(57)【要約】【課題】耐久性が高く、かつ高品質の画像を投影する投射型表示装置を提供する事を目的とする。【解決手段】  光源、画像表示素子、前記光源からの光を前記画像表示素子に照射する照明光学系を有し、前記照明光学系には反射型偏光板、偏光ビームスプリッターを含み、前記偏光ビームスプリッターにおける入射面でも射出面でもない面に反射防止手段を設けたことを特徴とする照明光学系。【選択図】  図１
2012155057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、
画像表示素子、
前記光源からの光を前記画像表示素子に照射する照明光学系を有し、
前記照明光学系には反射型偏光板、偏光ビームスプリッターを含み、
前記偏光ビームスプリッターにおける入射面でも射出面でもない面に反射防止手段を設けたことを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッターにＳ偏光の光が入射することを特徴とした請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の照明光学系、少なくとも１枚の画像表示素子、前記画像表示素子の画像を投影する投影光学系を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
照明光を３つの色光に分解し、
これら３つの色光を色光ごとに設けられた画像表示素子により変調するとともに、
これら変調された３つの色光を合成する色分離合成光学系において、
照明光を第１と第２および第３の色光に分ける色分離素子、
第１の色光の光路中には反射型偏光板、第１の偏光ビームスプリッターを含み、
前記第１の偏光ビームスプリッターにおける入射面でも射出面でもない面に反射防止手段を設けたことを特徴とする色分解合成光学系。
【請求項５】
前記第１の偏光ビームスプリッターにＳ偏光の光が入射することを特徴とした請求項４に記載の色分離合成光学系。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の色分離合成光学系、前記画像表示素子の画像を投影する投影光学系を有することを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示素子を用いた投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
反射型表示素子を用いた投射型表示装置として、例えば特許文献１の図１に開示にされた３枚の反射型表示素子、反射型表示素子近傍に配置される２個の偏光ビームスプリッター、色の分離、合成のダイクロイックミラーで構成されたものがある。この構成では偏光ビームスプリッターの光源側の面近傍に偏光板が配置されている。この偏光板は耐久性の向上のため、反射型の偏光板が使われることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５４２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらこの反射型偏光板を使用するため、ゴースト光が投影面上に投影されるという問題があった。その原理を図６、７、８を用いて説明する。図６は特許文献１の図１のＧ帯域の光路の部分だけを示したものである。光源からの光はＳ偏光光で、Ｓ偏光を透過する偏光板１０２を透過し、偏光ビームスプリッター１０３で反射され、画像表示素子に到達する。図４のような映像を投影する際には画像表示素子中央付近では、Ｓ偏光光がＰ偏光に変調され偏光ビームスプリッターを透過し、投射レンズに向かう。一方、画像表示素子周辺付近では変調されずＳ偏光光のままで偏光ビームスプリッターに向かい、偏光分離面で反射され、光源側に戻される。
【０００５】
偏光ビームスプリッターの偏光分離面は図３のような特性を有している。この偏光ビームスプリッターに到達するＧ帯域（500-580nm）の波長に注目すると、４５度ではＳ偏光光は反射率がほぼ１００％、Ｐ偏光光はほぼ０％である。この４５度から離れた角度、特に４５度より小さい角度ではＰ偏光光の透過が低下し、反射率が上昇する。偏光ビームスプリッターの角度特性による性能劣化、特にＰ偏光での性能劣化はこの例が特殊ではなく、一般的なことである。耐久性向上のため、偏光板１０２に反射型偏光板を用い、図４のような映像を投影した場合、画像表示素子中央付近の光は、この偏光ビームスプリッターの角度特性とＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する反射型偏光板のため、図７に示すような光路を辿る光が存在する。この際、正規光が透過しない面１０３Ａに反射防止コートが施されていないと、このゴースト光は面１０３Ａで反射し、図８のような光路で投射レンズに向かい、投影面にゴーストとして現れてしまう。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決し、耐久性が高く、かつ高品質の画像を投影す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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の照明光学系は、
光源、
画像表示素子、
前記光源からの光を前記画像表示素子に照射する照明光学系を有し、
前記照明光学系には反射型偏光板、偏光ビームスプリッターを含み、
前記偏光ビームスプリッターにおける入射面でも射出面でもない面に反射防止手段を設けたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐久性が高く、かつ高品質の画像を投影する投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例
【図２】本発明によるゴースト光除去を示す図
【図３】第１の偏光ビームスプリッタの特性を示す図
【図４】中心部が白で周辺部が黒の表示を示す図
【図５】本発明の第２実施例
【図６】特許文献１のＧ光路を示す図
【図７】ゴースト光を示す図
【図８】ゴースト光を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明では、耐久性が高く、かつ高品質の画像を投影する投射型表示装置を実現している。以下に本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
［実施例］
図１に本発明の第１実施例を示す。
【００１２】
光源（ランプの発光部）１から全方向に射出した光束は放物面リフレクタ２によって略平行光となって射出される。この平行光束は、ＩＲカットフィルタ３に入射し、第１のレンズアレイ４によって複数の部分光束に分割され、その各々の部分光束が集光される。各々の分割光束は第２のレンズアレイ５近傍に集光され、各々の部分光束が各々光源像（２次光源像）を形成する。第２のレンズアレイ５を射出した分割光束は、コンデンサーレンズ６によって集光され、反射型液晶パネル１０を重畳的に照明する。
【００１３】
以上のＩＲカットフィルタ３からコンデンサーレンズ６により、照明光学系１００が構成される。
【００１４】
図１中のダイクロイックミラー７は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を反射し、緑（Ｇ）の色光を透過するダイクロイックミラーであり、８は反射型偏光板Ｇであり、Ｓ偏光光のみを透過し、Ｐ偏光光は反射する。９はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。
【００１５】
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。１２は入射側偏光板であり、Ｓ偏光光を透過する。１３はＢの色光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの色光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板である。１４はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。１５はＲの色光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの色光の偏光方向は変換しない第２の色選択性位相差板である。
【００１６】
１６は出射側偏光板（偏光素子）であり、Ｓ偏光のみを透過する。１７はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第３の偏光ビームスプリッター（色合成手段）であり、偏光分離面を有する。
【００１７】
以上のダイクロイックミラー７から第３の偏光ビームスプリッター１７により、色分解合成光学系２００が構成される。
【００１８】
１８は投射レンズ光学系であり、上記照明光学系，色分解合成光学系および投射レンズ光学系により画像表示光学系が構成される。
【００１９】
次に、照明光学系を通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。
【００２０】
ダイクロイックミラー７を透過したＧの色光は反射型偏光板Ｇ８に入射する。そしてＧの色光は、反射型偏光板Ｇ８から出射した後、第１の偏光ビームスプリッター９に対してＳ偏光として入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇにおいては、Ｇの色光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面を透過し、投射光として第３の偏光ビームスプリッター１７に向かう。このとき、すべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター９とＧ用の反射型液晶表示素子１０Ｇとの間に設けられた１／４波長板１１Ｇの遅相軸を所定の方向に調整することにより、第１の偏光ビームスプリッター９とＧ用の反射型液晶表示素子１０Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができる。第１の偏光ビームスプリッター９から出射したＧの色光は、第３の偏光ビームスプリッター１７に対してＰ偏光として入射し、第３の偏光ビームスプリッター１７の偏光分離面を透過して投射レンズ１８へと至る。
【００２１】
一方、ダイクロイックミラー７を反射したＲとＢの色光は、入射側偏光板１２に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板１２から出射した後、第１の色選択性位相差板１３に入射する。第１の色選択性位相差板１３は、Ｂの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの色光はＰ偏光として、Ｒの色光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂへと至る。
【００２２】
Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過して投射光として第２の色選択性位相板１５に向かう。
【００２３】
また、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂに入射したＢの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射して投射光として第２の色選択性位相板１５に向かう。
【００２４】
このとき、第２の偏光ビームスプリッター１４とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｂの間に設けられた１／４波長板１１Ｒ，１１Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。
【００２５】
こうして１つの光束に合成され、第２の偏光ビームスプリッター１４から出射したＲとＢの投射光のうちＲの色光は、第２の色選択性位相板１５によって偏光方向が９０度回転されてＳ偏光成分となり、さらに出射側偏光板１６で検光されて第３の偏光ビームスプリッター１７に入射する。また、Ｂの色光はＳ偏光のまま第２の色選択性位相板１５をそのまま透過し、さらに出射側偏光板１６で検光されて第３の偏光ビームスプリッター１７に入射する。尚、出射側偏光板１６で検光されることにより、ＲとＢの投射光は第２の偏光ビームスプリッター１４とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｂ、１／４波長板１１Ｒ、１１Ｂを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。
【００２６】
そして、第３の偏光ビームスプリッター１７に入射したＲとＢの投射光は第３の偏光ビームスプリッター１７の偏光分離面を反射し、前述した該偏光分離面にて反射したＧの色光と合成されて投射レンズ１８に至る。
【００２７】
そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ１８によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。
【００２８】
以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。
【００２９】
まず、Ｇの光路について説明する。
【００３０】
ダイクロイックミラー７を透過したＧの色光のＳ偏光光は反射型偏光板Ｇ８に入射し、その後、第１の偏光ビームスプリッター９に入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子１０Ｇが黒表示の為、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子１０Ｇで反射された後もＧの色光はＳ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射し、反射型偏光板８を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。
【００３１】
次に、ＲとＢの光路について説明する。
【００３２】
ダイクロイックミラー７を反射したＲとＢの色光のＳ偏光光は、入射側偏光板１２に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板１２から出射した後、第１の色選択性位相差板１３に入射する。第１の色選択性位相差板１３は、Ｂの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子１０Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射し、入射側偏光板１２を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂに入射したＢの色光はＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂで反射された後もＢの色光はＰ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過し、第１の色選択性位相差板１３により、Ｓ偏光に変換され、入射側偏光板１２を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。
【００３３】
以上が、反射型液晶表示素子（反射型液晶パネル）を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。
【００３４】
ここで第１の偏光ビームスプリッター９の正規光が透過しない面９Ａには反射防止コートが施してある。その効果を図２で説明する。
【００３５】
偏光ビームスプリッター９の偏光分離面は図３のような特性を有している。この第１の偏光ビームスプリッター９に到達するＧ帯域（500-580nm）の波長に注目すると、４５度ではＳ偏光光は反射率がほぼ１００％、Ｐ偏光光はほぼ０％である。この４５度から離れた角度、特に４５度より小さい角度ではＰ偏光光の透過が低下し、反射率が上昇する。そのため図４のような映像を投影した場合、画像表示素子中央付近の光は、この偏光ビームスプリッターの角度特性とＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射する反射型偏光板のため、図２に示すような光路を辿る光が存在するが、９Ａに反射防止コートを施すことで、このゴースト光は光路外に抜け、投影面には現れない。
【００３６】
本実施例は第１実施例のように３枚の画像表示素子を使用する場合に限られることはなく、図５に示す１枚の画像表示素子の構成でも偏光ビームスプリッターの正規光が透過しない面に反射防止コートを施すことでも同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３７】
１                  光源
２                  リフレクタ
３                  ＩＲカットフィルタ
４                  第１のレンズアレイ
５                  第２のレンズアレイ
６                  コンデンサーレンズ
７、１０１、１０６  ダイクロイックミラー
８、１０２          反射型偏光板Ｇ
９、１０３          第１の偏光ビームスプリッター
１０、２９、１０５  画像表示素子
１１、１０４        １/４波長板
１２                入射側偏光板
１３、１５          色選択性位相差板
１４、              第２の偏光ビームスプリッター
１６                出射側偏光板
１７                第３の偏光ビームスプリッター
２７                反射型偏光板
２８                偏光ビームスプリッター
３０                １/４波長板
１８、１０７        投射レンズ光学系
１００              照明光学系
２００              色分解合成光学系
【図１】
2012155057.tif 000003
【図２】
2012155057.tif 000004
【図３】
2012155057.tif 000005
【図４】
2012155057.tif 000006
【図５】
2012155057.tif 000007
【図６】
2012155057.tif 000008
【図７】
2012155057.tif 000009
【図８】
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