(57)【要約】【課題】小型・軽量、低コスト下で、明るさ向上及び高画質化を達成できる表示技術の提供。【解決手段】反射型液晶表示素子の光軸上に、色分離手段と色分離合成手段と色合成手段と反射手段２個と光の偏光方向を変換する偏光板と偏光ビームスプリッタとの組合せる。【選択図】図１
2006133802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を第１及び第２の光と、第３の光とに分離する色分離部と、
前記第１の光と前記第２の光の色分離合成を行う第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタの近傍に略直角に配置され、且つ前記第１の偏光ビームスプリッタで分離された第１及び第２の光の各々が入射する第１及び第２の反射型液晶表示素子と、
前記第３の光が入射する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第２の偏光ビームスプリッタの近傍に配置され、且つ前記第２の偏光ビームスプリッタからの第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子から出射された前記第１、第２及び第３の光を合成する色合成部と、
前記色合成部で合成された光が入射する投射部とを備えることを特徴とする映像表示装置。
【請求項２】
請求項１記載の映像表示装置であって、
前記第１の偏光ビームスプリッタの入射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第１の特定波長域偏光変換素子と、
前記第１の偏光ビームスプリッタの出射側に配置され、且つ前記第１の光の偏光方向を変換する第２の特定波長域偏光変換素子とを有することを特徴とする映像表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の映像表示装置であって、
前記色合成部は、色合成ミラー又はダイクロイックプリズムであることを特徴とする映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
特開平０９−０５４２１３号公報（特許文献１）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１.５×10-8 cｍ2／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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。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。
【０００９】
【特許文献１】特開平０９−０５４２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一面は、光源と、前記光源が放射する光を第１及び第２の光と、第３の光とに分離する色分離部と、前記第１の光と前記第２の光の色分離合成を行う第１の色分離合成部と、前記第１の色分離合成部の近傍に略直角に配置され、且つ前記第１の色分離合成部で分離された第１及び第２の光の各々が入射する第１及び第２の反射型液晶表示素子と、前記第３の光の色分離合成を行う第２の色分離合成部と、前記第２の色分離合成部の近傍に配置され、且つ前記第２の色分離合成部で分離された第３の光が入射する第３の反射型液晶表示素子と、前記第１、第２及び第３の反射型液晶表示素子から出射された前記第１、第２及び第３の光を合成する色合成部と、前記色合成部で合成された光が入射する投射部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、小型、軽量化を達成でき、性能向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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分離合成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、各色の偏光度を高め、偏光板１４をガラスに貼り、反対側に色調整膜を施すことによって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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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である偏光分離合成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。
【００２５】
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。
【００２６】
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分離合成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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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である偏光分離合成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。
【００３１】
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、偏光分離合成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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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板等の偏光整流素子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。
【００３８】
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板等の偏光整流素子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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
以下、本発明による光学エンジンの第８の実施例について、図８を用いて説明する。図８は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第８の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。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。
【００４８】
偏光変換素子１０１を透過したＳ偏光光の内、Ｂ光はダイクロイックミラー等の色分離ミラー１０２を透過し、偏光板１０３ａ、及び１／２λ波長板等の偏光変換素子（偏光特定波長域偏光変換素子でもよい。）１１５、色調整膜１０４ａを透過して、偏光ビームスプリッター１０５ＲＧＢ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Ｂ光は偏光変換素子１１５でＳ偏光光がＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して全反射プリズム１０８に入射され、ここで反射される。全反射プリズム１０８で反射されたＢ光は１／４λ波長板を通して反射型液晶表示素子１０７Ｂに入射され、液晶表示素子１０７ＢでＰ偏光光はＳ偏光光に変換され、再び全反射プリズム１０８で反射された後、色合成用偏光ビームスプリッタ（又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（図示せず）に出射される。なお、１／４λ波長板１０６ａは液晶表示素子１０７Ｂの偏光軸と偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ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。
【００４９】
色分離ミラー１０２で反射されたＳ偏光光であるＲ光およびＧ光は反射ミラー１０９で反射され、Ｓ偏光光を除去するための偏光板１０３ｂを通して特定波長域偏光変換素子１１２ａに入射さる。ここで、Ｒ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｇ光はＳ偏光光のまま、色調整膜１０４ｂを透過して色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧに入射される。Ｓ偏光光であるＧ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧで反射され、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＧ光用の反射型液晶表示素子１０７Ｇに入射され、この液晶表示素子１０７ＧでＳ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射され、Ｐ偏光光として再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ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。
【００５０】
Ｐ偏光光に変換されたＲ光は色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを透過した後、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Ｐ偏光光がＳ偏光光に変換されて反射され、Ｓ偏光光として出射される。Ｓ偏光光であるＲ光は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ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Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換し、Ｇ光はＰ偏光光のまま透過する。Ｐ偏光光であるＲ光、Ｇ光は、コントラストの劣化を防ぐため偏光板１０３ｃでＲ光、Ｇ光に含まれているＰ偏光光成分が除去された後、色合成用の偏光ビームスプリッタ（又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Ｒ光及びＧ光は偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム１０５ＲＧＢを透過し、Ｓ偏光光である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（図示せず）に入射される。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で反射せずにここを透過するので、Ｐ偏光光成分は投射レンズに入射されない。
【００５１】
図８の実施例においては、色分離ミラー１０２に入射される光は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Ｒ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換しているが、Ｇ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、誘電体多層膜を偏光板や１／２波長板に貼り付けたガラス板等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。
【００５２】
本実施例において、全反射プリズム１０８は必ずしも必要ではなく、色合成用偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢのＢ光の出射面に対向して配置してもよい。但し、本実施例のように全反射プリズム１０８を設けることによって、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光の光路の高さを揃えることができるため、各色光の効率がよく、かつ、コントラストを好適にすることができる。
【００５３】
以下、本発明による光学エンジンの第９の実施例について、図９を用いて説明する。図９は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第９の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。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（図示せず）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。
【００５４】
図９において、Ｇ光は色分離ミラー１０２を透過して偏光板１０３ａでＳ偏光光成分に含まれているＰ偏光光が取り除かれ、偏光変換素子１１５でＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過し、全反射ミラー１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通してＧ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射される。液晶表示素子１０７Ｇに入射されたＧ光はここでＳ偏光光に変換され、再び１／４λ波長板１０６ａを透過した後、全反射プリズム１０８で反射され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｇ光はＳ偏光光であるため今度は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射される。
【００５５】
Ｓ偏光光であるＲ光及びＢ光は偏光板１０３ｂを透過した後、反射プリズム１１０で反射され、特定波長域偏光変換素子１１２ａを透過する。特定波長域偏光変換素子１１２ａはＢ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、Ｒ光はその偏光が変換されずに、Ｓ偏光光のまま透過され、Ｂ光及びＲ光は色分離及び合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｂ光はＰ偏光光なので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｂを透過してＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂに入射され、ここでＳ偏光光に変換されて反射され、再び１／４λ波長板１０６ｂを通して偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射され、ここで反射される。Ｒ光はＳ偏光光なので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射され、１／４λ波長板１０６ｃを通してＲ光用の液晶表示素子１０５ＲＢに入射され、ここで、Ｐ偏光光に変換された後、再び１／λ波長板１０６ｃをとうかして偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｒ光はＰ偏光光なので、今度は偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過する。偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢから出射されたＲ光とＢ光は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はＳ偏光光であるＢ光をＰ偏光光に変換し、Ｐ偏光光であるＲ光を偏光変換することなくそのまま透過させる。特定波長域偏光変換素子１１２ｂを透過したＲ光及びＢ光は色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｒ光とＢ光は共にＰ偏光光であるので、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ｃに入射される。特定波長域偏光変換素子１１２ｃはＧ光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換する。従って、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＰ偏光光として偏光板１０３ｃを透過して投射レンズ（図示せず）に入射される。Ｒ光、Ｂ光の偏光方向はこれに限るものではなく、Ｒ光がＰ偏光に、Ｇ光がＳ偏光のまま偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射してもよい。
【００５６】
図１０は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１０の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図において、図８の第８の実施例と比較して、偏光変換素子（図示せず）によって、偏光方向がＳ偏光光に変換されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を特定波長域偏光変換素子１１２ｄに入射させ、ここで、Ｂ光をＰ偏光光に変換している点、色分離ミラー１０２の代わりに色分離用の偏光ビームスプリッタ１１１を設けている点、反射ミラー１０９の代わりに全反射プリズム１１０を設けている点が主に異なる。
【００５７】
Ｂ光は特定波長域偏光変換素子１１２ｄでＳ偏光光からＰ偏光光に変換された後、偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、色調整膜１０４、偏光板１０３（偏光板により整流する場合の一例）を透過し、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。それ以降のＢ光は図８の実施例と同様な経路を経て偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから出射される。Ｓ偏光光であるＲ光及びＧ光は全反射ミラー１１０で反射された後、偏光板１０３ｂに入射される。その後のＲ光及びＢ光は図８の実施例と同様に処理され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢから出射される。偏光板１０３ａは特定波長域偏光変換素子１１２ｄの位置に設けてもよく、偏光板、蒸着偏光板、偏光分離シート等を特定波長域偏光変換素子１１２ｄと共にプリズム１１１に貼り付けてもよい。さらに、この場合はプリズム１１１、１１０、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ、全反射プリズム１０８をすべて貼り付けることができ、組立性を向上することができる。また、光軸の調整も容易である。
【００５８】
図１１は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１１の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。本実施例においては、偏光変換素子（図示せず）によって、光源ユニット（図示せず）からの光の内、Ｐ偏光光は偏光変換素子をそのまま透過され、Ｓ偏光光はＰ偏光光に変換される。特定波長域偏光変換素子１１２ｄでＧ光のみがＳ偏光光に変換されて分離用の偏光ビームスプリッタ１１１に入射され、Ｓ偏光光であるＧ光のみがここで反射され、更に、全反射プリズム１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通してＧ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射され、Ｐ偏光光として偏光ビームスプリッタ１１１に入射される。Ｇ光はＰ偏光光であるため、今度は偏光ビームスプリッタ１１１を透過し、更に偏光板１０３ａ、色合成用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。Ｂ光及びＲ光はＰ偏光光であるため、この色分離用の偏光ビームスプリッタ１１１、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でＲ光はＳ偏光光に変換され、Ｂ光は偏光されずにＰ偏光光のまま色分離合成用（又は検光用）の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｒ光はＳ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢで反射されて１／４λ波長板１０６ｂを通してＲ光用の液晶表示素子１０７Ｒに入射され、Ｐ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過する。Ｂ光はＰ偏光光であるため、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、１／４λ波長板１０６ｃを通してＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂに入射される。ここで、Ｓ偏光光に変換され、今度はＳ偏光光であるために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。ここで、Ｒ光はＳ偏光光に変換され、Ｂ光は偏光が変換されＳ偏光光のままここを透過し偏光板１０３ｃを通して全反射プリズム１１７で反射され、合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射される。Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光であるために、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射され、投射レンズ（図示せず）に入射される。本実施例において、偏光板１０３ａはなくてもよく、その場合は全反射プリズム１０８、偏光ビームスプリッタ１１１、１０５ＲＧＢ、全反射プリズム１１７をすべて貼り合わせることができる。
【００５９】
図１２は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１２の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図の実施例は図１０の実施例と比較して、特定波長域偏光変換素子１１２ｄを設ける代わりに、偏光変換素子１１５を設けている点、偏光ビームスプリッタ１１１の代わりにダイクロイックプリズム１１１ｂが設けられている点、液晶表示素子１０７の配置が異なる点が相違する。なお、色調整膜１０４は図示されていないが、図１０や図８と同様な位置等適宜設けてもよい。
【００６０】
本実施例では、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＳ偏光光であるとして説明する。Ｇ光はダイクロイックプリズム１１１ｂ、偏光板１０３ａを透過して偏光変換素子１１５でＰ偏光光に変換され、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過して、全反射プリズム１０８で反射され、１／４λ波長板１０６ａを通して、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇに入射される。その後は図１０のＢ光と同様な経路を経て再び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射され、ここで反射される。
【００６１】
一方、Ｒ光とＢ光はダイクロイックプリズム１１１ｂで反射されて全反射プリズム１１０で反射され、偏光板１０３ｂを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ａで、Ｂ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｒ光は偏光方向が偏光されずに色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢに入射される。Ｐ偏光光である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、Ｂ光用の液晶表示素子１０７ＢでＳ偏光光として反射される。Ｂ光はさらに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によりＰ偏光光に変換され、偏光板１０３ｃを透過した後偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過する。Ｒ光はＳ偏光光なので、色分離合成用の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光用の液晶表示素子１０７ＲでＰ偏光光として反射され、検光子である偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢを透過し、特定波長域偏光変換素子１１２ｂはそのままの偏光で透過して、偏光板１０３ｃで偏光整流された後、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを透過する。Ｒ光、Ｂ光及びＧ光の内、Ｇ光は特定波長域偏光変換素子１１２ｃでＰ偏光光に変化される。このため、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光は共にＰ偏光光として偏光板１０３ｄを通して偏光整流された後投射レンズ（図示せず）に入力される。従って、偏光板１０３ｃを無くして偏光板１０３ｄにてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全ての出射光の偏光整流を行ってもよい。この場合、出射偏光方向は全ての光でそろえられる。更に、偏光板１０３ｃを冷却しなくてもよく、構造上も簡単になり、バックフォーカス距離も短くなり光学的に有利である。
【００６２】
図１３は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１３の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図１３に示す実施例は図１１に示す実施例と比較して、分離用の偏光ビームスプリッタ１０５の出射面に特定波長域偏光変換素子１１２ｃが設けられ、さらに、図１１で、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢと全反射プリズム１１７間に設けられていた偏光板１０３ｃが特定波長域偏光変換素子１１２ｃの出射面に設けられ、偏光ビームスプリッタ１１１と偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に設けられていた偏光板１０３ｃが取り除からた点が異なる。
【００６３】
Ｇ光は図１１の場合と同じ経路を経て液晶表示素子１０７Ｇで反射された後、偏光ビームスプリッタ１１１及び偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢをＰ偏光光として透過する。Ｒ光、Ｇ光も図１１の場合と同様にそれぞれ液晶表示素子１０７Ｒ、１０７Ｂで反射された後、特定波長域偏光変換素子１１２ｂでＲ光はＰ偏光光からＳ偏光光に変換され、Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光として全反射プリズム１１７で反射され、さらに偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射される。その後、特定波長域偏光変換素子１１２ｃによって、Ｇ光のみがＰ偏光光からＳ偏光光に変換され、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＳ偏光光として偏光板１０３ｃを通して投射レンズ（図示せず）に入射される。更に、偏光板１０３ｂ、特定波長域偏光変換素子１１２ｂは除いても色分離合成用として十分に機能する。また、偏光ビームスプリッタの大きさは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢが一番大きく、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢが一番小さく、偏光ビームスプリッタ１１１がこれらの中間の大きさになるようにすると、照明系から色分離合成系に入射する光をテレセントリックにしても液晶表示素子に入射された光が偏光ビームスプリッタや全反射プリズムよってケラレることを防止することができる。
【００６４】
図１４は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１4の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図１４の実施例を図８の実施例と比較すると、図１４の実施例では、色分離ミラー１０２と色合成偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ間にコンデンサレンズ１１９ａが設けられており、色分離ミラー１０２と反射ミラー１０９間にコンデンサレンズ１１９ｂを設けた点が異なる。従って、Ｇ光、Ｒ光及びＢ光の反射及び透過経路は同じである。図１４は本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１４の実施例を示す概略の平面図である。なお、光は実線と点線で示され、実線はＳ偏光光を、点線はＰ偏光光を示す。図１５の実施例は図９の実施例と比較して、色分離ミラー１０２の入射側にコンデンサレンズ１１９が設けられている点が異なる。Ｇ光、Ｒ光及びＢ光の反射及び透過経路は図９の場合と同じである。
【００６５】
以下、図８から図１５の実施例の作用効果について説明する。図８、１０、１４の液晶表示素子１０７Ｂ、図９、１１、１２１３、１５における液晶表示素子１０７Ｇは必ずしも全反射プリズム１０８で反射させる必要はなく、直接色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢや偏光ビームスプリッタ１１１に対向して取り付けてもよい。
【００６６】
図８〜１５の本実施例では、色分離ミラー１０２、偏光ビームスプリッタ１１１、色分離ダイクロイックプリズム１１１ｂ等の色分離手段と、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ等の色分離合成手段、色合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで示される色合成手段によって構成することができる。従って、軽量、低コストでしかも簡単にＲＧＢの色分離、合成ができる。
【００６７】
また、全ての実施例において、反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７等の第１の反射手段と、全反射プリズム１０８等の第２の反射手段とを備えることによって、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光の光路長を同じにすることができる。また、このように構成することによって、軽量、低コストとすることができると共に、種々の配置を構成することができる。即ち、矩形プリズムブロックよりも光学光路長の同じ三角プリズムの方が、同一硝材なら略半分の軽量化と、それによる材料費の削減が図れる。
【００６８】
これらの反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７及び全反射プリズム１０８等の反射手段はアルミ、銀蒸着ミラー、反射プリズム又はミラー蒸着プリズム等を用いることができる。これによって、反射効率を向上させ、小型軽量化を達成することができる。又は、これら反射手段としては誘電体多層膜を施したダイクロイックミラーやダイクロイックプリズムを採用することができる。これによって、不要光をカットし、色調整が可能となる。さらに、この反射手段に色調整膜１０４を用いることにより、より精細に色調整を行うことができる。
【００６９】
また、本発明による図８〜１０等の実施例においては、分離ミラー１０２、偏光ビームスプリッタ１１１、色分離ダイクロイックプリズム１１１ｂ等の色分離手段によりＲ光、Ｇ光及びＢ光の内、第１〜第３の光に分離され、第１と第２の光は反射ミラー１０９、全反射プリズム１１０、１１７等の第１の反射手段により光軸方向を、例えば略直角方向に曲げられ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ等の色分離合成手段に入射される。この色分離合成手段に入射した光は第１の光と第２の光に分離され、互いに略直角に配された、それぞれの色の光に対応するライトバルブである映像表示素子に入射され、これら映像表示素子で反射された第１の光及び第２の光は色合成手段に入射される。第３の光は色分離手段で分離された後、この第３の光の出射光軸方向に配置された偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで構成される色合成手段をその光軸方向に通過して、第２の反射手段により、例えば略直角方向に曲げられ、第３の光用のライトバルブである映像表示素子に入射され、それぞれの色の光に対応したライトバルブである映像表示素子を反射した後、この映像表示素子から出射された映像光は、色合成手段において第１、第２の光と合成される。従って、本実施例においては、第１〜第３の光である例えば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色の効率とコントラスト比を最適とすることができる。
【００７０】
また、本発明の実施例においては、照明光学系にてＳ偏光光あるいはＰ偏光光に統一された偏光光は、色分離手段によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離された光の内、第１、第２の２色光は第１の反射手段により光軸方向を略直角方向に曲げられ、特定波長域偏光変換素子により第１、第２の２色光の内、第１の光は偏光方向を第２の光の偏光方向と異なる方向、例えば第１の光がＳ偏光光ならば第２の色光はＰ偏光光に偏光変換された後、色分離合成手段に入射される。この色分離合成手段に入射された光は第１、第２の光に分離され、互いに略直角に配された、それぞれの色光に対応するライトバルブである映像表示素子に入射される。色分離手段で分離された残りの第３の光は色分離手段で分離された後、第３の光の出射光軸方向に配置された偏光変換素子、例えば偏光変換素子１１５、１／２λ波長板などにより偏光方向が変換され、例えばＳ偏光方向をＰ偏光方向に変換され（図８参照）、この偏光変換素子の出射側に配置された色合成手段、例えば偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢを第３の光の光軸方向に通過し、さらに、第３の光は第２の反射手段により略直角方向に曲げられ、この第３の光の色に対応するライトバルブである映像表示素子に入射される。この場合、第２の反射手段を用いずに、単に色合成手段の出射光軸方向に、光学媒質、例えば硝材あるいは空気などを介して、この色のライトバルブである映像表示素子に入射してもよい。それぞれの色のライトバルブである映像表示素子で反射される。これらの映像表示素子から出射された映像光の内、第１の光はＰ偏光光で映像表示素子から出射され、第２の色光はＳ偏光光で映像表示素子から出射され、それぞれ、色分離合成手段、例えば偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ、１０５ＲＧにより色合成、あるいは黒表示などは検光されて、この色分離合成手段の入射光軸とは直交方向に出射される。その後、その出射光軸に配された特定波長域偏光変換素子（例えば、特定波長域偏光変換素子１１２ｂ）により、Ｓ偏光光である第２の色光はＰ偏光光に変換されて、第１の色光であるＰ偏光光と偏光方向を揃えられて色合成手段に入射される。一方、第３の光は映像表示素子を反射した後、入射光がＰ偏光光ならば出射光はＳ偏光光になるように映像表示素子で偏光方向が変換され、第２の反射手段を介して色合成手段に入射される。第３の光はその後色合成手段で反射されて第１、第２のＰ偏光光である光と合成されて、第３の光の色合成手段への入射光軸とは別の出射光軸から出射される。また、色分離手段に入射される光がＰ偏光光の場合は前述の第３の光の偏光変換素子１１５、１／２λ波長板は必要ではなく、Ｐ偏光光のまま色分離手段を透過し、第２の反射手段に入る。第１の光と第の光はそれぞれＰ偏光、Ｓ偏光に分離する必要がるため、前述と同様に特定波長域偏光変換素子を色分離合成手段の入射出射光路上に必要となる。この場合は第３の光用の偏光変換素子が減り低コスト化できる。
【００７１】
本実施例においては、第８の実施例に示すように、第１の色分離手段はＲ光とＧ光とを反射させ、Ｂ光を透過させてもよい。全反射プリズム１０８の光の入射位置に色分離合成プリズムを配置することによって、Ｒ光とＢ光を透過させ、Ｂ光を反射させる構成としてもよい。また、図１１の実施例の様に、Ｒ光とＢ光とを透過させ、Ｇ光を反射させてもよい。また、この構成において、Ｒ光とＧ光とを透過させ、Ｂ光を反射させてもよい。同様に、色分離手段は図９に示すように、Ｒ光、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させてもよい。もしくは、全反射プリズム１０８の光の入射位置に色分離合成プリズムを配置することによって、Ｒ光とＢ光を透過させ、Ｇ光を反射させる構成でもよい。
【００７２】
また、色分離手段はＧ光とＢ光を反射させ、Ｒ光を透過させる構成、もしくはＧ光とＢ光とを透過させ、Ｒ光を反射させる構成でもよい。また、本発明の実施例において、色分離手段はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムで構成される。色分離合成手段と色合成手段は、偏光分離合成素子である偏光ビームスプリッタで構成される。
【００７３】
本実施例おいては、第１の色分離手段と色分離合成手段の間に、特定波長域偏光変換素子を配置する。また、第１の色分離手段と色合成手段の間、及び色分離合成手段と色合成手段の間に、特定波長偏光変換素子を配した構成としているために、Ｒ、Ｇ、Ｂ各光の効率とコントラスト比が向上する。また、これらの構成において、第１の色分離手段と色合成手段の間、及び色分離合成手段と色合成手段の間に、偏光板（又は、偏光整流素子）を配置することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のコントラスト比を向上させることができる。
【００７４】
色分離合成手段は、入射する２色にその透過効率あるいは反射効率が最適となるように光学特性のピーク値をとる。例えばＲ光及びＧ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧである構成、もしくは、Ｒ光及びＢ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ１０５ＲＢ、もしくはＧ光とＢ光の色分離合成に特性を特化させた偏光ビームスプリッタ構成でもよい。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光の効率とコントラスト比を向上させることができる。
【００７５】
色分離合成手段と色合成手段は偏光分離及び検光素子である。これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光のコントラスト比を向上させることができる。色分離合成手段と色合成手段は、色分離合成手段のサイズを色合成手段のサイズより大きくすることによって、光のケラレをなくすことができる。本実施例において、色合成手段は互いに略直交方向から入射するＰ偏光光である２色（ＢＧ光、またはＲＢ光、またはＲＧ光）の光と、Ｓ偏光光である１色（Ｒ光、またはＧ光、またはＢ光）の光を合成して、Ｐ偏光光軸方向に３色を出射する構成としてもよい。本実施例において、色合成手段の光軸は投射手段の光軸と平行であるが、光軸はシフトしていてもよい。
【００７６】
図９に示す本実施例においては、反射ミラー部を全反射プリズム１０８、１１０としたので、光路長をＲ光、Ｇ光及びＢ光でそろえることができると共に、バックフォーカスを短縮化することができる。また、全反射プリズム１０８と色合成プリズムや偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢとを接着することによって、組立て精度の誤差を低減することができる。
【００７７】
また、Ｇ光用の液晶表示素子１０７Ｇからの出射光をＳ偏光光とし、かつＲ光用の液晶表示素子１０７Ｒからの出射光をＰ偏光光とし、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｂからの出射光をＳ偏光光とすることによって、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色光の効率とコントラスト比を向上させることができる。
【００７８】
図１1の実施例において、特定波長域偏光変換１１２ｄを透過した後、色分離手段である偏光ビームスプリッタ１１１で色分離され、第１、第２の光色は色分離合成手段（例えば、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ）を通して、第１、第２の光に対応する液晶表示素子に入出射され、色分離合成手段にて合成されて、入射とは別の直交光軸から出射され、ミラー（全反射ミラー１１７）を介して色合成手段に入射される。第３の光はミラー（全反射ミラー１０８）を介して第３の光に対応する液晶表示素子に入出射され、色分離手段を通過し、色合成手段に入射される。その後、色合成手段にて第１、第２、第３の光は合成される。第１〜第３の光の出射する出射方向は、偏光板１０３、又は特定波長域偏光変換素子１１２の場所に１／２λ波長板を挿入すれば、照明光軸と直交方向にも、平行方向にも出射できる。
【００７９】
図１２の実施例では、図１に示すダイクロイックミラー１０２をダイクロイックプリズム１１１ｂに置き換えている。これによって、液晶表示素子までの入射光路の実行長を短くでき、拡散光を抑えることができる。特に、ダイクロイックプリズム１１１ｂの入射前に、例えば図１５に示すようにコンデンサレンズ１１９を入れて、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【００８０】
また、図１３に示す実施例のように、ＰＢＳ１０５ＲＧＢと偏光ビームスプリッタ１１１のプリズム面を貼り合わせ、偏光ビームスプリッタ１１１と全反射ミラー１０８の面を貼り合わせると、組立て精度が向上し、位置精度が出し易い。
【００８１】
図１４に示すように、コンデンサレンズ１１９ａ、１１９ｂを各光路上に入れることによって、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【００８２】
また、図１５に示すように、第１の色分離手段の前にコンデンサレンズ１１９を設けることによって、テレセントリック系にすると、偏光ビームスプリッタ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラー、偏光板における光線角度に対する特性変化を最小限に抑えることができ、更に拡散光によるプリズム内面反射等の悪影響を低減できる。
【００８３】
図８の実施例においては、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、誘電体多層膜を偏光板、特定波長域偏光変換素子、１／２λ波長板や１／４λ波長板を貼り付けた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貼り付けたもの、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。
【００８４】
本実施例において、全反射プリズム１０８は必ずしも必要ではなく、色合成用偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢのＢ光の出射面に対向して配置してもよい。但し、本実施例のように全反射プリズム１０８を設けることによって、各Ｒ、Ｇ、Ｂ光の光路の高さを揃えることができるため、色むらを無くすことができる。
【００８５】
また、本実施例によれば、１個の色分離ミラー１０２と、偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧ等の色分離合成用手段、偏光ビームスプリッタ（又はダイクロイックプリズム）１０５ＲＧＢ等の色合成用手段によって光学エンジンを構成することができるので、軽量、低コストでＲ光、Ｇ光、Ｂ光を分離することができる。
【００８６】
図８、１０、１４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１０４で調整することができる。
【００８７】
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１０５ＲＧＢのＢ光の入射面に設けられているが、図１０に示すように、偏光ビームスプリッタ１１１のＢ光の出射面に設けてもよい。図８において、色調整膜１０４ｂは色分離合成用（検光用）の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧのＲ光及びＢ光の入射面に設けられているが、図１０に示すように、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ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射面又は出射面に設けても同様な効果を得ることができる。
【００８８】
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。しかしながら、以下に示す実施例は図９だけではなく他の実施例にも応用できる。
【００８９】
この場合の一例について、図１６を用いて説明する。
図１６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１６（ａ）は、図９の色分離ミラー１０２の出力特性曲線Ｐ０を示しており、例えば、半値で略５００ｎｍ〜略６００ｎｍの間の光が透過しないように構成されているとする。この色分離ミラー１０２を透過した光の内、図１０（ｂ）に示すように、略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偏光光のま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１０７Ｂ、１０７Ｒ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Ｓ偏光光からＰ偏光光に変換し、波長がＳ１以上の光の偏光方向を変えずＰ偏光光のままとするような特性曲線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Ｓ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。
【００９０】
このようにして、反射ミラー１１０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。本実施例において、略６００ｎｍを略５８０ｎｍにすることにより、黄色を排除することができる。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時には、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。
【００９１】
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、全反射ミラー１１０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や全反射ミラー１１０をダイクロイックプリズムに読み替えることができる。
【００９２】
図８、図９の実施例において、偏光板１０３ｂは偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ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等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。
【００９３】
図８、図９等の実施例において、色分離ミラー１０２、例えばダイクロイックミラー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等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。
【００９４】
図８、図９等の実施例において、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、１０５ＲＢと色合成用の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、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、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。
【００９５】
図８、図９等において、色分離合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、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、色分離ミラー１０２として、ダイクロイックミラーや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。
【００９６】
次に、図１７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。
【００９７】
図１７（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１７（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。
【００９８】
図１７（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１７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。
【００９９】
次に、図１８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１８（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１８（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、全反射ミラー１１０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。
【０１００】
図１８（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、高さの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１８（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。
【０１０１】
図１８（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。
【０１０２】
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１８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。
【０１０３】
次に、１／４λ波長板の調整機構について、図１９を用いて説明する。図１９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は例えば、図８の１／４λ波長板１０６ｂの取付板であり、偏光ビームスプリッタ１５２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１０６ｂ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１０６ｂ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１０６ｂ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。
【０１０４】
図８、図９等において、各偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、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。
【０１０５】
図８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Ｂ光はＳ偏光光であり、ＲＧ光はＰ偏光光であり、かつＢ光用の液晶表示素子１０７Ｂ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。
【０１０６】
図８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、Ｂ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ＲＧ光をＰ偏光として合成し、 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、Ｂ光用の液晶表示素子１０７Ｂからの光を偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射させ、ＲＧ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。
【０１０７】
図９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Ｓ偏光光であり、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。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８、９等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。
【０１０８】
図２０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８、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。
【０１０９】
図２１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２０及び図２１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。
【０１１０】
図８において、反射ミラー１０９に直接偏光変換素子１０１からＲ光、Ｂ光及びＧ光を入射し、Ｇ光及びＢ光を反射ミラー１０９を透過させ、Ｂ光を反射させ、このＢ光を偏光ビームスプリッタで反射させてＢ光用の液晶表示素子に入射させ、 Ｂ光用の液晶表示素子からの光を合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢに入射させ、これを透過して出射させ、一方Ｇ光及びＲ光をそれぞれＲ光及びＢＧ光用の液晶表示素子に入射させ、ここから出射された光を合成用の偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢで反射させて、出射させることによって、色分離ミラーとして働くミラー１０９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することができる。なお、この場合、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。
【０１１１】
上述した光学エンジンを用いた映像表示装置について、図２２を用いて説明する。
【０１１２】
図２２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。
【０１１３】
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２３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２２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２０及び図２２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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
図８または図９等において、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。
【０１１６】
図８、９等の実施例において、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢ間に冷却流路を設けると、特定波長偏光変換素子１１２や偏光板１０３の直接冷却を行えるため、冷却効率が良い。偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に冷却媒体の吹き出し口を設けることによって、特定波長偏光変換素子１１２や偏光板１０３の直接冷却を行えるため、冷却効率が良い。偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に冷却媒体の入出射口を同時に設けることによって、冷却媒体の流量を増やし、直接冷却を行えるので、さらに冷却効率が良い。上記の冷却方式において、偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの光の入射面または偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧ、又は１０５ＲＢと偏光ビームスプリッタ１０５ＲＧＢの間に設けられた偏光板１０３を直接冷却することによって、偏光板１０３を直接冷却でき、冷却を高効率で実現、性能向上もできる。
【０１１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第８の実施例を示す概略の平面図である。
【図９】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第９の実施例を示す概略の平面図である。
【図１０】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１０の実施例を示す概略の平面図である。
【図１１】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１１の実施例を示す概略の平面図である。
【図１２】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１２の実施例を示す概略の平面図である。
【図１３】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１３の実施例を示す概略の平面図である。
【図１４】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１４の実施例を示す概略の平面図である。
【図１５】本発明による映像表示装置に使用する光学エンジンの第１６の実施例を示す概略の平面図である。
【図１６】光の透過率を示す特性図である。
【図１７】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１８】偏光ビームスプリッタ及びその組立ベース具の一実施例を示す斜視図である。
【図１９】１／４λ波長板の取付を説明するための側面図である。
【図２０】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２１】光学系の他の実施例を示す斜視図である。
【図２２】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２３】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】
【０１１９】
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、１０３…偏光板、１０５ＲＧ、１０５ＲＢ、１０５ＲＧＢ…偏光ビームスプリッタ、１０６…１／４λ波長板、１０９…反射ミラー。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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