(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光学系４と、この画像を拡大する投射レンズ５と、からなり、光学系４は、対角方向に配置された第１〜第４の分離手段６、８、１３、１８と、第１の分離手段６を入射側に配置するとき、他の３つの分離手段８、１３、１８の外側に配置され、第１〜第４の分離手段６、８、１３、１８で色分解された各色光の映像信号に対応して光変調・反射する３つの変調素子９、１４、１５とからなり、第１及び第４の分離手段６、１８は、ダイクロイック分離手段であり、第２及び第３の分離手段８、１３は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、３つの変調素子９、１４、１５のうちの少なくとも１つの反射面側に補正用レンズ２３を備えている。【選択図】      図１
2004302344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光束分離手段と、第２の光束分離手段と、第３の光束分離手段と、第４の光束分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第１の光束分離手段を照明光の入射側に、前記第４の光束分離手段を投射側に配置し、前記第２の光束分離手段の前記第１光束分離手段が配置されている側と反対側か前記第４の光束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の光束分離手段の前記第１の光束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の光束分離手段の前記第４の光束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、３原色を含んだ光を前記第１〜第３の光束分離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の光束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２及び第３の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第４の光束分離手段の前記第２の光束分離手段側に第１の偏光板を配置し、前記第４の光束分離手段の前記第３の光束分離手段側に第２の偏光板を配置したことを特徴とする投射表示装置。
【請求項２】
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請求項１記載の投射表示装置。
【請求項３】
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２記載の投射表示装置。
【請求項４】
前記第４の光束分離手段は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１乃至３記載の投射型表示装置。
【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数十層の誘電体膜を蒸着した光学膜により形成されているが、図９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９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９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９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の光束分離手段と、第２の光束分離手段と、第３の光束分離手段と、第４の光束分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第１の光束分離手段を照明光の入射側に、前記第４の光束分離手段を投射側に配置し、前記第２の光束分離手段の前記第１光束分離手段が配置されている側と反対側か前記第４の光束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の光束分離手段の前記第１の光束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の光束分離手段の前記第４の光束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、３原色を含んだ光を前記第１〜第３の光束分離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の光束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２及び第３の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第４の光束分離手段の前記第２の光束分離手段側に第１の偏光板を配置し、前記第４の光束分離手段の前記第３の光束分離手段側に第２の偏光板を配置し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２記載の投射表示装置を提供する。
第４の発明は、前記第４の光束分離手段は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１乃至３記載の投射型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８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。
【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、垂直上方に配置され、予め不定偏光から偏光変換板等により凡そＰ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Ｐ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拡大投影する投射レンズ５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Ｐ偏光の３原色光のうち、Ｂ光を反射して、その他の光を透過させ、Ｂ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置されたダイクロイックミラー６と、ダイクロイックミラー６で反射されたＧ光のＰ偏光のみを透過させる第２の偏光板７と、Ｐ偏光のＧ光を透過させ、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９と、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射されたＧ用反射型空間光変調素子９で反射して出射するＧ光のＳ偏光のみを透過させる第３の偏光板１０と、からなる。
【００２０】
更に、ダイクロイックミラー６を透過したその他の光のＰ偏光のみを透過させる第４の偏光板１１と、第４の偏光板１１から出射するＰ偏光のその他の光のうち、Ｂ光の偏波面を９０°回転してＳ偏光にするＢ用位相板１２と、このＢ用位相板１２から出射するＳ偏光のＢ光を反射し、Ｐ偏光のＲ光を透過させる第２のワイヤグリッド偏光分離板１３と、この第２のワイヤグリッド偏光分離板１３で反射された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２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過した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１５と、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過したＢ用反射型空間光変調素子１４で反射して出射するＰ偏光のＢ光をそのまま透過させ、Ｒ用反射型空間光変調素子１５で反射して出射されたＳ偏光のＲ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にするＲ用位相板１６と、からなる。
【００２１】
更にまた、第２のＲ用位相板１６から出射するＲ光及びＢ光のＰ偏光のみを透過させる第５の偏光板１７と、第３の偏光板１０から出射されるＳ偏光のＧ光を反射する一方、第５の偏光板１７を透過したＰ偏光のＲ光及びＢ光を透過させるダイクロイックミラー面１８ａを有するダイクロイックプリズム１８と、ダイクロイックプリズム１８から出射された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Ｇ用位相板１９と、からなる。
【００２２】
第１のワイヤグリッド偏光分離板８とＧ用反射型空間光変調素子９との間には、第１の波長板２０が配置され、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３とＲ用反射型空間光変調素子１５との間には、第２の波長板２１が配置されている。また、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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２２、Ｂ用反射型空間光変調素子１４で反射されたＢ光が第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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２３が配置されている。シリンドリカルレンズ２３の凸面は、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３側に向けて配置されている。
【００２３】
第１の波長板２０は、Ｇ用反射型空間光変調素子９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２の波長板２１は、Ｒ用反射型空間光変調素子１５で反射されたＲ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２２は、Ｂ用反射型空間光変調素子１４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。
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波長板が用いられる。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調整は、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２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２３をＧ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２のワイヤグリッド偏光分離板１３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】
なお、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。
【００３０】
ワイヤグリッド偏光分離板は、通常、光軸に対して４５°又は１３５°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。非点収差とは、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いう。
図３に示すようなシリンドリカルレンズ２３が第２のワイヤグリッド偏光分離板１３とＢ用反射型空間光変調素子１４との間に配置されない場合には、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２３が第２のワイヤグリッド偏光分離板１３とＢ用反射型空間光変調素子１４との間に配置される場合には、シリンドリカルレンズ２３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、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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、実用的な高い解像度が得られるようになる。
【００３２】
このように、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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２３を配置すると、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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Ｐ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Ｐ偏光のみの関係を有する直線偏光を透過させて、ダイクロイックミラー６に入射させる。ダイクロイックミラー６は、Ｇ光を反射させ、その他の光を透過させる。
【００３４】
ダイクロイックミラー６で反射されたＰ偏光のＢ光は、そのまま直進して第２の偏光板７により、Ｇ光のＰ偏光のみを透過させてここを出射し、第１のワイヤグリッド偏光分離板８を透過して、第１の波長板２０を介してＧ用反射型空間光変調素子９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偏光は、第１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、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射され、第３の偏光板１０に入射する。第３の偏光板１０でＳ偏光のみにされたＧ光は、ダイクロイックプリズム１８のダイクロイックミラー面１８ａで反射して、その透光面１８ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１９に入射する。Ｇ用位相板１９は、Ｓ偏光のＧ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にするので、Ｇ光はＰ偏光でここを出射する。
【００３５】
次に、Ｒ光について説明する。
ダイクロイックミラー６を透過したＰ偏光のＲ光は、第４の偏光板１１に入射する。
Ｒ光は、第４の偏光板１１でＰ偏光のみにされた後、Ｂ用位相板１２に入射する。Ｂ用位相板１２は、Ｒ光には何ら作用しないため、Ｒ光は、Ｐ偏光のままここを出射し、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３に入射する。更に、Ｐ偏光のＲ光は、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過して、第２の波長板２１を介してＲ用反射型空間光変調素子１５に入射する。そして、このＲ用反射型空間光変調素子１５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偏光は、第２の波長板２１で液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行った後、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３で反射され、Ｒ用位相板１６に入射する。このＲ用位相板１６において、Ｒ光のＳ偏光は、Ｐ偏光に偏光変換され、第５の偏光板１７でＰ偏光のみにされた後、ダイクロイックプリズム１８に入射する。そして、ダイクロイックプリズム１８のダイクロイックミラー面１８ａを透過直進してＧ用位相板１９に入射する。Ｇ用位相板１９は、Ｒ光には何ら作用しないため、Ｒ光は，Ｐ偏光のままここを出射する。
【００３７】
次に、Ｂ光について説明する。
ダイクロイックミラー６を透過したＰ偏光のＢ光は、第４の偏光板１１に入射する。Ｂ光は、第４の偏光板１１でＰ偏光のみにされた後、Ｂ用位相板１２に入射する。Ｂ用位相板１２は、Ｐ偏光のＢ光の偏波面を９０°回転してＳ偏光にして出射させてＳ偏光のＢ光を第２のワイヤグリッド偏光分離板１３に入射させる。
【００３８】
Ｓ偏光のＢ光は、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３で反射され、シリンドリカルレンズ２３、第３の波長板２２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２３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２３に入射し、このＧ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２のワイヤグリッド偏光分離板１３に入射する。更に、このＢ光のＰ偏光は、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過直進し、Ｒ用位相板１６に入射する。このＲ用位相板１６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、第５の偏光板１７に入射する。この第５の偏光板１７でＰ偏光のみにされた後、ダイクロイックプリズム１８に入射する。そして、ダイクロイックプリズム１８のダイクロイックミラー面１８ａを透過直進して、その透光面１８ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１９に入射する。
Ｇ用位相板１９は、前記したように、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光は、Ｐ偏光のままここを透過する。
【００４０】
このようにして、偏波面がＰ偏光に揃えられたＲ光、Ｇ光、Ｂ光を投射レンズ５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２のワイヤグリッド偏光分離板１３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２３を配置しているので、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３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、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、１３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。
【００４２】
更に、ダイクロイックミラー６を用いているので、第１の偏光板３でＰ偏光にされた３原色光を分離するために、この３原色光のうちのいずれか１つをＳ偏光にする位相板が不要となり、部品点数が少なく小型軽量化した投射表示装置１が得られる。
【００４３】
このＧ用空間光変調素子９の代りにＢ用反射型空間光変調素子１４或いはＲ用反射型空間光変調素子１５を配置した場合も同様の効果が得られる。
【００４４】
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Ｐ偏光にしたが、Ｓ偏光にした場合も同様である。
なお、Ｇ用位相板１９は、Ｓ偏光のＢ光のコントラスト比がＰ偏光のＲ光及びＧ光と同等に得られる場合には省略しても良い。
また、第２〜第５の偏光板７、１０、１１、１７は、コントラストが十分得られる場合には省略しても良い。
【００４５】
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２４は、垂直上方に配置され、予め不定偏光から偏光変換板等により凡そＰ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Ｐ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拡大投影する投射レンズ５と、からなる。
【００４６】
色分解合成光学系４は、第１の偏光板３を透過したＰ偏光の３原色光のうち、Ｒ光を反射して、その他の光を透過させ、Ｒ光の光軸に対して４５°の角度を有して配置されたダイクロイックミラー２５と、ダイクロイックミラー２５で反射されたＲ光のＰ偏光のみを透過させる第２の偏光板７と、Ｐ偏光のＲ光を透過させ、Ｒ光の光軸に対して１３５°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１５と、第１のワイヤグリッド偏光分離板８で反射されたＲ用反射型空間光変調素子１５で反射して出射するＲ光のＳ偏光のみを透過させる第３の偏光板１０と、からなる。
【００４７】
更に、ダイクロイックミラー２５を透過したその他の光のＰ偏光のみを透過させる第４の偏光板１１と、第４の偏光板１１から出射するＰ偏光のその他の光のうち、Ｂ光の偏波面を９０°回転してＳ偏光にするＢ用位相板１２と、このＢ用位相板１２から出射するＳ偏光のＢ光を反射し、Ｐ偏光のＧ光を透過させる第２のワイヤグリッド偏光分離板１３と、この第２のワイヤグリッド偏光分離板１３で反射された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２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過した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９と、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３を透過したＢ用反射型空間光変調素子１４で反射して出射するＰ偏光のＢ光をそのまま透過させ、Ｇ用反射型空間光変調素子９で反射して出射する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２６と、からなる。
【００４８】
更にまた、Ｇ用位相板２６から出射するＧ光及びＢ光のＰ偏光のみを透過させる第５の偏光板１７と、第３の偏光板１０から出射されるＳ偏光のＲ光を透過する一方、第５の偏光板１７を透過したＰ偏光のＧ光及びＢ光を反射するダイクロイックミラー面２７ａを有するダイクロイックプリズム２７と、ダイクロイックプリズム２７から出射されたＰ偏光のＧ光及びＢ光をそのまま透過させ、Ｓ偏光のＲ光の偏波面を９０°回転してＰ偏光にするＲ用位相板２８と、からなり、そ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。
【００４９】
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２９は、第１変形例において、ダイクロイックミラー２５のかわりにワイヤグリッド偏光分離板３０を配置し、ワイヤグリッド偏光分離板３０と第１の偏光板３との間にＲ用位相板３１を配置したものであり、それ以外は同様である。この場合、第１の偏光板３を透過したＰ偏光の３原色光をＲ用位相板３０に入射させる。そして、このＲ用位相板３０では、このＰ偏光の３原色光のうち、Ｒ光のＰ偏光の偏波面を９０°回転させてＳ偏光にし、ワイヤグリッド偏光分離板３０に入射させ、第２の波長板２１を介してＲ用反射型空間光変調素子１５に入射させるようにしている。この際、不定偏光から偏光変換板等により偏光される光は、Ｐ偏光である。この場合も本発明の実施形態と同様な効果が得られる。
【００５０】
上記したワイヤグリッド偏光分離板８、１３は、厚さ１ｍｍのガラス板である。シリンドリカルレンズ２３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２３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。
【００５１】
また、ワイヤグリッド偏光分離板を反射するＳ偏光には若干のＰ偏光成分が混入するので、ポストポラライザ（偏光板）がないと、高いコントラスト比を得ることができない。本発明の実施形態〜第２変形例では、ワイヤグリッド偏光分離板８とダイクロイックプリズム１８、２７との間に第１ポストポラライザ（偏光板１０）を配置し、Ｓ偏光以外の不要光を除去するようにして、或いはワイヤグリッド偏光分離板１３とダイクロイックプリズム１８、２７との間に第２ポストポラライザ（偏光板１７）を配置してＰ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る。
【００５２】
更に、色合成するためにダイクロイックプリズム１８、２７を用いており、その手前でポストポラライザとしての偏光板１０、１７を配置しているので、ダイクロイックプリズム入射後の光に複屈折が発生してもシェーディングには一切影響しない。プリズムの材料としても通常の光学ガラスであるＢＫ７等を用いることができ安価である。
【００５３】
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２変形例では、第１のワイヤグリッド偏光分離板８側に１つの反射型空間光変調素子、第２のワイヤグリッド偏光分離板１３側に２つの反射型空間光変調素子を配置したが、この逆でも同様な効果が得られる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、第１〜第４の光束分離手段のうち、前記第２及び第３の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第４の光束分離手段の前記第２の光束分離手段側に第１の偏光板を配置し、前記第４の光束分離手段の前記第３の光束分離手段側に第２の偏光板を配置しているので、明るく、映像品質が良好でコントラスト比の高い、かつ軽量な投射表示装置を得ることができる。
また、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つの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、映像品質が良好でコントラスト比の高い、かつ軽量な投射表示装置を得ることができる。
また、色合成として第４の光束分離手段にダイクロイックプリズムを用いており、その手前でポストポラライザとしての偏光板を配置しているので、ダイクロイックプリズム入射後の光に複屈折が発生してもシェーディングには一切影響しない。プリズムの材料としても通常の光学ガラスであるＢＫ７等を用いることができ安価である。
【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】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、２１、２３、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…投射レンズ、６、２５…ダイクロイックミラー（第１の光束分離手段）、７…第２の偏光板、８・・・第１のワイヤグリッド偏光分離板（第２の光束分離手段）、９…Ｇ用反射型空間光変調素子、１０・・・第３の偏光板、１１・・・第４の偏光板、１２・・・Ｂ用位相板、１３・・・第２のワイヤグリッド偏光分離板（第３の光束分離手段）、１４…Ｂ用反射型空間光変調素子、１５…Ｒ用反射型空間光変調素子、１６、２８、３０、３１…Ｒ用位相板、１７…第５の偏光板、１８、２７・・・ダイクロイックプリズム（第４の光束分離手段）、１９、２６…Ｇ用位相板、２０…第１の波長板、２１…第２の波長板、２２…第３の波長板、２３…シリンドリカルレンズ、４０・・・ワイヤグリッド偏光分離板（第１の光束分離手段）
【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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