(57)【要約】【課題】偏光の不要な回転を抑え、コントラストが高く、色滲みが少なく高精細な投射画像を得ると共に、小型で軽量、騒音が少ない投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】３つの波長の光を射出するＬＥＤ光源１９と、第１の直線偏光を透過し、第２の直線偏光を反射する偏光板２２と、第１の直線偏光を波長に応じて３つに分光し３つの分光直線偏光として射出すると共に、入力した光を合成して第１の直線偏光の入射方向から射出するクロスダイクロイックミラー２３と、３つの反射型空間光変調素子２４，２５，２６と、投射レンズ２７とを備え、クロスダイクロイックミラー２３は、入射する光に対して略４５度傾斜されて配設された２つの色分離フィルタを有し、２つの色分離フィルタは、３つの分光直線偏光の波長において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との位相差が１５度以下である。【選択図】図１
2009237565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの異なる波長の光を射出する光源と、
入射した前記光のうち、第１の直線偏光を透過し、第２の直線偏光を反射する偏光板と、
前記偏光板を透過した前記第１の直線偏光が入射した際に、前記第１の直線偏光を前記波長に応じて３つに分光し３つの分光直線偏光として互いに異なる３つの方向に射出すると共に、前記３つの方向とそれぞれ反対の方向から前記波長の異なる光が入射した際に、前記波長の異なる光を合成して前記第１の直線偏光の前記入射方向と反対の方向に向けて合成変調偏光として射出する色分解合成手段と、
前記３つの異なる方向に射出された前記３つの分光直線偏光のそれぞれの光路上に配設され、入射した前記分光直線偏光を光変調し反射する３つの反射型空間光変調素子と
前記３つの反射型空間光変調素子で光変調され、前記色分解合成手段で合成された前記合成変調偏光の内、前記偏光板で反射された前記第２の直線偏光を拡大投影する投射手段と、
を備え、
前記色分解合成手段は、入射する光に対して略４５度傾斜されて配設された第１の色分離フィルタ及び第２の色分離フィルタを有し、前記第１の色分離フィルタ及び前記第２の色分離フィルタは、前記３つの分光直線偏光のそれぞれの前記波長において、入射面に平行な偏光成分の位相と前記入射面に平行な偏光成分と直交する偏光成分の位相との差である位相差が１５度以下であるという条件を満たすことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記第１の色分離フィルタ及び前記第２の色分離フィルタは、
前記第１の直線偏光と前記入射面に平行な偏光とがなす角をθとし、
前記位相差をαとした際に、
（ｃｏｓ２θ＋ｓｉｎ２θ・ｅ−ｉα）２／（ｓｉｎθ・ｃｏｓθ−ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｅ−ｉα)２≧５００
を満たすことを特徴とする請求項１記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記色分解合成手段は、前記第１の色分離フィルタ及び前記第２の色分離フィルタが互いに直交しているクロスダイクロイックミラーであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
前記色分解合成手段は、
入射した光のうち第１の色成分光を反射して、第２の色成分光及び第３の色成分光を透過する第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第２の色成分光及び前記第３の色成分光が入射た際に、前記前記第２の色成分光を反射して、前記第３の色成分光を透過する第２の偏光ビームスプリッタと、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型空間光変調素子を用いた投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の投射型画像表示装置を示すブロック図である。
図９において、光源１から射出する白色光は、ライトパイプ（ロッドインテグレータ）２を透過し、コンデンサレンズ３を経て、クロスダイクロイックミラー４に入射する。
【０００３】
光源１は、メタルハライドランプ等、強力な白色光を発光する。ライトパイプ２は、光源１から入射する白色光を導光する。導光した白色光は多数回に亘って内面反射することにより、照度分布が均一化され射出される。
【０００４】
クロスダイクロイックミラー４は、２枚のダイクロイックミラー４ａ，４ｂが十字状に組み合わされたものである。一方のダイクロイックミラー４ａは青色光Ｂを反射し、他方のダイクロイックミラー４ｂは赤緑色光ＲＧを反射する。ダイクロイックミラー４ａで反射した青色光Ｂは、ミラー５で反射して偏向し、リレーレンズ６を経て、反射型偏光板７に入射する。青色光Ｂは反射型偏光板７でＰ偏光にされ、偏光青色光ＰＢとして透過し射出して、反射型空間光変調素子８に入射する。
【０００５】
一方、ダイクロイックミラー４ｂで反射した赤緑色光ＲＧは、ミラー９で反射して偏向し、ダイクロイックミラー１０に入射する。ダイクロイックミラー１０は、赤緑色光ＲＧのうち赤色光Ｒを透過し、緑色光Ｇを反射する。ダイクロイックミラー１０を透過する赤色光Ｒは、リレーレンズ１１を経て、反射型偏光板１２に入射する。赤色光Ｒは反射型偏光板１２でＰ偏光にされ、偏光赤色光ＰＲとして透過し射出して、反射型空間光変調素子１３に入射する。
【０００６】
一方、ダイクロイックミラー１０で反射した緑色光Ｇは、リレーレンズ１４を経て、反射型偏光板１５に入射する。緑色光Ｇは反射型偏光板１５でＰ偏光にされた後、偏光緑色光ＰＧとして透過し射出して、反射型空間光変調素子１６へ入射する。
【０００７】
反射型空間光変調素子８，１３，１６に入射する偏光青色光ＰＢ、偏光赤色光ＰＲ、偏光緑色光ＰＧは、反射型空間光変調素子８，１３，１６に入力する画像信号で変調されかつＳ偏光に偏光変調され、偏光変調青色光ＳＭＢ、偏光変調赤色光ＳＭＲ、偏光変調緑色光ＳＭＧとして、反射型偏光板７，１２，１５へ射出される。
【０００８】
偏光変調青色光ＳＭＢ、偏光変調赤色光ＳＭＲ、偏光変調緑色光ＳＭＧは、反射型偏光板７，１２，１５で反射され、色合成光学系となるクロスダイクロイックプリズム１７に入射する。クロスダイクロイックプリズム１７は、４つの三角柱状プリズム１７ａ〜１７ｄが接合されて立方体状に構成されたプリズムであり、各三角柱状プリズム１７ａ〜１７ｄの接合面には、ダイクロイック膜がそれぞれ形成されている。ここで、三角柱状プリズム１７ａ及び１７ｂの接合面を平面ａとし、三角柱状プリズム１７ｃ及び１７ｄの接合面を平面ａ’とする。また、三角柱状プリズム１７ａ及び１７ｄの接合面を平面ｂとし、三角柱状プリズム１７ｂ及び１７ｃの接合面を平面ｂ’とする。４つのダイクロイック膜１７ａ〜１７ｄが成す２つの平面ａ−ａ’，ｂ−ｂ’は、クロスダイクロイックプリズム１７の中心において十字状に交差した状態を成している。
【０００９】
一方の平面ｂ−ｂ’は、入射する偏光変調青色光ＳＭＢを投射レンズ１８側へ反射し、偏光変調赤色光ＳＭＲを透過し、偏光変調緑色光ＳＭＧを透過し投射レンズ１８側へ射出する。他方の平面ａ−ａ’は、入射する偏光変調赤色光ＳＭＲを投射レンズ１８側へ反射し、偏光変調青色光ＳＭＢを透過し、偏光変調緑色光ＳＭＧを透過し投射レンズ１８側へ射出する。
【００１０】
こうして、クロスダイクロイックプリズム１７から射出する、偏光変調青色光ＳＭＢ、偏光変調赤色光ＳＭＲ、偏光変調緑色光ＳＭＧは空間で合成され、投射レンズ１８に入射する。投射レンズ１８は、入射する合成光を図示しないスクリーン上に拡大結像し、画像表示を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−３８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記した従来の投射型画像表示装置の光源は、照明光として非常に明るい白色光を使用するものであるから、投射の際には光源自体に高熱が生じるため大型の冷却ファンを備えて光源を冷却することが必須であった。この結果、装置全体が大型化してしまい、また冷却ファンの回転音による騒音が発生し、さらに光源自体の寿命が比較的短くなるという問題があった。
【００１３】
また、従来の投射型画像表示装置では、投射される映像をより高コントラストで、高輝度にするため、コンデンサレンズ３とクロスダイクロイックプリズム１７との間に、各色光ＲＧＢの光路毎に各種の光学部品を所定位置に配設する構成となっているため、装置自体が大型化、重量化してしまうという問題があった。
【００１４】
そこで本発明は、上記した問題を解決するべく創案されたものであり、小型で発熱の少ない光源を用いて騒音を少なくすると共に、色滲みが少なくコントラストが高く高精細な投射画像を投射することができる小型で軽量な投射型画像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】
【００１５】
そこで本発明は、上記した課題を解決するために、下記する（１）乃至（４）の構成を有する投射型画像表示装置を提供する。
（１）３つの異なる波長の光を射出する光源１９と、入射した光のうち、第１の直線偏光を透過し、第２の直線偏光を反射する偏光板２２と、偏光板２２を透過した第１の直線偏光が入射した際に、第１の直線偏光を波長に応じて３つに分光し３つの分光直線偏光として互いに異なる３つの方向に射出すると共に、３つの方向から波長の異なる光が入力した際に、波長の異なる光を合成して第１の直線偏光の前記入射方向から合成変調偏光として射出する色分解合成手段２３と、３つの異なる方向に射出された３つの分光直線偏光のそれぞれの光路上に配設され、入射した分光直線偏光を光変調し反射する３つの反射型空間光変調素子２４，２５，２６と３つの反射型空間光変調素子２４，２５，２６で光変調され、色分解合成手段２３で合成された合成変調偏光の内、偏光板で反射された第２の直線偏光を拡大投影する投射手段２７と、を備え、色分解合成手段２３は、入射する光に対して略４５度傾斜されて配設された第１の色分離フィルタ及び第２の色分離フィルタを有し、第１の色分離フィルタ及び第２の色分離フィルタは、３つの分光直線偏光のそれぞれの波長において、入射面に平行な偏光成分の位相と前記入射面に平行な偏光成分と直交する偏光成分の位相との差である位相差が１５度以下であるという条件を満たすことを特徴とする投射型画像表示装置。
（２）第１の色分離フィルタ及び第２の色分離フィルタは、第１の直線偏光と入射面に平行な偏光とがなす角をθとし、位相差をαとした際に、
（ｃｏｓ２θ＋ｓｉｎ２θ・ｅ−ｉα）２／（ｓｉｎθ・ｃｏｓθ−ｓｉｎθ・ｃｏｓθ・ｅ−ｉα)２≧５００
を満たすことを特徴とする（１）記載の投射型画像表示装置。
（３）色分解合成手段２３は、第１の色分離フィルタ及び第２の色分離フィルタが互いに直交しているクロスダイクロイックミラーであることを特徴とする（１）または（２）記載の投射型画像表示装置。
（４）色分解合成手段２３は、入射した光のうち第１の色成分光を反射して、第２の色成分光及び第３の色成分光を透過する第１の偏光ビームスプリッタ３１と、第２の色成分光及び第３の色成分光が入射た際に、前記第２の色成分光を反射して、第３の色成分光を透過する第２の偏光ビームスプリッタ３２と、を備えることを特徴とする（１）または（２）記載の投射型画像表示装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の投射型画像表示装置によれば、赤緑青ＲＧＢ各色光の光源から発する波長帯域の狭い赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを合成した照明手段を用い、合成光学系によって生じる画像光の不要な偏光回転を良好に抑えコントラストが高く、色滲みが少なく高精細な投射画像を得る共に、小型軽量にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の投射型画像表示装置の第１の実施形態を示すブロック図
【図２】図１のＡ部を拡大したブロック図
【図３】クロスダイクロイックプリズムに入射する光とその偏光軸を説明する図
【図４】クロスダイクロイックプリズムを構成する三角柱状プリズムの接合面における波長選択性を示す図
【図５】入射偏光軸と偏光角との関係を示す図
【図６】ダイクロイック膜の位相差とコントラストとの関係を示す図
【図７】ダイクロイック膜の層構造を示す図
【図８】本発明の投射型画像表示装置の第２の実施形態を示すブロック図
【図９】従来の投射型画像表示装置を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の投射型画像表示装置の第１の実施形態を、図１、図２を用いて説明する。前述したものと同一構成部分には同一符号を付して説明する。
【００１９】
本実施形態の投射型画像表示装置は、照明手段（照明部）１００と、偏光板２２と、色分解合成手段（クロスダイクロイックプリズム）２３と、３個の反射型空間光変調素子２４，２５，２６と、投射手段（投射レンズ）２７とを有する。
【００２０】
照明部１００は、赤緑青ＲＧＢ三色の光源１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）と、３つのダイクロイックミラー２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）と、集光レンズ２１とライトパイプ２と、コンデンサレンズ３とを有している。
【００２１】
光源１９は、波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の帯域の中であって狭い波長帯域の赤色光Ｒを発光する半導体光源である赤色光源１９ａ、波長が４８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の帯域の中であって狭い波長帯域の緑色光Ｇを発光する半導体光源である緑色光源１９ｂ、及び波長が４００ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の帯域の中であって狭い波長帯域の青色光Ｂを発光する半導体光源である青色光源１９ｃからなり、例えば赤、緑、青の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。赤色光源１９ａ、緑色光源１９ｂ、及び青色光源１９ｃは、半導体光源であるため、発光状態でも図９で説明した光源１と比較して高熱になることはない。
【００２２】
光源１９から射出した光は、それぞれ光軸に対して略４５度傾斜して、互いに並行に配設されたダイクロイックミラー２０に入射する。
ここで、ダイクロイックミラー２０は、赤色光源１９ａ、緑色光源１９ｂ、及び青色光源１９ｃに対応して配設された、赤色用ダイクロイックミラー２０ａ，緑色用ダイクロイックミラー２０ｂ，及び青色用ダイクロイックミラー２０ｃからなる。
また、ダイクロイックミラー２０は、各色の半導体光源からの光を反射するような構成となっている。
【００２３】
３つのダイクロイックミラー２０は、各光源１９ａ〜１９ｃから入射する赤緑青光ＲＧＢをそれぞれ反射し、光軸を９０度折り曲げすると共に、赤緑青光ＲＧＢを合成する、ダイクロイックミラー２０ａ〜２０ｃからなる。ダイクロイックミラー２０ａ〜２０ｃで合成された赤緑青光ＲＧＢは照明光Ｗとして集光レンズ２１に入射する。集光レンズ２１は入射した照明光Ｗをライトパイプ２へ向けて集光し、射出する。
【００２４】
ライトパイプ２は、内壁がミラーからなる多角柱または略多角錐形状である。本実施形態では、４枚のミラーを長手方向で接合した中空の角錘台構造を備える。集光レンズ２１を射出した照明光Ｗは集光されてライトパイプ２の入射口側から入射し、内壁面で複数回反射することで照度分布をライトパイプ２の射出口側で光軸と直交する方向の光束の輝度分布を均一化して射出する機能を有している。
なお、ライトパイプ２として、入射した光をガラスの全反射を利用して導光させてもよい。
ライトパイプ２を通過した照明光Ｗは拡散光であり、コンデンサレンズ３を経ることにより集光光になる。集光光となった照明光Ｗは、偏光板２２に入射する。
【００２５】
コンデンサレンズを射出した照明光の光路について図２を合わせ用いて説明する。
偏光板２２は、いわゆる「ワイヤグリッド」と呼ばれる反射型偏光板であって、照明光Ｗの光軸に対して略４５°傾斜して設置されている。偏光板２２に入射する照明光Ｗは、偏光状態が規則性のないランダム状態であるが、偏光板２２に入射することでＰ偏光のみが透過し、偏光照明光ＰＷとして色分解合成手段であるクロスダイクロイックプリズム２３に向けて射出する。
ここで、照明光Ｗが偏光板２２に入射する前の段階で、公知の偏光変換素子等で照明光ＷをＰ偏光に偏光変換しＰ偏光の偏光照明光ＰＷを偏光板２２に入射するとしてもよい。
【００２６】
クロスダイクロイックプリズム２３は、４つの三角柱状プリズム２３ａ〜２３ｄの２つの側面がそれぞれ接合されて四角柱に構成されたプリズムである。各三角柱状プリズム２３ａ〜２３ｄの４つの接合面には、色分離フィルタであるダイクロイック膜が形成されている。ここで、三角柱状プリズム２３ａ及び２３ｂの接合面を平面ｃとし、三角柱状プリズム２３ｃ及び２３ｄの接合面を平面ｃ’とする。また、三角柱状プリズム２３ａ及び２３ｄの接合面を平面ｄとし、三角柱状プリズム２３ｂ及び２３ｃの接合面を平面ｄ’とする。このとき４つのダイクロイック膜が成す２つの平面ｃ−ｃ’，ｄ−ｄ’は、クロスダイクロイックプリズム２３の中心において十字状に交差した状態を形成している。
【００２７】
クロスダイクロイックプリズム２３の一方の平面ｃ−ｃ’をなすダイクロイック膜は、ここに入射する入射光（偏光照明光ＰＷ）のうち青色（Ｂ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分及び赤色（Ｒ）光成分をそれぞれ透過して射出する波長選択性を有するものである。また、他方の平面ｄ−ｄ’をなすダイクロイック膜は、入射光のうち赤色（Ｒ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分及び青色（Ｂ）光成分をそれぞれ透過して射出する波長選択性を有するものである。
【００２８】
具体的には、クロスダイクロイックプリズム２３の一方の平面ｃ−ｃ’をなすダイクロイック膜は、入射した偏光照明光ＰＷから青色偏光ＰＢを波長分離して青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６側へ反射し、同様に、偏光照明光ＰＷから緑色偏光ＰＧ及び赤色偏光ＰＲを波長分離して透過して射出する。
【００２９】
クロスダイクロイックプリズム２３の他方の平面ｄ−ｄ’をなすダイクロイック膜は、入射した偏光照明光ＰＷから赤色偏光ＰＲを波長分離して赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４側へ反射し、同様に、偏光照明光ＰＷから緑色偏光ＰＧ及び青色偏光ＰＢを波長分離して透過して射出する。
これにより、赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４には赤色偏光ＰＲが入射し、緑色（Ｇ）光用反射型空間光変調素子２５には緑色偏光ＰＧが入射し、青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６には青色偏光ＰＢが入射する。
【００３０】
各色光用の反射型空間光変調素子２４，２５，２６に入射する赤色偏光ＰＲ、緑色偏光ＰＧ、青色偏光ＰＢは、それぞれ反射型空間光変調素子２４，２５，２６において、外部から入力する画像信号に基づいて変調され、偏光変調赤色光ＳＭＲ、偏光変調緑色光ＳＭＧ、偏光変調青色光ＳＭＢとして、平面ｃ−ｃ’，ｄ−ｄ’をなすダイクロイック膜へ射出される。
【００３１】
クロスダイクロイックプリズム２３の一方の平面ｃ−ｃ’をなすダイクロイック膜は、青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６から入射する偏光変調青色光ＳＭＢを偏光板２２側へ反射して射出し、緑色（Ｇ）光用反射型空間光変調素子２５から入射する偏光変調緑色光ＳＭＧを偏光板２２側へ透過して射出し、そして赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４から入射する偏光変調赤色光ＳＭＲを透過する。
【００３２】
クロスダイクロイックプリズム２３の他方の平面ｄ−ｄ’をなすダイクロイック膜は、赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４から入射する偏光変調赤色光ＳＭＲを偏光板２２側へ反射して射出し、緑色（Ｇ）光用反射型空間光変調素子２５から入射する偏光変調緑色光ＳＭＧを偏光板２２側へ透過して射出し、そして青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６から入射する偏光変調青色光ＳＭＢを透過する。
【００３３】
この際、クロスダイクロイックプリズム２３において、クロスダイクロイックプリズム２３の一方の平面ｃ−ｃ’ 及び 他方の平面ｄ−ｄ’で偏光変調青色光ＳＭＢ、偏光変調赤色光ＳＭＲ、及び偏光変調緑色光ＳＭＧは、合成され、偏光変調白色光ＳＷとして射出する。
【００３４】
こうして、クロスダイクロイックプリズム２３から射出した偏光変調白色光ＳＷは、偏光板２２に再び入射し、偏光変調白色光ＳＷのうち変調により生成されたＳ偏光成分は偏光板２２で反射されて投影光ＰＬとして射出する。偏光板２２から射出した投影光ＰＬは、投射手段である投射レンズ２７に入射する。投射レンズ２７は、偏光板２２から入射した投射光ＰＬを、図示しないスクリーン上に拡大投影し、画像表示を行う。
【００３５】
ここで、クロスダイクロイックプリズム２３に入射する光とコントラストとの関係について説明する。
クロスダイクロイックプリズム２３の４つの三角柱状プリズム２３ａ〜２３ｄのダイクロイック膜の膜面に入射する光は入射前にワイヤグリッド偏光板である偏光板２２を透過することによって直線偏光となっている。この際の直線偏光の偏光軸を入射偏光軸とする。このとき、Ｐ偏光軸は入射光と反射光とがなす面に対して平行であり、Ｓ偏光軸は入射光と反射光とがなす面に対して直交である。
【００３６】
そのため、クロスダイクロイックプリズム２３の膜面に対して入射する入射光線の角度に応じてＰ偏光軸と入射偏光軸とが成す角度が異なってくる。例えば、図３に示すように、入射光Ａ，入射光Ｂはともに入射偏光軸が同一の直線偏光であるが、光線の進行方向がＸＺ平面に平行であって入射偏光軸がＰ偏光軸と一致する入射光Ａは、膜面で反射した際に入射偏光軸の偏光方向が回転せずＰ偏光軸に一致したままである。しかし、クロスダイクロイックプリズム２３の膜面に対してＹ方向に角度（θ）をもって入射し、光線の進行方向がＸＺ平面と平行でなく、入射偏光軸がＰ偏光軸と一致しない入射光Ｂは、膜面で反射した際に入射偏光軸の偏光方向が回転すると共に、楕円偏光になる。
【００３７】
また、クロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜の分光特性が入射光の波長において、Ｓ偏光とＰ偏光との間で位相差（α）が生じる場合、入射偏光方向が回転する。例えば、本実施形態で用いるＬＥＤ光源１９の場合、赤色光源１９ａの波長は６３０ｎｍであり、緑色光源１９ｂの波長は５３０ｎｍであり、及び青色光源１９ｃの波長は４６０ｎｍであるとした際に、Ｓ偏光ａ１とＰ偏光ａ２との間の位相差（α）は、図４（ａ）のに示すように６３０ｎｍで約１００度以上、５３０ｎｍで約１８０度、４６０ｎｍで５０度と、大きな値となる。このため、このクロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜に入射する光の入射偏光軸は大きく回転する。
【００３８】
このとき各色光用の反射型空間光変調素子２４，２５，２６で変調された偏光成分（Ｓ偏光）は偏光板２２で反射され、投射レンズ２７で拡大され図示しないスクリーン上に画像として投影される。一方、各色光用の反射型空間光変調素子２４，２５，２６で変調されなかった偏光成分（Ｐ偏光）は偏光板２２を透過して光源１９側に戻る。このとき、クロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜で偏光が変化してしまい、変調されなかった偏光光（Ｐ偏光）がＳ偏光に変化すると偏光板２２で反射されてしまい、スクリーンに変調されていない偏光成分が投射され画像のコントラストを劣化させてしまう。
言い換えれば、偏光方向の違いによる位相変化の相違が、純黒で投射再現すべき画像部分が純黒とはならず、この画像部分の境に他色が滲んでしまい、結果として、その部分における画像のコントラストの劣化を招いてしまう。
【００３９】
ここで、ジョーンズベクトルにより入射光の偏光状態を図５に示すように（Ｊｘ，Ｊｙ）＝（１，０）としたとき、入射光の偏光軸とＰ偏光軸とのなす角度（偏向角）がθであって、ダイクロイック膜でＰ偏光とＳ偏光との間に位相差（α）が生じるとすると、膜面を射出する光のジョーンズベクトル（Ｊｘ’，Ｊｙ’）は、次式で表される。
【００４０】
【数１】
2009237565.tif 000003
【００４１】
また、このときコントラスト（Ｃ）は、次式で表される。
【００４２】
【数２】
2009237565.tif 000004
【００４３】
更に、図６に偏向角（θ）が、１０度及び２０度の場合の位相差（α）とコントラストとの関係を示す。
上記の数式２及び図６によれば、θ＝０、若しくはα＝０のとき、コントラスト（Ｃ）は無限大となる。
投射型画像表示装置によって映像を投影した際に、投影場所が明所であってもコントラスト（Ｃ）は、５００：１以上あれば認識が可能である。
従って、偏向角（θ）及び位相差（α）が次式を満たすことが、クロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜及び光学系に求められる。
【００４４】
【数３】
2009237565.tif 000005
【００４５】
つまり、図６に示すように、例えば偏向角（θ）が１０°のとき、位相差（α）を１５°以下にすることにより、コントラストを５００：１以上にすることができる。また、クロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜の膜設計によりＰ偏光とＳ偏光との位相差（α）を少なくすることができればコントラストの低下を防ぐことができる。更に、位相差（α）をより小さくすることにより、偏向角（θ）が大きくなった場合でも、コントラスト（Ｃ）が低下することを防ぐことができる。
【００４６】
次に、実施例として、クロスダイクロイックプリズム２３のダイクロイック膜として、二酸化珪素ＳｉＯ２膜と二酸化チタンＴｉＯ２膜とを用いて、２２層の積層構造とした場合について説明する。
本実施例では、ＬＥＤ光源１９として赤色光源１９ａの波長を６３０ｎｍとし、緑色光源１９ｂの波長と５３０ｎｍとし、青色光源１９ｃの波長を４６０ｎｍとして、膜設計を行った。
図７に実施例で用いた層構成と各層の膜厚とを示す。図７に示すように、屈折率の低いＳｉＯ２膜と屈折率の高いＴｉＯ２膜とが交互に積層され、各層の膜厚が所定の値に調整されている。
【００４７】
この構成のダイクロイック膜を用いたクロスダイクロイックプリズム２３の特性を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）においてＳ偏光をａ３で示し、Ｐ偏光をａ４で示す。
図４（ｂ）において、ＬＥＤ光源１９ａ，１９ｂ，１９ｃから射出されるそれぞれの波長におけるＳ偏光ａ３とＰ偏光ａ４の位相差（α）は、全てほぼ０となっている。
この結果、本実施例の投射型画像表示装置において、コントラスト（Ｃ）を向上することができる。
【００４８】
第１の実施形態において、クロスダイクロイックプリズム２３の４つの接合面（平面ｃ，平面ｃ’，平面ｄ，平面ｄ’）の内、平面ｃ及び平面ｄをなすダイクロイック膜は、平面ｃをなすダイクロイック膜がここに入射する入射光（偏光照明光ＰＷ）のうち青色（Ｂ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分及び赤色（Ｒ）光成分をそれぞれ透過して射出する波長選択性を有し、平面ｄをなすダイクロイック膜が入射光のうち赤色（Ｒ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分及び青色（Ｂ）光成分をそれぞれ透過して射出する波長選択性を有するものとして、更に、平面ｃ’ をなすダイクロイック膜は、ここに入射する入射光（偏光照明光ＰＷ）のうち青色（Ｂ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分を透過して射出する波長選択性を有し、 平面ｄ’面をなすダイクロイック膜が入射光のうち赤色（Ｒ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分を透過して射出する波長選択性を有するとしてもよい。
【００４９】
(第２の実施形態)
別の実施形態として、図１におけるクロスダイクロイックプリズムに代えて２つの偏光ビームスプリッタを用いた投射型画像表示装置について説明する。
図８の投射型画像表示装置は、図１の投射型画像表示装置のＡ部についてのみ示したものであり、それ以外の部分は図１と共通であるためここでは説明を省く。
【００５０】
第２の実施形態の投射型画像表示装置は、偏光板２２と、３個の反射型空間光変調素子２４，２５，２６との間に、クロスダイクロイックプリズム２３に代えて色分解合成手段として、第１の偏光ビームスプリッタ３１と第２の偏光ビームスプリッタ３２とを設置する。
第１の偏光ビームスプリッタ３１と第２の偏光ビームスプリッタ３２とには、それぞれ入射光に対して略４５度傾斜して配設されているダイクロイック膜が形成されている。
【００５１】
ここで、第１の偏光ビームスプリッタ３１は、入射した光の内、青色（Ｂ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分及び赤色（Ｒ）光成分をそれぞれ透過して射出する波長選択性を有するものである。
また、第２の偏光ビームスプリッタ３２は、入射した光の内、赤色（Ｒ）光成分を反射し、かつ緑色（Ｇ）光成分を透過して射出する波長選択性を有するものである。
【００５２】
光源１９射出されダイクロイックミラー２０で反射されることにより白色光に合成された照明光Ｗは、集光レンズ２１，ライトパイプ２，コンデンサレンズ３を経て偏光板２２に入射し、Ｐ偏光の偏光照明光ＰＷとなり射出する。偏光板２２を射出した偏光照明光ＰＷは第１の偏光ビームスプリッタ３１に入射し、第１の偏光ビームスプリッタ３１で波長分離されて、青色偏光ＰＢが青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６側へ反射され、緑色偏光ＰＧ及び赤色偏光ＰＲを透過されて射出する。
【００５３】
第１の偏光ビームスプリッタ３１を透過した緑色偏光ＰＧ及び赤色偏光ＰＲは、第２の偏光ビームスプリッタ３２に入射する。
第２の偏光ビームスプリッタ３２に入射した緑色偏光ＰＧ及び赤色偏光ＰＲは、第２の偏光ビームスプリッタ３２で波長分離されて、赤色偏光ＰＲが赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４側へ反射され、緑色偏光ＰＧが緑色（Ｇ）光用反射型空間光変調素子２５側へ透過されて射出する。
【００５４】
青色（Ｂ）光用反射型空間光変調素子２６，赤色（Ｒ）光用反射型空間光変調素子２４，及び緑色（Ｇ）光用反射型空間光変調素子２５に入射した赤色偏光ＰＲ、緑色偏光ＰＧ、青色偏光ＰＢは、それぞれ反射型空間光変調素子２４，２５，２６において、外部から入力する画像信号に基づいて変調され、偏光変調赤色光ＳＭＲ、偏光変調緑色光ＳＭＧ、偏光変調青色光ＳＭＢとして反射される。
【００５５】
偏光変調赤色光ＳＭＲ及び偏光変調緑色光ＳＭＧは、第２の偏光ビームスプリッタ３２に入射し、合成され射出する。偏光変調青色光ＳＭＢは、第１の偏光ビームスプリッタ３１に入射し、第２の偏光ビームスプリッタ３２から入射した偏光変調赤色光ＳＭＲ及び偏光変調緑色光ＳＭＧと合成され、偏光変調白色光ＳＷとして第２の偏光ビームスプリッタ３２から射出される。
【００５６】
第２の偏光ビームスプリッタ３２から射出した偏光変調白色光ＳＷは、偏光板２２に入射し、偏光変調白色光ＳＷのうち変調により生成されたＳ偏光成分は偏光板２２で反射されて投影光ＰＬとして射出する。偏光板２２から射出した投影光ＰＬは、投射手段である投射レンズ２７に入射する。投射レンズ２７は、偏光板２２から入射した投射光ＰＬを、図示しないスクリーン上に拡大投影し、画像表示を行う。
【００５７】
第１の偏光ビームスプリッタ３１には、第１の実施形態のクロスダイクロイックプリズム２３と同様、入射する光は赤色偏光ＰＲと、緑色偏光ＰＧと、青色偏光ＰＢとであり、この３色の偏光の波長に合わせて位相差を調整する必要がある。しかしながら、第２の実施形態の場合、第２の偏光ビームスプリッタ３２に入射する光は、赤色偏光ＰＲと、緑色偏光ＰＧとであり、２色の偏光の波長に合わせて位相差を調整だけでよい。このため、第２の偏光ビームスプリッタ３２に用いるダイクロイック膜の膜設計を、第１の偏光ビームスプリッタ３１に用いるダイクロイック膜の膜設計より簡易にできる。
【００５８】
第２の実施形態において、図８には第１の偏光ビームスプリッタ３１のダイクロイック膜と第２の偏光ビームスプリッタ３２のダイクロイック膜とは、互いに略平行となるように図示しているが、互いに略直交するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１００…照明部（照明手段）、
２…ライトパイプ、
３…コンデンサレンズ、
１９…光源、
１９ａ…赤色光光源、
１９ｂ…緑色光光源、
１９ｃ…青色光光源、
２０，２０ａ〜２０ｃ…ダイクロイックミラー、
２１…集光レンズ、
２２…偏光板、
２３…クロスダイクロイックミラー（色分解合成手段）、
２３ａ〜２３ｄ…三角プリズム、
２４〜２６…第１反射型空間光変調素子〜第３反射型空間光変調素子、
２７…投射レンズ（投射手段）、
３１…第１の偏光ビームスプリッタ、
３２…第２の偏光ビームスプリッタ、
ｃｃ，ｄｄ…平面、
ＰＢ…偏光青色光、
ＰＧ…偏光緑色光、
ＰＲ…偏光赤色光、
ＰＷ…偏光白色光、
ＳＭＢ…偏光変調青色光、
ＳＭＧ…偏光変調緑色光、
ＳＭＲ…偏光変調赤色光、
Ｗ…照射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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