JP2000180793A - 映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過偏光（Ｐ偏光）効率および反射偏光（Ｓ
偏光波）効率を改善して、映像の明るさとコントラスト
を向上させることができる映像表示装置を提供するこ
と。 【解決手段】 光源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと、前記光
源４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂの光を取り出す第１光学素子
４３と、前記光学素子で取り出された前記光を、均一に
照射するための第２光学素子４４，４５と、前記第２光
学素子４４，４５を通った前記光の偏光分離面４８Ｃへ
の光線の入射角度がブリュースター角度αであり、前記
偏光分離面４８Ｃにおいて前記光を透過偏光と反射偏光
に偏光分離する偏光光学素子４８と、前記偏光光学素子
４８から入射する前記反射偏光を、映像信号により変調
した後に投影対象８０側へ反射させるための反射型の入
射光変調手段４９と、前記反射型の入射光変調手段４９
からの光を前記投影対象５１に映し出す投影レンズ５０
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像表示装置に関
し、特に液晶ライトバルブと呼ばれている入射光変調手
段やこの液晶ライトバルブに照射する光の偏光を制御す
る偏光光学素子を有し、明るくコントスラトの高い画像
表示を行うことができる映像表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の映像表示装置例を図８に示す。図
８は反射型液晶プロジェクター装置で、光源であるラン
プ１から出射された白色光は、レンズ２を透過しフライ
アイレンズ３，４で照度を均一化したのち、集光レンズ
５，６により適当に集光され、光路上に配置された光線
入射角度（β）４５°のキューブ形状の偏光ビームスプ
リッター７に入射し、偏光分離面７Ｃを透過するＰ偏光
波７Ｐと反射するＳ偏光波７Ｓに２分される。反射偏光
（Ｓ偏光波）７Ｓは、偏光ビームスプリッターの７Ｂ面
を透過しダイクロイックミラー８Ｒ，８Ｂで赤・青・緑
に分離され、各色の反射型液晶ライトバルブ９Ｒ，９
Ｇ，９Ｂに入射し、映像信号によって変調されたのち反
射され、ダイクロイックミラー８Ｒ，８Ｂで各色は再び
合成されて合成光１０になる。合成光１０は、再度偏光
ビームスプリッター７を通りＰ偏光波１０Ｐのみが透過
され投射レンズ１１でスクリーン１２上に映し出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような装置では、
光源の光の偏光分離素子としては、図９のような光線入
射角度βが４５°であるキューブ形状で屈折率が概ね
１．５の削剤で精製されている偏光ビームスプリッター
７が使用されており、偏光ビームスプリッター７の偏光
分離面７Ｃには、可視光域波長に対してＰ偏光波７Ｐを
透過しＳ偏光波７Ｓを反射する多層膜がコートされてい
る。例えば、図９のような偏光ビームスプリッター７で
偏光分離面７Ｃに対して４５度に光線を入射すると、例
えば図１０のようなＰ偏光波透過率・Ｓ偏光波透過率の
分光特性になる。図９のような偏光ビームスプリッター
７Ｃでは、Ｓ偏光波の反射率は悪く、赤・青・緑各波長
の液晶への照射光量（Ｓ偏光波）が全光量の約４５％以
下と小さくかつ消光比も低くなり、映像のコントラスト
が非常に悪い。この消光比とは、光強度変調器で、透過
光の強度を変化したときの最小と最大の透過光の強度の
比をいう。

【０００４】また偏光分離面への光線入射角度が４５°
からずれると、図１０のように赤・青・緑各波長で透過
光量および反射光量差が大きくなるため、偏光ビームス
プリッターへの入射角度によっては消光比が非常に悪く
なり、映し出された映像に照度ムラおよび色ムラが生じ
る。この改善策として偏光ビームスプリッターより光源
に近い位置にＳ偏光波のみ透過する偏光板を、偏光ビー
ムスプリッターと投射レンズの間にＰ偏光波のみ透過す
る偏光板を挿入することで液晶パネルへ入射するＰ偏光
波をカットする方法があるが、スクリーン上での色ムラ
はかなり改善されるがコントラストは改善されず、照射
光量は偏光板末挿入の装置より低下するという欠点があ
った。

【０００５】上記欠点を解決するために本発明では、偏
光ビームスプリッターのような偏光光学素子の形状およ
び膜設計を変更し透過光波（Ｐ偏光波）効率および反射
光波（Ｓ偏光波）効率を改善して、反射型液晶ライトバ
ルブのような入射光変調手段への照射光量および消光比
を大幅に向上させることで映像の明るさとコントラスト
を向上させることができる映像表示装置を提供すること
を目的とする。また本発明は、偏光分離面に対し広い入
射角度範囲で高特性を維持できる角度で光線入射が可能
な形状と膜設計がなされた偏光ビームスプリッターのよ
うな偏光光学素子を使用することで、光源からの光を効
率よく反射型液晶ライトバルブのような入射光変調手段
上に集光および照射し、かつ照度ムラ・色ムラをなくす
ことで照度が均一で明るいコントラストの高い映像を得
ることができる映像表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、光源
と、前記光源の光を取り出す第１光学素子と、前記光学
素子で取り出された前記光を、均一に照射するための第
２光学素子と、前記第２光学素子を通った前記光の偏光
分離面への光線の入射角度がブリュースター角度であ
り、前記偏光分離面において前記光を透過偏光と反射偏
光に偏光分離する偏光光学素子と、前記偏光光学素子か
ら入射する前記反射偏光を、映像信号により変調した後
に投影対象側へ反射させるための反射型の入射光変調手
段と、前記反射型の入射光変調手段からの光を前記投影
対象に映し出す投影レンズと、を備えることを特徴とす
る映像表示装置である。請求項１の発明では、反射型の
入射光変調手段に対して照射する光の偏光を制御する素
子として、偏光分離面への光線入射角度がブリュースタ
ー角度となる偏光光学素子を用いることで、明るくコン
トラストの高い画像表示を可能としている。すなわち、
光が面に対してブリュースター角度で入射すると、前記
入射光のＰ偏光はすべて透過し、Ｐ偏光反射光はゼロに
なるという性質を利用することで、偏光分離面でＳ偏光
のみ反射されるようになるので反射光の消光比が高くな
り画像のコントラストが向上する。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記光源は、赤色の光を出す赤色発
光源と、青色の光を出す青色発光源と、緑色の光を出す
緑色発光源とを有し、前記第１光学素子は、前記赤色の
光と前記青色の光と前記緑色の光により白色光を合成す
る。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームスプ
リッターであり、前記光源からの光は前記偏光ビームス
プリッターの偏光分離面に対して、前記ブリュースター
角度で入射する。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームスプ
リッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビーム
スプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しか
も前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、
前記ブリュースター角度で入射する。

【００１０】請求項５の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームスプ
リッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビーム
スプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しか
も前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、
前記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面から
の前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前記入
射光変調手段側の面に対し垂直に透過して前記入射光変
調手段へ入射する。

【００１１】請求項６の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記入射光変調手段は液晶パネルで
あり、前記偏光光学素子における前記透過偏光はＰ偏光
波であり、前記反射偏光はＳ偏光波である。

【００１２】請求項７の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記偏光光学素子は菱形の偏光ビー
ムスプリッターであり、前記光源からの光は、前記偏光
ビームスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射し
て、しかも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に
対して、前記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分
離面からの前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッター
の前記入射光変調手段側の面に対し垂直に透過し、前記
偏光ビームスプリッターの前記偏光分離面は、前記偏光
分離面への入射角度±１０度の角度範囲内でも入射角度
依存性が低いように成膜されている。これにより、可視
光域で透過光（Ｐ偏光波）効率と、反射光（Ｓ偏光波）
効率の特性が安定してかつ消光比がよく、入射角度概ね
±１０の範囲内でも入射角度依存性が低くなる。この入
射角度依存性とは、偏光ビームスプリッター（光学素
子）への光線の入射角度が変化すると、その入射角度に
より透過光（Ｐ偏光）、反射光（Ｓ偏光）の光量が変化
することである（図１０参照）。

【００１３】請求項８の発明は、請求項１に記載の映像
表示装置において、前記偏光ビームスプリッターの前記
偏光分離面への入射角度の許容誤差は、赤色、青色、緑
色の各波長において前記偏光ビームスプリッターの入射
面への前記入射角度±１０度の範囲であり、前記透過偏
光の光量と前記反射偏光の光量の劣化が２０％以内に保
持されている。これにより、透過偏光（Ｐ偏光波）の光
量および反射偏光（Ｓ偏光波）の光量の劣化が、２０％
以内に保持できるので、明るくコントラストの高い映像
表示を可能にし、画像の明るさ、コントラスト、照度ム
ラおよび色ムラの改善を図ることができる。ライトバル
ブへの入射光量が、偏光分離面への光線入射角度で大き
く変化したり、劣化することがないため、ライトバルブ
全面への入射光量分布が一様になる。また劣化しないた
め光量も従来と比較して向上するためである。

【００１４】請求項９の発明は、白色の光を発生する光
源と、前記光源の光を取り出す第１光学素子と、前記光
学素子で取り出された前記光を、均一に照明するための
第２光学素子と、前記第２光学素子を通った前記光の偏
光分離面への光線の入射角度がブリュースター角度であ
り、前記偏光分離面において前記光を透過偏光と反射偏
光に偏光分離する偏光光学素子と、前記偏光光学素子か
らの前記反射偏光の内の赤色成分と、青色成分と、緑色
成分を分離するダイクロイックミラーと、前記ダイクロ
イックミラーからの前記赤色成分と、前記青色成分と、
前記緑色成分を、それぞれ別個の映像信号により変調す
るための入射光変調手段と、前記入射光変調手段からの
光を、前記ダイクロイックミラーで合成された後の光
を、投影対象に映し出す投影レンズと、を備えることを
特徴とする映像表示装置である。請求項９の発明では、
反射型の入射光変調手段に対して照射する光の偏光を制
御する素子として、偏光分離面への光線入射角度がブリ
ュースター角度となる偏光光学素子を用いることで、明
るくコントラストの高い画像表示を可能としている。す
なわち、光が面に対してブリュースター角度で入射する
と、前記入射光のＰ偏光はすべて透過し、Ｐ偏光反射光
はゼロになるという性質を利用することで、偏光分離面
でＳ偏光のみ反射されるようになるので反射光の消光比
が高くなり画像のコントラストが向上する。

【００１５】請求項１０の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームス
プリッターであり、前記光源からの光は前記偏光ビーム
スプリッターの偏光分離面に対して、前記ブリュースタ
ー角度で入射する。

【００１６】請求項１１の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームス
プリッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビー
ムスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、し
かも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対し
て、前記ブリュースター角度で入射する。

【００１７】請求項１２の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記偏光光学素子は偏光ビームス
プリッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビー
ムスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、し
かも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対し
て、前記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面
からの前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前
記入射光変調手段側の面に対し垂直に透過して前記入射
光変調手段へ入射する。

【００１８】請求項１３の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記入射光変調手段は液晶パネル
であり、前記偏光光学素子における前記透過偏光はＰ偏
光波であり、前記反射偏光はＳ偏光波である。

【００１９】請求項１４の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記偏光光学素子は菱形の偏光ビ
ームスプリッターであり、前記光源からの光は、前記偏
光ビームスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射し
て、しかも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に
対して、ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面
からの前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前
記入射光変調手段側の面に対し垂直に透過し、前記偏光
ビームスプリッターの前記偏光分離面には、前記偏光分
離面への入射角度±１０度の角度範囲内でも入射角度依
存性が低いように成膜されている。これにより、透過偏
光（Ｐ偏光波）の光量および反射偏光（Ｓ偏光波）の光
量の劣化が、２０％以内に保持できるので、明るくコン
トラストの高い映像表示を可能にし、画像の明るさ、コ
ントラスト、照度ムラおよび色ムラの改善を図ることが
できる。ライトバルブへの入射光量が、偏光分離面への
光線入射角度で大きく変化したり、劣化することがない
ため、ライトバルブ全面への入射光量分布が一様にな
る。また劣化しないため光量も従来と比較して向上する
ためである。

【００２０】請求項１５の発明は、請求項９に記載の映
像表示装置において、前記偏光ビームスプリッターの前
記偏光分離面への入射角度の許容誤差は、赤色、青色、
緑色の各波長において前記偏光ビームスプリッターの入
射面への前記入射角度±１０度の範囲であり、前記透過
偏光の光量と前記反射偏光の光量の劣化が２０％以内に
保持されている。これにより、透過光（Ｐ偏光波）の光
量および反射光（Ｓ偏光波）の光量の劣化が、２０％以
内に保持できるので、明るくコントラストの高い映像表
示を可能にし、画像の明るさ、コントラスト、照度ムラ
および色ムラの改善を図ることができる。ライトバルブ
への入射光量が、偏光分離面への光線入射角度で大きく
変化したり、劣化することがないため、ライトバルブ全
面への入射光量分布が一様になる。また劣化しないため
光量も従来と比較して向上するためである。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００２２】第１の実施の形態 図１に本発明の映像表示装置の第１の実施の形態を示
す。第１の実施の形態は、反射型液晶ライトバルブを用
いたプロジェクター装置である。このプロジェクター装
置の光源部分は、液晶ライトバルブ照射用の光源として
赤色、青色、緑色の発光ダイオード４１Ｒ，４１Ｂ，４
１Ｇを備えている。前記光源からの光を合成するために
立方体形状のダイクロイックプリズム（第１光学素子）
４３が備えられており、緑色発光ダイオード４１Ｇは、
ダイクロイックプリズム４３の一つの面４３Ｇに対向す
るように配設され、赤色発光ダイオード４１Ｒはダイク
ロイックプリズム４３の面４３Ｇと直交するほかの面４
３Ｒに対向するように配設され、青色発光ダイオード４
１Ｂはダイクロイックプリズム４３における面４３Ｒと
平行な他の面４３Ｂに対向するように配設されている。
プロジェクター装置には前記光源部分のほか、第１のフ
ライアイレンズ（第２光学素子）４４と、第２のフライ
アイレンズ（第２光学素子）４５と、第１のコンデンサ
レンズ４６と、第２のコンデンサレンズ４７と、偏光ビ
ームスプリッター４８と入射光変調手段である反射型液
晶ライトバルブ４９と、プロジェクターレンズ（投影レ
ンズ）５０等を備えている。

【００２３】各色発光ダイオード４１Ｒ，４１Ｇ，４１
Ｂから出射された各色光は、レンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４
２Ｂによって概ね平行光とされ、ダイクロイックプリズ
ム４３を透過もしくは反射して合成され、第１のフライ
アイレンズ４４に入射する。第１のフライアイレンズ４
４と、第２のフライアイレンズ４５は、互いに共役な位
置関係に２列に配置され、テレセントリック光学系を構
成している。フライアイレンズ４４，４５では、発光ダ
イオード４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂから発生した軸外光が
光軸となす角の角度分布を一様にする。第２のフライア
イレンズ４５を透過した光は、第１のコンデンサレンズ
４６に入射する。第２のコンデンサレンズ４７は第１の
コンデンサレンズ４６に対して共役な位置関係に配さ
れ、テレセントリック光学系を構成している。コンデン
サレンズ４６，４７を透過した光は、偏光ビームスプリ
ッター４８に光軸ＯＬに沿って入射する。

【００２４】偏光ビームスプリッター４８は、屈折率が
概ね１．５である削剤で精製され対角θが１０８度の菱
形形状をしている。コンデンサレンズ４７の透過光の入
射面である光源側面４８Ａをコンデンサレンズ４７の光
軸ＯＬに対して垂直をなすように配すると、光源側面４
８Ａを透過した光の光軸ＯＬは、偏光分離面４８Ｃに対
してブリュースター角度αである５４°で入射し、偏光
分離面で透過偏光（Ｐ偏光波）４８Ｐと反射偏光（Ｓ偏
光波）４８Ｓに分離される。反射偏光４８Ｓは、液晶ラ
イトバルブ４９の側面４８Ｂに対して垂直に出射して液
晶ライトバルブ４９に入射する。

【００２５】第１の実施の形態では、コンデンサレンズ
４６，４７を透過した光は、光軸ＯＬに対して集光角度
（入射角度）±１０度で偏光ビームスプリッター４８の
光源側面４８Ａに入射しているが、偏光ビームスプリッ
ター４８の出射側の側面４８Ｂも光軸ＯＬ１に対して垂
直であるため、偏光ビームスプリッター４８を透過した
反射偏光４８Ｓは、液晶ライトバルブ４９に集光角度
（入射角度）±１０度で照度均一で照射される。液晶ラ
イトバルブ４９の映像は、偏光ビームスプリッター４８
の側４８Ｂに対向する面４８Ｄ側に配設されたプロジェ
クタレンズ５０でスクリーン５１（投影対象）上に映像
を映し出す。

【００２６】第１の実施の形態の各色発光ダイオード４
１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂは、その駆動回路１００中に設け
られた可変抵抗により出射される輝度を独立に調節する
ことが可能である。また入射光変調手段であり、液晶パ
ネルともいう液晶ライトバルブ４９には、映像信号処理
回路２００が設けられ、赤色用画像信号、緑色用画像信
号、青色用画像信号が生成され、それぞれ赤画像用メモ
リ、緑画像用メモリ、青画像用メモリに記録し、それぞ
れ一定の周期で各色の画像信号を読み出し、この画像信
号に基づいて映像を表示している。

【００２７】第１の実施の形態では、図２のように偏光
ビームスプリッター４８の偏光分離面４８Ｃに対する光
線入射角がブリュースター角度αになるため偏光分離面
（反射分離面）でＰ偏光成分はすべて透過し、反射光は
Ｓ偏光成分のみとなるため、消光比が向上するという特
性を偏光ビームスプリッター４８の形状で得ることがで
きる。さらに、偏光分離面４８Ｃには可視光波長に対し
て、Ｐ偏光波４８Ｐを透過しＳ偏光波４８Ｓを反射する
多層膜がコートされているため、形状による特性との相
乗効果により従来の偏光ビームスプリッターと比較して
Ｐ偏光波の透過率が向上し、Ｓ偏光波の透過率が低下つ
まりＳ偏光波の反射率が向上する。

【００２８】図３に分光特性を示すが、上記と同様な理
由により図１中の偏光ビームスプリッター４８の入射側
面４８Ａへの入射角度±１０度に対しても各波長のＰ偏
光波の透過率、Ｓ偏光波の反射率の劣化が２０％以下で
安定し、かつ波長毎の光量差も少ないため、光源からの
光を±１０度で液晶ライトバルブ４９に集光しても液晶
ライトバルブ４９上での照度ムラ、色ムラは生じない。
また、消光比が向上するためコントラストの良い映像を
スクリーン上に映し出すことができる。さらに、偏光ビ
ームスプリッター４８は、偏光分離面４８Ｃへ入射する
光の光軸ＯＬが面４８Ａに対し垂直に入射し、偏光分離
面４８Ｃから反射された光の光軸ＯＬ１が側面４８Ｂに
対し垂直に出射する菱形形状であるため、液晶ライトバ
ルブ４９を偏光ビームスプリッター４８の側面４８Ｂに
平行に配することで、コンデンサレンズ４６，４７を透
過したときの集光角度、光量分布を保持したまま、光を
液晶ライトバルブ４９に照射することができるため光量
分布ムラも生じない。さらにプロジェクタレンズ５０を
偏光ビームスプリッター４８の側面４８Ｂに対向する面
４８Ｄ側に光軸が垂直になるよう配することで、スクリ
ーン５１上に偏光ビームスプリッターの菱形形状による
収差は発生しない。なお、本実施の形態の光学系はラグ
ランジュヘルムホルツの法則に従った構成で、光源から
の光は高効率で液晶ライトバルブ４９に照射される。

【００２９】第２の実施の形態 図４に本発明の映像表示装置の第２の実施の形態を示
す。第２の実施の形態は３板式の反射型液晶ライトバル
ブ７８Ｒ，７８Ｂ，７８Ｇを用いたプロジェクター装置
である。図４の偏光ビームスプリッター７６は図１の偏
光ビームスプリッター４８と同様のもので、対角θとブ
リュースター角度αを有するプロジェクター装置には、
白色光源ランプ７０、レンズ７１、フライアイレンズ７
２，７３、レンズ７４，７５と、偏光ビームスプリッタ
ー７６とダイクロイックミラー７７Ｒ，７７Ｂと、入射
光変調手段である反射型液晶ライトバルブ７８Ｒ，７８
Ｇ，７８Ｂと、プロジェクタレンズ７９を備えている。
ランプ７０を出射した光は、レンズ７１を透過し、液晶
ライトバルブ７８Ｒ，７８Ｇ，７８Ｂでの照度がほぼ均
一化にするために設けられたフライアイレンズ７２，７
３を透過し、液晶ライトバルブ７８Ｒ，７８Ｇ，７８Ｂ
へ適当な大きさに集光するために配設された集光レンズ
７４，７５へ入射した後、偏光ビームスプリッター７６
へ入射する。偏光ビームスプリッター７６は第１の実施
の形態と同様に配され、面７６Ｂに対して垂直な光軸Ｏ
Ｌを有する光が偏光ビームスプリッター７６より出射さ
れ、ダイクロイックミラー７７Ｒに入射する。

【００３０】第１のダイクロイックミラー７７Ｒは概ね
赤色波長域を反射し、第２のダイクロイックミラー７７
Ｂは概ね青色波長域の光を反射し、緑色波長域の光を透
過する。反射型液晶ライトバルブ（反射型液晶パネルと
もいう）７８Ｒ，７８Ｇ，７８Ｂは、光源ランプ７０か
らの光路長が同等かつプロジェクタレンズからの光路長
も同等で、光軸に対して垂直になるように配設されてい
る。偏光ビームスプリッター７６を出射し第１のダイク
ロイックミラー７７Ｒにより反射された波長域の光は反
射型液晶ライトバルブ７８Ｒに入射する。第２のダイク
ロイックミラー７７Ｒを透過した光のうち第２のダイク
ロイックミラー７７Ｂにより反射された波長域の光は、
反射型液晶ライトバルブ７８Ｂに入射し、第２のダイク
ロイックミラー７７Ｂを透過した波長域の光は、反射型
液晶ライトバルブ７８Ｇに入射する。

【００３１】反射型液晶ライトバルブ７８Ｒ，７８Ｇ，
７８Ｂに入射した光８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂは液晶ライ
トバルブにより各々変調された後、再びダイクロイック
ミラー７７Ｒ，７７Ｂを反射または透過して、偏光ビー
ムスプリッター７６に入射する。偏光ビームスプリッタ
ー７６に入射した光のうちＰ偏光波のみ偏光ビームスプ
リッター７６を透過し、第１の実施の形態と同様に配さ
れたプロジェクタレンズ７９によりスクリーン８０上に
映像を映し出す。第２の実施の形態における作用、効果
は第１の実施の形態と同様である。

【００３２】第３の実施の形態 第３の実施の形態を図５に示す。図５の偏光ビームスプ
リッター９７は図１の偏光ビームスプリッター４８と同
様のもので、対角θとブリュースター角度αを有する。
第３の実施の形態は単板の反射型液晶ライトバルブを用
いたヘッドマウントディスプレイの形態を示すものであ
る。このヘッドマウントディスプレイは、使用者の頭部
に装着して眼１０２により接眼レンズ１０１を通して映
像を見る装置である。このヘッドマウントディスプレイ
装置は、第１の実施の形態と同様の形態を有するが、光
源部分は液晶ライトバルブ照射用光源として赤、青、緑
の発光ダイオード９０を備えており、図６のように各色
の発光ダイオード１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは１面
上に複数個ずつに配置されている。図７のレンズ９１に
よって光量を効率よく前方にとりだし、結合レンズ９２
によって概ね平行光とされ、各色概ね均一な光量分布で
色合成され、図５の第１のフライアイレンズ９３に入射
する。ヘッドマウントディスプレイ装置は、第１のフラ
イアイレンズ９３と、第２のフライアイレンズ９４と、
第１のコンデンサレンズ９５と、第２のコンデンサレン
ズ９６と、偏光ビームスプリッター９７と、入射光変調
手段である反射型液晶ライトバルブ９８、投影レンズ９
９、スクリーン１００、接眼レンズ１０１を備えてい
る。

【００３３】第１のフライアイレンズ９３と第２のフラ
イアイレンズ９４、第１のコンデンサレンズ９５と第２
のコンデンサレンズ９６も第１の実施の形態と同様に配
され、コンデンサレンズ９６を透過した光は偏光ビーム
スプリッター９７に入射する。偏光ビームスプリッター
９７も第１の実施の形態と同様に配され液晶ライトバル
ブ９８に入射する。液晶ライトバルブ９８の映像は、偏
光ビームスプリッター９７の面９７Ｂに対向する面９７
Ｄ側に配設された投射レンズ９９で装置中に配されたス
クリーン１００上に映像を結像させ、その映像は接眼レ
ンズ１０１を通し眼１０２て観察する。

【００３４】第３の実施の形態の発光ダイオード９０を
図６に示す。１面上に緑色発光ダイオード１１０Ｇを中
心部に１列に４個配列し、両側に赤色発光ダイオード１
１０Ｒを２個、青色発光ダイオード１１０Ｂを２個を１
列ずつ配列している。図７に示すようにレンズ９１，９
２により発光ダイオードから出射する各色の光は、発光
分布が概ね均一な略平行光で出射する。発光ダイオード
１個あたりの大きさは約３００μｍと小さいため軸外の
影響はほとんどない。各色の発光ダイオードの数はこの
例に制限されることなく自由である。

【００３５】第３の実施の形態の各色発光ダイオード１
１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｂは実施の形態１と同様、そ
の駆動回路３００中に設けられた可変抵抗により出射さ
れる輝度を各色独立に調節することが可能である。また
液晶ライトバルブ９８も第１の実施の形態と同様、映像
信号処理回路４００が設けられ、赤用画像信号、緑用画
像信号、青用画像信号が生成され、それぞれ赤画像用メ
モリ、緑画像用メモリ、青画像用メモリに記録し、それ
ぞれ一定の周期で各色の画像信号を読み出し、この画像
信号に基づいて映像を表示している。

【００３６】第３の実施の形態の作用、効果は第１の実
施の形態と概ね同じで観察者は、スクリーン１００上の
映像を色むら、照度むらなく見ることができる。さらに
偏光ビームスプリッター９７の入射面９７Ａへの入射角
度が±１０度まで特性が安定し、向上したため観察者が
眼を変動させた場合も変動の影響が少なくなり、質のよ
い映像を見ることができる。なお、各実施の形態におい
て、使用する偏光ビームスプリッターの形状および偏光
分離膜の光軸に対する角度は可視光域において、透過偏
光効率および反射偏光効率の低下が２０％以下に制御可
能な範囲であれば、正確にブリュースター角度である必
要はなく、また実施の形態の菱形形状である必要もな
い。各実施の形態において、光路中にミラー等を配設し
光学系を折り曲げて装置を小型化してもよい。

【００３７】各実施の形態において、反射型液晶ライト
バルブ上で光源からの光の照度を均一化する手段として
フライアイレンズではなく、ロッド型インテグレータや
バンドルされたファイバーを用いてもよい。各実施の形
態において、入射光変調手段としては次のようなものも
適用できる。たとえば、反射型液晶ライトバルブとし
て、例えば、ガラス基板上やシリコン基板上に駆動電極
または駆動用アクティブ素子を設けて、ＴＮ（Ｔｗｉｓ
ｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードの液晶、強誘電性液晶、
高分子分散型液晶などを駆動する反射型液晶表示素子が
ある。また、光電導膜を介して光を照射することで液晶
の電圧を印加する反射型液晶表示素子もある。さらに、
電界によって形状や状態が変化する構造を設けたグレー
ティングライトバルブ等の反射型表示素子もある。

【００３８】第１の実施の形態において、光源の光を色
合成する手段としてダイクロイックプリズムに限らず、
特定の波長成分の光を透過または反射させるダイクロイ
ックミラーやカラーフィルターを用いてもよい。第１の
実施の形態において、各色光源の位置は図１に限らず、
合成プリズムもしくはダイクロイック面により各色が合
成されかつ、反射型液晶ライトバルブとラグランジュヘ
ルムホルツ法則が保たれている位置に配設されていれば
よい。第１、第３の実施の形態において、白色光源を特
定の波長成分の光を透過または反射させるダイクロイッ
クミラーもしくはダイクロイックミラーやカラーフィル
ターを用いて色分割し、例えば液晶フィルターのような
素子を用いて各色独立に輝度階調を変調し、再び特定の
波長成分の光を透過または反射させる素子をもちいて色
合成をし偏光ビームスプリッターに入射させ反射型液晶
ライトバルブへ照射する光学系にしてもよい。

【００３９】第１、第３の実施の形態において、光源に
は赤、青、緑色３色のレーザーを用いてもよい。第３の
実施の形態において、発光ダイオードの配列・使用数は
図６に限らず色合成可能で、反射型液晶ライトバルブ上
で均一な照度分布になる配列・使用数であればよい。第
３の実施の形態において、ヘッドマウントディスプレイ
の形態は投影レンズ後にスクリーンを用いない空間像タ
イプでもよい。

【００４０】偏光分離面の光線入射角度がブリュースタ
ー角度である偏光ビームスプリッターを反射型液晶表示
装置に用いることにより、可視域全体で入射角度±１０
°範囲に対し消光比特性が向上・安定し、明るさとコン
トラストが向上する。この発明は、反射型液晶ライトバ
ルブを用いたディスプレイ装置に係わり、特に液晶ライ
トバルブに照射する光の偏光を制御する素子に偏光分離
面への光線入射角度がブリュースター角度となる偏光ビ
ームスプリッターを用いることで、明るくコントラスト
の高い画像表示を可能である。

【００４１】本発明の実施の形態の反射型液晶表示装置
は、以下の要領で画像の明るさ・コントラスト・照度ム
ラ・色ムラを改善する。本発明の実施の形態は、白色光
源と光源の光を高効率で取り出す光学素子と、前記光学
素子から取り出された光を反射型液晶ライトバルブに均
一に照明するための光学素子と、その光をブリュースタ
ー角度で透過偏光（Ｐ偏光波）と反射偏光（Ｓ偏光波）
に偏光分離する偏光ビームスプリッターと、赤・青・緑
各色に分離・合成するダイクロイックミラーと、映像信
号により入射光を変調し反射させる機能を備えた反射型
液晶ライトバルブと、映像を映し出す投影レンズを設け
ている。

【００４２】本発明の実施の形態は、赤・青・緑３色の
光源の光を高効率で取り出す光学素子と、前記光学素子
から取り出された光を合成する光学素子と、光源からの
光を反射型液晶ライトバルブに均一に照明するための光
学素子と、その光をブリュースター角度で透過偏光（Ｐ
偏光波）と反射偏光（Ｓ偏光波）に偏光分離する偏光ビ
ームスプリッターと、映像信号により入射光を変調し反
射させる機能を備えたシーケンシャルタイプ反射型液晶
ライトバルブと、映像を映し出す投影レンズを設けてい
る。

【００４３】本発明の実施の形態は、反射型液晶表示装
置において光源からの光が偏光ビームスプリッターの偏
光分離面に対してブリュースター角度で入射する構成で
ある。本発明の実施の形態は、反射型液晶表示装置にお
いて光源からの光が偏光ビームスプリッターの光源側の
面に垂直に入射し、前記入射光が偏光分離面に対してブ
リュースター角度で入射する構成である。本発明の実施
の形態は、反射型液晶表示装置において光源からの光が
偏光ビームスプリッターの光源側の面に垂直に入射し、
かつ前記入射光が偏光分離面に対してブリュースター角
度で入射し、前記偏光分離面からの反射光がビームスプ
リッターの液晶側の面に対し垂直に透過し反射型液晶ラ
イトバルブに入射する構成である。

【００４４】本発明の実施の形態において偏光ビームス
プリッターは、光源からの光が偏光ビームスプリッター
の光源側の面に対して垂直に入射し、前記入射光が偏光
分離面に対してブリュースター角度で入射し、前記偏光
分離面からの反射光が液晶側の面に対し垂直に出射する
菱形形状であり、可視光域で透過偏光（Ｐ偏光波）効率
と反射偏光（Ｓ偏光波）効率の特性が安定しかつ消光比
が良く、入射角度概ね±１０度の範囲内でも入射角度依
存性が低くなるように成膜されている。本発明の実施の
形態において、光源からの光は偏光ビームスプリッター
の偏光分離膜に対してブリュースター角度±１０度で入
射するように制御されている。本発明の実施の形態にお
いて、偏光ビームスプリッターの偏光分離面への入射角
度の許容誤差は、赤・青・緑の各波長において偏光ビー
ムスプリッターの入射面への入射角度±１０度の範囲
で、透過偏光（Ｐ偏光）光量および反射偏光（Ｓ偏光）
光量の劣化が２０％以内を保持できる範囲の角度とす
る。

【００４５】本発明の実施の形態において、偏光分離面
が光軸に対してブリュースター角度をなる偏光ビームス
プリッターを用いることにより、映像の明るさ、コント
ラストを向上させるばかりでなく照度ムラ、色ムラの少
ない優れた映像を提供することができる、従来、偏光特
性向上のために用いていた１／４波長板を除くことが可
能で部品点数を少なくすることが可能、光源からの光量
の調整が容易になる、反射型液晶ライトバルブへの入射
光角度をきつくできるため照明光源の拡大化が可能とな
る、照明光源の拡大化により液晶ライトバルブへの照度
が増し、画像の明るさが向上する、照明光源出力を変更
せず液晶ライトバルブの大きさを縮小し画像の輝度を上
げることができる、照明光源、液晶ライトバルブの省電
力化が可能となる、ヘッドマウント形態ディスプレイに
おいて観察者が眼を変動させた場合もその影響は少な
く、明るく、コントラストの高い映像をみることが可能
となるという効果もある。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光ビームスプリッターのような偏光光学素子の形状お
よび膜設計を変更し透過光（Ｐ偏光）効率および反射光
（Ｓ偏光波）効率を改善して、反射型液晶ライトバルブ
のような入射光変調手段への照射光量および消光比を大
幅に向上させることで映像の明るさとコントラストを向
上させることができる。また本発明は、偏光分離面に対
し広い入射角度範囲で高特性を維持できる角度で光線入
射が可能な形状と膜設計がなされた偏光ビームスプリッ
ターのような偏光光学素子を使用することで、光源から
の光を効率よく反射型液晶ライトバルブ上のような入射
光変調手段に集光および照射し、かつ照度ムラ・色ムラ
をなくすことで照度が均一で明るいコントラストの高い
映像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の映像表示装置の第１の実施の形態を示
す図である。

【図２】図１の映像表示装置に用いる偏光ビームスプリ
ッターの一形状例を示す図である。

【図３】図２の偏光ビームスプリッターの偏光分光特性
を示す図である。

【図４】本発明の映像表示装置の第２の実施の形態を示
す図である。

【図５】本発明の映像表示装置の第３の実施の形態を示
す図である。

【図６】図５の表示の映像表示装置に設けた光源の詳細
図である。

【図７】図５の表示の映像表示装置に設けた光源の光学
系の詳細図である。

【図８】従来の白色光源を用いた反射型映像表示装置の
一構成例を示す図である。

【図９】従来の反射型映像表示装置中に設けた偏光ビー
ムスプリッター形状を示す図である。

【図１０】従来の偏光ビームスプリッターの偏光分光特
性を示す図である。

【符号の説明】

４１Ｒ・・・赤色発光ダイオード（光源）、４１Ｇ・・
・緑色発光ダイオード（光源）、４１Ｂ・・・青色発光
ダイオード（光源）、４３・・・ダイクロイックプリズ
ム（第１光学素子）、４４，４５・・・フライアイレン
ズ（第２光学素子）、４８・・・偏光ビームスプリッタ
ー（偏光光学素子）、４８Ｃ・・・偏光分離面、４８Ｐ
・・・透過偏光（Ｐ偏光波）、４８Ｓ・・・反射偏光
（Ｓ偏光波）、４９・・・反射型液晶パネル（入射光変
調手段）、５０・・・プロジェクタレンズ（投影レン
ズ）、５１・・・スクリーン（投影対象）、７０・・・
ランプ（光源）、７１・・・レンズ（第１光学素子）、
７２，７３・・・フライアイレンズ（第２光学素子）、
７６・・・偏光ビームスプリッター（偏光光学素子）、
７６Ｃ・・・偏光分離面、７６Ｐ・・・透過光（Ｐ偏光
波）、７６Ｓ・・・反射光（Ｓ偏光波）、７７Ｒ，７７
Ｂ・・・ダイクロイックミラー、７８Ｒ，７８Ｂ，７８
Ｇ・・・反射型液晶パネル（入射光変調手段）、７９・
・・投射レンズ（投影レンズ）、８０・・・スクリーン
（投影対象）、９０・・・発光ダイオード（光源）、９
２・・・レンズ（第１光学素子）、９３，９４・・・フ
ライアイレンズ（第２光学素子）、９７・・・偏光ビー
ムスプリッター（偏光光学素子）、９７Ｃ・・・偏光分
離面、９７Ｓ・・・反射光（Ｓ偏光波）、９８Ｐ・・・
透過光（Ｐ偏光波）、９９・・・投影レンズ、１００・
・・スクリーン（投影対象）、α・・・ブリュースター
角

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA43 BC22 2H088 EA14 EA15 EA16 EA18 HA13 HA20 HA24 HA25 HA28 MA02 MA04 2H091 FA05Z FA10X FA26X FA26Z FA29Z FA45Z FC02 LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 DA05 5C060 BA03 BA08 BA09 BB13 BB18 BC05 BD02 BE05 BE10 DB13 GA01 GB02 GB06 HC00 HC21 HD05 HD07 JA17 JB06

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 前記光源の光を取り出す第１光学素子と、 前記光学素子で取り出された前記光を、均一に照射する
   ための第２光学素子と、 前記第２光学素子を通った前記光の偏光分離面への光線
   の入射角度がブリュースター角度であり、前記偏光分離
   面において前記光を透過偏光と反射偏光に偏光分離する
   偏光光学素子と、 前記偏光光学素子から入射する前記反射偏光を、映像信
   号により変調した後に投影対象側へ反射させるための反
   射型の入射光変調手段と、 前記反射型の入射光変調手段からの光を前記投影対象に
   映し出す投影レンズと、を備えることを特徴とする映像
   表示装置。
2. 【請求項２】 前記光源は、赤色の光を出す赤色発光源
   と、青色の光を出す青色発光源と、緑色の光を出す緑色
   発光源とを有し、前記第１光学素子は、前記赤色の光と
   前記青色の光と前記緑色の光により白色光を合成する請
   求項１に記載の映像表示装置。
3. 【請求項３】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリッ
   ターであり、前記光源からの光は前記偏光ビームスプリ
   ッターの偏光分離面に対して、前記ブリュースター角度
   で入射する請求項１に記載の映像表示装置。
4. 【請求項４】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリッ
   ターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビームスプ
   リッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しかも前
   記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、前記
   ブリュースター角度で入射する請求項１に記載の映像表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリッ
   ターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビームスプ
   リッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しかも前
   記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、前記
   ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面からの前
   記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前記入射光
   変調手段側の面に対し垂直に透過して前記入射光変調手
   段へ入射する請求項１に記載の映像表示装置。
6. 【請求項６】 前記入射光変調手段は液晶パネルであ
   り、前記偏光光学素子における前記透過偏光はＰ偏光波
   であり、前記反射偏光はＳ偏光波である請求項１に記載
   の映像表示装置。
7. 【請求項７】 前記偏光光学素子は菱形の偏光ビームス
   プリッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビー
   ムスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、し
   かも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対し
   て、前記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面
   からの前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前
   記入射光変調手段側の面に対し垂直に透過し、 前記偏光ビームスプリッターの前記偏光分離面は、前記
   偏光分離面への入射角度±１０度の角度範囲内でも入射
   角度依存性が低いように成膜されている請求項１に記載
   の映像表示装置。
8. 【請求項８】 前記偏光ビームスプリッターの前記偏光
   分離面への入射角度の許容誤差は、赤色、青色、緑色の
   各波長において前記偏光ビームスプリッターの入射面へ
   の前記入射角度±１０度の範囲であり、前記透過偏光の
   光量と前記反射偏光の光量の劣化が２０％以内に保持さ
   れている請求項１に記載の映像表示装置。
9. 【請求項９】 白色の光を発生する光源と、 前記光源の光を取り出す第１光学素子と、 前記光学素子で取り出された前記光を、均一に照明する
   ための第２光学素子と、 前記第２光学素子を通った前記光の偏光分離面への光線
   の入射角度がブリュースター角度であり、前記偏光分離
   面において前記光を透過偏光と反射偏光に偏光分離する
   偏光光学素子と、 前記偏光光学素子からの前記反射偏光の内の赤色成分
   と、青色成分と、緑色成分を分離するダイクロイックミ
   ラーと、 前記ダイクロイックミラーからの前記赤色成分と、前記
   青色成分と、前記緑色成分を、それぞれ別個の映像信号
   により変調するための入射光変調手段と、 前記入射光変調手段からの光を、前記ダイクロイックミ
   ラーで合成された後の光を、投影対象に映し出す投影レ
   ンズと、を備えることを特徴とする映像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリ
    ッターであり、前記光源からの光は前記偏光ビームスプ
    リッターの偏光分離面に対して、前記ブリュースター角
    度で入射する請求項９に記載の映像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリ
    ッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビームス
    プリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しかも
    前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、前
    記ブリュースター角度で入射する請求項９に記載の映像
    表示装置。
12. 【請求項１２】 前記偏光光学素子は偏光ビームスプリ
    ッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビームス
    プリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、しかも
    前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対して、前
    記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面からの
    前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前記入射
    光変調手段側の面に対し垂直に透過して前記入射光変調
    手段へ入射する請求項９に記載の映像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記入射光変調手段は液晶パネルであ
    り、前記偏光光学素子における前記透過偏光はＰ偏光波
    であり、前記反射偏光はＳ偏光波である請求項９に記載
    の映像表示装置。
14. 【請求項１４】 前記偏光光学素子は菱形の偏光ビーム
    スプリッターであり、前記光源からの光は、前記偏光ビ
    ームスプリッターの前記光源側の面に垂直に入射して、
    しかも前記偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対し
    て、前記ブリュースター角度で入射し、前記偏光分離面
    からの前記反射偏光が前記偏光ビームスプリッターの前
    記入射光変調手段側の面に対し垂直に透過し、 前記偏光ビームスプリッターの前記偏光分離面は、前記
    偏光分離面への入射角度±１０度の角度範囲内でも入射
    角度依存性が低いように成膜されている請求項９に記載
    の映像表示装置。
15. 【請求項１５】 前記偏光ビームスプリッターの前記偏
    光分離面への入射角度の許容誤差は、赤色、青色、緑色
    の各波長において前記偏光ビームスプリッターの入射面
    への前記入射角度±１０度の範囲であり、前記透過偏光
    の光量と前記反射偏光の光量の劣化が２０％以内に保持
    されている請求項９に記載の映像表示装置。