(57)【要約】【課題】  色再現領域が広く、コントラストが高い画像を表示すること。【解決手段】  画像表示装置は、光路分離素子により分離された第１色光と第３色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第１の波長選択性位相差板と、前記光路分離素子により分離された第２色光と第４色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第２の波長選択性位相差板と、前記第１の波長選択性位相差板を出射した第１色光を第１の反射型光変調素子に導き、前記第１の波長選択性位相差板を出射した第３色光を第３の反射型光変調素子に導く第１の偏光分離素子と、前記第２の波長選択性位相差板を出射した第２色光を第２の反射型光変調素子に導き、前記第２の波長選択性位相差板を出射した第４色光を第４の反射型光変調素子に導く第２の偏光分離素子を有し、前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする。【選択図】  図１
2013200374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光を、第１色光と第３色光、及び、第２色光と第４色光とに分離する光路分離素子と、
前記光路分離素子により分離された第１色光と第３色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第１の波長選択性位相差板と、
前記光路分離素子により分離された第２色光と第４色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第２の波長選択性位相差板と、
前記第１の波長選択性位相差板を出射した第１色光を第１の反射型光変調素子に導き、前記第１の波長選択性位相差板を出射した第３色光を第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１および前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記第２の波長選択性位相差板を出射した第２色光を第２の反射型光変調素子に導き、前記第２の波長選択性位相差板を出射した第４色光を第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２および前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
光源から射出された光を、第１色光と第３色光、及び、第２色光と第４色光とに分離する光路分離素子と、
前記光源と前記光路分離素子との間に配置され、前記第１色光と前記第２色光、又は、前記第３色光と前記第４色光の偏光方向を回転させる波長選択性位相差板と、
前記光路分離素子により分離された第１色光を第１の反射型光変調素子に導き、前記光路分離素子により分離された第３色光を第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１および前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記光路分離素子により分離された第２色光を第２の反射型光変調素子に導き、前記光路分離素子により分離された第４色光を第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２および前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項３】
前記波長選択性位相差板と前記光源との間に配置され、前記第２色光と前記第３色光の間の波長帯域の光を吸収または反射する素子を有することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
光源から射出された光に含まれる第１色光から第４色光のうち、第１色光と第２色光、又は、第３色光と第４色光のいずれか一方の偏光方向を回転させる第１の波長選択性位相差板と、
前記第１の波長選択性位相差板を通過した光を、前記第１色光と前記第３色光、及び、前記第２色光と前記第４色光とに分離し、前記第２色光と前記第３色光の間の波長帯域の光のｓ偏光を反射し、前記第２色光と前記第３色光の間の波長帯域の光のｐ偏光を透過する光路分離素子と、
前記光路分離素子により分離された光が入射し、入射光の偏光方向に応じて該入射光を第１、第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１、前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記光路分離素子により分離された光が入射し、入射光の偏光方向に応じて該入射光を第２、第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２、前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子と、
前記第１の偏光分離素子と前記光路合成素子との間に配置され、第１色光の偏光方向を回転させる第２の波長選択性位相差板と、
前記第２の偏光分を素子と前記光路合成素子との間に配置され、第４色光の偏光方向を回転させる第３の波長選択性位相差板を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記第１色光を変調する第１の反射型光変調素子と、
前記第２色光を変調する第２の反射型光変調素子と、
前記第３色光を変調する第３の反射型光変調素子と、
前記第４色光を変調する第４の反射型光変調素子と、
を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第１色光は青色、前記第２色光はシアン色、前記第３色光は黄色、前記第４色光は赤色の光であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記第１色光は４５０〜４７０ｎｍの波長帯域を含み、
前記第２色光は５００〜５２０ｎｍの波長帯域を含み、
前記第３色光は５４０〜５６０ｎｍの波長帯域を含み、
前記第４色光は６１０〜６３０ｎｍの波長帯域を含む色光であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記光路合成素子により合成された光を被投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記第１、第２色光を射出する第１の光源と、
前記第３、第４色光を射出する第２の光源を有し、
前記第１の光源と前記第２の光源から射出された光は、前記光路分離素子に異なる方向から入射し、
前記光路分離素子は、前記第２、第３色光を反射し、前記第１、第４色光を透過することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記第１、第２色光を射出する第１の光源と、
前記第３、第４色光を射出する第２の光源を有し、
前記第１の光源と前記第２の光源から射出された光は、前記光路分離素子に異なる方向から入射し、
前記光路分離素子は、前記第２、第３色光を透過し、前記第１、第４色光を反射することを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項に記載の画像表示装置。
【請求項１１】
前記第１、第２の光源は、発光ダイオード又はレーザーによって励起された蛍光体であることを特徴とする請求項９又は１０に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に関するものであり、特に４原色を用いて画像を表示する画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置にとって、色再現領域の広さは色鮮やかな画像を表示する上で重要な課題である。画像表示装置は、一般に青、緑、赤の３原色によって画像を表示する。このため、色再現領域の拡大には、基本的に各色の波長帯域を狭めることで対応することになる。しかし、３原色による色再現領域は、必ず３角形の領域になるため、いくら原色の色純度を向上させたところで、釣り鐘型をした可視色全域を網羅することは不可能である。これを改善すべく、原色を４つに増やすことで四角形の色再現領域とする技術が知られている。
【０００３】
一方、反射型の液晶パネルは、透過型の液晶パネルに比べ高開口率・高精細などの特徴がある。反射型の液晶パネルを用いた場合、反射型の液晶パネルによって変えられた偏光状態に応じて光路を分離する必要があるため、一般的に、液晶パネルの光入射側に偏光分離素子を配置する。このため、反射型の液晶パネルを用いた画像表示装置の色分離合成システムは、大きくなる傾向がある。これに対して、１つの偏光分離素子に２つの反射型の液晶パネルを配置して小型化を図る構成が知られている。この構成を用いて４原色のプロジェクターを実現する提案として特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４１９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、２つの反射型の液晶パネルが配置された偏光分離素子に対して入射させる２つの原色光が、隣り合った波長帯域の原色光である。この２つの原色光は、偏光分離素子に入射する前に、波長選択性位相差板によって互いの偏光方向が直交した直線偏光に変換される。ところが、波長選択性位相差板は、位相を付加する波長帯域（以下、位相付加帯域）と位相を付加しない波長帯域（以下、位相非付加帯域）の境界において偏光変換が良好になされない波長帯域がある。このため、この帯域の波長は、楕円偏光となって偏光分離素子に入射してしまうため、コントラストの低下を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、
光源から射出された光を、第１色光と第３色光、及び、第２色光と第４色光とに分離する光路分離素子と、
前記光路分離素子により分離された第１色光と第３色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第１の波長選択性位相差板と、
前記光路分離素子により分離された第２色光と第４色光のいずれか一方の色光の偏光方向を回転させる第２の波長選択性位相差板と、
前記第１の波長選択性位相差板を出射した第１色光を第１の反射型光変調素子に導き、前記第１の波長選択性位相差板を出射した第３色光を第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１および前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記第２の波長選択性位相差板を出射した第２色光を第２の反射型光変調素子に導き、前記第２の波長選択性位相差板を出射した第４色光を第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２および前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の一側面としての画像表示装置は、
光源から射出された光を、第１色光と第３色光、及び、第２色光と第４色光とに分離する光路分離素子と、
前記光源と前記光路分離素子との間に配置され、前記第１色光と前記第２色光、又は、前記第３色光と前記第４色光の偏光方向を回転させる波長選択性位相差板と、
前記光路分離素子により分離された第１色光を第１の反射型光変調素子に導き、前記光路分離素子により分離された第３色光を第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１および前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記光路分離素子により分離された第２色光を第２の反射型光変調素子に導き、前記光路分離素子により分離された第４色光を第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２および前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の一側面としての画像表示装置は、
光源から射出された光に含まれる第１色光から第４色光のうち、第１色光と第２色光、又は、第３色光と第４色光のいずれか一方の偏光方向を回転させる第１の波長選択性位相差板と、
前記第１の波長選択性位相差板を通過した光を、前記第１色光と前記第３色光、及び、前記第２色光と前記第４色光とに分離し、前記第２色光と前記第３色光の間の波長帯域の光のｓ偏光を反射し、前記第２色光と前記第３色光の間の波長帯域の光のｐ偏光を透過する光路分離素子と、
前記光路分離素子により分離された光が入射し、入射光の偏光方向に応じて該入射光を第１、第３の反射型光変調素子に導くとともに、前記第１、前記第３の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第１の偏光分離素子と、
前記光路分離素子により分離された光が入射し、入射光の偏光方向に応じて該入射光を第２、第４の反射型光変調素子に導くとともに、前記第２、前記第４の反射型光変調素子により変調された画像光を合成する第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子および前記第２の偏光分離素子から出射した画像光を合成する光路合成素子と、
前記第１の偏光分離素子と前記光路合成素子との間に配置され、第１色光の偏光方向を回転させる第２の波長選択性位相差板と、
前記第２の偏光分を素子と前記光路合成素子との間に配置され、第４色光の偏光方向を回転させる第３の波長選択性位相差板を有し、
前記第１色光から前記第４色光は、短波長側から順に第１、第２、第３、第４色光であることを特徴とする。
【０００９】
なお、投射光学系が一体に設けられた又は取り外し可能に装着される画像表示装置も本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、色再現領域を広くしつつ、コントラストを向上させた画像表示装置を提供することができる。
【００１１】
また、本発明の他の効果として、ゴースト光を低減させた画像表示装置を提供することができるという点が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１の画像表示装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例１で用いる光源のスペクトル
【図３】本発明の実施例１で用いる光路分離素子の反射率特性図
【図４】本発明の実施例１で用いる入射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図５】本発明の実施例１で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図６】本発明の実施例１で用いる入射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図７】本発明の実施例１で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図８】本発明の実施例１で用いる光路合成素子の反射率特性図
【図９】本発明の実施例１による画像表示装置の出力画像スペクトル
【図１０】本発明の実施例１による画像表示装置の色度座標
【図１１】本発明の実施例２の画像表示装置の概略構成図
【図１２】本発明の実施例２で用いる入射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図１３】本発明の実施例２で用いる光路分離素子の反射率特性図
【図１４】本発明の実施例２で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図１５】本発明の実施例２で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図１６】本発明の実施例３の画像表示装置の構成構成図
【図１７】本発明の実施例３で用いるダイクロイックフィルターの反射率特性図
【図１８】本発明の実施例３で用いる入射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図１９】本発明の実施例３で用いる光路分離素子の反射率特性図
【図２０】本発明の実施例３で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図２１】本発明の実施例３で用いる出射側の波長選択性位相差板の位相特性図
【図２２】本発明の実施例４の画像表示装置の構成構成図
【図２３】本発明の実施例４で用いるダイクロイックフィルターの反射率特性図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の画像表示装置の概略構成図である。図１において光源１は青色光（Ｂ光、第１色光）、シアン色光（Ｃ光、第２色光）、黄色光（Ｙ光、第３色光）、赤色光（Ｒ光、第４色光）の４色の色光を発する光源である。本実施例の光源は、高圧水銀ランプであるが、これに限られず、例えばメタルハライドランプ、白色ダイオード、白色レーザーなどの単一で白色光を出す光源、または複数の色光源と色合成手段を内包し、全色を同一方向に射出する光源装置でも構わない。いずれにせよ、光源１からは、Ｂ光、Ｃ光、Ｙ光、Ｒ光の４原色の色光が一方向に射出される。図１においては各色の光路をＢ、Ｃ、Ｙ、Ｒとして示している。
【００１５】
図２は、光源１の射出する光のスペクトルを示しており、横軸が波長、縦軸が光強度を示す。光源１は、Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｒの波長を含み、短波長側から順にＢ、Ｃ、Ｙ、Ｒの各原色光が並んでいる。
【００１６】
光源１から射出した光は、特定の偏光状態ではなく、任意の偏光状態で照明光学系２に入射する。照明光学系２は、不図示の偏光変換手段を有しており、照明光学系２に入射した光は、照明光学系２を通過する際に、偏光状態が揃えられる。本実施例においては、紙面に対して垂直に振動する方向の直線偏光に揃えられる。なお、本実施例においては、この紙面に対して垂直に振動する直線偏光を後述の偏光分離素子の定義に合わせてｓ偏光と呼び、経路上にドットを描くことで示している。一方ｓ偏光に直交し、紙面内で振動する直線偏光はｐ偏光と呼び、経路上に棒線を描画することでこれを示すことにする。
【００１７】
さて、照明光学系２によってｓ偏光に揃えられた各色光は光路分離素子３に入射する。光路分離素子３は、誘電体多層膜を有するダイクロイックミラーであり、図３に示すような反射率特性を有している。図３の反射率特性は、ｓ偏光の特性を描いたものでＹ光およびＢ光を反射し、Ｒ光およびＣ光を透過する。すなわち、互いに隣り合っていない少なくとも２つの波長帯域の原色光を透過させ、互いに隣り合っていない少なくとも２つの波長帯域の原色光を反射させることにより、光路を分離する。
【００１８】
さて、光路分離素子３によって反射されたＹ光およびＢ光の辿る光路を第１光路、光路分離素子３を透過したＲ光およびＣ光の光路を第２光路とし、まず第１光路から説明を行う。なお、第１光路に配置されている素子については、その番号に「ａ」の添え字をつける。
【００１９】
光路分離素子３により反射され、第１光路を進行するＹ光およびＢ光は、入射側偏光板４ａを通過後、入射側の波長選択性位相差板５ａ（第１の波長選択性位相差板）を通過する。入射側偏光板４ａは、ｓ偏光のみを通過させ、ｐ偏光は吸収する特性を有しており、これによって光の偏光度を向上させる。偏光板としては吸収型のものが一般的であるが、波長よりも短い周期の格子構造を基板上に形成して格子方向の直線偏光を反射させるワイヤーグリッド型の偏光板もあり、いずれを使用しても構わない。
【００２０】
波長選択性位相差板５ａは、波長帯域に応じて異なる位相差を与える（付与する）機能を有した素子であり、複屈折特性を持った材料を積層することで作成される。波長選択性位相差板５ａが与える位相差は二分の一波長であり、二分の一波長の位相差を与える波長帯域を位相付加帯域とする。波長選択性位相差板５ａによって与えられる位相差がゼロの帯域を、非位相付加帯域とする。
【００２１】
入射側の波長選択性位相差板５ａの特性は図４に示すとおりである。Ｂ光の波長帯域が位相付加帯域となっており、Ｂ光に対しては二分の一波長分の位相差が与える。一方、Ｙ光の波長帯域は非位相付加帯域となっており、Ｙ光に対しては位相差を与えない。言い換えれば、波長選択性位相差板５ａは、Ｂ光の偏光方向を回転させる。これによってＢ光は、ｓ偏光からｐ偏光に偏光方向が変換され、Ｙ光はｓ偏光のまま通過する。
【００２２】
さて、波長選択性位相差板５ａの位相付加帯域と非位相付加帯域の間には、与えられる位相が二分の一波長よりも小さく、ゼロよりも大きい境界帯域があり、この境界帯域の光は、楕円偏光となって波長選択性位相差板５ａを出射する。この楕円偏光が、後段に配置された偏光分離素子や液晶表示素子に入射すると、コントラストの低下や明るさのムラや色のムラなどが発生し、画質を大幅に低下させてしまう。しかし、この境界帯域がなくなるように、波長選択性位相差板の特性を矩形波のような形状にすることは困難である。
【００２３】
このような点を鑑み、実施例１では、波長選択性位相差板５ａに入射する原色光を、互いに波長帯域が隣り合っていない組み合わせの原色光とした。そして、その２つの原色光の間の波長帯域（以後、境界帯域と呼ぶ）の光は、光路分離素子３によって、波長選択性位相差板５ａに入射しない光路に分離される。これにより、波長選択性位相差板５ａの境界帯域に対応する光が、第１光路に存在しなくなるため、従来技術に比べて大幅にコントラストや明るさのムラを改善することができる。
【００２４】
入射側の波長選択性位相差板５ａを通ったＢ光およびＹ光は、偏光分離素子６ａ（第１の偏光分離素子）に入射する。偏光分離素子６ａは、２つの三角柱プリズムを貼り合わせた直方体の素子であり、その貼り合わせ面に誘電体多層膜による偏光分離膜が蒸着されている。誘電体多層膜による偏光分離膜は、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する特性を有している。したがって偏光分離素子６ａの偏光分離面において、ｓ偏光のＹ光は反射され、ｐ偏光のＢ光は透過して、それぞれ、反射型液晶表示素子７Ｙ（第３の反射型光変調素子）および７Ｂ（第１の反射型光変調素子）に入射する。尚、さらなるコントラスト向上のためには、偏光分離素子と反射型液晶表示素子との間に四分の一波長板を配置することが効果的である。
【００２５】
反射型液晶表示素子７Ｙおよび７Ｂは、入射光を反射させる際、入射光に対し、画像信号に応じた変調を与える。スクリーン上に向かう画像光となる光については、直線偏光の偏光方向を９０度回転させる。つまり、Ｙ光の画像光はｐ偏光に、Ｂ光の画像光はｓ偏光に変調される。このため再び偏光分離素子６ａに入射したＹ光は偏光分離素子６ａを透過し、Ｂ光は反射される。これによって、偏光分離素子６ａにより一旦分離された２色の光は、再び光路が合成されて偏光分離素子６ａを出射する。
【００２６】
偏光分離素子６ａから出射したＹ光およびＢ光は、出射側の波長選択性位相差板８ａに入射する。出射側の波長選択性位相差板８ａの位相特性は図５に示す通りであり、Ｙ光の波長帯域が位相付加帯域となっており、Ｙ光に対しては二分の一波長分の位相差を与える。一方、Ｂ光の波長帯域は非位相付加帯域となっており、Ｂ光に対しては位相差を与えない。これによってＹ光はｐ偏光からｓ偏光に変換され、Ｂ光はｓ偏光のまま通過し、出射側偏光板９ａに入射する。
【００２７】
出射側偏光板９ａは、吸収軸が紙面内にあるよう配置されており、ｐ偏光を吸収し、ｓ偏光は透過する。これにより、不要な漏れ光を吸収して、さらにコントラストを向上させることができる。出射側偏光板９ａを透過したｓ偏光のＹ色光およびＢ色光は、光路合成素子１０に入射する。
【００２８】
続いて光路分離素子３を透過したＲ光およびＣ光の光路、つまり、第２光路について説明する。第２光路に配置されている素子については、名称が同じものについては第１光路と同一の番号を用いているが、その番号に「ｂ」の添え字をつけることで区別する。
【００２９】
ｓ偏光であるＲ光およびＣ光は、入射側偏光板４ｂによって偏光度が高められた後、入射側の波長選択性位相差板５ｂ（第２の波長選択性位相差板）に入射する。入射側の波長選択性位相差板５ｂの位相特性は図６に示すとおりであり、Ｃ光の波長帯域が位相付加帯域となっており、Ｃ光に対しては二分の一波長分の位相差を与える。一方、Ｒ光の波長帯域は非位相付加帯域となっており、Ｒ光に対しては位相差を与えない。言い換えれば、波長選択性位相差板５ｂは、Ｃ光の偏光方向を回転させる。これによってＣ光はｓ偏光からｐ偏光に変換され、Ｒ光はｓ偏光のまま波長選択性位相差板５ｂを通過し、偏光分離素子６ｂ（第２の偏光分離素子）に入射する。
【００３０】
図６に示すとおり、第２光路に配置される波長選択性位相差板５ｂにおいては、位相付加帯域と非位相付加帯域の境界帯域をＹ光の波長帯域に割り当てている。Ｙ光は光路分離素子３によって第１光路に分離されているので、第１光路における説明と同様に、第２光路においても境界帯域の光が入射することによって生じる、コントラストの低下やムラといった画質劣化を抑制することができる。
【００３１】
偏光分離素子６ｂは、ｓ偏光のＲ光を反射、ｐ偏光のＣ光を透過して、それぞれの反射型液晶表示素子７Ｒ（第４の反射型光変調素子）および７Ｃ（第２の反射型光変調素子）に入射させる。反射型液晶表示素子７Ｒおよび７Ｃは、入射光に対し、画像信号に応じた変調を与える。この結果、Ｒ光の画像光はｐ偏光に、Ｃ光の画像光はｓ偏光に変調されて、再び偏光分離素子６ｂに入射する。Ｒ光の画像光とＣ光の画像光は、偏光分離素子６ｂによって光路が合成され、出射側の波長選択性位相差板８ｂに入射する。
【００３２】
波長選択性位相差板８ｂは、図７に示すような位相特性を持っており、Ｒ光の波長帯域が位相付加帯域となっており、Ｒ光に対しては二分の一波長分の位相差を与える。一方、Ｃ光波長帯域は非位相付加帯域となっており、Ｃ光に対しては位相差を与えない。これによってＲ光はｐ偏光からｓ偏光に変換され、Ｃ光はｓ偏光のまま通過し、出射側偏光板９ｂによって偏光度を高められて光路合成素子１０に入射する。
【００３３】
光路合成素子１０は、ダイクロイック膜が蒸着された素子であり、図８に示すような反射特性を持っている。この結果、光路合成素子１０によって第１光路のＹ光およびＢ光は透過、第２光路のＲ光およびＣ光は反射されて光路が合成され、投射レンズ１１（投射光学系）に入射する。
【００３４】
投射レンズ１１は、反射型液晶表示素子によって変調された画像光をスクリーン（被投射面）上に結像させ、４原色を用いた画像を表示する。
【００３５】
図９は本実施例の画像表示装置によってスクリーン上に投射される画像のスペクトルである。本実施例の４原色は下記の波長帯域となっている。
Ｂ色：４２０〜４９０ｎｍ
Ｃ色：４９０〜５３０ｎｍ
Ｙ色：５３０〜５９０ｎｍ
Ｒ色：５９０〜６８０ｎｍ
【００３６】
これら４原色を用いた画像の色度座標を図１０に示す。従来の３原色を用いた画像の色再現領域（図１０の破線で示す領域）に比べ大幅に広い色再現領域が確保できている。特にシアン色が加わったことで、ｙ座標が大きくなり、ｘ座標が小さい色度領域の色再現性が大幅に改善されている。これによって、例えば、エメラルドグリーンの美しい海や空を色鮮やかな画像として表示できる。
【００３７】
もちろん本実施例の波長帯域は一例にすぎない。Ｂ、Ｃ、Ｙ、Ｒの４原色は、少なくとも
Ｂ色：４５０〜４７０ｎｍ
Ｃ色：５００〜５２０ｎｍ
Ｙ色：５４０〜５６０ｎｍ
Ｒ色：６１０〜６３０ｎｍ
の波長帯域を含んでいれば良い。各色の波長帯域を狭くすると、明るさが低下するが、色再現領域をさらに拡大することができる。例えば、外光がほとんどない暗いシアターで使用される場合など、明るさをそれほど必要としない場合には、上記の必要最小限の波長帯域を確保することで、さらに美しい映像を表示することができる。
【００３８】
なお、４原色の選択においてＢ、Ｃ、Ｙ、Ｒを選択する利点について述べておく。５００ｎｍ近傍のシアン色は、光源として強いスペクトルを有していないが、他のＢ、Ｙ、Ｒとは色味が大きく異なるので色座標の拡大に好適である。
【００３９】
（実施例２）
本発明の第２の実施例について図１１の画像表示装置の概略構成図を用いて説明する。実施例１と異なる点は、入射側偏光板１１４と入射側の波長選択性位相差板１１５が、光路分離素子１１３よりも光源側に配置されている点である。
【００４０】
光源１から発したＢ、Ｃ、Ｙ、Ｒの４原色を含む自然光は、照明光学系２を通過し、ｐ偏光に偏光が揃えられる。
【００４１】
図１２に波長選択性位相差板１１５の特性を示す。波長選択性位相差板１１５は、Ｙ光およびＲ光の波長帯域が位相付加帯域となっており、Ｙ光、Ｒ光に対しては二分の一波長分の位相を与える。言い換えれば、波長選択性位相差板１１５は、Ｙ光、Ｒ光の偏光方向を回転させる。一方、Ｂ光およびＣ光の波長帯域は非位相付加帯域となっており、Ｂ光とＣ光に対しては位相を与えない。言い換えれば、波長選択性位相差板１１５は、Ｂ光とＣ光の偏光方向を回転させない。この結果、波長選択性位相差板１１５を通過したＲ光およびＹ光はｐ偏光からｓ偏光に変換され、Ｂ光およびＣ光はｐ偏光のまま通過して、光路分離素子１１３に入射する。
【００４２】
光路分離素子１１３は、誘電体多層膜によるダイクロイックミラーである。その反射率特性を図１３に示す。図１３において実線はｓ偏光の特性を示し、点線はｐ偏光の特性を示している。図１３で示すとおり、反射帯域幅はｐ偏光よりもｓ偏光の方が広い。これは一般的な誘電体多層膜の特性で、斜入射で使用する場合、膜材質の実効屈折率がｓ偏光では大きく、ｐ偏光では小さくなることから、反射帯域幅がｐ偏光よりもｓ偏光の方が広くなる。
【００４３】
図１３のＡで示した波長帯域においては、光路分離素子１１３は、ｓ偏光を反射し、ｐ偏光を透過する。つまりＡの帯域においては、光路分離素子１１３は、偏光分離素子の機能を有していることになる。
【００４４】
本実施例においては、この点を利用している。実施例１で述べたとおり波長選択性位相差板には境界帯域が存在しており、境界帯域の波長は楕円偏光となってコントラストの低下を招いてしまう。実施例１では、この境界帯域の光を別光路の波長帯域に当てはめることでコントラストを向上させた。本実施例においては、境界帯域がＣ光とＹ光という隣り合った原色光の境界にあるため、実施例１と同じ方法が使えない。波長選択性位相差板の積層枚数を増やして、より境界帯域を狭くすることはある程度可能であるが、前述のとおり境界帯域をゼロにすることは困難である。
【００４５】
したがって本実施例では、前述のダイクロイックミラーのｐ偏光とｓ偏光に対する反射帯域幅の差を利用することで、コントラストを低下させる光の発生を抑えた。以下、境界帯域の１波長であるλ１を代表例として説明を行う。
【００４６】
λ１は入射側の波長選択性位相差板１１５の境界帯域において、ちょうど四分の一波長の位相差が与えられる波長であるとする。λ１は、入射側の波長選択性位相差板１１５を通過した後、円偏光となって光路分離素子１１３に入射する。図１３においてλ１は、波長帯域Ａの中に存在する。つまり円偏光であったλ１の波長の光は、光路分離素子１１３によってｓ偏光とｐ偏光に分離される。すなわち、ｓ偏光のλ１は、光路分離素子１１３によって反射され、Ｙ光として作用する。一方、ｐ偏光のλ１は、光路分離素子１１３を透過し、Ｃ光として利用する。つまり同じλ１の波長であるが、半分はＹ光として、もう半分はＣ光として利用する。
【００４７】
これは実施例１と比べると、単色の色純度を若干落とすことにはなるが、明るさとしては同等で、かつ、比較的高価な波長選択性位相差板の枚数を減らすことができる。
【００４８】
さて、光路分離素子１１３によって反射されたＹ光及びＢ光の光路を第１光路、透過したＲ光及びＣ光の光路を第２光路とする。第１光路および第２光路には各々偏光分離素子１１６ａ、１１６ｂが配置されている。本実施例においては、これらの偏光分離素子として、板状のワイヤーグリッド反射型偏光素子を使用する。このワイヤーグリッド反射型偏光素子を用いることで、プリズム硝子によって生じる偏光の乱れを低減できるため、よりコントラストを向上させることができる。ワイヤーグリッド反射型偏光素子は、反射軸を回転することによって、反射させる偏光方向を任意に選択することができるが、本実施例では誘電体多層膜の偏光分離素子と同じくｓ偏光を反射させ、ｐ偏光を透過するように設定する。
【００４９】
本実施例においては、光路分離素子１１３に入射する前に波長選択性位相差板１１５によって、Ｂ光およびＣ光の偏光はすでに回転されているため、第１光路においてＹ光はｓ偏光、Ｂ光はｐ偏光であり、第２光路においてはＲ光はｓ偏光、Ｃ光はｐ偏光である。
【００５０】
したがって、第１光路においては偏光分離素子１１６ａは、Ｙ光を反射し、Ｂ光は透過させ、反射型液晶表示素子７Ｙ、７Ｂに導く。画像光となる光は、反射時にその偏光が回転されるので、偏光分離素子１１６ａにより、Ｙ光の画像光は透過し、Ｂ光の画像光は反射されて出射側の波長選択性位相差板１１８ａに向かう。
【００５１】
出射側の波長選択性位相差板１１８ａの特性は、図１４に示す通りで、Ｂ光が位相付加帯域、Ｙ光が非位相付加帯域になっている。言い換えれば、波長選択性位相差板１１８ａは、Ｂ光の偏光方向を回転させる。境界帯域はＣ光の波長帯域にあるため、波長λ１の光はＹ光と同様、非位相付加帯域に属している。したがって、波長選択性位相差板１１８ａによって、Ｂ光はｐ偏光に変換されて、λ１を含むＹ光はｐ偏光のまま射出される。波長選択性位相差板１１８ａを出射したＢ光とＹ光は、出射側偏光板１１９ａを通って、光路合成素子１１０に向かう。
【００５２】
第２光路においては、偏光分離素子１１６ｂによりＲ光は反射され、Ｃ光は透過して、反射型液晶表示素子７Ｒ、７Ｃに入射する。画像光となる光は、反射型液晶表示素子７Ｒ、７Ｃによって、その偏光が回転されるので、Ｒ光の画像光は、偏光分離素子１１６ｂを透過、Ｃ光の画像光は反射されて出射側の波長選択性位相差板１１８ｂに向かう。
【００５３】
出射側の波長選択性位相差板１１８ｂの特性を図１５に示す。Ｒ光が位相付加帯域、Ｃ光が非位相付加帯域である。言い換えれば、波長選択性位相差板１１８ｂ（第３の波長選択性位相差板）は、Ｒ光の偏光方向を回転させる。境界帯域はＹ光の波長帯域にあるため、λ１はＣ光と同様に非位相付加帯域に属している。したがってＲ光はｓ偏光に変換され、λ１を含むＣ光はｓ偏光のまま出射側偏光板１１９ｂを通って、光路合成素子１１０に向かう。
【００５４】
本実施例において光路合成素子１１０は、ワイヤーグリッド反射型偏光素子である。第１光路のＹ光とＢ光はｐ偏光であるため光路合成素子１１０を透過し、第２光路のＲ光とＣ光はｓ偏光であるため光路合成素子１１０を反射し光路が合成される。合成された４原色の画像光は、投射レンズ１１によってスクリーン上に投射される。
【００５５】
本実施例では、波長選択性位相差板の光出射側にダイクロイック膜を用いた光路分離素子を用いた。これにより、波長選択性位相差板に対して、互いの波長帯域の間に境界帯域を有し、互いに隣り合う波長帯域の原色光が入射した場合においても、境界帯域の光は途中でロスしたり、ゴースト光となることなくスクリーン上に到達する。よって、明るい画像を表示することができる。
【００５６】
（実施例３）
本発明の実施例３について図１６の画像表示装置の概略構成図を用いて説明する。実施例２と異なる点は、波長選択性位相差板１１５と光源１との間に、境界帯域の光を反射するダイクロイックフィルターを配置した点である。
【００５７】
光源１から出射した各色光は、照明光学系２を通り、ｐ偏光に揃えられる。ダイクロイックフィルター１２の特性を図１７に示す。ダイクロイックフィルター１２は、Ｙ光とＣ光の境界帯域の光を反射する特性を有している。
【００５８】
ダイクロイックフィルター１２の光出射側には、入射側の波長選択性位相差板１１５が配置されている。波長選択性位相差板１１５の特性を図１８に示す。波長選択性位相差板１１５の位相付加帯域と非位相付加帯域の間の境界帯域と、ダイクロイックフィルター１２の反射帯域を一致させている。つまり、波長選択性位相差板１１５を通ることによって楕円偏光になってしまう波長帯域の光を、ダイクロイックフィルター１２であらかじめ除去している。
【００５９】
ダイクロイックフィルター１２を通ったＹ光とＢ光は、光路分離素子１１３によって反射される。Ｒ光とＣ光は、光路分離素子１１３を透過する。光路分離素子１１３の特性を図１９に示す。光路分離素子１１３によって反射されたＹ光及びＢ光の光路を第１光路とし、透過したＲ光及びＣ光の光路を第２光路とする。
【００６０】
第１光路および第２光路には各々偏光分離素子１１６ａ、１１６ｂが配置される。本実施例においては、これらの偏光分離素子として実施例２と同様にワイヤーグリッド反射型偏光素子を用いている。
【００６１】
光路分離素子１１３の光入射側に配置された波長選択性位相差板１１５によって、Ｂ光およびＣ光の偏光はすでに回転されているため、第１光路においてはＹ光はｓ偏光、Ｂ光はｐ偏光に、第２光路においてはＲ光はｓ偏光、Ｃ光はｐ偏光である。
【００６２】
したがって第１光路における偏光分離素子１１６ａによってＹ光は反射され、Ｂ光は透過して反射型液晶表示素子７Ｙ、７Ｂに入射する。反射型液晶表示素子７Ｙ、７Ｂによって変調された画像光は、偏光分離素子１１６ａによって合成されて、光路合成素子１６０に向かう。
【００６３】
第２光路においては、Ｒ光は偏光分離素子１１６ｂによって反射され、Ｃ光は偏光分離素子１１６ｂを透過して反射型液晶表示素子７Ｒ、７Ｃに入射する。反射型液晶表示素子７Ｒ、７Ｂによって変調された画像光は、偏光分離素子１１６ｂによって合成されて、光路合成素子１６０に向かう。
【００６４】
光路合成素子１６０は、図２０の特性を有するダイクロイックミラーであり、４原色の光路の合成を行う。
【００６５】
出射側の波長選択性位相差板１６８は、図２１の特性を有している。境界帯域は入射側の波長選択性位相差板１１５と同じであり、その帯域の光は、ダイクロイックフィルター１２によってすでに除去されている。最終的にすべての色光はｓ偏光に揃えられ、出射側偏光板１６９により偏光度が高められた状態で、投射レンズ１１によって投射される。
【００６６】
本実施例では波長選択性位相差板の境界帯域の光をあらかじめ除去するため、若干の光ロスを生じてしまうが、構成をより簡単にして、部品点数の削減および小型化を達成することが可能である。
【００６７】
本実施例においては、ダイクロイックフィルター１２を用いたが、境界帯域の光を吸収する素子であってもよい。
【００６８】
（実施例４）
本実施例について図２２に図示する。本実施例の基本的な構成は実施例１と同じであるが、光路分離素子３１に互いに略直交する２方向から光が入射する点において異なる。本実施例ではＢ光及びＣ光は紙面上側から、Ｙ光及びＲ光は紙面左側から光路分離素子３１に入射する。これは例えば発光ダイオードなど白色ではないが、ある波長帯域に有限のスペクトルをもった光源を用いる場合などの実施例である。つまり紙面上側にはＢ帯域及びＣ帯域を発光する光源１Ａ（第１の光源）、紙面左側にはＹ帯域及びＲ帯域を発光する光源１Ｂ（第２の光源）が用いられることになる。このような光源としては発光ダイオード以外にもレーザー光によって励起されて発光する蛍光体なども用いることができる。これらの光源から出た光はＳ偏光状態で光路分離素子３１に入射する。
【００６９】
光路分離素子３１の特性を図２３に示す。光路分離素子３１はＣ光とＹ光を透過して、Ｒ光、Ｂ光を反射するダイクロイックミラーである。これによってＢ光、Ｙ光は紙面右方向の偏光分離素子６ａ、Ｃ光、Ｒ光は紙面下方向の偏光分離素子６ｂに向かうことになる。以降の説明については実施例１と同じであるので省略する。このような構成にすることにより、光路分離素子３１の特性を簡易にするとともに、発光ダイオードなどの光源により装置全体の小型化を図ることができる。
【００７０】
また、実施例４においては、Ｂ帯域とＣ帯域とを含む波長帯域の光を射出する光源１Ａとしたがこれに限られず、Ｂ帯域を射出する光源とＣ帯域を射出する光源を光源１Ａの位置に配置する形態であってもよい。これは、光源１Ｂに関しても同様である。
【００７１】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば５原色以上を用いた構成にも応用できる。また、可視光以外の紫外光や赤外光等を含む波長帯域に適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  光源
３  光路分離素子
５ａ、５ｂ  波長選択性位相差板
６ａ、６ｂ  偏光分離素子
７Ｙ、７Ｂ、７Ｒ、７Ｃ  反射型液晶パネル
１０  光路合成素子
１１  投射レンズ
【図１】
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【図２】
2013200374.tif 000004
【図３】
2013200374.tif 000005
【図４】
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【図５】
2013200374.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013200374.tif 000009
【図８】
2013200374.tif 000010
【図９】
2013200374.tif 000011
【図１０】
2013200374.tif 000012
【図１１】
2013200374.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2013200374.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2013200374.tif 000017
【図１６】
2013200374.tif 000018
【図１７】
2013200374.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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