JP2000131663A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射光学系のバックが短くコントラストの高
い明るい画像を表示することが可能な投射型画像表示装
置を提供する。 【解決手段】 ＰＢＳ反射膜を形成したプリズムを投射
型画像表示装置に備え、ＰＢＳ反射膜の両側に反射型液
晶パネルと透過型液晶パネルを配置する。透過型液晶パ
ネルに向かう方向からＳ偏光の緑色光をプリズムに入射
させ、ＰＢＳ反射膜によって反射させて反射型液晶パネ
ルに導き、プリズムと反対側からＳ偏光の青色光を透過
型液晶パネルに導く。反射型液晶パネルによって変調さ
れてＰ偏光になった緑色光と、透過型液晶パネルによっ
て変調されて残ったＳ偏光の緑色光をＰＢＳ反射膜で合
成し、これに他の液晶パネルで変調された赤色光をさら
に合成して投射し、カラー画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶パネルを用いた
投射型画像表示装置に関し、特に、複数の液晶パネルで
個別に光を変調し、変調後の光を合成して投射する投射
型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光源からの光を複数の液晶パネルに導
き、各液晶パネルで画像信号に応じて光を個別に変調
し、変調後の光を合成して投射する投射型画像表示装置
が、データプロジェクタや投射型テレビとして用いられ
ている。投射型画像表示装置は、明るく精細度の高い画
像を表示することが望ましい。

【０００３】液晶パネルは２次元に配列された多数の画
素を有しており、入射した光を各画素で偏光変換して、
変換後の光に偏光の強度分布の変化をもたらすことによ
り光の変調を行う。各画素の偏光変換は画像信号に応じ
て個別に制御され、画素ごとに偏光変換の程度が異なる
ことにより画素間で変換後の偏光の量に差が生じる。量
に差が生じた偏光をスクリーンに投射することにより、
輝度に差のある像すなわち画像が表示される。

【０００４】液晶パネルは、観察側の反対側から光を入
射させる透過型と、観察側と同じ側から光を入射させる
反射型に大別される。反射型液晶パネルは透過型液晶パ
ネルに比べて様々な長所がある。液晶パネルの各画素を
制御するＴＦＴ等の回路部分にはある程度の大きさが必
要であるが、透過型液晶パネルではこれらの回路部分が
各画素の開口を小さくする要因となるのに対し、反射型
液晶パネルでは、回路部分を観察側と反対側の面に配置
することが可能であるため、回路部分による開口率の低
下が少なくなって明るい画像が得られる。

【０００５】透過型液晶パネルと反射型液晶パネルの開
口率の差異は、画素を小さくするほど顕著になる。した
がって、同じ画素数で明るさも同じにする場合には、反
射型液晶パネルの方がより小型に形成することができ
る。一方、パネルの大きさを同じにする場合には、反射
型液晶パネルの方がより多数の画素を備え得ることにな
り、より精細度の高い画像を提供することができる。

【０００６】また、反射型液晶パネルでは偏光変換を行
う液晶層の厚さを透過型液晶パネルよりも薄くすること
が原理的に可能である。このため、反射型液晶パネルの
方が表示の切り替えをより速やかに行うことができる。

【０００７】このような特長をもつ反射型液晶パネルを
用いれば、投射型画像表示装置に求められる明るく高精
細な画像の達成に大きく寄与することになる。しかも、
パネルの大きさが小さくなることにより光学系を小さく
することが可能になって、装置を小型化することも容易
になる。

【０００８】ただし、上述のように反射型液晶パネルに
は観察側から光を入射させる必要があり、変調後の光を
合成し投射する投射光学系と液晶パネルに光源からの光
を導く光源光学系とが、空間的に重なることになる。こ
のため、光源からの未変調の光と、液晶パネルによって
反射された変調後の光を分離する必要が生じる。

【０００９】特開昭６３−２２８８８７号公報には、光
が液晶パネルによって偏光変換されることを利用して、
偏光反射面を用いて光源からの光と液晶パネルからの反
射光を分離するようにした投射型画像表示装置が提案さ
れている。また、特開平３−７５６１９号公報には、投
射光学系のバックを短くして投射光学系の小型化を図っ
た投射型カラー画像表示装置が報告されている。この装
置では、１つの偏光反射面に対向して２つの反射型液晶
パネルを配置して、各液晶パネルで個別に変調された光
を合成する機能と光源からの光と液晶パネルからの反射
光を分離する機能とを偏光反射面に併せもたせることに
より、投射光学系のバックを短くしている。

【００１０】特開平３−７５６１９号の装置の偏光反射
面の周辺の構成とその機能を図６に示す。偏光反射面７
０に向けて第１の反射型液晶パネル７１と第２の反射型
液晶パネル７２が、それぞれ偏光反射面７０に対して４
５゜の角度で配置されている。偏光反射面７０には図外
の光源光学系よりＰ偏光とＳ偏光が、第２の液晶パネル
７２に対して垂直な方向から与えられる。偏光反射面７
０は、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させるものであり、
入射するＳ偏光を反射して第１の反射型液晶パネル７１
に導き、入射するＰ偏光を透過させて第２の反射型液晶
パネル７２に導く。

【００１１】第１の液晶パネル７１はＳ偏光をＰ偏光に
変換し、第２の液晶パネル７２はＰ偏光をＳ偏光に変換
する。第１の液晶パネル７１および第２の液晶パネル７
２によって反射された光は偏光反射面７０に再度入射
し、偏光反射面７０がＰ偏光を透過させＳ偏光を反射す
ることにより、第１の液晶パネル７１からのＰ偏光と第
２の液晶パネル７２からのＳ偏光は、第１の液晶パネル
７１に対して垂直な方向すなわち光源光学系から入射す
る光に対して垂直な方向に導かれる。これにより、変調
後の光の合成がなされ、また、変調後の光と光源からの
未変調の光の分離が行われる。

【００１２】液晶パネルは与えられた光を全て偏光変換
するのではなく、前述のように、偏光変換の程度は画素
ごとに異なる。したがって、第１の液晶パネル７１から
の反射光には、変換後のＰ偏光の他に変換されなかった
Ｓ偏光が含まれる。同様に、第２の液晶パネル７２から
の反射光には、変換後のＳ偏光と変換されなかったＰ偏
光が含まれる。第１の液晶パネル７１からの反射光に含
まれるＳ偏光は偏光反射面７０によって反射され、第２
の液晶パネル７２からの反射光に含まれるＰ偏光は偏光
反射面７０を透過して、第２の液晶パネル７２に対して
垂直な方向すなわち光源光学系の方向に進む。これによ
り、合成された光に偏光変換されなかった光が含まれる
ことがなくなり、合成後の光を投射することにより画像
を表示することができる。

【００１３】仮に、投射される光に偏光変換されなかっ
た光の全てが含まれるとすると、強度差のない光が投射
されることになって、画像の表示はできなくなる。ま
た、投射される光に偏光変換されなかった光の一部が含
まれると、光の輝度差が減少して、表示される画像のコ
ントラストが低下することになる。したがって、偏光変
換された光と偏光変換されなかった光を確実に分離する
ことが必要である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、偏光反射面
の偏光反射特性や偏光透過特性は、波長依存性と入射角
依存性を有しており、条件によっては偏光の分離が十分
にできなくなることがある。偏光反射面の波長依存性と
入射角依存性の例を図５に示す。図５において、（ａ）
は入射角が４５゜のときにＳ偏光を反射しＰ偏光を透過
させるように設定した偏光反射面の特性を表しており、
（ｂ）はその偏光反射面の入射角が４０゜になったとき
の特性を表している。

【００１５】カラー画像の表示においては、通常、波長
４５０ｎｍ付近の青色（Ｂ）光、５５０ｎｍ付近の緑色
（Ｇ）光、６５０ｎｍ付近の赤色（Ｒ）光が用いられる
が、入射角が設定値どおりのとき、（ａ）に示すよう
に、Ｓ偏光はＢ光からＲ光までを含む波長範囲で全て反
射され、Ｐ偏光はこの波長範囲で全て透過する。ところ
が、入射角が設定値から５゜変化すると、（ｂ）に示し
たように、Ｓ偏光が反射される波長範囲は長波長側にシ
フトし、４５０ｎｍ付近のＳ偏光は透過し始める。ま
た、Ｐ偏光の透過率は５５０ｎｍ付近で５０％程度に低
下し、この波長のＰ偏光は半分近くが反射される。

【００１６】このように、２つの偏光の一方を反射し他
方を透過させるという偏光反射面の機能は、入射角が変
化することにより損なわれてしまう。ところが、液晶パ
ネルの各画素の開口から射出する光は完全な平行光束で
はなく、多少広がりながら進むため、偏光反射面に入射
する角度にはばらつきが生じる。このため、液晶パネル
によって変換された偏光と変換されなかった偏光の分離
が不完全になって、表示される画像のコントラストは低
下してしまう。

【００１７】図５（ｂ）の特性を有する偏光反射板を用
いる場合は、反射型液晶パネルによってＢ光をＳ偏光か
らＰ偏光に変換すると、変換されなかったＳ偏光を偏光
反射面によって反射してＰ偏光から分離することは困難
である。また、反射型液晶パネルによってＧ光をＰ偏光
からＳ偏光に変換すると、変換されなかったＰ偏光を偏
光反射面を透過させることによってＳ偏光から分離する
ことは困難になる。

【００１８】Ｐ偏光とＳ偏光の分離は偏光板によっても
行うことができる。しかしながら、反射型液晶パネルで
は、反射光の光路が入射光の光路に重なっているため、
ここに偏光板を配置することはできない。また、図６の
構成では、合成後の光にはＰ偏光とＳ偏光の双方が含ま
れるため、合成後の光の光路上に偏光板を配置すること
もできない。

【００１９】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、投射光学系のバックが短くコントラストの高い明
るい画像を表示することが可能な投射型画像表示装置を
提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源と、光源からの光を個別に変調す
る複数の液晶パネルと、複数の液晶パネルによって変調
された光を合成し、合成した光を投射する投射光学系を
有する投射型画像表示装置において、複数の液晶パネル
として反射型液晶パネルと透過型液晶パネルの双方を備
える。

【００２１】反射型液晶パネルを備えることにより明る
い画像を表示することが可能になり、画像のコントラス
トを高くしかつ投射光学系のバックを短くするという反
射型液晶パネルだけでは困難な目的を、透過型液晶パネ
ルを併用することによって容易に達成することができ
る。

【００２２】例えば、振動方向が互いに垂直な２つの偏
光成分の一方を反射し他方を透過させる偏光選択反射部
材を備え、偏光選択反射部材が、光源からの光を受けて
反射型液晶パネルに導くとともに、投射光学系の一部を
兼ねて、反射型液晶パネルによって反射された光と透過
型液晶パネルを透過した光とを受けて光源からの光とは
異なる方向に導くことにより、反射型液晶パネルによっ
て変調された光と透過型液晶パネルによって変調された
光を合成し、合成した光と光源からの未変調の光とを分
離するようにする。

【００２３】偏光選択反射部材は、光源からの光を受け
て反射型液晶パネルに導き、反射型液晶パネルが反射す
る変調後の光を受けて、それに含まれる一方の偏光成分
を光源から到来する光とは別な方向に導く。偏光選択反
射部材は、また、透過型液晶パネルを透過した変調後の
光を受けて、この光を反射型液晶パネルからの一方の偏
光成分と同じ方向に導く。これにより、反射型液晶パネ
ルによって変調された光と透過型液晶パネルによって変
調された光が合成され、しかも、合成された光と光源か
らの光が分離される。単一の偏光選択反射部材が変調後
の光の合成と未変調の光からの分離とを行うことで、投
射光学系のバックが短くなる。

【００２４】また、偏光選択反射部材は、光源からの光
を反射型液晶パネルに導くのみで透過型液晶パネルには
導かないから、透過型液晶パネルから偏光選択反射部材
に至る光路上に、偏光板等の一方向の偏光のみを偏光選
択反射部材に導く光学素子を配置することが可能にな
る。したがって、２つの偏光成分に対する偏光選択反射
部材の反射と透過の設定が自由になり、波長依存性や入
射角依存性を考慮した設定とすることができる。これに
より、合成後の光に反射型液晶パネルからの他方の偏光
成分が含まれることが防止されて、コントラストの高い
画像を表示することが可能になる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の投射型画像表示装置（以
下、単に投射表示装置ともいう）の実施形態について、
図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の
投射型画像表示装置１の構成を示す。投射表示装置１
は、白色（Ｗ）光をＲ、Ｇ、Ｂの３色の光に分解し、分
解した３色の光を３つの液晶パネルによって個別に変調
し、変調後の光を合成して投射することにより、カラー
画像を表示するものである。

【００２６】投射表示装置１は、光源１１、偏光変換器
１２、３つのダイクロイックミラー１３、１４、１５、
２つの全反射ミラー２１、２２、リレーレンズ２７、２
つの反射型液晶パネル３１、３２、透過型液晶パネル３
３、偏光板３６、２つの偏光分離（ＰＢＳ）プリズム４
１、４２、および投射レンズ５０を備えている。投射レ
ンズ５０、ＰＢＳプリズム４１、４２およびダイクロイ
ックミラー１５は投射光学系を構成する。

【００２７】光源１１はメタルハライドランプとリフレ
クタを有しており、白色光を発して平行光束として偏光
変換器１２に与える。偏光変換器１２は光源１１からの
振動方向が無秩序な光を偏光変換して、全てＳ偏光とす
る。

【００２８】ダイクロイックミラー１３はＢ光を透過さ
せてＲ光とＧ光を反射し、ダイクロイックミラー１４は
Ｒ光を透過させてＧ光とＢ光を反射する。ダイクロイッ
クミラー１５はＧ光とＢ光を透過させてＲ光を反射す
る。ダイクロイックミラー１３は偏光変換器１２からの
光の光路上に位置し、その光路に対して４５゜傾けて配
置されている。ダイクロイックミラー１４はダイクロイ
ックミラー１３によって反射される光の光路上に位置
し、ダイクロイックミラー１３と平行に配置されてい
る。

【００２９】全反射ミラー２１はダイクロイックミラー
１３を透過する光の光路上に位置し、ダイクロイックミ
ラー１３と平行に配置されている。全反射ミラー２２は
全反射ミラー２１によって反射される光の光路上に位置
し、反射光がダイクロイックミラー１４の方向に向かう
ように、全反射ミラー２１に対して垂直に配置されてい
る。

【００３０】ＰＢＳプリズム４１は正四角柱であり、断
面が直角二等辺三角形である２つの三角プリズムを斜面
で接合して成る。２つの三角プリズムの接合面にはＳ偏
光を反射しＰ偏光を透過させるＰＢＳ膜４１ａが形成さ
れている。ＰＢＳプリズム４１はダイクロイックミラー
１４と全反射ミラー２２の間に位置し、ＰＢＳ膜４１ａ
によって反射されるダイクロイックミラー１４からの光
がダイクロイックミラー１４を透過する光と逆平行にな
るように、ＰＢＳ膜４１ａをダイクロイックミラー１４
に対して垂直にして配置されている。ＰＢＳ膜４１ａに
よって反射される全反射ミラー２２からの光は、ダイク
ロイックミラー１４を透過する光と平行になる。

【００３１】ＰＢＳプリズム４２はＰＢＳプリズム４１
と同一のものであり、Ｓ偏光を反射しＰ偏光を透過させ
るＰＢＳ膜４２ａを有する。ＰＢＳプリズム４２は、Ｐ
ＢＳ膜４２ａがダイクロイックミラー１４を透過する光
の光路上に位置し、ＰＢＳ膜４２ａがＰＢＳプリズム４
１のＰＢＳ４１ａ膜と平行になるように配置されてい
る。ＰＢＳ膜４２ａによって反射されるダイクロイック
ミラー１４からの光は、ダイクロイックミラー１４によ
って反射される光と逆平行になる。

【００３２】反射型液晶パネル３１はＰＢＳ膜４１ａに
よって反射されるダイクロイックミラー１４からの光の
光路上に位置し、ＰＢＳプリズム４１の表面と平行に配
置されている。反射型液晶パネル３２はＰＢＳ膜４２ａ
によって反射されるダイクロイックミラー１４からの光
の光路上に位置し、ＰＢＳプリズム４２の表面と平行に
配置されている。

【００３３】透過型液晶パネル３３はＰＢＳプリズム４
１と全反射ミラー２２の間に位置し、ＰＢＳプリズム４
１の表面と平行に配置されている。偏光板３６はＳ偏光
を透過させＰ偏光を遮断するもので、透過型液晶パネル
３３とＰＢＳプリズム４１の間に位置し、透過型液晶パ
ネル３３と平行に配置されている。

【００３４】図示しないが、反射型液晶パネル３１、３
２および透過型液晶パネル３３にはそれぞれ駆動回路が
備えられており、各駆動回路には画像の色成分を表す色
信号が与えられる。反射型液晶パネル３１の駆動回路は
Ｇ信号を与えられて、このＧ信号に応じて反射型液晶パ
ネル３１を駆動する。反射型液晶パネル３２の駆動回路
はＲ信号を与えられて、このＲ信号に応じて反射型液晶
パネル３２を駆動する。透過型液晶パネル３３の駆動回
路はＢ信号を与えられて、このＢ信号に応じて透過型液
晶パネル３３を駆動する。

【００３５】ダイクロイックミラー１５は反射型液晶パ
ネル３１によって反射されＰＢＳ膜４１ａを透過する光
の光路と、反射型液晶パネル３２によって反射されＰＢ
Ｓ膜４２ａを透過する光の光路の交点に位置する。ダイ
クロイックミラー１５は、ＰＢＳ膜４２ａからの光を反
射してその反射光がＰＢＳ膜４１ａからの光と平行にな
るように、ＰＢＳ膜４１ａ、４２ａに対して垂直に配置
されている。

【００３６】投射レンズ５０はダイクロイックミラー１
５を透過する光の光路上に位置する。上述の各構成要素
は投射レンズ５０の光軸または各構成要素によって折曲
げられた光軸がそれぞれの中心を通るように配置されて
おり、投射レンズ５０は液晶パネル３１、３２、３３か
らの光が全て入射する口径に設定されている。投射レン
ズ５０には焦点調節機構とズーム機構が備えられてお
り、図外のスクリーンまでの距離に応じて投射光の結像
位置を変えられるように、また、スクリーンの大小に応
じて表示範囲の大きさを変えられるようになっている。

【００３７】ダイクロイックミラー１３からダイクロイ
ックミラー１４までの距離（各ミラーの中心間距離をい
い、以下同様である）と全反射ミラー２１から全反射ミ
ラー２２までの距離は等しく、ダイクロイックミラー１
４からＰＢＳ膜４２ａまでの距離とＰＢＳ膜４１ａから
ダイクロイックミラー１５までの距離は等しく設定され
ている。また、ダイクロイックミラー１４からＰＢＳ膜
４１ａまでの距離、全反射ミラー２２からＰＢＳ膜４１
ａまでの距離、ＰＢＳ膜４２ａからダイクロイックミラ
ー１５までの距離は、全て等しく設定されている。さら
に、ＰＢＳ膜４１ａから反射型液晶パネル３１までの距
離、ＰＢＳ膜４１ａから透過型液晶パネル３３までの距
離、ＰＢＳ膜４２ａから反射型液晶パネル３２までの距
離も、全て等しく設定されている。

【００３８】したがって、ダイクロイックミラー１３か
ら反射型液晶パネル３１に至る光路長とダイクロイック
ミラー１３から反射型液晶パネル３２に至る光路長は等
しくなっている。また、反射型液晶パネル３１、反射型
液晶パネル３２、透過型液晶パネル３３から投射レンズ
５０に至る光路長も全て等しくなっている。ダイクロイ
ックミラー１３から透過型液晶パネル３３に至る光路長
は、反射型液晶パネル３１や反射型液晶パネル３２に至
る光路長に等しくないが、透過型液晶パネル３３に入射
する光を反射型液晶パネル３１や反射型液晶パネル３２
に入射する光と実質的に等価にするために、ダイクロイ
ックミラー１３と全反射ミラー２１の間にリレーレンズ
２７が配置されている。

【００３９】光源１１が発した光は、偏光変換器１２に
よってＳ偏光とされた後、ダイクロイックミラー１３に
入射する。ダイクロイックミラー１３に入射した光のう
ちＲ光とＧ光は反射されてダイクロイックミラー１４に
入射する。ダイクロイックミラー１４に入射した光のう
ちＧ光は反射されて、ＰＢＳプリズム４１に入射し、Ｓ
偏光であるためＰＢＳ膜４１ａによって反射されて、反
射型液晶パネル３１に入射する。

【００４０】反射型液晶パネル３１に入射したＧ光はＧ
信号に応じて変調され、反射される。反射型液晶パネル
３１が画素ごとに偏光変換することにより、反射型液晶
パネル３１によって反射されたＧ光には、変換で生じた
Ｐ偏光と変換されなかったＳ偏光の双方が含まれる。反
射型液晶パネル３１からの反射光はＰＢＳ膜４１ａに入
射し、変換で生じたＰ偏光はこれを透過してダイクロイ
ックミラー１５に入射し、変換されなかったＳ偏光は反
射されて往路を辿る。ダイクロイックミラー１５に入射
するＰ偏光のＧ光は透過して投射レンズ５０に入射し、
スクリーンに投射される。この光はスクリーン上にＧ成
分の画像を形成する。

【００４１】ダイクロイックミラー１３からダイクロイ
ックミラー１４に入射した光のうちＲ光は、これを透過
してＰＢＳプリズム４２に入射し、Ｓ偏光であるためＰ
ＢＳ膜４２ａによって反射されて、反射型液晶パネル３
２に入射する。反射型液晶パネル３２に入射したＲ光は
Ｒ信号に応じて変調され、反射される。反射型液晶パネ
ル３２によって反射されたＲ光には、変換で生じたＰ偏
光と変換されなかったＳ偏光の双方が含まれる。反射型
液晶パネル３２からの反射光はＰＢＳ膜４２ａに入射
し、Ｐ偏光はこれを透過してダイクロイックミラー１５
に入射し、Ｓ偏光は反射されて往路を辿る。ダイクロイ
ックミラー１５に入射するＰ偏光のＲ光は反射されて投
射レンズ５０に入射し、スクリーンに投射される。この
光はスクリーン上にＲ成分の画像を形成する。

【００４２】ダイクロイックミラー１３に入射した光の
うちＢ光はこれを透過し、リレーレンズ２７を経て、２
つの全反射ミラー２１、２２によって反射されて、透過
型液晶パネル３３に入射する。透過型液晶パネル３３に
入射したＢ光はＢ信号に応じて変調されて、これを透過
する。透過型液晶パネル３３が画素ごとに偏光変換する
ことにより、液晶パネル３３を透過したＢ光には、変換
で生じたＰ偏光と変換されなかったＳ偏光の双方が含ま
れる。透過型液晶パネル３３は、反射型液晶パネル３
１、３２と異なって、偏光変換後の光ではなく変換され
なかった光が画像を表すように設定されている。

【００４３】透過型液晶パネル３３を透過したＢ光は偏
光板３６に入射し、これによってＰ偏光は遮断される。
Ｓ偏光のＢ光は偏光板３６を透過してＰＢＳプリズム４
１に入射し、ＰＢＳ膜４１ａによって反射されてダイク
ロイックミラー１５に入射する。ダイクロイックミラー
１５に入射したＢ光はこれを透過して投射レンズ５０に
入射し、スクリーンに投射される。この光はスクリーン
上にＢ成分の画像を形成する。

【００４４】光源１１から投射レンズ５０までの光路が
このように設定されている投射表示装置１では、ＰＢＳ
プリズム４１のＰＢＳ膜４１ａが、反射型液晶パネル３
１にＧ光を導くとともに、反射型液晶パネル３１によっ
て変調されたＧ光と透過型液晶パネル３３によって変調
されたＢ光を合成し、合成後の光と光源１１からのＧ光
とを分離する。合成されたＧ光とＢ光は、ダイクロイッ
クミラー１５により、反射型液晶パネル３２によって変
調されたＲ光と合成される。この合成された３色の光を
投射レンズ５０が投影することにより、スクリーン上で
３色の画像がずれなく重なり、カラー画像が表示され
る。

【００４５】ＰＢＳ膜４１ａが反射型液晶パネル３１に
導く光はＧ光であり、前述のように、Ｇ光はＰＢＳ膜４
１ａの入射角依存性の影響を受け易い。しかしながら、
投射表示装置１では、Ｓ偏光のＧ光をＰＢＳ膜４１ａか
ら反射型液晶パネル３１に導き、投射に用いるＧ光を偏
光変換後のＰ偏光としていることにより、不要な光が投
射光に混入して画像のコントラストが低下するのを確実
に防止することができる。図５（ｂ）に示したように、
Ｓ偏光はＧ光の波長であってもＰＢＳ膜４１ａによって
全て反射されるからである。

【００４６】投射表示装置１では、また、投射に用いる
Ｂ光をＳ偏光としており、Ｂ光の変調に透過型液晶パネ
ル３３を用いている。透過型液晶パネル３３を用いるこ
とにより、ＰＢＳ膜４１ａからＢ光を透過型液晶パネル
３３に導く必要がなくなって、ＰＢＳ膜４１ａと透過型
液晶パネル３３の間に偏光板３６を配置することが可能
になっている。透過型液晶パネル３３によって変調され
たＢ光は、偏光板３６によってＰ偏光を除去されてＳ偏
光のみとなり、投射されるＢ光にＰ偏光は混入しない。
ＰＢＳ膜４１ａの機能は、Ｂ光に対しては単にＳ偏光を
反射するだけとなる。

【００４７】反射型液晶パネル３２にはＳ偏光のＲ光が
導かれ、投射に用いられるのは変換で生じたＰ偏光であ
る。Ｓ偏光のＲ光はＰＢＳ膜４２ａの入射角依存性の影
響を受けず全て反射されるから、変換されなかったＳ偏
光が投射されるＲ光に混入することもない。

【００４８】このように、投射表示装置１では、３つの
液晶パネル３１、３２、３３によって変調され投射に用
いられる３色の光のいずれにも不要な光が入ることがな
く、きわめてコントラストの高い画像を表示することが
できる。また、メタルハライドランプはＧ光、Ｒ光に比
べてＢ光の強度が高く、Ｂ光を透過型液晶パネル３３で
変調し、Ｇ光およびＲ光を開口率の大きい反射型液晶パ
ネル３１、３２で変調するようにしたことで、明るい画
像を表示することができる。

【００４９】投射光の合成はＰＢＳ膜４１ａとダイクロ
イックミラー１５の２段階で行われるから、投射光学系
のバックは短くなっている。このため、投射レンズ５０
の口径を小さくすることができ、投射表示装置１の全体
構成も小型化している。

【００５０】以下、本発明の他の実施形態について説明
するが、既に説明した構成要素と同一または類似の構成
要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

【００５１】第２の実施形態の投射型画像表示装置２の
構成を図２に示す。この投射表示装置２は、投射表示装
置１の光源１１および偏光変換器１２をＰＢＳプリズム
４１から投射レンズ５０に至る光路に関して反対側に配
置したものであり、液晶パネル３１、３２、３３、ＰＢ
Ｓプリズム４１、４２、投射レンズ５０、偏光板３６、
およびダイクロイックミラー１４、１５は、投射表示装
置１と同様に配置されている。

【００５２】投射表示装置２では、全反射ミラー２３と
三角プリズム４３が追加され、ダイクロイックミラー１
３に代えて、Ｂ光を反射しＲ光とＧ光を透過させるダイ
クロイックミラー１６が備えられている。プリズム４３
はＰＢＳプリズム４１、４２を構成している接合前の三
角プリズムと同一のものであり、斜面４３ａは全反射面
とされている。プリズム４３は透過型液晶パネル３３の
入射側に、全反射面４３ａが透過型液晶パネル３３に対
して４５゜傾くように配置されている。

【００５３】光源１１は射出する光が投射レンズ５０の
光軸と直交するように配置されており、ダイクロイック
ミラー１６は偏光変換器２０を通った光源１１からの光
を投射レンズ５０側に向けて垂直に反射するように配置
されている。全反射ミラー２１および２２は、ダイクロ
イックミラー１６が反射した光を前者が垂直に反射し、
その反射光を後者がさらに反射してプリズム４３の全反
射面４３ａに４５゜の角度で入射させるように配置され
ている。全反射ミラー２３は、ダイクロイックミラー１
６を透過した光を垂直に反射してダイクロイックミラー
１４に入射させるように配置されている。

【００５４】光源１１が発する白色光は偏光変換器１２
によって全てＳ偏光とされた後、ダイクロイックミラー
１６に入射して、透過するＲ光およびＧ光と、反射され
るＢ光に分解される。Ｒ光とＧ光は全反射ミラー２３に
よって反射されてダイクロイックミラー１４に入射し、
反射されるＧ光と透過するＲ光に分解される。Ｂ光は全
反射ミラー２１と２２によって反射されてプリズム４３
に入射し、全反射面４３ａによって反射されて透過型液
晶パネル３３に入射する。

【００５５】その後Ｒ、Ｇ、Ｂの各光は前述の経路を辿
り、変調されたＰ偏光のＧ光とＳ偏光のＢ光がＰＢＳ膜
４１ａによって合成され、変調されたＰ偏光のＲ光がダ
イクロイックミラー１５によってさらに合成されて、合
成後の３色の光が投射レンズ５０から投射される。不要
なＳ偏光のＧ光、Ｐ偏光のＢ光およびＳ偏光のＲ光は、
それぞれＰＢＳ膜４１ａ、偏光板３６およびＰＢＳ膜４
２ａによって全て除去される。

【００５６】ダイクロイックミラー１６から透過型液晶
パネル３３に至る光路長は、ダイクロイックミラー１６
から反射型液晶パネル３１、３２に至る光路長と等しく
設定されている。このため、投射表示装置１に備えられ
ていたリレーレンズ２７は省略されている。

【００５７】第３の実施形態の投射型画像表示装置３の
構成を図３に示す。この投射表示装置３は、第１の実施
形態の投射表示装置１の反射型液晶パネル３２に代え
て、透過型液晶パネル３４を備えたものである。これに
伴い、ＰＢＳプリズム４２に代えて三角プリズム４４を
備え、２つの全反射ミラー２４、２５が追加されてい
る。また、ダイクロイックミラー１４は、反射方向が正
反対となるように９０゜回転して配置されている。

【００５８】透過型液晶パネル３４は、もう１つの透過
型液晶パネル３３と異なり、偏光変換後のＰ偏光を投射
に用いるように設定されている。透過型液晶パネル３４
はダイクロイックミラー１４を透過する光の光路上に位
置し、反射型液晶パネル３１と平行に配置されている。
プリズム４４はＰＢＳプリズム４１を構成している接合
前の三角プリズムと同一のものであり、斜面４４ａは全
反射面とされている。プリズム４４は液晶パネル３４を
透過する光の光路上に位置し、全反射面４４ａによって
反射される光がダイクロイックミラー１５に入射するよ
うに、全反射面４４ａをダイクロイックミラー１５と平
行にして配置されている。

【００５９】全反射ミラー２４および２５は、ダイクロ
イックミラー１４が反射した光を前者が垂直に反射し、
その反射光を後者がさらに反射してＰＢＳプリズム４１
のＰＢＳ膜４１ａに４５゜の角度で入射させるように配
置されている。

【００６０】ダイクロイックミラー１３から反射型液晶
パネル３１に至る光路長と透過型液晶パネル３３に至る
光路長は等しく設定されており、これらは、ダイクロイ
ックミラー１３から透過型液晶パネル３４に至る光路長
よりも長い。反射型液晶パネル３１および透過型液晶パ
ネル３３に入射する光を透過型液晶パネル３４に入射す
る光と実質的に等価にするために、全反射ミラー２１と
２２の間および全反射ミラー２５とＰＢＳプリズム４１
の間には、それぞれリレーレンズ２８および２９が配置
されている。リレーレンズ２８、２９は同一のものであ
り、等価な位置に設けられている。

【００６１】光源１１が発する白色光は偏光変換器１２
によって全てＳ偏光とされた後、ダイクロイックミラー
１３に入射して、反射されるＲ光およびＧ光と、透過す
るＢ光に分解される。Ｒ光とＧ光はダイクロイックミラ
ー１４に入射し、反射されるＧ光と透過するＲ光に分解
される。Ｇ光は全反射ミラー２４、２５によって反射さ
れ、リレーレンズ２９を経てＰＢＳプリズム４１に入射
し、その後前述の経路を辿る。

【００６２】Ｒ光は透過型液晶パネル３４に入射し、Ｒ
信号に応じて変調され、偏光変換後のＰ偏光のみがプリ
ズム４４に入射する。このＰ偏光のＲ光は全反射面４４
ａによって反射され、ダイクロイックミラー１５に入射
してさらに反射され、投射レンズ５０に入射する。

【００６３】ダイクロイックミラー１３を透過したＢ光
は、全反射ミラー２１によって反射され、リレーレンズ
２８を透過した後、全反射ミラー２２によって再度反射
されて透過型液晶パネル３３に入射する。Ｂ光はその
後、前述の経路を辿る。

【００６４】この投射表示装置３においても、変調され
たＰ偏光のＧ光とＳ偏光のＢ光がＰＢＳ膜４１ａによっ
て合成される。この合成光に、透過型液晶パネル３４に
よって変調されたＰ偏光のＲ光がダイクロイックミラー
１５によってさらに合成されて、合成後の３色の光が投
射レンズ５０から投射される。不要なＳ偏光のＧ光、Ｐ
偏光のＢ光およびＳ偏光のＲ光は、それぞれＰＢＳ膜４
１ａ、偏光板３６および透過型液晶パネル３４によって
全て除去される。

【００６５】第４の実施形態の投射型画像表示装置４の
構成を図４に示す。この投射表示装置４は、第３の実施
形態の投射表示装置３の透過型液晶パネル３３をＰＢＳ
プリズム４１に関して反対側に配置したものである。こ
れに伴い、ＰＢＳプリズム４１も逆向きに配置され、ダ
イクロイックミラー１３に代えて、Ｇ光を透過させＲ光
とＢ光を反射するダイクロイックミラー１７が備えら
れ、ダイクロイックミラー１４に代えて、Ｒ光を反射し
Ｇ光とＢ光を透過させるダイクロイックミラー１８が備
えられている。また、三角プリズム４５が追加されてい
る。

【００６６】ダイクロイックミラー１７は、投射表示装
置３のダイクロイックミラー１３と同様に配置されてい
る。プリズム４５はプリズム４４と同一のものであり、
斜面４５ａは全反射面とされている。プリズム４５は、
ダイクロイックミラー１７によって反射された光を垂直
に反射して、全反射ミラー２４に４５゜の角度で入射さ
せるように配置されている。ダイクロイックミラー１８
は、全反射ミラー２５からの光を垂直に反射して、透過
型液晶パネル３４に垂直に入射させるように配置されて
いる。

【００６７】ダイクロイックミラー１７から反射型液晶
パネル３１、透過型液晶パネル３３、透過型液晶パネル
３４に至る光路長は、全て等しく設定されている。この
ため、投射表示装置３に備えていた２つのリレーレンズ
２８、２９は省略されている。

【００６８】光源１１が発する白色光は偏光変換器１２
によって全てＳ偏光とされた後、ダイクロイックミラー
１７に入射して、透過するＧ光と、反射されるＲ光とＢ
光に分解される。Ｇ光は全反射ミラー２１によって反射
され、さらに全反射ミラー２２によって反射されて、Ｐ
ＢＳプリズム４１に入射する。ＰＢＳプリズム４１に入
射したＧ光はＰＢＳ膜４１ａによって反射されて反射型
液晶パネル３１に入射し、変調されてＰ偏光とＳ偏光を
含むようになる。反射型液晶パネル３１によって反射さ
れたＧ光はＰＢＳ膜４１ａに入射し、変換されなかった
Ｓ偏光は全て反射される。Ｐ偏光はＰＢＳ膜４１ａを透
過し、さらにダイクロイックミラー１５を透過して、投
射レンズ５０に入射し投射される。

【００６９】ダイクロイックミラー１７により反射され
たＲ光とＢ光は、プリズム４５の全反射面４５ａおよび
全反射ミラー２４、２５によって順次反射されて、ダイ
クロイックミラー１８に入射する。Ｂ光はダイクロイッ
クミラー１８を透過して透過型液晶パネル３３に入射
し、変調されてＰ偏光を含むようになる。透過型液晶パ
ネル３３を透過したＢ光は偏光板３６に入射し、偏光さ
れなかったＳ偏光のみがこれを透過する。このＳ偏光の
Ｂ光はＰＢＳ膜４１ａによって反射され、ダイクロイッ
クミラー１５を透過して投射レンズ５０に入射し、Ｇ光
と共に投射される。一方、ダイクロイックミラー１８に
よって反射されたＲ光は透過型液晶パネル３４に入射
し、その後前述の経路を辿って、変調されたＰ偏光のＲ
光がＧ光、Ｂ光と共に投射される。

【００７０】なお、上記各実施形態では、Ｂ光を透過型
液晶パネル３３で変調し、Ｇ光を反射型液晶パネル３１
で変調するようにしているが、これは光源１１が発する
光の波長と強度の関係を考慮して設定したものである。
どの色の光を透過型液晶パネルで変調し、どの色の光を
反射型液晶パネルで変調するかは、使用する光源に応じ
て定めればよい。このとき、比較的強度の強い光を透過
型液晶パネルで、比較的強度の弱い光を反射型液晶パネ
ルで変調するようにすれば、開口率が高いという反射型
液晶パネルの特長が発揮されて有利である。

【００７１】

【発明の効果】本発明の投射型画像表示装置によるとき
は、反射型液晶パネルの特長を生かして明るい画像を表
示することができる上、画像のコントラストを高く保ち
ながら、投射光学系のバックを短くして投射光学系を小
型化することが可能である。したがって、小型で高性能
の投射型画像表示装置となる。

【００７２】特に、偏光選択反射部材を備え、これによ
って光源からの光を反射型液晶パネルに導くとともに、
反射型液晶パネルによって変調された光と透過型液晶パ
ネルによって変調された光を合成し、合成した光と光源
からの未変調の光とを分離するようにした構成では、単
一の部材で合成と分離を行うから、投射光学系のバック
が短くなる。また、偏光成分に対する偏光選択反射部材
の反射と透過の設定が自由になって、表示する画像のコ
ントラストを容易に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の構成
を示す図。

【図２】 第２の実施形態の投射型画像表示装置の構成
を示す図。

【図３】 第３の実施形態の投射型画像表示装置の構成
を示す図。

【図４】 第４の実施形態の投射型画像表示装置の構成
を示す図。

【図５】 偏光反射面の波長依存性と入射角依存性の例
を示す図。

【図６】 従来の投射型画像表示装置の要部を示す図。

【符号の説明】

１、２、３、４ 投射型画像表示装置 １１ 光源 １２ 偏光変換器 １３、１４、１５、１６、１７、１８ ダイクロイック
ミラー ２１、２２、２３、２４、２５ 全反射ミラー ２７、２８、２９ リレーレンズ ３１、３２ 反射型液晶パネル ３３、３４ 透過型液晶パネル ３６ 偏光板 ４１、４２ ＰＢＳプリズム ４１ａ、４２ａ ＰＢＳ反射膜 ４３、４４、４５ プリズム ４３ａ、４４ａ、４５ａ 全反射面 ５０ 投射レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA14 EA15 EA16 HA13 HA18 HA21 HA23 HA24 KA18 MA02 MA06 2H099 AA12 BA09 CA01 CA11 5G435 AA02 AA03 AA18 BB12 BB15 BB16 BB17 CC12 DD02 DD05 DD14 FF05 GG01 GG03 GG04 GG08 GG28

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、前記光源からの光を個別に変調
   する複数の液晶パネルと、前記複数の液晶パネルによっ
   て変調された光を合成し、合成した光を投射する投射光
   学系を有する投射型画像表示装置において、 前記複数の液晶パネルとして反射型液晶パネルと透過型
   液晶パネルの双方を備えることを特徴とする投射型画像
   表示装置。
2. 【請求項２】 振動方向が互いに垂直な２つの偏光成分
   の一方を反射し他方を透過させる偏光選択反射部材を備
   え、前記偏光選択反射部材が、前記光源からの光を受け
   て前記反射型液晶パネルに導くとともに、前記投射光学
   系の一部を兼ねて、前記反射型液晶パネルによって反射
   された光と前記透過型液晶パネルを透過した光とを受け
   て前記光源からの光とは異なる方向に導くことにより、
   前記反射型液晶パネルによって変調された光と前記透過
   型液晶パネルによって変調された光を合成し、合成した
   光と前記光源からの未変調の光とを分離することを特徴
   とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。