(57)【要約】      （修正有）【課題】低コスト、且つ長寿命化を可能とする投射型表示装置を提供する。【解決手段】光源から出射された光を第１、第２及び第３の光に分離する色分離光学系と、第３の光の光路に第１のリレーレンズと第２のリレーレンズとで形成されたリレー光学系が配置された投射装置において、リレー光学系における第２のリレーレンズの近傍に偏光板を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を第１、第２及び第３の光に分離する色分離光学系と、
前記色分離光学系で分離された前記第１、第２及び第３の光の各々に対応して配置された第１、第２及び第３の映像表示素子と、
前記第１、第２及び第３の映像表示素子からの前記第１、第２及び第３の光を合成する光合成部と、
前記光合成部で合成された第１、第２及び第３の光を投射する投射部と、
少なくとも、前記第３の光を集光する第１のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズからの前記第３の光を結像する第２のリレーレンズを有し、前記第３の光の光路上に配置されたリレー光学系と、
前記第２のリレーレンズの近傍に配置された偏光板を備えたことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型表示装置であって、
前記第３の光の前記光源から前記第３の映像表示素子までの長さは、前記第１の光の前記光源から前記第１の映像表示素子までの長さ、又は前記第２の光の前記光源から前記第２の映像表示素子までの長さよりも長いことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投射型表示装置であって、
前記第３の光は、Ｂ光であることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の投射型表示装置であって、
前記偏光板は、反射型無機偏光板であることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像表示素子として液晶パネルを使用して、スクリーン上に映像を投影する投射型表示装置、例えば、液晶プロジェクタ、投射型リアプロジェクションテレビ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置の一形態として、光源からの光を色分離光学系で光の３色（例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ））の光に分離し、３つの映像表示素子として、例えば液晶パネルを用いて、各々の光を光強度変調（以下、単に「変調」
という）してそれぞれの光学像を形成し、光合成部（例えば、ダイクロイックプリズム）で合成して画像光とし、投射部でスクリーン上に投射する所謂３板式投射型表示装置がある。
【０００３】
３板式投射型表示装置では、一般に、光源から液晶パネルまでの光路長に関して、２つの光の光路は同じであるが、残りの色光の光路は長くなる。このため、光路長の長い色光の光路（例えば、Ｂ光の光路）に、光路長を補正するリレー光学系を用いている。これらの詳細は、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
また、映像表示素子として液晶パネルを用いた場合、液晶パネルの前後に偏光板を配置する。偏光板としては、一般に、吸収型偏光板が用いられるが、耐熱性や耐光性などの信頼性が低い。そのため、反射型偏光板を用いる例が、例えば、特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６４９７７号公報
【特許文献２】特開平１１−２９５６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
投射型表示装置では、映像表示素子として液晶パネルを用いた場合、例えば、特許文献１の図１の記載に如く、液晶パネル（４６，５６，６６）の入射側に光の偏光状態の純度を高める偏光板（４４，５４，６４）が配置される。その理由は、液晶パネルは、映像信号に応じて光の偏光方向を変える変調を行うので、光の偏光状態の純度が悪いほど、コントラストの性能が悪くなるからである。そのため、偏光板のサイズは、液晶パネルと略同じ大きさ（面積）とされる。
【０００７】
偏光板としては、通常、有機フィルムの吸収型偏光板が用いられる。吸収型偏光板は、不要な偏光光の成分を吸収するので、熱を発生させる。発生する熱は、周知の如く、偏光板の基板にサファイヤ等を用いて放熱特性を良くするとともに、ファンで冷却される。
【０００８】
一方、リレー光学系が用いられるＢ光路では、紫外領域の光線が含まれるため、Ｂ光用液晶パネルの直前に配置された吸収型偏光板は紫外線により劣化し、寿命が短くなる。そこで、近年では、紫外線による吸収型偏光板の有機フィルム劣化を考慮して、Ｂ光路の入射側偏光板のみに、紫外線に対する耐光性に優れた反射型無機偏光板を用いている。
【０００９】
しかし、反射型無機偏光板は、有機フィルムを用いた吸収型偏光板と比較して、価格が高く、投射型表示装置のコストを押し上げるという事情がある。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コスト化、且つ長寿命化を可能とする投射型表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一面は、第１のリレーレンズと第２のリレーレンズとで形成されたリレー光学系において、第２のリレーレンズの近傍に偏光板を配置する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低コスト化、且つ長寿命化を可能とする３板式の投射型表示装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施例について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一な符号を付して示し、一度説明したものについてはその説明を省略する。
【００１４】
図１、図２を用いて、実施例１の投射型表示装置について説明する。
【００１５】
図１は、実施例１による投射型表示装置の光学系の模式図、図２は、実施例１のＢ光路のリレー光学系を説明する模式光線図である。なお、図１、図２において、直角座標系を導入する。光軸１０をＺ軸として、Ｚ軸に直交する面内で、図１、図２紙面に平行な軸をＸ軸とし、図紙面裏から表に向かう軸をＹ軸とする。また、便宜上、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ方向」，Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ方向」と定義する。
【００１６】
最初に、図１を用いて実施例１の３枚の映像表示素子を用いた所謂３板式の投射型表示装置について説明する。ここでは、映像表示素子として、透過型の液晶パネルを用いている。
【００１７】
図１において、投射型表示装置の光学系は、照明光学系１００と、色分離光学系１５０と、リレー光学系１７０と、３つのフィールドレンズ６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）と、３つの液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）と、光合成部である光合成プリズム４００と、投射部である投射レンズ５００とを備えている。液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）は、入射側偏光板８０（８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ）と、出射側偏光板３００（３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ）とを備えている。そして、これらの光学素子は、図示しない基体に装着されて、光学ユニット（図示せず）を形成し、光学ユニットは、液晶パネルを駆動する駆動回路（図示せず）や電源回路（図示せず）とともに、図示しない筐体に搭載され、投射型表示装置を形成する。なお、本発明では、Ｂ光用液晶パネル９０Ｂに対する入射側偏光板８０Ｂは、反射型無機偏光板であり、リレー光学系１７０に含まれる。
【００１８】
映像表示素子である液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）を均一に照明する照明光学系１００は、光源ユニット１と、オプチカルインテグレータを形成する第１のアレイレンズ２１及び第２のアレイレンズ２２と、偏光変換素子３０と、集光レンズ（重畳レンズともいう）４０を含んでなる。また、色分離光学系１５０は、２つのダイクロイックミラー５０，５２と、光路方向を変える反射ミラー５１とを有している。また、リレー光学系１７０は、フィールドレンズである第１のリレーレンズ７０と、リレーレンズである第２のリレーレンズ７１と、第２のリレーレンズ７１の近傍に配置された入射側偏光板８０Ｂと、光路方向を変える２つの反射ミラー７５，７６とを含んでなる。
【００１９】
光源ユニット１は、光源（ランプともいう）１１と、リフレクタ１２（ここでは放物面リフレクタ）とで形成される。
【００２０】
光源１１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。リフレクタ２は、光源１１を背後側から覆うように配置された、例えば、回転放物面形状の反射面を有するもので、円形ないし、多角形の出射開口を持つ。
【００２１】
光源１１から出射された光は、例えば、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２で反射され、光軸１０と略平行になり、光源ユニット１から略平行の光が出射される。光源ユニット１から出射された光は、偏光変換インテグレータに入射する。
【００２２】
偏光変換インテグレータは、オプチカルインテグレータと、偏光方向を所定偏光方向に揃える偏光変換素子３０とで形成され、光源ユニットからの光の照度を均一化する。
【００２３】
第１のアレイレンズ２１は、照明光軸方向から見て液晶パネルとほぼ相似な矩形形状である複数のレンズセルがマトリックス状に配設されたもので、光源から出射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、第２のアレイレンズ２２と偏光変換素子３０を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルは、光源１１と第２のアレイレンズ２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。
【００２４】
第１のアレイレンズ２１の各レンズセルに対応して、矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された第２のアレイレンズ２２の各レンズセルは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの形状を液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）に投射（写像）する。
【００２５】
この時、偏光変換素子３０で第２のアレイレンズ２２からの光は所定の偏光方向に揃えられる。そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ４０、及びフィールドレンズ６０Ｒ，６０Ｇ，リレー光学系１７０，フィールドレンズ６０Ｂにより各液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）上に重ね合わせられる。
【００２６】
なお、第２のアレイレンズ２２とこれに近接して配設される集光レンズ４０とは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルと液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ２１で複数に分割された光は、第２のアレイレンズ２２と集光レンズ４０によって、液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。
【００２７】
以上、説明したように、偏光変換インテグレータは、光源からの偏光方向がランダムな光を所定の偏光方向に揃え、液晶パネルを均一照明する。
【００２８】
照明光学系１００から出射された光（略白色光）は、色分離光学系１５０に入射する。色分離光学系１５０は、照明光学系１００からの略白色光を光の３原色の色光に色分離する。例えば、第１の色光であるＲ光(赤色帯域の光)と、第２の色光であるＧ光(緑色帯域の光)と、第３の色光であるＢ光(青色帯域の光)とに色分離する。そして、色分離した各色光を対応する液晶パネル９０（９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ）に向かうそれぞれの光路（第１の色光のＲ光路，第２の色光のＧ光路，第３の色光のＢ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー５０により、例えば、Ｒ光は反射され、対応する液晶パネル９０Ｒ（Ｒ光路）に向かう。また、Ｇ光及びＢ光は、ダイクロイックミラー５０を透過し、ダイクロイックミラー５２で、Ｇ光とＢ光に分離される。ここでは、Ｇ光はダイクロイックミラー５２で反射して対応する液晶パネル９０Ｇ（Ｇ光路）に向かい、Ｂ光はダイクロイックミラー５２を透過して対応する液晶パネル９０Ｂ（Ｂ光路）に向かう。
【００２９】
色分離光学系１５０の各光路について具体的に説明する。
【００３０】
ダイクロイックミラー５０で反射したＲ光は、反射ミラー５１で反射して、フィールドレンズ６０Ｒ、入射側偏光板８０Ｒを通過して、Ｒ光用の液晶パネル９０Ｒに入射する。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラー５０を透過したＢ光及びＧ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー５２で反射して、フィールドレンズ６０Ｇ，入射側偏光板８０Ｇを通過して、Ｇ光用液晶パネル９０Ｇに入射する。
【００３２】
また、Ｂ光は、ダイクロイックミラー５２を透過し、リレー光学系１７０に入射する。リレー光学系１７０に入射したＢ光は、詳細は図２を用いて後述するが、フィールドレンズ７０によって、反射ミラー７５で反射して、第２のリレーレンズ７１の近傍に集光（収束）し、フィールドレンズ６０Ｂに向けて発散する。そして、第２のリレーレンズ７１の近傍に配置された入射側偏光板８０Ｂ及び反射ミラー７６で反射して、フィールドレンズ６０Ｂに入射し、フィールドレンズ６０Ｂで光軸に平行とされてＢ光用の液晶パネル９０Ｂに入射する。
【００３３】
なお、液晶パネル９０Ｒ，９０Ｇの入射側偏光板８０Ｒ，８０Ｇには、紫外線の影響が少ないことから吸収型偏光板を用い、液晶パネル９０Ｂの入射側偏光板８０Ｂには、従来と同様に、耐光性に優れた反射型無機偏光板を用いる。しかし、実施例１では、入射側偏光板８０Ｂを第２のリレーレンズ７１の近傍に配置するので、後述するように、その面積を小さくすることができる。
【００３４】
各液晶パネル９０は、色分離光学系１５０から入射する対応した色光を図示しないカラー映像信号に応じて変調（光強度変調）し、各色光の光学像を形成する。そして、各光学像は、出射側偏光板３００（３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ）を介して光合成部である光合成プリズム４００に入射する。
【００３５】
光合成プリズム４００は、Ｒ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）と、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。そして、３つの色光の各光学像を合成してカラー映像光（画像光）とする機能を有する。光合成プリズム４００の３つの入射面の内、対向する入射面に入射したＲ光とＢ光は、クロスしたＲ光用のダイクロイック膜及びＢ光用のダイクロイック膜でそれぞれ反射され、また、中央の入射面に入射したＧ光は直進して、合成され、出射面から出射する。その後、例えば、ズームレンズである投射レンズ５００によって、スクリーン（図示せず）に投射される。
【００３６】
なお、リレー光学系１７０は、光源からＲ光用液晶パネルまでの光学距離（以下、光学距離を「光路長」と呼び、該光路長をＲ光路長と称する）及び光源からＧ光用液晶パネルまでの光路長（Ｇ光路長）に対して、光源からＢ光用液晶パネルまでの光路長（Ｂ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。
【００３７】
ここで、リレー光学系１７０について詳細に説明する。
【００３８】
Ｂ光路上の第１のリレーレンズ７０の近傍には、照明光学系１００により第１のアレイレンズ２１の各レンズセル像が重畳した仮想の液晶表示像２００が結像する。この仮想液晶表示像２００をＢ光用の液晶パネル９０Ｂにリレー（写像）するのがリレー光学系１７０の目的である。すなわち、リレー光学系１７０の第２のリレーレンズ７１は、仮想液晶表示像２００をＢ光用の液晶パネル９０Ｂ上に写像する。つまり、仮想液晶表示像２００と液晶パネル９０Ｂは、物と像の関係にある。また、リレー光学系１７０のフィールドレンズである第１のリレーレンズ７０は、液晶パネル９０Ｂ上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想液晶表示像２００を通過した光を第２のリレーレンズ７１近傍に集光する。第２のリレーレンズ７１近傍には第２のアレイレンズ２２上に形成された、複数のアーク像（２次光源像）が形成される。つまり、第２のアレイレンズ２２と第２のリレーレンズ７１は物と像の関係にある。
【００３９】
次に、Ｂ光路のリレー光学系に配置された入射側偏光板について、図２を用いて詳細に説明する。
【００４０】
図２は、光源ユニットからＢ光用液晶パネル９０Ｂまでの光学系を、ダイクロイックミラーや反射ミラーを省略して直線的に図示したＸＺ断面図である。
【００４１】
図２において、照明光学系１００からの光（発散光）は、一旦、第１のリレーレンズ７０の近傍に第１のアレイレンズ２１のレンズセル像である仮想液晶表示像２００を形成する。仮想液晶表示像２００から第１のリレーレンズ７０に入射した光は、第１のリレーレンズ７０で集光され、第２のリレーレンズ７１近傍に焦点を結ぶ。そして、第２のリレーレンズ７１を通過後、発散した光線は、第２のリレーレンズ７１の近傍に配置された入射側偏光板８０Ｂを透過し、更に、フィールドレンズ６０Ｂによって光軸に略平行光とされた状態で、液晶パネル９０Ｂ上に仮想液晶表示像２００を再結像する。
【００４２】
実施例１の入射側偏光板８０Ｂは、第２のリレーレンズ７１の出射側近傍に配置されている。この場合、図２から明らかなように、入射側偏光板８０Ｂが配置されている位置における光軸（Ｚ軸）に直交する面内でのＢ光の光の断面積は、液晶パネル９０Ｂの被照射面積より小さくなる。従って、入射側偏光板８０Ｂのサイズを、入射側偏光板を液晶パネル９０Ｂの直前に配置した従来と比べて小さくすることが可能となる。そこで、従来と同様に、入射側偏光板８０Ｂとして紫外線に対する耐光性に優れた反射型無機偏光板を用いても、サイズを小型化し、コストを下げることが可能となる。
【００４３】
なお、入射側偏光板８０Ｂを配置する位置としては、図２の光線図から明らかなように、第２のリレーレンズ７１の収束する前の入射側近傍（符号８０Ｂ’の位置）であってもよい。この場合、符号８０Ｂの位置の場合よりコントラストが低下するの、第２のリレーレンズ７１の出射側近傍に配置するのが好ましい。
【００４４】
一方、液晶パネル９０Ｂの直前に偏光板を配置しないことによるコントラスト性能の劣化が懸念される。しかしながら、一般的な投射型表示装置における各３原色光の光量の比率はＧ光が７割を占めるので、コントラスト性能は主にＧ光によって支配される。従って、Ｂ光でのコントラスト性能劣化は、投射型表示装置のコントラスト性能において大きく影響はしない。
【００４５】
以上説明したように、実施例１によれば、入射側偏光板８０Ｂをリレー光学系内部の、結像集光されている位置近傍に設置することで、入射側偏光板８０Ｂのサイズを液晶パネル９０Ｂより小さくすることができる。これにより、入射側偏光板８０Ｂとして紫外線に対する耐光性に優れた無機反射型偏光板を用いながら、従来例に比べて偏光板のコストを低減することができる。従って、低コストで長寿命な投射型表示装置を提供することができる。
【００４６】
なお、色分離の方法は種々考えられ、ダイクロイックミラー５０でＧ光を反射させ、Ｒ光及びＢ光を透過させ、ダイクロイックミラー５２でＢ光を透過させても良い。
【００４７】
また、Ｇ光もＢ光ほど紫外線を含んでいないが、一般的な投射型表示装置における各３原色光の光量の比率は、Ｇ光が７割を占めるため、光量による劣化を懸念して、Ｇ光路をリレー光学系にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１の投射型表示装置を示す図である。
【図２】実施例１のリレー光学系の光線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  光源ユニット、１０  光軸、１１  光源、１２  リフレクタ、２１  第１のアレイレンズ、２２  第２のアレイレンズ、３０  偏光変換素子、４０  集光レンズ、５１  反射ミラー、５０，５２  ダイクロイックミラー、６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ  フィールドレンズ、７０  第１のリレーレンズ、７１  第２のリレーレンズ、８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂ  入射側偏光板、９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ  液晶パネル、１００  照明光学系、１５０  色分離光学系、１７０  リレー光学系、２００  仮想液晶表示像、３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ  出射側偏光板、４００  光合成プリズム、５００  投射レンズ。
【図１】
2008203381.tif 000003
【図２】
2008203381.tif 000004