(57)【要約】【課題】偏光ビームスプリッタなどの光学部品を形成する透光性材料において生ずる複屈折を抑制し、表示画像の高コントラスト化を図ることができ、黒表示における均一性が良好である画像表示装置を提供する。【解決手段】偏光ビームスプリッタを備える画像表示装置において、光学系における各透光性材料における表面の最高温度と周囲温度との差である温度差ΔＴｉを、関係式      ０．０２５≧（２π／λ）×Σｉ＝１ｎｋｉ×Ｃｉ×αｉ×Ｅｉ×ｌｉ×ΔＴｉ  を満たすように維持する。ただし、照明光及び変調光の中心波長はλ〔ｍ〕であり、光学系は、ｎ個（ｎ≧１）の透光性材料から構成され、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の透光性材料について、ｋｉを定数（０．０７＜ｋｉ＜０．１３）、光弾性定数をＣｉ〔ｍ２／Ｎ〕、線膨張係数をαｉ〔１／Ｋ〕、ヤング率をＥｉ〔１０８Ｎ／ｍ２〕、光路長をｌｉ〔ｍ〕とする。【選択図】図３
2005208518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含む照明手段と、
前記光源から出射された照明光を３原色光に色分解して、各色光に対応した空間光変調素子に入射させ、前記空間光変調素子で各色光に対応した信号で光変調した後、その変調光を合成して出射する色分解・合成光学系と、
前記色分解・合成光学系で合成された変調光をスクリーンに投射する結像光学系と、からなり、
前記色分解・合成光学系がｎ個（ｎ≧１）の透光性材料からなる場合に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の前記透光性材料の表面の最高温度と周囲温度との温度差をΔＴｉ、前記照明光及び前記変調光の中心波長をλ（ｍ）、ｋｉを定数（０．０７＜ｋｉ＜０．１３）、光弾性定数をＣｉ（ｍ２／Ｎ）、線膨張係数をαｉ（１／Ｋ）、ヤング率をＥｉ（１０８Ｎ／ｍ２）、光路長をｌｉ（ｍ）とするとき、
前記色分解・合成光学系は、
０．０２５≧（２π／λ）×Σｉ＝１ｎｋｉ×Ｃｉ×αｉ×Ｅｉ×ｌｉ×ΔＴｉ
を満たすようにしたことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶変調素子などの反射型空間光変調素子を用いて変調した画像を結像させて画像表示を行う画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置は、高解像度及び高コントラスト比の画像表示ができることから、種々の構成の装置が開発され、また、商品化されている。特に、反射型空間光変調素子として反射型液晶変調素子を用いた場合には、この反射型液晶変調素子は、従来の透過型液晶変調素子に較べて開口率を高くすることができ、画素の高密度化が容易であることから、小型、かつ、高効率の画像表示装置を実現することができる。
【０００３】
このような画像表示装置の多くは、反射型空間光変調素子を３枚備えて構成されるいわゆる「３板式カラープロジェクタ」である。この「３板式カラープロジェクタ」は、メタルハライドランプ等の強力な光源から得られる白色の照明光を３原色に分解し、このように色分解された各色の照明光を各色に対応する反射型空間光変調素子に導き、各反射型空間光変調素子を各色に対応する映像信号で駆動することにより変調し、さらに、各色の変調光を合成して投写することにより、画像表示を行うように構成されている。
【０００４】
ところで、このような画像表示装置を構成する各光学系における光学部品は、ガラスなどの透光性材料によって形成されている。そして、このような画像表示装置における光学部品を形成する透光性材料については、下記特許文献１乃至３に記載されているように、その望ましい特性に関して、種々の提案がなされている。
【０００５】
特許文献１においては、反射型空間光変調素子に入射されこの空間光変調素子により変調されて反射された変調光を検光する偏光ビームスプリッタを形成する透光性材料について、光弾性定数の絶対値が、１．５×１０−８〔ｃｍ２／Ｎ〕以下であることが望ましいとしている。
【０００６】
偏光ビームスプリッタをこのような透光性材料によって形成することにより、この偏光ビームスプリッタにおける透光性材料の応力による複屈折を小さくすることができるので、表示画像のコントラストを高くすることができるとともに、コントラストの均一性を確保することができる。
【０００７】
特許文献２においては、偏光光である照明光、または、変調光が透過する光学部品について、光学部品に加わる応力をＦ〔Ｎ／ｍ２〕、光学部品を透過する光束の光路長をＬ〔ｍ〕、光学部品の光弾性定数をＣ〔ｍ２／Ｎ〕、光学部品を透過する光束の中心波長をλ〔ｍ〕としたとき、
（２π／λ）×Ｆ×Ｌ×Ｃ≦０．１
が満足されることが望ましいとしている。
【０００８】
この特許文献２に記載の技術においては、光学部品に外部から加えられる応力が表示画像のコントラストを低下させる大きな因子であると捉えており、このような応力を小さくして光学部品における複屈折を抑えることにより、表示画像のコントラストを高くしようとするものである。
【０００９】
また、特許文献３においては、反射型空間光変調素子に入射されこの空間光変調素子により変調されて反射された変調光を検光する偏光ビームスプリッタを形成する透光性材料について、光弾性定数をＫ〔ｎｍ／ｍｍ・ｍｍ２／Ｎ〕、線膨張係数をα〔１０−６／Ｋ〕、ヤング率をＥ〔１０３Ｎ／ｍｍ２〕とし、照明光の波長をλ〔ｎｍ〕、透光性材料の波長λにおける内部透過率をＴ、前記透光性部材の比重をρ〔ｇ／ｃｍ３〕、比熱をＣｐ〔Ｊ／ｇ・ｋ〕としたとき、
５．００×１０２≧Ｋ・α・Ｅ・∫（１−Ｔ）ｄλ／ρ／Ｃｐ
（ただし、積分範囲は、透光性部材の主たる光吸収波長帯である４２０ｎｍ乃至５００ｎｍの範囲とする。）が満足されることが望ましいとしている。
【００１０】
この特許文献３に記載の技術においては、透光性材料の光吸収、特に、青色領域光の吸収による発熱が透光性材料における複屈折の発生要因と捉えており、このような光吸収を小さくして光学部品における複屈折を抑えることにより、表示画像のコントラストを高くしようとするものである。
【特許文献１】特開平９−５４２１３号公報
【特許文献２】特開２００１−２９６５１４号公報
【特許文献３】特開２０００−１７１７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、一般に、上述のような偏光ビームスプリッタなどの光部品において生ずる複屈折量を決定する因子は、この光学部品を形成する透光性材料が有する光弾性定数Ｃ、この透光性材料内を光束が透過する光路長ｌ及びこの透光性材料に加えられる応力Ｆであると考えられる。
【００１２】
複屈折が生じている場合には、光の振動方向（偏波方向）によって屈折率が異なることになる。このような光の振動方向（偏波方向）による屈折率変化Δｎに起因する光路差δは、一般に、以下の式（１）で表すことができる。
【００１３】
δ＝Ｃ×Ｆ×ｌ                  ・・・・・・・・・・・・（１）
そして、この透光性材料を透過する光束の位相差ΔＳは、この透光性材料を透過する光束の中心波長をλとすると、以下の式（２）で表すことができる。
【００１４】
ΔＳ＝（２π／λ）×Ｃ×Ｆ×ｌ  ・・・・・・・・・・・・（２）
したがって、透光性材料において生ずる複屈折量は、透光性材料の持つ光弾性定数と、透光性材料に加えられる応力と、透光性材料における光路長とに比例し、光束の波長に反比例する関係にある。
【００１５】
そして、前記特許文献１においては、透光性材料における複屈折を低減させるため、透光性材料の光弾性定数Ｃの絶対値を、１．５×１０−８〔ｃｍ２／Ｎ〕以下とするようにしている。しかし、このような条件設定のみでは、透光性材料において生ずる複屈折量を充分に小さくできない場合がある。すなわち、画像表示装置における偏光ビームスプリッタなどの光学部品について、この条件を設定したのみでは、表示画像のコントラストを充分に向上させることができない虞れがある。
【００１６】
また、前記特許文献２では、透光性材料を透過する光束の位相差ΔＳが、０．１以下となるようにしている（ΔＳ＝（２π／λ）×Ｆ×Ｌ×Ｃ≦０．１）。
【００１７】
ところで、光学部品を形成する透光性材料に加えられる応力Ｆは、初期応力、取り付け応力及び熱応力の合計の応力である。
【００１８】
初期応力は、透光性材料で形成する偏光ビームスプリッタの作成（組立て）時の残留応力によって主に生ずるものである。この残留応力は、偏光ビームスプリッタをなすプリズムに蒸着、または、スパッタリングにより誘電体膜からなるＰＢＳ膜を形成することにより、または、２つのプリズムを接着するための接着剤の収縮により、あるいは、偏光ビームスプリッタの主面に反射防止膜を形成することよって生ずる。
【００１９】
しかし、このような初期応力は、蒸着やスパッタリングの条件の改良、あるいは、薄膜を形成する誘電体膜材料の適切な選定等によって、殆どなくなっているといってよい。
【００２０】
取り付け応力は、偏光ビームスプリッタを所定の位置に固定するために加えられる応力である。すなわち、取り付け応力は、位置基準となる面に偏光ビームスプリッタを固定するための押さえ金具等によって与えられる応力である。
【００２１】
このよう取り付け応力は、固定方法の改良によって、殆ど発生しなくなっているといってよい。特許文献２においても、偏光ビームスプリッタの固定方法、あるいは、固定部材の改良により、取り付け応力の低減を図ることによって、複屈折量を小さくしている。
【００２２】
熱応力は、温度変化、例えば、偏光ビームスプリッタが光束を吸収することによる発熱による温度変化により、偏光ビームスプリッタが膨張、または、収縮するときに、これら膨張、または、収縮が、外部の部材、または、透光性材料の外側部分によって規制されることによって生ずる。このような熱応力は、線膨張係数の異なる部材を互いに接着したときに発生しやすくなる。また、このような熱応力は、偏光ビームスプリッタの内部において光束の吸収による発熱が生じるとともに、この偏光ビームスプリッタの外側部分が外部からの冷却、または、放熱により冷却されることによって、透光性材料内において温度差が生ずることによっても発生する。
【００２３】
このような熱応力については、線膨張係数の近い材料からなる部材を組合わせること、あるいは、ショア硬度の低い接着剤を使用することなどにより、殆ど発生しないようにすることができる。
【００２４】
しかしながら、画像表示装置の小型化及び表示画像の高輝度化を図った場合には、小径の光学部品に大光量の照明光が照射されることになるため、光学部品を構成する透光性材料や偏光反射面を形成する誘電体多層膜、あるいは、透光性材料を接合している接着剤等は、光束を吸収することにより、激しく発熱する。このような発熱が生ずると、光学部品の内部と外部とで温度差が生じ、この温度差による熱応力によって、光学部品の内外で不均一な複屈折が発生する。
【００２５】
このような複屈折が生ずると、画像表示装置による表示画像においては、部分的に明るさの変化が発生し、画像の品位が著しく低下することとなる。特に、表示画像の高コントラスト化が要求される投射型の画像表示装置（プロジェクタ）においては、黒表示の不均一性（部分的ないわゆる「白浮き」）は、大きな問題となっている。
【００２６】
さらに、前記特許文献３においては、透光性材料の光弾性定数Ｋ、透光性材料の線膨張係数α、ヤング率Ｅ、光の透過率Ｔ、比重ρ及び比熱Ｃｐに基づき、複屈折を低減させる条件を挙げている（５．００×１０２≧Ｋ・α・Ｅ・∫（１−Ｔ）ｄλ／ρ／Ｃｐ）。この条件は、透光性材料における光束の吸収による発熱と、この発熱によって生ずる熱膨張による応力とを考慮して設定されている。
【００２７】
ところが、この条件においては、透光性材料における光路長と、透光性材料の温度上昇を決める入射光量とが考慮されていない。そのため、この条件においては、透光性材料において生ずる複屈折量を充分に小さくできない場合がある。すなわち、画像表示装置における偏光ビームスプリッタなどの光学部品について、この条件を設定したのみでは、表示画像のコントラストを充分に向上させることができず、また、部分的な「白浮き」を充分に解消することができない虞れがある。
【００２８】
そこで、本発明は、前述の問題を解決するため、偏光ビームスプリッタなどの光学部品を形成する透光性材料において生ずる複屈折が充分に抑制され、表示画像の高コントラスト化を図ることができ、特に、黒表示における均一性が良好となされた高画質の画像を表示することができる画像表示装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前述の課題を解決するため、本発明に係る画像表示装置は、光源を含む照明手段と、前記光源から出射された照明光を３原色光に色分解して、各色光に対応した空間光変調素子に入射させ、前記空間光変調素子で各色光に対応した信号で光変調した後、その変調光を合成して出射する色分解・合成光学系と、前記色分解・合成光学系で合成された変調光をスクリーンに投射する結像光学系と、からなり、前記色分解・合成光学系がｎ個（ｎ≧１）の透光性材料からなる場合に、第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の前記透光性材料の表面の最高温度と周囲温度との温度差をΔＴｉ、前記照明光及び前記変調光の中心波長をλ（ｍ）、ｋｉを定数（０．０７＜ｋｉ＜０．１３）、光弾性定数をＣｉ（ｍ２／Ｎ）、線膨張係数をαｉ（１／Ｋ）、ヤング率をＥｉ（１０８Ｎ／ｍ２）、光路長をｌｉ（ｍ）とするとき、前記色分解・合成光学系は、
０．０２５≧（２π／λ）×Σｉ＝１ｎｋｉ×Ｃｉ×αｉ×Ｅｉ×ｌｉ×ΔＴｉ
を満たすようにしたものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る画像表示装置においては、偏光ビームスプリッタなどの光学部品を形成する透光性材料の温度上昇による部分的な複屈折により発生する表示画像のいわゆる「白浮き」を抑制し、高コントラストで、均一性の良好な高画質の画像を表示することができる。
【００３１】
すなわち、本発明は、偏光ビームスプリッタなどの光学部品を形成する透光性材料において生ずる複屈折が充分に抑制され、表示画像の高コントラスト化を図ることができ、特に、黒表示における均一性が良好となされた高画質の画像を表示することができる画像表示装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００３３】
〔画像表示装置の実施の形態〕
図１は、本実施の形態における画像表示装置の構成を示す側面図である。
【００３４】
本実施の形態における画像表示装置は、図１に示すように、筐体９９を有し、この筐体９９内に、照明手段となる照明光源部６、色分離・合成部７及び結像光学系となる投写レンズ８を収納して構成されている。また、筐体９９内には、電源・制御部９が収納されている。この電源・制御部９は、照明光源部６の光源に対して電源供給するとともに、色分離・合成部７に設けられている空間光変調素子を駆動、制御する。
【００３５】
図２は、本実施の形態における画像表示装置の光学系の構成を示す側面図である。
【００３６】
この画像表示装置においては、図２に示すように、照明光源部６は、可視光帯域の光を含んで発光する光源６１を有している。この光源６１としては、例えば、超高圧水銀ランプ（ＵＨＰランプ）やメタルハライドランプ等を使用することができる。この光源６１から発せられた照明光は、照明光学系６２によって照度を均一化され、色分解・合成部７に入射される。
【００３７】
色分解・合成部７に入射された照明光は、第１の波長選択性波長板１２を経て、ダイクロイックミラー１１に入射される。このダイクロイックミラー１１は、照明光源部６からの照明光の光路に対して４５°の傾斜となされて配置されている。
【００３８】
第１の波長選択性波長板１２においては、例えば、Ｂ（青色）光がダイクロイックミラー１１に対するＳ偏光となされ、例えば、Ｒ（赤色）光及びＧ（緑色）光がダイクロイックミラー１１に対するＰ偏光となされる。このダイクロイックミラー１１においては、Ｂ光が反射され、Ｒ光及びＧ光が透過する。
【００３９】
ダイクロイックミラー１１により反射されたＢ光は、青色透過フィルタ１３を透過して、第１の偏光ビームスプリッタ２１に入射される。
【００４０】
第１の偏光ビームスプリッタ２１において、Ｂ光は、偏光反射面により反射されてこの第１の偏光ビームスプリッタ２１より出射され、Ｂ用反射型空間光変調素子２２に入射する。
【００４１】
一方、ダイクロイックミラー１１を透過したＲ光及びＧ光は、第２の波長選択性波長板３２を経て、第２の偏光ビームスプリッタ３１に入射される。第２の波長選択性波長板３２においては、Ｒ光が第２の偏光ビームスプリッタ３１の偏光反射面に対するＰ偏光となされ、Ｇ光が第２の偏光ビームスプリッタ３１の偏光反射面に対するＳ偏光となされる。第２の偏光ビームスプリッタ３１の偏光反射面においては、Ｒ光が透過し、Ｇ光が反射される。
【００４２】
第２の偏光ビームスプリッタ３１を透過したＲ光は、Ｒ用反射型空間光変調素子３３に入射する。また、第２の偏光ビームスプリッタ３１において反射されたＧ光は、Ｇ用反射型空間光変調素子３４に入射する。
【００４３】
Ｂ用、Ｒ用及びＧ用反射型空間光変調素子２２，３３，３４においては、入射された光束は、これら反射型空間光変調素子２２，３３，３４に電源・制御部９から供給されている各色に対応した画像信号に応じて偏光変調されて反射される。これら反射型空間光変調素子２２，３３，３４は、反射型液晶変調素子である。
【００４４】
Ｂ用反射型空間光変調素子２２において偏光変調されて反射された変調光は、Ｐ偏光となり第１の偏光ビームスプリッタ２１の偏光反射面を透過し、第３の波長選択性波長板４２を透過して、第３の偏光ビームスプリッタ４１に入射する。第３の波長選択性波長板４２は、Ｂ光（青色の変調光）の偏光方向を９０°回転させる。
【００４５】
Ｒ用反射型空間光変調素子３３において偏光変調されて反射された変調光は、Ｓ偏光となり第２の偏光ビームスプリッタ３１の偏光反射面において反射され、第４の波長選択性波長板４３を透過して、第３の偏光ビームスプリッタ４１に入射する。
【００４６】
また、Ｇ用反射型空間光変調素子３４において偏光変調されて反射された変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ３１の偏光反射面を透過し、第４の波長選択性波長板４３を透過して、第３の偏光ビームスプリッタ４１に入射する。
【００４７】
第４の波長選択性波長板４３においては、透過するＲ光及びＢ光（赤色の変調光及び緑色の変調光）のうち、Ｒ光のみについて、偏光方向を９０°回転させる。
【００４８】
そして、第３の偏光ビームスプリッタ４１においては、偏光反射面に対して、Ｂ光がＳ偏光となっており、Ｒ光及びＧ光がＰ偏光となっている。したがって、この第３の偏光ビームスプリッタ４１においては、Ｂ光が偏光反射面により反射され、Ｒ光及びＧ光が偏光反射面を透過することにより、これらＢ光、Ｒ光及びＧ光が合成される。
【００４９】
このように合成されたＢ光、Ｒ光及びＧ光は、色分解・合成部７より出射され、投射レンズ８に入射される。
【００５０】
そして、投射レンズ８は、入射光を図示しないスクリーン上に投射して結像させ、画像表示を行う。
【００５１】
この画像表示装置においては、高輝度、かつ、高コントラストの画像の表示を行うことができ、例えば、画像品質としての総合コントラスト比（ＣＲ比）は、１０００以上が確保されている。
【００５２】
なお、この画像表示装置における色分解・合成部７は、各偏光ビームスプリッタ２１，３１，４１に代えて、ダイクロイックミラーを用いて構成することもできる。
【００５３】
ところで、前述のように構成された画像表示装置において、表示画像の総合コントラスト比を定める要素としては、一般に、反射型空間光変調素子と、照明光及び変調光を分離・合成する偏光ビームスプリッタと、変調光を結像させる投射レンズとが考えられる。
【００５４】
投射レンズにおいては、鏡筒における内部反射や、レンズ群の表面反射がフレアとなってコントラスト比を劣化させる要因となりえる。しかし、このような投射レンズに起因するコントラスト比の低下は、反射型空間光変調素子や、偏光ビームスプリッタに起因するコントラスト比の低下に比較すると十分に小さい。したがって、画像表示装置における総合コントラスト比は、反射型空間光変調素子及び偏光ビームスプリッタに起因する影響によって決定されるということができる。
【００５５】
反射型空間光変調素子の単体における性能としては、コントラスト比は、３０００：１以上となっている。ここで、色分解・合成部の偏光ビームスプリッタに要求されるコントラスト比について考える。反射型空間光変調素子のコントラスト比（素子コントラスト比）をＣＲｓ、偏光ビームスプリッタのコントラスト比をＣＲｐとすると、総合コントラスト比ＣＲは、以下のように示すことができる。
【００５６】
ＣＲ＝ＣＲｓ×ＣＲｐ／（ＣＲｓ＋ＣＲｐ）    ・・・・・・・・・・・・（３）
この総合コントラスト比ＣＲとして、１０００：１以上が要求されるとすると、素子コントラスト比ＣＲｓが３０００：１なので、偏光ビームスプリッタに要求されるコントラスト比ＣＲｐは、以下のように示すことができる。
【００５７】
ＣＲｐ＝ＣＲｓ／（ＣＲｓ／ＣＲ−１）        ・・・・・・・・・・・・（４）
したがって、偏光ビームスプリッタに要求されるコントラスト比ＣＲｐは、以下のように算出される。
【００５８】
ＣＲｐ＝３０００／（３０００／１０００−１）＝１５００
偏光ビームスプリッタのコントラスト比ＣＲｐとして１５００以上を確保するためには、白表示における出射光と黒表示における出射光の比を１５００：１以上にしなければならない。
【００５９】
ここで、偏光ビームスプリッタからの出射光Ｉ１は、入射光をＩ０とすると、次式で求められる。
【００６０】
Ｉ１＝Ｉ０sin２（ΔＳ／２）              ・・・・・・・・・・・・（５）
ここで、ΔＳは位相差である。したがって、黒表示において出射光Ｉ１が最大になるには、位相差ΔＳがｎπ（ｎ＝１，３，５・・・自然数の奇数）の時であり、また、最小になるには、位相差ΔＳがｉπ（ｉ＝０，２，４、・・・自然数の偶数）のときである。
【００６１】
図３は、本発明に係る画像表示装置における偏光ビームスプリッタ及び反射型空間光変調素子の構成を示す側面図である。
【００６２】
色分解・合成部における偏光ビームスプリッタ２１の作用は、図３に示すように、予め偏光板等によってＳ偏波光とされた入射光（照明光）Ｉ０が入射され、この入射光Ｉ０を偏光反射面で反射するというものである。この入射光（照明光）は反射型空間光変調素子２２において偏波面を９０°回転され、Ｐ偏波光として反射され、偏光ビームスプリッタ２１に再入射される。
【００６３】
このとき、偏光ビームスプリッタ２１を構成する透光性材料（硝子）で複屈折の影響を受けないとすると、また、反射型空間光変調素子２２を理想的な反射膜と仮定すると、略全ての光束が出射光（変調光）Ｉ１となって偏光反射面を透過し、偏光ビームスプリッタから出射される。なお、このとき、偏光ビームスプリッタの主面を通過するときの反射及び透光性材料自体の光吸収は若干生ずる。
【００６４】
そして、出射光Ｉ１が最小、すなわち、黒表示となるには、反射型空間光変調素子２２において偏波面の変換が行なわれず、そのままＳ偏波光として反射され、偏光ビームスプリッタ２１の偏光反射面で反射され、入射光の方向に戻り光として戻される場合である。
【００６５】
したがって、偏光ビームスプリッタのコントラスト比ＣＲｐが要求される１５００以上となるためには、以下の条件が必要となる。
【００６６】
Ｉ１／Ｉ０≒１／ＣＲｐ
そして、前出の式（５）より、以下の式（６）が導かれる。
【００６７】
ΔＳ＝２・sin−１（√（１／ＣＲｐ））≒０．０５・・・・・・・・・（６）
これは、黒表示のときの一様な漏れ光であり、この値が小さければ小さい程、コントラスト比が高く、表示画像の画質（品位）が高いといえる。
【００６８】
図４は、透光性材料の温度上昇による複屈折によって生ずる表示画像における「色浮き」の状態を示す正面図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、二つの例である。
【００６９】
ところで、黒表示の表示画像において白い部分（色がついた部分）が生ずるいわゆる「白浮き」が発生する箇所は、斜線部Ｒに示すように、表示画像における四隅部分が多い。通常、四隅部分のうちの一箇所、あるいは、斜めに対向する二箇所、レベルが大きくなると四隅部分の全てに発生するようになり、表示画像の品位を著しく損なうことになる。
【００７０】
このような「白浮き」は、偏光ビームスプリッタにおける光束の吸収による温度上昇によって複屈折が生ずることが原因と考えられる。そして、このような「白浮き」の発生状態から、偏光ビームスプリッタにおける光束の吸収による温度上昇は、一般に、光束の入射を開始してから３０分乃至６０分後には、熱的に飽和し冷却（放熱）との熱的バランスがとれて安定すると考えられる。熱的に安定するまでは、表示画像の四隅にじわじわと漏れ光による「白浮き」が増えていくこととなる。
【００７１】
このような漏れ光、すなわち、黒表示における不均一性は、約５割の増加で、目視上の許容値を超えることが実験で求められている。これは、表示画像の中央部においても複屈折による漏れ光が発生しており、このとき、中央部と四隅部分との差は、２割乃至３割であり、また、表示画像の全体に漏れ光が発生した場合には、総合コントラスト比は低下するが、画質については不均一に較べて影響は少ないからであると考えられる。
【００７２】
ここで、前出の式（６）から、黒表示の不均一性という観点から許容位相差ΔＳｈを求めると。
【００７３】
ΔＳｈ＝ΔＳ×０．５≒０．０２５
ΔＳｈ＝（２π／λ）×Ｃ×Ｆｔ×ｌ≦０．０２５・・・・・・・・・・・（７）
ただし、Ｆｔは、偏光ビームスプリッタ内に発生する熱応力であり、単位〔Ｎ／ｍ２〕である。λは、光束の中心波長であり、単位〔ｍ〕である。ここで、最も影響の出やすい青色を考えている。Ｃは、透光性材料の光弾性係数であり、単位〔ｍ２／Ｎ〕である。ｌは、偏光光が透光性材料を通過する光路長であり、単位〔ｍ〕である。図３に示した例では、２・ｌｋとなる。
【００７４】
図５は、黒表示を行ったときの偏光ビームスプリッタ温度上昇をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【００７５】
この図５においては、図３に示した偏光ビームスプリッタを用いて黒表示を行ったとき、すなわち、出射光Ｉ１が最も小さく、入射光Ｉ０の大部分が戻り光となる状態における偏光ビームスプリッタの光束の吸収による温度上昇をシミュレーションしている。図３において、偏光ビームスプリッタを一点鎖線で切断し矢印Ａの方向から見た状態で示している。
【００７６】
この状態は、偏光ビームスプリッタを構成する２個の三角プリズムのうち、片側の三角プリズムに光束が集中し、それに伴い、発熱も片側の三角プリズムのみに集中している状態で、各部の温度を示している。
【００７７】
図６は、図５に示した温度分布に対し、応力分布をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【００７８】
図５に示したような温度分布に対し、応力分布をシミュレーションすると、図６に示すように、温度傾斜が急な領域において応力が高くなっていることがわかる。
【００７９】
図７は、図５及び図６に示したシミュレーションにより得られた偏光ビームスプリッタの主面（表面）の温度上昇（表面の最高温度と周囲温度との温度差）ΔＴと、そのときに発生する偏光ビームスプリッタの内部における最大応力Ｆｔの関係を示すグラフである。
【００８０】
図７に示すグラフより、以下の関係がわかる。
【００８１】
ΔＴ∝Ｆｔ
ΔＴ＝Ｆｔ／（ｋ×α×Ｅ）                  ・・・・・・・・・・・・（８）
ただし、αは、透光性材料の線膨張係数であり、単位〔１／Ｋ〕である。Ｅは、透光性材料のヤング率であり、単位〔１０８Ｎ／ｍ２〕である。ｋは、定数であり、実験値として、およそ０．１である。好ましくは、０．０７＜ｋ＜０．１３の範囲にある。
【００８２】
すなわち、偏光ビームスプリッタの表面の最高温度と周囲温度との温度差ΔＴを式（８）に示す範囲とすることにより、黒表示における不均一性を約５割以下に抑えることができる。
【００８３】
換言すると、式（７）に式（８）を代入して得られた次の式（９）を満足するように温度差ΔＴを維持すればよい。
【００８４】
（２π／λ）×ｋ×Ｃ×Ｆｔ×α×Ｅ×ｌ×ΔＴ≦０．０２５・・・・・・（９）
さらに、光学系全体を考慮することにより、照明光学系から結像光学系に至る全光学系における各透光性材料について総和を取った、次の式（１０）を満たすことが好ましい。
【００８５】
０．０２５≧（２π／λ）×Σｉ＝１ｎｋｉ×Ｃｉ×αｉ×Ｅｉ×ｌｉ×ΔＴｉ
・・・（１０）
ただし、光学系にはｎ個の透光性材料が含まれるものとして、添字ｉは第ｉ番目（１≦ｉ≦ｎ）の透光性材料における諸定数を示すものとする。
【００８６】
なお、以上の説明は、偏光ビームスプリッタ内に発生する応力として、偏光ビームスプリッタを形成する透光性材料の光束の吸収による発熱のみを考慮している。しかし、偏光ビームスプリッタ及び偏光ビームスプリッタを固定する固定部材との関係で、固定部材の熱膨張、あるいは、収縮が、外的に拘束される場合には、固定部材における温度差や線膨張係数の異なる材料の組合わせにより発生する熱応力、また、固定するための押圧による応力も発生する場合は、これらを加算する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る画像表示装置の構成を示す側面図である。
【図２】前記画像表示装置の光学系の構成を示す側面図である。
【図３】前記画像表示装置における偏光ビームスプリッタ及び反射型空間光変調素子の構成を示す側面図である。
【図４】前記画像表示装置における透光性材料の温度上昇による複屈折によって生ずる表示画像における「色浮き」の状態を示す正面図である。
【図５】前記画像表示装置において黒表示を行ったときの偏光ビームスプリッタ温度上昇をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図６】図５に示した温度分布に対し、偏光ビームスプリッタにおける応力分布をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図７】図５及び図６に示したシミュレーションにより得られた偏光ビームスプリッタの主面（表面）の温度上昇と偏光ビームスプリッタの内部における最大応力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
６  照明光源部
７  色分解・合成部
８  投射レンズ
９  電源・制御部
１１  ダイクロイックミラー
２１  第１の偏光ビームスプリッタ
２２  Ｂ用反射型空間光変調素子
３１  第２の偏光ビームスプリッタ
３３  Ｒ用反射型空間光変調素子
３４  Ｇ用反射型空間光変調素子
４１  第３の偏光ビームスプリッタ
６１  光源
６２  照明光学系
【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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