(57)【要約】  【課題】  投射型映像表示技術において、偏光分離手段に起因する非点収差や全反射を抑え、映像の高画質性を確保可能な技術を提供する。  【解決手段】  偏光分離手段として、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面に接して空気層が形成された偏光分離素子を液体等の媒質中に設けた構成とする。また、該偏光分離手段を用いる投射型映像表示装置または光学ユニットとしては、ライトバルブの光照射面に対し４５゜未満の角度で傾けた偏光分離面により、該ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する構成とする。【選択図】  図５
2005250054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、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であって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられ、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
光源側からの光を映像表示素子に照射し、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であって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられ、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項３】
上記偏光分離手段は、上記媒質が光透過性の液体であり、上記偏光分離面が光透過性の平板上に形成された構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
上記偏光分離手段は、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され上記ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされた構成である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
上記偏光分離手段は、上記偏光分離面に対する光の入射角が、上記媒質と上記空気層の界面における臨界角以下である請求項１または請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項６】
上記ライトバルブは、反射型ライトバルブである請求項１から５のいずれかに記載の投射型映像表示装置。
【請求項７】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、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ユニットであって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられた状態で、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項８】
光源側からの光を映像表示素子に照射し、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ユニットであって、
光源側からの光の偏光方向を揃えＰ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換された偏光光を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色光に分離する分離手段と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が空気層を介して媒質中に形成され、かつ、該偏光分離面が上記ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度に傾けられた状態で、上記ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離手段と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成手段と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項９】
上記偏光分離手段は、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され上記ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされた構成である請求項７または請求項８に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
上記偏光分離手段は、上記媒質が光透過性の液体である請求項７から９のいずれかに記載の光学ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源側からの光を液晶パネル等のライトバルブ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に関する。
【背景技術】
【０００２】
業務用途の液晶プロジェクタが大きく普及してきている。また、従来のブラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式の画像表示装置に代わるものとして、液晶表示素子を用いた投射型テレビの開発が行われてきた。特に、家庭用の投射型テレビとしては、業務用の液晶プロジェクタに比べて、より忠実な色再現性、高いコントラスト性能及び素早い動画表示性能が求められている。
液晶の反射型ライトバルブの場合、液晶層を反射により往復で２回通過するので、透過型に比べてその液晶層の厚さを約半分にできる。液晶層の厚さが半分になれば、その応答速度は４倍となり、動画表示に有利である。
液晶の反射型ライトバルブを用いた投射型プロジェクタ装置では、一般に、反射型ライトバルブの前に、偏光子及び検光子の作用を有する、所定偏光方向の偏光波を透過し、それと直交する偏光方向の偏光波を反射させる偏光分離手段が配置される。このような従来技術としては、例えば特開２００１−５６４４９号公報（特許文献１）や特開平１０−５５０３７号公報（特許文献２）等に記載されている。
これらの従来技術では、赤色・緑色・青色光用の反射型ライトバルブと偏光分離手段が３組配置され、３色光はクロスダイクロイックプリズムで色合成する構成となっている。
【０００３】
偏光分離手段としては、一般に、例えば２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）（以下、ＰＢＳという）が形成されて成るＰＢＳプリズムや、例えば米国特許第６，２３４，６３４号明細書（特許文献３）に記載されているように、透光性基板上にワイヤグリッド構造の回折格子が形成されたワイヤグリッド型偏光分離素子等がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５６４４９号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平１０−５５０３７号公報
【特許文献３】米国特許第６，２３４，６３４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６は各種偏光分離方式の説明図で、図６（１）は、偏光分離手段としてＰＢＳプリズムを用いた場合、図６（２）及び図６（３）は、ワイヤグリッド型偏光分離素子を用いた場合である。
図６（１）において、ＰＢＳプリズム１７Ａは、偏光分離膜１７Ａ１を間にはさみ込んだプリズムブロック１７Ａ２で構成される。プリズムブロック１７Ａ２に入射した光のうちＰ偏光方向の光（Ｐ偏光光）は偏光分離膜１７Ａ１を透過し、Ｓ偏光方向の光（Ｓ偏光光）は偏光分離膜１７Ａ１で反射され、液晶パネルの反射型ライトバルブ２１に入射する。反射型ライトバルブ２１を構成する各画素（図示なし）がＯＮの状態では、Ｓ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射されるため、反射型ライトバルブ２１を出射するＰ偏光光（破線）は偏光分離膜１７Ａ１を透過する。偏光分離膜１７Ａ１は、プリズムブロック１７Ａ２に垂直（偏光分離膜に対しては４５度入射）に入射した光線に対する偏光分離作用には優れる、すなわち、消光比が大きい。しかしながら、照明光学系のＦ値をＦ３とすると、テレセントリック化を図っても、ｔａｎ−１〔（１／２）（１／３）〕＝９．５°の光線が存在しており、この偏光分離膜は、このような角度の付いた光線に対する消光比が低下する。このため、表示装置のコントラスト性能が劣化する。なお、設計中心値の角度を変えれば、その角度での優れた消光比が得られるが、その角度からずれた光線の消光比はやはり低下する。
【０００７】
図６（２）において、偏光分離手段としてのワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂは、透光性基板１７Ｂ２上に、ワイヤグリッド構造の回折格子である偏光分離面１７Ｂ１が、反射型ライトバルブ２１に対向して形成されている。偏光分離面１７Ｂ１に入射したＳ偏光光（実線）は反射されて反射型ライトバルブ２１に入射する。反射型ライトバルブ２１を構成する各画素（図示なし）がＯＮの状態では、Ｓ偏光光がＰ偏光光に変換されて反射されるため、反射型ライトバルブ２１を出射するＰ偏光光（破線）は偏光分離面１７Ｂ１を透過する。また、図６（３）におけるワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂは図６（２）と同じ構成である。本図６（３）においては、光の入射と出射は図６（２）の場合と逆にする。
【０００８】
図６（２）及び図６（３）のワイヤグリッド型偏光分離素子の場合は、４５°入射での消光比のピーク値は低いが、角度の付いた光線に対する消光比の劣化が少ない。このため、光束全体としてのコントラスト性能が良い。しかしながら、ワイヤグリッド型偏光分離素子では、以下の問題点がある。すなわち、図６（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子は、ワイヤグリッドの偏光分離面１７Ｂ１は、反射型ライトバルブ２１で反射された偏光光の光束を透過させるため、ワイヤグリッドの配置角度ズレや、ワイヤグリッドの熱による膨張変形が起きた場合も性能劣化は起きにくい。しかしながら、本図６（２）の構成では、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７Ｂの透光性基板１７Ｂ２を斜めに配置しているため、非点収差が発生する。また、図６（３）のワイヤグリッド型偏光分離素子では、ワイヤグリッドの偏光分離面１７Ｂ１は、反射型ライトバルブ２１で反射された偏光光の光束を反射するため、ワイヤグリッドの配置角度のズレや、ワイヤグリッドの熱による膨張変形が起きた場合、投射性能が劣化し易い。
【０００９】
図７は、非点収差によるスポット図の劣化についての説明図である。
図７において、横軸は、像面位置であり、近軸像面の位置（横軸０．０００の位置）を基準に、−２００×１０−３ｍから２００×１０−３ｍの間で４０×１０−３ｍ刻みに分割し、縦軸に、反射型ライトバルブ２１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の３箇所の物点に対応したスポット図を示す。図７において、（１）は、厚さ０．７×１０−３ｍの透光性基板１７Ｂ２を反射型ライトバルブ２１に対して平行に配置した場合（φ＝９０°）のスポット図、図７（２）は、透光性基板１７Ｂ２を４５°傾けた場合（φ＝４５°）のスポット図である。図７（２）から明らかなように、透光性基板１７Ｂ２が４５°傾斜した場合にスポット図の劣化が起きる。なお、該非点収差の量は、反射型ライトバルブの大きさすなわち投射倍率によっても大きく変化する。なお、図７において、２２は投射レンズユニットである。
【００１０】
本発明の課題点は、上記状況に鑑み、投射型映像表示技術において、ワイヤグリッド型偏光分離素子など、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を有する偏光分離手段における温度上昇を抑えて熱による変形を防止するともに、非点収差や全反射などを抑えられるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、高画質性を確保できる投射型映像表示技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題点を解決するために、本発明では、偏光分離手段として、光の屈折率が１よりも大きい液体等の媒質中に偏光分離素子を配設した構成とし、該偏光分離素子としては、ワイヤグリッド構造等の格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を備え、該偏光分離面に接して空気層が形成された構成とする。また、該偏光分離手段を用いる投射型映像表示装置または光学ユニットとしては、ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度で傾けた偏光分離面により、該ライトバルブに照射された光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する構成とする。また、該偏光分離手段は、その光入射面が入射光線方向に垂直方向から傾けられ、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離されライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投射型映像表示技術において、偏光分離素子部の温度上昇を抑えられると同時に、映像の高画質性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１〜図３は、偏光分離手段における全反射及び偏光分離面の傾斜についての説明図である。図１は、偏光分離手段で発生する全反射の説明図、図２は、偏光分離手段の偏光分離面を、ライトバルブの光照射面に対し４５°の傾斜状態とした場合の光路説明図、図３は、偏光分離面を、ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の傾斜状態とした場合の光路説明図である。
【００１４】
図１では、上記図６（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子で生じる非点収差を低減するために、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を、透光性基板と略同じ光の屈折率を有する媒質として液体１８中に配している。ワイヤグリッドを液体１８の中に配した場合、ワイヤグリッドを空気中で使用する場合に比べ光の波長が短くなる。このため、所定レベルの偏光分離特性を確保するためには、ワイヤグリッドの格子ピッチを小さくする必要がある。しかし、格子ピッチを小さくしたワイヤグリッドは製造が困難となる。本図１のワイヤグリッド型偏光分離素子１７では、ワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）と液体１８との間に、非点収差に影響を及ぼさない程度の厚さの空気層（図示なし）を設けている。
【００１５】
一般に、光の屈折率が大きい媒質と屈折率が小さい媒質の境界での光線の屈折・反射を取扱う場合は、全反射に注意する必要がある。図１（１）において、液体１８の屈折率を１．５とした場合、空気層（屈折率１）と間で全反射を起こす角度は、スネルの法則によれば４１．８°（＝ｓｉｎ−１（１／１．５））となる。すなわち、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射するＳ偏光光（実線）のみならず、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７で透過すべきＰ偏光光も反射してしまう。本来、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を反射する偏光分離面で全反射が生じると、消光比すなわちコントラストが劣化する。なお、図１（１）において、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、液体１８を充填した例えば立方体の透光性容器１９Ａの中に配設され、全体として偏光分離手段１０Ａを構成している。
【００１６】
上記全反射を回避するための手段について図１（２）に基づき説明する。図１（２）の偏光分離手段１０Ｂにおいて、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７が、前述のように、斜めからの入射角度に対しても消光比自体が劣化しないことに着目し、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７（ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の偏光分離面）を４５°配置位置から角度θだけ反時計方向に回転させ、反射型ライトバルブ２１の光照射面に対し４５°未満の角度に傾けた状態とし、該ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に対する照明光学系（図示なし）の光軸上の入射光線Ｌ１０の入射角が臨界角以下となるようにしている。また、照明光学系からの入射光線Ｌ１０に対するワイヤグリッド型偏光分離素子１７での反射光線Ｌ２０が、投射レンズユニット（図示なし）の光軸と平行となるように、反射型ライトバルブに対しては該反射光線Ｌ２０を垂直に入射させている。これに伴い、入射光線Ｌ１０と反射光線Ｌ２０の成す角度は９０°以下となり、入射光線Ｌ１０は、反射型ライトバルブ２１の面に対して平行とは成らず、図のように傾斜した光線となる。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を４５°配置位置から傾斜させる前の入射光線Ｌ１と傾斜後の入射光線Ｌ１０とのなす角度は２θである。液体１８を入れた透光性容器１９Ｂは、その入射壁面１９Ｂｉが入射光線Ｌ１０と直交する（＝入射壁面１９Ｂｉに対する入射光線Ｌ１０の入射角が０°となる）ようにし、該入射壁面１９Ｂｉが、投射レンズユニットの光軸に対し平行でなく、該光軸に対して２θだけ傾斜するようにしている。すなわち、透光性容器１９Ｂを非立方体としている。例えば、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を４５°配置位置から１０°（＝θ）傾斜させ、入射光線Ｌ１０の方向を、傾斜前の照明光学系の入射光線Ｌ１の方向に対して２０°傾けることで、偏光分離面すなわち媒質と空気層との界面への入射角度が１０°小さくなる。これにより全反射を抑えることができる。偏光分離面（ワイヤグリッド）の回転角度は、媒質の光の屈折率によって異なる。ワイヤグリッドを液体中に配置することで、ワイヤグリッドの放熱を有効に行うことができる。
【００１７】
以上述べたように、空気層を有するワイヤグリッド型偏光子を液体中に、反射型ライトバルブに対して４５°未満の角度で傾けて配設し、ワイヤグリッド型偏光子に対する照明光学系（図示なし）からの入射光線の入射角を、液体と空気層の界面における臨界角以下とすることにより、非点収差、全反射、熱による変形などの低減化が可能となる。
【００１８】
図２及び図３は、照明光学系における色分離後の各色光の光路図である。図２は、上記図１（１）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°傾斜するようにした状態で用いた場合の光路図、図３は、上記図１（２）に示すワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°未満の角度で傾斜するようにした状態で用いた場合の光路図である。
【００１９】
図２において、ダイクロイックミラー１６１は、Ｓ偏光光の入射白色光のうち、青色光を反射し、残りの緑色光と赤色光を透過する。さらに、ダイクロイックミラー１６２は、緑色光を反射し、残りの赤色光を透過する。色分離された赤、緑、青色光の各色光は、偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａで反射し、反射型ラトバルブ２１１、２１２、２１３に入射する。偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａはそれぞれ、対応する反射型ラトバルブ２１１、２１２、２１３の光照射面に対し、その偏光分離面が４５°傾斜するようにしてある。反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の各画素がＯＮの状態では、各色光のＳ偏光光はＰ偏光光に変換されて該反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３から出射される。該出射された各色光のＰ偏光光は、偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａを透過して、クロスダイクロイックプリズム２０に入射し、該クロスダイクロイックプリズム２０において色合成され投射レンズユニットに入射する。１６３は全反射ミラーである。図２では、ダイクロイックミラー１６１、１６２、全反射ミラー１６３や偏光分離手段１７１ａ、１７２ａ、１７３ａではそれぞれ、入射光線と反射光線とが直交するすなわち光路の光軸がそれぞれの入射側と出射側で直交するいわゆる水平・垂直の関係にある。
【００２０】
図３では、偏光分離手段として、上記図１（２）のワイヤグリッド型偏光分離素子を、その偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対して４５°未満傾斜するようにした偏光分離手段１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂを用いているため、反射型ライトバルブからの出射光の方向（＝投射レンズユニットの光軸方向）に直交する方向に対して、該偏光分離手段への入射光線の方向が傾斜した斜め入射となる。
【００２１】
図４、図５は、本発明の実施形態の説明図である。図４は、本発明における偏光分離手段の構成例図、図５は、本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。なお、上記図２〜図３に示す構成と共通機能を有する部分には、同一の符号を付す。
【００２２】
本発明では、偏光分離手段として、透光性基板上にワイヤグリッド構造の回折格子が形成された偏光分離面を有するワイヤグリッド型偏光分離素子を、該透光性基板と略同じ光の屈折率Ｎを有する媒質が充填された透光性容器中に設け、該偏光分離面と該媒質との界面には薄い空気層が形成されたものを用いる。該偏光分離手段は、偏光分離面が反射型ライトバルブの光照射面に対し４５°未満の角度を成すように配されている。すなわち、該偏光分離手段は、偏光分離面への入射光が該偏光分離面に対し入射角４５°未満の角度（４５°−θ）で入射し、該偏光分離面で偏光分離された光が反射角４５°未満の角度（４５°−θ）で出射して、反射型ライトバルブの光照射面に対し垂直に入射するようにされている。また、該偏光分離手段の光入射面は、入射光線方向に対して垂直方向から傾けられ、入射光線の方向と、偏光分離面で偏光分離され反射型ライトバルブに垂直に入射する出射光線の方向とが直交するようにされている。
【００２３】
偏光分離手段において、媒質と空気層との界面での全反射をなくすためには、偏光分離面の傾き角θと媒質の光の屈折率Ｎとの間で、次の数１の関係が成り立つようにする必要がある。
【００２４】
θ≧４５°−ｓｉｎ−１（１／Ｎ）                              …（数１）
図４において、映像信号に応じた光強度変調を行う液晶パネル等の反射型ライトバルブ２１はＸＹ平面に平行に配置され、該反射型ライトバルブ２１にはＺ軸に平行に例えばＳ偏光光が入射し、ＯＮした画素ではＰ偏光光に変換され、Ｚ軸に平行な光軸を有する投射レンズユニット（図示なし）に向けて出射される。偏光分離構造体としての偏光分離手段１０は、媒質である液体１８と、該液体１８が充填された透光性容器１９と、該透光性容器１９中に配設されたワイヤグリッド型偏光分離素子１７とで構成される構造体である。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、透光性基板（図示なし）上に形成されたワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）が反射型ライトバルブ２１側に対向しており、ワイヤグリッドの偏光分離面（図示なし）の上には液体１８との界面に薄い空気層（図示なし）が設けられる。該空気層は、空気中で使用することを前提に設計されたワイヤグリッド型偏光分離素子を使用可能とするためのものである。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、その偏光分離面が反射型ライトバルブ２１の光照射面すなわちＸＹ平面に対し４５°未満の角度を成すようにされている。Ｙ軸に平行な入射光線Ｌ１が偏光分離手段１０に入射する透光性容器１９の入射壁面１９ｉは、ＸＺ平面に対してγ傾斜している。なお、１９Ｂは、上記図１（２）で示した透光性容器、１９Ｂｉはその入射壁面である。
【００２５】
このように構成された偏光分離手段１０に入射するＹ軸に平行な入射光線Ｌ１は、透光性容器１９の入射壁面１９ｉ上のＡ点で屈折されて（屈折角をαとする）屈折光線Ｌ１'となり、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射する。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７で偏光分離されたＳ偏光光の反射光線Ｌ２は反射型ライトバルブ２１に対し垂直に入射する。すなわち、入射光線Ｌ１と反射光線Ｌ２とは直交している。なお、屈折光線Ｌ１'は、入射壁面１９Ｂｉに垂直であり、それを入射方向に延長した光線は入射光線Ｌ１０に等しい。
【００２６】
ここで、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７は、その偏光分離面が、反射型ライトバルブ手段２１の光照射面に対し４５°の位置から角度θだけずらされ４５°未満の角度を成すようにされているため、Ｙ軸方向と屈折光線Ｌ１'とが成す角は２θとなる。従って、入射壁面１９ｉにおける入射光線Ｌ１の入射角はα＋２θとなり、スネルの法則をあてはめると、次の数２が得られる。
【００２７】
ｓｉｎ（２θ＋α）＝Ｎ・ｓｉｎα                          …（数２）
これを変形すると、次の数３が得られる。
【００２８】
ｔａｎα＝ｓｉｎ２θ／（Ｎ−ｃｏｓ２θ）                  …（数３）
ここで、γと９０−（２θ＋α）は、互いに余角の関係にあるため、次の数４が求まる。
【００２９】
γ＝２θ＋α                                              …（数４）
また、屈折光線Ｌ１'がワイヤグリッド型偏光分離素子１７に入射する際、液体１８と空気層との界面で全反射しないためには、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７に対する屈折光線Ｌ１'の入射角が４５°−θであるため、上記数１を満足する必要がある。具体的な数値例としては、例えば、図４において、液体の光の屈折率Ｎ＝１．４、偏光分離面の回転角θ＝７°とすると、数３よりα＝２９．４°、数４よりγ＝４３．４°となる。
【００３０】
また、反射型ライトバルブ２１に入射したＳ偏光光は、ＯＮした画素で反射されてＰ偏光光に変換され、再び偏光変換手段１０に垂直に入射し、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７をそのまま透過して投射レンズユニットに向かう。このとき、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７を透過する際の非点収差が生じないようにするために、本発明では、媒質である液体１８の光の屈折率を、ワイヤグリッド型偏光分離素子１７の透光性基板（図示なし）の光の屈折率と略等しくなるようにしている。
【００３１】
なお、上記図４では、照明光学系（図示なし）の光軸上の光線Ｌ１が偏光分離手段に入射する点Ａを変えずに、該点Ａを中心に入射面を回転させる場合、すなわち、入射壁面１９Ｂｉが入射壁面１９ｉに重なるように回転させる場合を示したが、図４のように、反射型ライトバルブ２１に対向する偏光分離手段１０の面の中心と反射型ライトバルブ２１の中心がずれている場合には、点Ａの位置を変え、それに対応して照明光学系の光軸もＺ軸方向に平行移動させればよい。なお、上記図３において、偏光分離手段１７１ｂ、１７２ｂ、１７３ｂに替えて、図４の偏光分離手段を用いた場合には、該偏光分離手段に入射する入射光線が反射型ライトバルブの光照射面に平行となるため、照明光学系をコンパクトな構成とすることができる。
【００３２】
図５は、図４の偏光分離手段１０を用いた本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。
図５において、１１は光源、１２はリフレクタ、１３１、１３２はそれぞれ、インテグレータとしての第１マルチレンズアレイと第２マルチレンズアレイ、１４は、プリズムアレイからな成る平板型偏光変換手段、１５１は集光レンズ、１５２、１５４はそれぞれフィールドレンズ、１５３はリレーレンズ、１６１、１６２はダイクロイックミラー、１６３は全反射ミラー、１０１、１０２、１０３は偏光分離手段、１７１、１７２、１７３は、Ｐ偏光光を透過しＳ偏光光を反射するワイヤグリッド型偏光分離素子、１８１、１８２、１８３は、ワイヤグリッドと空気層を封入し冷却作用も兼用した媒質としての液体、１９１、１９３は、Ｐ偏光光とＳ偏光光を変換する１／２波長位相差板、２０は、色合成用のクロスダイクロイックプリズム、２１１、２１２、２１３は、反射型液晶パネル等の反射型ライトバルブである。反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３は、駆動回路（図示なし）により、映像信号に基づき駆動される。光源１１から投射レンズユニット（図示なし）に至る一連の光学系は、本投射型映像表示装置において光学ユニットを構成している。
【００３３】
光源１１から出た光は、放物面形状を有するリフレクタ１２で反射し光軸に平行な光束となる。第１マルチレンズアレイ１３１の各レンズのセル面での光量は、第２マルチレンズアレイ１３２及び集光レンズ１５１の作用により反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３の有効面上に重畳され、光量分布の一様性が改善される。フィールドレンズ１５２、１５４は、主光線を平行にするいわゆるテレセントリック化を行う。また、反射型ライトバルブ２１３の光路長が他の２つの反射型ライトバルブ２１１、２１２の光路長に比べて長いため、リレーレンズ１５３は、他の２つの光路長より長い反射型ライトバルブ２１３に照明光束を導く作用を有する。光源１１からの光は、平板型偏光変換手段１４により、その偏光方向をＳ偏光光に揃えられる。ダイクロイックミラー１６１では、青色光を反射し、残りの緑色光と赤色光を透過する。さらに、ダイクロイックミラー１６２で、緑色光を反射し、残りの赤色光を透過する。このように色分離した赤、緑、青色光の各色光を、それぞれの各色光に対応した反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３に照射する。
【００３４】
照明光学系の各色の光軸上の光線は、偏光分離手段１０１、１０２、１０３の入射面に入射し、屈折作用で光線の進行方向が例えば約１４°曲げられる。ワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３は、４５°配置の状態に対して反射型ライトバルブ手段２１１、２１２、２１３の光照射面と平行になる側に例えば約７°回転して配置されている。このため、進行方向が約１４°曲げられた光線は、液体１８１、１８２、１８３とワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３上の空気層との界面で全反射せず、Ｓ偏光光のみ反射されて、反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３に垂直に入射する。駆動回路（図示なし）により映像信号に基づいて駆動される反射型ライトバルブ２１１、２１２、２１３では、各画素がＯＮの状態では、光線の偏光状態がＰ偏光光に変換される。該Ｐ偏光光は、各色光用のワイヤグリッド型偏光分離素子１７１、１７２、１７３を透過する。赤色光の光束は、光路上に配置した１／２波長位相差板１９１を通過しＳ偏光光に変換され、同様に、青色光の光束は、光路上に配置した１／２波長位相差板１９３を通過しＳ偏光光に変換される。赤色光と青色光の光束がＳ偏光光で、緑色光の光束がＰ偏光光で、それぞれ、クロスダイクロイックプリズム２０に入射し、３色光が色合成され、投射レンズユニットに入射する。
【００３５】
上記本発明の実施形態によれば、偏光分離手段における非点収差、全反射、熱による変形などを抑え、映像の高画質性を保つことができる。また、照明光学系や装置全体をコンパクトな構成とすることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、偏光分離手段として、ワイヤグリッド型偏光分離素子を用いる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、透光性基板上に所定周期で光回折用の凹凸が形成されて成る偏光分離面を有した偏光分離素子を用いる構成などとしてもよい。また、ライトバルブは、反射型のライトバルブに限定されず、透過型のライトバルブであってもよい。また、該ライトバルブは、液晶パネル以外のものであってもよい。また、１／２波長位相差板１９１、１９３を配置せずに、全色光をＰ偏光光のまま、クロスダイクロイックプリズム２０で色合成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】偏光分離手段における全反射の説明図である。
【図２】偏光分離面を４５°配置とした場合の光路説明図である。
【図３】偏光分離面を４５°未満配置とした場合の光路説明図である。
【図４】本発明における偏光分離手段の構成例図である。
【図５】本発明の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。
【図６】各種偏光分離方式の説明図である。
【図７】非点収差によるスポット図の劣化の説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０１、１０２、１０３…偏光分離手段、
１１…光源、
１２…リフレクタ、
１４…平板型偏光変換手段、
１７、１７１、１７２、１７３…ワイヤグリッド型偏光分離素子、
１７Ｂ１…偏光分離面、
１７Ｂ２…透光性基板、
１８、１８１、１８２、１８３…液体、
１９…透光性容器、
２０…クロスダイクロイックプリズム、
２１、２１１、２１２、２１３…反射型ライトバルブ、
２２…投射レンズユニット、
１３１…第１マルチレンズアレイ、
１３２…第２マルチレンズアレイ、
１５１…集光レンズ、
１５２、１５４…フィールドレンズ、
１５３…リレーレンズ、
１６１、１６２…ダイクロイックミラー、
１６３…全反射ミラー、
１９１、１９３…１／２波長位相差板。
【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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