(57)【要約】【課題】ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを使用した投射型表示装置において、投射像のコントラストを向上させることができる投射型表示装置を提供する。【解決手段】色分解光学系で色分解された各色光は、ガラス基板上に金属をグリッド形状に配置したワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに入射する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを透過した光は、１／４波長位相板を経由して反射型ライトバルブに入射する。反射型ライトバルブから反射射出した光は、再度１／４波長位相板に入射した後、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに入射する。１／４波長位相板によって、反射型ライトバルブによる偏光の乱れが補正され、投射像のコントラストを向上させることができる。【選択図】  図１                                                            
2005234169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離して反射型ライトバルブに入射し、変調された光を前記偏光ビームスプリッタの偏光分離部で検光して投射する投射型表示装置において、
前記偏光分離部に入射する光の角度にかかわらず、前記偏光分離部で偏光分離されて前記反射型ライトバルブへ入射する光を同じ方向に偏光させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブの間に配置された１／４波長位相板とを有すること、
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
複数の色光に色分解された光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離して反射型ライトバルブに入射し、変調された光を前記偏光ビームスプリッタの偏光分離部で検光して投射する投射型表示装置において、
前記偏光分離部に入射する光の角度にかかわらず、前記偏光分離部で偏光分離されて前記反射型ライトバルブへ入射する光を同じ方向に偏光させる偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブの間に配置された１／４波長位相板とを有すること、
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記１／４波長位相板の進相軸または遅相軸は、当該１／４波長位相板に入射する光の偏光方向に対して、前記１／４波長位相板を配置しない場合に前記反射型ライトバルブへ入射する光の偏光方向と前記反射型ライトバルブで変調されずに反射される光の偏光方向とのなす角度の半分の角度をなすように配置すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記１／４波長位相板の光学軸は、投射像のコントラストが最大になる位置に配置されていること
を特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記偏光ビームスプリッタは、ワイヤーグリッドであること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを使用した投射型表示装置が知られている。この投射型表示装置は、光源から射出した光をワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタで偏光分離し、偏光分離された一方の偏光を反射アレイ（反射型ライトバルブ）に入射し、反射した変調光をワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに入射して変調光を取りだし投射する構成のものである。
【０００３】
従来の多層膜を使用した偏光ビームスプリッタでは、偏光特性が入射角に依存していたので、入射角の違いによる偏光の乱れを補正するために、偏光ビームスプリッタと反射型ライトバルブとの間に１/４波長板を配置していたが、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタの偏光特性は、入射角にあまり依存しないので、入射角の違いによる偏光の乱れを補正するために１/４波長板は必要ない。
【特許文献１】特表２００３−５０６７４６号公報
【特許文献２】特公平７-３８０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
反射型ライトバルブへ入射する光の偏光方向と反射される光の偏光方向は、変調を受けない場合、すなわち投射像で黒になる状態では、理想的には変化しない。しかしながら実際の反射型ライトバルブでは、その光学特性によっての反射光の偏光方向は、入射光の偏光方向から変化してしまい、本来投射像に投射されない変調を受けていない光も、一部投射像に投射されてしまい、投射像のコントラストが低下するという問題がある。
【０００５】
本発明は、偏光特性が入射角に依存せず、入射角による偏光の乱れがない偏光ビームスプリッタを使用した投射型表示装置において、投射像のコントラストを向上させることができる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離して反射型ライトバルブに入射し、変調された光を前記偏光ビームスプリッタの偏光分離部で検光して投射する投射型表示装置において、前記偏光分離部に入射する光の角度にかかわらず、前記偏光分離部で偏光分離されて前記反射型ライトバルブへ入射する光を同じ方向に偏光させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブの間に配置された１／４波長位相板とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、複数の色光に色分解された光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離して反射型ライトバルブに入射し、変調された光を前記偏光ビームスプリッタの偏光分離部で検光して投射する投射型表示装置において、前記偏光分離部に入射する光の角度にかかわらず、前記偏光分離部で偏光分離されて前記反射型ライトバルブへ入射する光を同じ方向に偏光させる偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブの間に配置された１／４波長位相板とを有することを特徴とする投射型表示装置。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記１／４波長位相板の進相軸または遅相軸は、当該１／４波長位相板に入射する光の偏光方向に対して、前記１／４波長位相板を配置しない場合に前記反射型ライトバルブへ入射する光の偏光方向と前記反射型ライトバルブで変調されずに反射される光の偏光方向とのなす角度の半分の角度をなすように配置することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、  前記１／４波長位相板の光学軸は、投射像のコントラストが最大になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の投射型表示装置。
請求項５に記載の発明は、前記偏光ビームスプリッタは、ワイヤーグリッドであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、偏光特性が入射角に依存せず、入射角による偏光の乱れがない偏光ビームスプリッタを使用した投射型表示装置において、投射像のコントラストを向上させることができる投射型表示装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。以下の説明では特に説明しない限り、光束の中心の光線について説明し、入射角はこの光線についての入射角である。
（第１実施形態）
図１には本発明の投射型表示装置の構成図を示す。ランプと凹面鏡とから構成される光源１１から射出された光は、偏光変換照明光学系１２によって紙面に平行な方向に振動方向を有する偏光に変換される。この偏光変換照明装置１２は図示しない複数のレンズをマトリクス形状に配置した第１レンズ板と、第１レンズ板の各レンズのはぼ焦点位置に同様にレンズを配置した第２レンズ板と、第２レンズ板の射出面近傍に偏光分離部とこの偏光分離部と平行に配置した反射層の組合せを複数組アレイ状に配置した複数プリズム部材と、その射出面の特定位置に配置した１／２波長位相板と、あとで説明する反射型ライトバルブ上に重畳照明するコンデンサレンズとから構成されている。本実施形態では、１／２波長位相板は射出する偏光の振動方向が紙面に平行になる向きに配置した。
【００１２】
偏光変換照明装置１２から射出した光はＢ（青）光反射、Ｒ（赤）光とＧ（緑）光透過特性のダイクロイックミラー１３Ｂと、Ｒ光とＧ光を反射、Ｂ光を透過する特性のダイクロイックミラー１３ＲＧとを互いに直交して配置したクロスダイクロイックミラー１３に入射し、入射光に垂直で、互いに反対方向に進行するＢ光と、Ｒ光とＧ光との混合光とに色分解する。
【００１３】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１４に入射し、反射して進行方向を変えてガラス基板上に紙面に垂直方向に金属をワイヤグリッド形状に配置したワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂに入射する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂを透過した光は、１／４波長位相板１８Ｂを経由してＢ光用反射型ライトバルブ１９Ｂに入射する。
【００１４】
一方色分解されたＲ光とＧ光との混合光は、偏向ミラー１５に入射、進行方向を変えて、Ｇ光反射、Ｒ光透過特性のダイクロイックミラー１６に入射して、反射されるＧ光と、透過するＲ光とに色分解される。色分解されたＧ光とＲ光は、各色光毎に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｇ、１７Ｒに入射しする。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｇ、１７Ｒを透過した光は、それぞれ１／４波長位相板１８Ｇ、１８Ｒを経由して反射型ライトバルブ１９Ｇ、１９Ｒに入射する。なおワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂとワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｇ、１７Ｒは同
様の構成である。
【００１５】
反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒに入射した各色光は色信号によって変調された後に反射射出し、再度１／４波長位相板１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒに入射した後、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒに入射する。それぞれの変調光は検光光として反射され、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２０にそれぞれ異なる入射面から入射する。Ｂ光はクロスダイクロイックプリズム２０のＢ光反射ダイクロイック膜２０Ｂで反射され、Ｒ光はダイクロイック膜２０Ｂと直交して配置されたＲ光反射ダイクロイック膜２０Ｒで反射され、Ｇ光は両ダイクロイック膜を透過して色合成される。色合成された光は、投射レンズ２１で図示しないスクリーン上にフルカラー像として投射される。
図２、図３を用いて１/４波長位相板を配置しない場合のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに入射する光の偏光特性について説明する。図２に示すように、反射型ライトバルブ１９の長方形形状をした画面形成部をＸＹ平面に平行に配置し、入射する光束の中心の光線をＺ軸に平行とする。
【００１６】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７はＸＺ平面に垂直に配置されている。すなわち、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７の金属のワイヤーグリッドはＹ軸に平行に形成されている。図２にはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７を透過して、反射型ライトバルブ１９の画像形成面部の中心位置に入射する光束を示し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７を透過する前の光束のＺ軸に垂直な面での円形の断面を点線で示した。この点線で示した断面の外縁のＹ軸と交差する点を通ってワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７に入射する光線をａ、Ｘ軸と交差する点を通る光線をｂ、ａとｂの中間を通る光線をｃとして示した。光線ａ、ｂ、ｃがライトバルブ１９の画面形成部で反射された光線をａ'、ｂ'、ｃ'として示した。
【００１７】
図３にはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７と反射型ライトバルブ１９の間での、光線の偏光の振動方向を矢印で示しており、反射型ライトバルブ１９の側から見ている。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７を透過した光線ａ、ｂ、ｃの偏光の振動方向は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７の偏光特性が、入射角度に依存しないため、すべてＸ軸に平行な振動方向になっている。光線ａ、ｂ、ｃが反射型ライトバルブ１９がオフが状態（変調されない状態）で反射されると、液晶層の液晶分子の配向によりその振動方向が変化し、光線ａ'、ｂ'、ｃ'の振動方向はＸ軸に対してθの角度を持つようになる。光線ａ'、ｂ'、ｃ'がワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７に入射すると偏光の振動方向が回転しているため、その一部は反射されて投射像に投射されてしまう。投射像で黒にならないので投射像のコントラストが低下してしまう。
【００１８】
ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７と反射型ライトバルブ１９の間に１／４波長位相板１８を配置した構成を図４に示した。図２と同様に反射型ライトバルブ１９の画像形成面の中央部に集光する角光線をａ、ｂ、ｃ、反射された光線をａ'、ｂ'、ｃ'とする。図５は１／４波長位相板１９の光学軸の傾きを示した図で、反射型ライトバルブ１９の側から見たものである。１／４波長位相板１８は、反射型ライトバルブ１９の画像形成面と平行に配置され、その進相軸の光軸を実線の矢印、遅相軸の光軸を点線の矢印で示している。
図２において示したように、反射型ライトバルブ１９への入射する光の偏光の振動方向はＸ軸に平行であり、ライトバルブがオフの状態では、反射された光の偏光の振動方向はＸ軸とθの角度を有する。１／４波長位相板１８の進相軸の光軸の方向は、Ｘ軸に対してθ／２の角度をなし、遅相軸を点線にて示すようにＹ軸とθ／２の角度をなすように配置する。なお遅相軸をＸ軸とθ／２となすように配置し、進相軸をＹ軸とθ／２をなすように配置しても同様の効果を奏することができる。
このように配置した１／４波長位相板１８に反射型ライトバルブ１９で反射された光線ａ'、ｂ'、ｃ'が入射すると、図６に示すように偏光の振動方向が−θだけ回転し、Ｘ軸と平行な振動方向になる。この光線ａ'、ｂ'、ｃがワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７に入射すると、全ての光は透過し、投射像に投射されることはない。従って、理想的な黒状態を投射することができ、投射像のコントラストを向上させることができる。
【００１９】
本実施形態の投射型表示装置において、１／４波長位相板１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒの光軸は、上述した１／４波長位相板１８と同様に配置すればよい。
ただし実際には各色光用に配置されたライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒで反射される光線の偏光の振動方向の回転は、すべての光線で同じ角度ではない。したがって１／４波長位相板１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒの光学軸（進相軸と遅相軸）を図５に示す光軸Ｏの周りに回転させて反射光の偏光の振動方向を変化させ、反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒがオフの状態で投射像が最も暗くなる位置で、１/４位相板の光学軸を固定する。
（第２実施形態）
第２実施形態の投射型表示装置の構成を図７に示す。光源１１からの光は第１実施形態と同じ構成の偏光変換照明装置１２を経由して、時系列色分解光学系２２に入射する。時系列色分解光学系２２は、軸Ｏ’を中心に回転する円板の外周部を三等分し、それぞれに不図示のＲ光透過、Ｇ光、Ｂ光反射のダイクロイック膜、Ｇ光透過、Ｒ光、Ｂ光反射のダイクロイック膜、Ｂ光透過、Ｒ光、Ｇ光反射のダイクロイック膜を配置してあり、円板を回転することによって、時系列的に光源からの光をＲ，Ｇ、Ｂの３色に色分解する。
【００２０】
色分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は偏向ミラー２３で反射され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７に入射し、透過した光は１／４波長位相板１８を経て反射型ライトバルブ１９に入射する。反射型ライトバルブ１９では、時系列的に入射する各色光の色信号をそれぞれ変調し、反射して射出する。射出された各色光は、再度１／４波長位相板１８を経由してワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７に入射する。変調光はワイグリッド偏光ビームスプリッタ１７で反射され、投射レンズ２１で図示しないスクリーン上にフルカラー像が投射される。
【００２１】
本実施形態においても、反射型ライトバルブ１９とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７の間に１/４波長位相板を配置することによって、反射型ライトバルブ１９を射出した光の偏光の振動方向を補正し、投射像のコントラストを向上させることができる。
【００２２】
第１、第２の実施形態で使用したワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタは、透過、反射する偏光の振動方向は、入射角に依存せず、ワイヤーグリッドの方向に依存し、互いに直交する方向である。このようなワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと同様の機能を有する偏光ビームスプリッタを使用した投射型表示装置においても、１／４波長位相板をライトバルブとその偏光ビームスプリッタの間の配置することにより同様の効果を奏する投射型表示装置を提供することができる。
第１、第２の実施形態の投射型表示装置においては、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを透過する光を１／４波長位相板を経由して反射型ライトバルブに入射しているが、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタで反射された光を、１／４波長位相板を経由して反射型ライトバルブに入射しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図２】１／４波長位相板を配置しない場合の偏光ビームスプリッタを経由してライトバルブ入射する光線を示す斜視図。
【図３】１／４波長位相板を配置しない場合のライトバルブへの入射角度の異なる光線とその反射光線の偏光の振動方向を示す図。
【図４】１／４波長位相板を配置した場合の偏光ビームスプリッタを経由してライトバルブ入射する光線を示す斜視図。
【図５】１／４波長位相板の光学軸方向を示す図。
【図６】１／４波長位相板を配置した場合のライトバルブへの入射角度の異なる光線とその反射光線の偏光の振動方向を示す図。
【図７】第２実施形態の投射型表示装置の構成図。
【符号の説明】
【００２４】
１１  光源
１２  偏光変換照明装置
１３  クロスダイクロイクミラー
１４、１５、２３  偏向ミラー
１６  ダイクロイックミラー
１７、１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒ  ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
１８、１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒ  １／４波長位相板
１９、１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒ  反射型ライトバルブ
２０  クロスダイクロイックプリズム
２１  投射レンズ
２２  時系列色分解光学系                                                        
【図１】
2005234169.tif 000003
【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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