示素子１０７Ｂで反射され、Ｓ偏光光として出射される。Ｓ偏光光であるＢ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射されて特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ｂではＲ光のＰ偏光光をＳ偏光光に変換し、Ｂ光はＳ偏光光のまま透過し、Ｓ偏光光であるＲ光、Ｂ光は、Ｂ光のＰ偏光光成分を除去し、コントラストの劣化を防ぐための偏光板１０３ｃを透過して色合成用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢに入射される。Ｐ偏光光であるＧ光は偏光ビームスプリッタ１０５もしくはダイクロイックプリズムＲＧＢを透過し、Ｓ偏光光であるＲ光およびＢ光は偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢで反射されて投射レンズ１１３に入射される。Ｒ光およびＢ光に混入されているＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの場合は透過する。なお、図において、実線はＳ偏光光を示し、点線はＰ偏光光を示す。

図８の実施例においては、色分離ミラー１０２に入射する光はＳ偏光光に変換されているが、Ｐ偏光光に変換された光を用いるように構成してもてもよい。また、特定波長域偏光変換素子１１２ａはＢ光をＰ偏光光に変換しているが、Ｒ光をＰ偏光光に変換するように構成してもよい。色調整膜１０４としては、例えば、誘電体多層膜を直接偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムに蒸着したもの、誘電体多層膜をガラスに蒸着して偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーダイクロイックミラーに張り付けたもの、カラーフィルム、又は色付きガラス等のカラーフィルタ等であり、要はある特定の波長域の透過率を下げることができるものならばなんでも適用できる。

次に、本発明の第９番目の実施例について説明する。図９は本発明による投射型液晶表示装置の第９の実施例を示す概略の平面図である。図において、図８と同じ構成要素については同じ参照番号を付して説明する。図において、光源（図示せず）からの光は偏光変換素子１０１でＳ偏光光に変換される。Ｇ光は色分離ミラー１０２で反射され、偏光板１０３ａを透過して偏光ビームスプリッタ１０５Ｇで反射され、１／４λ波長板１０６ａを通して反射型液晶表示素子１０７Ｇに入射される。液晶表示素子１０７Ｇで反射され、Ｐ偏光光に変換されたＧ光は１／４λ波長板１０６ａを透過して再び偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに入射され、ここを透過したＧ光は色調整膜１０４ａを透過して、１／２λ波長板１１５に入射される。Ｐ偏光光であるＧ光はこの１／２λ波長板１１５でＳ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢに入射され、ここで反射されて投射レンズ１１３に入射される。

一方、色分離ミラー１０２を透過したＲ光、Ｂ光は偏光板１０３ｂを透過して、特定波長域偏光変換素子１１２ａに入射される。Ｓ偏光光であるＢ光はこの特定波長域偏光変換素子１１２ａでＰ偏光光に変換され、Ｒ光はＳ偏光光のまま検光用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｓ偏光光であるＲ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射され、１／４λ波長板１０６ｂを透過して液晶表示素子１０７Ｒに入射される。液晶表示素子１０７Ｒで反射されたＲ光はＰ偏光光に変換され、１／４λ波長板１０６ｂを透過して再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｐ偏光光に変換されたＢ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを透過して反射型液晶表示素子１０７Ｂに入射される。Ｂ光はここで反射され、Ｓ偏光光に変換されて、１／４λ波長板１０６ｃを透過して再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射される。Ｐ偏光光であるＲ光とＳ偏光光であるＢ光は色調整膜１０４ｂを透過して特定波長域偏光変換素子１１２ｂに入射される。Ｓ偏光光であるＢ光はＰ偏光光に変換され、Ｒ光はＰ偏光光のまま偏光板１０３ｃを透過し、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。

図８、図９の実施例において、色調整膜１０４で光の波長を低下させる波長帯域を選択することによって、色調整を行うことができると共に、色の再現性を良好にすることができる。例えば、色調整膜１０４ａ、１０４ｂで透過率を低下させる波長帯域を選択して、イエローの波長領域とシアンの波長領域の透過率を低下させて良好な色を得るようにしてもよい。また、明るくする場合、イエロー成分を多くしてもよい。この場合、ホワイトバランスを保つために、シアンをカットするように色調整膜で１０４で調整することができる。

図８の実施例において、色調整膜１０４ａは偏光ビームスプリッタ１０５ＧのＧ光の入射面に設けられているが、図９に示すように、偏光ビームスプリッタ１０５ＧのＧ光の出射面に設けてもよい。また、色調整膜１０４ａは色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５もしくはダイクロイックプリズムＲＧＢのＧ光の入射面に設けても同様な効果を得ることができる。図８において、色調整膜１０４ｂは検光用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢのＲ光及びＢ光の入射面に設けられているが、図９に示すように、検光用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢのＲ光およびＢ光の出射面に設けてもよいし、色合成用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢのＲ光およびＢ光の入射面に設けてもよい。すなわち、色調整膜１０４は検光用の偏光ビームスプリッタ及び色合成用偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムの光の入出射面に設けても同様な効果を得ることができる。図８及び図９の実施例において、ダイクロイックミラー等の色分離ミラー１０２と特定波長域偏光変換素子１１２ａ、１１２ｂを調整して、色調整を行なうことができる。

この場合の一例について、図１０を用いて説明する。図１０は光の透過率を示す分光特性図であり、横軸は波長Ｗを、縦軸は光の出力Ｐを示す。図１０（ａ）はダイクロイックミラー１０２の出力特性曲線Ｐ０を示しており、例えば、半値で５００ｎｍ〜６００ｎｍの間の光が透過しないようにダイクロイックミラー１０２が構成されているとする。このダイクロイックミラー１０２を透過した光の内、図１０（ｂ）に示すように、６００ｎｍより波長が長いＳ１以下の光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、波長Ｓ１以上の波長の光
はＳ偏光光まで透過させるように、特定波長域偏光変換素子１１２ａの特性曲線Ｐ１を構成する。この光は液晶表示素子１０７で反射されて偏光が変換され、Ｓ１までの波長の光はＳ偏光光に変換され、Ｓ１以上の波長の光はＰ偏光光に変換される。図１０（ｃ）に示すように、波長Ｓ２以下の光は偏光せずＳ偏光光のままとし、波長がＳ１以上の光をＰ偏光光からＳ偏光光に変化するように構成された特性曲線Ｐ2を持つ特定波長域偏光変換素子１１２ｂを通過させると、波長Ｓ２〜Ｓ１まではＰ偏光光のままなので、この領域の光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射されず、そのまま通過するので、投写レンズには入射されない。このようにして、波長Ｓ１〜Ｓ２の光をカットすることができる。このようにして、ダイクロイックミラー１０２と特定波長域偏光変換素子１１２ａ、１１２ｂの組み合わせによって、波長の特定領域の透過率を変えることができる。

同様にして、特定波長域偏光変換素子１１２と色調整膜１０４の構成を変えて、明るさを改善することができる。例えば、輝線光を入れて明るさ向上を狙うため、色調整膜１０４の半値と特定波長域偏光変換素子１１２の半値を組み合わせて５００ｎｍ近傍の光、例えば、５００ｎｍ〜５１５ｎｍの光をカットして輝線光５８０ｎｍ近傍の光を入れて明るさ向上とホワイトバランスの改善を行うことができる。

また、ダイクロイックミラー１０２と色調整膜１０４の組み合わせによって、同様な効果を得ることができる。本実施例において、ダイクロイックミラー１０２はダイクロイックプリズムに置き換えることができる。このため、上述の説明において、ダイクロイックミラー１０２をダイクロイックプリズムに読み替えることができる。

図８、図９の実施例において、偏光板１０３ａは偏光ビームスプリッタ１０５Ｇの近傍に設けられ、偏光板１０３ｃは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの近傍に設けられている。これら偏光板１０３を近傍の偏光ビームスプリッタに貼り付けると、界面が削減され、光透過率を上げることができる。また、偏光ビームスプリッタ１０５は放熱効果が大きく、偏光板１０３の熱を吸収するため、偏光板１０３の冷却性をたかめることができる。なお、図８、図９の光学エンジンをダイクロイックプリズムで構成することができる。この場合、ダイクロイックプリズムに偏光板１０３を貼り付けてもよい。この場合、偏光板１０３をフィルムで構成すると好適である。

図８、図９の実施例において、ダイクロイックミラー１０２の入射面に色調整膜を設ける場合、例えば、誘電体多層膜を蒸着する場合、光の入射角が大きい部分の厚さを厚くし、光の入射角が小さい部分の厚さが薄くなるように、膜厚を変えると、半値の波長の値がシフトして、出射光の色及び色ムラを調整することができる。

また、図８、図９に示す光学エンジンをダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムで構成する場合、すなわち、色分離ミラー１０２をダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムで構成し、偏光ビームスプリッタ１０５の代わりにダイクロイックプリズムを設ける場合、色調整膜をこれらの入射面に厚さを変えて設けると同様な効果を得ることができる。

図８、図９の実施例において、検光偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ、１０５ＲＢと色合成偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの硝材を変えると好適である。例えば、検光偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ、１０５ＲＢは検光偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ、１０５ＲＢには、例えば、ＰＢＨ５３Ｗ等の複屈折量が少ない硝材を選択し、合成偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢには、例えばＢＫ７等の軽くて低コストの硝材を選択することによって、性能の最適化、低コスト化、低重量化が達成できる。

色分離ミラー１０２をダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタで構成し、偏光ビームスプリッタ１０５をダイクロイックプリズムで置き換える場合も同様に適用できる。この場合、分離用のダイクロイックプリズムを合成用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムと同様に、軽く、低コストの硝材を使ってもよい。

図８、図９において、検光用の偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ、１０５ＲＢの容積をＶ１とし、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの容積をＶ２とした場合、Ｖ１をＶ２より小さくし、上述したように硝材を選択すると、使用特性に合わせて性能の最適化が可能であり、また、低コスト硝材を使用でき、重量も低減できる。変形例として、色分離用のダイクロイックミラーにダイクロイックプリズムを使い、偏光ビームスプリッタ１０５の代わりにダイクロイックプリズムを使用する場合にも適用できる。特に色分離用及び色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢやダイクロイックプリズムの大きさを大きくすると、入出射光線がケラレないようにすることができる。この場合、硝材の透過効率、あるいは反射率などの使用目的に対して、偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムの硝材を変えることにより、性能向上、コストの軽減、比重の軽い硝材を利用して軽量化を狙える。例えば、検光偏光ビームスプリッタは高屈折で光り弾性定数の０．５×１０^-12Ｎ／ｍ²、大きさ□３２及び応力を５．３×１０⁴以Ｐａ以下である硝材で消光比を良好にするが、色分離用や色合成用のダイクロイックプリズムや偏光ビームスプリッタは比重が軽く、誘電体多層膜も含めて総合的な透過効率の良い硝材を用いれば、光線のケラレ防止で体積を大きくした場合にも、性能向上と軽量化及び低コスト化を狙える。

次に、図１１を用いて、液晶表示素子を偏光ビームスプリッタ１０５に取り付ける場合の例について説明する。図１１（ａ）、（ｂ）は偏光ビームスプリッタへの液晶表示素子の取り付け方の実施例を示す一部断面平面図である。図１１（ａ）において、液晶表示素子１０７Ｇは枠１０７に液晶材１３２が封入され、その両側にカバーガラス１３３ａ、１３３ｂが設けられている。この液晶表示素子１０７Ｇの位置を調整後、枠１３０部分を接着剤１３４ａ、１３４ｂで直接偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに接着されている。接着剤としては例えば、ＵＶ接着剤や熱硬化接着剤などを用いて硬化させても良い。本実施例において、カバーガラス１３３ａと偏光ビームスプリッタ１０５Ｇを接着剤で接着または固定してもよい。

図１１（ｂ）は他の実施例を示すもので、本実施例においては調整板１３４が設けられており、この調整板１３４が偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに接着剤１３４で接着される。液晶表示素子１０７Ｇは偏光ビームスプリッタ１０５Ｇに対して位置が調整された後、枠１３０が調整板１３４に接着または固定される。また、カバーガラス１３３ａと偏光ビームスプリッタ１０５Ｇとの間にシリコンオイルあるいは接着剤等を用いて空気層を無くすことができる。

本実施例によれば、偏光ビームスプリッタ１０５Ｇと液晶表示素子１０７Ｇ間の界面を低減させることができるため、光利用効率を上げることができる。なお、図１１の実施例では、偏光ビームスプリッタ１０５ＧとＧ光用の液晶表示素子を例にとって説明したが、Ｒ光、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂについても同様に偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに直接取り付けることによって、同様な効果を得ることができる。

次に、図１２を用いて、偏光ビームスプリッタの組立について説明する。図１２（ａ）は偏光ビームスプリッタの一実施例を示す斜視図であり、図１２（ｂ）は偏光ビームスプリッタの組立構造部の一実施例を示す斜視図である。本実施例において、図８に示す色分離ミラー１０２を偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムとした、４個のプリズムを使用した構成として示している。

図１２（ａ）において、１５１は色分離用の偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズムであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、長い三角柱のプリズム１５１Ｈと短い三角柱のプリズム１５１Ｌとから構成されている。１５２はＧ光用の偏光ビームスプリッタであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、長い三角柱のプリズム１５２Ｈと短い三角柱のプリズム１５２Ｌとから構成されている。１５３はＲ光およびＢ光用の偏光ビームスプリッタであり、貼り合わせ面に段差を設けるために、長い三角柱のプリズム１５３Ｈと短い三角柱のプリズム１５３Ｌとから構成されている。光は色分離用の偏光ビームスプリッタ１５１もしくはダイクロイックプリズムで色分離され、Ｇ光は偏光ビームスプリッタもしくはダイクロイックプリズム１５２で反射されてＧ光用液晶表示素子１０７Ｇに入射され、液晶表示素子１０７Ｇで反射されたＧ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１５４で反射されて投射レンズ（図示せず）に入射される。偏光ビームスプリッタ１５１で分離されたＲ光およびＢ光は偏光ビームスプリッタ１５３で分離されて、それぞれ液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂに入射される。液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂで反射されたＲ光、Ｂ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１５４を透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。各偏光ビームスプリッタ間の隙間には偏光板、１／２λ波長板、特定波長域偏光変換素子等が挿入される。長い三角柱のプリズムと短い三角柱のプリズムの組み合わせによって、偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４の上下にはそれぞれ段部１５５が設けられている。図１２（ｂ）において、１５７は組立構造部であり、長い三角柱のプリズム１５１Ｈ〜１５４Ｈを載置する台部１５８Ｈ〜１６１Ｈ及び短い三角柱のプリズム１５１Ｌ〜１５４Ｌを載置する台部１５８Ｌ〜１６１Ｌが設けられている。なお、この組立構造部１５７に設けられている突起部１６３は位置決めのために使用される。

図１２（ａ）の偏光ビームスプリッタを組立構造部１５７に組み立てるには、長い三角柱のプリズム１５１Ｈ〜１５４Ｈの底部を台部１５８Ｈ〜１６１Ｈに位置決め用の突起部１６３に接するように配置し、短い三角柱のプリズム１５１Ｌ〜１５４Ｌを台部１５８Ｌ〜１５８Ｌに位置決め用の突起部１６３に接するように配置する。各偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４の間には溝が施されており、偏光板や特定波長域偏光変換素子等が配置される。このとき、バネやフォーム等で位置決めされると精度良く配置できる。本実施例においては、偏光ビームスプリッタ１５１〜１５４に段部を設け、この段部で位置決めを行っているために、偏光ビームスプリッタの誘電体多層膜の面が基準面となり、組立精度が向上し、したがって、性能も向上する。

また、図より明らかなように、本実施例においては、色分離用の偏光ビームスプリッタ１５１は光の入射側のプリズム１５１Ｈの面積を広くし、出射側偏光ビームスプリッタ、すなわち色合成用の偏光ビームスプリッタの出射側のプリズム１５４Ｈの面積を広くしている。光は液晶表示素子に到達するまでは、先に行くに従って光の透過面積を小さくする方が好適であり、液晶表示素子から出射された光は先に行くにしたがって透過面積が大きくなるように設定して光のケラレを防ぐようにすると好適である。本実施例ではこの様な効果を達成することができる。なお、図１２において、一部の偏光ビームスプリッタをダイクロイックプリズムで構成する場合においても同様な効果を得られることは言うまでもない。

次に、１／４λ波長板の調整機構について、図１３を用いて説明する。図１３は１／４λ波長板の取付を説明するための側面図である。図において、１６０は１／４λ波長板１０６ａの取付板であり、偏光ビームスプリッタ１４２からの光が透過するための窓が設けられている。１／４λ波長板１０６ａは軸１６１に固定されている。軸１６１は取付板１６０に回転可能に取り付けられており、液晶表示素子１０７Ｇとの光の偏光軸が合うように調整され、調整後取付板１６０に固定される。１／４λ波長板１０６ａの回転軸の中心はプリズム１５２Ｌの上面に合わせて位置決めされている。すなわち、１／４λ波長板１０６ａは偏光ビームスプリッタ１５２の上面あるい下面、もしくは出射側あるいは左右の面を基準としている。したがって、液晶表示素子交換時も基準が一定であり、もとの位置が明確なため、調整手順を明確にすることができる。上記の実施例は他の１／４λ波長板の取付にも適用できることは言うまでもない。

図８、図９において、各偏光ビームスプリッタ１０５Ｇ、１０５ＲＢ、１０５ＲＧＢには光の透過又は反射に寄与しない面があるが、これらの面での光の乱反射を防ぐために、これら光の透過又は反射に使用しない面をすりガラスにしたり、黒く塗りつぶすと好適である。偏光ビームスプリッタをダイクロイックプリズムに置き換えた場合も同様である。

図９を参照すると、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射するＧ光はＳ偏光であり、ＲＢ光はＰ偏光光であり、かつＧ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの出射光軸と色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの出射光軸は直角になるように配置されている。色合成用の偏光ビームスプリッタＲＧＢの代わりに、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができる。

図９に示す色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの代わりにダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いた場合、色合成用のダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズム内で、反射光として他の光と合成される光はＳ偏光光の方が効率がよく、逆に透過光として合成される光はＰ偏光光の方が効率がよい。すなわち、反射光がＳ偏光光の場合は、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムに設けられた誘電体多層膜の反射帯域幅が広くなり、帯域シフト等による膜特性の影響を受け難い。また、透過光がＰ偏光光の場合には、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムに設けられた誘電体多層膜の透過帯域幅が広くなり、帯域シフト等による膜特性の影響を受け難い。従って、Ｇ光はＳ偏光で反射光とし、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムを透過するＰ偏光と合成し、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムによって反射される光軸方向に出射するように構成すると効率がよい。

一方、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを用いる場合は、Ｇ液晶表示素子１０７Ｇからの光を偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射させ、ＲＢ光と合成して出射するように構成した場合、当然ながら反射光をＳ偏光光とし、透過光をＰ偏光光とする必要がある。

図８においては、色合成手段である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射されるＧ光はＰ偏光光であり、ＲＢ光はＳ偏光光であり、かつ、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの出射光と平行になるように出射手段である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの出射光軸が設けられる。

図８の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの代わりにダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができる。この場合、色合成用のダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムを透過される光はＰ偏光光が効率がよい。また、逆に反射光として、透過光と合成される光はＳ偏光光の方が効率がよい。すなわち透過光がＰ偏光光の場合は、ダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムに設けられた誘電体多層膜の帯域幅が広くなり、帯域シフト等による膜特性の影響を受け難い。また反射光がＳ偏光光の場合も同様の効果を得ることが出来る。

従って、Ｇ光はＰ偏光で透過光とし、ＲＢ光はＳ偏光光としてダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムで反射させ、これらの光を合成し、色合成手段であるダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムを透過する光軸方向に出射する構成とすると効率がよい。

図８に示すように、色合成手段として、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを使用する場合には、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの光を透過光として偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射光と合成して出射する構成では、当然ながら透過光はＰ偏光光であり、Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光とする必要がある。

また、図９を参照すると、Ｒ光用の液晶表示素子１０７ＲとＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂは略直角に配置され、Ｒ光及びＢ光を分離合成する分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢの入射光軸と出射光軸とは略直角であり、この出射光軸と略平行に投射レンズ１１３が配置されるように構成されている。本実施例において、分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢの代わりに、ダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを用いることができることは言うまでもない。

光学エンジンを図９に示すように構成することによって、図１４に示すような映像表示装置が得られる。図１４は本発明による映像表示装置の一実施例を示す概略斜視図である。図において、光学系を透視して示している。図において、１７１は照明光学系であり、１７２は図９に示すような光学エンジンである。照明光学系１７１から光の分離合成ユニット１７２に入射された光の光軸は略直角に曲げられて光の分離合成ユニット１７２から出射される。この光は投射レンズ１１８を通してキャビネットの背面に設けられた反射ミラー１７４で反射されてスクリーン１７５に投射される。この場合、分離合成ユニット１７２と投射レンズ１１８の光軸をシフトさせて背面の反射ミラー１７４への入射角度を変化させてもよい。これによりミラーサイズを小さくし、また、セットの奥行き方向サイズを小さくできる。また、この場合、検光プリズムと色合成プリズムの光軸をシフトしてもよい。さらには投射レンズ１１８の光軸と色合成プリズムの光軸を段階的にシフトしてもよい。

図１５は光学系の他の実施例を示す斜視図である。図は図１４と比較して、光軸を変換するためのミラー１７６が設けられている点が異なる。本実施例ではミラー１７６を設けることによって、直接スクリーンに映像を投射することができる。

図８を参照すると、図８の光学エンジンにおいては、これに入射される光の光軸、すなわち、色分離ミラー１０２に入射される光軸と、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから投写レンズに出射される光軸は略平行になるように構成されている。なお、図において、偏光ビームスプリッタをダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムに置き換えることができることは当業者ならば当然のことである。

図１４及び図１５の実施例においては光学系をコンパクトに配置することができる。

図８に示す光学エンジンを用いた映像表示装置について、図１６を用いて説明する。図１６は本発明による映像表示装置の他の実施例を示す概略斜視図である。図において、照明光学系１７１から光学エンジン１７８に入射する光の入射軸と光学エンジン１７８から出射される光軸とは略平行になっており、光学エンジン１７９から出射された光は反射ミラー１７９で反射されて投写レンズ１１８に入射され、キャビネット１７３の背面に設けられた反射ミラー１７４で反射されてスクリーン１７５に投射される。本実施例においては、投写レンズのバックフォーカスを短くすることができるので、投射レンズの枚数を低減して小型化することができる。

図１７は光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。図においては反射ミラー１７９を使用しない配置例である。図１６の実施例と比較して、映像表示装置は縦方向に多少長くなるが、横方向に短くすることができる。

図１４及び図１６において、投射レンズからの出射光をキャビネット１７３の背面に設けられた反射ミラー１７４によってスクリーン１７５に投射する場合、スクリーン１７５に一体にレンズ、例えばフレネルレンズを設けて広がりのある光を略平行にするとセットの小型化を達成することができる。

図１において、液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの前に配置されたコンデンサレンズ３０を投射レンズ２０と一体と考え、投射レンズ２０の絞り面近傍に第一合成焦点位置が存在するように構成すると、偏光ビームスプリッタ１６Ｇ、１６ＲＢ、色合成ミラー１９を通過する光束を絞ることができるため、これらを小型にすることができる。特に色合成ミラー１９の代わりに、色合成偏光ビームスプリッタ又はダイクロイックプリズムを用いた場合には、プリズムが軽くなり、安価になる効果が得られる。

図８または図９において、色分離ミラー１０２の代わりにダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーを用い、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの代わりに、ダイクロイックプリズムまたはダイクロイックミラーを用いた場合、色分離ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーの半値波長と色合成ダイクロイックプリズム又はダイクロイックミラーの半値波長とを異なる値とすることにより、不要光を排除し、色純度を向上させることができる。例えば、入射のダイクロ特性、すなわちバンドパスフィルタの低域半値波長を５００ｎｍ、高域半値波長５９０ｎｍとし、出射プリズムのダイクロ特性の低域半値波長を５１０ｎｍ、高域半値波長５８０ｎｍと規定すると、５００ｎｍ〜５１０ｎｍのシアンと５８０ｎｍ〜５９０ｎｍの間の黄色光を排除することができる。この組み合わせは特定波長域偏光変換素子とダイクロイックの組み合わせでも可能であり、さらには特定波長域偏光変換素子と偏光ビームスプリッタの組み合わせでも可能である。カットする光は近紫光、近赤外光であっても良く、組み合わせは十である。

本発明による投射型液晶表示装置の第１の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第２の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第３の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第４の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第５の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第６の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第７の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第８の実施例を示す概略の平面図である。本発明による投射型液晶表示装置の第９の実施例を示す概略の平面図である。光の透過率を示す特性図である。偏光ビームスプリッタへの液晶表示素子の取り付け方の実施例を示す一部断面平面図である。偏光ビームスプリッタ及びその組立金具の一実施例を示す斜視図である。１／４λ波長板の取付を説明するための側面図である。本発明による映像表示装置の一実施例を示す概略斜視図である。光学系の他の実施例を示す斜視図である。本発明による映像表示装置の他の実施例を示す概略斜視図である。光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。

符号の説明

１…光源、２Ｇ、２Ｒ、２Ｂ、１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ…反射型液晶表示素子、５…リフレクタ、６…第一アレイレンズ、７…第二アレイレンズ、８…偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）、１０…コンデンサレンズ、１１…反射ミラー、１３…ダイクロイックミラー、１４…入射偏光板、１６…Ｇ用偏光ビームスプリッタ、Ｒ−Ｂ用偏光ビームスプリッタ、１７、１１２ａ、１１２ｂ…特定波長選択偏光変換素子、２０…投射レンズ、２２…光学部材、２３…プリズム硝材、２５…誘電体多層膜、１０１…偏光変換素子、１０２…色分離ミラー、１０５Ｇ、１０５ＲＢ、１０５ＲＧＢ…偏光ビームスプリッタ。

Claims

照明光を出射する照明光学系、
前記照明光学系からの光を複数の光線に分離して、当該光線を映像表示素子で変調して色合成して出射する光学エンジンと、
前記光学エンジンから出射された色合成光を拡大して投射する投射手段と、
前記投射手段から拡大して投射された色合成光が投射されるスクリーンとを備えた投射型映像表示装置において、
前記光学エンジンは、前記照明光学系からの照明光を第１、第２の光と、第３の光とに分離する第１の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記第１、第２及び第３の光に対応して配置された第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子と、前記第１及び第２の光の分離を行い、前記第１及び第２の反射型液晶表示素子で反射された光の合成を行う第２の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記第３の光が入射し、前記第３の反射型液晶表示素子で反射された光を出射する第３の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記第２及び第３の偏光ビームスプリッタプリズムからの光が入射し合成して出射する第４の偏光ビームスプリッタプリズムと、前記第１、第２、第３及び第４の偏光ビームスプリッタプリズムをそれぞれ載置するための各偏光ビームスプリッタプリズムに設けた段差に対応する段部からなる複数の台部と、前記台部の各偏光ビームスプリッタプリズムと接触する側面に複数形成された突起部とを有する単一の組立構造体とを備え、もって、
前記各偏光ビームスプリッタプリズムの段差と前記台部の段差を用いると共に、前記台部の突起部を用いることにより、前記第１、第２、第３及び第４の偏光ビームスプリッタプリズムの位置決めを行うと共に、更に、
前記第１、第２、第３及び第４の偏光ビームスプリッタプリズムは、それぞれ、長さの異なる長い三角プリズムと短い三角プリズムを組み合わせて構成され、各三角プリズムは互いに直交する一対の面を備えており、
前記第１の偏光ビームスプリッタプリズムは、その長い三角プリズムの一の面を照明光の入射面とし、当該長い三角プリズムの他の面を前記第１と前記第２の光の出射面とし、かつ、その短い三角プリズムの一の面を前記第３の光の出射面とし、
前記第２の偏光ビームスプリッタプリズムは、その長い三角プリズムの一の面を前記第１と前記第２の光の入射面とすると共に、当該長い三角プリズムの他の面に対向して前記第１の反射型液晶表示素子を配置し、かつ、その短い三角プリズムの一の面に対向して前記第２の反射型液晶表示素子を配置すると共に、当該短い三角プリズムの他の面を前記第１と前記第２の光の出射面とし、
前記第３の偏光ビームスプリッタプリズムは、その短い三角プリズムの一の面を前記第３の光の入射面とすると共に、当該短い三角プリズムの他の面に対向して前記第３の反射型液晶表示素子を配置し、かつ、その長い三角プリズムの一の面を前記第３の光の出射面とし、
前記第４の偏光ビームスプリッタプリズムは、その短い三角プリズムの一の面を前記第２の偏光ビームスプリッタプリズムから出射される前記第１と前記第２の光の入射面とし、その長い三角プリズムの一の面を前記第３偏光ビームスプリッタプリズムから出射される前記第３の光の入射面とし、かつ、当該長い三角プリズムの他の面を前記第１、第２及び第３の光の出射面とするように設定されたことを特徴とする投射型映像表示装置。
前記請求項１に記載した投射型映像表示装置において、前記照明光学系は、前記スクリーン面の下縁方向に沿って照明光を出射するように配置されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
前記請求項１に記載した投射型映像表示装置において、前記投射手段と前記スクリーンとの間に、更に、反射ミラーを設けたことを特徴とする投射型映像表示装置。
前記請求項１に記載した投射型映像表示装置において、前記光学エンジンと前記投射手段との間に、更に、反射ミラーを設けたことを特徴とする投射型映像表示装置。