(57)【要約】【課題】ライトバルブの画素の非有効部である画素格子を目立ちにくくすることが可能な安価な投写型表示装置を提供する。【解決手段】投写型表示装置は、透過型の液晶ライトバルブ３９からの光を空間的に分離する複屈折素子４３を備える。複屈折素子４３を、液晶ライトバルブ３９からの光が入射する第１の複屈折板４０と、第１の複屈折板４０からの光が入射する第２の複屈折板４１と、第２の複屈折板４１からの光が入射する第３の複屈折板４２とにより構成する。第１の複屈折板４０に入射する光の偏光方向と、第１の複屈折板４０の入射面に射影した第１の複屈折板４０の光学軸とのなす角度はｎ×４５°（ｎは０を除く整数）である。第２の複屈折板４１の入射面に射影した第２の複屈折板４１の光学軸は、第１の複屈折板４０の入射面に射影した第１の複屈折板４０の光学軸と直交する方向にある。第３の複屈折板４２の入射面に射影した第３の複屈折板４２の光学軸は、水平方向又は垂直方向にある。【選択図】　図１
2004094192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの光が照明され、映像信号に応じた画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブ上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、前記ライトバルブからの光を空間的に分離する複屈折素子とを備え、
前記複屈折素子が、前記ライトバルブからの光が入射する第１の複屈折板と、前記第１の複屈折板からの光が入射する第２の複屈折板と、前記第２の複屈折板からの光が入射する第３の複屈折板とからなり、
前記第１の複屈折板に入射する光の偏光方向と、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸とのなす角度がｎ×４５°（ｎは０を除く整数）であり、
前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸と直交する方向にあり、
前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が、水平方向又は垂直方向にある投写型表示装置。
【請求項２】
前記ライトバルブが、青、緑、赤の三原色光にそれぞれ対応する３つのライトバルブからなり、
前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色の光に分離し、当該青、緑、赤の各色の光を前記３つのライトバルブにそれぞれ照明する色分離光学手段と、
前記３つのライトバルブからの青、緑、赤の各色の光を受け、当該青、緑、赤の各色の光を合成する色合成光学手段とをさらに備えた請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記光源からの光を集光し、被照明領域に照明する照明光学手段をさらに備えた請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記複屈折板が、前記ライトバルブと前記投写レンズとの間に配置された請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項５】
前記複屈折板が、前記投写レンズの出射側に配置された請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項６】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として４５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−４５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として０°又は１８０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項７】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−４５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として４５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として０°又は１８０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項８】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として４５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として１３５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として９０°又は−９０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項９】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−４５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−１３５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として９０°又は−９０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１０】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として１３５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−１３５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として０°又は１８０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１１】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−１３５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として１３５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として０°又は１８０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１２】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として１３５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として４５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として９０°又は−９０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１３】
前記第１〜第３の複屈折板の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−１３５°方向にあり、前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として−４５°方向にあり、前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が＋ｘ軸を基準として９０°又は−９０°方向にある請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
前記第１〜第３の複屈折板の材料が水晶である請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１５】
前記第１〜第３の複屈折板の材料がサファイアである請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１６】
前記第１〜第３の複屈折板の材料がＬｉＮｂＯ３　である請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１７】
前記第１〜第３の複屈折板が接着剤によって貼合された請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
前記ライトバルブが固定画素構造を有する透過型の液晶ライトバルブである請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項１９】
前記ライトバルブが固定画素構造を有する反射型の液晶ライトバルブである請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項２０】
前記複屈折板による画素分離パターンが正方４点分離パターンである請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項２１】
前記ライトバルブからの光の偏光方向が水平方向又は垂直方向である請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項２２】
前記ライトバルブが透過型の液晶ライトバルブであって、前記複屈折素子は、前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの４０％〜５０％で水平方向及び垂直方向の４点に分離する請求項１に記載の投写型表示装置。
【請求項２３】
前記ライトバルブが反射型の液晶ライトバルブであって、前記複屈折素子は、前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの１０％〜３０％で水平方向及び垂直方向の４点に分離する請求項１に記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ライトバルブ上に形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによってスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面の画像を得るために、映像信号に応じた画像を形成する小型のライトバルブに、光源からの光を照明し、投写レンズによってその光学像をスクリーン上に拡大投写する投写型表示装置が用いられている。この場合、ライトバルブとしては、アクティブマトリクス方式であって、偏光を利用して光を変調する透過型の液晶ライトバルブが広く実用的に用いられている。透過型の液晶ライトバルブは、対向する２枚のガラス基板間に、配向方向が９０度捩れたネマチック液晶を封入した液晶セルと、その両側に透過軸が互いに直交するように配置された２枚の偏光フィルムとにより構成されている。そして、このような透過型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置により、装置の小型化が可能になると共に、高輝度で高画質の大画面の画像を得ることが可能となってきた。しかし、固定画素構造を有するライトバルブを用いる場合には、投写像の画素格子が目立ち、画像品位が劣化するという問題が指摘されている。特に、透過型の液晶ライトバルブの場合には、反射型のライトバルブに比べて、画素面積に対する有効画素面積の比である開口率が４０％〜７０％と低いために、画素の非有効部（配線やＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）部）である画素格子が顕著に目立つという問題がある。そして、この場合、観察する画角が大きいほど（投写画面サイズが大きくなる、又は、観察距離が短い）、その画素格子がより顕著に目立ってしまう。
【０００３】
この画素格子を目立ちにくくするために、入射する光線を常光線と異常光線とに分離すると複屈折素子と偏光を解消する１／４波長板とを組み合わせた画素分離光学素子を、ライトバルブと投写レンズとの間に配置し、投写像の画素を２つ以上の方向に分離させるという手法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００４】
図９に、従来の投写型表示装置の概略構成を示す。図９に示すように、従来の投写型表示装置は、光源１と、光源１からの光を集光するコンデンサレンズ２と、コンデンサレンズ２によって集光された光が照明され、映像信号に応じた画像を形成する液晶ライトバルブ３と、液晶ライトバルブ３から出射される直線偏光の光を円偏光に変換する第１の１／４波長板４と、第１の１／４波長板４によって円偏光に変換された光を空間的に２つの光に分離し、かつ、互いに直交する直線偏光に変換する第１の複屈折板５と、空間的に２つに分離されたそれぞれの直線偏光の光を円偏光に変換する第２の１／４波長板６と、第２の１／４波長板６によって円偏光に変換されたそれぞれの光を、第１の複屈折板５による場合とは直交する方向の直線偏光に分離する第２の複屈折板７と、第２の複屈折板７によって分離された光をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ８とにより構成されている。そして、以上のような構成により、投写像の画素を空間的に４つに分離して、画素の非有効部である画素格子が目立ちにくくされている。
【０００５】
画素格子を目立ちにくくするための投写像の空間的な画素分離パターンとしては、水平方向又は垂直方向の２つの光に分離する平行２点分離パターン、斜め方向の２つの光に分離する斜め２点分離パターン、斜め方向の４つの光に分離する斜め４点分離パターン、水平方向及び垂直方向の４つの光に分離する正方４点分離パターン等が考えられる。透過型の液晶ライトバルブのように、開口率が低く、画素の非有効部が大きい場合、２点分離パターンでは、画素の非有効部を十分に覆うことができないために、十分に画素格子を目立ちにくくすることはできない。また、斜め４点分離パターンでは、縦線又は横線の表示がギザギザして画像品位が低下してしまう。従って、画素格子を目立ちにくくするための投写像の空間的な画素分離パターンとしては、正方４点分離パターンが最も適している。液晶ライトバルブからの出射光は直線偏光であるため、従来においては、図６に示すように、第１の１／４波長板４と、第１の複屈折板５、第２の１／４波長板６、第２の複屈折板７とを利用して、正方４点分離パターンが得られていた。この場合、複屈折板としては、内部での光吸収が小さく、均一性に優れた一軸性光学結晶である水晶が用いられ、１／４波長板としては、水晶や延伸フィルムが用いられる。
【０００６】
【特許文献１】実開平０１−３８３４号公報
【０００７】
【特許文献２】特開平１１−１６７１０５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような、４枚の水晶又は、２枚の水晶と２枚の延伸フィルムを用いる構成では、コストが高くなるという問題があった。
【０００９】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、ライトバルブの画素の非有効部である画素格子を目立ちにくくすることが可能な安価な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る投写型表示装置の構成は、光源と、前記光源からの光が照明され、映像信号に応じた画像を形成するライトバルブと、前記ライトバルブ上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズと、前記ライトバルブからの光を空間的に分離する複屈折素子とを備え、
前記複屈折素子が、前記ライトバルブからの光が入射する第１の複屈折板と、前記第１の複屈折板からの光が入射する第２の複屈折板と、前記第２の複屈折板からの光が入射する第３の複屈折板とからなり、
前記第１の複屈折板に入射する光の偏光方向と、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸とのなす角度がｎ×４５°（ｎは０を除く整数）であり、
前記第２の複屈折板の入射面に射影した前記第２の複屈折板の光学軸が、前記第１の複屈折板の入射面に射影した前記第１の複屈折板の光学軸と直交する方向にあり、
前記第３の複屈折板の入射面に射影した前記第３の複屈折板の光学軸が、水平方向又は垂直方向にあることを特徴とする。
【００１１】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブが、青、緑、赤の三原色光にそれぞれ対応する３つのライトバルブからなり、
前記光源からの白色光を青、緑、赤の各色の光に分離し、当該青、緑、赤の各色の光を前記３つのライトバルブにそれぞれ照明する色分離光学手段と、
前記３つのライトバルブからの青、緑、赤の各色の光を受け、当該青、緑、赤の各色の光を合成する色合成光学手段とをさらに備えているのが好ましい。
【００１２】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記光源からの光を集光し、被照明領域に照明する照明光学手段をさらに備えているのが好ましい。
【００１３】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記複屈折板が、前記ライトバルブと前記投写レンズとの間に配置されているのが好ましい。
【００１４】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記複屈折板が、前記投写レンズの出射側に配置されているのが好ましい。
【００１５】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記第１〜第３の複屈折板の材料が水晶、サファイア又はＬｉＮｂＯ３　であるのが好ましい。
【００１６】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記第１〜第３の複屈折板が接着剤によって貼合されているのが好ましい。
【００１７】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブが固定画素構造を有する透過型の液晶ライトバルブであるのが好ましい。
【００１８】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブが固定画素構造を有する反射型の液晶ライトバルブであるのが好ましい。
【００１９】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記複屈折素子による画素分離パターンが正方４点分離パターンであるのが好ましい。
【００２０】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブからの光の偏光方向が水平方向又は垂直方向であるのが好ましい。
【００２１】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブが透過型の液晶ライトバルブであって、前記複屈折素子は、前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの４０％〜５０％で水平方向及び垂直方向の４点に分離するのが好ましい。
【００２２】
また、前記本発明の投写型表示装置の構成においては、前記ライトバルブが反射型の液晶ライトバルブであって、前記複屈折素子は、前記液晶ライトバルブからの光を前記液晶ライトバルブの固定画素ピッチの１０％〜３０％で水平方向及び垂直方向の４点に分離するのが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
図１は本発明の第１の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態における投写型表示装置は、光源としての放電ランプ３０と、放電ランプ３０からの光を集光し、被照明領域に照明する照明光学手段３６と、放電ランプ３０からの光が照明され、映像信号に応じた画像を形成する透過型の液晶ライトバルブ３９と、液晶ライトバルブ３９上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ４４と、液晶ライトバルブ３９と投写レンズ４４との間に配置され、液晶ライトバルブ３９からの光を空間的に分離する複屈折素子４３とを備えている。ここで、透過型の液晶ライトバルブ３９は、固定画素構造を有している。また、この液晶ライトバルブ３９は、アクティブマトリックス方式であって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって入射する光の偏光状態を変化させる液晶と、その両側に透過軸が互いに直交するように配置された２枚の偏光フィルムとの組合せにより、光を変調して画像を形成する。尚、図１中、３１は放電ランプ３０から放射される光を集光し、略平行光に変換するための放物面鏡、３７は反射ミラー、３８はフィールドレンズをそれぞれ示している。また、放電ランプ３０としては、例えば、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる。
【００２６】
照明光学手段３６は、放電ランプ３０側から反射ミラー３７側に向かって順に配置された、複数のレンズからなる第１のレンズアレイ板３２と、同じく複数のレンズからなる第２のレンズアレイ板３３と、コンデンサレンズ３４と、反射ミラー３５とにより構成されている。ここで、第１のレンズアレイ板３２は、入射した光束を多数の光束に分割し、分割された多数の光束は第２のレンズアレイ板３３に収束する。また、第１のレンズアレイ板３２のレンズは、液晶ライトバルブ３９と相似形の開口形状を有している。また、第２のレンズアレイ板３３のレンズは、第１のレンズアレイ板３２と液晶ライトバルブ３９とが略共役関係となるように、パワーが決められている。また、コンデンサレンズ３４は、第２のレンズアレイ板３３の各レンズから出射する光を液晶ライトバルブ３９上に重畳照明するためのレンズである。以上のような構成の照明光学手段３６を用いることにより、集光した放電ランプ３０からの光を液晶ライトバルブ３９上に高効率で均一に照明することができる。
【００２７】
複屈折素子４３は、液晶ライトバルブ３９側から投写レンズ４４側に向かって順に配置された、液晶ライトバルブ３９からの光が入射する第１の複屈折板４０と、第１の複屈折板４０からの光が入射する第２の複屈折板４１と、第２の複屈折板４１からの光が入射する第３の複屈折板４２とにより構成されており、液晶ライトバルブ３９からの光を、水平方向及び垂直方向の４点に空間的に分離する。ここで、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２は、紫外線硬化タイプ又は熱硬化タイプの接着剤によって貼合されている。このように、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２を、これらとの屈折率差の小さい接着剤を用いて貼合するようにしたので、それぞれの界面での光損失を低減することができる。また、複屈折素子４３の主平面のサイズは、２２ｍｍ×２４ｍｍである。
【００２８】
以下、複屈折素子の構成とその動作について詳細に説明する。図２は複屈折素子の構成とその動作を示す分解斜視図、図３は画素パターンの正方４点分離の動作を示す概念図である。
【００２９】
複屈折素子４３を構成している第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の材料としては、一軸性光学結晶である水晶が用いられている。水晶は、可視光域での光吸収がなく、かつ、均一性の高い光学結晶である。第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の材料として水晶を用いる場合、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２は、単位厚み当たりの分離量が最大となるように、主平面とその光学軸とのなす角度が４５°となるように構成される。図２には、入射光として、１つの画素パターンを例に挙げて、光の偏光、光の分離方向や分離パターンの様相を示している。尚、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２には、それぞれ入射面に射影した光学軸の方向を示している。また、ここでは、液晶ライトバルブ３９からの光（入射光）を、水平方向すなわち０°方向の直線偏光としている。
【００３０】
図２に示すように、第１の複屈折板４０の入射面に水平方向をｘ軸とする二次元直交座標を設けたとき、第１の複屈折板４０は、その入射面に射影した当該第１の複屈折板４０の光学軸が＋ｘ軸を基準として４５°方向となるように構成されている。従って、液晶ライトバルブ３９からの光（入射光）の偏光方向と、第１の複屈折板４０の入射面に射影した当該第１の複屈折板４０の光学軸とのなす角度は４５°となる。第１の複屈折板４０に入射した光は、偏光に応じて常光線と異常光線とに分離される。すなわち、第１の複屈折板４０の入射面に射影した当該第１の複屈折板４０の光学軸と直交する偏光は常光線となり、平行な偏光は異常光線となる。このため、第１の複屈折板４０に入射した光は、＋ｘ軸を基準として−４５°方向の直線偏光と４５°方向の直線偏光とに分離され、画素パターンは＋ｘ軸を基準として４５°方向に２点分離される（図３Ａ、Ｂ参照）。光の分離量は、複屈折板の厚みで決まる。
【００３１】
ここで、複屈折板の厚みをｔ、複屈折板の主平面とその光学軸とのなす角度をθ、異常光線屈折率をｎｅ　、常光線屈折率をｎｏ　としたとき、光の分離量ｄは下記（数１）で表記される。
［数１］
ｄ＝（ｎｅ２−ｎｏ２）ｔ・ｓｉｎθｃｏｓθ／（ｎｅ２ｓｉｎ２θ＋ｎｏ２ｃｏｓ２θ）
従って、本実施の形態のように複屈折板の主平面とその光学軸とのなす角度が４５°の場合、光の分離量ｄは下記（数２）で表記される。
［数２］
ｄ＝（ｎｅ２−ｎｏ２）ｔ／（ｎｅ２＋ｎｏ２）
尚、本実施の形態のように複屈折板の材料として水晶を用いる場合には、ｎｅ　＝１．５５５３、ｎｏ　＝１．５４６２である。
【００３２】
本実施の形態においては、この＋ｘ軸を基準とした４５°方向の光の分離量が画素ピッチの（√２×２５）％となるように（図３Ｂ参照）、第１の複屈折板４０が構成されている。
【００３３】
第１の複屈折板４０によって分離されたそれぞれの光は、第２の複屈折板４１に入射する。第２の複屈折板４１は、その入射面に射影した当該第２の複屈折板４１の光学軸が、＋ｘ軸を基準として−４５°方向となるように（第１の複屈折板４０の入射面に射影した当該第１の複屈折板４０の光学軸と直交するように）構成されている。＋ｘ軸を基準として−４５°方向の直線偏光の入射光は異常光線だけとなり、＋ｘ軸を基準として−４５°方向に分離する。本実施の形態においては、この＋ｘ軸を基準とした−４５°方向の光の分離量が画素ピッチの（√２×２５）％となるように（図３Ｃ参照）、第２の複屈折板４１が構成されている。＋ｘ軸を基準として４５°方向の直線偏光の入射光は、分離されずに第２の複屈折板４１をそのまま透過する。これにより、第２の複屈折板４１を透過した後の画素パターンは、垂直方向に２つに分離されたパターンとなる（図３Ｃ参照）。この場合の垂直方向の分離量は、画素ピッチの５０％になる。
【００３４】
第２の複屈折板４１によって分離されたそれぞれの光は、第３の複屈折板４２に入射する。第３の複屈折板４２は、その入射面に射影した当該第３の複屈折板４２の光学軸が、＋ｘ軸を基準として１８０°方向となるように構成されている。第３の複屈折板４２に入射する光は、＋ｘ軸を基準として４５°方向の直線偏光と−４５°方向の直線偏光であり、それぞれ常光線と異常光線とに分離されて、水平方向に分離される（図３Ｄ参照）。本実施の形態においては、水平方向の光の分離量が画素ピッチの５０％となるように（図３Ｄ参照）、第３の複屈折板４２が構成されている。
【００３５】
以上のようにして、複屈折素子４３に入射する１つの画素パターンが、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２を順次透過した後に、水平方向及び垂直方向の正方４点に分離される。
【００３６】
次に、上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３７】
放電ランプ３０から放射された光は、放物面鏡３１によって集光され、略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、第１のレンズアレイ板３２に入射する。第１のレンズアレイ板３２に入射した光束は、多数の光束に分割されて、第２のレンズアレイ板３３に収束する。第２のレンズアレイ板３３の各レンズから出射した光は、コンデンサレンズ３４を透過し、反射ミラー３５、３７で順次反射され、さらにフィールドレンズ３８を透過した後、液晶ライトバルブ３９上に重畳照明される。液晶ライトバルブ３９を透過した光は、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２からなる複屈折素子４３に入射し、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の作用によって画素ビッチの５０％で水平方向及び垂直方向の正方４点に分離された後、投写レンズ４４によってスクリーン上に拡大投写される。これにより、液晶ライトバルブ３９上の画像が、画素格子の目立たない状態でスクリーン上に映し出される。
【００３８】
図４に、正方４点の分離パターンを得るための、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の入射面に射影した光学軸の組合せを示す。図４に示した光学軸の組合せであれば、いずれの組合せであってもよい。従って、複屈折板の加工上、最も安価な組合せで複屈折素子４３を作製することができる。
【００３９】
図５に、投写像の画素格子の様相を示す。図５Ａは複屈折素子４３を配置しない場合の投写像の画素格子の様相を示しており、図５Ｂは複屈折素子４３を配置した場合の投写像の画素格子の様相を示している。図５に示すように、複屈折素子４３を配置することにより、画素が水平方向及び垂直方向の正方４点に分離され、画素格子が目立たなくなっている。従って、本実施の形態の投写型表示装置を用いれば、滑らかで自然な投写像を得ることが可能となる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態によれば、投写像の画素格子を目立たなくするために、光を空間的に正方４点に分離する画素分離光学素子として、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２からなる複屈折素子４３を用いているので、滑らかな高品位画像を得ることのできる投写型表示装置を安価に提供することができる。
【００４１】
尚、本実施の形態においては、複屈折素子４３に入射する光の偏光方向が水平方向すなわち０°方向の場合を例に挙げて説明したが、複屈折素子４３に入射する光の偏光方向が垂直方向すなわち９０°方向の場合も同様に、複屈折素子４３を配置することによって画素パターンを水平方向及び垂直方向の正方４点に分離することができる。
【００４２】
また、本実施の形態においては、複屈折素子４３が液晶ライトバルブ３９と投写レンズ４４との間に配置されている場合を例に挙げて説明したが、図６に示すように、複屈折素子４３を投写レンズ４４の出射側（投写レンズ４４とスクリーンとの間）に配置してもよい。複屈折素子４３を投写レンズ４４の出射側に配置すると、複屈折素子４３の中心部と周辺部での入射角が異なり、分離パターンがスクリーン中央部で正方分離、周辺部でやや菱形分離となるが、画素格子を目立ちにくくする効果はある。また、複屈折素子４３を投写レンズ４４の出射側に配置するようにすれば、複屈折素子４３の着脱が容易となるために、画角や投写画像の種類（動画、静止画）に応じて、複屈折素子４３を配置する又は配置しない、という切り替えの利便性が高くなる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、画素パターンの水平方向及び垂直方向の分離量がそれぞれ画素ピッチの５０％である場合を例に挙げて説明したが、透過型の液晶ライトバルブ３９を用いる場合の、画素パターンの水平方向及び垂直方向の分離量はそれぞれ画素ピッチの４０〜６０％であればよい。分離量が画素ピッチの４０％未満の場合には、画素格子を十分に目立ちにくくすることが困難となり、また、分離量が画素ピッチの６０％よりも大きくなると、解像力の低下が大きくなって、画像品位の低下を招いてしまう。
【００４４】
また、本実施の形態においては、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の材料として、比較的安価な水晶を用いた場合を例に挙げて説明したが、他の一軸性光学結晶、例えば、サファイアを用いてもよい。サファイアは放熱性に優れているため、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の材料としてサファイアを用いれば、これらを貼合する接着剤の熱的信頼性を向上させることもできる。また、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の材料としては、ＬｉＮｂＯ３　を用いてもよい。ＬｉＮｂＯ３　は水晶に比べて屈折率が高く、異常光線屈折率及び常光線屈折率はそれぞれ２．２０、２．２３である。このため、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の厚みを、水晶の場合に比べて１／６程度に薄くすることができ、液晶ライトバルブ３９と投写レンズ４４との間に複屈折素子４３を配置した場合に、投写レンズ４４のバックフォーカス位置の変化が小さくなる。従って、複屈折素子４３の有、無での投写レンズ４４のバックフォーカス位置調整が投写レンズ４４のフォーカス調整で対応できる。また、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２の厚みが薄いと、液晶ライトバルブ３９と投写レンズ４４との間の配置空間が非常に狭い場合であっても、液晶ライトバルブ３９と投写レンズ４４との間に複屈折素子４３を容易に配置することができる。また、第１〜第３の複屈折板４０、４１、４２は、光学結晶を用いたものに限定されるものではなく、例えば、液晶を用いたものであってもよい。
【００４５】
［第２の実施の形態］
上記第１の実施の形態においては、ライトバルブとして透過型の液晶ライトバルブを用いた場合を例に挙げて説明したが、ライトバルブとしては固定画素構造を有する反射型の液晶ライトバルブであってもよい。以下、反射型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置について、図７を参照しながら説明する。
【００４６】
図７に示すように、本実施の形態の投写型表示装置は、光源としての放電ランプ１００と、放電ランプ１００からの光を集光し、被照明領域に照明する照明光学手段１０７と、放電ランプ１００からの光が照明され、映像信号に応じた画像を形成する反射型の液晶ライトバルブ１０９と、液晶ライトバルブ１０９上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ１１０と、液晶ライトバルブ１０９と投写レンズ１１０との間に配置され、液晶ライトバルブ１０９からの光を空間的に分離する複屈折素子１１４とを備えている。ここで、反射型の液晶ライトバルブ１０９は、画素ごとに青、緑、赤のカラーフィルタを形成している。また、反射型の液晶ライトバルブ１０９は、アクティブマトリクス方式であって、液晶層と反射膜とを備えており、液晶層には４５度ツイストネマチック液晶が用いられている。反射型の液晶ライトバルブ１０９においては、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって液晶の複屈折が変化する。反射型の液晶ライトバルブ１０９に入射した光は、液晶を透過し、反射膜で反射され、再び液晶を透過する過程で、液晶の複屈折により偏光状態がＰ偏光からＳ偏光に変化した後、反射型の液晶ライトバルブ１０９から出射する。尚、図７中、１０１は放電ランプ１００から放射される光を集光し、略平行光に変換するための放物面鏡、１０６は液晶ライトバルブ１０９上に照明される光を投写レンズ１１０に集光するためのフィールドレンズ、１０８はその入射面に対してＰ偏光となる光を透過し、Ｓ偏光となる光を反射するワイヤーグレーティング偏光分離素子をそれぞれ示している。ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８は、ガラス基板上に、アルミニウムなどの金属を用いて、入射光の波長に対して十分小さい周期（１００〜１５０ｎｍ）の金属格子を形成したものであり、グレーティング周期方向と垂直に振動する電界成分の光を反射し、平行に振動する電界成分の光を透過する。ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８は、ブリュースター角を利用した薄膜の偏光分離プリズムよりも入射角に対する透過率、反射率の変化が小さく、高い効率で偏光分離を行うことができる。また、放電ランプ１００としては、例えば、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる。
【００４７】
照明光学手段１０７は、放電ランプ１００側からワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８側に向かって順に配置された、複数のレンズからなる第１のレンズアレイ板１０２と、同じく複数のレンズからなる第２のレンズアレイ板１０３と、コンデンサレンズ１０４と、反射ミラー１０５とにより構成されている。この照明光学手段１０７の構成は、上記第１の実施の形態における照明光学手段３６と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００４８】
複屈折素子１１４は、液晶ライトバルブ１０９側から投写レンズ１１０側に向かって順に配置された、液晶ライトバルブ１０９からの光が入射する第１の複屈折板１１１と、第１の複屈折板１１１からの光が入射する第２の複屈折板１１２と、第２の複屈折板１１２からの光が入射する第３の複屈折板１１３とにより構成されている。この複屈折素子１１４の構成は、上記第１の実施の形態における複屈折素子４３とほぼ同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００４９】
次に、上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、図７を参照しながら説明する。
【００５０】
放電ランプ１００から放射された光は、放物面鏡１０１によって集光され、略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、第１のレンズアレイ板１０２に入射する。第１のレンズアレイ板１０２に入射した光束は、多数の光束に分割されて、第２のレンズアレイ板１０３に収束する。第２のレンズアレイ板１０３の各レンズから出射した光は、コンデンサレンズ１０４を透過し、反射ミラー１０５で反射され、さらにフィールドレンズ１０６を透過する。フィールドレンズ１０６を透過した光は、ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８に入射し、ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８の入射面に対してＰ偏光となる光は透過し、Ｓ偏光となる光は反射されて、直交する２つの偏光に分離される。ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８を透過したＰ偏光は、反射型の液晶ライトバルブ１０９に入射する。反射型の液晶ライトバルブ１０９に入射した光は、液晶を透過し、反射膜で反射され、再び液晶を透過する過程で、液晶の複屈折により偏光状態がＰ偏光からＳ偏光に変化した後、反射型の液晶ライトバルブ１０９から出射する。反射型の液晶ライトバルブ１０９から出射したＳ偏光の光は、ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８で反射し、第１〜第３の複屈折板１１１、１１２、１１３からなる複屈折素子１１４に入射し、第１〜第３の複屈折板１１１、１１２、１１３の作用によって水平方向及び垂直方向の正方４点に分離された後、投写レンズ１１０によってスクリーン上に拡大投写される。一方、反射型の液晶ライトバルブ１０９によって偏光状態が変化されないＰ偏光の光は、ワイヤーグレーティング偏光分離素子１０８を透過した後、照明光学手段１０７側に戻る。このようにして、反射型の液晶ライトバルブ１０９で光の偏光状態の変化として形成される光学像がスクリーン上に拡大投写され、フルカラーの投写画像が形成される。
【００５１】
尚、反射型の液晶ライトバルブは、開口率が９０％程度と高く、非有効画素面積が小さい。このため、投写像の画素格子は、透過型の液晶ライトバルブを用いた場合よりも目立ちにくいが、画角によってはやや目立ってしまう。従って、反射型の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置においては、複屈折素子を配置することによって、より滑らかな高品位画像を得ることが可能となる。また、反射型の液晶ライトバルブは、透過型の液晶ライトバルブに比べて、小型化しても開口率が低下することはないので、画素数を増やすことが可能となる。また、反射型の液晶ライトバルブを用いる場合の、画素パターンの水平方向及び垂直方向の分離量はそれぞれ画素ピッチの１０〜３０％程度が適している。
【００５２】
また、固定画素構造を有するライトバルブとして、ミラー偏向型ライトバルブを用いた投写型表示装置においても、複屈折素子を備えることによって、より滑らかな高品位画像を得ることが可能となる。
【００５３】
［第３の実施の形態］
図８は本発明の第３の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図である。
【００５４】
図８に示すように、本実施の形態における投写型表示装置は、光源としての放電ランプ５０と、放電ランプ５０からの光を集光し、被照明領域に照明する照明光学手段５６と、放電ランプ５０からの光が照明され、映像信号に応じた画像を形成する青、緑、赤の三原色光にそれぞれ対応する３つの透過型の液晶ライトバルブ６８、６９、７０と、放電ランプ５０からの白色光を青、緑、赤の各色の光に分離し、当該青、緑、赤の各色の光を前記３つの液晶ライトバルブ６８、６９、７０にそれぞれ照明する色分離光学手段５９と、前記３つの液晶ライトバルブ６８、６９、７０からの青、緑、赤の各色の光を受け、当該青、緑、赤の各色の光を合成する色合成光学手段であるダイクロイックプリズム７３と、液晶ライトバルブ６８、６９、７０上の画像をスクリーン上に拡大投写する投写レンズ７８と、ダイクロイックプリズム７３と投写レンズ７８との間に配置され、液晶ライトバルブ６８、６９、７０からの光を空間的に分離する複屈折素子７７とを備えている。ここで、３つの透過型の液晶ライトバルブ６８、６９、７０は、固定画素構造を有している。また、これら３つの液晶ライトバルブ６８、６９、７０は、アクティブマトリックス方式であって、映像信号に応じた画素への印加電圧の制御によって入射する光の偏光状態を変化させる液晶と、その両側に透過軸が互いに直交するように配置された２枚の偏光フィルムとの組合せにより、光を変調して、それぞれ青、緑、赤の画像を形成する。尚、図８中、５１は放電ランプ３０から放射される光を集光し、略平行光に変換するための放物面鏡、６０、６１、６２は反射ミラー、６３、６４はリレーレンズ、６５、６６、６７はフィールドレンズをそれぞれ示している。また、放電ランプ５０としては、例えば、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられる。
【００５５】
照明光学手段５６は、放電ランプ５０側から色分離光学手段５９側に向かって順に配置された、複数のレンズからなる第１のレンズアレイ板５２と、同じく複数のレンズからなる第２のレンズアレイ板５３と、コンデンサレンズ５４と、反射ミラー５５とにより構成されている。この照明光学手段５６の構成は、上記第１の実施の形態における照明光学手段３６と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
色分離光学手段５９は、赤透過のダイクロイックミラー５７と緑反射のダイクロイックミラー５８とにより構成されている。
【００５７】
色合成光学手段であるダイクロイックプリズム７３は、赤反射のダイクロイックミラー７１と青反射のダイクロイックミラー７２とにより構成されている。
【００５８】
複屈折素子７７は、液晶ライトバルブ６８、６９、７０側から投写レンズ７８側に向かって順に配置された、液晶ライトバルブ６８、６９、７０からの光が入射する第１の複屈折板７４と、第１の複屈折板７４からの光が入射する第２の複屈折板７５と、第２の複屈折板７５からの光が入射する第３の複屈折板７６とにより構成されている。この複屈折素子７７の構成は、上記第１の実施の形態における複屈折素子４３と同じであるため、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
次に、上記した本実施の形態の投写型表示装置の動作について、図８を参照しながら説明する。
【００６０】
放電ランプ５０から放射された光は、放物面鏡５１によって集光され、略平行光に変換される。略平行光に変換された光は、第１のレンズアレイ板５２に入射する。第１のレンズアレイ板５２に入射した光束は、多数の光束に分割されて、第２のレンズアレイ板５３に収束する。第２のレンズアレイ板５３の各レンズから出射した光は、コンデンサレンズ５４を透過し、反射ミラー５５で反射された後、色分離光学手段５９に入射する。色分離光学手段５９に入射した光は、赤透過のダイクロイックミラー５７と緑反射のダイクロイックミラー５８とにより、青、緑、赤の各色の光に分離される。緑の光は、フィールドレンズ６５を透過した後、緑に対応する液晶ライトバルブ６８に入射する。赤の光は、反射ミラー６０で反射し、フィールドレンズ６６を透過した後、赤に対応する液晶ライトバルブ６９に入射する。青の光は、反射ミラー６１、６２で反射されながらリレーレンズ６３、６４、フィールドレンズ６７を透過した後、青に対応する液晶ライトバルブ７０に入射する。液晶ライトバルブ６８、６９、７０を透過した各色の光は、色合成光学手段であるダイクロイックプリズム７３に入射し、赤、青の各色の光がそれぞれ赤反射のダイクロイックミラー７１、青反射のダイクロイックミラー７２で反射して、緑の光と合成される。尚、図８中に、液晶ライトバルブ６８、６９、７０から出射した光の偏光の方向を示している。すなわち、緑の光については水平方向の偏光を用い、赤、青の各色の光については垂直方向の偏光を用いている。これは、ダイクロイックミラー７１、７２においては、緑の透過光についてはＰ偏光、赤、青の反射光についてはＳ偏光を用いた方が、高い反射率及び透過率となる分光特性が得られるからである。ダイクロイックプリズム７３から出射した光は、第１〜第３の複屈折板７４、７５、７６からなる複屈折素子７７に入射し、第１〜第３の複屈折板７４、７５、７６の作用によって画素ビッチの５０％で水平方向及び垂直方向の正方４点に分離された後、投写レンズ７８によってスクリーン上に拡大投写される。従って、本実施の形態の投写型表示装置を用いれば、液晶ライトバルブ６８、６９、７０上の各色の画像の合成画像を、画素格子の目立たない状態でスクリーン上に映し出すことが可能となる。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、青、緑、赤の各色の光に対応する３つの液晶ライトバルブと、光源からの光を効率良く、均一に各液晶ライトバルブに照明する照明光学手段を用いているため、明るく、解像度の高い投写画像を得ることができる。
【００６２】
尚、上記各実施の形態においては、光源からの光をライトバルブに均一に照明する照明光学手段を、２枚のレンズアレイ板を用いて構成しているが、ロッドレンズとコンデンサレンズを用いて照明光学手段を構成してもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、３枚の複屈折板を用いて構成した複屈折素子を備えることにより、投写像の画素格子を目立たなくして、滑らかな高品位画像を得ることのできる投写型表示装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における複屈折素子の構成とその動作を示す分解斜視図
【図３】本発明の実施の形態における画素パターンの正方４点分離の動作を示す概念図
【図４】本発明の実施の形態における正方４点の分離パターンを得るための、第１〜第３の複屈折板の入射面に射影した光学軸の組合せを示す図
【図５】本発明の効果を示す投写像の画素格子の様相を示す図（図５Ａは複屈折素子を配置しない場合、図５Ｂは複屈折素子を配置した場合）
【図６】本発明の第１の実施の形態における他の投写型表示装置を示す概略構成図
【図７】本発明の第２の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図
【図８】本発明の第３の実施の形態における投写型表示装置を示す概略構成図
【図９】従来の投写型表示装置を示す概略構成図
【符号の説明】
３０、５０、１００　放電ランプ
３１、５１、１０１　放物面鏡
３２、５２、１０２　第１のレンズアレイ板
３３、５３、１０３　第２のレンズアレイ板
３４、５４、１０４　コンデンサレンズ
３６、５６、１０７　照明光学手段
３５、３７、５５、６０、６１、６２、１０５　反射ミラー
３８、６５、６６、６７、１０６　フィールドレンズ
３９、６８、６９、７０、１０９　液晶ライトバルブ
４０、７４、１１１　第１の複屈折板
４１、７５、１１２　第２の複屈折板
４２、７６、１１３　第３の複屈折板
４３、７７、１１４　複屈折素子
４４、７８、１１０　投写レンズ
５７、５８、７１、７２　ダイクロイックミラー
５９　色分離光学手段
６４　リレーレンズ
７３　ダイクロイックプリズム
１０８　ワイヤーグレーティング偏光分離素子
【図１】
2004094192.tif 000003
【図２】
2004094192.tif 000004
【図３】
2004094192.tif 000005
【図４】
2004094192.tif 000006
【図５】
2004094192.tif 000007
【図６】
2004094192.tif 000008
【図７】
2004094192.tif 000009
【図８】
2004094192.tif 000010
【図９】
2004094192.tif 000011