(57)【要約】      （修正有）【課題】よりコントラストが高い画像表示装置を提供する。【解決手段】色分離合成光学系は、第１色光と第２色光の画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面Ｓ１を有する第１の偏光ビームスプリッタＰ1と、第３色光の画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面Ｓ４を有する第２の偏光ビームスプリッタＰ４と、第１の偏光ビームスプリッタＰ１を出射した第１色光及び第２色光の画像光と第２の偏光ビームスプリッタＰ４を出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く第３の偏光分離面Ｓ２を有する第３の偏光ビームスプリッタＰ２を有し、第１の偏光分離面Ｓ１と前記第３の偏光分離面Ｓ２とが、実質的に平行である。【選択図】図１
2013222098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第１の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項２】
第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く光路合成素子と、
前記第１の偏光ビームスプリッタに、互いに偏光方向が異なる第１色光と第２色光を導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第１の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項３】
第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第２の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項４】
前記第１の偏光分離面と前記第２の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の色分離合成光学系。
【請求項５】
前記第１の偏光ビームスプリッタに、互いに偏光方向の異なる第１色光と第２色光を導く第４の偏光分離面を有する第４の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第１の偏光分離面と前記第３の偏光分離面と前記第４の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする請求項１に記載の色分離合成光学系。
【請求項６】
前記第１の偏光分離面と前記第２の偏光分離面と前記第３の偏光分離面と前記第４の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする請求項５に記載の色分離合成光学系。
【請求項７】
前記第１の偏光ビームスプリッタと前記第３の偏光ビームスプリッタとの間に第１色光または第２色光いずれか一方の偏光方向を回転させる波長選択性位相差板を有し、
前記第１色光は赤の波長帯域の光であり、前記第２色光は青の波長帯域の光であり、
前記第３色光は緑の波長帯域の光であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の色分離合成光学系。
【請求項８】
前記第１色光を発する第１光源と、
前記第２色光を発する第２光源と、
前記第３色光を発する第３光源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】
投射面に画像を投射する投射レンズを有することを特徴とする請求項７又は８に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光ビームスプリッタを用いた色分離合成光学系、及びそれを用いた画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源からの光を画像信号に基づき変調し、該変調した光をスクリーン上に拡大投射する投射型の画像表示装置が知られている。
【０００３】
投射型の画像表示装置には、反射型の液晶表示素子と透過型の液晶表示素子を用いたものがある。反射型の液晶表示素子を用いた画像表示装置では、液晶表示素子によって変調された光の偏光方向に応じて、スクリーン上に投射する画像光とスクリーンに投射すべきではない不要光（非画像光）との光路を分離する。このため、偏光ビームスプリッタを、液晶表示素子と投射光学系との間に配置する必要がある。
【０００４】
このとき、反射型の液晶表示素子が黒表示状態であるにもかかわらず、投射光学系側に光が漏れる（導かれる）ことにより画像のコントラストが低下してしまうという問題があった。
【０００５】
この漏れ光を除去するために、特許文献１は、光源からの光を緑の波長帯域の光（緑色光）と、赤の波長帯域の光（赤色光）及び青の波長帯域の光（青色光）とを含む光とに分離する色分離素子と偏光ビームスプリッタとの間に偏光板を挿入する。これにより、不要な漏れ光を吸収もしくは反射する発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１５４１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の発明は、偏光ビームスプリッタが有する誘電体多層膜により構成された偏光分離面に対する光の入射方位の違いから生じる偏光方向のズレを原因とする漏れ光を低減することはできない。その結果、コントラストが十分に改善されないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、上記課題を解決するために本発明の色分離合成光学系は、
第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第１の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の一側面を構成する色分離合成光学系は、第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く光路合成素子と、
前記第１の偏光ビームスプリッタに、互いに偏光方向が異なる第１色光と第２色光を導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第１の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の一側面を構成する色分離合成光学系は、
第１色光のＳ偏光成分を反射することにより第１の反射型光変調素子へ導き、第２色光のＰ偏光成分を透過させることにより第２の反射型光変調素子へ導き、該第１の反射型光変調素子により変調された第１色光のＰ偏光成分を透過させ、該第２の反射型光変調素子により変調された第２色光のＳ偏光成分を反射することにより画像光と非画像光を分離する第１の偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタと、
第３色光のＰ偏光成分を透過又はＳ偏光成分を反射することにより第３の反射型光変調素子へ導き、該第３の反射型光変調素子により変調された第３色光のＳ偏光成分を反射又はＰ偏光成分を透過することにより画像光と非画像光を分離する第２の偏光分離面を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタを出射した第１色光及び第２色光の画像光と前記第２の偏光ビームスプリッタを出射した第３色光の画像光を合成し、投射レンズへ導く第３の偏光分離面を有する第３の偏光ビームスプリッタを有し、
前記第２の偏光分離面と前記第３の偏光分離面とが、実質的に平行であることを特徴とする。
【００１１】
また、上記色分離合成光学系を有する画像表示装置も本発明の一側面を構成する。
【００１２】
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】
【００１３】
本発明によれば、よりコントラストを向上させることが可能な色分離合成光学系、及び画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図２】偏光ビームスプリッタに対して、角度広がりをもって入射するＰ偏光の光束を模式的に示した図
【図３】偏光ビームスプリッタに対して、角度広がりをもって入射するＰ偏光の光束を模式的に示した図
【図４】互いに平行な２つの偏光分離面に対して角度広がりをもって入射するＰ偏光の光束を模式的に示した図
【図５】互いに直交する２つの偏光分離面に対して角度広がりをもって入射するＰ偏光の光束を模式的に示した図
【図６】本発明の実施例２に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図７】本発明の実施例３に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図８】本発明の実施例４に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図９】本発明の実施例５に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図１０】本発明の実施例６に係る画像表示装置の光学系の構成概略図
【図１１】従来の画像表示装置の光学系の構成概略図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１に係る画像表示装置の光学系（色分離合成光学系）の構成概略図である。図１の構成の説明に入る前に、誘電体多層膜により構成された偏光分離面に対する光の入射方位の違いによって生じる偏光方向のズレについて説明する。
【００１６】
一般的な画像表示装置は、液晶表示素子を均一に照明するインテグレーター光学系が用いられている。ここで、光源から出射した光は、インテグレーター光学系によって液晶表示素子上のある点に対して、角度２ωの広がりをもって入射するとする。このとき、偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対しては、（４５−ω）°から（４５＋ω）°の範囲の角度の広がりをもった光が入射することになる。
【００１７】
図２（ａ）、図３（ａ）は、偏光ビームスプリッタＰ１１及びＰ１２に対して、ある角度広がりをもつＰ偏光の光束１１Ｌ及び１４Ｌが、ｚ軸方向から入射する様子を模式的に示した図である。Ｓ１１、Ｓ１２は、それぞれ、偏光ビームスプリッタＰ１１、Ｐ１２の偏光分離面である。図３（ａ）は、偏光ビームスプリッタＰ１２の偏光分離面Ｓ１２の向きが図２（ａ）と異なる。具体的には、図３（ａ）の偏光分離面Ｓ１２は、図２（ａ）の偏光分離面Ｓ１１をｘｚ平面上で９０度回転させたものとなっている。但し、偏光ビームスプリッタの材料や偏光分離面に使用する多層膜の構成などは同じである。
【００１８】
図２（ｂ）、図３（ｂ）は、それぞれ、図２（ａ）、図３（ａ）を３次元的に表わした模式図である。偏光ビームスプリッタＰ１１、Ｐ１２は、一般的な偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光光（Ｐ偏光成分）を透過、Ｓ偏光光（Ｓ偏光成分）を反射する。Ｐ１１ａ、Ｐ１２ａは２つの三角柱プリズムにより構成された直方体の偏光ビームスプリッタの１面である光入射面を、Ｐ１１ｂ、Ｐ１２ｂは光出射面を示す。１３Ｌ、１６Ｌは、偏光分離面Ｓ１１、Ｓ１２を透過した光束を示し、１２Ｌ、１５Ｌは漏れ光を示す。
【００１９】
図２（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ３）は、光入射面Ｐ１１ａ、偏光分離面Ｓ１１、光出射面Ｐ１１ｂにおいて、各方位から入射した光の偏光方向を矢印で示している。図３（ｃ１）、（ｃ２）、（ｃ３）は、光入射面Ｐ１２ａ、偏光分離面Ｓ１２、光出射面Ｐ１２ｂにおいて、各方位から入射した光の偏光方向を矢印で示している。
【００２０】
光束１１Ｌ、及び光束１４ＬはＰ偏光であるので、光入射面Ｐ１１ａ及びＰ１２ａ上での各方位の偏光方向は、図２（ｃ１）、及び図３（ｃ１）で示した矢印の方向である。偏光分離面Ｓ１１、及びＳ１２に対するＰ偏光は入射方位によって異なるので、偏光分離面Ｓ１１及びＳ１２を透過できる偏光方向は、入射方位によって異なる。
【００２１】
つまり、図２（ｃ２）、及び図３（ｃ２）に図示した矢印の方向に沿う偏光方向の成分は偏光分離面を透過するが、この方向と直交する成分は偏光分離面において反射されてしまう。この本来透過すべき光であるにも関わらず反射されてしまう光が、漏れ光１２Ｌ、及び１５Ｌである。そして、偏光分離面Ｓ１１、Ｓ１２を透過した成分が、出射光束１３Ｌ、１６Ｌである。偏光ビームスプリッタＰ１１とＰ１２は同じ素子であるので、漏れ光１２Ｌと１５Ｌの光量は等しい。
【００２２】
出射光束１３Ｌ、及び１６Ｌの、光出射面Ｐ１１ｂ、Ｐ１２ｂにおける各方位の光の偏光方向は、図２（ｃ３）、図３（ｃ３）で示した矢印の方向となる。
【００２３】
次に、図４を用いて、光路上に偏光ビームスプリッタを２個連続で配置した場合の漏れ光について説明する。図４において、Ｓ２１、Ｓ２２は偏光ビームスプリッタＰ２１、Ｐ２２のそれぞれの偏光分離面を示す。Ｐ２１ａ、Ｐ２２ａは、偏光ビームスプリッタＰ２１、Ｐ２２の光入射面を示す。Ｐ２２ｂは、偏光ビームスプリッタＰ２２の光出射面を示す。
【００２４】
また、２３Ｌ、２５Ｌは、偏光分離面Ｓ２１、Ｓ２２を透過した光束を示す。２２Ｌ、２４Ｌは漏れ光を示す。図４では、偏光ビームスプリッタＰ２１の偏光分離面Ｓ２１と偏光ビームスプリッタＰ２２の偏光分離面Ｓ２２とが互いに、実質的に平行になるように偏光ビームスプリッタＰ２１と偏光ビームスプリッタＰ２２を配置している。光入射面Ｐ２１ａでの光束２１Ｌの各方位の偏光方向は、図４（ｂ１）で示す矢印の方向である。
【００２５】
先に述べたように、偏光分離面Ｓ２１では、図４（ｂ２）で示す矢印の偏光方向の成分のみが偏光分離面を透過し、これらの方向と直交する成分は、漏れ光２２Ｌとして偏光分離面において反射される。偏光分離面を透過した光束２３Ｌは、偏光ビームスプリッタＰ２２に入射し、偏光分離面Ｓ２２で偏光方向に応じて透過あるいは反射される。偏光分離面Ｓ２２を透過する各方位の偏光方向を図４（ｂ４）に矢印で示す。偏光分離面Ｓ２２を透過する各方位の偏光方向（図４（ｂ４））は、偏光分離面Ｓ２１を透過する各方位の偏光方向を示す図４（ｂ２）の矢印方向と一致している。つまり、偏光分離面Ｓ２１と偏光分離面Ｓ２２とを平行に配置すると、各方位の入射角度が等しくなり、偏光分離面Ｓ２１とＳ２２を透過する偏光方向が一致する。
【００２６】
よって、図４（ａ）に示すように、互いの偏光分離面が平行になるように偏光ビームスプリッタを配置すると、偏光分離面Ｓ２２に入射した光束２３Ｌのうち、ほぼ全ての光が偏光分離面Ｓ２２を透過するので、漏れ光２４Ｌをほぼ０に近づけることができる。
【００２７】
以上から、光路上に連続して配置される偏光分離面のうち、少なくとも２つの偏光分離面が互いに平行になるように配置すれば、漏れ光を低減し、よりコントラストを向上させることができる。
【００２８】
尚、本明細書における平行とは、完全に平行な状態に限られず、互いの偏光分離面がなす角度のうち小さい角度が、好ましくは５度以内であればよい。
【００２９】
比較のために、図５において、偏光ビームスプリッタＰ２３の偏光分離面Ｓ２３と偏光ビームスプリッタＰ２４の偏光分離面Ｓ２４とが平行ではなく、ｘｚ平面上で９０度傾けて配置している例、即ち、互いの偏光分離面が直交する例について説明する。
【００３０】
Ｓ２３、Ｓ２４は偏光ビームスプリッタＰ２３、Ｐ２４のそれぞれの偏光分離面を、Ｐ２３ａ、Ｐ２４ａは偏光ビームスプリッタＰ２３、Ｐ２４のそれぞれ光入射面を、Ｐ２４ｂは偏光ビームスプリッタＰ２４の光出射面を示す。また、２８Ｌ、３０Ｌは偏光分離面Ｓ２３，Ｓ２４を透過した光束、２７Ｌ、２９Ｌは漏れ光を示す。
【００３１】
光束２６Ｌが偏光分離面Ｓ２３に入射すると、偏光分離面Ｓ２３は、各方位の光のうち図５（ｂ１）で示した矢印の方向と同じ成分を透過し、これらの方向と直交する成分は漏れ光２７Ｌとして反射する。ここまでは偏光分離面を平行に配置した場合と同じである。
【００３２】
次に、偏光ビームスプリッタＰ２４に入射した光束２８Ｌは、偏光分離面Ｓ２４で透過、及び反射の成分に分離される。偏光分離面Ｓ２４を透過する各方位の偏光方向を図５（ｂ４）の矢印方向に示すが、これは偏光分離面Ｓ２３を透過する各方位の偏光方向を示す図５（ｂ２）の矢印方向とｙ軸に対して左右対称である。
【００３３】
つまり、図５（ａ）のように、偏光分離面Ｓ２３とＳ２４を平行に配置しない場合、偏光分離面Ｓ２３とＳ２４を透過できる偏光方向は一致しない。よって、偏光分離面Ｓ２４に入射した光束２８Ｌは、偏光分離面Ｓ２４においても透過光束３０Ｌと反射光束、つまり漏れ光２９Ｌとして分離されてしまう。
【００３４】
以上から、２つの偏光分離面を平行に配置しない場合、２つの偏光分離面を平行に配置した場合に比べ、漏れ光が多く発生してしまう。
【００３５】
尚、図２から図５において入射光の偏光方向がＰ偏光の場合について説明したが、Ｓ偏光の場合においても、同様のことが言える。
【００３６】
図５（ａ）に示した漏れ光２９Ｌは、画像表示装置おいては黒表示時に投射光学系まで到達してしまう場合があるので、このような漏れ光の光量が多いと、表示された黒が浮き、画像のコントラストが低下してしまう。
【００３７】
よって、本発明においては、以下の各実施例のようにすることで、コントラストを向上させている。
【００３８】
では、図１の画像表示装置について詳細に説明する。１ｒ、１ｂ、１ｇは、それぞれ第１色光、第２色光、第３色光の入射光を示す。本実施例においては、第１色光、第２色光、第３色光は、それぞれ赤色、青色、緑色の入射光とした。入射光１ｒ、１ｇ、１ｂは、ＬＥＤ素子やレーザーのような単色光源から発せられた光を使用することが望ましい。単色光源を使用する利点として、第１に、各波長帯域幅が狭くなるため、色分離のために無機物性の素子が使用できることが挙げられる。第２に、連続する偏光ビームスプリッタの偏光分離面を平行に配置すると、赤色光、青色光、緑色光の光路がある程度定まってしまうので、単色光源を使用すれば、赤色光源、青色光源、及び緑色光源の配置場所の自由度が増すことが挙げられる。これにより、偏光分離面を平行に配置した色分離合成光学系を用いた画像表示装置において単色光源を使用することにより、白色光源を使用する場合よりも、ダイクロイックプリズムなどの光学部材の仕様点数を減らすことができる。
【００３９】
さらに、入射光１ｒ、１ｇ、１ｂは、光源の種類に応じた偏光変換素子を用いることにより、偏光方向を一様に揃えたものを使用している。本実施例では、点線で示す光はＳ偏光光、実線で示す光はＰ偏光光である。
【００４０】
偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２、Ｐ４は、誘電体多層膜を積層した偏光分離面を有し、Ｐ偏光光を透過、Ｓ偏光光を反射する。
【００４１】
不図示の光源から射出されたＳ偏光光の赤色の入射光１ｒは、色合成分離素子Ｄ３により反射されて偏光ビームスプリッタＰ１（第１の偏光ビームスプリッタ）へ入射する。偏光ビームスプリッタＰ１に入射した入射光１ｒはＳ偏光光なので、偏光ビームスプリッタＰ１の偏光分離面Ｓ１（第１の偏光分離面）において反射され、位相差板２ｒを介して赤用の液晶表示素子３ｒ（第１の反射型光変調素子）に入射する。
【００４２】
色合成分離素子Ｄ３は、赤色光を反射し、青色光を透過する素子であり、入射光１ｒと１ｂは、互いに直交する方向から色合成分離素子Ｄ３に入射する。よって、色合成分離素子Ｄ３において、入射光１ｒは反射され、入射光１ｂは透過されることで、入射光１ｒと入射光１ｂは、合成光となって偏光ビームスプリッタＰ１に入射する。
【００４３】
偏光ビームスプリッタＰ１に入射した青色の入射光１ｂはＰ偏光光なので、偏光ビームスプリッタＰ１の偏光分離面Ｓ１を透過し、位相差板２ｂを介して青用の液晶表示素子３ｂ（第２の反射型光変調素子）に入射する。
【００４４】
一方、赤色光源（第１光源）、及び青色光源（第２光源）とは異なる位置に配置された緑用光源（第３光源）から出射し、偏光ビームスプリッタＰ４（第２の偏光ビームスプリッタ）に入射した緑色の入射光１ｇは、偏光ビームスプリッタＰ４の偏光分離面Ｓ４（第２の偏光分離面）を透過する。偏光分離面Ｓ４を透過した光は、偏光ビームスプリッタＰ４から出射し、緑用の液晶表示素子３ｇ（第３の反射型光変調素子）に入射する。
【００４５】
液晶表示素子３ｒ、３ｇ、３ｂは、反射型の液晶表示素子（反射型光変調素子）であり、入射した光を画像信号に基づき変調し（偏光状態を変えて）、反射させて射出する素子である。
【００４６】
それぞれの液晶表示素子３ｒ、３ｇ、３ｂに入射した光は、画像信号に応じて画素ごとに偏光方向を０度から９０度の範囲で変換され、それぞれの液晶表示素子により反射され、出射される。このとき、入射時の偏光方向と直交した偏光方向が画像光であり、投射レンズまで伝搬される。つまり、液晶表示素子３ｒから出射した画像光４ｒはＰ偏光光（非画像光はＳ偏光光）であり、液晶表示素子３ｂから出射した画像光４ｂはＳ偏光光（非画像光はＰ偏光光）であり、液晶表示素子３ｇから出射した画像光４ｇはＳ偏光光（非画像光はＰ偏光光）である。
【００４７】
液晶表示素子３ｒから出射した画像光４ｒは、偏光分離面Ｓ１を透過し、液晶表示素子３ｂから出射した画像光４ｂは、偏光分離面Ｓ１により反射されることで、再度合成され、偏光ビームスプリッタＰ１を出射する。
【００４８】
液晶表示素子３ｇから出射した画像光４ｇは、偏光分離面Ｓ４を反射し、偏光ビームスプリッタＰ４を出射後、偏光ビームスプリッタＰ２（第３の偏光ビームスプリッタ）により反射されて投射レンズ９側に射出される。
【００４９】
画像光４ｒ、４ｂの合成光は、偏光ビームスプリッタＰ１を出射後、青色光の偏光方向を９０°変換する青帯域用波長選択性位相差板５に入射する。青帯域用波長選択性位相差板５により、Ｓ偏光光であった画像光４ｂは、Ｐ偏光光の画像光４４ｂとなる。Ｐ偏光光である画像光４ｒ、４４ｂの合成光は、偏光ビームスプリッタＰ２に入射後、偏光分離面Ｓ２（第３の偏光分離面）を透過し、画像光４ｇと合成され、投射レンズ９側へ射出される。投射レンズ９側に射出された合成光は、投射レンズ９により拡大され、スクリーン（被投射面）へ投影される。
【００５０】
実施例１では、光路上に連続して配置された２つの偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２の偏光分離面Ｓ１、Ｓ２が互いに平行になるようにしている。先に説明したように、光路上に連続して配置された少なくとも２つの偏光ビームスプリッタの偏光分離面が互いに平行であれば、漏れ光を抑制できる。
【００５１】
実施例１では、赤色光と青色光が伝搬する光路上にある偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２の偏光分離面Ｓ１、Ｓ２が平行であるため、この伝搬光路で生じる漏れ光が抑制できる。
【００５２】
これにより、偏光板や位相補償板などでは完全に除去することが困難な、多層膜で構成された偏光ビームスプリッタの偏光分離面で生じる入射方位に依存した漏れ光を低減することができるので、よりコントラストを向上させることができる。
【００５３】
本発明の他の効果は、漏れ光を抑制するための偏光板や位相補償板を光路に挿入する必要性がないので、有機材料で作製された偏光板や位相補償板などに高輝度の光が入射することで生じる温度上昇による素子劣化が低減できる点にある。これにより、画像表示装置の信頼性を向上することができる。
【００５４】
本実施例では、赤色光と青色光の合成光の伝搬経路に青帯域用波長選択性位相差板５が設置されている。２色の合成光のうちの１色の波長光のみの偏光方向を変調させる（回転させる）場合、２色の波長帯域が近いと、変調する必要のない波長光まで変調される可能性がある。このため、伝搬経路を共有する第１色光と第２色光は、波長帯域の離れた赤色光と青色光とし、第３色光を緑色光とすることが望ましい。
【００５５】
実施例１において、レーザー光源などを利用することによって、互いに異なる偏光方向をもつ赤色光と青色光を偏光ビームスプリッタＰ１に入射させることができる場合は、色合成分離素子Ｄ３は必ずしも必要ではない。
【００５６】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例２に係る画像表示装置２００の光学系の構成概略図の一例である。実施例１と異なる点は、色合成分離素子Ｄ３（図１）の代わりに偏光ビームスプリッタＰ３を用いた点と、各液晶表示素子から射出された画像光を合成する色合成素子としてダイクロイック膜により構成される色合成分離素子Ｄ２を用いた点である。色合成分離素子Ｄ３を偏光ビームスプリッタＰ３とすることで、偏光分離機能を有さない素子を用いるよりも偏光度の高い光を出射することができる。
【００５７】
赤色の入射光１ｒと青色の入射光１ｂは、直交する方向から偏光ビームスプリッタＰ３に入射する。偏光ビームスプリッタＰ３は、赤色光を射出する光源のＳ偏光光と青色光を射出する光源のＰ偏光光を合成して、偏光ビームスプリッタＰ１へ導く偏光分離面Ｓ３（第４の偏光分離面）を有する偏光ビームスプリッタ（第４の偏光ビームスプリッタ）である。入射光１ｒはＳ偏光光なので、偏光分離面Ｓ３で反射され、入射光１ｂはＰ偏光光なので、偏光分離面Ｓ３を透過する。これにより、入射光１ｒと入射光１ｂは合成光となる。
【００５８】
入射光１ｒと１ｂの合成光は、偏光ビームスプリッタＰ１入射後、実施例１と同様に分離され、赤色光、及び青色光に対応した液晶表示素子３ｒ、３ｂに入射し、画像光４ｒ、４ｂとなって射出され、再び、偏光ビームスプリッタＰ１で合成され、出射する。
【００５９】
一方、偏光ビームスプリッタＰ４に入射した緑色の入射光１ｇは、偏光分離面Ｓ４を透過し、偏光ビームスプリッタＰ４から出射後、液晶表示素子３ｇに入射し、画像光４ｇとなって反射され、偏光ビームスプリッタＰ４から出射する。
【００６０】
色合成分離素子Ｄ２（光路合成素子）は、赤、青色光の光を透過し、緑色光を反射するダイクロイック膜を有する素子である。よって色合成分離素子Ｄ２は、入射した画像光４ｒ、４ｂを透過、画像光４ｇは反射し、合成光を投射レンズ９側へ射出する。合成された画像光は、投射レンズ９により拡大され、スクリーンへ投影される。
【００６１】
実施例２においては、偏光分離面Ｓ１と偏光分離面Ｓ３とが互いに平行になるように配置している。仮に、偏光分離面Ｓ１と偏光分離面Ｓ３を平行にしなかった場合、赤色光の漏れ光が青色光に対応する液晶表示素子３ｂに、青色光の漏れ光が赤色光に対応する液晶表示素子３ｒに入射することになるため、投影像の黒浮きの原因となる。よって、使用した３つの偏光ビームスプリッタのうち、２つの偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ３の偏光分離面を平行に配置することは、漏れ光の低減に高い効果を示し、よりコントラストを向上させることができる。
【００６２】
（実施例３）
図７は、本発明の実施例３に係る画像表示装置３００の光学系の構成概略図の一例である。実施例１と異なる点は、４つの偏光ビームスプリッタを用いている点と、各偏光ビームスプリッタの配置である。入射光１ｒと１ｂは、直交する方向から偏光ビームスプリッタＰ３に入射する。偏光ビームスプリッタＰ３にて合成光となった入射光１ｒと１ｂは、偏光ビームスプリッタＰ１に入射し、偏光分離面Ｓ１において、偏光方向の違いにより分離される。そして、分離された入射光１ｒ、１ｂは、赤、及び青色光に対応した液晶表示素子３ｒ、３ｂに入射し、画像光４ｒ、４４ｂとなって反射され、偏光ビームスプリッタＰ１で再び合成され出射する。
【００６３】
一方、入射光１ｇは偏光ビームスプリッタＰ４を透過し、液晶表示素子３ｇに入射後、変調された画像光４ｇは、偏光ビームスプリッタＰ４により反射され、射出される。
【００６４】
液晶表示素子３ｂにより変調された画像光４ｂは、青帯域用波長選択性位相差板５によりＰ偏光である画像光４４ｂに変換され、画像光４ｒとともに偏光ビームスプリッタＰ２に入射する。
【００６５】
偏光ビームスプリッタＰ２は、偏光ビームスプリッタＰ１と偏光ビームスプリッタＰ４から射出した画像光４ｒ、４４ｂと画像光４ｇを合成し、投射レンズ９に導くための偏光ビームスプリッタである。偏光ビームスプリッタＰ２において、ともにＰ偏光である画像光４ｒと画像光４４ｂは透過、Ｓ偏光である画像光４ｇは反射されることで合成光となり、出射する。合成された画像光は投射レンズ９により拡大されスクリーンへ投影される。
【００６６】
実施例３では、使用した４つの偏光ビームスプリッタのうち、２つの偏光ビームスプリッタＰ２、Ｐ４のそれぞれの偏光分離面Ｓ２、Ｓ４を平行に配置していることで、漏れ光を低減することができる。実施例３は、他の色光よりも比視感度の高い緑色光の光路に配置された２つの偏光ビームスプリッタの偏光分離面Ｓ２、Ｓ４が平行になるよう配置しているので、より明るい画像を投射することができる。
【００６７】
（実施例４）
図８は、本発明の実施例４に係る画像表示装置４００の光学系の構成概略図の一例である。実施例４では、実施例３と同様に４つの偏光ビームスプリッタを使用する。よって、光線の伝搬の仕方はほぼ同じであるが、偏光ビームスプリッタの配置が異なっている。
【００６８】
本実施例では、使用した４つの偏光ビームスプリッタのうち、３つの偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２、Ｐ４のそれぞれの偏光分離面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４が平行になるよう光学系を構成している。実施例４においては、光路上に連続して配置された３つの偏光ビームスプリッタの偏光分離面Ｓ１、Ｓ４、Ｓ２が平行であるため、実施例１で説明したものよりも高いコントラスト向上効果を得ることができる。
【００６９】
（実施例５）
図９は、本発明の実施例５に係る投射型画像表示装置５００の光学系の構成概略図の一例である。実施例５では、光路を合成したり、分離したりする素子として、実施例３と同様に４つの偏光ビームスプリッタを使用する。よって、光線の伝搬の仕方は、実施例３とほぼ同じであるが、偏光ビームスプリッタの配置が異なっている。
【００７０】
本実施例では、使用した４つの偏光ビームスプリッタのうち、３つの偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれの偏光分離面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を平行に配置している。
【００７１】
実施例５においても、実施例４と同様に、実施例１で説明したものよりも高いコントラスト向上効果を得ることができる。
【００７２】
（実施例６）
図１０は、本発明の実施例６に係る画像表示装置６００の光学系の構成概略図の一例である。実施例６では、光路を合成したり、分離したりする素子として、実施例３と同様に４つの偏光ビームスプリッタを使用する。よって、光線の伝搬の仕方は実施例３とほぼ同じであるが、偏光ビームスプリッタの配置が実施例３と異なっている。
【００７３】
本実施例では、使用した４つの偏光ビームスプリッタのうち、４つの偏光ビームスプリッタＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４の偏光分離面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を平行に配置している。実施例６においては、全ての偏光ビームスプリッタの偏光分離面が平行であるため、コントラスト向上効果がより得られる。
【００７４】
（比較例）
図１１は、従来の投射型の画像表示装置７００の光学系の構成概略図の一例である。図１１において、８１ｒ、８１ｇ、８１ｂはそれぞれ赤色光、緑色光、青色光の入射光を示す。入射光８１ｒ、８１ｇ、８１ｂは同一の偏光方向である。本従来例では入射光８１ｒ、８１ｇ、８１ｂはＰ偏光光とする。
【００７５】
入射光８１ｒ、８１ｇ、８１ｂは、赤、青色光を反射、緑色光を透過する色分離合成素子Ｄ８３に入射する。色分離合成素子Ｄ８３において、入射光８１ｒ、８１ｂは反射され、８１ｇ光は透過する。色分離合成素子Ｄ８３により反射された入射光８１ｒと８１ｂは、赤帯域用波長選択性位相差板８６に入射する。赤帯域用波長選択性位相差板８６は赤色光の偏光方向を９０°変換する。よって、Ｐ偏光光であった入射光８１ｒはＳ偏光光の入射光８１ｒ’となる。赤帯域用波長選択性位相差板８６は、青色光に対しては、偏光方向を変換させる素子として作用しないので、入射光８１ｂは、Ｐ偏光光のまま赤帯域用波長選択性位相差板８６を透過する。
【００７６】
入射光８１ｂと８１ｒ’は偏光ビームスプリッタＰ８１に入射し、偏光分離面Ｓ８１において、偏光方向の違いにより分離される。入射光８１ｒ’は、偏光分離面Ｓ８１において反射され、位相差板８２ｒを透過後、赤用の液晶表示素子８３ｒに入射する。入射光８１ｂは、偏光分離面Ｓ８１を透過して、位相差板８２ｂに透過後、青用の液晶表示素子８３ｂに入射する。そして、偏光分離面Ｓ８１において、液晶表示素子８３ｒから出射したＰ偏光の画像光８４ｒは、偏光分離面Ｓ８１を透過し、液晶表示素子８３ｂから出射したＳ偏光の画像光８４ｂは、偏光分離面Ｓ８１において反射されることで、再度合成される。
【００７７】
一方、偏光ビームスプリッタＰ８４に入射した入射光８１ｇは、偏光分離面Ｓ８４を透過し、位相差板８２ｇを透過し、緑用の液晶表示素子８３ｇに入射する。そして、緑用の液晶表示素子８３ｇからＳ偏光光の画像光８４ｇとして出射する。
【００７８】
最後に緑色帯域光を反射させ、赤、青色光を透過する色合成分離素子Ｄ８２において、画像光８４ｒ、８４ｂが透過し、画像光８４ｇが反射されることで、３色光が合成光として射出される。合成された画像光は、投射レンズ８９によりスクリーンへ投影される。
【００７９】
比較例において、偏光ビームスプリッタＰ８１、Ｐ８４は連続で使用されていない。偏光ビームスプリッタＰ８１、Ｐ８４で生じる漏れ光は、図１１における偏光板８７、８８で吸収もしくは反射される。しかし、これらの偏光板は有機材料のものを使用しており、高輝度の光が入射すると、素子温度が上昇し、素子が劣化してしまっていた。さらに、偏光ビームスプリッタＰ８１及びＰ８４の偏光分離面Ｓ８１、Ｓ８４に対する入射方位の違いによって生じる偏光方向のズレにより生じる漏れ光は偏光板８７、８８を用いても除去することはできない。以上より、従来技術においてはコントラストが低下してしまっていた。
【符号の説明】
【００８０】
１ｒ、１ｇ、１ｂ  第１色光、第２色光、第３色光
３ｒ、３ｇ、３ｂ  光変調素子
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  偏光ビームスプリッタ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  偏光分離面
【図１】
2013222098.tif 000003
【図２】
2013222098.tif 000004
【図３】
2013222098.tif 000005
【図４】
2013222098.tif 000006
【図５】
2013222098.tif 000007
【図６】
2013222098.tif 000008
【図７】
2013222098.tif 000009
【図８】
2013222098.tif 000010
【図９】
2013222098.tif 000011
【図１０】
2013222098.tif 000012
【図１１】
2013222098.tif 000013