(57)【要約】【課題】  偏光ビームスプリッタを４個用いる従来の色分解合成光学系に比して軽量であり、偏光ビームスプリッタの熱吸収に起因する複屈折の発生が防止され、光学系Ｆ値の制限が緩和されて表示画像の高輝度化が可能であり、投射光学系のバックフォーカスの増大及び光学系全体の大きさ（体積）の増大が防止された色分解合成光学系を提供する。【解決手段】  コンデンサレンズ４と、コンデンサレンズ４を経た光束が入射される凹レンズ５ａと、少なくともワイヤグリッド偏光板７を有して構成された色分割手段と、色分割手段を経た第１及び第２の色成分光が入射される第１のフィールドレンズ５ｂと、色分割手段を経た第３の色成分光が入射される第２のフィールドレンズ５ｃとを有する。【選択図】  図１
2006091727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられた白色の光束が入射されるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズを経た光束が入射される凹レンズと、
少なくともワイヤグリッド偏光板を有して構成され、前記凹レンズを経た光束の赤色成分光、緑色成分光及び青色成分光のうちの第１及び第２の色成分光の光路と、第３の色成分光の光路とを、互いに直交する光路に分岐させる色分割手段と、
前記色分割手段を経た前記第１及び第２の色成分光が入射される第１のフィールドレンズと、
前記色分割手段を経た前記第３の色成分光が入射される第２のフィールドレンズと、
前記第１のフィールドレンズを経た第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とが互いに直交する状態とする波長選択性偏光変換素子と、
前記波長選択性偏光変換素子を経た光束が入射される偏光分離膜を有し、この偏光分離膜に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、前記第１の色成分光の光路と前記第２の色成分光の光路とを分岐させ、第１の色成分光を第１の空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の空間光変調素子に入射させる第１の偏光分離素子と、
前記第２のフィールドレンズを経た第３の色成分光が入射され、この第３の色成分光を第３の空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子を経た第１及び第２の変調光と前記第３の空間光変調素子を経た第３の変調光とが入射され、これら各変調光を合成し、結像光学系に向けて出射する偏光合成素子と
を備えたことを特徴とする色分解合成光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置等において、入射光束を３原色に分解し再び合成して出射する色分解合成光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置は、いわゆるホームシアタ用やプレゼンテーション機器としてのプロジェクタとして構成され、利用頻度が年々高まっている。また、このような画像表示装置は、表示画像の画質向上とともに、装置構成の小型化、軽量化が図られている。
【０００３】
このような画像表示装置においては、特許文献１に記載されているように、偏光ビームスプリッタを用いて構成された色分解合成光学系が用いられている。この色分解合成光学系は、光源からの入射光束を３原色に分解し、これら３原色光によって各色用の反射型空間光変調素子を照明し、これら反射型空間光変調素子からの反射光束を再び合成して、結像系に向けて出射する光学系である。
【０００４】
図４は、画像表示装置において用いられる従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。
【０００５】
この色分解合成光学系においては、図４に示すように、光源１０１から発せられた光束は、一対のフライアイレンズアレイ１０２，１０３を経て、コンデンサレンズ１０４に入射される。このコンデンサレンズ１０４を経た光束は、フィールドレンズ１０５を経て、第１の波長選択性偏光変換素子１０６に入射される。
【０００６】
この第１の波長選択性偏光変換素子１０６は、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。この第１の波長選択性偏光変換素子１０６を透過した光束においては、青色成分光Ｂの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）の偏波面に対して直交している。
【０００７】
第１の波長選択性偏光変換素子１０６を透過した光束は、第１の偏光ビームスプリッタ１０７に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ１０７においては、偏光分離膜１０７ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）がＰ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ１０７においては、青色成分光Ｂが偏光分離膜１０７ａにより反射され、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）が偏光分離膜１０７ａを透過する。
【０００８】
第１の偏光ビームスプリッタ１０７から出射された赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）は、第２の波長選択性偏光変換素子１０８に入射される。この第２の波長選択性偏光変換素子１０８は、赤色成分光Ｒの偏波面を緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【０００９】
第２の波長選択性偏光変換素子１０８を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ１０９に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１０９においては、偏光分離膜１０９ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜１０９ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ１０９より出射され、赤色用反射型空間光変調素子１１０に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜１０９ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１０９より出射され、緑色用反射型空間光変調素子１１１に入射する。
【００１０】
赤色用反射型空間光変調素子１１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１１は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。
【００１１】
赤色用反射型空間光変調素子１１０により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０９に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離膜１０９ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜１０９ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ１０９から、第１の偏光ビームスプリッタ１０７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１２】
緑色用反射型空間光変調素子１１１により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０９に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離膜１０９ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１０９ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１０９から、第１の偏光ビームスプリッタ１０７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１３】
一方、第１の偏光ビームスプリッタ１０７から出射された青色成分光Ｂは、第３の偏光ビームスプリッタ１１２に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ１１２においては、偏光分離膜１１２ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜１１２ａにより反射されてこの第３の偏光ビームスプリッタ１１２より出射され、青色用反射型空間光変調素子１１３に入射する。この青色用反射型空間光変調素子１１３は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。
【００１４】
青色用反射型空間光変調素子１１３により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１１２に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離膜１１２ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１１２ａを透過して、この第３の偏光ビームスプリッタ１１２から、第１の偏光ビームスプリッタ１０７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００１５】
第２の偏光ビームスプリッタ１０９から出射された第１及び第２の変調光は、第３の波長選択性偏光変換素子１１４に入射される。この第３の波長選択性偏光変換素子１１４は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１１５に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。
【００１６】
また、第３の偏光ビームスプリッタ１１２から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１１５に入射される。
【００１７】
第４の偏光ビームスプリッタ１１５においては、偏光分離膜１１５ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１１５ａを透過して、この第４の偏光ビームスプリッタ１１５より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１１５ａにより反射されて、この第４の偏光ビームスプリッタ１１５より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００１８】
第４の偏光ビームスプリッタ１１５から出射された第１乃至第３の変調光は、投射光学系１１６に入射する。この投射光学系１１６は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【特許文献１】特開２０００−２８４２２８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、図４に示した従来の色分解合成光学系を用いた画像表示装置においては、この色分解合成光学系が偏光ビームスプリッタを４個使用しているために、以下のような問題があった。すなわち、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜は、多層膜からなり、光学特性が入射光の入射角度に対する依存性を有している。そのため、この色分解合成光学系における色再現性を良好に保つためには、各偏光ビームスプリッタに対する入射光の入射角度範囲を限定しなければならない。したがって、光学系Ｆ値が制限され、表示画像の高輝度化が困難となる。
【００２０】
また、この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタを構成するガラスプリズムにおいて、熱吸収による温度分布が生じて複屈折が発生するので、表示画像の画質、コントラストが低下する虞れがある。
【００２１】
さらに、この画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタを構成するガラスプリズムにおける複屈折の影響を小さくするために、このガラスプリズムを光弾性係数の小さな硝材によって形成する必要がある。光弾性係数の小さな硝材は、鉛を多く含み、比重が大きいため、色分解合成光学系全体の重量が増大してしまう。
【００２２】
ここで、図５に示すように、４個の偏光ビームスプリッタのうちの３個を、ワイヤグリッド偏光板に代えることが考えられる。すなわち、第１乃至第３の偏光ビームスプリッタ１０７，１０９，１１２を、入射光軸に対して４５°傾斜させて配置したワイヤグリッド偏光板１０７ｂ，１０９ｂ，１１２ｂに代えることにより、前述の色分解合成光学系と同様の作用を得ることができる。ワイヤグリッド偏光板は、入射光のうちのＰ偏光成分のみを透過させ、Ｓ偏光成分を反射するという点で、偏光ビームスプリッタの偏光分離膜と同様の作用を発揮するからである。
【００２３】
ところが、このように３枚のワイヤグリッド偏光板を用いた色分解合成光学系においては、以下のような問題が生ずる。すなわち、反射型空間光変調素子の近傍に配置された偏光ビームスプリッタをワイヤグリッド偏光板に代えると、偏光ビームスプリッタにおいてはガラス材料であった部分が、屈折率１の空気となる。すると、投射光学系までの光学的距離が、空気とガラス材料との屈折率の比率に対応して長くなり、投射光学系に対する要求性能として、バックフォーカスを長くする必要が生じ、この投射光学系の設計が困難となる。
【００２４】
また、この色分解合成光学系においては、反射型空間光変調素子から投射光学系に至る光路上に、ワイヤグリッド偏光板を光軸に対して４５°傾斜させて配置しているので、このワイヤグリッド偏光板において非点収差が発生し、表示画像の解像度が著しく劣化するすることが判明した。ワイヤグリッド偏光板は、透過光に対しては、光軸に対して傾斜した平行平面板と同様の光学的作用を及ぼすからである。
【００２５】
さらに、この色分解合成光学系においては、偏光ビームスプリッタをワイヤグリッド偏光板に代えることにより、軽量化を図ることはできるが、光学系全体の大きさ（体積）については、むしろ増大することとなってしまった。
【００２６】
そこで、図６に示すように、図４における４個の偏光ビームスプリッタのうちの１個のみを、ワイヤグリッド偏光板に代えることが考えられる。すなわち、第１の偏光ビームスプリッタ１０７のみをワイヤグリッド偏光板１０７ｂに代え、他の偏光ビームスプリッタはそのまま使用するようにした色分解合成光学系が考えられる。この色分解合成光学系においては、反射型空間光変調素子から投射光学系に至る光路上にはワイヤグリッド偏光板が存在しないので、投射光学系のバックフォーカスを長くする必要は生じず、また、非点収差の発生による表示画像の解像度劣化が生ずることはない。
【００２７】
しかしながら、この色分解合成光学系においては、以下のような問題が生ずる。すなわち、光源からの光束が入射される第１の偏光ビームスプリッタ１０７がワイヤグリッド偏光板に代えられることにより、空気とガラス材料との屈折率の比率に対応して、このワイヤグリッド偏光板への入射光の入射角度を大きくしなければならない。ワイヤグリッド偏光板は、入射光の入射角度に対する光学特性の依存性はない。しかし、この入射光は、光路に近接する第３の偏光ビームスプリッタ１１２に干渉してしまう虞れがある。
【００２８】
また、この色分解合成光学系においては、フィールドレンズ１０５及び第１の波長選択性偏光変換素子１０６を大口径化しなければならなくなる。
【００２９】
このような、光源からの入射光の偏光ビームスプリッタに対する干渉を解消するために、図７に示すように、第２の偏光ビームスプリッタと第４の偏光ビームスプリッタとの間、及び、第３の偏光ビームスプリッタと第４の偏光ビームスプリッタとの間に、スペーサ１１７を挿入することも考えられる。
【００３０】
しかし、このように偏光ビームスプリッタ間にスペーサ１１７を挿入すると、前述のように、投射光学系のバックフォーカスの増大や、光学系全体の大きさ（体積）の増大という問題が生じてしまう。
【００３１】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、偏光ビームスプリッタを４個用いる従来の色分解合成光学系に比して軽量化が図られ、また、偏光ビームスプリッタの熱吸収に起因する複屈折の発生が防止されて、画像表示装置における表示画像の画質やコントラストが維持され、さらに、光学系Ｆ値の制限が緩和されて表示画像の高輝度化が可能でありながら、投射光学系のバックフォーカスの増大及び光学系全体の大きさ（体積）の増大が防止され、かつ、光源からの入射光が光路に近接する偏光ビームスプリッタに干渉する虞れがない色分解合成光学系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】
【００３２】
前述の課題を解決するため、本発明に係る色分解合成光学系は、光源から発せられた白色の光束が入射されるコンデンサレンズと、このコンデンサレンズを経た光束が入射される凹レンズと、少なくともワイヤグリッド偏光板を有して構成され凹レンズを経た光束の赤色成分光、緑色成分光及び青色成分光のうちの第１及び第２の色成分光の光路と第３の色成分光の光路とを互いに直交する光路に分岐させる色分割手段と、この色分割手段を経た第１及び第２の色成分光が入射される第１のフィールドレンズと、色分割手段を経た第３の色成分光が入射される第２のフィールドレンズと、第１のフィールドレンズを経た第１及び第２の色成分光が入射され第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とが互いに直交する状態とする波長選択性偏光変換素子と、この波長選択性偏光変換素子を経た光束が入射される偏光分離膜を有しこの偏光分離膜に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより第１の色成分光の光路と第２の色成分光の光路とを分岐させ第１の色成分光を第１の空間光変調素子に入射させ第２の色成分光を第２の空間光変調素子に入射させる第１の偏光分離素子と、第２のフィールドレンズを経た第３の色成分光が入射されこの第３の色成分光を第３の空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、第１及び第２の空間光変調素子を経た第１及び第２の変調光と第３の空間光変調素子を経た第３の変調光とが入射されこれら各変調光を合成し結像光学系に向けて出射する偏光合成素子とを備えたことを特徴とするものである。
【００３３】
本発明に係る色分解合成光学系は、このような構成を有することにより、照明光学系としてのＦナンバを維持しつつ、小型化が可能となっている。
【００３４】
この色分解合成光学系において、色分割手段としては、光軸に対して直交して配置された波長選択性偏光変換素子を経た光束を光軸に対して傾斜して配置されたワイヤグリッド偏光板に入射させるもの、光軸に対して直交して配置されたワイヤグリッド偏光板を経た光束を光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラーに入射させるもの、または、光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラーを経た２本の光束をそれぞれ光軸に対して直交して配置された２枚のワイヤグリッド偏光板に入射させるものとして構成することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る色分解合成光学系においては、光源から発せられた白色の光束は、コンデンサレンズを経て、凹レンズを経て、少なくともワイヤグリッド偏光板を有する色分割手段により、第１及び第２の色成分光の光路と第３の色成分光の光路とに分岐される。そして、第１及び第２の色成分光は、第１のフィールドレンズに入射され、第３の色成分光は、第２のフィールドレンズに入射される。
【００３６】
そのため、この色分解合成光学系においては、照明光学系としてのＦナンバを維持しつつ、フィールドレンズを大口径化する必要がないので、小型化が可能となっている。
【００３７】
また、この色分解合成光学系は、偏光ビームスプリッタを４個用いる従来の色分解合成光学系に比して軽量であり、光源からの入射光が偏光ビームスプリッタに始めに入射されることがてないので、偏光ビームスプリッタの熱吸収に起因する複屈折の発生が防止される。
【００３８】
さらに、この色分解合成光学系においては、光源からの入射光が光路に近接する偏光ビームスプリッタに干渉する虞れがない
すなわち、本発明は、偏光ビームスプリッタを４個用いる従来の色分解合成光学系に比して軽量化が図られ、また、偏光ビームスプリッタの熱吸収に起因する複屈折の発生が防止されて、画像表示装置における表示画像の画質やコントラストが維持され、さらに、光学系Ｆ値の制限が緩和されて表示画像の高輝度化が可能でありながら、投射光学系のバックフォーカスの増大及び光学系全体の大きさ（体積）の増大が防止され、かつ、光源からの入射光が光路に近接する偏光ビームスプリッタに干渉する虞れがない色分解合成光学系を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００４０】
この実施の形態は、本発明に係る色分解合成光学系を用いて、画像表示装置を構成したものである。
【００４１】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る色分解合成光学系の第１の実施の形態を示す平面図である。
【００４２】
この色分解合成光学系においては、図１に示すように、光源１から発せられた光束は、一対のフライアイレンズアレイ２，３を経て、コンデンサレンズ４に入射される。このコンデンサレンズ４を経た光束は、凹レンズ５ａを経て、色分割手段を構成する第１の波長選択性偏光変換素子６に入射される。この第１の波長選択性偏光変換素子６は、入射光束の光軸に対して直交して配置されている。
【００４３】
この第１の波長選択性偏光変換素子６は、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。このような波長選択性偏光変換素子としては、例えば、カラーリンク（Color Link）社製の「カラーセレクト（Color Select）」を使用することができる。この第１の波長選択性偏光変換素子６を透過した光束においては、第１及び第２の色成分光である赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）の偏波面は、第３の色成分光である青色成分光Ｂの偏波面に対して直交している。
【００４４】
第１の波長選択性偏光変換素子６を透過した光束は、色分割手段を構成するワイヤグリッド偏光板７に入射される。ワイヤグリッド偏光板７は、入射光束の光軸に対して４５°傾斜されて配置されている。
【００４５】
このワイヤグリッド偏光板７においては、青色成分光ＢがＳ偏光、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）がＰ偏光となっている。したがって、このワイヤグリッド偏光板７においては、青色成分光Ｂが反射され、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）が透過する。
【００４６】
ワイヤグリッド偏光板７を透過した赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）は、第１のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｂを経て、第２の波長選択性偏光変換素子８に入射される。この第２の波長選択性偏光変換素子８は、赤色成分光Ｒの偏波面を緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【００４７】
第２の波長選択性偏光変換素子８を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ９に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ９においては、偏光分離膜９ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜９ａを透過してこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第１の空間光変調素子となる赤色用反射型空間光変調素子１０に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜９ａにより反射されてこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第２の空間光変調素子となる緑色用反射型空間光変調素子１１に入射する。
【００４８】
赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１に供給される。
【００４９】
赤色用反射型空間光変調素子１０により変調されて反射された第１の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａにより反射され、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００５０】
緑色用反射型空間光変調素子１１により変調されて反射された第２の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａを透過して、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００５１】
一方、ワイヤグリッド偏光板７により反射された青色成分光Ｂは、第２のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｃを経て、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１２においては、偏光分離膜１２ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜１２ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１２より出射され、第３の空間光変調素子となる青色用反射型空間光変調素子１３に入射する。この青色用反射型空間光変調素子１３は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子１３に供給される。
【００５２】
青色用反射型空間光変調素子１３により変調されて反射された第３の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１２に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離膜１２ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１２ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１２から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００５３】
第１の偏光ビームスプリッタ９から出射された第１及び第２の変調光は、第３の波長選択性偏光変換素子１４に入射される。この第３の波長選択性偏光変換素子１４は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。
【００５４】
また、第２の偏光ビームスプリッタ１２から出射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射される。
【００５５】
第３の偏光ビームスプリッタ１５においては、偏光分離膜１５ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１５ａを透過して、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１５ａにより反射されて、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００５６】
第３の偏光ビームスプリッタ１５から出射された第１乃至第３の変調光は、結像光学系１６に入射する。この投射光学系１６は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【００５７】
この色分解合成光学系においては、光源１からの光束は、コンデンサレンズ４を経ることにより収束され、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められて第１の波長選択性偏光変換素子６及びワイヤグリッド偏光板７に入射される。また、ワイヤグリッド偏光板７は、光学特性について入射光の入射角度に依存しないので、光源１から凹レンズ５ａに入射する照明光の入射角度を大きくすることができる。すなわち、この色分解合成光学系においては、照明光学系としてのＦ値を小さくすることができ、光源１からの光束を効率よく使用し、各空間光変調素子の照明輝度を向上させることができる。
【００５８】
なお、この色分解合成光学系においては、凹レンズ５ａと第１のフィールドレンズ５ｂ、及び、凹レンズ５ａと第２のフィールドレンズ５ｃが、それぞれ、一つのフィールドレンズの作用を奏するように設計されている。
【００５９】
そして、この色分解合成光学系においては、光源１からの光束は、コンデンサレンズ４を経た後、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められて第１の波長選択性偏光変換素子６に入射されるので、この第１の波長選択性偏光変換素子６の近傍に配置される第２の偏光ビームスプリッタ１２に対して干渉することがない。
【００６０】
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態においては、色分割手段として、入射光の光軸に対して直交して配置されたワイヤグリッド偏光板と、このワイヤグリッド偏光板を経た光束の光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラーとを用いている。
【００６１】
図２は、本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。
【００６２】
すなわち、この色分解合成光学系においては、図２に示すように、光源１から発せられた光束は、一対のフライアイレンズアレイ２，３を経て、コンデンサレンズ４に入射される。このコンデンサレンズ４を経た光束は、凹レンズ５ａを経て、色分割手段を構成するワイヤグリッド偏光板７に入射される。このワイヤグリッド偏光板７は、入射光束の光軸に対して直交して配置されている。このワイヤグリッド偏光板７を透過した光束においては、各色成分の光束が、全て同一方向の直線偏光となっている。
【００６３】
ワイヤグリッド偏光板７を透過した光束は、色分割手段を構成するダイクロイックミラー１７に入射される。このダイクロイックミラー１７は、入射光束の光軸に対して４５°傾斜されて配置されている。このダイクロイックミラー１７は、青色成分光Ｂのみを反射し、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【００６４】
ダイクロイックミラー１７を透過した赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）は、第１のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｂを経て、第２の波長選択性偏光変換素子８に入射される。この第２の波長選択性偏光変換素子８は、赤色成分光Ｒの偏波面を緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【００６５】
第２の波長選択性偏光変換素子８を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ９に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ９においては、偏光分離膜９ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜９ａを透過してこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第１の空間光変調素子となる赤色用反射型空間光変調素子１０に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜９ａにより反射されてこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第２の空間光変調素子となる緑色用反射型空間光変調素子１１に入射する。
【００６６】
赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１に供給される。
【００６７】
赤色用反射型空間光変調素子１０により変調されて反射された第１の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａにより反射され、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００６８】
緑色用反射型空間光変調素子１１により変調されて反射された第２の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａを透過して、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００６９】
一方、ダイクロイックミラー１７により反射された青色成分光Ｂは、第２のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｃを経て、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１２においては、偏光分離膜１２ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜１２ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１２より出射され、第３の空間光変調素子となる青色用反射型空間光変調素子１３に入射する。この青色用反射型空間光変調素子１３は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子１３に供給される。
【００７０】
青色用反射型空間光変調素子１３により変調されて反射された第３の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１２に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離膜１２ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１２ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１２から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００７１】
第１の偏光ビームスプリッタ９から出射された第１及び第２の変調光は、第３の波長選択性偏光変換素子１４に入射される。この第３の波長選択性偏光変換素子１４は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。
【００７２】
また、第２の偏光ビームスプリッタ１２から出射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射される。
【００７３】
第３の偏光ビームスプリッタ１５においては、偏光分離膜１５ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１５ａを透過して、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１５ａにより反射されて、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００７４】
第３の偏光ビームスプリッタ１５から出射された第１乃至第３の変調光は、結像光学系１６に入射する。この投射光学系１６は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【００７５】
この色分解合成光学系においては、光源１からの光束は、コンデンサレンズ４を経ることにより収束され、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められてワイヤグリッド偏光板７及びダイクロイックミラー１７に入射される。また、ワイヤグリッド偏光板７は、光学特性について入射光の入射角度に依存しないので、光源１から凹レンズ５ａに入射する照明光の入射角度を大きくすることができる。すなわち、この色分解合成光学系においては、照明光学系としてのＦ値を小さくすることができ、光源１からの光束を効率よく使用し、各空間光変調素子の照明輝度を向上させることができる。
【００７６】
なお、この色分解合成光学系においても、凹レンズ５ａと第１のフィールドレンズ５ｂ、及び、凹レンズ５ａと第２のフィールドレンズ５ｃが、それぞれ、一つのフィールドレンズの作用を奏するように設計されている。
【００７７】
そして、この色分解合成光学系においては、光源１からの光束は、コンデンサレンズ４を経た後、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められてワイヤグリッド偏光板７に入射されるので、このワイヤグリッド偏光板７の近傍に配置される第２の偏光ビームスプリッタ１２に対して干渉することがない。
【００７８】
〔第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、色分割手段として、入射光の光軸に対して傾斜して配置されたダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーを経た光束の光軸に対して直交して配置された２枚のワイヤグリッド偏光板とを用いている。
【００７９】
図３は、本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。
【００８０】
すなわち、この色分解合成光学系においては、図３に示すように、光源１から発せられた光束は、一対のフライアイレンズアレイ２，３を経て、コンデンサレンズ４に入射される。このコンデンサレンズ４を経た光束は、凹レンズ５ａを経て、色分割手段を構成するダイクロイックミラー１７に入射される。このダイクロイックミラー１７は、入射光束の光軸に対して４５°傾斜されて配置されている。このダイクロイックミラー１７は、青色成分光Ｂのみを反射し、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【００８１】
ダイクロイックミラー１７を透過した赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）は、第１のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｂを経て、色分割手段を構成する第１のワイヤグリッド偏光板７ａに入射される。この第１のワイヤグリッド偏光板７ａは、入射光束の光軸に対して直交して配置されている。この第１のワイヤグリッド偏光板７ａを透過した光束においては、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、同一方向の直線偏光となっている。
【００８２】
そして、第１のワイヤグリッド偏光板７ａを透過した光束は、第２の波長選択性偏光変換素子８に入射される。この第２の波長選択性偏光変換素子８は、赤色成分光Ｒの偏波面を緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇ（黄色成分光Ｙ）を透過させる。
【００８３】
第２の波長選択性偏光変換素子８を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ９に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ９においては、偏光分離膜９ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜９ａを透過してこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第１の空間光変調素子となる赤色用反射型空間光変調素子１０に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜９ａにより反射されてこの第１の偏光ビームスプリッタ９より出射され、第２の空間光変調素子となる緑色用反射型空間光変調素子１１に入射する。
【００８４】
赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子１０及び緑色用反射型空間光変調素子１１に供給される。
【００８５】
赤色用反射型空間光変調素子１０により変調されて反射された第１の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａにより反射され、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００８６】
緑色用反射型空間光変調素子１１により変調されて反射された第２の変調光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離膜９ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜９ａを透過して、この第１の偏光ビームスプリッタ９から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００８７】
一方、ダイクロイックミラー１７により反射された青色成分光Ｂは、第２のフィールドレンズ（凸レンズ）５ｃを経て、色分割手段を構成する第２のワイヤグリッド偏光板７ｂに入射される。この第２のワイヤグリッド偏光板７ｂは、入射光束の光軸に対して直交して配置されている。この第２のワイヤグリッド偏光板７ｂを透過した光束においては、青色成分光Ｂは、直線偏光となっている。
【００８８】
そして、第２のワイヤグリッド偏光板７ｂを透過した光束は、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ１２に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１２においては、偏光分離膜１２ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜１２ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１２より出射され、第３の空間光変調素子となる青色用反射型空間光変調素子１３に入射する。この青色用反射型空間光変調素子１３は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子１３に供給される。
【００８９】
青色用反射型空間光変調素子１３により変調されて反射された第３の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１２に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離膜１２ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１２ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１２から、ワイヤグリッド偏光板７に戻る方向と異なる方向に出射する。
【００９０】
第１の偏光ビームスプリッタ９から出射された第１及び第２の変調光は、第３の波長選択性偏光変換素子１４に入射される。この第３の波長選択性偏光変換素子１４は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。
【００９１】
また、第２の偏光ビームスプリッタ１２から出射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１５に入射される。
【００９２】
第３の偏光ビームスプリッタ１５においては、偏光分離膜１５ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１５ａを透過して、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１５ａにより反射されて、この第３の偏光ビームスプリッタ１５より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。
【００９３】
第３の偏光ビームスプリッタ１５から出射された第１乃至第３の変調光は、結像光学系１６に入射する。この投射光学系１６は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
【００９４】
この色分解合成光学系においては、光源１からの光束が、コンデンサレンズ４を経ることにより収束され、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められてダイクロイックミラー１７に入射されるので、光源１から凹レンズ５ａに入射する照明光の入射角度を大きくすることができる。すなわち、この色分解合成光学系においては、照明光学系としてのＦ値を小さくすることができ、光源１からの光束を効率よく使用し、各空間光変調素子の照明輝度を向上させることができる。
【００９５】
なお、この色分解合成光学系においても、凹レンズ５ａと第１のフィールドレンズ５ｂ、及び、凹レンズ５ａと第２のフィールドレンズ５ｃが、それぞれ、一つのフィールドレンズの作用を奏するように設計されている。
【００９６】
そして、この色分解合成光学系においては、光源１からの光束は、コンデンサレンズ４を経た後、凹レンズ５ａを経ることにより収束角度を緩められてダイクロイックミラー１７に入射されるので、このダイクロイックミラー１７の近傍に配置される第２の偏光ビームスプリッタ１２に対して干渉することがない。
【００９７】
また、この第３の実施の形態における色分解合成光学系は、前述の第２の実施の形態における色分解合成光学系に比較して、ワイヤグリッド偏光板７ａ，７ｂが空間光変調素子に近い位置に配置されているため、これらワイヤグリッド偏光板７ａ，７ｂを経た光束が各空間光変調素子に至るまでに偏光状態が乱されることが少なく、偏光分離の性能が向上し、表示画像の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】
【００９８】
【図１】本発明に係る色分解合成光学系の第１の実施の形態を示す平面図である。
【図２】本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。
【図４】画像表示装置において用いられる従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。
【図５】従来の色分解合成光学系の構成の他の例を示す平面図である。
【図６】従来の色分解合成光学系の構成のさらに他の例を示す平面図である。
【図７】従来の色分解合成光学系の構成のさらに他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１      光源
２，３  フライアイレンズアレイ
４      コンデンサレンズ
５ａ    凹レンズ
６      第１の波長選択性偏光変換素子
７      ワイヤグリッド偏光板
７ａ    第１のワイヤグリッド偏光板
７ｂ    第２のワイヤグリッド偏光板
８      第２の波長選択性偏光変換素子
９      第１の偏光ビームスプリッタ
１０    赤色用反射型空間光変調素子
１１    緑色用反射型空間光変調素子
５ｂ    第１のフィールドレンズ
５ｃ    第２のフィールドレンズ
１２    第２の偏光ビームスプリッタ
１３    青色用反射型空間光変調素子
１４    第３の波長選択性偏光変換素子
１５    第３の偏光ビームスプリッタ
１６    投射光学系
１７    ダイクロイックミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006091727.tif 000006
【図５】
2006091727.tif 000007
【図６】
2006091727.tif 000008
【図７】
2006091727.tif 000009