(57)【要約】【課題】高コントラストの画像を投影することができ、耐久性に優れた色分離合成光学系およびそれを用いた投射型表示装置を提供すること【解決手段】色分離合成光学系１００は、Ｇの色光を、ＲＢの色光と合成する合成プリズム１７と、ＲＢの色光に対して偏光分離特性を有し、対応する画像変調素子から反射されたＲＢの色光を合成して前記合成手段に導く偏光分離面１４ａと、を有し、合成プリズム１７は、Ｒの色光に対してはＰ偏光を投射レンズ１８に導き、Ｂの色光に対してはＰ偏光とＳ偏光の両方を投射レンズ１８に導き、偏光分離面１４ａは、Ｓ偏光に対する偏光分離特性の方がＰ偏光に対する偏光分離特性よりも高く、黒表示状態において、Ｂの色光がＳ偏光で偏光分離面１４ａに入射する。【選択図】図１
2013228565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光を、第２の色光および第３の色光と合成する合成手段と、
前記第２の色光および前記第３の色光に対して偏光分離特性を有し、前記第２の色光と前記第３の色光に対応する画像変調素子によって変調および反射された前記第２の色光および前記第３の色光を合成して前記合成手段に導く偏光分離手段と、
を有し、
前記合成手段は、前記第２の色光に対しては第１の偏光と、前記第１の偏光と偏光方向が直交する第２の偏光のいずれか一方を、前記合成手段からの光を被投射面に投射する投射光学系に導き、前記第３の色光に対しては前記第１の偏光と前記第２の偏光の両方を前記投射光学系に導き、
前記偏光分離手段は、前記第２の偏光に対する偏光分離特性の方が第１の偏光に対する偏光分離特性よりも高く、
黒表示状態において、前記第３の色光に対応する画像変調素子により変調および反射された前記第３の色光は、前記第２の偏光で前記偏光分離手段に入射することを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記合成手段は、前記第２の色光に対しては前記第１の偏光を前記投射光学系に導き、
前記偏光分離手段は、前記第２の色光に対応する前記画像変調素子から反射された前記第２の偏光の前記第２の色光を反射し、前記第３の色光に対応する前記画像変調素子から反射された前記第１の偏光の前記第３の色光を透過することによって合成して前記合成手段に導き、
前記偏光分離手段と前記合成手段の間に設けられ、偏光方向を９０度変換する偏光方向変換手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記合成手段は、前記第２の色光に対しては前記第２の偏光を前記投射光学系に導き、
前記偏光分離手段は、前記第２の色光に対応する前記画像変調素子から反射された前記第２の偏光の前記第２の色光を反射し、前記第３の色光に対応する前記画像変調素子から反射された前記第１の偏光の前記第３の色光を透過することによって合成して前記合成手段に導くことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項４】
前記第１の色光、前記第２の色光および前記第３の色光は波長領域がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記第３の色光は前記第２の色光よりも短波長であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記第３の色光は青の波長領域の光であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記偏光分離手段は偏光分離面を有し、該偏光分離面に対して、前記第１の偏光はＰ偏光であり、前記第２の偏光はＳ偏光であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
複数の波長領域の照明光をそれぞれの波長領域の光に対応する画像変調素子に導き、該画像変調素子により変調された画像光を合成して投射光学系へ導く光学系であって、
第１の波長領域のＰ偏光を透過させて第１の画像変調素子へ導き、第２の波長領域のＳ偏光を反射して第２の画像変調素子へ導くとともに、前記第１の画像変調素子により変調された第１の波長領域のＳ偏光を反射し、前記第２の画像変調素子により変調された第２の波長領域のＰ偏光を透過させる多層膜を有する偏光分離手段と、
前記偏光分離手段と前記投射光学系との間に配置され、前記第１の波長領域の光に対してはＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する多層膜を有する合成手段と、
前記偏光分離手段と前記合成手段との間に配置されたλ／２板を有することを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の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、光学系およびそれを用いた投射型表示装置（投射型表示装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、反射型の液晶表示素子と投射レンズの間に波長選択性偏光回転素子を用いた色分離合成光学系を開示している。しかしながら、波長選択性偏光回転素子を用いると所望の偏光状態と異なる偏光状態の光が存在するため、コントラストが低下してしまう。そこで、特許文献２は、３つの色光を合成する素子としてある波長域ではダイクロイックミラーで、その他の波長域では偏光分離合成の特性をもった素子を使用し、液晶表示素子と投射レンズの間の波長選択性偏光回転素子を配置しない実施例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５４１５２号公報
【特許文献２】特開２００６−０７１７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２には、液晶表示素子と投射レンズの間に特定の波長に対して偏光板として機能する波長選択性偏光板が配置されているが、偏光板は透過軸方向の偏光光でも透過率が８０〜９０％程度で光吸収が多い。明るさの向上を求められている昨今、このような光吸収の多い偏光板は製品の寿命を短くする要因となっていた。
【０００５】
本発明は、高コントラストの画像を投影することができ、耐久性に優れた色分離合成光学系およびそれを用いた投射型表示装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の色分離合成光学系は、第１の色光を、第２の色光および第３の色光と合成する合成手段と、前記第２の色光および前記第３の色光に対して偏光分離特性を有し、前記第２の色光と前記第３の色光に対応する画像変調素子によって変調および反射された前記第２の色光および前記第３の色光を合成して前記合成手段に導く偏光分離手段と、
を有し、前記合成手段は、前記第２の色光に対しては第１の偏光と、前記第１の偏光と偏光方向が直交する第２の偏光のいずれか一方を、前記合成手段からの光を被投射面に投射する投射光学系に導き、前記第３の色光に対しては前記第１の偏光と前記第２の偏光の両方を前記投射光学系に導き、前記偏光分離手段は、前記第２の偏光に対する偏光分離特性の方が第１の偏光に対する偏光分離特性よりも高く、黒表示状態において、前記第３の色光に対応する画像変調素子により変調および反射された前記第３の色光は、前記第２の偏光で前記偏光分離手段に入射することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高コントラストの画像を投影することができ、耐久性に優れた光学系およびそれを用いた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】
【０００８】
【図１】本発明の投射型表示装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】図１に示す合成プリズムの特性を示すグラフである。（実施例１）
【図３】本発明の投射型表示装置のブロック図である。（実施例２）
【図４】図３に示す合成プリズムの特性を示すグラフである。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本実施形態の光学系は、第１の偏光を透過し、第２の偏光を反射する偏光分離手段と、偏光分離手段を経た２つの色光（例えば、ＲとＢの色光）を別の色光（例えば、Ｇの色光）と合成する合成手段と、を有する。第１の偏光と第２の偏光は偏光方向が直交し、例えば、第１の偏光はＰ偏光であり、第２の偏光はＳ偏光である。そして、本実施形態の光学系は、複数の波長領域の照明光をそれぞれの波長領域の光に対応する画像変調素子に導き、画像変調素子により変調された画像光を合成手段によって合成して投射光学系へ導く。合成手段は偏光分離手段と投射光学系の間に配置される。
【００１０】
合成手段は、偏光分離手段からの２つの色光の一方の色光（例えば、Ｒ光）に対しては第１の偏光と第２の偏光のいずれか一方を投射光学系に導く。なお、投射光学系は、合成光学素子からの光を被投射面に投射する。また、合成手段は、偏光分離手段からの２つの色光の他方の色光（例えば、Ｂ光）に対しては第１の偏光と第２の偏光の両方を投射光学系に導く。
【００１１】
被投射面の背景色を黒にする黒表示においては、偏光分離手段が上記２つの色光を反射または透過によって除去するが、その偏光分離性能は完全ではない。そこで、従来は、偏光分離手段による除去を補助するために、合成手段に導かれた前記一方の色光を合成手段の偏光分離特性を利用して除去し、合成手段に導かれた前記他方の色光を合成手段の前段に設けられた偏光板によって除去していた。
【００１２】
本実施形態は、この偏光板を配置しないことが可能な光学系を提供し、これによって、高コントラストの画像を投影し、光学系の耐久性を向上する。その際、黒表示状態で前記他方の光を十分に除去するために、偏光分離手段の第２の偏光に対する偏光分離特性の方が第１の偏光に対する偏光分離特性よりも高いことを利用している。即ち、黒表示状態において前記他方の光が第２の偏光で偏光分離面に入射し、（光源側に）除去されるようにしている。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１の投射型表示装置（画像投射装置、投射型表示装置）のブロック図である。投射型表示装置は、光源部と、照明光学系１００と、色分解合成光学系２００と、投射レンズ（投射光学系）１８を有する。
【００１４】
光源部は、光源１と放物面リフレクタ２からなり、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。本実施例の光源１は超高圧水銀ランプであるが、それに限られず、ＬＥＤやレーザー光源を用いてもよい。
【００１５】
照明光学系１００は、画像変調手段（反射型液晶表示素子、反射型液晶パネル）を照明し、ＵＶ−ＩＲ（紫外光・赤外光）カットフィルタ３、第１のレンズアレイ４、第２のレンズアレイ５、コンデンサーレンズ６を有する。必要があれば、照明光学系１００は、照明光の偏光をＰ偏光（第１の偏光）に揃える手段を有してもよい。
【００１６】
放物面リフレクタ２からの平行光束は、ＵＶ−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。各分割光束は第２のレンズアレイ５の近傍に集光され、各部分光束がそれぞれ光源像（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、反射型液晶表示素子１０を重畳的に照明する。
【００１７】
色分解合成光学系２００は、光を複数の色成分に分光する色分離手段と、各色成分の光（色光）を映像信号に応じて変調して反射する光変調手段と、光変調された全ての色成分の光を合成する合成手段と、を有する。
【００１８】
色分離手段は、ダイクロイックミラー７と第２の偏光ビームスプリッタ１４を有する。
【００１９】
ダイクロイックミラー７は青の波長領域（Ｂ）と赤の波長領域（Ｒ）の色光を反射し、緑の波長領域（Ｇ）の色光を透過する。Ｇの色光（第１波長領域の光、第１の色成分の光または第１の色光）、Ｒの色光（第２波長領域の光、第２の色成分の光または第２の色光）、Ｂの色光（第３波長領域の光、第３の色成分の光または第３の色光）、は波長領域がそれぞれ異なる。
【００２０】
８はＳ偏光（第２の偏光）を透過する入射側偏光板Ｇであり、９はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する偏光分離面を有する第１の偏光ビームスプリッタである。
【００２１】
光変調手段は、赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒ、緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇ、青用の反射型液晶表示素子１０Ｂから構成される。各液晶表示素子は画像変調素子（液晶パネル）として機能する。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。赤用の１／４波長板１１Ｒは、第２の偏光ビームスプリッタ１４と赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒとの間に配置される。緑用の１／４波長板１１Ｇは、第１の偏光ビームスプリッタ９と緑用の反射型液晶表示素子１０Ｇとの間に配置される。青用の１／４波長板１１Ｂは、第２の偏光ビームスプリッタ１４と青用の反射型液晶表示素子１０Ｂとの間に配置される。
【００２２】
１５は偏光方向を９０度変換する１／２波長板Ｇである。青用の１／４波長板１１Ｂは、第２の偏光ビームスプリッタ１４と青用の反射型液晶表示素子１０Ｂとの間に配置される。
【００２３】
１２はＳ偏光を透過する入射側偏光板である。１３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色選択性位相差板である。入射側偏光板１２は、色選択性位相差板１３とダイクロイックミラー７との間に配置される。
【００２４】
第２の偏光ビームスプリッタ１４は、Ｒの色光およびＢの色光に対して偏光分離特性を有する。第２の偏光ビームスプリッタ１４は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光分離面（偏光分離手段）１４ａを有し、対応する液晶表示素子によって変調および反射されたＢとＲの色光を合成して合成プリズム１７に導く機能も有する。色選択性位相差板１３は、第２の偏光ビームスプリッタ１４と入射側偏光板１２の間に配置される。
【００２５】
本実施例では、第２の偏光ビームスプリッタ１４は、第１の波長領域の光であるＲの色光のＰ偏光を透過させて赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒ（第１の画像変調素子）に導く。また、第２の偏光ビームスプリッタ１４は、第２の波長領域の光であるＢの色光のＳ偏光を反射して青用の反射型液晶表示素子１０Ｂ（第２の画像変調素子）に導く。また、第２の偏光ビームスプリッタ１４は、赤用の反射型液晶表示素子１０Ｒによって変調されたＲの色光のＳ偏光を反射し、青用の反射型液晶表示素子１０Ｂにより変調されたＢの色光のＰ偏光を透過させる多層膜を有する。
【００２６】
１６は偏光方向を９０度変換する１／２波長板（λ／２板、偏光方向変換手段）であり、第２の偏光ビームスプリッタ１４と合成プリズム１７との間に配置される。本実施例では、合成プリズム１７と偏光分離面１４ａとの間には、Ｇの色光のＰ偏光またはＳ偏光の一方を遮断して他方を通過させる偏光板が配置されていないため、高コントラストの画像を投影し、色分解合成光学系の耐久性を向上することができる。
【００２７】
合成プリズム１７は、第１の色光を、第２の色光および第３の色光と合成し、合成手段として機能する。合成プリズム１７は、図２に示す偏光分離特性も有する光学面を有し、Ｂ、Ｇの色光ではダイクロイックミラー、Ｒの色光ではＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタの特性を有する。図２は、合成プリズム１７に入射する光の波長（ｎｍ）（横軸）と透過率（％）（縦軸）の関係を示すグラフである。
【００２８】
即ち、合成プリズム１７は、第１波長領域の光（Ｇの色光）に対しては、そのＰ偏光とＳ偏光の両方を反射して投射レンズ１８に導く。また、合成プリズム１７は、第２波長領域の光（Ｒの色光）に対しては、そのＰ偏光を透過して投射レンズ１８に導くが、Ｓ偏光は反射する。即ち、合成プリズム１７は、Ｒの色光に対してはＰ偏光とＳ偏光の一方を投射レンズ１８に導く。更に、合成プリズム１７は、第３波長領域の光（Ｂの色光）に対しては、そのＰ偏光とＳ偏光の両方を透過して投射レンズ１８に導く。
【００２９】
投射レンズ１８は、合成プリズム１７によって合成された光を不図示の被投射面に投射する投射手段（投射光学系）である。
【００３０】
次に、色分解合成光学系２００の光学的な作用を説明する。
【００３１】
ダイクロイックミラー７を透過したＧの色光は、入射側偏光板Ｇ８でＳ偏光光が透過し、第１の偏光ビームスプリッタ９に入射する。偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面でＳ偏光光が反射され、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９の偏光分離面を反射し、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９の偏光分離面を透過、１／２波長板Ｇ１５でＰ偏光からＳ偏光に変換されて合成プリズム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、１／４波長板１１Ｇの遅相軸または進相軸を第１の偏光ビームスプリッタ９への入射光軸と反射光軸を含む平面に略垂直な方向に調整する。これにより、第１の偏光ビームスプリッタ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９から出射したＧの色光は、１／２波長板Ｇ１５でＰ偏光からＳ偏光に変換されて、合成プリズム１７で反射されて投射レンズ１８へと至る。
【００３２】
ダイクロイックミラー７を反射したＲとＢの色光は、Ｓ偏光光を透過する入射側偏光板１２に入射する。次に、入射側偏光板１２を射出したＲとＢの色光は色選択性位相差板１３に入射する。色選択性位相差板１３は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を有し、これによりＲの色光はＰ偏光として、Ｂの色光はＳ偏光のままで第２の偏光ビームスプリッタ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１４に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射され、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂ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１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過してＲ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。
【００３３】
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Ｓ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ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Ｂ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１４の偏光分離面を透過して投射光として１／２波長板１６に向かう。
【００３４】
また、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Ｐ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッタ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Ｒ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１４の偏光分離面で反射して投射光として１／２波長板１６に向かう。
【００３５】
このとき、１／４波長板１１Ｒ，１１Ｂの遅相軸をＧの場合と同じように調整することにより、Ｒ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。
【００３６】
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１４から出射したＲとＢの色光は、Ｂの色光はＰ偏光、Ｒの色光はＳ偏光で１／２波長板１６に入射する。１／２波長板１６で、Ｂの色光はＳ偏光、Ｒの色光はＰ偏光に変換され、合成プリズム１７に入射、そしてＲとＢの投射光は合成プリズム１７を透過し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ１８に至る。
【００３７】
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。
【００３８】
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ため、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。白表示では、被投射面の背景色を白にし、黒表示では、被投射面の背景色を黒にする。
【００３９】
Ｓ偏光のＧの色光は、第１の偏光ビームスプリッタ９に入射して偏光分離面で反射し、Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇへと至る。反射型液晶表示素子１０Ｇは黒表示であるため、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偏光光のままであり、再び第１の偏光ビームスプリッタ９の偏光分離面で反射、入射側偏光板Ｇ８を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００４０】
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、色選択性位相差板１３に順次入射する。これにより、Ｒの色光はＰ偏光として、Ｂの色光はＳ偏光のまま第２の偏光ビームスプリッタ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１４に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射され、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂ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１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過してＲ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。
【００４１】
黒表示のため、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ないＳ偏光光のまま反射され、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面で反射し、色選択性位相差板１３、入射側偏光板１２を通過して光源側に戻される。一方、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Ｐ偏光のまま反射され、第２の偏光ビームスプリッタ１４の偏光分離面を透過し、色選択性位相差板１３、入射側偏光板１２を通過して光源側に戻される。
【００４２】
以上の説明では、偏光ビームスプリッタは、Ｓ偏光を１００：０で反射し、Ｐ偏光を１００：０で透過すると仮定しているが、実際にはそのような理想状態ではなく、わずかながらＰ偏光で反射する。また一般に、偏光ビームスプリッタは、Ｓ偏光に対する偏光分離特性の方がＰ偏光に対する偏光分離特性よりも優れている。
【００４３】
本構成において、Ｒの色光は第２の偏光ビームスプリッタ１４に対し、Ｐ偏光光で入射し、黒表示時、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０ＲからＰ偏光の光が反射され、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。Ｐ偏光光は、わずかではあるが反射し、１／２波長板１６に入射し、Ｐ偏光からＳ偏光に変換され、合成プリズム１７で入射する。しかしながら、合成プリズム１７はＲの色光のＰ偏光を図２に示すように反射するため、投射レンズ１８に向かわず、漏れ光が小さく抑えられる。つまり、合成プリズム１７が、第２の偏光ビームスプリッタ１４による除去を補助している。
【００４４】
合成プリズム１７はＢの色光に対しては、図２に示すように、その偏光状態に関わらず透過し、偏光分離特性は持っていない。また、偏光板を配置しないので第２の偏光ビームスプリッタ１４による除去を補助する光学素子がない。その代わり、Ｂの色光は第２の偏光ビームスプリッタ１４にＳ偏光光で入射し、黒表示の時は、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０ＲからＳ偏光の光が反射され、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。偏光ビームスプリッタ１４がＳ偏光を反射する特性はＰ偏光を透過する特性よりも高く（優れており）、第２の偏光ビームスプリッタ１４を透過して合成プリズム１７に至る漏れ光が非常に小さくなる。
【００４５】
本実施例の構成にすることで、検光に関与する偏光板など耐久性の良くない光学素子を配置しないことができ、製品としての耐久性、寿命が向上する。Ｂの色光は第２の偏光ビームスプリッタ１４のみで検光（所望の偏光状態の光を通すこと）を行うため、青の帯域でＳ偏光の光に対し、透過率が１％以下であることが望ましい。
【００４６】
合成プリズム１７の特性をＢの色光に対し、偏光分離特性で、Ｒの色光に対して偏光に関わらず透過の特性を持たせ、Ｒ用とＢ用の反射型液晶表示素子を逆に配置した構成でも構わない。しかしながら本実施例のように第２の偏光ビームスプリッタ１４のみで検光する色光を、Ｒの色光よりも短波長であるＢの色光にする方が、比視感度の点から望ましい。
【実施例２】
【００４７】
図３は、実施例２の投射型表示装置のブロック図である。投射型表示装置は、光源部と、照明光学系と、色分解合成光学系３００と、投射レンズ（投射光学系）３０を有する。
【００４８】
光源部は、Ｒ光のレーザー光源２１Ｒ、Ｇ光のレーザー光源２１Ｇ、Ｂ光のレーザー光源２１Ｂから構成されている。
【００４９】
色分解合成光学系３００は、光を複数の色成分に分光する色分離手段と、各色成分の光（色光）を映像信号に応じて変調して反射する光変調手段と、光変調された全ての色成分の光を合成する合成手段と、を有する。Ｂ光とＧ光はＳ偏光、Ｒ光はＰ偏光になるように配置している。また、それぞれの光源の波長帯域は、Ｒ光が６３０〜６５０ｎｍ、Ｇ光が５２０〜５４０ｎｍ、Ｂ光が４３５〜４４５ｎｍに設定されている。
【００５０】
照明光学系は、画像変調手段（反射型液晶表示素子、反射型液晶パネル）の表示領域を照明し、凹レンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂと凸レンズ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂを有する。レーザー光源２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂから発せられた光束を凹レンズ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ、凸レンズ２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂを広げている。
【００５１】
色分離手段は、偏光ビームスプリッタＲＢ２９を有する。光変調手段は、赤用の反射型液晶表示素子２６Ｒ、緑用の反射型液晶表示素子２６Ｇ、青用の反射型液晶表示素子２６Ｂから構成される。合成手段は、合成プリズム２４を有する。
【００５２】
合成プリズム２４は、図４に示すように、ＧとＲの色光に対し偏光分離特性をもち、Ｂの色光に対しては偏光に関わらず反射の特性を持ったプリズムである。図４は、合成プリズム２４に入射する光の波長（ｎｍ）（横軸）と透過率（％）（縦軸）の関係を示すグラフである。
【００５３】
２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂ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。赤用の１／４波長板２７Ｒは、偏光ビームスプリッタＲＢ２９と赤用の反射型液晶表示素子２６Ｒとの間に配置される。緑用の１／４波長板２７Ｇは、光路長補正板２５と緑用の反射型液晶表示素子２６Ｇとの間に配置される。青用の１／４波長板２７Ｂは、偏光ビームスプリッタＲＢ２９と青用の反射型液晶表示素子２６Ｂとの間に配置される。光路長補正板２５は、投射レンズ３０と反射型液晶表示素子２６の間の光路長をＲ、Ｂ光とＧ光で合わせるために置かれた四角柱状のプリズムである。
【００５４】
偏光ビームスプリッタＲＢ２８は、Ｒ光とＢ光を合成する偏光分離特性を持った光学面（偏光分離手段）２９ａを有する。光学面２９ａは、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。本実施例では、合成プリズム２４と光学面２９ａとの間には、Ｇの色光のＰ偏光またはＳ偏光の一方を遮断して他方を通過させる偏光板がないため、高コントラストの画像を投影し、色分解合成光学系の耐久性を向上することができる。
【００５５】
投射レンズ３０は、合成プリズム２４によって合成された光を不図示の被投射面に投射する投射手段である。
【００５６】
次に、色分解合成光学系３００の光学的な作用を説明する。
【００５７】
Ｓ偏光のＧの色光は、図４に示すように、合成プリズム２４に入射した後で、その偏光分離面で反射され、光路長補正板２５を透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子２６Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子２６Ｇ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、光路長補正板２５を透過後、再び合成プリズム２４の偏光分離面を反射し、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、光路長補正板２５を透過後、合成プリズム２４の偏光分離面を透過する。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、１／４波長板２７Ｇの遅相軸または進相軸を合成プリズム２４への入射光軸と反射光軸を含む平面に略垂直な方向に調整する。これにより、合成プリズム２４とＧ用の反射型液晶表示素子２６Ｇ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。合成プリズム２４から出射したＧの色光は、投射レンズ３０へと至る。
【００５８】
Ｓ偏光のＢの色光は、ＲＢ合成プリズム２８の偏光分離面で反射され、偏光ビームスプリッタＲＢ２９に入射し、偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面で反射され、Ｂ用の反射型液晶表示素子２６Ｂへと至る。Ｂ用の反射型液晶表示素子２６Ｂ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Ｓ偏光成分は、再び偏光ビームスプリッタＲＢ２９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Ｂの反射光のうちＰ偏光成分は偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面を透過して投射光として合成プリズム２４Ａに向かう。
【００５９】
Ｐ偏光のＲの色光は、ＲＢ合成プリズム２８に入射し、その偏光分離面を透過し、偏光ビームスプリッタＲＢ２９に入射したＲの色光は偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面で透過し、Ｒ用の反射型液晶表示素子２６Ｒへと至る。Ｒ用の反射型液晶表示素子２６Ｒ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Ｐ偏光成分は、再び偏光ビームスプリッタＲＢ２９の光学面２９ａ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Ｒの反射光のうちＳ偏光成分は偏光ビームスプリッタＲＢ２９の光学面２９ａで反射されて投射光として合成プリズム２４Ａに向かう。
【００６０】
このとき、１／４波長板２７Ｒ，２７Ｂの遅相軸をＧの場合と同じように調整することにより、Ｒ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。
【００６１】
こうして１つの光束に合成され、偏光ビームスプリッタＲＢ２９から出射したＲとＢの色光は、Ｂの色光はＰ偏光、Ｒの色光はＳ偏光で合成プリズム２４に入射する。ＲとＢの投射光は合成プリズム２４を反射し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ３０に至る。
【００６２】
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ため、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。
【００６３】
Ｓ偏光のＧの色光は、合成プリズム２４に入射して偏光分離面で反射し、光路長補正板２５を介してＧ用の反射型液晶表示素子２６Ｇへと至る。反射型液晶表示素子２６Ｇは表示であるため、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２６Ｇで反射された後もＧの色光はＳ偏光光のままであり、光路長補正板２５を介した後、再び合成プリズム２４の偏光分離面で反射され、光源側に戻され、投射光から除去される。
【００６４】
ＲＢ合成プリズム２８を出射したＲとＢの色光は、Ｒの色光はＰ偏光、Ｂの色光はＳ偏光で偏光ビームスプリッタＲＢ２９に入射する。Ｓ偏光として偏光ビームスプリッタＲＢ２９に入射したＢの色光は、偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面で反射され、Ｂ用の反射型液晶表示素子２６Ｂへと至る。また、Ｐ偏光として偏光ビームスプリッタＲＢ２９に入射したＲの色光は、偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面を透過してＲ用の反射型液晶表示素子２６Ｒへと至る。Ｂ用の反射型液晶表示素子２６Ｂは黒表示であるため、Ｂ用の反射型液晶表示素子２６Ｂに入射したＢの色光は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２６Ｂで反射された後もＢの色光はＳ偏光光のままであり、再び偏光ビームスプリッタＲＢ２９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為、黒表示となる。一方、Ｒ用の反射型液晶表示素子２６Ｒに入射したＲの色光はＲ用の反射型液晶表示素子２６Ｒが黒表示であるため、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２６Ｒで反射された後もＲの色光はＰ偏光光のままである為、再び偏光ビームスプリッタＲＢ２９の偏光分離面を透過し光源側に戻されて、投射光から除去される。
【００６５】
合成プリズム２４は、実施例１の第１の偏光ビームスプリッタ９と合成プリズム１７の役割を兼ね備えている。合成プリズム２４で偏光分離特性を有するＲの色光を偏光ビームスプリッタＲＢ２９にＰ偏光として入射させ、合成プリズム２４で偏光分離特性を持たないＢの色光を偏光ビームスプリッタＲＢ２９にＳ偏光として入射させれば実施例１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
投射型表示装置は液晶プロジェクタの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０Ｇ、１０Ｒ、１０Ｂ…反射型液晶表示素子（画像変調素子）、１７、２４…合成プリズム（合成手段）、１４ａ…偏光分離面（偏光分離手段）、１８…投射レンズ（投射光学系）、２９ａ…光学面（偏光分離手段）、Ｇ…第１の色光、Ｒ…第２の色光、Ｂ…第３の色光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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