(57)【要約】【課題】  高いコントラストを確保すると共に高輝度化等を図る。【解決手段】  赤色光、青色光及び緑色光のうち映像光として使用される光をそれぞれ変調して偏光面を変換する反射型の３つの画像表示パネル１６Ｒ、１６Ｂ、１６Ｇと、光源から出射されて分離された赤色光、青色光及び緑色光を透過して上記各画像表示パネルに導くと共に各画像表示パネルによって偏光面が変換された光を反射してそれぞれクロスプリズム１７に導く３つの偏光ビームフィルター１５Ｒ、１５Ｂ、１５Ｇとを設けた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を赤色光、青色光及び緑色光に分離し分離した赤色光、青色光及び緑色光をクロスプリズムによって合成し映像光として投影レンズを介して出射する画像表示装置であって、
赤色光、青色光及び緑色光のうち映像光として使用される光をそれぞれ変調して偏光面を変換する反射型の３つの画像表示パネルと、
光源から出射されて分離された赤色光、青色光及び緑色光を透過して上記各画像表示パネルに導くと共に各画像表示パネルによって偏光面が変換された光を反射してそれぞれ上記クロスプリズムに導く３つの偏光ビームフィルターとを備えた
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記画像表示パネルと偏光ビームフィルターの間に位相のズレを補正する位相差板を配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記画像表示パネルから偏光ビームフィルターを経たクロスプリズムまでの光路を密閉するようにした
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像表示装置についての技術分野に関する。詳しくは、偏光ビームフィルターを用いることにより、高いコントラストを確保すると共に高輝度化等を図る技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン等に画像を表示する画像表示装置には、例えば、リフレクターに支持された光源と光の変調等を行う光変調素子とを備え、光源から出射された光を光変調素子に照射することにより得られた画像を投影レンズを介してスクリーン等に映し出す投射型の装置がある。
【０００３】
このような画像表示装置にあっては、光源から出射された光を、リフレクターによって平行光化又は集光し、フライアイレンズによって複数の光スポットに分割し、ダイクロイックミラーによって赤色、緑色及び青色の所定の波長帯域の光に分離し、これらの分離した光を液晶表示パネル等の画像表示パネル（光変調素子）によって変調し、変調した光を再びクロスプリズムによって合成して投影レンズを介して画像をスクリーン等に表示する。
【０００４】
光源からクロスプリズムまでの光路中には、入射した光の偏光面の向きの相違により光路を分離する光路分離手段が配置されるが、この光路分離手段としてはキュービック状を為す偏光ビームスプリッターが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
偏光ビームスプリッターの分離面は、光軸に対して４５°の角度で配置されているが、偏光ビームスプリッターには画像表示パネルへ向けて集光されつつある光が入射されるため、分離面には４５°乃至５５°程度の角度で光が入射される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３―１３１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、画像表示装置において、高輝度化を図るためには光学系のＦナンバーを小さくすることが望ましい。
【０００８】
ところが、図４に示すように、偏光ビームフィルターの膜特性として入射角についての角度依存性が高いという性質があり、入射角が広がると透過率が低下すると共に波長によって透過率が増減してしまう。
【０００９】
従って、Ｆナンバーを小さくして入射角を広げてしまうと、画像のコントラストが低下して画質が悪化するという問題が生じるため、光学系のＦナンバーを小さくすることができず高輝度化を図ることができないという不都合がある。このような画質の悪化のおそれがあるため、一般に、Ｆナンバーを２．８程度までしか小さくすることができない。
【００１０】
また、偏光ビームスプリッターはキュービック状に形成されているため、その分、比較的大きな配置スペースを必要とし、画像表示装置の小型化を阻害する要因となる。
【００１１】
そこで、本発明画像表示装置は、上記した問題点を克服し、高いコントラストを確保すると共に高輝度化等を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明画像表示装置は、上記した課題を解決するために、赤色光、青色光及び緑色光のうち映像光として使用される光をそれぞれ変調して偏光面を変換する反射型の３つの画像表示パネルと、光源から出射されて分離された赤色光、青色光及び緑色光を透過して上記各画像表示パネルに導くと共に各画像表示パネルによって偏光面が変換された光を反射してそれぞれ上記クロスプリズムに導く３つの偏光ビームフィルターとを設けたものである。
【００１３】
従って、本発明画像表示装置にあっては、光学系のＦナンバーを小さくしたときに透過率の顕著な低下が生じないと共に波長による透過率の変化が小さい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明画像表示装置は、光源から出射された光を赤色光、青色光及び緑色光に分離し分離した赤色光、青色光及び緑色光をクロスプリズムによって合成し映像光として投影レンズを介して出射する画像表示装置であって、赤色光、青色光及び緑色光のうち映像光として使用される光をそれぞれ変調して偏光面を変換する反射型の３つの画像表示パネルと、光源から出射されて分離された赤色光、青色光及び緑色光を透過して上記各画像表示パネルに導くと共に各画像表示パネルによって偏光面が変換された光を反射してそれぞれ上記クロスプリズムに導く３つの偏光ビームフィルターとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
従って、光学系のＦナンバーを小さくすることにより画像の高輝度化を図ることができると共に高いコントラストを確保することができる。
【００１６】
また、偏光ビームフィルターで反射された青色光、赤色光、緑色光を投影レンズを投射しているため、偏光ビームフィルターを光が透過したときの収差等の発生による画質の低下のおそれがなく、画像の品質の向上を図ることができる。
【００１７】
さらに、偏光ビームフィルターを用いているため、キュービック状の偏光ビームスプリッターを用いた場合に比し、配置スペースを小さくすることができ、その分、画像表示装置の小型化を図ることができる。
【００１８】
請求項２に記載した発明にあっては、上記画像表示パネルと偏光ビームフィルターの間に位相のズレを補正する位相差板を配置したので、青色光、赤色光及び緑色光における位相のズレを改善することができ、画像のコントラストの低下を防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載した発明にあっては、上記画像表示パネルから偏光ビームフィルターを経たクロスプリズムまでの光路を密閉するようにしたので、画像表示パネルに対する塵埃の付着が防止され、画像に塵埃の陰影が形成されず、画質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明画像表示装置の最良の形態を添付図面に従って説明する。尚、以下に示した最良の形態は、本発明画像表示装置を、光源から出射された光を光変調素子に照射することにより得られた画像を投影レンズを介してスクリーン等に映し出す投射型の画像表示装置に適用したものである。
【００２１】
画像表示装置１は外筐２の内部に所要の各部が配置されて成る（図１参照）。
【００２２】
外筐２の内部にはランプユニット３が配置され、該ランプユニット３はリフレクター４に光源５が支持されて成る。
【００２３】
リフレクター４は、反射面４ａが、例えば、放物面又は楕円面に形成され、光源５から出射された光を反射して平行光化又は集光する機能を有している。
【００２４】
光源５としては、例えば、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等が用いられている。
【００２５】
外筐２の内部には、所要の光学要素として、フライアイレンズ６、６、ＰＳ変換素子７、メインコンデンサーレンズ８、第１のダイクロイックミラー９、第２のダイクロイックミラー１０、第３のダイクロイックミラー１１、全反射ミラー１２、１３、コンデンサーレンズ１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇ、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇ、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇ及びクロスプリズム１７等が設けられている。
【００２６】
フライアイレンズ６、６は強度分布を有する光源５から出射される光を多数の光スポットに分割し画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｒの画面全体の輝度分布を均一にするためのものであり、光源５に対向して配置されている。
【００２７】
ＰＳ変換素子７は一方のフライアイレンズ６に対向して配置され、メインコンデンサーレンズ８はＰＳ変換素子７を挟んでフライアイレンズ６の反対側に配置されている。
【００２８】
ＰＳ変換素子７は短冊状に配列された偏光ビームスプリッターとこれに対応して間欠的に設けられた位相差板とから成り、入射光の偏光方向の変換を行うものである。例えば、光源５から出射された光がＰＳ変換素子７を透過されると、Ｐ偏光がＳ偏光に変換される。
【００２９】
メインコンデンサーレンズ８はＰＳ変換素子７によってＳ偏光に揃えられた光を集光する機能を有している。
【００３０】
第１のダイクロイックミラー９と第２のダイクロイックミラー１０は互いに直交する向きで光軸に対して４５°の角度で配置され、第１のダイクロイックミラー９は入射された光のうち青色の波長域の光（青色光）を反射し、第２のダイクロイックミラー１０は入射された光のうち赤色の波長域の光（赤色光）及び緑色の波長域（緑色光）の光を反射する機能を有している。
【００３１】
全反射ミラー１２は第１のダイクロイックミラー９で反射された青色光を反射してコンデンサーレンズ１４Ｂに導くものである。
【００３２】
全反射ミラー１３は第２のダイクロイックミラー１０で反射された赤色光及び緑色光を反射して第３のダイクロイックミラー１１に導くものである。
【００３３】
第３のダイクロイックミラー１１は、入射された光のうち赤色光を透過してコンデンサーレンズ１４Ｒに導くと共に入射された光のうち緑色光を反射してコンデンサーレンズ１４Ｇに導く機能を有している。
【００３４】
コンデンサーレンズ１４Ｂと偏光ビームフィルター１５Ｂの間には第１の直線偏光板１８Ｂが配置され、コンデンサーレンズ１４Ｒと偏光ビームフィルター１５Ｒの間には第１の直線偏光板１８Ｒが配置され、コンデンサーレンズ１４Ｇと偏光ビームフィルター１５Ｇの間には第１の直線偏光板１８Ｇが配置されている。第１の直線偏光板１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇは、それぞれＳ偏光を透過する機能を有している。
【００３５】
偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇはそれぞれ光軸に対して４５°傾斜された向きで配置され、Ｓ偏光を透過してそれぞれ画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇに導くと共に画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇで変調されて偏光面の向きが変換されたＰ偏光を反射してクロスプリズム１７に導く機能を有している。
【００３６】
画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇは反射型の光変調素子であり、それぞれ青色光、赤色光及び緑色光のうち映像光として使用される光を変調して偏光面を変換する機能を有している。例えば、黒（青、赤、緑は０％）を表示する場合には青色光、赤色光又は緑色光の偏光面は画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇによって変換されず、１００％青、赤、緑を表示する場合には青色光、赤色光又は緑色光の偏光面が画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇによって９０°変換される。従って、１００％青、赤、緑を表示する場合には青色光、赤色光又は緑色光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。
【００３７】
偏光ビームフィルター１５Ｂと画像表示パネル１６Ｂとの間には位相差板１９Ｂが配置され、偏光ビームフィルター１５Ｒと画像表示パネル１６Ｒとの間には位相差板１９Ｒが配置され、偏光ビームフィルター１５Ｇと画像表示パネル１６Ｇとの間には位相差板１９Ｇが配置されている。位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇは画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇにおける複屈折により発生する位相のズレを改善する機能を有している。
【００３８】
従って、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇと画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇとの間にそれぞれ位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇを配置することにより、青色光、赤色光及び緑色光における位相のズレを改善することができ、スクリーン等に表示される画像のコントラストの低下を防止することができる。
【００３９】
偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇとクロスプリズム１７との間には、それぞれ第２の直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒ、２０Ｇが配置されている。第２の直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒ、２０Ｇは、それぞれＰ偏光を透過する機能を有している。
【００４０】
第２の直線偏光板２０Ｂとクロスプリズム１７との間には１／２波長板２１Ｂが配置され、第２の直線偏光板２０Ｒとクロスプリズム１７との間には１／２波長板２１Ｒが配置されている。１／２波長板２１Ｂ、２１Ｒは、それぞれ入射された青色光又は赤色光の偏光面を変換する機能を有する。従って、１／２波長板２１Ｂ、２１Ｒに入射されたＰ偏光がＳ偏光に変換される。
【００４１】
クロスプリズム１７は入射された青色光、赤色光及び緑色光の波長域の光を合成する機能を有している。
【００４２】
クロスプリズム１７の出射側の位置には投影レンズ２２、２２が配置され、クロスプリズム１７を介して入射された映像光が投影レンズ２２、２２によって図示しないスクリーン等の画面へ向けて投射される。
【００４３】
以下に、光源５から出射された光の経路について説明する（図１参照）。
【００４４】
光源５から出射された光は、光路Ｐ１を通り、フライアイレンズ６、６によって多数の光スポットに分割され、ＰＳ変換素子７に入射される。ＰＳ変換素子７においてＳ偏光となるように光の偏光方向が揃えられ、揃えられたＳ偏光はメインコンデンサーレンズ８を経て第１のダイクロイックミラー９及び第２のダイクロイックミラー１０に入射される。
【００４５】
第１のダイクロイックミラー９に入射された光のうち、青色光は反射され光路Ｐ２を経て全反射ミラー１２によってさらに反射されることによりコンデンサーレンズ１４Ｂに入射される。
【００４６】
第２のダイクロイックミラー１０に入射された光のうち、赤色光及び緑色光は光路Ｐ３を経て全反射ミラー１３によってさらに反射されることにより第３のダイクロイックミラー１１に入射される。
【００４７】
第３のダイクロイックミラー１１に入射された光のうち、赤色光は第３のダイクロイックミラー１１を透過されて光路Ｐ４を経てコンデンサーレンズ１４Ｒに入射される。
【００４８】
第３のダイクロイックミラー１１に入射された光のうち、緑色光は第３のダイクロイックミラー１１で反射されて光路Ｐ５を経てコンデンサーレンズ１４Ｇに入射される。
【００４９】
コンデンサーレンズ１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにそれぞれ入射された青色光、赤色光、緑色光は集光されてそれぞれ第１の直線偏光板１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇを介して偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇに入射される。偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇは光軸に対して４５°の角度で配置されているが、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇには画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇへ向けて集光されつつある光が入射されるため、４５°乃至５５°程度の角度で入射される。
【００５０】
偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇに入射された青色光、赤色光、緑色光はそれぞれ偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを透過されて光路Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を経て位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇを介して画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇに入射される。画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６ＧにはＳ偏光が入射される。
【００５１】
画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇにそれぞれ入射された青色光、赤色光、緑色光は、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇによって映像光として使用される光が変調されてＳ偏光からＰ偏光に変換される。
【００５２】
青色光、赤色光、緑色光は画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇで反射され、それぞれ再び光路Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を経て位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇを介して偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇに入射される。偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇに入射された青色光、赤色光、緑色光は、それぞれＰ偏光が偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇで反射されて光路Ｐ９、Ｐ１０、Ｐ１１を経て第２の直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒ、２０Ｇに入射され、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇによって変換されなかったＳ偏光は偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを透過されて光源５側へ戻っていく。
【００５３】
直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒに入射された青色光、赤色光はそれぞれ１／２波長板２１Ｂ、２１Ｒに入射され、該１／２波長板２１Ｂ、２１ＲによってＰ偏光とされてクロスプリズム１７に入射される。直線偏光板２０Ｇに入射された緑色光はＳ偏光のままクロスプリズム１７に入射される。
【００５４】
青色光、赤色光及び緑色光がクロスプリズム１７に入射されると、該クロスプリズム１７において色合成され、色合成された光が投影レンズ２２、２２から出射されて図示しないスクリーン等にフルカラーの画像が表示される。
【００５５】
尚、上記には、第１の直線偏光板１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇ、第２の直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒ、２０Ｇ及び位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇを配置した例を示したが、第１の直線偏光板１８Ｂ、１８Ｒ、１８Ｇ及び第２の直線偏光板２０Ｂ、２０Ｒ、２０Ｇはそれぞれ偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇの分離特性を補助し画像のコントラストを高めることを目的として配置したものであり、位相差板１９Ｂ、１９Ｒ、１９Ｇは青色光、赤色光及び緑色光における位相のズレを改善することを目的として配置したものであるため、これらは必要に応じて配置すればよい。
【００５６】
上記した画像表示装置１においては、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを用いているが、偏光ビームフィルターは、膜特性として角度依存性が小さいという特性を有している。図２は、各波長に対する透過率を、入射角４５°と入射角５５°の場合について示したグラフ図である。
【００５７】
図２に示すように、偏光ビームフィルターにおいては、入射角が変化した場合でも透過率はほとんど低下せず、また、波長によって透過率がほとんど変化しない。
【００５８】
以上に記載した通り、画像表示装置１にあっては、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇによって偏光面が変換された青色光、赤色光、緑色光をクロスプリズム１７に導く偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを用いているため、画像の高輝度化を図るために光学系のＦナンバーを小さくして入射角が広がった場合においても、透過率の低下や波長の相違による透過率の変化がほとんど生じない。
【００５９】
従って、光学系のＦナンバーを小さくすることにより画像の高輝度化を図ることができると共に高いコントラストを確保することができる。偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを用いた場合には、Ｆナンバーを２．０乃至２．４程度まで小さくすることが可能である。
【００６０】
また、画像表示装置１においては、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇで反射された青色光、赤色光、緑色光が投影レンズ２２、２２を介してスクリーン等に投射される。
【００６１】
一般に、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇのような板状（フィルム状）の素子において透過した光を投射する場合には、透過による収差の発生等が生じて画質の低下を来たすおそれがあるが、上記のように、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇで反射された青色光、赤色光、緑色光を投射することにより、収差等による画質の低下のおそれがなく、画像の品質の向上を図ることができる。
【００６２】
さらに、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇを用いた場合には、キュービック状の偏光ビームスプリッターを用いた場合に比し、配置スペースを小さくすることができ、その分、画像表示装置１の小型化を図ることができる。
【００６３】
尚、画像表示装置１にあっては、上記したように、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇで反射された光を投射する構成としているため、図１に示すように、青色光用の画像表示パネル１６Ｂと赤色光用の画像表示パネル１６Ｒが同じ方向を向くように配置され、外筐２の同一の側面側に配置される。従って、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒの冷却を外気を取り入れて行う場合に、冷却風を同じ方向へ送ればよく、冷却効率の向上及び冷却システムの簡素化を図ることが可能となる。
【００６４】
画像表示装置１においては、上記した光学系の光路の一部をカバー等により密閉することが可能である。
【００６５】
例えば、図３に示すように、偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇから画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇを経てクロスプリズム１７までの光路Ｐ６乃至Ｐ１１をカバー２３等によって密閉する。
【００６６】
このように偏光ビームフィルター１５Ｂ、１５Ｒ、１５Ｇから画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇを経てクロスプリズム１７までの光路Ｐ６乃至Ｐ１１を密閉することにより、特に、画像表示パネル１６Ｂ、１６Ｒ、１６Ｇに対する塵埃の付着が防止され、画像に塵埃の陰影が形成されず、画質の向上を図ることができる。
【００６７】
上記した最良の形態において示した各部の具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施する際の具体化のほんの一例を示したものにすぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならないものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図２及び図３と共に本発明を実施するための最良の形態を示すものであり、本図は画像表示装置の構成を示す概念図である。
【図２】波長に対する偏光ビームフィルターの透過率を異なる入射角度について示したグラフ図である。
【図３】カバーによって光路の一部を密閉した画像表示装置の構成を示す概念図である。
【図４】波長に対する偏光ビームスプリッターの透過率を異なる入射角度について示したグラフ図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…画像表示装置、１５Ｂ…偏光ビームフィルター、１５Ｒ…偏光ビームフィルター、１５Ｇ…偏光ビームフィルター、１６Ｂ…画像表示パネル、１６Ｒ…画像表示パネル、１６Ｇ…画像表示パネル、１７…クロスプリズム、１９Ｂ…位相差板、１９Ｒ…位相差板、１９Ｇ…位相差板、２１…投影レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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