(57)【要約】  【課題】  投射型映像表示装置において、コントラストを向上させる技術の提供。  【解決手段】  補助偏光子の作用面から補助検光子の作用面の間に配置される各光透過型基板として、その光軸方向の板厚と光弾性定数の積の合計が、透過型映像表示装置では１２×１０−１５ｍ／Ｐａ以下、反射型映像表示装置では１６×１０−１５ｍ／Ｐａ以下となるものを用いる。【選択図】  図２
2005107232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置であって、
所定方向の偏光成分を透過する偏光子と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子からの出射光のうち所定方向の偏光成分を透過する検光子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記偏光子及び上記検光子は、上記表示素子、該検光子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が８．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子、上記表示素子、上記検光子のうちのいずれかの上記光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子の偏光度不足を補う補助偏光子または上記検光子の偏光度不足を補う補助検光子の少なくともいずれかを備えて成り、該補助偏光子、該補助検光子の少なくともいずれかは、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１２ｍｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項４】
請求項３に記載の投射型映像表示装置であって、上記補助偏光子、上記補助検光子のうちのいずれかの上記光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されたことを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項５】
請求項１に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子が有する光透過性基板は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の合計が１２×１０−１５ｍ／Ｐａ以下であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項６】
請求項５に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子のうちのいずれかは、その光透過型基板が、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項７】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置であって、
回折格子により所定方向の第１の偏光成分を透過する偏光子として作用し、該第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を反射する検光子として作用する反射型偏光板と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記反射型偏光板は、該反射型偏光板、上記表示素子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１.７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の投射型映像表示装置であって、反射型偏光板、表示素子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項９】
請求項７に記載の投射型映像表示装置であって、上記反射型偏光板の偏光子としての偏光度不足を補う補助偏光子、または上記反射型偏光板の検光子としての偏光度不足を補う補助検光子の少なくともいずれかを備えて成り、上記補助偏光子、上記補助検光子の少なくともいずれかは、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が、１．０×１０−１２ｍｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の投射型映像表示装置であって、上記補助偏光子、上記補助検光子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１１】
請求項７に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子としての反射型偏光板または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子としての反射型偏光板または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子が有する光透過性基板は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の合計が１６×１０−１５ｍ／Ｐａ以下であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子としての反射型偏光板または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子としての反射型偏光板または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１３】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置であって、
回折格子により所定方向の第１の偏光成分を反射する偏光子として作用し、該第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を透過する検光子として作用する反射型偏光板と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記反射型偏光板は、該反射型偏光板、上記表示素子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１.７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の投射型映像表示装置であって、上記反射型偏光板、上記表示素子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の投射型映像表示装置であって、上記反射型偏光板の偏光子としての偏光度不足を補う補助偏光子、または上記反射型偏光板の検光子としての偏光度不足を補う補助検光子の少なくともいずれかを備えて成り、該補助偏光子、該補助検光子の少なくともいずれかは、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１２ｍｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を有した構成であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の投射型映像表示装置であって、上記補助偏光子、上記補助検光子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子としての反射型偏光板または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子としての反射型偏光板または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子が有する光透過性基板は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の合計が１６×１０−１５ｍ／Ｐａ以下であることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の投射型映像表示装置であって、上記偏光子としての反射型偏光板または上記補助偏光子のうち光路上で最も光源に近い位置に配されたものの作用面と上記検光子としての反射型偏光板または上記補助検光子のうち光路上で最も投射レンズユニットに近い位置に配されたものの作用面との間の補助偏光子、ダイクロイックミラー、偏光子、広視野角素子、表示素子、検光子、補助検光子のうちのいずれかの光透過型基板は、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうち少なくとも１つを含有したガラスで構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項１９】
光源側からの光を処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学素子であって、
所定方向の偏光成分を透過することにより、偏光子、検光子、補助偏光子または補助検光子として作用する偏光板であって、その板厚と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有していることを特徴とする光学素子。
【請求項２０】
光源側からの光を処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学素子であって、
偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子であって、光が透過するものは、その板厚と光弾性定数の積が８．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、光が反射するものは、該積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有していることを特徴とする光学素子。
【請求項２１】
光源側からの光を処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学素子であって、
回折格子により所定方向の偏光成分を透過または反射する偏光子として作用し、該偏光成分に直交する偏光成分を反射または透過することで検光子として作用する反射型偏光板であって、板厚と光弾性定数の積が１.５×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有していることを特徴とする光学素子。
【請求項２２】
光源側からの光を処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学素子であって、
上記表示素子の直前に配され、該表示素子に斜めに入射する偏光光の該表示素子による位相ずれを補償する広視野角素子であって、板厚と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したものであることを特徴とする光学素子。
【請求項２３】
光源側からの光を処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学素子であって、
色分離面の波長選択性により、特定波長領域の光を反射し、他の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーであって、板厚と光弾性定数の積が１．５×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有していることを特徴とする光学素子。
【請求項２４】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
所定方向の偏光成分を透過する偏光子と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子からの出射光のうち所定方向の偏光成分を透過する検光子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記偏光子及び上記検光子は、上記表示素子、上記検光子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が８．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有した構成であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２５】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
回折格子により所定方向の第１の偏光成分を透過する偏光子として作用し、該第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を反射する検光子として作用する反射型偏光板と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記反射型偏光板は、該反射型偏光板、上記表示素子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１.７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有した構成であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２６】
光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
回折格子により所定方向の第１の偏光成分を反射する偏光子として作用し、該第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を透過する検光子として作用する反射型偏光板と、
上記偏光子からの偏光光が照射され、該偏光光を映像信号により変調して出射する表示素子と、
上記表示素子を映像信号に基づき駆動する駆動回路と、
上記表示素子上の映像をレンズにより拡大し投射する投射レンズユニットと、
を備えて成り、上記反射型偏光板は、該反射型偏光板、上記表示素子の少なくともいずれかの光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１.７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、上記表示素子は、該積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有した構成であることを特徴とする光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源側からの光を光学的に処理して表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成する投射型映像表示装置に係り、特に映像のコントラストを向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００１−１４２０２８号公報（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）及び米国Ｍｏｘｔｅｋ社カタログ、Ｎｏ.ＰＢＦ０２Ａ（非特許文献１）に記載されたものがある。これら公報にはいずれも、反射型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置が記載されている。
【０００３】
反射型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置用の光学ユニットでは、従来から一般的に偏光子兼検光子として、偏光選択機能を持つ誘電体多層膜を有する偏光ビームスプリッタプリズム（以下、ＰＢＳプリズムという）が用いられている。
ＰＢＳプリズムでは、基材を構成するガラスの光学的異方性による複屈折で偏光の乱れを生じる。複屈折で偏光の乱れが生じると、黒映像投射時の漏れ光が多くなり、コントラストが低下する。特開平９−５４２１３号公報には、ＰＢＳプリズムの光弾性定数の絶対値を１．５×１０−１５ｍ/Ｐａとする構成が記載され、特開２００１−２９６５１４号公報には、ＰＢＳプリズムの光弾性定数をＣ（／Ｐａ）、ＰＢＳプリズムを透過する光の中心波長をλ（ｍ）、ＰＢＳプリズムに加わる応力をＦ（Ｎ／ｍ２）、ＰＢＳプリズムの光透過長をＬとするとき、Ｃ、λ、Ｆ、Ｌが数１を満足するようにして複屈折によるコントラスト低下を抑える技術が記載されている。
【０００４】
（２π/λ）×Ｆ×Ｌ×Ｃ≦０．１          …（数１）
また、ＰＢＳプリズムでは、光軸とＰＢＳ膜面の法線とで形成する面（主入射面）に平行でない斜め光に対して、黒映像投射時の漏れ光が多くなり、コントラストが低下する。特開２００１−１４２０２８号公報には、生じる黒映像投射時の漏れ光を少なくするために１／４波長板を用いる構成が記載されている。
【０００５】
また、米国Ｍｏｘｔｅｋ社カタログ、Ｎｏ.ＰＢＦ０２Ａには、光学的な格子による回折で格子方向に平行な偏光を反射し、格子方向に直交する偏光を透過する回折格子を用いた反射型偏光板を、偏光子兼検光子として用いる技術が記載されている。該回折格子を用いた反射型偏光板は、基材である光透過型基板の上に回折格子が形成されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４２０２８号公報
【０００７】
【特許文献２】特開平９−５４２１３号公報
【特許文献３】特開２００１−２９６５１４号公報
【非特許文献１】米国Ｍｏｘｔｅｋ社カタログ、「Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｆｌａｔ  Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒｓ」Ｎｏ.ＰＢＦ０２Ａ（２００２年５月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来技術においてはいずれも、より一層のコントラストの向上を目指す場合に限界があると考えられる。例えば、上記特開平９−５４２１３号公報においては、複屈折によるコントラスト低下を抑えるため、ＰＢＳプリズムの光弾性定数をＣ≦１．５×１０−１２／Ｐａ（＝１．５×１０−８ｃｍ２／Ｎ）としているが、他の要因については十分考慮されていない。すなわち、光弾性定数Ｃの上限値を１．５×１０−１２／Ｐａとしても、ＰＢＳに加わる応力が大きく、また該部品が大きく光透過長Ｌが大きい場合は複屈折を小さくすることが困難であると考えられる。また、上記特開２００１−２９６５１４号公報においては、ＰＢＳプリズムの位相差ΔＳをΔＳ≦０．１とし、光学系の組み込み時の応力や温度上昇による熱応力などの値が不確定な応力を含めた位相差ΔＳの上限値を規定しているため、実用化設計上での困難が予想される。また、上記両公報記載の技術はともに、主としてＰＢＳプリズムによる複屈折の影響を考慮しており、複数の光学部品で生じる複屈折の総量の影響については十分考慮されていない。さらに、上記米国Ｍｏｘｔｅｋ社カタログ、Ｎｏ.ＰＢＦ０２Ａに記載された技術では、反射型偏光板の基板の複屈折によるコントラスト低下自体が考慮されていない。また、補助検光子として反射型偏光板が用いられているため、ゴースト像が発生する可能性もある。
【０００９】
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示装置において、少なくとも明るさを確保し、設計し易い構成下で、コントラストを一層向上させることができるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題点を解決するために、本発明では、基本的に、投射型映像表示装置の光路上に配する光学素子が、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が所定値範囲となる光透過性基板を備えた構成となるようにする。
例えば、
所定方向の偏光成分を透過することにより偏光子あるいは検光子あるいは補助偏光子あるいは補助検光子として作用する偏光板であって、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したもの、
偏光光を映像信号により変調して透過する表示素子であって、その基板厚と光弾性定数の積が８．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したものか、あるいは偏光光を映像信号により変調して反射する表示素子であって、その基板厚と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したもの、
回折格子により所定方向の第１の偏光成分を透過し該第１の偏光成分に直交する第２の偏光成分を反射する反射型偏光板としてその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したもの、
表示素子の直前に配され、該表示素子に斜めに入射する偏光光の該表示素子による位相ずれを補償する広視野角素子であってその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したもの、
色分離面の波長選択性により、特定波長領域の光を反射し、それ以外の波長領域の光を透過するダイクロイックミラーであってその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有したもの、
の少なくともいずれかを備える構成とする。
上記光学素子、または、該光学素子のいずれかもしくはそれらの組合わせを備えた投射型映像表示装置及び該装置用の光学ユニットを、本発明として提案する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、投射型映像表示装置において、光学部品の複屈折を抑え、明るさを確保した状態でコントラストをより一層向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態としての投射型映像表示装置の光学ユニットの構成例図である。本第１の実施形態では、反射型偏光板の偏光分離特性を補うために、その前後に補助偏光子と補助検光子を配している。
【００１３】
図１において、１は光源、２は光軸、３はインテグレータ機能を有しかつ偏光変換作用を備えたロッドレンズ、１１１、１１２、１１３は表示素子としての反射型液晶パネル（１１１はＲ（赤色光）用反射型液晶パネル、１１２はＧ（緑色光）用反射型液晶パネル、１１３はＢ（青色光）用反射型液晶パネル）、４１、４２、４３は、ロッドレンズ３の出射口の像を反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３上に照射する結像レンズ、５は白色反射ミラー、６１はＢ透過ＲＧ反射ダイクロイックミラー、７１はＲ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー、８はＢ反射ミラー、９１、９２、９３'はそれぞれ、吸収型または反射型のＲ用補助偏光子、Ｇ用補助偏光子、Ｂ用補助偏光子、１０１’、１０２’、１０３’はそれぞれ、回折格子を用いたＲ用反射型偏光板、Ｇ用反射型偏光板、Ｂ用反射型偏光板であり、ハッチング部が基材である光透過型基板、透明部が作用面を示している。１２１、１２２、１２３はそれぞれ、吸収型のＲ用補助検光子、Ｇ用補助検光子、Ｂ用補助検光子、１３２はＧ用１／２波長板、１４はクロスダイクロイックプリズム、１５は投射レンズである。上記補助偏光子９１、９２、９３'は平行平板状の光透過型基板上に設けられており、上記補助検光子１２１、１２２、１２３はクロスダイクロイックプリズム１４上に設けられている。
【００１４】
本第１の実施形態では、上記反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、表示素子としての上記反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有している。これによって、これら各光透過型基板に起因する複屈折の発生を抑え、映像のコントラストを一層向上できるようにしてある。
【００１５】
上記各光透過型基板は、材質的には、例えば、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含有するガラスで構成するものとする。また、上記各光透過型基板は、寸法的には、それ自体のサイズに応じ必要な強度が得られる板厚のものを用いることになる場合が多い。例えば、光束が小さく集光される液晶パネル等表示素子の近くに配される偏光板や反射型偏光板に用いる光透過型基板では、板厚は約０．５〜０．７×１０−３ｍであり、光束が比較的大きい位置に光軸に対し傾けて（例えば４５°）配されるダイクロイックミラーではサイズが大きくなるため、これに用いる光透過型基板も厚さの厚いものとなり、例えば１．１×１０−３ｍ程度となる。光透過型基板の板厚が、それ自体のサイズ以外の要因によって決まる場合もある。例えば反射型偏光板が表示素子からの映像光を投射レンズに向けて反射するように配された場合には、投射映像の解像度が低下しないように反射型偏光板の反射面の平面度を高くするが、該高い平面度を確保するためには板厚を厚くすることが有効な手段となる。かかる場合の反射型偏光板の光透過型基板としては、例えば厚さ１．６×１０−３ｍ程度となる。また、表示素子に用いる光透過型基板としては、表示面にほこりやごみを近づけないようにするために、片側での厚さを例えば約２．０〜２．５×１０−３ｍとしたものを用いる。
上記光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の各数値範囲は、上記基板厚の範囲を含め実用に適する範囲である。
【００１６】
一般に、上記複屈折は、光学部品の内部で生じる光路差δ（位相差ΔＳ）に比例する。光路差δ及び位相差ΔＳは、次の数２、数３により求めることができる。
【００１７】
δ＝Ｆ×Ｃ×Ｌ                            …（数２）
ここで、δ：光路差（×１０−３ｍ）、Ｃ：光学部品材料の光弾性定数（×１０−１２／Ｐａ）、Ｆ：光学部品に加わる応力（Ｐａ（Ｎ／ｍ２））、Ｌ：光学部品の光透過長（光軸方向の板厚）（×１０−３ｍ）である。
【００１８】
ΔＳ＝（２π／λ）×Ｆ×Ｃ×Ｌ            …（数３）
ここで、ΔＳ：位相差、λ：光の中心波長である。
上記数２、数３より、光路差δと位相差ΔＳとの関係は次の数４となる。
【００１９】
ΔＳ＝（２π／λ）×δ                    …（数４）
本第１の実施形態を含め、本発明では基本的に、上記Ｃと上記Ｌとの積を適切な範囲の値とすることで、δの値を適正化し、これによって、各光透過型基板に起因した複屈折を抑える。
【００２０】
一般に、光透過型基板自体には、材料の加工工程（切断、他の材料との接合、表面への成膜）による残留応力がある。この残留応力に加えて、この光透過型基板を光学シャーシ（図示せず）に保持部材あるいは接着等で保持する場合に、外部より受ける応力（外部応力という）がある。さらに、内部を透過する際に光エネルギーの吸収による熱応力や、周辺の部材の発熱により生じる熱応力が加わる。また、光透過型基板に例えば偏光フィルムなど熱膨張率の異なる材料を接着接合した場合は、発熱の際に熱膨張率の差により生じる応力も加わる。これらの応力が上記光透過型基板に加わる場合には、各光透過型基板に複屈折が生じ、光が各光透過型基板を透過する際に位相差を生じるため、偏光が乱れ、その結果、黒映像時の漏れ光が多くなりコントラストが低下する。
【００２１】
数２、数３で示したように、光透過型基板中で発生する位相差量ΔＳ（光路差δ）は光透過型基板中の応力及び光透過型基板の光弾性定数Ｃ及び光透過型基板の光軸方向の光透過長Ｌ（光透過型基板が光軸に傾斜してない通常の場合には光透過長Ｌは板厚ｔに等しい）に比例する。従って、応力、光弾性定数、光透過長（板厚）のいずれかを低減化すれば、光透過型基板中で発生する位相差量も低減化される。しかしながら、光透過型基板中の応力は、加工工程による残留応力や、使用時に発生する熱応力などであり、低減化が困難である。従って、光弾性定数と板厚のいずれか、あるいは両方を低減するのが現実的手段である。
【００２２】
しかしながら、板厚を極端に薄くすると投射型映像表示装置の落下、転倒等により光透過型基板に衝撃が加わった場合に割れ易くなるため、光透過型基板のサイズやその保持機構等の光学ユニットの設計に応じ、光透過型基板を、必要な強度が得られる範囲で板厚をできるだけ薄くし、それでも光透過型基板により生じる位相差が無視できない場合には、光弾性定数の小さい硝材を用いる。以上の内容を纏めると以下のようになる。すなわち、本発明では複屈折の影響を規定するために、光透過型基板の光弾性定数Ｃと光軸光線に対する光透過長Ｌの積（以下、Ｃ×Ｌとする）で規定する。なお、光透過型基板が光軸に傾斜してない場合には光軸方向の光透過長Ｌは板厚ｔに等しく、Ｃ×ＬはＣ×ｔとなる。Ｃ×Ｌを無理なく小さくする（望ましくは０とする）ことにより光が内部を透過する際に生じる位相差量を低減でき、偏光度の低下を抑制できるため、結果として投射型映像表示装置のコントラストを向上できる。
【００２３】
図１の構成において、光源１から出射された光は集光され、ロッドレンズ３内に入射する。該ロッドレンズ３内で、光は、該ロッドレンズ３のインテグレータ機能により面内で均一とされ、さらに、該ロッドレンズ３の偏光変換作用により、偏光方向が一方向の偏光光、例えばＰ偏光光に整えられる。該ロッドレンズ３から出射された光（Ｐ偏光光）は結像レンズ４１を通り、白色反射ミラー５にて光線の方向を約９０°曲げられ、結像レンズ４２を通って、ダイクロイックミラー６１に入射する。ダイクロイックミラー６１では、青色光（以下、Ｂ光という）を透過し、赤色光（以下、Ｒ光という）及び緑色光（以下、Ｇ光という）は反射される。反射されたＲ光及びＧ光は結像レンズ４３を通ってダイクロイックミラー７１に入射する。該反射ダイクロイックミラー７１では、Ｒ光は透過され、Ｇ光は反射される。
【００２４】
ダイクロイックミラー７１を通過したＲ光はＲ用補助偏光子９１に入射する。Ｒ用補助偏光子９１の吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光（ここではＰ偏光光）がＲ用補助偏光子９１を透過し、Ｒ用反射型偏光板１０１’に入射する。回折格子を用いた該Ｒ用反射型偏光板１０１’は、格子方向に平行な反射軸がＲ用補助偏光子９１の吸収軸あるいは反射軸と略平行となるように配置されている。このため、該Ｒ用反射型偏光板１０１’に入射した光は透過し、Ｒ用反射型液晶パネル１１１に入射する。一方、反射ダイクロイックミラー７１で反射されたＧ光はＧ用補助偏光子９２に入射する。上記Ｒ光の場合と同様に、Ｇ用補助偏光子９２の吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光（ここではＰ偏光）がＧ用補助偏光子９２を透過し、Ｇ用反射型偏光板１０２’に入射する。回折格子を用いたＧ用反射型偏光板１０２’は格子方向に平行な反射軸がＧ用補助偏光子９２の吸収軸あるいは反射軸と略平行となるように配置されている。このため、Ｇ用反射型偏光板１０２’に入射した光は透過し、Ｇ用反射型液晶パネル１１２に入射する。
【００２５】
また、上記反射ダイクロイックミラー６１を透過したＢ光は、リレーレンズ４５を透過し、Ｂ反射ミラー８で方向を９０°曲げられ、Ｂ用補助偏光子９３'に入射する。ここで、Ｂ光の光路の長さは、Ｒ光、Ｇ光の場合よりも長いため、Ｂ光の光路にリレーレンズ４６、４７を配置することで、Ｂ用反射型液晶パネル１１３に結像する。Ｂ用補助偏光子９３'に入射した光はＢ用補助偏光子９３'の吸収軸あるいは反射軸に直交する偏光方向の光（ここではＰ偏光光）がＢ用補助偏光子９３'を透過し、Ｂ用反射型偏光板１０３’に入射する。回折格子を用いたＢ用反射型偏光板１０３’は、格子方向に平行な反射軸がＢ用補助偏光子９３'の吸収軸あるいは反射軸と略平行となるように配置されている。このため、Ｂ用反射型偏光板１０３’に入射した光は透過し、Ｂ用反射型液晶パネル１１３に入射する。
上記のようにして、白色光が、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離される。
【００２６】
Ｒ用反射型液晶パネル１１１、Ｇ用反射型液晶パネル１１２、Ｂ用反射型液晶パネル１１３に入射したＰ偏光光のうち、それぞれ、Ｒ用反射型液晶パネル１１１、Ｇ用反射型液晶パネル１１２、Ｂ用反射型液晶パネル１１３の白映像を表示する画素によって反射される光は、該反射される際に偏光が９０°回転され、Ｓ偏光光となり、Ｒ用反射型偏光板１０１’、Ｇ用反射型偏光板１０２’、Ｂ用反射型偏光板１０３’に入射する。このとき、各反射型偏光板に入射する光はＳ偏光光であって反射軸と平行であるため、該各反射型偏光板で反射されて光線方向を９０°曲げられ、それぞれ、Ｒ用補助検光子１２１、Ｇ用補助検光子１２２、Ｂ用補助検光子１２３に入射する。各補助検光子１２１、１２２、１２３は、その吸収軸が反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’の反射軸と略直交するように配置されているため、該各反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’を反射した光は、各補助検光子１２１、１２２、１２３を透過し、Ｒ光及びＢ光はＳ偏光光のまま、Ｇ光はＧ用１／２波長板１３２を通過してＰ偏光光となり、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光ともクロスダイクロイックプリズム１４に入射する。クロスダイクロイックプリズム１４に入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、クロスダイクロイックプリズム１４により色合成されて白色光となり、投射レンズ１５によってスクリーン（図示せず）に拡大投射される。
【００２７】
上記反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’は、特定方向にのみ格子作用を有して偏光板として機能し、格子方向に平行な偏光を反射して、格子方向に直交する偏光を透過する。一般に、該反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’は、その反射軸を光軸と反射型偏光板の法線を含む面の法線と平行に配置した場合に最も偏光分離性が高くなる。すなわち、反射軸を光軸光線に対するＳ偏光光方向と平行に配置し、光軸光線のＳ偏光光を反射し、Ｐ偏光光を透過するように使用した場合に、最も透過光及び反射光の偏光度が高くなる。本実施形態では上記配置にしてあるとする。一般に、反射型偏光板は格子方向に平行な偏光光を反射して、格子方向に直交する偏光を透過するが、格子方向に平行な偏光光もわずかな量は透過してしまい、格子方向に直交する偏光もわずかな量は反射してしまって、映像のコントラストが低下する原因となる。これを改善するために、本第１の実施形態では、入射側に補助偏光子９１、９２、９３'を設けることで補助偏光子および偏光子のトータルとして偏光度を向上し、出射側に補助検光子１２１、１２２、１２３を設けることで補助検光子および検光子のトータルとして偏光度を向上し、黒表示時の漏れ光を少なくして、コントラストの改善を図るようにしている上、さらに、上記のように、反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有した構成とし、上記反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３も、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有した構成としているため、該光透過型基板に残留応力がある場合や、熱応力や外部応力が加わった場合にも、複屈折の発生を抑え、偏光の乱れを抑えて、黒映像時の漏れ光の増加を防ぎ、より一層のコントラストの向上を可能とする。また、補助検光子１２１、１２２、１２３には吸収型のものを用い、ゴースト像の発生を抑制するようにしている。本実施形態ではまた、補助検光子１２１、１２２、１２３はクロスダイクロイックプリズム１４上に設けられているが、補助検光子１２１、１２２、１２３を効率良く冷却する必要がある場合などには、別途、光透過型基板上に設けてクロスダイクロイックプリズム１４から離して設置してもよい。
【００２８】
また、本実施形態は表示素子を３個使用する場合の構成であるが、表示素子を１個のみ使用する構成においても本内容がコントラスト向上に有効であることは明らかである。その場合には例えばカラーホイールなどを用いることによりカラー表示を可能とし、クロスダイクロイックプリズムを用いずに投射レンズを補助検光子の直後に配置する構成とする。
【００２９】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、投射型映像表示装置の明るさを確保した状態で、光路上の光学部品における複屈折を抑え、コントラストの一層の向上を図ることができる。光学系の設計もし易い。
【００３０】
上記第１の実施形態では、（ａ）上記反射型偏光板１０１’、１０２’、１０３’は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｂ）表示素子としての上記反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図１の構成において、上記（ａ）、（ｂ）のうちの１つまたは組合わせものを要件として備えるものであってもよい。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施形態としての投射型映像表示装置の光学ユニットの構成例図である。（ａ）は光学ユニットの平面図、（ｂ）はＲ用反射型液晶パネル付近の構成拡大図、（ｃ）はＢ用補助偏光子の拡大図である。（ｂ）では、Ｂ用補助偏光子を除く光学部品の構成として、Ｒ用反射型液晶パネル付近の拡大図を用いる。Ｇ光、Ｂ光の場合も同様に構成される。なお、図２において、図１と同じ作用をするものには同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図２において、９０は、Ｒ用反射型偏光板１０１及びＧ用反射型偏光板１０２の偏光分離特性を補うためのＲＧ用補助偏光子、１０１、１０２、１０３はそれぞれ、回折格子を用いたＲ用反射型偏光板、Ｇ用反射型偏光板、Ｂ用反射型偏光板、１３１、１３３はそれぞれ、Ｒ用１／２波長板、Ｂ用１／２波長板である。１８１、１８２、１８３はそれぞれ、黒時の反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３が斜め光に対して位相差を有することで偏光を乱すことを補正するＲ用広視野角素子、Ｇ用広視野角素子、Ｂ用広視野角素子である。各広視野角素子は、斜め光に対して反射型液晶パネルの位相差とは逆の位相差を有するように構成される。
【００３３】
ＲＧ用補助偏光子９０から補助検光子１２１、１２２に至るＲ光路、Ｇ光路上、及びＢ用補助偏光子９３から補助検光子１２３に至るＢ光路上に配されている各光学部品は、（ｂ）図から明らかなように、基材の光透過型基板（符号に添字１を付して示す）上に作用面（符号に添字２を付して示す）が形成されている。また、反射型偏光板１０１、１０２、１０３には作用面及びエッジ部上に、作用面及びエッジ部を保護するために光透過性の無機コーティング１０１３、１０２３、１０３３が施され、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３は保持部材１１１0、１１２0、１１３0で保持されている。
【００３４】
本第２の実施形態では、反射型偏光板の偏光分離特性を補うために、補助偏光子を２段構成とし、Ｒ光路ではＲＧ用補助偏光子９０と補助偏光子９１、Ｇ光路ではＲＧ用補助偏光子９０と補助偏光子９２、Ｂ光路では（ｃ）図のようにＢ用入射側補助偏光子９３ａ２とＢ用出射側補助偏光子９３ｂ２で構成している。本第２の実施形態は、上記図１の第１の実施形態におけるＲ用反射型液晶パネル１１１、Ｇ用反射型液晶パネル１１２、Ｂ用反射型液晶パネル１１３の配置を各反射型液晶パネルで反射された反射光が入射するクロスダイクロイックプリズム１４の入射面に平行となるようにしている。従って、光源１からの照明光が反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３に向かうためには、照明光が反射型偏光板１０１、１０２、１０３で反射される必要があり、そのため、反射型偏光板１０１、１０２、１０３の反射軸を図１と同じにした場合には、照明光にはＳ偏光光を用いる必要がある。このために、ロッドレンズ３からの出射光はＳ偏光光となるようにし、ＲＧ用補助偏光子９０、補助偏光子９１、９２、９３の吸収軸はＰ偏光光を反射あるいは吸収する方向となるようにする。
【００３５】
本第２の実施形態においても、補助偏光子９１、９２、９３はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有する構成とし、反射型偏光板１０１、１０２、１０３はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有する構成とし、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有する構成とし、広視野角素子１８１、１８２、１８３はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有する構成とし、ダイクロイックミラー７１はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有する構成としているため、該各光透過型基板に残留応力がある場合や、熱応力や外部応力が加わった場合にも、装置の光路上における複屈折の発生を抑え、偏光の乱れを抑えて、黒映像時の漏れ光の増加を防ぎ、より一層のコントラストの向上を可能とする。また、補助検光子１２１、１２２、１２３には吸収型のものを用い、ゴースト像の発生を抑制するようにしている。
【００３６】
上記各光透過型基板は、本第２の実施形態においても、材質としては、例えば、希土類元素のＳｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１つを含有するガラスで構成するものとする。
上記光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の各数値範囲は、基板材質や基板厚の範囲を含め実用に適する範囲である。
【００３７】
上記第２の実施形態構成によれば、Ｒ用反射型液晶パネル１１１とＢ用反射型液晶パネル１１３とを、投射レンズ１５から離れた位置に配置することが可能となるため、保持部材１１１０、１１３０（図示なし）の構造や、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各映像光のコンバーゼンスを合わせるための調整機構（図示なし）の構成の自由度が増す。さらに、映像光が反射型偏光板１０１、１０２、１０３を通って補助検光子１２１、１２２、１２３に入射するため、映像光が反射型偏光板１０１、１０２、１０３を反射して補助検光子１２１、１２２、１２３に入射する場合と比べ、熱による反射型偏光板１０１、１０２、１０３の配置角度変化や変形に起因して発生するコンバーずれを少なくすることができる。
【００３８】
本第２の実施形態における白映像表示時（以下、白時とする）の動作につき述べる。図２において、ロッドレンズ３から出射する光がＳ偏光光である以外は、Ｒ光路及びＧ光路は結像レンズ４３まで、Ｂ光路はリレーレンズ４７までは、上記図１の場合と同じ構成を有し同じ動作をするようになっている。
【００３９】
ＲＧ用補助偏光子９０に入射したＲ光及びＧ光は、ＲＧ用補助偏光子９０の反射軸あるいは吸収軸に直交する偏光方向の光（ここではＳ偏光光）であるため、ＲＧ用補助偏光子９０を透過し、Ｒ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７１に入射する。Ｒ光はＲ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７１を透過し、Ｒ用補助偏光子９１に入射する。Ｒ用補助偏光子９１の反射軸あるいは吸収軸の方向は、ＲＧ用補助偏光子９０と同じであるため、Ｓ偏光光であるＲ光は、Ｒ用補助偏光子９１を透過し、Ｒ用反射型偏光板１０１に入射する。回折格子を用いたＲ用反射型偏光板１０１は格子方向に平行な反射軸がＲ用補助偏光子９１の反射軸あるいは吸収軸と略直交となるように配してあるため、Ｒ用反射型偏光板１０１に入射したＲ光は反射し方向を９０°曲げられ、Ｒ用広視野角素子１８１に入射する。
【００４０】
ＲＧ用補助偏光子９０を透過したＧ光は、Ｒ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７１で反射され、Ｇ用補助偏光子９２に入射する。Ｇ用補助偏光子９２の反射軸あるいは吸収軸の方向はＲＧ用補助偏光子９０と同じであるため、Ｓ偏光光であるＧ光は、Ｇ用補助偏光子９２を透過しＧ用反射型偏光板１０２に入射する。Ｇ用反射型偏光板１０２は反射軸がＧ用補助偏光子９２の反射軸あるいは吸収軸と略直交となるようにしてあるため、Ｇ用反射型偏光板１０２に入射したＧ光は反射し光線の方向を９０°曲げられ、Ｇ用広視野角素子１８２に入射する。
【００４１】
Ｂ用補助偏光子９３に入射したＢ光は、Ｂ用補助偏光子９３の反射軸あるいは吸収軸に直交する偏光方向の光（ここではＳ偏光光）がＢ用補助偏光子９３を透過し、Ｂ用反射型偏光板１０３に入射する。Ｂ用反射型偏光板１０３は反射軸がＢ用補助偏光子９３の反射軸あるいは吸収軸と略直交となるようにしてあるため、Ｂ用反射型偏光板１０３に入射した光は反射し方向を９０°曲げられ、Ｂ用広視野角素子１８３に入射する。
【００４２】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光はそれぞれ広視野角素子１８１、１８２、１８３に入射後、これらを透過した後に、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３に入射し、それぞれ、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３の白映像を表示する画素により反射され、反射される際に偏光が９０°回転されＰ偏光光となり、広視野角素子１８１、１８２、１８３に再度入射する。各色光は、広視野角素子１８１、１８２、１８３を透過し、反射型偏光板１０１、１０２、１０３に再度入射する。このとき、入射する光はＰ偏光光で反射軸と直交するため、反射型偏光板１０１、１０２、１０３を透過し、それぞれ補助検光子１２１、１２２、１２３に入射する。補助検光子１２１、１２２、１２３の吸収軸は反射型偏光板１０１、１０２、１０３の反射軸に略平行となるように配するため、反射型偏光板１０１、１０２、１０３を透過した各色光は補助検光子１２１、１２２、１２３を透過し、Ｒ光、Ｂ光はそれぞれ、Ｒ用１／２波長板１３１、Ｂ用１／２波長板１３３を透過してＳ偏光光となり、Ｇ光はＰ偏光光のまま、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光ともクロスダイクロイックプリズム１４に入射する。Ｒ、Ｇ、Ｂ光はクロスダイクロイックプリズム１４によって色合成されて白色光となり、投射レンズ１５によってスクリーン（図示なし）に拡大投射される。図２においては光路上で光源側のダイクロイックミラーをＢ光が透過する構成としたが、Ｒ光が透過する構成、すなわちＲ光路とＢ光路が入れ替わる構成としてもよい。
【００４３】
次に、図２の構成における黒時の動作につき述べる。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光が反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３に入射するまでは上記白時の動作と同じである。反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３に入射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光が、それぞれ、表示素子としての反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３の黒映像を表示する画素により反射される場合には、液晶層は作用せず、各色光はミラーで反射されたような偏光となる。すなわち本第２の実施形態のようにＳ偏光光入射の場合にはＳ偏光光のまま反射される。従って、各色光は広視野角素子１８１、１８２、１８３を透過した後に反射型偏光板１０１、１０２、１０３で再び反射され、補助偏光子９１、９２、９３などを透過し、光源方向へと光路を逆行し、スクリーン（図示なし）には投射されない。
【００４４】
図２に示す本第２の実施形態構成においては、反射型偏光板１０１、１０２、１０３の偏光度不足を補うために補助偏光子９０、９１、９２、９３及び補助検光子１２１、１２２、１２３を用いている。本実施形態では、Ｒ光に対する補助偏光子とＧ光に対する補助偏光子を１枚で兼ねているＲＧ用補助偏光子９０をＲ透過Ｇ反射ダイクロイックミラーの光路上直前に配置し、Ｒ光、Ｇ光の偏光度を向上させている。
【００４５】
本第２の実施形態では、ロッドレンズ３内の偏光変換手段（図示なし）により光は概略Ｓ偏光光に揃えられるが、その偏光度は低いため、ＲＧ用補助偏光子９０に吸収型偏光板を用いた場合、Ｐ偏光光が吸収されることによる発熱量は無視できない。従って、ＲＧ用補助偏光子９０及びＢ用入射側補助偏光子９３ａ２には反射型偏光板を用いた方が発熱量が低減され、ＲＧ用補助偏光子９０及びＢ用入射側補助偏光子９３ａ２自体の長寿命化に有利である。反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３への入射光の偏光度が不足する場合は、その後に吸収型偏光板９１、９２、９３ｂ２を必要に応じ配すればよい。かかる構成とした場合、Ｒ用補助偏光子９１、Ｇ用補助偏光子９２、Ｂ用出射側補助偏光子９３ｂ２にはＲＧ用補助偏光子９０及びＢ用入射側補助偏光子９３ａ２がない場合に比べて偏光度が低いもの、つまり透過率の高いものを用いることができ、このために発熱量が低減されるため、Ｒ用補助偏光子９１、Ｇ用補助偏光子９２、Ｂ用出射側補助偏光子９３ｂ２の長寿命化にも有利である。
【００４６】
上記広視野角素子１８１、１８２、１８３は、黒時の反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３が斜め光に対して位相差を持ってしまい偏光を乱すことを補正する作用を持つものであり、斜め光に対して反射型液晶パネルの位相差とは逆の位相差を有するように構成される。広視野角素子としては、光透過型基板上に液晶を塗り固めたものやネガティブリターダーなどが考えられる。適切な広視野角素子を用いることにより、黒時の漏れ光を低減することができる。広視野角素子は斜め光に対して位相差を有し、広視野角素子を透過した斜め光は偏光が乱されるため、広視野角素子を透過し反射型液晶パネルの前で反射された斜め光は反射型偏光板を透過する成分（Ｐ偏光光成分）を有し、該成分は黒時の漏れ光となりコントラスト低下の要因となる。これを防止するためには広視野角素子から反射型液晶パネルの液晶層までの界面数をなるべく少なくし、さらに界面での反射率を低減する必要がある。従って、広視野角素子１８１、１８２、１８３を反射型液晶パネルの液晶層１１１２、１１２２、１１３２の直前、すなわち液晶層１１１２、１１２２、１１３２と反射型液晶パネルの光透過型基板１１１１、１１２１、１１３１の間に配置し、さらにこの界面に誘電体多層膜などによる反射防止コーティングを施しコントラストの向上を図ることも可能である。上記構成では、反射型液晶パネルの内部に広視野角素子を配置する。現在流通している反射型液晶パネルに広視野角素子を適用する場合には、広視野角素子１８１、１８２、１８３を、反射型液晶パネルの光透過型基板１１１１、１１２１、１１３１上の照明光入射側に貼り付けて配し、この界面に反射防止コーティングを施すとよい。しかしながら、光透過型基板に液晶を塗り固めた広視野角素子や、フィルム製の広視野角素子を用いた場合は、反射型液晶パネルは入射光の３０％位を吸収し、これにより熱を生じるため、広視野角素子を離して配し、熱による劣化を防止する必要がある。さらには広視野角素子と反射型液晶パネルの間に冷却風を通すことにより、広視野角素子及び反射型液晶パネルの温度上昇を抑えることができ、広視野角素子、反射型液晶パネルの長寿命化を図ることができる。
【００４７】
本第２の実施形態においては、広視野角素子１８１、１８２、１８３の作用面１８１２、１８２２、１８３２を、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３側に向けて各光学ブロックに組み込み、広視野角素子の作用面１８１2、１８２2、１８３2側及び光透過型基板１８１１、１８２１、１８３１側の両面に冷却ファン（図示せず）により冷却風を当てる構成とし、視野角素子の作用面１８１2、１８２2、１８３2は直接冷却されるとともに光透過型基板１８１１、１８２１、１８３１を介しても冷却される構成としてある。広視野角素子の光透過型基板１８１１、１８２１、１８３１には熱伝導率の高い材質のものを用いることが望ましい。
【００４８】
また、反射型液晶パネルにおいては、反射型液晶パネルの背面に冷却ファン（図示なし）等により冷却風が当たるようにし、反射型液晶パネルで生じる熱を放熱する構成としている。従って、反射型液晶パネルの保持部材１１１３、１１２３、１１３３には熱伝導率の高い材質のものを用いた方が有利である。さらには放熱フィン（図示せず）を取り付けると冷却効率が向上する。
【００４９】
本第２の実施形態においては、Ｒ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７１、補助偏光子９１、９２、９３、反射型偏光板１０１、１０２、１０３、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３、広視野角素子１８１、１８２、１８３の各光学素子の作用部を保持あるいは保護するための各光透過型基板７１１、９１１、９２１、９３１、１０１１、１０２１、１０３１、１１１１、１１２１、１１３１、１８１１、１８２１、１８３１において、その光透過型基板を透過する光の中心波長あるいは重心波長に対するＣ×Ｌが、それぞれ、Ｒ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７１及び反射型偏光板１０１、１０２、１０３では１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下、補助偏光子９１、９２、９３及び広視野角素子１８１、１８２、１８３では１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下、反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３では４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を用いている。
【００５０】
比較のために、従来の一般的な光透過型基板のＣ×Ｌの値を示すと、ダイクロイックミラーでは１．１×１０−３ｍ厚の白板（ＳＣＨＯＴＴ社製硝材Ｂ２７０、屈折率１．５２、光弾性定数２．７５×１０−１２／Ｐａ）が多く用いられており、光軸光線が４５°入射となるように配置した場合の、光軸光線の光透過型基板中の光路長はｔ／ｃｏｓ（ａｓｉｎ（１／１.５２×ｓｉｎ４５°））＝ｔ／０.８９×１０−３ｍとなり、従って、Ｃ×Ｌは３.４×１０−１５ｍ／Ｐａ、（補助）偏光子として用いられる偏光板や広視野角素子等では０．７×１０−３ｍ厚の白板が多く用いられており、この場合のＣ×Ｌ（＝Ｃ×ｔ）は１．９×１０−１５ｍ／Ｐａ、ある反射型偏光板では０．７×１０−３ｍ厚の１７３７Ｆ（Ｃｏｒｎｉｎｇ社製、屈折率１．５２、光弾性定数３．４×１０−１２／Ｐａ）あるいは１．６×１０−３ｍ厚のＢｏｒｏｆｌｏａｔ（ＳＣＨＯＴＴ社製、屈折率１．５２、光弾性定数４．０×１０−１２／Ｐａ）が用いられており、光軸光線が４５°入射となるように配置した場合の光軸光線の光透過型基板中の光路長はダイクロイックミラーと同様にｔ／０.８９×１０−３ｍとなり、従って、Ｃ×Ｌは２.７あるいは７.２、ある反射型液晶パネルでは合計２．５×１０−３ｍの１７３７Ｆが用いられており、この場合のＣ×Ｌ（＝Ｃ×ｔ）は８．５×１０−１５ｍ／Ｐａである。
【００５１】
図２の第２の実施形態構成における補助偏光子９０、９３の作用面（９０２、９３ａ２）から補助検光子１２１、１２２、１２３の作用面の間に配置される各光透過型基板の光弾性定数と光軸方向の光透過長の積Ｃ×Ｌの合計を、コントラストへの影響が大きいＧ光路について比較すると、従来形態が（３.４＋１．９＋１．９＋８．５×２＋１.９＋２.７）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝２８.８×１０−１５ｍ／Ｐａであるのに対して、本実施形態では（１.７＋１．０＋１．０＋４．０×２＋１．０＋１.７）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝１４.４×１０−１５ｍ／Ｐａで、１／２となり、各光透過型基板に加わる応力が従来形態と本実施形態で同じ場合には発生する位相差量も１／２に低減することができる。
【００５２】
図２の実施形態について、コントラストへの影響が大きいＧ光路について具体的に示すと、ダイクロイックミラー７１及び補助偏光子９２及び反射型偏光板１０２及び広視野角素子１８２の光透過型基板には板厚０．４×１０−３ｍのＳ−ＦＰＬ５２硝材（ＯＨＡＲＡ社製、屈折率１．４６、光弾性定数０．７３×１０−１２／Ｐａ）を用いてＣ×Ｌをダイクロイックミラー７１及び補助偏光子９２では０.３３×１０−１５ｍ／Ｐａ、補助偏光子９２及び広視野角素子１８２では０.２９×１０−１５ｍ／Ｐａとしており、反射型液晶パネルでは２．０×１０−３ｍのＳ−ＦＰＬ５２硝材を用いて１.４６×１０−１５ｍ／Ｐａとしている。本実施形態の補助偏光子の作用面から補助検光子の作用面の間に配置される各光透過型基板の光弾性定数と光軸方向の、光透過長の積Ｃ×Ｌの合計は、（０.３３＋０.２９＋０.２９＋１.４６×２＋０.２９＋０.３３）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝４.５×１０−１５ｍ／Ｐａであり、従来に対して約１／６となり、各光透過型基板に加わる応力が従来形態と本実施形態で同じ場合には発生する位相差量も約１／６に低減できる。従って、投射型映像表示装置のコントラストを向上できる。あるいは本実施形態のコントラストが従来形態と同等でもよい場合には、従来形態において各光透過型基板で生じていた位相差による偏光の乱れが低減できる分、補助偏光子、反射型偏光板、補助検光子の偏光度を下げることができるため、補助偏光子、反射型偏光板、補助検光子に高透過率のものを用いることができ、結果として投射型映像表示装置の明るさを向上できる。また、各光透過型基板を薄くすることにより光透過型基板の放熱性が向上し、効率良い冷却ができるため、サファイアや水晶のように偏光を乱すことなく光透過型基板上の各光学素子の長寿命化、各光学素子を冷却するためのファンの回転速度を下げて風切音の低減を実現できる。
【００５３】
なお、板厚が薄い分、光学シャーシの上記の各光学部品を保持する機構の接触部に用いるスポンジ等の衝撃吸収体に高性能なものを用いることで投射型映像表示装置の落下、転倒等による光透過型基板の破損を防止している。
【００５４】
さらには、補助偏光子の作用面から補助検光子の作用面の間に配置される各光学素子の光透過型基板を、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕの群から選ばれた少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスから成るものとする。上記希土類元素を含有することの効果については、観察結果を含めて詳細は、特開平９−５９０３５号公報や特開平１０−８３５３１号公報に記載されている。
【００５５】
希土類元素の含有の形態としては、前記ガラスに微細粒子が分散しており、かつ該微細粒子中に前記希土類元素が含まれていることが好ましい。網目構造を有するガラス組織中に溶け込むことのできる希土類元素の量には上限（固溶限）があり、上限を超える量の希土類元素が添加されると結晶相、または非晶質相としてガラス母相中に析出する。このような結晶相、または非晶質相からなる粒子を微細粒子と称している。希土類元素の分布が不均一の場合は、部分的に固溶限を超えて微細粒子が析出する場合もあるため、必ずしも希土類元素の含有量が、母相ガラスの固溶限を超えている必要はない。希土類元素は、ガラス母相中と、微細粒子のどちらにも存在することが好ましい。微細粒子がガラス母相中に分散していることにより、応力を受けた際にも粒子がガラス母相の変形、破壊を抑制する作用をするため、ガラスの強度がより一層向上する。
【００５６】
希土類元素を含有させたガラスの特徴は上記の微細粒子分散が挙げられるが、これに限られるものではない。上記微細粒子分散の有無は添加する希土類元素の種類や添加量、ガラス製造プロセスでの製造条件などに由来するものであって、微細粒子の分散が観察されない場合もあり得る。このような場合であっても、希土類元素を添加することにより、添加希土類元素を中心として、ガラス母相の基本骨格が引きつけられた一種の圧縮応力場を形成し、このような応力場が均一に分散することによりガラス材の強度の向上が図られる。以上が、希土類をガラスに含有させることによる強度向上の理由である。
【００５７】
また、前記希土類元素はＬｎ２Ｏ３（Ｌｎは希土類元素）の酸化物換算で、ガラス全体に対して、０.５ 〜３０重量％含有することが望ましい。さらに、希土類元素を０.５ 〜２０重量％とすることが望ましい。希土類元素の含有量が０.５ 重量％未満では機械的強度の向上効果が小さい。逆に、３０重量％を超えるとガラス溶解時に希土類元素酸化物の原料粉末が残存し、均一なガラスを得ることが難しい。また、希土類元素の含有量が上限値を超えると微細粒子の粒径が大きくなり、基板の表面粗さが大きくなる。さらには、希土類元素としては、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちのの１種以上であることが望ましい。希土類元素はイオン半径が大きいため、微細粒子としてガラス母相中に析出し易い。希土類元素中でも上記のものは、ガラス母相中で微細粒子を均一に析出させ易く、強度向上効果が高いという特徴がある。
【００５８】
上記希土類元素は、Ｌｎ２Ｏ３(Ｌｎは希土類元素)の酸化物換算で、ガラス全体に対して０.５〜２０重量％含有し、他の成分として少なくともＳｉＯ２：４０〜９０重量％、Ｂ２Ｏ３：０〜２０重量％、Ｒ２Ｏ（Ｒはアルカリ金属）：０〜２０重量％、ＲＯ（Ｒはアルカリ土類金属）：０〜２０重量％、Ａｌ２Ｏ３：０〜１０重量％を含み、かつＲ２Ｏ とＲＯの合計量が１０〜３０重量％であることが望ましい。上記ガラスでは、ソーダライムガラスと呼ばれるガラスが母相成分であるとき、最もガラス強度を高くすることができる。また、アルカリ元素とアルカリ土類元素が含有されているケイ酸塩ガラスにおいて、特に希土類元素の添加効果が高い。
【００５９】
上記のように、これらのガラスは通常のガラスより機械的強度が高いため、板厚をより薄くすることができる。このため、位相差量を低減でき、より一層のコントラスト向上を図ることができる。また、板厚を薄くしたことで、非点収差の低減が可能となる。また、これらのガラスは添加する希土類元素の種類及び量等により特性を変化させることができるため、機械的強度が高いだけでなくＰＢＨ５５（ＯＨＡＲＡ社製、屈折率１.８５、光弾性定数０.０３×１０−１２／Ｐａ）のように光弾性定数の低いガラスの開発が可能と考えられるため、より複屈折を低減化することができる。また、サファイアのように熱伝導率の高いガラスの開発も可能と考えられるため、それらを用いることにより、冷却効率の向上が図れ、光学素子の長寿命化、ファン騒音の低減化も可能となる。
【００６０】
Ｒ用反射型偏光板１０１は、図２（ｂ）に示すように、光透過型基板１０１１の上に作用面である回折格子１０１２を形成し、該作用面上に該作用面及びエッジ部を保護するための光透過性の無機コーティング１０１３を施した構成とし、該作用面及びエッジ部が劣化するのを防いでいる。回折格子１０１２が金属ワイヤグリッドにより形成されている場合は特に有効である。あるいは２枚の光透過型基板で作用面をはさみ、内部に光学用接着剤を充填して空気が介在しないような構成としてもよい。Ｇ用反射型偏光板１０２、Ｂ用反射型偏光板１０３についても同様である。
【００６１】
上記第２の実施形態構成では、反射型液晶パネルの偏光子兼検光子として、回折格子を有する反射型偏光板を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、偏光子兼検光子としては、ＰＢＳプリズムを用いてもよい。
【００６２】
本実施形態ではまた、補助検光子１２１、１２２、１２３はクロスダイクロイックプリズム１４上に設けられているが、補助検光子１２１、１２２、１２３を効率良く冷却する必要がある場合などには、別途、光透過型基板上に設けてクロスダイクロイックプリズム１４から離して設置してもよい。
また、本実施形態は表示素子を３個使用する場合の構成であるが、表示素子を１個のみ使用する構成においても本内容がコントラスト向上に有効であることは明らかである。その場合には例えばカラーホイールなどを用いることによりカラー表示とし、クロスダイクロイックプリズムを用いずに投射レンズを補助検光子の直後に設ける構成とする。
【００６３】
以上、本発明の第２の実施形態によっても、投射型映像表示装置の明るさを確保した状態で、光路上の光学部品における複屈折を抑え、コントラストの一層の向上を図ることができる。光学系の設計もし易い。
【００６４】
上記第２の実施形態においては、（ａ）ダイクロイックミラー７１は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｂ）補助偏光子９１、９２、９３は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｃ）反射型偏光板１０１、１０２、１０３は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｄ）広視野角素子１８１、１８２、１８３はその光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｅ）反射型液晶パネル１１１、１１２、１１３も、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図２の構成において、上記（ａ）〜（ｄ）のうちの１つまたは組合わせたものを要件として備えるものであってもよい。
【００６５】
図３は、本発明の第３の実施形態としての、投射型映像表示装置の光学ユニットの構成例図である。本第３の実施形態は、透過型液晶パネルを用いた場合の例である。（ａ）は光学ユニットの平面図、（ｂ）は１つの透過型液晶パネル（Ｇ用透過型液晶パネル）付近の拡大構成図である。図３において、上記図２の第２の実施形態と同じ作用を有する光学部品には上記図２の場合と同じ符号を付し、その説明を省略する。また、光学部品の光学性能についても、図２の場合と同じ場合には説明を略し、効果については新たなものについてのみ述べる。
【００６６】
図３において、４４は結像レンズ、６２はＧＢ透過Ｒ反射ダイクロイックミラー、７２はＢ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー、８１、８３はそれぞれ、Ｒ反射ミラー、Ｂ反射ミラー、９４、９５、９６はそれぞれ、Ｒ用偏光子、Ｇ用偏光子、Ｂ用偏光子、１１４、１１５、１１６はそれぞれ、Ｒ用透過型液晶パネル、Ｇ用透過型液晶パネル、Ｂ用透過型液晶パネル、１２４、１２５、１２６はそれぞれ、Ｒ用検光子、Ｇ用検光子、Ｂ用検光子、１３１、１３３はそれぞれＲ用１／２波長板、Ｂ用１／２波長板である。また、（ｂ）のように、偏光子から補助検光子に至る各色光の光路上に配設されている光学部品は、基材の光透過型基板（符号に添字１を付す）上に作用面（符号に添字２を付す）が形成されている。また、偏光子９４、９５、９６の補助偏光子面の面上及びエッジ部に光透過性（透明）の無機コーティング９４３、９５３、９６３が施され、透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６は保持部材１１４0、１１５0、１１６0で保持される。本第３の実施形態では、偏光子と検光子の作用を高めるために、偏光子、検光子の構成をそれぞれ２段構成としており、偏光子では、補助偏光子面９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２と偏光子面９４ｂ２、９５ｂ２、９６ｂ２、検光子では、検光子１２４、１２５、１２６と補助検光子１２１、１２２、１２３で構成している。
【００６７】
本第３の実施形態では、上記ダイクロイックミラー６２、７２はいずれも、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．７×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、表示素子としての上記透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が８．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、広視野角素子は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有している。
【００６８】
以下、本第３の実施形態構成における白表示時の動作につき述べる。
図３において、結像レンズ４２までは図２の構成と同じ形態及び動作である。結像レンズ４２を透過した光はＧＢ透過Ｒ反射ダイクロイックミラー６２に入射し、該ＧＢ透過Ｒ反射ダイクロイックミラー６２において、Ｇ、Ｂ光は透過し、Ｒ光は反射して光線方向を９０°曲げられる。Ｒ光はさらにＲ反射ミラー８１によって反射し光線方向を９０°曲げられ、結像レンズ４３を透過し、Ｒ用１／２波長板１３１に入射する。Ｒ光は、該Ｒ用１／２波長板１３１を透過することによりＳ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｒ用偏光子９４に入射する。Ｒ用偏光子９４は光透過型基板９４１の入射側に補助偏光子面９４ａ２、出射側に偏光子面９４ｂ２が形成されており、両偏光子の反射軸あるいは吸収軸は互いに平行とされている。Ｒ用偏光子９４の補助偏光子面９４ａ２及び偏光子面９４ｂ２の反射軸あるいは吸収軸に直交する偏光方向の光（ここではＰ偏光光）がＲ用偏光子９４を透過し、Ｒ用透過型液晶パネル１１４の入射面に配置されるＲ用広視野角素子１８１'を透過し、Ｒ用透過型液晶パネル１１４に入射する。Ｇ光、Ｂ光はＢ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７２に入射し、該Ｂ透過Ｇ反射ダイクロイックミラー７２において、Ｂ光は透過し、Ｇ光は反射して光線方向を９０°曲げられる。Ｇ光は結像レンズ４４を透過し、Ｇ用偏光子９５に入射する。Ｇ用偏光子９５は、Ｒ用偏光子９４と同様に、光透過型基板９５１の入射側に補助偏光子面９５ａ２、出射側に偏光子面９５ｂ２が形成されており、両偏光子の反射軸あるいは吸収軸は互いに略平行とされている。Ｇ用偏光子９５の補助偏光子面９５ａ２及び偏光子面９５ｂ２の反射軸あるいは吸収軸に直交する偏光方向の光（ここではＳ偏光光）がＧ用偏光子９５を透過し、Ｇ用透過型液晶パネル１１５の入射面に配置されるＧ用広視野角素子１８２'を透過し、Ｇ用透過型液晶パネル１１５に入射する。Ｂ光は、リレーレンズ４５を透過し、Ｂ反射ミラー８２によって反射し光線方向を９０°曲げられ、リレーレンズ４６を透過し、Ｂ反射ミラー８３によって反射し光線方向を９０°曲げられ、リレーレンズ４７を透過し、Ｂ用１／２波長板１３３に入射する。該Ｂ光は、Ｂ用１／２波長板１３１を透過することにより、Ｓ偏光光からＰ偏光光に変換され、Ｂ用偏光子９６に入射する。Ｂ用偏光子９６も、Ｒ用偏光子９４と同様に、光透過型基板９６１の入射側に補助偏光子面９６ａ２、出射側に偏光子面９６ｂ２が形成されており、両偏光子の反射軸あるいは吸収軸は互いに平行にされている。Ｂ用偏光子９６の補助偏光子面９６ａ２及び偏光子面９６ｂ２の反射軸あるいは吸収軸に直交する偏光方向の光（ここではＰ偏光光）がＢ用偏光子９６を透過し、Ｂ用透過型液晶パネル１１６の入射面に配置されるＢ用広視野角素子１８３'を透過し、Ｂ用透過型液晶パネル１１６に入射する。
上記のようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれに色分離される。
【００６９】
Ｒ用透過型液晶パネル１１４、Ｇ用透過型液晶パネル１１５、Ｂ用透過型液晶パネル１１６に入射した光は、それぞれＲ用透過型液晶パネル１１４、Ｇ用透過型液晶パネル１１５、Ｂ用透過型液晶パネル１１６の白映像を表示する画素により、透過の際に偏光が９０°回転され、Ｒ光はＳ偏光光、Ｇ光はＰ偏光光、Ｂ光はＳ偏光光となり、Ｒ用検光子１２４、Ｇ用検光子１２５、Ｂ用検光子１２６に入射する。検光子１２４、１２５、１２６の吸収軸は、それぞれがＳ偏光光、Ｐ偏光光、Ｓ偏光光と直交するため、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光はそれぞれ、検光子１２４、１２５、１２６を透過し、それぞれＲ用補助検光子１２１、Ｇ用補助検光子１２２、Ｂ用補助検光子１２３に入射する。補助検光子１２１、１２２、１２３の吸収軸は、検光子１２４、１２５、１２６の吸収軸に略平行となるように配置されるため、検光子１２４、１２５、１２６を透過した光は補助検光子１２１、１２２、１２３を透過し、Ｒ、Ｇ、Ｂ光ともクロスダイクロイックプリズム１４に入射する。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光はクロスダイクロイックプリズム１４によって白色光に合成され、投射レンズ１５によってスクリーン（図示なし）に拡大投射される。
上記図３の構成では、光路上で光源側のダイクロイックミラーをＲ光が反射する構成としたが、Ｂ光が透過する構成、すなわちＲ光路とＢ光路が入れ替わった構成としてもよい。
【００７０】
次に、図３の実施形態における黒時の動作につき述べる。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光が透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６に入射するまでは、黒時の動作は、上記白時の動作と同じである。透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６に入射したＲ、Ｇ、Ｂ光が、それぞれ透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６の黒映像を表示する画素を透過する場合には液晶層は作用せず、各色光の偏光状態は維持される。すなわち、本実施形態構成においては、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光はそれぞれ、Ｐ偏光光、Ｓ偏光光、Ｐ偏光光のまま透過する。従って、各色光の偏光方向は検光子１２４、１２５、１２６及び補助検光子１２１、１２２、１２３の吸収軸に平行なため、各色光は検光子１２４、１２５、１２６及び補助検光子１２１、１２２、１２３によって吸収され、スクリーンには投射されない。
【００７１】
図３の構成において、１／２波長板１３１、１３３はそれぞれ、結像レンズ４３及びリレーレンズ４７の出射面に配置される。該配置構成とすることで、１／２波長板１３１、１３３を、熱源となる偏光子９４、９６及び検光子１２４、１２６から離して配置することができ、さらに、偏光子９４、９６との間に空気流路が確保されるため、冷却ファン（図示なし）からの冷却風により効率良く冷却され、１／２波長板１３１、１３３の長寿命化、ファンの風切音の低減を図ることができる。また、熱源となる偏光子９４、９６及び検光子１２４、１２６からは離して配置するため、１／２波長板１３１、１３３の熱による収縮変形量が少なく、１／２波長板１３１、１３３の熱収縮に起因するコーナー部の色むらを抑えることができる。本実施形態の場合も、上記第２の実施形態の場合と同様な理由から、偏光子９４、９５、９６の補助偏光子面９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２には反射型偏光板を、偏光子面９４ｂ２、９５ｂ２、９６ｂ２に吸収型偏光板を用い、かつ、補助偏光子面９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２の面上及びエッジ部に光透過性（透明）の無機コーティング９４３、９５３、９６３を施してある。
【００７２】
広視野角素子１８１'、１８２'、１８３'は、黒時の透過型液晶パネル１１１、１１２、１１３が斜め光に対し位相差を持ってしまい、偏光を乱すことを補正するためのもので、斜め光に対し、透過型液晶パネルの位相差とは逆の位相差を有するように構成されている。本実施形態の該広視野角素子１８１'、１８２'、１８３'は透過型液晶パネル用であるため、上記第２の実施形態における反射型液晶パネル用の広視野角素子１８１、１８２、１８３とは、例えばリタデーション値等の点で異なる。該広視野角素子１８１'、１８２'、１８３'は、現流の透過型液晶パネルへの広視野角素子の適用を可能にし、かつ該広視野角素子から透過型液晶パネルの液晶層までの界面数を少なくすることを可能にするために、透過型液晶パネル１１１、１１２、１１３の入射面に配置する。
【００７３】
クロスダイクロイックプリズム１４の上面及び下面（光が透過しない紙面に平行な面）には放熱フィンが取り付けられており、補助検光子１２１、１２２、１２３で発生した熱は、クロスダイクロイックプリズム１４を介し、放熱フィンにより効率良く放熱される。このため、補助検光子１２１、１２２、１２３の長寿命化、ファンの風切音の低減化に有効である。
【００７４】
補助偏光子面９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２から補助検光子１２１、１２２、１２３の間に配置される各光透過型基板すなわち偏光子の光透過型基板９４１、９５１、９６１、透過型液晶パネルの入射側及び出射側の光透過型基板１１４ａ１、１１４ｂ１、１１５ａ１、１１５ｂ１、１１６ａ１、１１６ｂ１、検光子の光透過型基板１２４１、１２５１、１２５１において、その光透過型基板を透過する光の中心波長あるいは重心波長に対するＣ×Ｌが、それぞれ、偏光子９４、９５、９６及び検光子１２４、１２５、１２５として用いられる偏光板の光透過型基板では１．０ ×１０−１５ｍ／Ｐａ以下、透過型液晶パネルの入射側及び出射側の光透過型基板１１４ａ１、１１４ｂ１、１１５ａ１、１１５ｂ１、１１６ａ１、１１６ｂ１では４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下である光透過型基板を用いている。
【００７５】
図３の構成における補助偏光子の作用面（９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２）から補助検光子の作用面の間に配置される各光透過型基板の、光軸方向のＣ×Ｌの合計を、コントラストへの影響が大きいＧ光路について比較すると、従来形態が（１．９＋７．５＋７．５＋１．９）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝１８．８×１０−１５ｍ／Ｐａ（透過型液晶パネルの光透過型基板を２．２ｍｍの１７３７Ｆとする）であるのに対し、本実施形態では（１．０＋４.０＋４.０＋１．０）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝１０．０×１０−１５ｍ／Ｐａであり、約１／２となり、各光透過型基板に加わる応力が従来形態と本実施形態で同じ場合には発生する位相差量も約１／２に低減できる。
上記光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積の各数値範囲は、基板材質や基板厚の範囲を含め実用に適する範囲である。
【００７６】
図３の実施形態について、補助偏光子の作用面から補助検光子の作用面の間に配置される各光透過型基板のＣ×Ｌをコントラストへの影響が大きいＧ光路について具体的に示すと、偏光子の光透過型基板９５１及び検光子の光透過型基板１２５１には板厚０．４×１０−３ｍのＳ−ＦＰＬ５２硝材を用いることにより光透過型基板のＣ×Ｌを０.２９×１０−１５ｍ／Ｐａ、透過型液晶パネルの入射側及び出射側の光透過型基板にはそれぞれ板厚１.７×１０−３ｍのＳ−ＦＰＬ５２硝材を用いてＣ×Ｌを１.２４×１０−１５ｍ／Ｐａとしているため、光軸方向のＣ×Ｌの合計は（０.２９＋１.２４＋１.２４＋０.２９）×１０−１５ｍ／Ｐａ＝３.１×１０−１５ｍ／Ｐａとなり、従来に対して約１／６となり、各光透過型基板に加わる応力が従来形態と本実施形態で同じ場合には、発生する位相差量も約１／６に低減できる。従って、投射型映像表示装置のコントラストあるいは明るさをより一層向上させることができる。また、板厚が薄い分、光学シャーシの上記の各光学部品を保持する機構の接触部に用いるスポンジ等の衝撃吸収体に高性能なものを用いている点も上記第２の実施形態の場合と同様である。
また、上記第２の実施形態の場合と同様、各光透過型基板を薄くすることにより、各光学素子を効率良く冷却することができるため、各光学素子の長寿命化、ファンの風切音の低減化も可能となる。
【００７７】
なお、本第３の実施形態において、上記補助偏光子面９４ａ２、９５ａ２、９６ａ２から上記補助検光子１２１、１２２、１２３の間に配置される各光透過型基板は、上記第２の実施形態の場合と同様に、Ｓｃ、Ｙ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの少なくとも１種の希土類元素を含有するガラスから構成される。希土類元素を含有するガラスは通常のガラスより機械的強度が高いため、板厚をより薄くすることができる。このため、位相差量を低減でき、さらなるコントラストの向上化を図ることができる。
【００７８】
本実施形態ではまた、補助検光子１２１、１２２、１２３はクロスダイクロイックプリズム１４上に設けられているが、補助検光子１２１、１２２、１２３を効率良く冷却する必要がある場合などには、別途、光透過型基板上に設けてクロスダイクロイックプリズム１４から離して設置してもよい。
また、本実施形態は表示素子を３個使用する場合の構成であるが、表示素子を１個のみ使用する構成においても本内容がコントラスト向上に有効であることは明らかである。その場合には例えばカラーホイールなどを用いることによりカラー表示とし、クロスダイクロイックプリズムを用いずに投射レンズを補助検光子の直後に設ける構成とする。
【００７９】
以上、本発明の第３の実施形態によっても、投射型映像表示装置の明るさを確保した状態で、光路上の光学部品における複屈折を抑え、コントラストの一層の向上を図ることができる。光学系の設計もし易い。
【００８０】
なお、上記第３の実施形態では、（ａ）偏光子９４、９５、９６は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｂ）表示素子としての上記透過型液晶パネル１１４、１１５、１１６は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が４．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有し、（ｃ）検光子１２４、１２５、１２６は、その光軸光線に対する光透過長と光弾性定数の積が１．０×１０−１５ｍ／Ｐａ以下の光透過型基板を有しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図３の構成において、上記（ａ）〜（ｃ）のうちの１つまたは組合わせたものを要件として備えるものであってもよい。
【００８１】
図４は、上記光学ユニットを搭載した投射型映像表示装置の概略図である。図４において、図１、図２、図３の構成と同じ機能を有する要素部分には同じ符号を付す。
図４において、３１０は投射型映像表示装置、３００は、上記図１〜図３で説明した光学ユニット、３０１は、液晶パネルに光学像を形成させるように表示駆動を行う表示駆動回路である。
【００８２】
図４において、光源１からの光は、例えば図１のロッドレンズ３の偏光変換作用により、所定方向の偏光光に揃えられ、色分離手段（例えば図１のダイクロイックミラー６１、７１）でＲ光、Ｇ光、Ｂ光に分離され、反射型液晶パネル１１１（１１２、１１３）あるいは透過型液晶パネル１１４（１１５、１１６）に照射される。反射型液晶パネル１１１（１１２、１１３）あるいは透過型液晶パネル１１４（１１５、１１６）では表示駆動回路３０１からの映像信号に応じて色光毎に前記所定偏光の偏光状態が変えられ、各色光の濃淡に変えられる光強度変調が行われて、光学像が形成される。各色光の該光学像は色合成手段（例えば図１のクロスダイクロイックプリズム１４）で合成され、投射レンズ１５でスクリーンに拡大投射される。
【００８３】
図５は、上記投射型映像表示装置のうちの一形態である背面投射型映像表示装置に適用した一例であり、その側面側断面図である。
図５において、３１０は投射装置、３１１は背面ミラー、３１２はスクリーン、３１３は背面投射型映像表示装置の筐体である。投射装置３１０からの投射映像光は、背面ミラー３１１でスクリーン３１２方向に光路を折り返えされて、スクリーン３１２の背面側から投射される。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の投射型映像表示装置の概略図である。
【図５】背面投射型映像表示装置の概略図である。
【符号の説明】
【００８５】
１…光源、
２…光軸、
３…ロッドレンズ、
５…白色反射ミラー、
６１、６２、７１、７２…ダイクロイックミラー、
８１、８２、８３…反射ミラー、
１４…クロスダイクロイックプリズム、
１５…投射レンズ、
４１、４２、４３、４４…結像レンズ、
４５、４６、４７…リレーレンズ、
９０、９１、９２、９３…補助偏光子、
９４、９５、９５…偏光子、
１０１、１０２、１０３…反射型偏光板、
１１１、１１２、１１３…反射型液晶パネル、
１１４、１１５、１１６…透過型液晶パネル、
１２１、１２２、１２３…補助検光子、
１２４、１２５、１２６…検光子、
１３１、１３２、１３３…１／２波長板、
１８１、１８２、１８３…広視野角素子、
３００…光学ユニット、
３０１…表示駆動回路、
３１０…投射装置、
３１１…背面ミラー、
３１２…スクリーン、
３１３…筐体。
【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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