(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を画像信号に基づき変調して射出する複数の反射型ライトバルブと、
前記複数の反射型ライトバルブに対応する偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の反射型ライトバルブからの射出光を色合成及び検光する色合成検光光学系と、
前記各反射型ライトバルブの射出面から前記偏光ビームスプリッタの入射面までの光路中に前記複数の反射型ライトバルブに対応して配置されている１／４波長位相板とを有し、
前記反射型ライトバルブを射出してから前記色合成検光光学系を射出するまでの光路中においてゼロ回又は偶数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブを第１ライトバルブ群とし、
前記反射型ライトバルブを射出してから前記色合成検光光学系を射出するまでの光路中において奇数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブを第２ライトバルブ群とそれぞれしたとき、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とが画像表示している状態で、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とのいずれか一方のライトバルブ群では、前記１／４波長位相板の中央部の進相軸は、投射画面平面内の所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の所定軸に対して略平行に配置され、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群との他方のライトバルブ群では、前記１／４波長位相板の中央部の進相軸は、前記投射画面平面内の前記所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の前記所定軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする色合成光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の色合成光学装置において、
前記複数の反射型ライトバルブには、偏光分離色分解光学系により偏光分離及び色分解された光が入射することを特徴とする色合成光学装置。
【請求項３】
光を供給する光源と、
前記光源からの光を偏光分離及び色分解する偏光分離色分解光学系と、
入射光を画像信号に基づき変調して射出する複数の反射型ライトバルブと、
前記複数の反射型ライトバルブに対応する偏光ビームスプリッタを含み、前記複数の反射型ライトバルブからの射出光を色合成及び検光する色合成検光光学系と、
前記各反射型ライトバルブの射出面から前記偏光ビームスプリッタの入射面までの光路中に前記複数の反射型ライトバルブに対応して配置されている１／４波長位相板と、
前記複数の反射型ライトバルブに生成され、前記色合成光光学系で色合成された像光を投影する投射光学系とを有し、
前記反射型ライトバルブを射出してから前記色合成検光光学系を射出するまでの光路中においてゼロ回又は偶数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブを第１ライトバルブ群とし、
前記反射型ライトバルブを射出してから前記色合成検光光学系を射出するまでの光路中において奇数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブを第２ライトバルブ群とそれぞれしたとき、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とが画像表示している状態において、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とのいずれか一方のライトバルブ群では、前記１／４波長位相板の中央部の進相軸は、投射画面平面内の所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の所定軸に対して略平行に配置され、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群との他方のライトバルブ群では、前記１／４波長位相板の中央部の進相軸は、前記投射画面平面内の前記所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の前記所定軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色合成光学装置及び投射型表示装置、詳細には複数の色を色合成し、投射レンズにてスクリ−ンにフルカラー像を投射する構成の投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の色を色合成し、投射レンズにてスクリ−ンにフルカラー像を投射する構成の投射型表示装置として、例えば登録特許２５９９３０９号公報に提案された装置が知られている。本装置では、光源から射出された光源光は、色分解光学系によって青（Ｂ）光、緑（Ｇ）光、赤（Ｒ）光の三原色に色分解される。色分解された光は、各色ごとに配置されている偏光ビームスプリッタに入射する。そして、偏光ビームスプリッタの偏光分離部は、入射光した光のうちＳ偏光を各色光毎に配置された反射型ライトバルブへ射出する。反射型ライトバルブは、入射光を画像信号に応じて変調して射出する。反射型ライトバルブを射出した光は、再度偏光ビームスプリッタに入射する。偏光ビームスプリッタの偏光分離部は、変調光のみを透過することで検光する。検光された各色光は、クロスダイクロイックプリズムからなる色合成光学系に各色毎にそれぞれ異なる面から入射する。そして、色合成光学系は、各色の検光光を色合成して投射レンズ側へ射出する。投射レンズは、反射型ライトバルブに生成された画像のフルカラー像をスクリーンに投射する。
【０００３】
また、特公平７−３８０５０号公報には、上記構成の投射型表示装置による投射像のコントラストを向上するための構成が開示されている。この構成では、偏光子の機能と検光子の機能とを兼用する偏光ビームスプリッタと、反射型ライトバルブとの間の光路中に１／４波長位相板を配置している。そして、１／４波長位相板の進相軸又は遅相軸が、偏光ビームスプリッタの入射光軸と反射光軸とを含む平面に対して直交するように１／４波長位相板を配置する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の投射型表示装置は、スクリーンに投射された投射像の四隅において色むらが発生するという問題を有している。特に、投射像の中間調において顕著に色むらが発生する。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みて成されたものであり、投射像の色むらを低減した色合成光学装置及び投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段を、実施の形態を示す添付図面に対応づけて説明すると、請求項１に記載の発明は、
入射光を画像信号に基づき変調して射出する複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒと、
前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒに対応する偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ,１０４Ｇ，１０４Ｒを含み、前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒからの射出光を色合成及び検光する色合成検光光学系１０４Ｂ,１０４Ｇ，１０４Ｒ,１０９と、
前記各反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒの射出面から前記偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ,１０４Ｇ，１０４Ｒの入射面までの光路中に前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒに対応して配置されている１／４波長位相板１０５Ｂ,１０５Ｇ，１０５Ｒとを有し、
前記反射型ライトバルブ１０６Ｇを射出してから前記色合成検光光学系１０４Ｇ,１０９を射出するまでの光路中においてゼロ回又は偶数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブ１０６Ｇを第１ライトバルブ群とし、
前記反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｒを射出してから前記色合成検光光学系１０４Ｂ,１０４Ｒ，１０９を射出するまでの光路中において奇数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｒを第２ライトバルブ群とそれぞれしたとき、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とが画像表示している状態において、
前記第１ライトバルブ群１０６Ｇと前記第２ライトバルブ群１０６Ｂ,１０６Ｒとのいずれか一方のライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｒ群では、前記１／４波長位相板１０５Ｂ,１０５Ｒの進相軸は、投射画面平面内の所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の所定軸に対して略平行に配置され、
前記第１ライトバルブ群１０６Ｇと前記第２ライトバルブ群１０６Ｂ,１０６Ｒとの他方のライトバルブ群１０６Ｇでは、前記１／４波長位相板１０５Ｇの進相軸は、前記投射画面平面内の前記所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の前記所定軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする色合成光学装置を提供する。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の色合成光学装置において、
前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒには、偏光分離色分解光学系１０２,１０８,１０４Ｂ,１０４Ｇ，１０４Ｒにより偏光分離及び色分解された光が入射することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、
光を供給する光源１００と、
前記光源１００からの光を偏光分離及び色分解する偏光分離色分解光学系１０２,１０８,１０４Ｂ,１０４Ｇ，１０４Ｒと、
入射光を画像信号に基づき変調して射出する複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒと、
前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒに対応する偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ,１０４Ｇ,１０４Ｒを含み、前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒからの射出光を色合成及び検光する色合成検光光学系１０４Ｂ,１０４Ｇ,１０４Ｒ,１０９と、
前記各反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒの射出面から前記偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ,１０４Ｇ,１０４Ｒの入射面までの光路中に前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒに対応して配置されている１／４波長位相板１０５Ｂ,１０５Ｇ,１０５Ｒと、
前記複数の反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ,１０６Ｒに生成され、前記色合成光光学系１０９で色合成された像光を投影する投射光学系１１０とを有し、
前記反射型ライトバルブ１０６Ｇを射出してから前記色合成検光光学系１０４Ｇ,１０９を射出するまでの光路中においてゼロ回又は偶数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブ１０６Ｇを第１ライトバルブ群とし、
前記反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｒを射出してから前記色合成検光光学系１０４Ｂ,１０４Ｒ,１０９を射出するまでの光路中において奇数回反射する光を射出する前記反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｒを第２ライトバルブ群とそれぞれしたとき、
前記第１ライトバルブ群と前記第２ライトバルブ群とが画像表示している状態において、
前記第１ライトバルブ群１０６Ｇと前記第２ライトバルブ群１０６Ｂ,１０６Ｒとのいずれか一方のライトバルブ群１０６Ｂ,１０６Ｒでは、前記１／４波長位相板１０５Ｂ,１０５Ｒの進相軸は、投射画面平面内の所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の所定軸に対して略平行に配置され、
前記第１ライトバルブ群１０６Ｇと前記第２ライトバルブ群１０６Ｂ,１０６Ｒとの他方のライトバルブ群１０６Ｇでは、前記１／４波長位相板１０５Ｇの進相軸は、前記投射画面平面内の前記所定軸に相互に対応する前記反射型ライトバルブ面内の前記所定軸に対して略垂直に配置されていることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【０００９】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかる投射型表示装置の概略構成を示す図である。
【００１１】
ランプＬと放物面形状の凹面鏡ＰＭとから構成される光源１００は、略平行光束の光源光を光軸ＡＸに沿って射出する。本実施形態では、光源１００の凹面鏡ＰＭは放物面鏡を使用しているが、他の凹面鏡、例えば楕円鏡や球面鏡を使用しても良いことはいうまでもない。なお、楕円鏡や球面鏡を用いる場合は、射出光を略平行光束に変換する整形光学系を用いることが望ましい。
【００１２】
光源１００からの光源光は、その偏光状態を単一な直線偏光に変換する偏光変換装置１０１に入射する。偏光変換装置１０１は、入射光をＳ偏光光に変換する。
【００１３】
偏光変換装置１０１の概略構成を簡単に説明する。偏光変換装置１０１は、第１レンズ板１００１と第２レンズ板１００２と偏光ビームスプリッタアレイ１００３と１／２波長位相板１００４とから構成される。
【００１４】
第１レンズ板１００１は、その外形形状が後述する反射型ライトバルブの被照明領域の比例縮小形状を有するレンズ素子１００１ａを平面的に配置して構成される。また、各レンズ素子１００１ａの焦点位置には対応する第２レンズ板１００２を構成するレンズ素子１００２ａが配置されている。これにより、第２レンズ板１００２のレンズ素子１００２ａ上には輝点が形成される。
【００１５】
第２レンズ板１００２上の輝点から射出された光は、第２レンズ板１００２の射出面近傍に配置された偏光ビームスプリッタアレイ１００３に入射する。偏光ビームスプリッタアレイ１００３は、偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐをアレイ形状に配置して構成される。偏光ビームスプリッタアレイ１００３を構成する偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐの断面の一辺の長さは、第２レンズ素子１００２ａの長さの半分である。また、偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐの中心位置と、第２レンズ素子１００２ａどうしが隣接する境界位置とが略一致するように構成されている。
【００１６】
第２レンズ素子１００２ａの輝点から射出された光は、第２レンズ素子１００２ａの中心位置に配置されている偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐに入射する。偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐの偏光分離部は、入射した光のうちＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。透過したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐを射出する。Ｐ偏光の射出面には１／２波長位相板１００４が配置されている。１／２波長位相板１００４は、Ｐ偏光をＳ偏光に変換して射出する。
【００１７】
また、偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐの偏光分離部で反射されたＳ偏光は、隣接する偏光ビームスプリッタ素子１００３ｐに入射する。当該隣接する偏光ビームスプリッタ１００３ｐの偏光分離部は、Ｓ偏光を反射して射出する。これにより、光源１００からの光は略単一偏光であるＳ偏光に変換される。
【００１８】
偏光変換装置１０１から射出された光源光は、クロスダイクロイックミラー１０２に入射する。該クロスダイクロイックミラー１０２は、Ｒ光及びＧ光反射ダイクロイックミラー１０２ＲＧとＢ光反射ダイクロイックミラー１０２Ｂとをそれぞれ入射光軸ＡＸに対して４５度の角度を有し、かつ互いに直交するようにＸ型に配置したものである。
【００１９】
クロスダイクロイックミラー１０２に入射した光源光は、互いに入射光軸に垂直であり、反対方向に進行するＲ，Ｇ光と、Ｂ光とに色分解される。Ｂ光は折り曲げミラー１０３により反射され、進行方向を変えて偏光ビームスプリッタ１０４Ｂに入射される。
【００２０】
また、Ｒ光，Ｇ光は折り曲げミラー１０７により進行方向を変えて進行し、光軸ＡＸに対して４５度の角度を有するように配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー１０８に入射する。このＧ光,Ｒ光は、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０８を透過するＲ光と、反射されて直角に進行方向を変えて進行するＧ光とに色分解される。
【００２１】
色分解されたＢ光，Ｇ光，Ｒ光はそれぞれの色光毎に配置された偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｒに入射して偏光分離作用を受ける。各偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｒによって反射されたＳ偏光成分は各偏光ビームスプリッタの射出面近傍に配置された１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒ，１０５Ｇを経由して各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒにそれぞれ入射する。１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒ，１０５Ｇに関しては、後で詳述する。なお、各偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｒによって透過されたＰ偏光は廃棄される。
【００２２】
ここで各色用反射型ライトバルブについて説明する。本実施形態にて使用する反射型ライトバルブは電気書き込み式反射型ライトバルブである。電気書き込み式反射型ライトバルブは、液晶層からなる変調層を有し、当該変調層の下部には、各画素を定義する電極を兼用する反射ミラー層と当該ミラー層の下部に配置されるスイッチング用のＴＦＴ等の非線形素子とから構成される。そして、各色の色信号によって選択された画素には前記非線形素子によって電圧が印加されて液晶層中の液晶分子が配列し、当該液晶が１／４波長位相板として機能する。そして、当該箇所に上部から入射する単一偏光（本実施形態ではＳ偏光）は液晶層によって円偏光に変換される。そして、反射ミラーによって反射され、再度液晶層を通過することにより入射偏光と振動方向の異なる単一偏光（本実施形態ではＰ偏光）に変換される。選択されない箇所の液晶層の液晶分子は電圧が印加されないので、初期配列状態を維持している。このため、当該箇所に入射した偏光は、そのまま液晶分子の捻れに従って進行し、反射ミラーにて反射される。そして、さらに前記捻れ構造に従って進行し、入射偏光と同じ偏光（本実施形態ではＳ偏光）にて射出される。
【００２３】
各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒに入射した光は、各色の画像信号に応じて変調される。この変調光を含む反射射出光は、色光毎に配置された１／４波長位相板１０５Ｂ,１０５Ｒ，１０５Ｇを経由して偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｒ，１０４Ｇに再度入射する。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｒ，１０４Ｇの偏光分離部は、変調光のみを透過することで検光する。また、当該偏光分離部を反射された光（非変調光）は光源側へ廃棄される。次に、検光された各色光は色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０９に入射する。
【００２５】
クロスダイクロイックプリズム１０９は、Ｂ光反射ダイクロイック膜１０９ＢとＲ光反射ダイクロイック膜１０９Ｒとをそれぞれ入射光軸に対して４５度の角度を有し、かつ互いに直交するようにＸ型に配置したものである。Ｂ光反射ダイクロイック膜１０９Ｂは、Ｂ光を反射し、Ｇ光とＲ光を透過する。Ｒ光反射ダイクロイック膜１０９Ｒは、Ｒ光を反射し、Ｇ光とＢ光を透過する。これにより、クロスダイクロイックプリズム１０９は、各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒからの光を色合成して投射レンズ１１０側へ射出する。投射レンズ１１０は、各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒに生成された画像のフルカラー像をスクリーン１１１上に投射する。
【００２６】
次に、１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒ，１０５Ｇの詳細について説明する。まず、本願発明を説明するうえで、投射像の四隅に発生する色むらの原因を解析することは非常に重要である。このため、本実施形態における１／４波長位相板の説明をする前に色むらの発生について詳細に説明する。
【００２７】
「発明が解決しようとする課題」欄で述べた色むらが発生する従来技術の投射型表示装置を考える。色むらは、上述の本実施形態にかかる投射型表示装置において、１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｇ，１０５Ｒを従来技術の投射型表示装置の場合と同様に配置すること、及び各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒの代わりに、ガラス基板にアルミニウムを蒸着して形成された反射ミラーを配置することで発生する。アルミニウムを蒸着して形成された反射ミラーは、理想的な反射ミラーとして扱うことが出来る。
【００２８】
色むらが発生する場合の１／４波長位相板の進相軸（又は遅相軸）の配置について説明する。１／４波長位相板は、理想的な反射ミラーと偏光ビームスプリッタとの間の光路中に配置される。そして、１／４波長位相板は、光の入射面と射出面とを光軸に対して垂直に配置し、かつ１／４波長位相板と光軸とが交わる部分近傍（１／４波長位相板の略中央付近）の進相軸を紙面に対して平行、すなわち遅相軸が紙面に垂直となるように配置する。この１／４波長位相板は、その外形による進相軸の指示方向と実際の結晶軸方向とが一致していない。従って、進相軸の方向を機械的に決定することは困難である。このため、以下の手順により１／４波長位相板の配置を調整する。
【００２９】
まず、１／４波長位相板の外形指示の進相軸を紙面に略平行に配置する。次に、各色毎に１／４波長位相板を光軸の回りに回転させる。そして、図３に示すようなスクリーン１１１の中央部５の領域を観測しながら、この領域の黒状態が最も黒くなるときに１／４波長位相板を停止する。最後に、当該位置を進相軸が紙面に平行な位置として１／４波長位相板を固定する。
【００３０】
ここで、スクリーン１１１上の投射像の状態を説明するために、図３に示すように左上隅部１と右上隅部２と左下隅部３と右下隅部４と中央部５との５つの領域を考える。上述の手順で１／４波長位相板の位置を調整した場合に、中央部５は黒状態となる。これに対して、左上隅部１と右上隅部２と左下隅部３と右下隅部４とは、中央部５の理想的な黒状態に比較して明るい状態（いわゆる「浮いている状態」）が観測される。このように、スクリーン１１１全体を均一な黒の状態にすることはできない。これは、１／４波長位相板の中央部５おける進相軸と、４つの隅部１，２，３，４における進相軸とが平行になっていないことを意味する。
【００３１】
この状態で、特定の一色光のみを理想的な反射ミラーに入射させる。同時に、他色光は理想的な反射ミラーへの入射をカットする。そして、スクリーン１１１に特定の一色光による像を投射する。次に、この特定の一色光に対応する反射型ライトバルブと偏光ビームスプリッタとの間に光路中に配置している１／４波長位相板を光軸の周りに回転する（これは、中央部５の領域では中間調の投射に相当する）。まず、１／４波長位相板を第１方向へ回転させながら投射像を観測する。これは、１／４波長位相板の中央部５の進相軸の方向を紙面に対して傾けることを意味する。
【００３２】
まず、Ｂ光を単独で投射して上記の手順で調整する。このとき、中央部５の領域は黒状態が明るく（浮いてくる）なる。これに対し、左上隅部１と右下隅部４の領域では、黒状態が暗くなる。さらに、右上隅部２と左下隅部３の領域では、中央部５と比較してさらに黒状態が明るく（浮く）なる。
【００３３】
次に、１／４波長位相板を第１方向とは反対の第２方向に回転する。この場合、左上隅部１と右下隅部４の領域では黒状態が明るく（浮いてくる）なる。また、右上隅部２と左下隅部３の領域が黒状態が暗くなる。
【００３４】
これら１／４波長位相板の回転方向と色の明暗が変化する様子、領域との関係は、Ｒ光を単独で投射した場合も、Ｂ光を単独で投射した場合と同様である。
【００３５】
次に、Ｇ光を単独で投射して上記の手順で調整する。Ｇ光を単独で投射した場合の１／４波長位相板の回転方向と色の明暗が変化する様子、領域との関係は、上述のＢ光又はＲ光を単独で投射した場合と異なる。まず、１／４波長位相板を第１方向へ回転する。このとき、左上隅部１と右下隅部４との領域では黒状態が明るく（浮いてくる）なる。これに対して、右上隅部２と左下隅部３との領域では黒状態がさらに暗くなる。
【００３６】
また、１／４波長位相板を第１方向とは反対側の第２方向へ回転すると、右上隅部２と左下隅部３の領域では黒状態がが明るく（浮いてくる）なる。これに対して、左上隅部１と右下隅部４との領域では黒状態がさらに暗くなる。
【００３７】
以上のことより、中間調の明るさに関しては、左上隅部１と右下隅部４との領域と、右上隅部２と左下隅部３との領域との明暗の差は黒状態よりも一層大きくなる。このため、むらが目立つようになる。また、中間調の色合いに関しては、Ｒ光及びＢ光の明るくなる部分又は暗くなる部分と、Ｇ光の明るくなる部分又は暗くなる部分とが反対方向になる。このため、左上隅部１と右下隅部４との領域では緑光の色合いが強くなる。また、右上隅部２と左下隅部３との領域では、マゼンダ色の色合いが強くなる。このように、長方形のスクリーン１１１において対角的な位置に色むらが発生する。
【００３８】
これらの事実から、本願発明者は以下の結論（１）及び（２）を得ている。
【００３９】
（１）各色光用に配置された１／４波長位相板は、図４に示すように中心領域における進相軸ｅの方向と四隅の領域における進相軸ａ,ｂ,ｃ,ｄの方向とが平行ではなく、相互に傾いている。そして、その傾き方向は対角の２隅（例えば左上隅部１と右下隅部４との領域）の進相軸ａ,ｄはそれぞれ同じ傾き方向である。これに対して、他方の対角の２隅（例えば右上隅部２と左下隅部３との領域）の進相軸ｂ,ｃは同じ傾き方向であるが、傾き角度が進相軸ａ,ｄを進相軸ｅに関して線対称としたような角度である。
【００４０】
このように、１／４波長位相板の配置を調整する際に、進相軸（又は遅相軸）が樽型に傾いていること（図２（Ａ）の点線）、又は糸巻き型に傾いていること（図２（Ｂ）の点線）が経験的に判明している。この１／４波長位相板の外形は長方形形状である。このため、１／４波長位相板を製造する際に、大きな位相板を長方形状に裁断する際に、上述の進相軸の傾きが生ずることが推測される。
【００４１】
（２）また、色むらの発生には２つの理由がある。第１の理由は、上述したようなスクリーン上での対角的な色むらの発生は、１／４波長位相板の４隅における進相軸の傾き方向が異なることに起因する。また、第２の理由は、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムと各色用反射型ライトバルブとの位置関係に起因する。
【００４２】
この第２の理由について図１に戻ってさらに説明する。Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６ＢとＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒとから射出した光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ１０５Ｂ,１０５Ｒを透過してクロスダイクロイックプリズム１０９に入射する。そして、Ｂ光は、ダイクロイック膜１０９Ｂにて１回反射作用を受けてダイクロイックプリズム１０９を投射レンズ１１０側に射出する。Ｒ光は、ダイクロイック膜１０９Ｒにて１回反射作用を受けてダイクロイックプリズム１０９を投射レンズ１１０側に射出する。これに対し、Ｇ光は、偏光ビームスプリッタ１０４Ｇを透過して、クロスダイクロイックプリズム１０９に入射する。そして、Ｇ光は、２枚のダイクロイック膜１０９Ｂ，１０９Ｒを透過して投射レンズ１１０側に射出する。
【００４３】
従って、投射像の特定位置のＢ光用及びＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｒ上における共役点の位置と、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇ上の共役点の位置とは左右の位置が逆になる。このため、各色において使用する１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒ，１０５Ｇの進相軸と遅相軸との乱れの状態が同じ程度（同じ傾向）である場合は、Ｒ光及びＢ光と、Ｇ光とにおける共役点の位置の相違が、スクリーン１１１上の色むらの反転の原因となる。
【００４４】
以上の検討結果を鑑みて、本願発明者は、図１に示すような投射型表示装置において、Ｂ光用とＲ光用とに配置する１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒと、Ｇ光用に配置する１／４波長位相板１０５Ｇとの中央部における進相軸の方向を９０度傾けることによって、１／４波長位相板の４隅に存在する進相軸の傾きに起因する中間調における色むらの発生を押さえることができると考えたのである。
【００４５】
具体的には、図４に示すような進相軸を有する１／４波長位相板１０５Ｇを、中央部５の進相軸ｅの方向を中心軸ＡＸの周りに９０度回転する。この結果、４隅方向に発生する進相軸ａ,ｂ,ｃ,ｄの方向の傾きが、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂと,Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｒとに対して逆方向になる。
【００４６】
このことは、図１に示したような構成の投射型表示装置における、Ｂ光用及びＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６ＲとＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇとの投射像の共役関係では、スクリーン１１１上の同じ隅位置に対して共役な各色用反射型ライトバルブの隅位置において、１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｇ，１０５Ｒの４隅の進行軸ａ,ｂ,ｃ,ｄの傾きはすべて同じ方向を向いていることになる。これにより、スクリーン１１１上の投射像において、色むらの発生を低減することができる。ただし、中央部５のコントラストと比較すると４隅部１，２，３，４のコントラストが低減する場合もある。
【００４７】
次に、図２（Ａ）,（Ｂ）に基づいて、本実施形態における１／４波長位相板の配置について詳細に説明する。
【００４８】
図２（Ａ）,（Ｂ）は、光源１００を背にして、各色用１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｇ，１０５Ｒと各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒとを見た図である。図２（Ａ）は、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂを光源１００を背にしてＢ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂ側へ向かって見た図である。Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｒも図２（Ａ）に示すＢ光用の１／４波長位相板１０５Ｂと同様の配置である。また、図２（Ｂ）は、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇを光源１００を背にしてＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇ側へ向かって見た図である。
【００４９】
図２（Ａ）に示すように、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５ＢとＲ光用の１／４波長位相板１０５Ｒは、矩形の位相板の長手Ｌ１の方向と、中央部の進相軸ｅ１の方向とが略平行である。また、図２（Ｂ）に示すように、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇは、矩形の位相板の長手Ｌ２の方向と、中央部の進相軸ｅ２の方向とが略垂直である。
【００５０】
図１に示すような本実施形態にかかる投射型表示装置において、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂは、中央部の進相軸ｅ１の方向が図１の紙面に対して略垂直（即ち、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂの長手方向に略平行な方向）となるように配置されている。Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｒも、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂと同様に配置されている。また、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇは、中央部の進相軸ｅ２の方向が図１の紙面に対して略平行（即ち、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂの長手方向に略垂直な方向）となるように配置されている。
【００５１】
次に、１／４波長位相板の配置を調整する手順について説明する。まず、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂの配置の調整について説明する。色分解されたＢ光,Ｇ光,Ｒ光のうち、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６ＧとＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒとへ入射する光路内へ遮光部材を挿入する。これにより、Ｂ光のみがＢ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂへ至るようにする。次に、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６ＢをＯＦＦ状態（即ち、ミラー状態）とする。そして、Ｂ光をＢ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂへ入射、反射させてスクリーン１１１を観測する。
【００５２】
Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂは、矩形である位相板の外形の長手方向と中央部の進相軸ｅ１の方向とが略平行となっている。そして、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂの長手方向と、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂの長辺の方向とを略平行（即ち、Ｂ光用の１／４波長位相板１０５Ｂの長手方向が紙面に略垂直）となるように配置する。この状態から光軸を中心としてＢ光用の１／４波長位相板１０５Ｂを回転させる。そして、スクリーン１１１の中央部５の黒状態が最も暗くなる位置でＢ光用の１／４波長位相板１０５Ｂを固定する。
【００５３】
次に、Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｒの配置を調整する。色分解されたＢ光,Ｇ光,Ｒ光のうち、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６ＢとＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇとへ入射する光路内へ遮光部材を挿入する。これにより、Ｒ光のみがＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒへ至るようにする。後の調整手順は上述のＢ光用の１／４波長位相板１０５Ｂの調整手順と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００５４】
次に、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇの配置の調整について説明する。色分解されたＢ光,Ｇ光,Ｒ光のうち、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６ＢとＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒとへ入射する光路内へ遮光部材を挿入する。これにより、Ｇ光のみがＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇへ至るようにする。Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇは、矩形である位相板の外形の長手方向と中央部の進相軸ｅ２の方向とが略垂直となっている。そして、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇの長手方向と、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇの長辺の方向とを略平行（即ち、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇの長手方向が紙面に略垂直）となるように配置する。
【００５５】
次に、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６ＧをＯＦＦ状態（即ち、ミラー状態）とする。そして、Ｇ光をＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇへ入射、反射させてスクリーン１１１を観測する。ここで、光軸を中心としてＧ光用の１／４波長位相板１０５Ｇを回転させる。スクリーン１１１の中央部５の黒状態が最も暗くなる位置でＧ光用の１／４波長位相板１０５Ｇを固定する。
【００５６】
上述の手順を経てＢ光用の１／４波長位相板１０５Ｂ、Ｇ光用の１／４波長位相板１０５Ｇ、Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｒの配置の調整が完了する。
【００５７】
各色用１／４波長位相板の調整が終わった状態において、１／４波長位相板の中央部の進相軸ｅ１,ｅ２の方向と、各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ,１０６Ｇ，１０６Ｒの長辺の方向とが、平行又は垂直とならない場合がある。この理由を説明する。各色用反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒの変調層で使用する液晶層中の液晶分子は、ＯＦＦ状態（ミラー状態）において、通常いわゆるプレチルトを有している。プレチルトの大きさは、使用する液晶によって異なる。このため、中央部において最も黒の状態となるように調整された後の中央部の進相軸ｅ１,ｅ２の方向と、各色用反射型ライトバルブの長辺の方向とには差が生ずる。通常この角度の差は略３度である。
【００５８】
ここで、各色用反射型ライトバルブの変調層を構成する液晶層の液晶分子が、初期状態（ＯＦＦ時）で大きいプレチルトを有している場合がある。この場合は、１／４波長位相板を配置して、黒状態を形成するために当該１／４波長位相板を光軸の周りに回転させても、スクリーン１１１の中央部５の明るさ（浮き）が大きくなり黒状態が達成できない。この場合には、プレチルト分を考慮して、１／４波長位相板以外の波長板を配置する。これにより、プレチルト分と波長板とを合わせて、１／４波長位相板の機能を果たすようにすることが好ましい。この場合にも、Ｂ光用１／４波長位相板及びＲ光用１／４波長位相板と、Ｇ光用１／４波長位相板とでは、その中央部の進相軸の方向を上述のように相互に略９０°にする必要がある。
【００５９】
本実施形態では、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇは、Ｇ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇを射出してから色合成検光光学系である偏光ビームスプリッタ１０４Ｇとクロスダイクロイックプリズム１０９とを射出するまでの光路中において０回反射する光を射出する第１ライトバルブ群を構成する。ここで、第１ライトバルブ群は０回反射に限られず、偶数回の反射でも同様である。
【００６０】
Ｂ光用反射型ライトバルブ１０６ＢとＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒとは、当該反射型ライトバルブを射出してから色合成検光光学系である偏光ビームスプリッタ１０４Ｂ，１０４Ｒ及びクロスダイクロイックプリズム１０９を射出するまでの光路中において１回反射する光を射出する第２ライトバルブ群を構成する。ここで、第２ライトバルブ群は、１回反射に限られず、奇数回の反射でも同様である。
【００６１】
そして、上述のように、画面表示している第１ライトバルブ群１０６Ｇと画面表示している前記第２ライトバルブ群１０６Ｂ，１０６Ｒとの一方のライトバルブ群１０６Ｂ，１０６Ｒで投射画面平面内の所定軸に相互に対応する反射型ライトバルブ１０６Ｂ，１０６Ｒ面内の所定軸に対して、Ｂ光用,Ｒ光用の１／４波長位相板１０５Ｂ，１０５Ｒの進相軸ｅ１が略平行に配置されている。
【００６２】
また、画面表示している第１ライトバルブ群１０６Ｇと画面表示している第２ライトバルブ群１０６Ｂ，１０６Ｒとの残りのライトバルブ群１０６Ｇでは、投射画面平面内の所定軸に相互に対応する反射型ライトバルブ１０６Ｇ面内の所定軸に対して、１／４波長位相板１０５Ｇの進相軸ｅ２が略垂直に配置されている。
【００６３】
これにより、図２（Ａ）に示すようなＢ光用反射型ライトバルブ１０６Ｂ及びＲ光用反射型ライトバルブ１０６Ｒの４隅に該当する部分の進相軸の傾き（例えば進相軸ａ１）と、図２（Ｂ）に示すようなＧ光用反射型ライトバルブ１０６Ｇの４隅に該当する部分の進相軸の傾き（例えば進相軸ａ１の位置に共役な位置の進相軸ｂ２）とでは互いに直交している。この結果、中央部５の黒状態が中間調を示した場合に、スクリーン１１１の４隅の共役位置において、同じ程度に明るく（又は暗く）なる。つまり、４隅部１，２，３，４においてコントラストは若干低下するものの、色むらの発生を低減できる。
【００６４】
以上説明した実施形態においては、１／４波長位相板の進相軸の方向を図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示したように配置している。しかし、これに限られず、Ｇ光用１／４波長位相板１０６Ｇを図２（Ａ）に示すような配置とし、Ｂ光用１／４波長位相板１０６ＢとＲ光用１／４波長位相板１０６Ｒとを図２（Ｂ）に示すような配置にしても、上記実施形態と同様な効果を奏する。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば投射像の色むらを低減した色合成光学装置及び投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる投射型表示装置の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）,（Ｂ）は、本発明の実施形態における１／４波長位相板の進相軸の方向を示す図である。
【図３】スクリーンの領域を示す図である。
【図４】１／４波長位相板の進相軸の方向を示す図である。
【符号の説明】
１００    光源
１０１    偏光変換装置
１０２    クロスダイクロイックミラー
１０３，１０７  折り曲げミラー
１００１  第１レンズ板
１００２  第２レンズ板
１００３  偏光ビームスプリッタアレイ
１００４  １／２波長位相板
１０２ＲＧ  Ｒ光、Ｇ光反射ダイクロイックミラー
１０２Ｂ    Ｂ光反射ダイクロイックミラー
１０８  Ｇ光反射ダイクロイックミラー
１０４Ｂ，１０４Ｇ，１０４Ｒ    偏光ビームスプリッタ
１０５Ｂ，１０５Ｇ，１０５Ｒ    １／４波長位相板
１０６Ｂ，１０６Ｇ，１０６Ｒ    反射型ライトバルブ
１０９  クロスダイクロイックプリズム
１１０  投射レンズ
１１１  スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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