(57)【要約】【課題】明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を提供する。【解決手段】所定偏光の３原色光を各色光に色分解した後、映像信号で変調した後、色合成を行って画像を生成する色分解合成光学系４と、この画像を拡大する投射レンズ６と、からなり、色分解合成光学系４は、対角方向に配置された４つの偏光分離板８、９、１１、１６と、この４つの偏光分離板８、９、１１、１６で偏光分離された各色光の映像信号に対応して光変調した後、反射する空間光変調素子１２、１３、１４からなり、入射側に配置された偏光分離板８を除く他の偏光分離板９、１１、１６の外側面に３つの空間光変調素子１２、１３、１４が配置され、４つの偏光分離板８、９、１１、１６のうち、少なくとも２つは、ワイヤグリッド偏光分離板であり、少なくとも１つ以上の空間光変調素子と投射側に配置された偏光分離板１６との間に非点収差補正用レンズ２１を備えた。【選択図】      図１
2004302050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光分離手段と、第２の偏光分離手段と、第３の偏光分離手段と、第４の偏光分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第１の偏光分離手段を照明光の入射側に、第４の偏光分離手段を投射側に配置し、前記第２の偏光分離手段の前記第１偏光分離手段が配置されている側と反対側か前記第４の偏光分離手段が配置されている側と反対側のいずれか一方に第１の反射型空間光変調素子を配置し、前記第３の偏光分離手段の前記第１の偏光分離手段が配置されている側と反対側に第２の反射型空間光変調素子を配置し、前記第３の偏光分離手段の前記第４の偏光分離手段が配置されている側と反対側に第３の反射型空間光変調素子を配置するとき、予め不定偏光から所定の偏光にされた３原色光を含んだ光を前記第１〜第３の偏光手段により各色光に色分解した後、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子により各色光の映像信号に対応して光変調・反射した後、前記第２〜第４の偏光分離手段により色合成を行ってカラー画像を生成する色分解合成光学系と、前記色分解合成光学系で生成された前記カラー画像を拡大投影する投射レンズと、からなる投射表示装置において、
前記第１〜第４の偏光分離手段のうち、少なくとも２つは、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子のうち少なくとも１つの反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えたことを特徴とする投射表示装置。
【請求項２】
前記非点収差補正用レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の投射表示装置。
【請求項３】
前記シリンドリカルレンズは、その表面がトロイダル非球面であることを特徴とする請求項１記載の投射表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から３原色光に係るＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を色分解して対応色の空間光変調素子に導き、この空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【０００３】
投射表示装置として反射型の空間光変調素子を用いた方式は高解像度化に有利であるが、光学構成が複雑となる傾向があった。これを解決するための投射表示装置が特許文献１に開示されている。
【０００４】
即ち、特許文献１には以下の構成が開示されている。
予め不定偏光から偏光板等によりＰ偏光にされた３原色光を集光するレンズと、この白色光からＰ偏光のＧ光を反射し、その他のＰ偏光の光を透過させ、光軸に対して４５°傾けて配置されたダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射されたＰ偏光のＧ光を透過させ、Ｓ偏光のＧ光を反射させる第１の偏光ビームスプリッタープリズムと、前記ダイクロイックミラーを透過したその他のＰ偏光の光のうち、Ｒ光の偏波面を９０°回転してＳ偏光にし、Ｐ偏光のＢ光をそのまま透過させるＲ用波長選択性位相板と、前記Ｒ用波長選択性位相板でＳ偏光にされたＲ光を反射し、Ｐ偏光のＢ光をそのまま透過させる第２の偏光ビームスプリッタープリズムと、からなる。
【０００５】
更に、第１の偏光ビームスプリッタープリズムのＧ光の透過側には、Ｐ偏光のＧ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＧ用空間光変調素子と、第２の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたＰ偏光のＲ光側には、Ｓ偏光のＲ光を映像信号に応じて光変調し、Ｐ偏光にして反射するＲ用空間光変調素子と、第２の偏光ビームスプリッタープリズムを透過したＰ偏光のＢ光側には、Ｐ偏光のＢ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＢ用空間光変調素子と、前記第２の偏光ビームスプリッタープリズムを透過したＰ偏光のＲ光及び前記第２の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたＳ偏光のＢ光のうち、Ｂ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にし、Ｐ偏光のＲ光をそのまま透過させるＢ用波長選択性位相板と、からなる。
【０００６】
更にまた、前記第１の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたＳ偏光のＧ光を反射し、Ｂ用波長選択性位相板を透過するＰ偏光のＢ光及びＲ光を透過させる第３の偏光ビームスプリッタープリズムと、前記第３の偏光ビームスプリッタープリズムから出射するＰ偏光のＲ光、Ｇ光及びＢ光をスクリーンに投射する投射レンズと、からなる。
【０００７】
前記第１の偏光ビームスプリッタープリズムと前記Ｇ用空間光変調素子との間には、前記第１の偏光ビームスプリッタープリズムから出射するＰ偏光のＧ光を直線偏光にすると共に、前記Ｇ用空間光変調素子で反射されたＧ光が第１の偏光ビームスプリッタープリズムに斜めに入射して偏光劣化することなく直線偏光から楕円偏光にするλ／４位相板が配置されている。
前記第２の偏光ビームスプリッタープリズムと前記Ｒ用空間光変調素子との間にも同様な第２のλ／４位相板が配置され、前記第２の偏光ビームスプリッタープリズムと前記Ｂ用空間光変調素子との間にも同様な第３のλ／４位相板が配置されている。
この投射表示装置によれば、光学構成が簡単で、しかも混色が生じにくく、低コストでコントラストの高い投射映像を得ることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１７４７５５公報（第８頁−第９頁、第８図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１〜第３の偏光ビームスプリッタープリズムに用いられる偏光分離面は、直角プリズムの斜面部に誘電体膜を数十層と蒸着した光学膜により形成されているが、図１１に示すように、この光学膜は、光の入射角をパラメータとして、透過率の波長依存性がある。図１１は、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。図１１中、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βは、ａが０°、ｂが６°、ｃが１５°、ｄが＋６°、ｅが＋１５°の場合を示す。なお、入射角βは、偏光ビームスプリッタープリズムへの入射光が光軸となす角である。
【００１０】
図１１に示すように、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βが±６°以内の場合には、Ｐ偏光の透過率の波長依存性は比較的一定しているが、これを超えると、大きな波長依存性を有すると共に透過率が低下する。
【００１１】
通常、不定偏光の中には、偏光分離面に対して、光軸に平行に入射する主光線や前記した所定の角度以外の角度で入射する光も含まれるため、主光線を偏光分離面に光軸に平行に入射させることができても、それ以外の光は、光軸と平行に入射させることができない。このため、前記したように、不定偏光を偏光分離面に入射させた場合には、それらの偏光分離面での透過率が波長によって異なるため、色再現性が悪くなる。
【００１２】
この対策として、偏光分離面に入射させる不定偏光の入射角度を狭く絞って透過率の波長依存性を低減することが考えられる。しかし、絞られた以外の不定偏光は外光となり、投射表示装置には利用されないことになるので、明るさの低下を生じる結果となる。
【００１３】
また、３原色光が第１〜第３の偏光ビームスプリッタープリズムで吸収されることによる熱分布を生じて、これら第１〜第３の偏光ビームスプリッタープリズムの中の温度差により屈折率が変化して、複屈折が生じるため、映像品質を低下させていた。これは偏光ビームスプリッタープリズムを構成するプリズム中で偏光面が部分的に回転してしまうためである。これを発生させないようにするには、使用するガラス材料の複屈折（歪）を極力抑えるために、光弾性定数の小さい材料が必要であるが、コストの上昇がさけられない。
【００１４】
更に、投射表示装置の小型軽量化が望まれているが、この投射表示装置中で偏光ビームスプリッタープリズムは、最も重たいため、軽くする必要があった。また、表示素子のサイズが大きくなるにつれて前記したプリズムが大きくなるために、重量が非常に重くなるという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本願発明における第１の発明は、第１の偏光分離手段と、第２の偏光分離手段と、第３の偏光分離手段と、第４の偏光分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第１の偏光分離手段を照明光の入射側に、第４の偏光分離手段を投射側に配置し、前記第２の偏光分離手段の前記第１偏光分離手段が配置されている側と反対側か前記第４の偏光分離手段が配置されている側と反対側のいずれか一方に第１の反射型空間光変調素子を配置し、前記第３の偏光分離手段の前記第１の偏光分離手段が配置されている側と反対側に第２の反射型空間光変調素子を配置し、前記第３の偏光分離手段の前記第４の偏光分離手段が配置されている側と反対側に第３の反射型空間光変調素子を配置するとき、予め不定偏光から所定の偏光にされた３原色光を含んだ光を前記第１〜第３の偏光手段により各色光に色分解した後、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子により各色光の映像信号に対応して光変調・反射した後、前記第２〜第４の偏光分離手段により色合成を行ってカラー画像を生成する色分解合成光学系と、前記色分解合成光学系で生成された前記カラー画像を拡大投影する投射レンズと、からなる投射表示装置において、
前記第１〜第４の偏光分離手段のうち、少なくとも２つは、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子のうち少なくとも１つの反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えたことを特徴とする投射表示装置を提供する。
第２の発明は、前記非点収差補正用レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１記載の投射表示装置を提供する。
第３の発明は、前記シリンドリカルレンズは、その表面がトロイダル非球面であることを特徴とする請求項１記載の投射表示装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態に係る投射表示装置について図１〜図９を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態における投射表示装置を示す模式図である。図２は、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のＰ変更の透過率の波長依存性を示す図である。図３は、図１に示すＢ用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ無しの場合を示す図である。図４は、シリンドリカルレンズ無しの場合のＭＴＦと解像度との関係を示す図である。図５は、図１に示すＢ用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ有りの場合を示す図である。図６は、シリンドリカルレンズ有りの場合のＭＴＦと解像度との関係を示す図である。図７は、本発明の実施形態の第１変形例における投射表示装置を示す模式図である。図８は、本発明の実施形態の第２変形例における投射表示装置を示す模式図である。図９は、本発明の実施形態の第３変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る投射表示装置１は、水平方向に配置され、予め不定偏光から偏光変換板等により凡そＳ偏光にされた光を集光するレンズ２と、このレンズ２から出射するＳ偏光のみの関係を有する直線偏光の光を透過させるように透過軸を選択した第１の偏光板３と、この第１の偏光板３から出射される直線偏光を３原色光に色分解し、この色分解された３原色光を各色光用の映像信号で光変調した後、色合成を行ってカラー画像にする色分解合成光学系４と、色分解合成光学系４で色合成されたカラー画像をＰ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択する第２の偏光板５と、Ｐ偏光となったカラー画像を拡大投影する投射レンズ６と、からなる。
【００１９】
色分解合成光学系４は、第１の偏光板３を透過したＳ偏光のうち、Ｇ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にし、Ｓ偏光のその他の光をそのまま透過させる第１のＧ用位相板７と、第１のＧ用位相板７を透過した３原色光のうち、Ｐ偏光のＧ光を透過し、Ｓ偏光のその他の光を反射させ、Ｇ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置された第１のワイヤグリッド偏光分離板８と、第１のワイヤグリッド偏光分離板８を透過したＰ偏光のＧ光を透過し、Ｓ偏光のＧ光を反射させ、Ｇ光の光軸に対して１３５°の角度を有して配置された第２のワイヤグリッド偏光分離板９と、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射されたＳ偏光のその他の光のうち、Ｒ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする第１のＲ用位相板１０と、この第１のＲ用位相板１０を透過したＲ光とその他の光（Ｂ光）のうち、Ｐ偏光のＲ光を透過させ、Ｓ偏光のＢ光を反射させ、Ｒ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置された第３のワイヤグリッド偏光分離板１１と、からなる。
【００２０】
第２のワイヤグリッド偏光分離板９のＧ光の透過側には、Ｐ偏光のＧ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＧ用反射型空間光変調素子１２と、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１のＲ光の透過側には、Ｐ偏光のＲ光を映像信号に応じて光変調し、Ｓ偏光にして反射するＲ用反射型空間光変調素子１３と、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１でＢ光が反射された側には、Ｓ偏光のＢ光を映像信号に応じて光変調し、Ｐ偏光にして反射するＢ用反射型空間光変調素子１４と、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１で反射されたＲ用反射型空間光変調素子１３から反射して出射するＳ偏光のＲ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする第２のＲ用位相板１５と、からなる。
【００２１】
更に、第２のワイヤグリッド偏光分離板９で反射されたＧ用反射型空間光変調素子１２から反射して出射するＳ偏光のＧ光を反射する一方、第２のＲ用位相板１５をＰ偏光のまま透過するＢ光及びここでＰ偏光にされたＲ光を透過させる偏光分離面１６ａを有する偏光ビームスプリッタープリズム１６と、偏光ビームスプリッタープリズム１６から出射されるＰ偏光のＲ光及びＢ光をそのまま透過させ、Ｓ偏光のＧ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にする第２のＧ用位相板１７と、からなる。
【００２２】
第２のワイヤグリッド偏光分離板９とＧ用反射型空間光変調素子１２との間には、第１の波長板１８が配置され、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１とＲ用反射型空間光変調素子１３との間には、第２の波長板１９が配置されている。また、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１とＢ用反射型空間光変調素子１４との間には、Ｂ用反射型空間光変調素子１４側から順に第３の波長板２０、Ｂ用反射型空間光変調素子１４で反射されたＢ光が第３のワイヤグリッド偏光分離板１１を透過する際に発生する非点収差を補正するシリンドリカルレンズ２１が配置されている。
【００２３】
第１の波長板１８は、Ｇ用反射型空間光変調素子１２で反射されたＧ光の液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行うためのものである。第３の波長板２０は、Ｂ用反射型空間光変調素子１２で反射されたＢ光の液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行うためのものである。
第２の波長板１９は、Ｒ用反射型空間光変調素子１３の液晶プレチルト角分の偏光状態補正用のためである。
なお、いずれの波長板も各色に対応した１／４波長板または１／２波長板を用いる。液晶プレチルト角分の補正は微量でよく、１／１０波長以下、さらには１／２０波長以下の微量な波長板である方が望ましい。実際の波長板の取り付けにあたって光学軸方向の設定は、反射型空間光変調素子を黒表示状態にし、スクリーンに投影した画像が最も黒が沈んだ状態になるように調整して行う。
【００２４】
ここで、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光が入射角αで入射した時のＰ偏光の透過率の波長依存性について図２を用いて説明する。
図３中、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αは、ａが０°、ｂが−１５°、ｃが＋１５°の場合を示す。なお、入射角αは、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光が光軸となす角である。
【００２５】
図２に示すように、従来より広い入射角である±１５°となってもＰ偏光の透過率の波長依存性は、可視波長領域で極めて小さく、安定している。このため、偏光ビームスプリッタープリズムの代わりにワイヤグリッド偏光分離板を用いると、明るく、色再現性の良好な投射表示装置が得られることがわかる。また、ワイヤグリッド偏光分離板は、偏光ビームスプリッタープリズムと異なり、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。更に、投射表示装置に組み込まれた場合でも光源から発する光を吸収しにくいため、複屈折による映像品質の低下を抑えることができる。
【００２６】
次に、本発明の第１実施形態の特徴である非点収差補正用のシリンドリカルレンズ２１をＢ用反射型空間光変調素子１４からのＢ光を反射する側に第３のワイヤグリッド偏光分離板１１を配置した効果について図３乃至図６を用いて説明する。
【００２７】
図４及び図６中、ＡｓはＢ用反射型空間光変調素子１４の中心位置でのサジタル方向のＭＴＦ曲線、ＡｔはＢ用反射型空間光変調素子１４の中心位置でのタンジェンシャル方向のＭＴＦ曲線、ＢｓはＢ用反射型空間光変調素子１４の端でのサジタル方向のＭＴＦ曲線、ＢｔはＢ用反射型空間光変調素子１４の端でのサジタル方向のＭＴＦ曲線を示す。また、同図中、縦軸は、ＭＴＦ（％）であり、横軸は、空間周波数（ｌｐ／ｍｍ、ラインペア／ミリメートル）である。
【００２８】
解像度性能は、一般的にＭＴＦ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）により評価される。ＭＴＦは、被写体である格子縞像の明暗のコントラストがレンズを介してどれほど忠実に再現されるかを表す量であり、１００％に近いほど細かい明暗を解像できることを示す。投影レンズの場合、ＭＴＦが５０％以上であれば、実用上高い解像度を有していると言える。例えば、反射型空間光変調素子の水平方向、垂直方向ともに画素ピッチを２０μｍとすると、画素ピッチに相当する空間周波数は２５ｌｐ／ｍｍであるので、ＭＦＴは、５０％以上であることが高解像度な画像を得る条件となる。
【００２９】
解像度性能をあらわす場合、主光線が光学系の光軸上にはないので、光線のサジタル成分とタンジェンシャル成分の結像点が一致しないという現象があるため、それぞれの成分毎にＭＴＦ特性をあらわすことが一般的である。ここで、光線のサジタル成分とタンジェンシャル成分の結像点が一致しない収差を非点収差という。
【００３０】
ワイヤグリッド偏光分離板が光軸に対して４５°の角度を有して配置されているので、これを横切る光はサジタル成分とタンジェンシャル成分とでワイヤグリッド偏光分離板の界面で受ける屈折に差を生じるために大きな非点収差を生じる。
図３に示すように、シリンドリカルレンズが無い場合には、図４に示すように、空間周波数２５ｌｐ／ｍｍでＭＴＦは、２０％前後であり、実用に供しないことがわかる。
【００３１】
一方、図５に示すように、シリンドリカルレンズ有りの場合には、シリンドリカルレンズ２１がＢ用反射型空間光変調素子１４から反射されたＢ光のサジタル成分にレンズ作用して、ワイヤグリッド偏光分離板１１を透過したＢ光のタンジェンシャル成分の結像点がサジタル成分の結像点に近くなるように作用する。この結果、図６に示すように、空間周波数２５ｌｐ／ｍｍでＭＴＦは、５０％を超える高い解像度を有し、実用的であることがわかる。
上記したワイヤグリッド偏光分離板１１は、厚さ１ｍｍのガラス板である。シリンドリカルレンズ２１は、ＢＫ７材料であり、厚さが２ｍｍで、半径が７５ｍｍのものである。ワイヤグリッド偏光分離板１１側に向けてシリンドリカルレンズ２１の凸面を配置している。
【００３２】
このように、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１とＢ用反射型空間光変調素子１４との間にシリンドリカルレンズ２１を配置すると、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１で発生する非点収差を小さく補正することができるので、高い解像度の画像を得ることができる。
【００３３】
次に、その動作について説明する。
予め不定偏光から偏光変換板等により凡そＳ偏光にされた３原色光をレンズ２に入射させる。このレンズ２で集光された３原色光を第１の偏光板３に入射させる。そして、第１の偏光板３でこの３原色光からＳ偏光のみの関係を有する直線偏光を透過させて、第１のＧ用位相板７に入射させる。第１のＧ用位相板７は、Ｇ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、第１のＧ用位相板７を透過するＧ光に係るＳ偏光は、Ｐ偏光に変換される。また、第１のＧ用位相板７は、Ｒ光及びＢ光に対して何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
【００３４】
第１のＧ用位相板７を透過したＰ偏光のＧ光は、第１及び第２ワイヤグリッド偏光分離板８、９を透過直進して、第１の波長板１８を介してＧ用反射型空間光変調素子１２においてＧ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２ワイヤグリッド偏光分離板９で再び反射され、偏光ビームスプリッタープリズム１６の透過面１６ｂから入射し、偏光ビームスプリッタープリズム１６の偏光分離面１６ａにおいて反射され、第２のＧ用位相板１７に入射する。第２のＧ用位相板１７は、前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００３５】
次に、Ｒ光について説明する。
第１のＧ用位相板７を透過したＳ偏光のＲ光は、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射され、第１のＲ用位相板１０に入射する。
ここで、第１のＲ用位相板１０は、Ｒ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光はＳ偏光からＰ偏光に偏光されてこれを出射し、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１に入射する。更に、Ｐ偏光のＲ光は、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１を透過して、第２の波長板１９を介してＲ用反射型空間光変調素子１３に入射する。そして、このＲ用反射型空間光変調素子１３においてＲ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００３６】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１で反射され、第２のＲ用位相板１５に入射する。この第２のＲ用位相板１５において、Ｒ光のＳ偏光成分は、Ｐ偏光に偏光変換されて偏光ビームスプリッタープリズム１６に入射する。そして、偏光ビームスプリッタープリズム１６の偏光分離面１６ａを透過直進して第２のＧ用位相板１７に入射する。第２のＧ用位相板１７は、Ｒ光には何ら作用せず、Ｒ光は、Ｐ偏光のままこれを出射する。
【００３７】
次に、Ｂ光について説明する。
第１のＧ用位相板７を透過したＳ偏光のＢ光は、第１のワイヤグリッド分離偏光板８で反射され、第１のＲ用位相板１０に入射する。ここで、第１のＲ用位相板１０は、上記したように、Ｒ光のみに作用し、Ｂ光には何ら作用しないため、Ｂ光は、偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１に入射する。
【００３８】
Ｓ偏光のＢ光は、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１で反射され、シリンドリカルレンズ２１、第３の波長板２０を介して、Ｂ用反射型空間光変調素子１４に入射し、このＢ用反射型空間光変調素子１４でＢ対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【００３９】
光変調されて生成したＢ光のＰ偏光は、第３の波長板２０で液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行った後、シリンドリカルレンズ２１に入射させて、このＢ光のＰ偏光のサジタル成分とタンジェンシャル成分の非点収差を補正して第３のワイヤグリッド分離偏光板１１に入射させる。更に、このＢ光のＰ偏光は、第３のワイヤグリッド分離偏光板１１を透過直進し、第２のＲ用位相板１５に入射する。この第２のＲ用位相板１５は、上記したように、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光は、Ｐ偏光のままこれを出射して偏光ビームスプリッタープリズム１６に入射する。そして、偏光ビームスプリッタープリズム１６の偏光分離面１６ａを透過直進して、その透光面１６ｃより出射し、後段に配置した第２のＧ用位相板１７に入射する。
第２のＧ用位相板１７は、前記したように、Ｇ光のみに作用し、Ｂ光には何ら作用しないため、Ｂ光は、Ｐ偏光のままこれを出射する。
【００４０】
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面は、Ｐ偏光に揃えられてＰ偏光のみを透過する第２の偏光板５、投射レンズ６を介して図示しないスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態によれば、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１とＢ用反射型空間光変調素子１４との間にシリンドリカルレンズ２１を配置しているので、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１で発生する非点収差を小さく補正できるため、高い解像度の画像が得られる。
また、第１〜第３のＰ偏光の透過率の波長依存性が少なく、板状のワイヤグリッド偏光分離板８、９、１１を用いているので、軽量で、かつ熱分布による複屈折が生じないため、映像品質の良好な画像が得られる。
本発明の実施形態では、予め不定偏光から偏光板等により３原色光をＳ偏光にしたが、Ｐ偏光にした場合も同様である。
【００４２】
次に、本発明の実施形態の第１変形例について図７を用いて説明する。
本発明の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
第１変形例の投射表示装置２２は、本発明の実施形態における投射表示装置１において、レンズ２と共に第１のＧ用位相板７を第１のワイヤグリッド偏光分離板８の上方に配置し、Ｇ用反射型空間光変調素子１２を第２の波長板１９の第３のワイヤグリッド偏光分離板１１が配置されている側と反対側に、Ｒ用反射型空間光変調素子１３を第３の波長板２０の第３のワイヤグリッド偏光分離板１１が配置されている側と反対側に、Ｂ用反射型空間光変調素子１４を第１の波長板１８の第２のワイヤグリッド偏光分離板９が配置されている側と反対側にそれぞれ配置したものである。
【００４３】
更に、第１と第２のワイヤグリッド偏光分離板８、９間にＳ偏光のＢ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にするＢ用位相板２３を配置し、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１と偏光ビームスプリッタープリズム１６との間にＳ偏光のＧ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にするＧ用位相板２４を配置したものであり、これ以外は同様である。
この場合も本発明の実施形態と同様な効果が得られる。
【００４４】
次に、本発明の実施形態の第２変形例について図８を用いて説明する。
本発明の実施形態及び第１変形例と同一構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図８に示すように、第２変形例の投射表示装置２５は、第１変形例において、第２のワイヤグリッド偏光分離板９の上方に第２のワイヤグリッド偏光分離板９側から順にシリンドリカルレンズ２６、第１の波長板１８、Ｂ用反射型空間光変調素子１４を配置し、第２のワイヤグリッド偏光分離板９と偏光ビームスプリッタープリズム１６との間にＢ用位相板２７を配置したものであり、それ以外は同様である。
【００４５】
実用的には、投射レンズ６を上下に動かして投射表示装置２５を使用したい場合に、第１実施形態及び第１変形例のように投射レンズ６がＧ用反射型空間光変調素子１２或いはＢ用反射型空間光変調素子１４に隣接して配置されていると、投射レンズ６がＧ用反射型空間光変調素子１２或いはＢ用反射型空間光変調素子１４にぶつかってしまう。このような場合、第２変形例では、Ｂ用空間光変調素子１４が上方に配置されようにしているので、投射レンズ６がＧ用反射型空間光変調素子１２或いはＢ用反射型空間光変調素子１４にぶつかることがない。
このため、実施形態及び第１変形例の効果に付加して、自由度の広い投射表示装置を得ることができる。
【００４６】
次に、本発明の実施形態の第３変形例について図９を用いて説明する。
図９に示すように、第３の変形例の投射表示装置２８は、第２変形例において、波長板１９と第３のワイヤグリッド偏光分離板１１との間にシリンドリカルレンズ２９を配置し、偏光ビームスプリッタープリズム１６の代りにＢ用位相板２７を透過したＳ偏光のＧ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置された第４のワイヤグリッド偏光分離板３０を用いたものであり、それ以外は同様である。
【００４７】
第３変形例によれば、全てワイヤグリッド偏光分離板８、９、１１、３０を用いているので、第２変形例の効果に付加して軽量でかつ複屈折のない良好な画像を得ることができる。
【００４８】
上記したワイヤグリッド偏光分離板８、９、１１、３０は、厚さ１ｍｍのガラス板である。シリンドリカルレンズ２１、２６、２９は、ＢＫ７材料であり、厚さが２ｍｍで、半径が７５ｍｍのものである。このシリンドリカルレンズ２１、２６、２９の表面をトロイダル非球面にすることにより、更に解像度を補正することも可能である。偏光ビームスプリッタープリズム１６は、材料としては、ＳＦ１、ＳＦ２、Ｎ−ＳＦ１及びＮ−ＳＦ２（いずれもショット社製）等である。また、シリンドリカルレンズ２１、２６、２９及び偏光ビームスプリッタープリズム１６を強い光強度下で用いる場合には、複屈折の発生しにくい高弾性定数の小さい材料（例えば、オハラ社製のＰＢＨ５６等）を使用することによりムラのない画像を得ることができる。
【００４９】
本発明の実施形態〜第３変形例では、Ｒ用位相板１５、またはＧ用位相板２４と偏光ビームスプリッタープリズム１６との間に第１ポストポラライザ（偏光板）を配置し、Ｐ偏光以外の不要光を除去するようにして、或いは第２のワイヤグリッド偏光分離板９と偏光ビームスプリッタープリズム１６との間に第２ポストポラライザ（偏光板）を配置してＳ偏光以外の不要光を除去してコントラストを向上させるようにしていも良い。
【００５０】
第３変形例では、Ｇ用位相板２４と第３のワイヤグリッド偏光分離板３０との間に前記と同様な第１ポストポラライザを配置し、Ｐ偏光以外の不要光を除去するようにして、或いはＢ用位相板２７と第４のワイヤグリッド偏光分離板３０との間に前記と同様な第２ポストポラライザを配置して、Ｓ偏光以外の不要光を除去するようにしてコントラストを向上させるようにしても良い。
【００５１】
更に、前記した第１及び第２ポストポラライザの代りにワイヤグリッド偏光分離板を用いることもできる。
この際、不要な反射光がスクリーンに到達して表示品質を低下させることがあるので、ワイヤグリッド偏光分離板表面に減反射コートを施す必要がある。これを用いる場合には、このワイヤグリッド偏光分離板を入射する光の光軸に対して傾斜させて配置させることにより不要光を除去するようにすると良い。
更にまた、本発明の実施形態〜第３変形例では、第１のワイヤグリッド偏光分離板９側に１つの反射型空間光変調素子、第３のワイヤグリッド偏光分離板１１側に２つの反射型空間光変調素子を配置したが、この逆である図１０に示す第４変形例で示す配置でも同様な効果が得られる。図１０中、３１は、第１の偏光板３と同様なＳ偏光の光のみを透過する偏光板である。また、第２及び第３のワイヤグリッド偏光分離板９、１１のみ偏光分離板であり、その他の偏光分離板は、偏光ビームスプリッター等の分離手段でも良い。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、第１〜第４の偏光分離手段のうち、少なくとも２つは、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第１〜第３の反射型空間光変調素子のうちの少なくとも１つは、反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えているので、明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における投射表示装置を示す模式図である。
【図２】ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のＰ変更の透過率の波長依存性を示す図である。
【図３】図１に示すＢ用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ無しの場合を示す図である。
【図４】シリンドリカルレンズ無しの場合のＭＴＦと解像度との関係を示す図である。
【図５】図１に示すＢ用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ有りの場合を示す図である。
【図６】シリンドリカルレンズ有りの場合のＭＴＦと解像度との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態の第１変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態の第２変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態の第３変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図１０】本発明の実施形態の第４変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図１１】偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のＰ偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
１、２２、２５、２８…投射表示装置、２…レンズ、３…第１の偏光板、４…色分解合成光学系、５…第２の偏光板、６…投射レンズ、７…第１のＧ用位相板、８…第１のワイヤグリッド偏光分離板（第１の偏向分離手段）、９…第２のワイヤグリッド偏光分離板（第２の偏向分離手段）、１０…第１のＲ用位相板、１１…第３のワイヤグリッド偏光分離板（第３の偏向分離手段）、１２…Ｇ用反射型空間光変調素子、１３…Ｒ用反射型空間光変調素子、１４…Ｂ用反射型空間光変調素子、１５…第２のＲ用位相板、１６…偏光ビームスプリッタープリズム（第４の偏向分離手段）、１７…第２のＧ用位相板、１８…第１の波長板、１９…第２の波長板、２０…第３の波長板、２１、２６、２９…シリンドリカルレンズ、２３、２７…Ｂ用位相板、２４…Ｇ用位相板、３０…第４のワイヤグリッド偏光分離板、３１…Ｂ用位相板
【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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