(57)【要約】【課題】ワイヤーグリッドを偏光分離部として使用した投射型表示装置において、反射型ライトバルブから射出した光を損出することなく投射することの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４５度未満の入射角で入射する。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、フィールドレンズを経て反射型ライトバルブに入射する。反射型ライトバルブを射出した光は、再度フィールドレンズに入射し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに入射する。フィールドレンズを反射型ライトバルブとワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタの間に配置することにより、クロスダイクロイックプリズムを大きくすることなく、すべての変調光をクロスダイクロイックプリズムに入射させることができる。【選択図】  図１
2005221761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を反射型ライトバルブで変調し、投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記光源からの光を偏光分離して反射型ライトバルブに入射させ、前記反射型ライトバルブで変調され反射射出される光を検光するワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと、
前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブとの間に配置されたフィールドレンズとを有すること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源からの光を反射型ライトバルブで変調し、投射レンズで投射する投射型表示装置において、
光源からの光を色分解する色分解光学系と、
前記色分解された各色光を偏光分離して前記各色光毎に配置された反射型ライトバルブに入射させ、前記反射型ライトバルブで変調され反射射出された各色光を検光する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と、
前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブとの間に前記各色光毎に配置されたフィールドレンズと、
前記各色光の検光光を色合成する色合成光学系とを有すること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記反射型ライトバルブは、前記投射レンズ中に配置された開口絞りによって決まる主光線に対してテレセントリックな位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記投射レンズは入射側に非テレセントリックであること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記色分解光学系は、
第１色光と、第２色光と第３色光との混合光に色分解するクロスダイクロイックミラーと、
前記第１色光を第１色光用に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに反射する第１の偏向ミラーと、
前記混合光を反射する第２の偏向ミラーと、
前記第２の偏向ミラーによって反射された前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解し、それぞれの色光用に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに導くダイクロイックミラーとからなること
を特徴とする請求項２または請求項３または請求項４に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記第１の偏向ミラーと前記第２の偏向ミラーとはそれぞれその入射光の光軸の入射角が４５度未満の角度となるように配置されており、
前記ダイクロイックミラーは、入射光の光軸の入射角度が４５度を超える角度となるように配置されていること
を特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記色合成光学系はクロス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２ないし請求項６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】
図４に反射型ライトバルブを使用した投射型表示装置の構成を示す。
光源１０１から射出した光は第１レンズ板１０２ａ、第２レンズ板１０２ｂから構成されるインテグレータと、インテグレータから射出される複数の光束をライトバルブに重畳照明するコンデンサレンズ１０２ｃからなる照明装置１０２に入射する。照明装置１０２から射出した光は、Ｒ（赤）光とＧ（緑）光を反射し、Ｂ（青）光を透過する特性を有するダイクロイックミラー１０３ＲＧと、Ｂ（青）光を反射、Ｒ（赤）光とＧ（緑）光を透過する特性を有するダイクロイックミラー１０３Ｂ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１０３に入射し、互いに反対方向に進行するＲ光とＧ光の合成光と、Ｂ光とに色分解される。
【０００３】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１０４に光束の中心の光線が４５度未満の入射角で入射し、反射されてフィールドレンズ１０７Ｂを経て偏光ビームスプリッタ１０８Ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１０８Ｂに入射した光は、偏光分離部に４５度未満の入射角で入射して反射し、偏光ビームスプリッタ１０８Ｂから射出し、Ｂ光用反射型ライトバルブ１０９Ｂに入射する。
【０００４】
一方色分解されたＲ光とＧ光の混合光は、偏向ミラー１０５に光束の中心の光線が４５度未満の入射角で入射し、反射されてＲ光透過、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０６に入射角が４５度を越える角度で入射する。ダイクロイックミラー１０６を反射するＧ光と、透過して進行するＲ光とに色分解され、G光、R光用に配置したフィールドレンズ１０７Ｇ、１０７Ｒを経て２個の三角柱プリズムを偏光分離部を挟んで形成した偏光ビームスプリッタ１０８Ｇ、１０８Ｒに入射する。偏光ビームスプリッタ１０８Ｇ、１０８Ｒに入射した光は、それぞれの偏光分離部に４５度未満の入射角で入射、反射し、偏光ビームスプリッタを射出し、各色光の偏光をＧ光用反射型ライトバルブ１０９Ｇ、Ｒ光用反射型ライトバルブ１０９Ｒにそれぞれ入射する。この偏光ビームスプリッタとしてワイヤーグリッドを使用した投射型表示装置も知られている。
【０００５】
各色光用のライトバルブに入射した各色光は、色信号によって変調された後、反射射出され、再度偏光ビームスプリッタ１０９Ｂ、１０９Ｇ、１０９Ｒにそれぞれ入射し、変調光を偏光分離部を透過する検光光として分離し、色合成をおこなうクロスダイクロイックプリズム１１０に入射する。クロスダイクロイックプリズム１１０はその内部に直交して配置されたＲ光反射ダイクロイック膜１１０ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１１０Ｂから構成されている。クロスダイクロイックプリズム１１０のそれぞれ異なる入射面から入射した各色光は、色合成されて射出し、内部に開口絞り１１１Ｃを有する投射レンズ１１１に入射し、図示しないスクリーン上にフルカラー像を投射される。図４の一点鎖線は光束の中心を示している。また図４の点線は、反射型ライトバルブ１０９Gを射出した光束の最外縁を示している。
【特許文献１】特開２０００−１１１８３９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ワイヤーグリッドを偏光分離素子として使用した場合、ワイヤーグリッドの前後にプリズムを配置しないと、反射型ライトバルブを射出した光は、その開口数のまま色合成用のクロスダイクロイックプリズムに入射するため、一部が色合成プリズムに入射せず、投射レンズによってスクリーンに投影されないために、投射像が暗くなってしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、光源からの光を反射型ライトバルブで変調し、投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記光源からの光を偏光分離して反射型ライトバルブに入射させ、前記反射型ライトバルブで変調され反射射出される光を検光するワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと、前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブとの間に配置されたフィールドレンズとを有することを特徴とする投射型表示装置を提供する。
請求項２に記載の発明は、光源からの光を反射型ライトバルブで変調し、投射レンズで投射する投射型表示装置において、光源からの光を色分解する色分解光学系と、前記色分解された各色光を偏光分離して前記各色光毎に配置された反射型ライトバルブに入射させ、前記反射型ライトバルブで変調され反射射出された各色光を検光する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と、  前記ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタと前記反射型ライトバルブとの間に前記各色光毎に配置されたフィールドレンズと、前記各色光の検光光を色合成する色合成光学系とを有することを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記反射型ライトバルブは、前記投射レンズ中に配置された開口絞りによって決まる主光線が、光軸に平行なテレセントリックな位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、前記投射レンズは入射側に非テレセントリックであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の投射型表示装置を提供する。
請求項５に記載の発明は、前記色分解光学系は、第１色光と、第２色光と第３色光との混合光に色分解するクロスダイクロイックミラーと、前記第１色光を第１色光用に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに反射する第１の偏向ミラーと、前記混合光を反射する第２の偏向ミラーと、前記第２の偏向ミラーによって反射された前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解し、それぞれの色光用に配置されたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタに導くダイクロイックミラーとからなることを特徴とする請求項２または請求項３または請求項４に記載の投射型表示装置を提供する。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、前記第１の偏向ミラーと、前記第２の偏向ミラーとはそれぞれその入射光の光軸の入射角が４５度未満の角度となるように配置されており、前記ダイクロイックミラーは、入射光の光軸の入射角度が４５度を超える角度となるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置を提供する。
【００１１】
請求項７に記載の発明は、前記色合成光学系はクロス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２ないし請求項６のいずれか1項に記載の投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワイヤーグリッドを偏光分離部として使用した投射型表示装置において、反射型ライトバルブから射出した光を損出することなく投射することの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】
【００１３】
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。
図１に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から射出される光は、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１２ａと、第１レンズ板１２ａの各レンズの焦点位置に第１レンズ板１２ａと同様に複数レンズをマトリクス形状に配置した第２レンズ板１２ｂと、ライトバルブを重畳照明するコンデンサレンズ１２ｃとを有する照明光学装置１２に入射する。照明光学装置から射出した光は、Ｒ光とＧ光とを反射しＢ光を透過させる特性を有するダイクロイックミラー１３ＲＧと、Ｂ光を反射しＲ光とＧ光とを透過させる特性を有するダイクロイックミラー１３Ｂ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、入射光の進行方向に直交し、反対方向に進行するＲ光とＧ光のと混合光と、Ｂ光とに色分解される。
【００１４】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１５に中心の光が４５度未満の入射角で入射して反射され、ガラス基板上に金属を紙面に垂直な方向に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４５度未満の入射角で入射する。入射した光は、振動方向が紙面に平行な方向を有する偏光と、紙面に垂直な方向を有する偏光に偏光分離され、紙面に平行な方向に偏光した光は透過し、垂直な方向に偏光した光は反射される。透過した偏光の光はフィールドレンズ１８Ｂを経て反射型ライトバルブ１９Ｂに入射する。
【００１５】
一方色分解されたＲ光とＧ光との混合光は、偏向ミラー１４に４５度未満の入射角で入射し、反射されて、４５度を超える入射角度でＧ光を反射し、Ｒ光を透過する特性を有するダイクロイックミラー１６に入射すし、反射されるＧ光と、透過するＲ光とに色分解される。Ｒ光とＧ光は、それぞれの色光に対して４５度未満の入射角度で配置された紙面に垂直な方向に金属グリッドを配置し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、透過する偏光と反射する偏光とに偏光分離される。透過する偏光はそれぞれフィールドレンズ１８Ｇ、１８Ｒを経て反射型ライトバルブ１９Ｇ、１９Ｒに入射する。
反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒに入射した各色光の偏光は、それぞれの色信号によって変調作用を受けて反射射出され、再度フィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒに入射し、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。反射型ライトバルブで変調され偏光の方向を変えた光は、検光光としてワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒで反射される。反射された各色光は、内部にＲ光反射ダイクロイック膜２０ＲとＢ光反射ダイクロイック膜２０Ｂを直交して配置し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し、Ｒ光はＲ光反射ダイクロイック膜２０Ｒで反射され、Ｂ光はＢ光反射ダイクロイック膜２０Ｂで反射され、Ｂ光は両ダイクロイック膜を透過することにより色合成される。色合成された光は、内部に開口絞り２１Ｃを有する投射レンズ２１に入射し、図示しないスクリーン上にフルカラー像が投射される。
【００１６】
図２は本実施形態の投射型表示装置の、投射レンズ２１の開口絞り２１Ｃによって規定される主光線示す図であり、主光線は点線で示している。主光線は投射レンズの開口絞り２１Ｃの中心を通過する光線である。図２に投射レンズ２１の開口絞り２１Ｃの中心で交差する２本の主光線を図示しているが、この主光線の進行方向は図示しないスクリーン方向に進行する。投射レンズ２１は開口絞り２１Ｃの不図示のスクリーン側に配置された前群レンズとクロスダイクロイックプリズム側に配置された後群レンズとを有しているが、図示は省略している。図２に示した２本の主光線は投射レンズ２１の入射側では、互いに平行ではない。すなわち投射レンズ２１は、入射光側に対してテレセントリックな構成ではなく、開口絞り２１Ｃは後群レンズの焦点位置に配置されていない。
【００１７】
図２に示した２本の主光線は投射レンズ２１の入射側では、クロイスダイクロイックプリズム２０、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒを経てフィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒまでは広がっている。フィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒと反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒの間では、主光線は光軸に平行であり、反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒは主光線のテレセントリックな位置に配置されている。反射型ライトバルブに入射する各色光の主光線は、反射型ライトバルブとフィールドレンズ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒの間は光軸に平行である。主光線は、フィールドレンズ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒから、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒ、偏向ミラー１４、１５、クロスダイクロイックミラー１３を経て第２レンズ板の光軸上のレンズにて集光するようになっている。なおＲ光とＧ光とはダイクロイックミラー１６を経ている。
【００１８】
従って、主光線は照明装置１２の第２レンズ板１２Ｂから広がって射出され、各色光の主光線はフィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒまでの光路では広がり光線になっている。反射型ライトバルブは主光線が光軸に平行なテレセントリックな位置に配置され、反射型ライトバルブで反射された主光線はフィールドレンズを経て投射レンズまでの光路では集光する方向の光線になっている。
【００１９】
図３に最外縁光線を点線で示す。図３には反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒのうち、ライトバルブ１９Ｇの画像形成部の最も外側の位置から、投射レンズ２１の開口絞り２１Ｃのよって決められる開口数を有する光束の最外縁の光線を点線で示してある。    
【００２０】
なお図３に示すａとｂは、反射型ライトバルブ画像形成部から射出される光束の最外縁の光線を示している。
反射型ライトバルブ１９Ｒの画像形成部の各点からある開口数を持って広がって射出される光は、フィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒによってその開口数が小さくなりワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒで反射され、クロスダイクロイックプリズム２０に入射する。従ってクロスダイクロイックプリズム２０を大きくしなくても、反射型ライトバルブ１９Ｒを射出したＲ光の検光光のすべてがクロスダイクロイックプリズムに入射するので、投射される光の損出を防ぐことができる。
フィールドレンズ１８Ｒがなければ、反射型ライトバルブ１９Ｒの画像形成部の各点からある開口数を持って広がって射出される光はそのままの開口数で、クロスダイクロイックプリズム２０に入射してしまうので、その一部はクロスダイクロイックプリズム２０の入射面から外れてしまい、投射像として投射されないため、投射像が暗くなってしまう。上述したようにフィールドレンズを使用することによって、反射型ライトバルブ１９Ｒから射出した光の開口数を小さくすることによって、すべての検光光をクロスダイクロイックプリズム２０に入射させることができる。
フィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒを反射型ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒとワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒの間にそれぞれ配置することにより、クロスダイクロイックプリズム２０を大きくすることなく、すべての検光光を投射することができる。
また従来の投射型表示装置のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタのように、ワイヤーグリッドを２つのプリズムで挟み込んだ構造のものは、すべての検光光をクロスダイクロイックプリズムに入射させることはできるが、プリズムによって偏光が乱されてしまうことがあるが、本実施形態のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタは、ワイヤーグリッドの前後にプリズムを配置していないため、プリズムによって偏光が乱されることもない。
また、フィールドレンズ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒを反射型ライトバルブ１９Ｂ，１９Ｇ，１９Ｒの前に配置することにより、投射レンズ２１をテレセントリック光学系としなくても、ライトバルブ１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒを投射レンズの開口絞りによって規定される主光線に対してテレセントリックな位置に配置することができる。従って反射型ライトバルブから射出した光線の傾きによって、変調処理の作用が異なる特性を最小に押さえることができる
また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタの偏光分離特性は、入射光線の入射角度に対する依存性が少ないので、主光線を非テレセントリックな位置に配置しても偏光分離、検光機能に対する影響は生じない。クロスダイクロイックプリズムも主光線が非テレセントリックな位置に配置されているが、内部のダイクロイック膜を、光線の入射角度にあまり依存しないものにすることによって偏光に対する影響を最小にすることができる。
【００２１】
なお本実施形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタを透過した偏光の光を、フィールドレンズを経て反射型ライトバルブに入射させる構成としたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、偏光ビームスプリッタで反射された偏光の光をフィールドレンズを経て反射型ライトバルブに入射させても構わない。
【００２２】
また本実施形態では、照明装置１２には偏光変換装置は配置されていないが、第２レンズ板１２ｂの後に偏光分離部と反射膜部を組合せたものを複数組アレイ状に配置したプリズム部材で、射出面部に１／２波長位相板を貼り付けた構成の偏光変換装置を配置しても構わない。この場合ワイヤーグリッド偏光ビームプリッタを透過する偏光の光と、透過する偏光の光のどちらを反射型ライトバルブを入射させるかによって、１／２波長位相板の配置を決定し、偏光変換装置による偏光の振動方向を決定する。
【００２３】
なお請求項に記載した入射光の光軸とは、入射光束の中心の光線である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の投射型表示装置の構成図。
【図２】本発明の投射型表示装置の主光線を示した図。
【図３】本発明の投射型表示装置の最外縁光線を示した図。
【図４】従来例の投射型表示装置の構成図。
【符号の説明】
【００２５】
１１  光源
１２  照明光学系
１３  クロスダイクロイックミラー
１４、１５  偏向ミラー
１６  ダイクロイックミラー
１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ  ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ  フィールドレンズ
１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ  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
【図１】
2005221761.tif 000003
【図２】
2005221761.tif 000004
【図３】
2005221761.tif 000005
【図４】
2005221761.tif 000006