(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源からの光を偏光方向に応じて反射または透過する機能を有する偏光選択反射手段と、
該偏光選択反射手段からの光の偏波面を画像信号に合わせて変調する反射型画像表示素子と、を備えた投影型画像表示装置であって、
該偏光選択反射手段は、該偏光選択反射手段への光の入射方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光学的な透過軸及び反射軸を有する偏光選択反射シートと、光の一方向の直線偏光成分だけ透過させる第１偏光フィルタ手段とが、前記反射型画像表示素子に近い側より順に積層されて、ガラス基板上に設けられるとともに、前記画素表示素子に入射する光の偏光方向が、該透過軸または反射軸に一致するように配置されており、
前記光源と前記偏光選択反射手段の間の光路に、前記第１偏光フィルタ手段の透過軸に対してクロスニコル状態になるように透過軸が配置された第２偏光フィルタ手段がさらに設けられていることを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項２】
光源と、
該光源からの光を波長域の異なる複数の光に分離する色分離手段と、
該色分離手段で分離された前記複数の光をそれぞれ偏光方向に応じて反射または透過する複数の偏光選択反射手段と、
前記各偏光選択反射手段からのそれぞれの光の偏波面を画像信号に合わせて変調する複数の反射型画像表示素子と、
前記各反射型画像表示素子で反射された前記各光を合成する合成手段と、
該合成手段によって合成された光をスクリーンに投影する投影レンズとを備え、
前記色分離手段が、前記各偏光選択反射手段に対して所定の波長域の前記各光の光路をそれぞれ形成するように、前記光源と前記各偏光選択反射手段との間に設けられ、
前記色合成手段が、前記各偏光選択反射手段と前記投影レンズとの間の光路に配置され、
前記各偏光選択反射手段のそれぞれが、前記各偏光選択反射手段への光のそれぞれの入射方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光学的な透過軸および反射軸を有する偏光選択反射シートと、光の一方向の直線偏光成分だけ透過させる第１偏光フィルタ手段とが、前記反射型画像表示素子に近い側より順に積層されて、ガラス基板上に設けられるとともに、前記各反射型画像表示素子にそれぞれ入射する光の偏光方向が、前記各偏光選択反射シートの前記透過軸または反射軸に一致するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項３】
前記色分離手段によって分離された各光の前記各偏光選択反射手段に対する前記各光路に、前記各第１偏光フィルタ手段の透過軸に対してクロスニコル状態になるようにそれぞれの透過軸が配置された第２偏光フィルタ手段がさらに設けられている請求項２に記載の投影型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば液晶プロジェクタのような、光源からの光を画像表示素子により変調し、投影レンズによりスクリーンに拡大投影する投影型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源からの光に対し偏光分離または合成を行う光学系を有する投影型画像表示装置としては、例えば、特開昭６３−３９２９４号公報や特開平８−１６０３７４号公報に開示されたものがある。
【０００３】
まず、特開昭６３−３９２９４号公報に開示されている投射型表示装置について説明する。
【０００４】
その装置の概略構成図を図１２に示す。
【０００５】
光源１２から出射された光はコリメートレンズ１３を透過し、正四角柱状の偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳとする）１４により互いに直交する２方向の直線偏光成分に分離される。分離された光のうちＰＢＳ１４で反射された光は色分解プリズム１５に入射する。色分解プリズムは第１プリズム１５Ａ、第２プリズム１５Ｂ、第３プリズム１５Ｃからなり、第１プリズム１５Ａの第２面１５ｅには青色を反射し、それより長波長域を透過させるダイクロイック干渉薄膜が蒸着されている。第１プリズム１５Ａと第２プリズム１５Ｂの間には空隙がおかれ、また、第２プリズム１５Ｂと第３プリズム１５Ｃの間の面１５ｆには赤色反射、緑色透過のダイクロイック干渉薄膜が蒸着されている。従って、入射面１５ａに白色光が入射した場合には、面１５ｅで青色光は反射され、面１５ａで内面全反射して出射面１５ｂへ向かい、面１５ｆを透過した緑色光は出射面１５ｄへ向かう。１６、１７、１８は順に青色成分の画像、赤色成分の画像、緑色成分の画像を表示する液晶素子である。１９、２０、２１は誘電体の反射鏡で液晶表示素子１６、１７、１８の裏面に設けられている。それぞれのプリズムで分離された光は液晶素子を透過し、反射鏡１９、２０、２１で反射して再び液晶素子を透過する。各液晶素子からの反射光は色分解プリズムにより合成され、再びＰＢＳ１４に入射する。この時、液晶素子により画像信号に応じて偏光方向の変調を受けた光はＰＢＳ１４を透過し投影レンズでスクリーンに投影される。
【０００６】
次に特開平８−１６０３７４号公報に開示されている投影型画像表示装置について説明する。
【０００７】
その装置の概略構成図を図１３に示す。
【０００８】
２２は光源とその出射光を集光する手段の反射鏡とで構成された投射光源である。この出射光は不要な赤外線および紫外線を遮断する、ＩＲ、ＵＶカットフィルタを通り、ＰＢＳ２３に入る。その偏光分離面２３−１により互いに直交するＰ偏光、Ｓ偏光に分離される。
【０００９】
反射したＳ偏光はダイクロイックミラー２４、２５、２６により赤色、緑色、青色に分離され、それぞれ赤色用液晶パネル２７、緑色用液晶パネル２８、青色用液晶パネル２９に入射する。液晶パネルで画像信号に応じて偏光方向が回転され、ダイクロイックミラー３０、３１、３２に入射し、もう一つのＰＢＳ３３に入射する。そこでＰ偏光の光はＰＢＳを透過し投影レンズ３４によりスクリーンに拡大投影される。また、上記ＰＢＳ２３を透過したＰ偏光は液晶パネル３５に入射する。液晶パネルで偏光方向が変調された光はＰＢＳ３３で反射し、投影レンズ３４を通り画像の輝度信号光としてスクリーンに拡大投影される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような投射型画像表示素子は、次に説明するような欠点を有する。
【００１１】
先に開示されている画像表示素子は、光をその偏光方向によって反射または透過する機能を有する偏光選択反射素子として正四角柱状のＰＢＳを使用している。
【００１２】
このようなＰＢＳは通常ＢＫ７などの光学ガラスからなるガラスプリズムの表面に誘電体多層膜を蒸着し、２つのプリズムを接着することにより作製される。ガラスのプリズムは例えば高温で融解した状態のガラスを冷却し大きなガラスブロックを作り、そこから小さなガラスブロックを削りだし、さらに表面を研磨して作られる。ガラスを冷却し固める際はアニール処理によりひずみを取り除くが、完全に取り除くことは困難である。また、このひずみはプリズム内において一般に不均一に発生する。このひずみによりプリズムには光に対する複屈折性が生じるが、ひずみが一様なものではないため、複屈折の度合いや複屈折の主軸の方向は不均一な分布を示す。
【００１３】
一軸性の複屈折性を持つ物質に光を入射させると常光と異常光との間で光の進行速度が異なるため、例えば、複屈折の主軸に対し斜めの直線偏光を入射させた場合に常光成分と異常光成分との間で位相差が生じ、入射した光の偏光状態に影響をおよぼすことになる。
【００１４】
投射型画像表示素子において、ＰＢＳに複屈折性が残留している場合の問題点について特開昭６３−３９２９４号公報に開示された投影型画像表示装置を用いて説明する。
【００１５】
光源から出た光はＰＢＳに入射し、膜面でそれぞれ偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光に分離され、画像情報に応じて液晶素子により偏光方向が回転した、入射光に直交する成分のみがＰＢＳを透過し投影レンズによりスクリーンに拡大投影されるのが理想的である。
【００１６】
しかし、ＰＢＳを構成するプリズムに複屈折性が残留している場合には、ＰＢＳを構成しているガラスプリズム中を進行する間に、入射光の偏光方向に直交する成分が生じてくるため、液晶素子で偏光方向が変調されなかった光がスクリーンに到達してしまう。つまり、黒表示状態でも光が漏れ、コントラストが低下する。上述した現象はスクリーンに投影される画像のコントラストの低下だけでなく、明るさも低減する。また、プリズム中のひずみが一様でないことによりスクリーン上の画像に輝度ムラが生じるといった性能上に著しい問題が発生する。
【００１７】
次に誘導体多層膜による偏光分離機能を有したＰＢＳを投影型画像表示装置に用いた場合の問題点について、図１４を用いて説明する。
【００１８】
誘電体多層膜からなるＰＢＳは、入射面（入射光と反射光を含む面）に平行な偏光方向の成分（Ｐ偏光）を透過し、入射面に垂直な偏光方向の成分（Ｓ偏光）を反射する特性を有する。したがって、光の入射方向が異なると透過（Ｐ偏光）及び反射（Ｓ偏光）する光の偏光方向も異なる。
【００１９】
投影型画像表示装置では、一般にその照明光は、完全な平行光ではなくある程度の広がり角を持った光となる。これらの照明光がＰＢＳに入射した場合、光の広がり角によってＰＢＳの膜面に対する入射方向が異なるため、ＰＢＳを透過及び反射する光は、完全に一方向の直線偏光とはならない。よって、特開昭６３−３９２９４号公報などに開示されているような液晶の複屈折性を利用したものでは、コントラストの低下を招くことになる。また、ＰＢＳでは、反射、透過する光の偏光方向を任意の角度に設定することができず、液晶パネル等、入射させる光の偏光方向が、固定されている表示素子を用いると、波長板等を用いて、ＰＢＳからの光の偏光方向を変えなければならない場合がある。
【００２０】
これらの問題は特開平８−１６０３７４号公報に開示されたような透過型の画像表示素子を用いた、投影型画像表示装置においても同様に発生する。
【００２１】
また、ＰＢＳのサイズは通常液晶パネルのサイズに合わせて数十ｍｍ程度のものが必要となるため、ガラスプリズム製のものは高価で、装置のコスト増、重量増につながる。
【００２２】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、光源からの光に対し偏光分離または合成を行う光学系を有する投影型画像表示装置において、低コスト、かつ、軽量であり、複屈折によるスクリーン照度の低下、および、コントラストの低下を低減し、輝度ムラの発生を抑制することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の投影型画像表示装置は、光源と、該光源からの光を偏光方向に応じて反射または透過する機能を有する偏光選択反射手段と、該偏光選択反射手段からの光の偏波面を画像信号に合わせて変調する反射型画像表示素子と、を備えた投影型画像表示装置であって、該偏光選択反射手段は、該偏光選択反射手段への光の入射方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光学的な透過軸及び反射軸を有する偏光選択反射シートと、光の一方向の直線偏光成分だけ透過させる第１偏光フィルタ手段とが、前記反射型画像表示素子に近い側より順に積層されて、ガラス基板上に設けられるとともに、前記画素表示素子に入射する光の偏光方向が、該透過軸または反射軸に一致するように配置されており、前記光源と前記偏光選択反射手段の間の光路に、前記第１偏光フィルタ手段の透過軸に対してクロスニコル状態になるように透過軸が配置された第２偏光フィルタ手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の投影型画像表示装置は、光源と、該光源からの光を波長域の異なる複数の光に分離する色分離手段と、該色分離手段で分離された前記複数の光をそれぞれ偏光方向に応じて反射または透過する複数の偏光選択反射手段と、前記各偏光選択反射手段からのそれぞれの光の偏波面を画像信号に合わせて変調する複数の反射型画像表示素子と、前記各反射型画像表示素子で反射された前記各光を合成する合成手段と、該合成手段によって合成された光をスクリーンに投影する投影レンズとを備え、前記色分離手段が、前記各偏光選択反射手段に対して所定の波長域の前記各光の光路をそれぞれ形成するように、前記光源と前記各偏光選択反射手段との間に設けられ、前記色合成手段が、前記各偏光選択反射手段と前記投影レンズとの間の光路に配置され、前記各偏光選択反射手段のそれぞれが、前記各偏光選択反射手段への光のそれぞれの入射方向に関わらず、一方向の直線偏光成分を透過し、該一方向の直線偏光成分に直交する直線偏光成分を反射する光学的な透過軸および反射軸を有する偏光選択反射シートと、光の一方向の直線偏光成分だけ透過させる第１偏光フィルタ手段とが、前記反射型画像表示素子に近い側より順に積層されて、ガラス基板上に設けられるとともに、前記各反射型画像表示素子にそれぞれ入射する光の偏光方向が、前記各偏光選択反射シートの前記透過軸または反射軸に一致するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【００２５】
前記色分離手段によって分離された各光の前記各偏光選択反射手段に対する前記各光路に、前記各第１偏光フィルタ手段の透過軸に対してクロスニコル状態になるようにそれぞれの透過軸が配置された第２偏光フィルタ手段がさらに設けられていることが好ましい。
【００２８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２９】
偏光選択反射手段として平板状もしくはシート状のものを用いたことにより、偏光選択反射手段から画像表示素子への光路および画像表示素子から偏光選択反射手段に至る光路中において、複屈折性をもつガラスの量を大幅に減ずることができる。このため、ガラスの複屈折の影響によるスクリーン上でのコントラストの低下、および、照度の低下を改善することができる。また、大型のガラスプリズムを使用しないので低コストであり、かつ、装置重量の軽量化が図れる。
【００３０】
また、偏光選択反射手段が、その面内で固有の直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の直線偏光を反射する透過軸及び反射軸を有するため、照明光に広がり角があっても、偏光選択反射手段を透過および反射する光は、１方向の直線偏光となる。この結果、コントラストを向上させることができる。さらに、この透過軸および反射軸を調整することで、任意の角度の偏光方向を持つ光を反射、または透過することが可能である。したがって、液晶パネルに入射すべき光の偏光方向が、Ｐ偏光、Ｓ偏光に対して傾いている場合でも、波長板により偏光を変える必要がないため、低コストであり、かつ、波長板を透過する際の光の損失を防止することができる。
【００３１】
偏光選択反射手段として、小型のＰＢＳを複数個板状に配列したＰＢＳアレイを使用すると、光がガラス中を通過する光路が短くなる。このためＰＢＳを形成するガラスの複屈折による影響を低減することができる。
【００３２】
光源と偏光選択反射手段の間に偏光フィルター手段を設けた場合には、偏光選択反射手段に入射する光の偏光方向を１方向のみに限定することができるので、偏光選択反射手段の偏光特性（消光比）にかかわらず１方向の偏光方向の光のみを画像表示素子に導くことが可能となる。また、偏光選択反射手段と投影レンズとの間に偏光フィルター手段を設けた場合には、偏光選択反射手段の偏光特性（消光比）にかかわらず１方向の偏光方向の光のみをスクリーンに導くことが可能となる。結果としてこれらの効果によりさらに高コントラストな装置の実現が可能となる。
【００３３】
偏光選択反射手段と投影レンズの間に配置された偏光フィルター手段を設ける場合に、この偏光フィルター手段と偏光選択反射手段とを積層し、さらに反射型画像表示素子側に偏光選択反射手段を向けることで、さらに高コントラストな装置を実現できる。偏光選択反射手段と偏光フィルターとの間の光路に複屈折性を有する素子が存在しないからである。
【００３４】
また、偏光選択反射手段と反射型画像表示素子との間の光路中に光の分離または合成を行う手段を配置していない場合には、それら光の分離合成手段として使用した光学部品に複屈折があっても、コントラストの低下、輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の投影型カラー画像表示装置の模式図である。本実施形態では光源１として、２５０Ｗ、アーク長３ｍｍのメタルハライドランプを用いた。光源として、この他にハロゲンランプやキセノンランプを用いることができる。光源１の背面には光源からの光を略平行光として出射するための放物面鏡２が配置されている。光源１の前方には偏光選択反射板３が位置する。偏光選択反射板３は、図２に示すような小型の偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと呼ぶ）を複数個板状に配列したＰＢＳアレイ３（ａ）から形成されていて、各ＰＢＳは光をＰ偏光とＳ偏光に分離する。ＰＢＳアレイ３（ａ）で反射されたＳ偏光はダイクロイックミラー４−Ｒおよび４−Ｂに入射し、赤、緑、青（以下Ｒ、Ｇ、Ｂと表記）の光に分離される。その後これらの光は、それぞれ対応する反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射し、画像信号に合わせて偏光状態が変調されて反射される。反射型液晶表示パネル５としては１．３型Ｓ−ＶＧＡ（画素ピッチは３３μｍ×３３μｍ）で、表示モードが液晶の複屈折性を利用し、入射光の偏光方向を制御し、画像を表示する複屈折型のものを用いた。
【００３６】
パネルで反射された光はダイクロイックミラー４−Ｒ、４−Ｂにより再び合成され、反射型液晶表示パネルで偏光が回転され、Ｐ偏光成分となった光のみが、ＰＢＳアレイ３（ａ）を透過し、投影レンズ６を通ってスクリーン７上に投影される。Ｓ偏光成分はＰＢＳアレイ３（ａ）で反射されて、光源１に戻る。
【００３７】
本実施形態では、光源１とＰＢＳアレイ３（ａ）との間に偏光フィルター８を設け、ＰＢＳアレイ３（ａ）と投影レンズ６との間に偏光フィルター９を設けた。さらに、これらの偏光フィルター８および９の透過軸が、光路に関してクロスニコル状態になるように配置した。図１に示す装置では、入射側の偏光フィルター８の透過軸を紙面に対して垂直方向にセットした。このように光源１とＰＢＳアレイ３（ａ）およびＰＢＳアレイ３（ａ）と投影レンズ６の間に偏光フィルター８、９をクロスニコル状態で配置することにより、ＰＢＳアレイ３（ａ）に入射する光がＳ偏光となり、ＰＢＳアレイ３（ａ）の消光比が悪くても反射型液晶表示パネルに入射する光のほとんどがＳ偏光となる。また、反射型液晶表示パネル５でＳ偏光のまま反射された光は、再度ＰＢＳアレイ３（ａ）で反射され、そのほとんどは光源１に戻る。Ｓ偏光の一部はＰＢＳアレイ３（ａ）を通過する。この光が投影レンズによりスクリーンに投影されると、コントラストの低下原因となるが、ＰＢＳアレイ３（ａ）と投影レンズ６の間に挿入した偏光フィルター９の偏光軸がＳ偏光成分をカットするようにセットされているため、大幅にコンストラスト比の低下を抑えることができる。本実施形態では、偏光板をＰＢＳアレイ３（ａ）の前後に配置したが、どちらか一方のみに配置してもその効果を得ることができる。
【００３８】
ここで、本実施形態の効果を説明するために比較例を示す。この比較例では、偏光選択反射板３として、小型のＰＢＳを複数個配列したものではなく、図３に示すような１つのＰＢＳを用いている。
【００３９】
比較例では、１．３型のパネルの表示エリアをカバーするためには、光の広がり角を考えた場合、幅４０ｍｍ程度以上のＰＢＳが必要となる。また、本実施形態のように反射型の光学系に用いた場合、光は、ＰＢＳを往復するため、その２倍の８０ｍｍ以上のガラス中を通過することになる。図４にガラスの複屈折（位相差）とコントラスト比の関係を示す。通常ガラス中の複屈折は、質の良いものでも２〜５ｎｍ／ｃｍ存在するため、図４によれば、このＰＢＳを用いた場合位相差は１６〜４０ｎｍ程度存在することになる。このため、１つのＰＢＳを用いた装置では、極端にコントラストが低下することがわかる。
【００４０】
これに対して、本実施形態で用いた偏光選択反射板３を構成する１つ１つのＰＢＳのサイズは、幅が５ｍｍと薄いため、反射型の光学系を用いても光がガラス中を通過する距離は１０ｍｍである。これは、上記１つのＰＢＳを用いた場合の１／８である。したがって、位相差も２〜５ｎｍに低減され、コントラストを十分に得ることができる。また、実際には複屈折は、ガラス中の温度むらによる歪みが生じた場合にも発生するが、ＰＢＳアレイ３（ａ）では、１つ１つのＰＢＳの幅が薄いため、温度むらが発生しにくいことに加え、複屈折が発生したとしても、その影響を受け難いため、温度上昇に伴うコントラストの低下は極めて少ない。
【００４１】
図３に示すような構成を用いた場合、画面内でコントラスト比が５０：１を下回る場所が発生した。一方、本実施形態で説明したように、ＰＢＳアレイ３（ａ）を用いてプロジェクションを構成したところ、明るさを維持しながら、コントラストむらがなく（画面全面でコントラスト比１００：１以上）、かつ、軽量で安価な画像表示装置を実現することができた。
【００４２】
本実施形態では、色分離・合成手段としてＲ反射とＢ反射のダイクロイックミラーを用いたが、色分離・合成機能を有するものであれば如何なる物でも良く、図５（ａ）および（ｂ）に示すクロスダイクロイックプリズムや３つのプリズムからなるいわゆるフィリップスタイプのプリズムなども用いることができる。
【００４３】
但し、この場合、先に述べたようにこれらのプリズム中の複屈折によってもコントラストの低下があるため、特開平５−３４１２５４号公報や、特開平８−２１１３５７号公報に開示されているようなプリズムの内部を液体で充填し、複屈折を低減したものを使用するのが好ましい。
【００４４】
（実施形態２）
図６は本発明の第２の実施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図である。本実施形態では実施形態１と同様の光学部品については同じ番号で記す。
【００４５】
光源１からの光をダイクロイックミラー４−Ｃ、４−Ｇにより、ＲＧＢの光に分割した後、それぞれの光をＰＢＳアレイ３（ａ）を通して、対応する反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射させる。ＰＢＳアレイ３（ａ）は各液晶パネルの全てに配置する構成とした。反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂを反射した光は、再度対応するＰＢＳアレイ３（ａ）に入射する。入射する光のうち、反射型液晶表示パネルによって偏光方向が変えられた光のみが、ＰＢＳアレイ３（ａ）を透過しクロスダイクロイックプリズム１０で合成された後、投影レンズ６によってスクリーン７に投影される。
【００４６】
本実施形態では、それぞれのＰＢＳアレイ３（ａ）の光源側に偏光フィルター８を挿入している。また、それぞれのＰＢＳアレイ３（ａ）とクロスダイクロイックプリズム１０との間とも、偏光フィルター９を挿入している。偏光フィルター８および９によって、実施形態１と同じ効果が得られる。
【００４７】
実施形態１では、コントラストむらを実用レベル以上には低減することができるが、ＰＢＳアレイ３（ａ）と反射型液晶表示パネル５の間で白色光をＲＧＢの光に分離、および合成しているため、色分離・合成光学系に以下の問題が発生する。
【００４８】
すなわち、これらのプリズムを利用した色分離・合成系は、その分光特性の偏光依存性が大きいため、ＰＢＳの場合と同様に入射方向が異なる光（広がり角を有する照明光）が入射した場合、入射光が一方向の直線偏光のみを有する場合でも、その透過および反射光は、一方向の直線偏光ではなく、それに直交する成分の光を有する。また、ガラスのプリズムを用いた場合、複屈折が発生し、これらが原因となってコントラストが低下する。
【００４９】
これに対して本構成では、ＰＢＳアレイ３（ａ）に入射する前に、光をＲＧＢの各光に分割し、ＰＢＳアレイ３（ａ）を出射後にクロスダイクロイックプリズムによって合成している。すなわち、コンストラスト比に影響を与える色の分離合成を行う光学部品を、ＰＢＳアレイ３（ａ）と反射型液晶表示パネル５の間の外側に配置する。このため、コントラストの低下がない。
【００５０】
上記構成にてプロジェクションを構成したところ、ガラスのプリズムを用いても実施形態１と同等の明るさを維持しながら、画面全面でコントラスト比が２００：１以上の画像表示装置を実現することができた。
【００５１】
また、本実施形態では、色分離にダイクロイックミラー、色合成にクロスダイクロイックプリズムを用いた。これ以外にも、色分離にクロスダイクロイックプリズム、色合成にダイクロイックミラーや第５図（ｂ）に示すようなフィリップスタイプのプリズムを用いてもよい。図７に、クロスダイクロイックミラー３７を用いて色分離を行い、クロスダイクロイックプリズム４１を用いて色合成を行う投影型カラー画像表示装置の例を示す。
【００５２】
図７に示す構成では、光源からの光は、全反射ミラー３６で反射され、上段のクロスダイクロイックミラー３７に入射しＲ、Ｇ、Ｂの光に分離される。そしてその後、全反射ミラー３８、３９、４０により、対応する３つの偏光選択反射板３の方向に反射される。それぞれの偏光選択反射板３を透過した直線偏光の光は、反射型液晶パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射する。液晶パネルで偏波面を変調された光は、偏光選択反射板３で反射され、下段のクロスダイクロイックプリズム４１に入射し、合成された後、投影レンズ６によりスクリーンに投影される。
【００５３】
図７に示した構成では、光源と、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの光に対応した反射型液晶パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂとの間の３つの光路が全て同じである。このため、ホワイトバランスがくずれるこがなく、良好な画像が得られる。
【００５４】
なお、図７の装置のクロスダイクロイックミラー３７を、クロスダイクロイックプリズムに置き換えても、同様の効果が得られる。
【００５５】
（実施形態３）
図８（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図である。
【００５６】
本実施形態では、実施形態１および２において、偏光選択反射板３として用いていたＰＢＳアレイ３（ａ）の代わりに、光の入射方向に関わらず一方向の直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の直線偏光を反射する光学的な透過軸および反射軸を有した偏光選択反射フィルム３（ｂ）を用いた。
【００５７】
偏光選択反射フィルム３（ｂ）として、例えば、図１５に示すような、特開昭５７−１５８８０１号公報に開示されたフィルム９００を用いることができる。このフィルム９００では、複屈折性を有する物質９０４と、等方性の物質９０６とを交互に重ね合わせ、等方性物質の屈折率と、複屈折性物質の一方の光学軸の方向の屈折率とをほぼ一致させている。フィルム９００は、この光学軸の方向の偏波面を有する光を透過し、それに直交する成分の光を反射する偏光子である。また、フィルム９００と同様な機能を有する住友スリーエム製のOptical Film D-BEFも用いることができる。
【００５８】
本偏光選択反射フィルム３（ｂ）は、図９に示すようにそれ自体が透過軸および反射軸を有しているため照明光に広がり角があっても、透過光および反射光は、フィルム３（ｂ）の透過軸および反射軸のそれぞれに平行な直線偏光となる。また、偏光選択反射フィルム３（ｂ）は、膜の厚さが非常に薄いフィルム状であるため複屈折による影響が無い。したがって、先に述べたように光の入射方向（広がり角）によって、反射および透過する光の偏光方向が異なるＰＢＳを用いた時よりも、さらにコントラストを向上させることができる。
【００５９】
図８（ａ）および（ｂ）に示す装置では、反射型液晶パネル５に対する入射光の偏光方向が、紙面に対して垂直になるように設定されている。このため、反射軸（図９）も紙面に対して垂直になるように、偏光選択反射フィルム３（ｂ）を配置した。
【００６０】
図８（ａ）の構成で、プロジェクションを構成したところ、実施形態１および２と同様の明るさを維持しながら、画面全体で２００：１以上のコントラスト比を実現することができた。同様に、図８（ｂ）の構成では、３００：１以上のコントラスト比を実現することができた。
【００６１】
本実施形態では、偏光選択反射フィルム３（ｂ）の反射軸を紙面に対して垂直になるように配置したが、軸の方向はこれに限定されない。反射軸の方向は、液晶パネルの特性に合わせ、水平方向や４５°方向などいかなる方向でも良い。
【００６２】
上記実施形態１、２および３では、偏光選択反射板３として小型のＰＢＳを複数個配列した板状のＰＢＳアレイ３（ａ）、および偏光選択反射フィルム３（ｂ）を用いたが、同様の効果を有するものであれば、いかなるものでも良く、特開平６−２８１８１４号公報に開示されているコレステリック偏光子と１／４波長板とを組み合わせたものを用いてもよい。コレステリック偏光子は特開平６−２８１８１４号公報によればコレステリック（カイラルネマティック）材料の光学活性層を有しており、このカイラル分子の螺旋構造の方向、およびピッチに適合する円偏光成分は反射され、残りの成分は透過する。透過または反射した円偏光成分は、１／４波長板により、直線偏光とすることができる。
【００６３】
実施形態１、２、および３におけるコントラストは、偏光選択反射板３の前後に配置された偏光板間の光路で決定される。
【００６４】
上記したような偏光選択反射フィルム３（ｂ）やコレステリック偏光子などシート状の偏光選択反射板３に強度を与えるためには、ガラスなどの透明な基板に貼り合わせて使用すればよい。この場合、偏光選択反射板３を反射型液晶表示パネル側５に向けることで、透明基板中を光が通過する距離を少なくできるため（透明基板１枚分少なくなる）複屈折による影響を低減できる。
【００６５】
また、図１０に示すようにシート状の偏光選択反射板３を用いる場合、偏光選択反射板３の投影レンズ側に設けていた偏光フィルター９を、偏光選択反射板とガラス基板５１の間に挟み込むことによって、光が偏光板を通過した後、透明基板を通過することになるため、この基板の複屈折による影響を完全に防止することができ、さらにコントラストを向上させることができる。
【００６６】
（実施形態４）
図１１は、本発明の第４の実施形態における投影型カラー画像表示装置の模式図である。
【００６７】
図１１の装置では、光源１から出射された光はクロスダイクロイックプリズム１０ａに導かれる。クロスダイクロイックプリズム１０ａは、光を、Ｒの成分（またはＢの成分）の光と、Ｇの成分およびＢの成分（またはＲの成分）を含む光と、に分割する。Ｒの成分（またはＢの成分）の光は、全反射ミラー３６ａで反射して、対応する偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射する。Ｇの成分およびＢの成分（またはＲの成分）を含む光は、全反射ミラー３６ｂで反射して、ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、この光を、Ｇの成分の光と、Ｂの成分の光（またはＲの成分）と、に分割する。その後、分割されたＧの成分の光、およびＢの成分（またはＲの成分）の光は、それぞれ対応する偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射する。偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射した光のうち、偏光選択反射フィルム３（ｂ）の反射軸と平行な方向に振動する直線偏光は反射され、対応する反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂに入射する。偏光選択反射フィルム３（ｂ）は各液晶パネルの全てに配置する構成とした。反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂを反射した光は、再度偏光選択反射フィルム３（ｂ）に入射する。入射した光のうち、反射型液晶表示パネル５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂによって偏光方向が変えられた光のみが、偏光選択反射フィルム３（ｂ）を透過しクロスダイクロイックプリズム１０で合成された後、投影レンズ６によってスクリーン７に投影される。
【００６８】
本実施形態では、それぞれの偏光選択反射フィルム３（ｂ）の光源側に偏光フィルター８を挿入している。また、それぞれの偏光選択反射フィルム３（ｂ）とクロスダイクロイックプリズム１０との間にも、偏光フィルター９を挿入している。偏光フィルター８および９によって、実施形態１と同じ効果が得られる。
【００６９】
実施形態４で説明した構造では、実施形態３で説明した構造とは異なり、光源から投射レンズまでの、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の光が通る３つの光路の長さはそれぞれ同じである。このため、画像のホワイトバランスがずれない。したがって、従来、ホワイトバランスのずれを防止するために必要であったリレーレンズを用いる必要がなく、装置の小型化、低コスト化を図れる。
【００７０】
上記構成にてプロジェクションを構成したところ、ガラスのプリズムを用いても実施形態１と同等の明るさを維持しながら、画面全面でコントラスト比が３００：１以上の画像表示装置を実現することができた。
【００７１】
（実施形態５）
実施形態５の投影型カラー画像表示装置を説明する。
【００７２】
図１６に示す装置では、２つの偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３（ｂ）２を用いる。また、これらの偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３（ｂ）２を結ぶ光路の間に透過型液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、５'−Ｂが位置する。なお、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１の透過軸の方向および反射軸の方向は、偏光選択反射フィルム３（ｂ）２の透過軸の方向および反射軸の方向と、それぞれ同じである。
【００７３】
反射鏡２によって反射された光源１からの光は、不要な赤外線および紫外線を遮断するＩＲ、ＵＶカットフィルタを通過し、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１に入射する。入射した光のうち、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１の反射軸の方向に平行な偏波面を有する直線偏光は反射され、また一方、透過軸の方向に平行な偏波面を有する光は偏光選択反射フィルム３（ｂ）１を透過する。
【００７４】
偏光選択反射フィルム３（ｂ）１によって反射された光は、青色の光を反射するダイクロイックミラー４−Ｂに入射する。反射された青色の光は、全反射ミラー３６で反射した後で青色用液晶パネル５'−Ｂに入射する。
【００７５】
一方、赤色および緑色の光は、ダイクロイックミラー４−Ｂを透過し、赤色の光を反射するダイクロイックミラー４−Ｒに入射する。反射された赤色の光は、赤色用液晶パネル５'−Ｒに入射する。緑色の光は、ダイクロイックミラー４−Ｒを透過し、緑色用液晶パネル５'−Ｇに入射する。
【００７６】
液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、５'−Ｂのそれぞれは、画像信号に応じて光の偏光方向を回転させる。
【００７７】
液晶パネル５'−Ｂおよび５'−Ｒを透過したそれぞれの色の光は、ダイクロイックミラー４'−Ｒによって互いに合成される。その後、青色と赤色とが合成された光は、ダイクロイックミラー４'−Ｇに入射する。一方、液晶パネル５'−Ｇを透過した光は、全反射ミラー３６で反射した後で、ダイクロイックミラー４'−Ｇに入射する。この結果、ダイクロイックミラー４'−Ｇによって、ＲＧＢのそれぞれの光が互いに合成される。
【００７８】
その後、ＲＧＢが合成された光は、もう一つの偏光選択反射フィルム３（ｂ）２に入射する。入射した直線偏光のうち、液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、５'−Ｂによって偏波面が９０°回転された直線偏光のみが、偏光選択反射フィルム３（ｂ）２を透過し、その結果、投影レンズ６によりスクリーンに拡大投影される。
【００７９】
一方、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１を透過した直線偏光は、２つの全反射ミラー３６で反射された後に、液晶パネル３５に入射する。液晶パネル３５を透過した直線偏光は、さらに偏光選択反射フィルム３（ｂ）２に入射する。入射した直線偏光のうち、偏光の偏波面が液晶パネル３５によって入射時の偏波面とは９０°異なる方向に変調された光は、偏光選択反射フィルム３（ｂ）２で反射し、この結果、投影レンズ６を通り画像の輝度信号光としてスクリーンに拡大投影される。
【００８０】
偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３（ｂ）２が、固有の直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の直線偏光を反射する透過軸及び反射軸をフィルムの面内に有するため、照明光に広がり角があっても、偏光選択反射フィルムを透過・反射する光は、それぞれ１方向の偏波面を有する直線偏光となる。このため表示される画像のコントラストが改善する。
【００８１】
また、偏光選択反射フィルム３（ｂ）１および３（ｂ）２の透過軸および反射軸の方向を任意に設定することができるため、透過光および反射光の偏光ベクトルの方向を制御できる。このため、１／４波長板等の光学素子を用いなくても、液晶パネル５'−Ｒ、５'−Ｇ、５'−Ｂに対する光の好ましい偏光方向に、入射光の偏光方向を合わせることができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、投影型画像表示装置に複屈折性の少ない板状、またはシート状の偏光選択反射素子を使用することによって、コントラストむらをなくすことができ明るく、かつ、コントラストむらのない画像を実現できる。
【００８３】
また、光の入射角度に関わらず一方向の直線偏光成分を透過し、それに直交する成分の光を反射する、光学的な透過軸および反射軸を有した偏光選択反射素子を備えることによって、照明光に広がり角があっても透過光および反射光は、その透過軸および反射軸に平行な直線偏光となるため、さらにコントラストを向上させることができる。
【００８４】
また、色分離・合成を偏光分離素子と反射型液晶表示素子の間以外の光路で行うことにより、色分離合成光学系によるコントラストの低下をなくすことができる。
【００８５】
さらに、シート状の偏光選択反射板をガラスなどの透明な基板に貼り合わせて使用する場合、偏光選択反射板とガラスとの間に偏光板を挟み込むことによって、光が偏光板を通過した後、透明基板を通過することになるため、この透明基板の複屈折による影響を完全に防止することができる。このため、さらにコントラストを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の投影型カラー画像表示装置の模式図。
【図２】実施形態１で用いた偏光選択反射板の説明図。
【図３】従来の反射型画像表示装置の模式図。
【図４】ガラスの複屈折（位相差）とコントラスト比の関係を示すグラフ。
【図５】別の色分離・合成システムの説明図。
【図６】実施形態２の投影型カラー画像表示装置の模式図。
【図７】実施形態２の投影型カラー画像表示装置の斜視図。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、実施形態３の投影型カラー画像表示装置の模式図。
【図９】実施形態３の偏光選択反射フィルムの説明図。
【図１０】シート状の偏光選択反射板の配置図。
【図１１】実施形態４の投影型カラー画像表示装置の模式図。
【図１２】従来の投影型画像表示装置の模式図。
【図１３】従来の投影型画像表示装置の模式図。
【図１４】ＰＢＳの原理説明図。
【図１５】偏光選択反射フィルムの構成を示す図。
【図１６】実施形態５の投影型カラー画像表示装置の模式図。
【符号の説明】
１：メタルハライドランプ
２：放物面鏡
３（ａ）：ＰＢＳアレイ
３（ｂ）：偏光選択反射フィルム
４：ダイクロイックミラー
５−Ｒ、５−Ｇ、５−Ｂ：反射型液晶パネル
６：投影レンズ
７：スクリーン
８：偏光フィルター
９：偏光フィルター
３７：クロスダイクロイックミラー
１０、４１：クロスダイクロイックプリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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