JP2001066551A - 画像表示装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 明るく、色純度が良く、コントラストが高い
画像表示装置を実現すること。 【解決手段】 光源からの光を偏光分離素子に入射さ
せ、入射光を偏光方向が互いに異なる２つの光ビームに
分離する。偏光分離素子の偏光分離面には、光源からの
光ビームの主光線を偏光分離面の法線に対して４５°を
超える角度で入射させる。また、偏光分離素子の画像表
示素子側およびスクリーン側の光出射面に対して光ビー
ムを略垂直に出射させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光を利用した画
像表示装置および偏光を出射する照明装置に関する。特
に、本発明は、例えば液晶プロジェクタのような、光源
から出射され画像表示素子を経た光を投影レンズにより
スクリーンに拡大投影する画像表示装置およびこのよう
な画像表示装置など偏光を利用する光学装置において好
適に用いられる照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子を用いた投影型画像
表示装置（以下、「液晶プロジェクタ」と称する。）
が、高精細で大型の表示が可能な画像表示装置として注
目されている。液晶プロジェクタは、用いられる液晶表
示素子のタイプに応じて、透過型と反射型とに大別され
る。反射型液晶表示素子は、透過型液晶表示素子に比べ
て、絵素開口率を高くできるという利点を有しており、
反射型液晶プロジェクタは明るい表示が可能である。

【０００３】また、液晶プロジェクタは、カラー表示方
式によって、３板式と単板式とに分類される。３板式液
晶プロジェクタは、３原色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光ビームの
それぞれに対して液晶表示素子を設けているので、光の
利用効率が高く、非常に明るい表示を実現できる。これ
に対して、１枚の液晶表示素子を用いる単板式液晶プロ
ジェクタは、小型、軽量および安価であるという利点を
有している。

【０００４】反射型液晶表示素子を用いた３板式液晶プ
ロジェクタは、例えば電子ディスプレイフォーラム９７
（Ｐ．３−２７〜３−３２）や特開平４−３３８７２１
号公報に開示されている。

【０００５】図１４に、電子ディスプレイフォーラム９
７に開示されている液晶プロジェクタを模式的に示す。
この液晶プロジェクタでは、光源６０１から出射された
光ビーム（白色光）をダイクロイックミラーで、赤、
緑、青（以下、順にＲ、Ｇ、Ｂと呼ぶ。）の３原色の光
ビームに分離し、それぞれの色光ビームを対応する偏光
ビームスプリッタ（ＰＢＳ）６０２に入射させる。偏光
ビームスプリッタ６０２は、入射光ビームを互いに直交
する偏光方向を有する２つの光ビーム（Ｓ偏光ビームと
Ｐ偏光ビーム）に分離し、１方の光ビーム（Ｓ偏光ビー
ム）が対応する反射型液晶表示素子６０４にそれぞれ入
射する。反射型液晶表示素子６０４でそれぞれ反射さ
れ、偏光方向が変調されたＲ、Ｇ、Ｂの光ビームは、再
度ＰＢＳ６０２に入射し、クロスダイクロイックプリズ
ム６０３で合成された後、投影レンズ６０５でスクリー
ンに投影される。

【０００６】図１５（ａ）および（ｂ）に、特開平４−
３３８７２１号公報に開示されている液晶プロジェクタ
を模式的に示す。この液晶プロジェクタでは、光源７０
１からの光をＰＢＳ７０４で２つの直線偏光ビームに分
離後、一方の偏光ビームをクロスダイクロイックプリズ
ム（図１５（ａ））やフィリップスタイププリズム（図
１５（ｂ））の色分離・合成素子で、Ｒ、ＧおよびＢ光
ビームに分離する。反射型液晶表示素子７０７−Ｒ、
Ｇ、Ｂで、偏光方向が変調され、反射されたそれぞれの
色光ビームを上記の色分離・合成素子で合成（色合成）
した後、ＰＢＳ７０４に再度入射させる。偏光方向が変
調された偏光ビームは、ＰＢＳ７０４を選択的に透過
し、投影レンズ７０８に入射し、スクリーンに投影され
る。

【０００７】これらの液晶プロジェクタに用いられるＰ
ＢＳとしては、一般的なガラスＰＢＳと、上記の電子デ
ィスプレイフォーラム９７に開示されているような液浸
ＰＢＳとがある。ガラスＰＢＳは、２つの直角三角柱プ
リズムを貼り合わせた構造を有し、貼り合わせ面が偏光
分離面として機能する。ガラスプリズムは偏光分離特性
に優れるものの、ガラスによる複屈折の影響を受けやす
い。液浸ＰＢＳは、表面に偏光分離面が形成されたガラ
ス板が高屈折率の液体中に浸された構造を有している。
この液浸ＰＢＳは、ガラスＰＢＳと比べるとガラスによ
る複屈折の影響を受け難いというメリットを有するが、
温度上昇による液体の膨張を緩和する機構や冷却機構の
問題で、その筺体自体が複雑で高価なものとなる。ま
た、筺体の四方をガラスで囲み、その中に液体を封入す
る形となるため、ガラスＰＢＳより大きくなると同時
に、ガラスと液体の界面で反射が起こり、明るさの低下
や迷光の原因となるため、現在では民生用としてはあま
り実用化されていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した液晶プロジェ
クタのように、偏光を利用する画像表示装置において
は、偏光の程度（消光比）や利用効率が表示品質に影響
する。本願発明者は、ＰＢＳの特性を詳細に検討した結
果、ＰＢＳを利用して偏光を生成する従来の照明光学系
に以下の問題があることを見出した。

【０００９】図１６および図１７を参照しながら、従来
の偏光生成光学系の問題を説明する。図１６は、従来の
偏光生成光学系を模式的に示す斜視図であり、図１７
は、従来の偏光生成光学系におけるＰＢＳの偏光分離特
性を示すグラフである。

【００１０】図１６に示したように、従来の液晶プロジ
ェクタで用いられている偏光生成光学系は、光ビームの
主光線がガラスＰＢＳの偏光分離面に対して入射角αが
４５°で入射するように構成されている。なお、主光線
とは、広がり角θを有する光ビームの中心の光を指す。
また、光ビームがガラスによる屈折を防止するために、
光ビームがガラスＰＢＳの表面（入射面）に対して直角
に入射し、偏光分離面で反射された光ビームは、ＰＢＳ
の他の表面（出射面）から直角に出射されるように構成
されている。従来のＰＢＳは、入射面と出射面とが直角
な直角プリズムであり、直角二等辺三角形の断面を有す
る三角柱を２つ、直角二等辺三角形の底辺を含む面で貼
り合わされた構造を有している。偏光分離面とＰＢＳの
表面（入射面および出射面）とは４５°を成している。
なお、一般に、入射角（反射角）は、入射光ビームおよ
び反射光ビームの主光線を含む面内において、光ビーム
が入射する面（ここでは、偏光分離面）に対する法線と
入射光ビーム（反射光ビーム）の主光線とが成す角とし
て定義される。

【００１１】実際の光源から出射された入射光ビーム
は、図１６に示したように、主光線の周りに広がり角θ
を持って、偏光分離面に入射する。従って、入射光ビー
ムは、主光線を中心に角度分布を有しており、上述のよ
うに入射光ビームの主光線を偏光分離面に対して４５°
になるように配置しても、実際には４５°±θの入射角
度で入射する光ビームも存在していることになる。

【００１２】液晶プロジェクタの照明光学系から出射さ
れる光ビームは、一般にθ’＝±５°〜±２０°の広が
りを有する。広がり角θ’は、光源のアーク長、コリメ
ート光学系などに依存し、用途によって変更され得る。
なお、広がり角θ’は、光ビームの空気中における広が
り角を示し、ＰＢＳ中の広がり角（偏光分離面における
広がり角）θと区別している。一例として、空気中の広
がり角θ’を±１６°とすると、ＰＢＳ内での広がり角
θは±１０°前後となる（ＰＢＳを構成するガラスの屈
折率を約１．６とする）。

【００１３】従来のガラスＰＢＳは、図１７に示したよ
うな偏光分離特性を有している。図１７から分かるよう
に、偏光分離面への入射角αが４５°付近では、Ｓ偏光
はほとんど反射され、Ｐ偏光はほとんど透過される。入
射角αが４５°からずれていくにつれて、Ｐ偏光の透過
率が低下し、反射率が上昇する。この傾向は、入射角α
が４５°よりも小さい側（入射方向が偏光分離面の法線
方向に近い側）で顕著であり、特に、入射角αが約４０
°よりも小さくなると、急激にＰ偏光の透過率が減少
し、反射率が増大する。これに対し、Ｓ偏光の透過率お
よび反射率は、入射角αが４５°からずれてもほとんど
変化しない、すなわちＳ偏光を選択反射する特性はほと
んど低下しない。

【００１４】なお、ＰＢＳの偏光選択特性は用途によっ
て異なり得る。例えば、単色光を分離するためのＰＢＳ
は、特定の狭い波長範囲の光を対象に設計・作製される
ので、一般に、白色光を分離するためのＰＢＳよりも高
い偏光選択特性を有する。また、要求される波長選択特
性は、ＰＢＳの用途に依存する。従って、入射角αの広
がりによる偏光選択性の低下の許容範囲は、用途によっ
て異なり得る。例えば、緑色光に対して最適化されたガ
ラスＰＢＳは、４５°入射に対して９５％以上のＰ偏光
透過率を実現できるのに対して、白色光に対しては約９
０％となる。

【００１５】例えば、上述のように、入射光ビームがθ
＝±１０°の広がり角を有した場合、従来の照明光学系
においては、図１７のハッチング領域（３５°〜５５
°）が利用されることになる。まず、反射型液晶表示素
子に入射されるべき光ビームはＳ偏光なので、入射ビー
ムはＰＢＳの偏光分離面でＳ偏光が選択的に反射され
る。図１７から分かるように、Ｓ偏光に対する反射特性
はα＝３５°〜５５°の範囲内で高い値を有しているの
で、入射光ビーム中のＳ偏光のほとんどが反射され、反
射型液晶表示素子に入射する。

【００１６】この後、液晶表示素子によって偏光方向が
変調され、Ｐ偏光に変換された光ビームは、液晶表示素
子から反射され、再び偏光分離面に入射する。このＰ偏
光の光ビームの入射角もθ＝±１０°の広がりを有して
いる。上述したように（図１７）、入射角が４０°以下
になると、Ｐ偏光の透過率は急激に低下（反射率は急激
に上昇）するので、入射角が４０°以下のＰ偏光ビーム
の多くは、偏光分離面を透過せずに、光源側に反射され
る。その結果、従来の液晶プロジェクタによる表示の明
るさ及びコントラスト比が著しく低下するだけでなく、
カラー表示においては迷光の発生により色純度も低下す
る。

【００１７】上述の問題は、反射型液晶プロジェクタに
限らず、ＰＢＳを用いる透過型液晶プロジェクタや偏光
を利用する他の画像表示装置においても発生する。さら
に、画像表示装置に限らず、ＰＢＳを用いる偏光生成光
学系（照明光学系）を有する照明装置は、上述した現象
に起因して、Ｐ偏光の利用効率が低いという問題を有し
ている。

【００１８】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、その主な目的は、明るくコントラスト比の高
い表示が可能な画像表示装置およびＰ偏光の利用効率の
高い照明装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、光ビームを出射する光源と、光ビームを偏光方向が
互いに異なる第１および第２光ビームに分離する機能を
有する第１偏光分離素子と、前記光源から出射された光
ビームの偏光状態を変調する反射型画像表示素子と、前
記反射型画像表示素子で変調された前記光ビームを投影
する投影素子とを有する画像表示装置であって、前記第
１偏光分離素子は、前記光源から出射された前記光ビー
ムを受ける入射面と、前記光ビームを分離する偏光分離
面と、前記光ビームを前記反射型画像表示素子側に出射
する第１出射面と、前記変調された光ビームを前記投影
素子側に出射する第２出射面とを有し、前記光源から出
射された前記光ビームの主光線は、前記偏光分離面に４
５度を超える角度で入射し、且つ、前記光ビームの主光
線および前記変調された光ビームの主光線は、前記第１
出射面および前記第２出射面からそれぞれ略垂直に出射
する構成を有し、そのことによって上記目的を達成する
ことができる。なお、前記第１および第２光ビームは、
いずれの偏光方向がＳ偏光であってもＰ偏光であっても
よい。

【００２０】前記光源から出射された前記光ビームの主
光線は、前記第１偏光分離素子の前記入射面に略垂直に
入射することが好ましい。

【００２１】前記第１偏光分離素子は、２つの三角柱ガ
ラスプリズムを互いに貼り合わせた構造を有し、前記２
つの三角柱ガラスプリズムのうちの少なくとも一方は、
前記光ビームの主光線と前記偏光分離面の法線とが形成
する面内の断面が直角三角形ではない構成とすることが
好ましい。

【００２２】前記光源から出射された前記光ビームの主
光線は、前記第１偏光分離素子の前記偏光分離面に５５
度以下の角度で入射することが好ましい。

【００２３】前記第１偏光分離素子および前記反射型画
像表示素子が１対１で配置された光学系を複数有する構
成としてもよい。

【００２４】前記第１偏光分離素子１つに対し、前記反
射型画像表示素子が複数配置された光学系を有する構成
としてもよい。

【００２５】前記光源から出射された前記光ビームは３
原色の光ビームを含み、３原色の光ビームのうちの少な
くとも１つの色の光ビームの偏光方向を選択的に変化さ
せる偏光制御素子をさらに有する構成としてもよい。

【００２６】前記光源から出射された前記光ビームに含
まれる３原色の光ビームのうち同じ偏光方向を有する２
つの色の光を互いに分離する色分離素子をさらに有し、
前記色分離素子は、色分離される光ビームが入射する入
射面と、前記入射した光ビームを互いに異なる色に分離
する色分離面と、色分離された色光ビームを出射する出
射面とを有し、前記色分離される光ビームの主光線は、
前記入射面に略垂直に入射し、且つ、前記色分離面に４
５度未満の角度で入射し、前記色分離された色光ビーム
の主光線は、前記出射面から略垂直に出射する構成とし
てもよい。

【００２７】前記光源から出射された３原色の光ビーム
を第１色光ビーム、第２色光ビームおよび第３色光ビー
ムとするとき、前記第１色光ビームと前記第３色光ビー
ムとを組み合わせた色光ビームと、前記第２色光ビーム
と前記第３色光ビームとを組み合わせた色光ビームと
を、順次選択的に透過するカラーフィルタ素子をさらに
有し、前記偏光制御素子は、前記第３色光ビームの偏光
方向または前記第１色光ビームおよび前記第２色光ビー
ムの偏光方向を変化させる構成としてもよい。

【００２８】前記光源と前記第１偏光分離素子との間
に、光ビームを偏光方向が互いに異なる第３および第４
光ビームに分離する機能を有する第２偏光分離素子と、
前記光源から出射され、前記第２偏光分離素子で分離さ
れた第４光ビームの偏光方向を前記第３光ビームの偏光
方向と同じにする偏光変換素子と、をさらに有し、前記
第２偏光分離素子は、前記光源から出射された前記光ビ
ームを受ける入射面と、前記光ビームを分離する偏光分
離面と、前記第３光ビームを出射する第３出射面と、前
記第４光ビームを出射する第４出射面とを有し、前記光
源から出射された前記光ビームの主光線は、前記第２偏
光分離素子の前記偏光分離面に４５度を超える角度で入
射し、且つ、前記第３および第４光ビームの主光線は、
それぞれ前記第３出射面および前記第４出射面からそれ
ぞれ略垂直に出射し、前記第２偏光分離素子で分離され
た前記第３光ビームと、前記第２偏光分離素子で分離さ
れ、且つ前記偏光変換素子で前記第３光ビームの偏光方
向と同じ偏光方向とされた前記第４光ビームとを前記第
１偏光分離素子の前記入射面に供給する構成としてもよ
い。

【００２９】本発明の照明装置は、光ビームを出射する
光源と、前記光源から出射された前記光ビームを偏光方
向が互いに異なる第１および第２光ビームに分離する偏
光分離素子とを有し、前記偏光分離素子は、前記光源か
ら出射された前記光ビームを受ける入射面と、前記光ビ
ームを分離する偏光分離面と、前記第１光ビームを出射
する第１出射面と、前記第２光ビームを出射する第２出
射面とを有し、前記光ビームの主光線は、前記偏光分離
面に４５度を超える角度で入射し、且つ、前記第１およ
び第２光ビームの主光線は、それぞれ前記第１出射面お
よび前記第２出射面からそれぞれ略垂直に出射する構成
を有し、そのことによって上記目的を達成することがで
きる。

【００３０】

【発明の実施形態】本発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。

【００３１】図１は、本発明による偏光生成光学系を模
式的に示す斜視図であり、図２は、本発明による偏光生
成光学系におけるＰＢＳの偏光分離特性を示すグラフで
ある。

【００３２】図１に示したように、本発明による偏光生
成光学系は、光ビームの主光線がガラスＰＢＳ１０４の
偏光分離面１０５に対して入射角αが４５°を超える角
度（ここではα＝５０°）で入射するように構成されて
いる。さらに、光ビームがＰＢＳ１０４のガラスによる
屈折を防止するために、光ビームがガラスＰＢＳ１０４
の表面（入射面１０４ａ）に対して直角に入射し、偏光
分離面で反射された光ビームは、ＰＢＳの他の表面（第
１出射面１０４ｂ）から直角に出射されるように構成さ
れている。

【００３３】図１に示した本発明による実施形態の偏光
生成光学系においては、光ビームが偏光分離面１０５に
５０°で入射するので、例えば、広がり角θが±１０°
の光ビームに対するＰＢＳ１０４の偏光分離特性は、図
２中に斜線で示したように、Ｐ偏光に対しても安定した
特性を有している。すなわち、図１７に示した従来の偏
光分離光学系におけるＰＢＳの偏光分離特性と異なり、
Ｐ偏光の反射率が十分に低い（Ｐ偏光の透過率が十分に
高い）角度領域（αの範囲）を利用できる。これらの偏
光選択性は、偏光生成光学系の用途によって変わるの
で、用途に応じて所定の偏光選択性が得られるように入
射角αを適宜設定すればよい。特に、ＰＢＳのＰ偏光に
対する偏光選択性が急激に低下する入射角をαｍｉｎ
（図２の例では４０°）と入射光ビームの広がり角θ
（典型的には±１０°）とを考慮して、主光線の入射角
α＝αｍｉｎ+｜θ｜を満足するように設定する。さら
に、Ｐ偏光に対する偏光選択性が入射光ビームの主光線
に対して対称になるように、入射角αを設定することが
好ましい。以下の実施形態で例示するように、反射型画
像表示装置の照明光学系に適用する場合には、一般に広
がり角θが±１０°程度なので、αを５０°に設定する
ことによって、入射光ビームの全て（５０°±１０°で
入射する光線）に対して良好な偏光選択性を有するの
で、高品位な表示を実現できる偏光を生成することがで
きる。また、偏光分離面に対する入射角を４５°より大
きくするためには、従来の直角プリズム（キューブ状プ
リズム）よりも大きなプリズムを形成する必要があるの
で、主光線の入射角は５５°以下であることが好まし
い。すなわち、入射角が４５°を越え、５５°以下とな
るようなＰＢＳを用いることが、偏光分離特性とコスト
との観点から好ましいと言える。偏光分離面１０５への
光ビームの入射角度は実際に使用する照明系の広がり角
に合わせて上記４５°を越え５５°以下の角度範囲内で
調整すればよい。

【００３４】また、本発明による偏光生成光学系におい
ては、ＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で偏光分離され
た反射ビームは、ＰＢＳ１０４の出射面１０４ｂから直
角に出射されるように構成されているので、ＰＢＳ１０
４の出射面１０４ｂと空気との界面において、反射ビー
ムが屈折されることが無い。従って、ＰＢＳ１０４を構
成する材料の屈折率の波長分散によって発生する色収差
を低減できる。

【００３５】また、後に詳述するように、反射画像表示
装置の照明光学系に適用する場合には、反射画像表示素
子（不図示）は、図１に示した反射ビームに対して直角
に配置し、反射画像表示素子で偏光方向が変調され、反
射された光ビームが第１出射面１０４ｂに再び直角に入
射し、その主光線が偏光分離面１０５に５０°で入射
し、偏光分離面１０５を透過した後、第２出射面１０４
ｃから直角に出射される構成とされることが好ましい。
このように、反射ビームがＰＢＳ１０４の出射面（第１
出射面１０４ｂおよび第２出射面１０４ｃ）に対して、
直角に入射および出射する構成とすることによって、反
射型画像表示素子のコンバージェンスの調整が容易とな
るだけでなく、非点収差を防止することができ、良好な
画像を表示することが可能となる。

【００３６】さらに、図１の実施形態のように、ＰＢＳ
１０４の入射面１０４ａに光ビームが直角に入射する構
成とすることによって、入射光ビームがＰＢＳ１０４の
入射面１０４ａで屈折されることが無くすことができ
る。このような構成を採用すると、ＰＢＳ１０４を構成
する材料の屈折率の波長分散によって発生する色収差を
低減できるとともに、入射光ビームの偏光分離面に対す
る入射角が単純に求められるので、ＰＢＳ１０４の設計
および／または光学系の設計が容易になる。

【００３７】本発明によるＰＢＳは、頂角が鋭角（９０
°未満）の２つの三角柱ガラスプリズムを底面で貼り合
せることによって構成することができる。偏光分離面
は、互いに貼り合わされる底面に形成される。偏光分離
面は誘電体多層膜として公知の方法で形成され得る。典
型的には、三角柱プリズムの光入射面内の断面形状は、
二等辺三角形であり、底角は４５°を超える角度であ
り、図１に示したように、菱形の断面を有する。このよ
うな菱形の断面を有するＰＢＳは、ＰＢＳの入射面１０
４および出射面１０４ｂおよび１０４ｃに対して光ビー
ムが略直角に入・出射し、且つ偏光分離面１０５に４５
°を超える角度で入射する構成を容易に実現できる。ま
た、同じ三角柱プリズムを貼り合せた構成を採用するこ
とによって、プリズムの製造コストを低減することが可
能となる。

【００３８】本発明に好適に用いられるＰＢＳは、図１
に示した例に限られない。例えば、図３（ａ）〜（ｃ）
に示すＰＢＳを用いてもよい。図３（ａ）に示したよう
に断面を三角形の角部を削り落とした形状としたり、図
３（ｂ）にしめしたように四角柱を用いたりしてもよ
い。さらに、図３（ｃ）に示したように、色分離・合成
素子（色分離・合成プリズム）と一体化してもよい。い
ずれにしても、図３（ａ）〜（ｃ）の破線で囲んだ領域
内に示され構成が、頂角が鋭角で底角が４５°を超える
三角形の断面形状を有する三角柱プリズムの側面と底面
（偏光分離面として機能する）とを有していればよい。

【００３９】上述した本発明による偏光生成光学系を用
いた画像表示装置の実施形態を以下に説明する。本発明
は、下記の実施形態に限られず、上述した偏光生成光学
系は、偏光を利用する他の光学機器の照明装置として好
適に適用される。

【００４０】（実施形態１）本発明の実施形態１による
投影型カラー画像表示装置（液晶プロジェクタ）１００
の模式図を図４に示す。液晶プロジェクタ１００は、図
１に示したＰＢＳ１０４を含む本発明による偏光生成光
学系を備えている。

【００４１】液晶プロジェクタ１００は、光源１０１と
して、１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのＰｈｉｌｉｐｓ
社製のＵＨＰランプを備えている。光源１０１として
は、この他にハロゲンランプやキセノンランプ、メタル
ハライドランプを用いることができる。

【００４２】光源１０１から出射された白色（Ｒ、Ｇ、
Ｂを含む）の光ビームは、放物面鏡１０２で略平行光
（コリメート）にされた後、偏光板１０３に入射する。
偏光板１０３は、偏光方向（振動方向）が紙面に対して
垂直方向の光ビームのみを透過し、偏光板１０３を透過
した光ビームがＰＢＳ１０４に入射する。すなわち、Ｐ
ＢＳ１０４に入射する光ビームはＳ偏光である。ＰＢＳ
１０４は、入射面内の断面形状は菱形であり、その入射
面１０４ａには光源１０１からの光ビームが直角に入射
する。ＰＢＳ１０４の断面形状は、上述したように菱形
に限定されるものではなく、ＰＢＳ１０４の偏光分離面
１０５に所定の角度（α）で光ビームが入射し、且つ、
ＰＢＳ１０４の光出射面１０４ｂおよび１０４ｃに対し
て、光ビームの主光線が略垂直になっていればよい。

【００４３】ＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で偏光選
択的に反射された白色光ビーム（Ｓ偏光）は、色分離素
子であるフィリップスタイププリズム１０６に入射す
る。フィリップスタイププリズム１０６は、入射光ビー
ムをＲ、Ｇ、Ｂの光ビームに順次分離し、対応する反射
型液晶表示素子１０７−Ｒ、１０７−Ｇおよび１０７−
Ｂにそれぞれを入射させる（これらを総称して反射型液
晶表示素子１０７と呼ぶこともある）。反射型液晶表示
素子１０７−Ｒ、１０７−Ｇおよび１０７−Ｂの反射面
（表示面）はそれぞれの光ビームの主光線に対して垂直
となるように配置されている。

【００４４】反射型液晶表示素子１０７としては、例え
ば、０．９型ＸＧＡパネルで、垂直配向の液晶モードの
もの用いることができる。反射型液晶表示素子として
は、上記他にＴＮモードなど公知の表示モードの液晶表
示素子を広く用いることができる。また、液晶表示素子
以外の他の反射型表示素子を用いてもよい。

【００４５】反射型液晶表示素子１０７に入射し、偏光
方向が変調され、反射されたＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの光ビ
ームは、フィリップスタイププリズム１０６に向けて反
射される。フィリップスタイププリズム１０６で色合成
された光ビームは、ＰＢＳ１０４の出射面１０４ｂから
垂直に入射する。反射型液晶表示素子１０７で変調され
Ｐ偏光となった光ビームは、偏光分離面１０５を透過
し、偏光板１０９（Ｐ偏光を透過する）を介して、投影
レンズ（投影素子）１０８によりスクリーンに投影され
る。反射型液晶表示素子１０７は、例えばアクティブマ
トリクス型の液晶表示素子で、入力された画像信号に従
って、入射光の偏光方向を変調するので、反射型液晶表
示素子１０７で変調された光ビームを投影することによ
って、反射型液晶表示素子１０７に入力された画像デー
タに対応する画像をスクリーンに投影表示することがで
きる。

【００４６】本実施形態の液晶プロジェクタ１００は、
図１に示した偏光生成光学系を備えており、入射光ビー
ムの主光線がＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５に対して
５０°で入射するように配置されている。また、入射ビ
ームの広がり角θは、ＰＢＳのプリズム内（偏光分離面
に対して）±１０°程度である。従って、ＰＢＳ１０４
の偏光分離面１０５には、図２中の斜線部で示した入射
角範囲５０°±１０°の光線が入射することになり、Ｐ
ＢＳ１０４の偏光分離特性の良好な領域のみを使用する
ことができる。

【００４７】本実施形態の液晶プロジェクタ１００は、
ＰＢＳ１０４のＰ偏光に対する偏光分離特性の低下の影
響をほとんど受けず、明るく、コントラスト比の高い、
高品位な表示を実現することができる。

【００４８】なお、本実施形態では、色分離素子とし
て、フィリップスタイププリズム１０６を用いたが、色
分離を行える素子であればいかなるものでもよく、例え
ば、光分離面をクロスさせたクロスダイクロイックプリ
ズム（クロスダイクロイックミラー）やダイクロイック
ミラーを用いても良い。

【００４９】また、本実施形態では、１個のＰＢＳに３
枚の反射型液晶表示素子１０７を用いたが、図５（ａ）
に示すように、反射型液晶表示素子１０７Ｒ、１０７
Ｇ、１０７Ｂのそれぞれに１個のＰＢＳ１０４（計３個
のＰＢＳ１０４）を設ける構成を採用してもよい。図５
（ａ）に示した液晶プロジェクタは、色分離用のクロス
ダイクロイックミラー１１０および色合成用のクロスダ
イクロイックプリズム１１２およびダイクロイックミラ
ー（Ｇ反射）、全反射ミラー１１４を用いている。な
お、先に説明した構成要素と実質的に同じ機能を有する
構成要素は、同じ参照符号で示し、説明を省略する。ま
た、本発明は、図５（ｂ）に示すように、カラー表示が
可能な反射型液晶表示素子１０７を１枚用いる単板式プ
ロジェクタにも適用することができる。すなわち、本発
明の偏光生成光学系は、ＰＢＳを用いる光学系であれ
ば、公知の光学系に広く適用できる。

【００５０】さらに、本実施形態では、コントラスト比
の向上を目的として、偏光板１０３および１０９を使用
したが、ＰＢＳ１０４の偏光分離特性や用途によって
は、偏光板１０３および１０９の一方または両方を省略
してもよい。

【００５１】さらに、本実施形態ではＰＢＳ１０４にＳ
偏光を入射させたが、偏光板１０３および１０９の光透
過軸（偏光軸）を９０°回転させてＰ偏光を入射する構
成としても良い。このような構成を採用した場合、ＰＢ
Ｓ１０４の偏光分離面１０５を透過したＰ偏光を用いて
表示を行うので、光学系の配置・調整が容易であるとい
う利点が得られる。Ｐ偏光を用いると、光源１０１と反
射型液晶表示素子１０７とを結ぶ光軸（主光線の方向）
がＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で折り曲げられな
い。光ビームは、反射面がθ傾くと、２θずれた角度で
反射されるために、反射面が多い光学系程、光軸に対す
る各光学素子（プリズム、反射板や表示素子）の配置・
調整が難しくなる。特に、３板式のプロジェクタでは、
ＰＢＳの前後に色分離・合成素子を配置するするため、
さらに、その光学系の配置・調整は困難である。従っ
て、ＰＢＳにＰ偏光を入射させる構成を採用すると、光
源、ＰＢＳおよび反射型液晶表示素子などの光学素子の
配置が容易に行える。

【００５２】（実施形態２）本発明の実施形態２による
投影型カラー画像表示装置（液晶プロジェクタ）２００
の模式図を図６に示す。実施形態１の液晶プロジェクタ
１００の構成要素と実質的に同様の機能を有する構成要
素は同じ参照符号で示し、以下ではその説明を省略す
る。

【００５３】液晶プロジェクタ２００は、実施形態１の
液晶プロジェクタ１００と同様に、図１に示したＰＢＳ
１０４を含む本発明による偏光生成光学系を備えてい
る。液晶プロジェクタ２００は、さらに、光源から出射
された白色光ビームの３原色の光のうちの１つの色の光
の偏光方向を選択的に変化させる（典型的には、偏光面
を回転させる）機能を有する偏光制御素子を有してい
る。この偏光制御素子を備えることによって、本実施形
態の液晶プロジェクタ２００は、ＰＢＳ１０４の偏光分
離面１０５を透過した光を表示に用いることが可能とな
っている。従って、実施形態１の液晶プロジェクタ１０
０よりもコンパクトな液晶プロジェクタを提供すること
が可能となる。

【００５４】光源１０１から出射された光ビームは、放
物面鏡１０２で略平行光にされたのち、トリミングフィ
ルタ２０１と偏光板１０３に入射する。光源１０１とし
ては、例えば、１２０Ｗ、アーク長１．４ｍｍのＰｈｉ
ｌｉｐ社製のＵＨＰランプを用いる。実施形態１と同様
に、光源１０１として他の公知の光源を広く用いること
ができる。偏光板１０３は、偏光方向が紙面に対して垂
直な光ビームのみを透過する。偏光板１０３を透過した
光ビームは、偏光制御素子２０２に入射する。

【００５５】偏光制御素子２０２は、偏光板１０３を透
過したＳ偏光（紙面に垂直方向に振動）の入射光ビーム
（白色）のうち、Ｂ光ビームの偏光方向のみを９０°回
転し、Ｐ偏光（紙面に平行方向に振動）とする。偏光制
御素子２０２を透過した光ビームがＰＢＳ１０４に入射
する。ＰＢＳ１０４としては、実施形態１と同様のＰＢ
Ｓを用いることができる。

【００５６】図７は、偏光制御素子２０２の偏光選択特
性の波長依存性を示す。図７中の実線は、図６の光学系
におけるＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で反射される
光ビームの相対値（反射率）を示し、破線は、偏光分離
面１０５を透過される光の相対値（透過率）を示す。偏
光制御素子２０２を透過した光ビームのうちのＳ偏光成
分であるＲおよびＧ光ビームは、偏光分離面１０５で反
射され、偏光制御素子２０２を透過した光ビームのうち
のＰ偏光成分であるＢ光ビームは偏光分離面１０５を透
過する。

【００５７】なお、Ｓ偏光（Ｒ，Ｇ光ビーム）とＰ偏光
（Ｂ光ビーム）との境界波長域（図７中の斜線部）の光
は、トリミングフィルタ２０１によって除去される。ト
リミングフィルタ２０１は、図７の斜線部で示した偏光
制御素子２０２で偏光面が回転されたＢ光ビームと偏光
面が回転されないＧ光ビームとの境界の波長域を除去す
る働きと、色純度の低下の原因になるＲ光ビームとＧ光
ビームとの境界波長域を除去する働きをあわせ持つ。

【００５８】偏光制御素子２０２としては、例えば、米
国特許５，７５１，３８４号に開示されている素子を使
用することができる。この偏光制御素子は、波長板（位
相差板）を複数枚その光学軸（例えば遅相軸）の角度を
変えて積層し、ある特定の波長域の光の偏光方向（偏光
面）だけを選択的に回転させる機能を有する。例えば、
本実施形態のように、Ｂ光ビームの偏光方向を選択的に
回転させる偏光制御素子を用いると、図６に示したよう
に、白色の直線偏光（Ｓ偏光：紙面に垂直方向に振動）
が偏光制御素子に入射すると、その出射光のうち、Ｒ光
ビームおよびＧ光ビームの偏光方向は維持され（Ｓ偏
光）、Ｂ光ビームの偏光方向だけを９０°回転する（Ｐ
偏光：紙面に平行方向に振動）ことができる。なお、偏
光制御素子２０２は、上記の素子に限られず、同様の機
能を有するものであれば、いかなるものでも利用でき
る。例えば、コレステリック液晶などを用いても良い。

【００５９】ＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で反射さ
れたＲおよびＧ光ビームは、ＰＢＳ１０４の偏光分離面
１０５と反射面が略平行になるように配置されたダイク
ロイックミラー２０３に入射する。Ｇ光ビームは、ダイ
クロイックミラー２０３で反射され、Ｒ光ビームはダイ
クロイックミラー２０３を透過する。上述したように、
ＰＢＳ１０４やダイクロイックミラー２０３を透過・反
射し、色分離されたＲ，ＧおよびＢ光ビームは、それぞ
れ対応する反射型液晶表示素子１０７−Ｒ、１０７−Ｇ
および１０７−Ｂに入射し、反射型液晶表示素子１０７
に供給される画像信号に従って、偏光方向が変調され
る。

【００６０】反射型液晶表示素子１０７Ｒおよび１０７
Ｇでそれぞれ変調され反射されたＲおよびＧ光ビーム
は、ダイクロイックミラー２０３に再度入射し、色合成
された後、再度ＰＢＳ１０４に入射する。Ｂ光ビームも
反射型液晶表示素子１０７Ｂで変調された後、ＰＢＳ１
０４に入射する。ＰＢＳ１０４では、これらの光ビーム
のうち偏光方向が変調された光のみ選択的に投影レンズ
１０８に入射させる。

【００６１】上述したように、偏光制御素子２０２を用
いて特定の色の光ビームの偏光方向を回転させ、偏光分
離面１０５を透過した光ビームを表示用いるプロジェク
タを従来の偏光生成光学系を用いて構成すると、ＰＢＳ
１０４の偏光分離特性の低下は、コントラスト比の低下
とともに、明るさや色純度が低下するという問題があっ
た。ところが、本発明の偏光生成光学系を用いることに
よって、上記の問題を解決し、コントラスト比ととも
に、明るさおよび色純度を改善することができる。

【００６２】本実施形態によって、コントラスト比、明
るさおよび色純度を改善できる理由を図６を参照しなが
ら以下に説明する。

【００６３】従来の偏光生成光学系のように、Ｐ偏光に
対する偏光分離面１０５の偏光分離特性が悪いと、偏光
制御素子２０２で偏光方向が回転されたＰ偏光となった
Ｂ光ビームの一部は、ＲおよびＧ光ビームとともに偏光
分離面１０５で反射され、反射型表示素子１０７Ｒおよ
び１０７Ｇに入射する。これらの反射型表示素子１０７
Ｒおよび１０７Ｇで変調されなたかったＢ光ビームの一
部は、偏光分離面１０５を透過し、表示光に混入するこ
ととになるので、表示のコントラスト比および色純度が
低下する。また、本来、反射型表示素子１０７Ｂに入射
し、変調されて、表示に利用されるべきＢ光ビームの利
用効率が低下する。

【００６４】また、偏光制御素子２０２で偏光方向が回
転されＰ偏光となったＢ光ビームのうち偏光分離面１０
５を透過したＢ光ビームの一部は反射型表示素子１０７
Ｂで変調されない。この変調されないＢ光ビームはＰ偏
光のまま偏光分離面１０５に入射する。このとき、偏光
分離面１０５のＰ偏光に対する偏光分離特性が悪いと、
Ｂ光ビームの一部が偏光分離面１０５で反射され、表示
光に混入することとなる。その結果、表示のコントラス
ト比および色純度が低下する。

【００６５】さらに、偏光制御素子２０２で偏光方向が
変化せず、Ｓ偏光のまま偏光分離面１０５に入射したＲ
およびＧ光ビームは、偏光分離面１０５で高効率で反射
される。しかしながら、反射型表示素子１０７Ｒおよび
１０７Ｇで変調されＰ偏光となった後、再度偏光分離面
１０５に入射すると、偏光分離面１０５でその一部が反
射され、表示に利用されなくなる。このＲおよびＧ光ビ
ームの利用効率の低下と上述したＢ光ビームの利用効率
の低下によって、明るさが大幅に低下する。

【００６６】本発明による偏光生成光学系は、ＰＢＳ１
０４のＰ偏光に対する偏光分離特性が従来よりも改善さ
れているので、上述の問題の発生を抑制・防止すること
ができるので、コントラスト比とともに、明るさおよび
色純度を改善することができる。

【００６７】液晶プロジェクタ２００の他の構成要素の
機能を以下に説明する。

【００６８】ＰＢＳ１０４と投影レンズ１０８の間に
は、偏光制御素子２０２と同じ特性を有する偏光制御素
子２０４と、紙面に対して平行方向の偏光（Ｐ偏光）を
透過させる偏光板２０５とが配置されている。偏光制御
素子２０４は、Ｂ光ビームのみの偏光方向を回転し、
Ｒ、ＧおよびＢ光ビームの偏光方向を揃える。偏光板２
０５は、偏光制御素子２０４からの光ビームのうちＰＢ
Ｓ１０４で本来除去されるべき漏れ光を除去し、表示の
コントラスト比を向上させる。

【００６９】ＰＢＳ１０４と反射型液晶表示素子１０７
−Ｒ、１０７−Ｇとの間及びＰＢＳ１０４と反射型液晶
表示素子１０７−Ｂの間には、例えば、それぞれ、図８
（ａ）および（ｂ）に示す特性を有するダイクロイック
ミラー２０６および２０７が挿入されている。ダイクロ
イックミラー２０６および２０７は、反射型表示素子１
０７−Ｒ、１０７−Ｇおよび１０７−Ｂにそれぞれ対応
する波長の光以外の光ビームを除去する。

【００７０】本実施形態では、ダイクロイックミラー２
０６をＰＢＳ１０４の直後に配置したが、ダイクロイッ
クミラー２０３で光を分離した後、すなわち、ダイクロ
イックミラー２０３と反射型表示素子１０７−Ｒおよび
／または反射型表示素子１０７−Ｇとの間にダイクロイ
ックミラーを配置しても良い。この配置を採用した場合
には、ダイクロイックミラーの分光特性は、反射型液晶
表示素子１０７−Ｇに対応するダイクロイックミラーは
Ｇ光ビームのみを透過、反射型液晶表示素子１０７−Ｒ
に対応するダイクロイックミラーはＲ光ビームのみを透
過するものを用いても良く、ＰＢＳ１０４や偏光制御素
子２０２の特性によっては、どちらか一方にのみ配置し
ても良い。

【００７１】また、本実施形態では、ＰＢＳ１０４で分
離された光路の両方にそれぞれダイクロイックミラー２
０６および２０７を配置したが、ＰＢＳ１０４や偏光制
御素子２０２の特性によっては、ダイクロイックミラー
２０６および２０７を省略しても良く、一方だけを設け
ても良い。

【００７２】さらに、本実施形態では、Ｂ光ビームとＧ
光ビームとの境界波長域を除去する働きと、Ｒ光ビーム
とＧ光ビームとの境界波長域を除去する働きをあわせ持
つトリミングフィルタ２０１を使用したが、トリミング
フィルタ２０１は、ＰＢＳ１０４や偏光制御素子２０２
の特性および使用する波長域によっては、必ずしも両方
の境界波長域の光を除去する必要はなく、また、要求さ
れる表示性能によっては、省略してもよい。また、トリ
ミングフィルタ２０１の配置位置は、光源１０１からス
クリーン（不図示）までの光路上であれば、いかなる位
置でも良い。

【００７３】本実施形態では、Ｂ光ビームの偏光方向を
回転させる偏光制御手段２０２および２０４を用いた
が、偏光方向を回転させる色光ビームはこれに限定され
るものではなく、また、ＰＢＳ１０４に入射する各色光
ビームのＰ偏光とＳ偏光とが入れ替わっても良い。

【００７４】本実施形態では、白色光ビームをＰＢＳ１
０４で、Ｒ、ＧおよびＢ光ビームに分離したが、（Ｇ、
Ｂ）とＲまたは（Ｂ、Ｒ）とＧなど、組み合わせを変え
ることも可能である。この場合、偏光制御素子２０２お
よび２０４で偏光方向を回転させる色光ビームを変える
だけで良い。

【００７５】また、本実施形態では、ＰＢＳ１０４の光
入射側及び出射側の両方に偏光板と偏光制御手段を配置
したが、光出射側の偏光制御手段２０４と偏光板２０５
は必ずしも必要ではなく、省略してもよい。また、反射
型液晶表示素子１０７としては、実施形態１と同様に、
公知の反射型表示装置を広く利用することができる。

【００７６】上述したように、本実施形態の液晶プロジ
ェクタ２００は、本発明による偏光生成光学系を備えて
いるので、ＰＢＳのＰ偏光に対する偏光分離特性の低下
によって発生していた混色や必要な光の減衰を防止で
き、明るく、色純度が良く、高コントラスト比の表示を
実現することができる。

【００７７】本実施形態による他の液晶プロジェクタ２
００’を図９を参照しながら説明する。

【００７８】液晶プロジェクタ２００’は、図６に示し
た液晶プロジェクタ２００における板状のダイクロイッ
クミラー２０３に代えて、ダイクロイックプリズム２０
３’を備えている点において異なる。また、ダイクロイ
ックプリズム２０３’による収差や光路調整するため
に、Ｂ光ビームの光路にもガラスプリズム２０８を設け
ている。このプリズム２０８とＰＢＳ１０４とを一体化
させて作製しても良い。液晶プロジェクタ２００’の他
の構成要素は、液晶プロジェクタ２００の構成要素と同
じ参照符号で示し、ここではその説明を省略する。

【００７９】ダイクロイックプリズム２０３’を用いる
場合には、色分離面２０３ａにおける偏光依存性を低減
するために、図１０に示すように、ダイクロイックプリ
ズム２０３’の色分離面２０３ａの法線に対する入射光
の角（入射角β）が、４５°より小さく、好ましくは４
０°以下、となるように構成することが好ましい。

【００８０】色分離面２０３ａに対する入射角が大きい
と、色分離面２０３ａの分光特性がＰ偏光とＳ偏光とに
よって異なる（偏光依存性が生じる）。この偏光依存性
は、色分離面２０３ａを２つのガラスプリズムの間に有
する、上述のダイクロイックプリズムにおいて顕著とな
る。また、図９に示したプロジェクタ２００’のように
反射型画像表示素子１０７を用いたプロジェクタにおい
ては、光ビームが色分離素子を２回（往路と復路）通過
するので、色分離面の分光特性の偏光依存性の影響を強
く受ける。具体的には、典型的な色分離面２０３ａは、
Ｐ偏光よりもＳ偏光に対する帯域が狭く、Ｓ偏光の一部
を反射してしまうことが多い。したがって、Ｓ偏光を表
示に利用する構成においては、光の利用効率が低下し、
暗い表示となってしまう。

【００８１】上述したように、ダイクロイックプリズム
２０３’の色分離面２０３ａの法線に対する入射光の角
（入射角β）が、４５°より小さく、好ましくは４０°
以下となるように構成することによって、この問題を抑
制することができる。さらに、図１０に示したように、
ダイクロイックプリズム２０３’の入射面および出射面
に対して光ビームの主光線が略垂直に入射するように構
成することによって、ダイクロイックプリズム２０３’
と空気との界面における光の屈折を抑制・防止できるの
で好ましい。例えば、図１０に示した様に、頂角が鈍角
の２等辺三角形の断面形状を有するプリズムを２つ底面
で貼り合わせた構成を採用することによって、上記の条
件を満足するダイクロイックプリズムを容易に作製する
ことができる。なお、ダイクロイックプリズムの断面形
状は、上述した菱形に限られず、図３にＰＢＳ１０４の
例として図３に示したのと同様に、種々の形状であって
よい。但し、ＰＢＳ１０４では頂角が鋭角であったのに
対し、ダイクロイックプリズム２０３の頂角は鈍角であ
る点は異なる。なお、色分離面２０３ａは、公知の誘電
体多層膜として形成することができる。

【００８２】このプロジェクタ２００’も上述のプロジ
ェクタ２００と同様の特性を有し、本実施形態による
と、コントラスト比、明るさおよび色純度に優れ、コン
パクトで安価なプロジェクタを提供することができる。

【００８３】（実施形態３）本発明の実施形態３による
投影型カラー画像表示装置（液晶プロジェクタ）３００
の模式図を図１１に示す。実施形態１および２の液晶プ
ロジェクタの構成要素と実質的に同じ機能を有する構成
要素は同じ符号参照符号で示し、ここでは説明を省略す
る。

【００８４】本実施形態の液晶プロジェクタ３００は、
光源１０１から出射される白色光（Ｒ、Ｇ、Ｂ光ビーム
を含む）のうちの２色の色光ビームを含む２つの光ビー
ムを時分割で反射型表示素子１０７に照射する構成を有
している点において、実施形態２の液晶プロジェクタ２
００と異なる。

【００８５】液晶プロジェクタ３００の光源１０１の背
面には、光源１０１からの光ビームをその第２焦点に集
光させるための楕円鏡３０１が配置されている。楕円鏡
３０１の第２焦点近傍には、回転カラーフィルタ３０２
が配置されている。後述するように、この回転カラーフ
ィルタ３０２によって、Ｒ、Ｇ、Ｂ光ビームのうちの２
色の色光ビームを含む２つの光ビームを時分割で反射型
表示素子１０７に照射することが可能となる。

【００８６】回転カラーフィルタ３０２を透過した光
は、回転カラーフィルタ３０２の前方に配置されたガラ
スロッド３０３に導かれる。このガラスロッド３０３
は、その内部で光ビームを反射し、光を伝達するもの
で、その光出射面が後述する反射型液晶表示素子１０７
（１０７−１および１０７−２）上に略結像するように
配置されている。ガラスロッド３０３の光出射面では、
ロッド内部で光が全反射を繰り返すため、照度分布がほ
ぼ均一になっている。ガラスロッド３０３を設けること
によって、反射型液晶表示素子１０７に入射する光ビー
ムの照度分布の均一性を向上することができる。

【００８７】ガラスロッド３０３を出射した光は、照明
レンズ３０４とフィールドレンズ３０５に入射し、略平
行光にされたのち、偏光板１０３に入射する。偏光板１
０３では、偏光方向が紙面に対して垂直方向の光ビーム
（Ｓ偏光）のみを透過し、偏光板１０３を透過した光ビ
ームは偏光制御素子２０２に入射する。

【００８８】偏光制御素子２０２以降の光学系は、図６
に示した実施形態２の液晶プロジェクタ２００と実質的
に同じである。ただし、液晶プロジェクタ３００は、２
つの光ビーム（それぞれが３原色の光ビームのうちの２
つの光ビームを含む）を用いるので、液晶プロジェクタ
２００における色分離素子２０３は不要で、反射型液晶
表示素子１０７は２個である。

【００８９】偏光制御素子２０２は、実施形態２で用い
たものと同様の特性を有しており、入射光のうちＢ光ビ
ームの偏光方向だけを紙面に対して平行方向に回転し、
Ｐ偏光とする。偏光制御素子２０２を透過した光ビーム
はＰＢＳ１０４に入射する。ＰＢＳ１０４の断面形状
は、例えば菱形である。偏光制御素子２０２を出射した
光ビームがＰＢＳ１０４に入射すると、ＲおよびＧ光ビ
ーム（Ｓ偏光）は、ＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で
反射され、Ｂ光ビーム（Ｐ偏光）は、偏光分離面を透過
する。

【００９０】ＰＢＳ１０４の偏光分離面１０５で反射さ
れた光ビームは反射型液晶表示素子１０７−１に、透過
した光ビームは反射型液晶表示素子１０７−２に、それ
ぞれ入射し、画像信号に従って変調された後、再度ＰＢ
Ｓ１０４に向けて反射される。反射型液晶表示素子１０
７によって偏光方向が変調された光ビームだけが、偏光
分離面１０５で投影レンズ１０８側に導かれ、スクリー
ンに投影され画像を表示する。ＰＢＳ１０４と投影レン
ズ１０８の間には、偏光制御素子２０４と偏光板２０５
が配置されている。偏光制御素子２０４は、偏光制御素
子２０２と同様のものを用い、Ｂ光ビームの偏光方向だ
けを回転し、Ｒ、ＧおよびＢ光ビームの偏光方向を揃え
る。偏光板２０５は、偏光制御素子２０４を透過した光
ビームのうちＰＢＳ１０４で本来除去される光ビームの
漏れ光を除去し、コントラスト比をを向上させる。

【００９１】本実施形態の液晶プロジェクタ３００は時
分割で色表示を行うので、応答速度の観点から、反射型
液晶表示素子１０７として、例えば、応答速度が２ｍｓ
ｅｃ〜３ｍｓｅｃ以下となるような液晶表示素子を用い
ることが好ましい。このような素子として、例えば、液
晶材料や液晶分子の配向を工夫することにより、室温で
ネマチック相を呈する液晶層を有する液晶表示素子を用
いることができる。また、応答時間が２ｍｓｅｃ〜３ｍ
ｓｅｃ以下である強誘電性を有する液晶材料を用いた液
晶表示素子を使用することができる。このように、公知
の反射型液晶表示素子を広く用いることができる。

【００９２】次に、本実施形態における時分割色表示の
原理を説明する。

【００９３】回転カラーフィルタ３０２は、図１２
（ａ）に示すように、シアン（Ｂ、Ｇの成分を含む色
光）およびマゼンタ（Ｂ、Ｒの成分を含む色光）の光ビ
ームをそれぞれ透過する領域３０２ａおよび３０２ｂを
有する。図１２（ａ）に示した例では、領域３０２ａお
よび３０２ｂが回転カラーフィルタの円周領域（３６０
°）を２分割（１８０°ずつ）するように配置されてい
る。

【００９４】この回転カラーフィルタ３０２を、例えば
１／６０秒（１フレーム期間に対応）で回転すると、シ
アンおよびマゼンタ光ビームがそれぞれ透過する時間
は、約８ｍｓｅｃ程度であり、この時間間隔毎に透過す
る光ビームの色が切り替わる。シアンおよびマゼンタ光
ビームの両方に共通に含まれるＢ光ビームは、回転カラ
ーフィルタ３０２の回転に関係なく、ＰＢＳ１０４の偏
光分離面１０５を透過し、反射型液晶素子１０７−２に
入射する。一方、シアンおよびマゼンタ光ビームからＢ
光ビームが除去されたＲおよびＧ光ビームは、回転カラ
ーフィルタ３０２の回転速度に応じて、上記の時間間隔
毎に順次切り替わり、反射型液晶素子１０７−１に入射
する。従って、回転カラーフィルタ３０２が一回転する
間に、Ｒ、ＧおよびＢ光ビームが反射型液晶素子１０７
−１および１０７−２で変調されることになる。

【００９５】上記の例では、回転カラーフィルタ３０２
を１／６０秒で回転させたが、２倍速やそれ以上の速度
にしてもよい。また、回転カラーフィルタ３０２の回転
速度を上げる変わりに、例えば、図１２（ｂ）に示す回
転カラーフィルタ３０２’ように、回転カラーフィルタ
の円周領域を４分割（シアンおよびマゼンタ領域のそれ
ぞれを２分割）するなど、カラーフィルタの分割数を多
くしても、同様の効果が得られる。回転カラーフィルタ
３０２の回転速度や分割数は、表示速度（フレーム期間
やフィールド期間）に応じて適宜設定すればよい。ま
た、時分割色表示のために用いるカラーフィルタ素子と
して、回転カラーフィルタを例示したがこれに限られな
い。

【００９６】また、本実施形態では、Ｂ光ビームの偏光
方向を回転させる偏光制御手段２０２および２０４を用
いたが、ＲおよびＧ光ビームの偏光方向を回転させても
よく、ＰＢＳ１０４に入射する各色光ビームのＰおよび
Ｓ偏光が入れ替わっても良い。また、本実施形態では白
色光ビームの色分離は上記の例に限られず、Ｒ、Ｇ、Ｂ
光ビームのうちの任意の２色の色光ビームを含む２つの
光ビームを用いればよい。この場合、偏光制御素子２０
２および２０４で偏光方向を回転させる光ビームの色を
適宜変更すればよい。偏光制御素子２０２および２０４
は、２つの光ビームに共通に含まれる色光ビームの偏光
方向を変換してもよいし、逆に、２つの光ビームに共通
に含まれる色光ビーム以外の２色の色光ビーム（２つ）
の偏光方向を変換してもよい。

【００９７】本実施形態の液晶プロジェクタ３００は、
本発明による偏光生成光学系を備えているので、ＰＢＳ
のＰ偏光に対する偏光分離特性の低下によって発生して
いた混色や必要な光の減衰を防止でき、明るく、色純度
が良く、高コントラスト比の表示を実現することができ
る。さらに、本実施形態によると、実施形態２よりもコ
ンパクトで低コストな液晶プロジェクタを提供すること
ができる。

【００９８】（実施形態４）本発明による偏光生成光学
系を用いて、光の利用効率をさらに向上することができ
る。本実施形態の偏光生成光学系を図１３（ａ）および
（ｂ）に示す。

【００９９】図１３（ａ）に示した偏光生成光学系４０
０は、入射光ビーム（非偏光）を受け、偏光方向が互い
に異なる２つの光ビーム（第１および第２出射光ビー
ム）に分離するＰＢＳ４０４と、分離された一方の光ビ
ーム（第２出射光ビーム；例えばＳ偏光）を反射し、こ
の光ビームを所定の方向に導く全反射ミラー４０６と、
分離された２つの異なる偏光方向を有する光ビームの偏
光方向を一致させるための偏光変換素子としての２分の
１波長板４０８とを有している。図示の例では、ＰＢＳ
４０４の偏光分離面４０５で分離されたＳ偏光を２分の
１波長板４０８でＰ偏光に変換し、実質的に全ての入射
光ビームをＰ偏光として出射している。もちろん、ＰＢ
Ｓ４０４の偏光分離面４０５で分離されたＰ偏光を２分
の１波長板４０８でＳ偏光に変換し、実質的に全ての入
射光ビームをＳ偏光として出射する構成としてもよい。
また、用途によっては、偏光分離面４０５で分離された
２つの光ビームの進行方向を平行にするための全反射ミ
ラー４０６を省略してもよい。

【０１００】また、図１３（ｂ）に示すように、複数の
ＰＢＳを有するアレイ５０４を用いて偏光生成光学系５
００を構成してもよい。例えば、図示したように、フラ
イアイレンズ５０２を介して入射する光ビームをＰＢＳ
５０４の偏光分離面５０５で分離し、偏光分離面５０５
で選択的に反射された光ビーム（例えばＳ偏光）を２分
の１波長板５０８によって、偏光分離面５０５を透過し
た光ビーム（例えばＰ偏光）の偏光と一致させる構成と
することができる。なお、２分の１波長板５０８は、Ｐ
ＢＳアレイ５０４が有する複数のＰＢＳに対して一つ置
きに配置する。

【０１０１】偏光生成光学系４００におけるＰＢＳ４０
４および偏光生成光学系５００におけるＰＢＳアレイ５
０４は、上述の実施形態におけるＰＢＳ１０４と実質的
に同じであり、従来の偏光生成光学系におけるＰＢＳの
Ｐ偏光に対する偏光分離特性の低下を抑制・防止する効
果を有している。従って、入射光ビームが直角プリズム
を用いたＰＢＳの偏光分離面に４５°で入射する構成を
有する従来の偏光生成光学系（例えば、特開平８−３０
４７３９号公報）よりも、優れた偏光状態の偏光を高効
率で出射することができる。

【０１０２】本実施形態の偏光生成光学系４００および
５００は、偏光を用いる種々の光学系に好適に用いるこ
とができる。例えば、偏光生成光学系４００を先の実施
形態１から３のプロジェクタに利用することによって、
さらに明るい表示が可能となる。あるいは、光の利用効
率の上昇を利用して、光源の出力を低下することによっ
て、光源の小型化や低消費電力化の効果を得ることもで
きる。

【０１０３】具体的には、例えば、実施形態１の液晶プ
ロジェクタ１００の偏光板１０３に加えて、偏光生成光
学系４００を用いることによって、偏光板１０３で吸収
されていた偏光を表示に利用することが可能となる。光
源１０１から出射される光ビームは一般に非偏光なの
で、偏光板１０３で吸収される光の量は、出射光量の約
５０％である。従って、本実施形態の偏光生成光学系を
用いることによって、光の利用効率が約２倍となる。

【０１０４】上述の実施形態１から４では、反射型の液
晶プロジェクタを例に本発明を説明したが、本発明によ
る偏光生成光学系は、これに限られず、透過型の液晶プ
ロジェクタや、偏光を利用する表示装置や他の光学装置
のための照明装置として好適に利用することができる。
また、例示した反射型液晶プロジェクタの反射型液晶表
示素子を直線偏光（Ｓ偏光またはＰ偏光）の偏光方向を
変調する素子として、反射型液晶表示素子の機能を説明
したが、これに限られず、入射光の偏光状態を変調する
素子を広く用いることができる。例えば、楕円偏光を構
成する２つの直交する直線偏光のうちの一方の直線偏光
の振幅を変調する素子や、直交する２つの直線偏光の位
相差を変調する素子を用いることができる。

【０１０５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＰＢＳの
Ｐ偏光に対する偏光分離特性の低下の影響を受けない偏
光生成光学系を構成できる。従って、本発明による偏光
生成光学系を画像表示装置に適用することよって、明る
く、コントラストの良い画像を表示することができる。

【０１０６】また、光源からのＲ、ＧおよびＢ光ビーム
のうちの１色の光ビームを他の２色の光ビームと偏光方
向を異ならせてＰＢＳに入射させる方式の画像表示装置
においては、混色による色純度の低下を防止でき、明る
く、色純度が良く、高コントラストで、コンパクトな画
像表示装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による偏光生成光学系を模式的に示す斜
視図である。

【図２】本発明による偏光生成光学系におけるＰＢＳの
偏光分離特性を示すグラフである。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態で用いら
れるＰＢＳの例を示す模式的な断面図である。

【図４】本発明の実施形態１による液晶プロジェクタ１
００の模式図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１による他の
液晶プロジェクタの模式図である。

【図６】本発明の実施形態２による液晶プロジェクタ２
００の模式図である。

【図７】実施形態２の液晶プロジェクタに用いられる偏
光制御素子の偏光選択特性の波長依存性を示すグラフで
ある。

【図８】ダイクロイックミラーの分光透過率を示すグラ
フである。

【図９】本発明の実施形態２による他の液晶プロジェク
タ２００’の模式図である。

【図１０】液晶プロジェクタ２００’に用いられる色分
離用プリズムの模式図である。

【図１１】本発明の実施形態３による液晶プロジェクタ
３００の模式図である。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は、液晶プロジェクタ３
００に用いられる回転カラーフィルタ３０２の模式図で
ある。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態４
の偏光生成光学系を示す模式図である。

【図１４】従来の３板式液晶プロジェクタの模式図であ
る。

【図１５】従来の他の３板式液晶プロジェクタの模式図
である。

【図１６】従来の偏光生成光学系を模式的に示す斜視図
である。

【図１７】従来の偏光生成光学系におけるＰＢＳの偏光
分離特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１００、２００、２００’、３００ 液晶プロジェクタ １０１ 光源 １０２ 放物面鏡 １０３ 偏光板 １０４ ＰＢＳ １０５ 偏光分離面 １０６ フィリップスタイププリズム １０７ 反射型画像表示素子 １０８ 投影レンズ １０９ 偏光板 ２０１ トリミングフィルタ ２０２ 偏光制御素子 ２０３ ダイクロイックミラー ２０４ 偏光制御素子 ２０５ 偏光板 ２０６ ダイクロイックミラー ２０７ ダイクロイックミラー ２０８ ガラスロック ３０１ 楕円鏡 ３０２ 回転カラーフィルタ ３０３ ガラスロッド ３０４ 照明レンズ ３０５ フィールドレンズ ６０１ 光源 ６０２ ＰＢＳ ６０３ クロスダイクロイックミラー ６０４ 反射型液晶表示素子 ６０５ 投影レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA16 BC22 2H088 EA15 EA16 EA18 HA13 HA20 HA24 HA28 MA02 MA06 2H099 AA12 BA09 CA02 CA11 5C060 BA03 BA08 BC05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC00 HC16 HC20 HC24 HC25 JA11 JA17 JB06

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ビームを出射する光源と、 光ビームを偏光方向が互いに異なる第１および第２光ビ
   ームに分離する機能を有する第１偏光分離素子と、 前記光源から出射された光ビームの偏光状態を変調する
   反射型画像表示素子と、 前記反射型画像表示素子で変調された前記光ビームを投
   影する投影素子とを有する画像表示装置であって、 前記第１偏光分離素子は、前記光源から出射された前記
   光ビームを受ける入射面と、前記光ビームを分離する偏
   光分離面と、前記光ビームを前記反射型画像表示素子側
   に出射する第１出射面と、前記変調された光ビームを前
   記投影素子側に出射する第２出射面とを有し、 前記光源から出射された前記光ビームの主光線は、前記
   偏光分離面に４５度を超える角度で入射し、且つ、前記
   光ビームの主光線および前記変調された光ビームの主光
   線は、前記第１出射面および前記第２出射面からそれぞ
   れ略垂直に出射する画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記光源から出射された前記光ビーム
   の主光線は、前記第１偏光分離素子の前記入射面に略垂
   直に入射する請求項１に記載の画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記第１偏光分離素子は、２つの三角
   柱ガラスプリズムを互いに貼り合わせた構造を有し、前
   記２つの三角柱ガラスプリズムのうちの少なくとも一方
   は、前記光ビームの主光線と前記偏光分離面の法線とが
   形成する面内の断面が直角三角形ではない請求項１また
   は２に記載の画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記光源から出射された前記光ビーム
   の主光線は、前記第１偏光分離素子の前記偏光分離面に
   ５５度以下の角度で入射する請求項１から３のいずれか
   に記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１偏光分離素子および前記反射
   型画像表示素子が１対１で配置された光学系を複数有す
   る請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１偏光分離素子１つに対し、前
   記反射型画像表示素子が複数配置された光学系を有する
   請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記光源から出射された前記光ビーム
   は３原色の光ビームを含み、３原色の光ビームのうちの
   少なくとも１つの色の光ビームの偏光方向を選択的に変
   化させる偏光制御素子をさらに有する請求項１から６の
   いずれかに記載の画像表示装置。
8. 【請求項８】 前記光源から出射された前記光ビーム
   に含まれる３原色の光ビームのうち同じ偏光方向を有す
   る２つの色の光を互いに分離する色分離素子をさらに有
   し、 前記色分離素子は、色分離される光ビームが入射する入
   射面と、前記入射した光ビームを互いに異なる色に分離
   する色分離面と、色分離された色光ビームを出射する出
   射面とを有し、 前記色分離される光ビームの主光線は、前記入射面に略
   垂直に入射し、且つ、前記色分離面に４５度未満の角度
   で入射し、前記色分離された色光ビームの主光線は、前
   記出射面から略垂直に出射する請求項７に記載の画像表
   示装置。
9. 【請求項９】 前記光源から出射された３原色の光ビー
   ムを第１色光ビーム、第２色光ビームおよび第３色光ビ
   ームとするとき、前記第１色光ビームと前記第３色光ビ
   ームとを組み合わせた色光ビームと、前記第２色光ビー
   ムと前記第３色光ビームとを組み合わせた色光ビームと
   を、順次選択的に透過するカラーフィルタ素子をさらに
   有し、 前記偏光制御素子は、前記第３色光ビームの偏光方向ま
   たは前記第１色光ビームおよび前記第２色光ビームの偏
   光方向を変化させる請求項７に記載の画像表示装置。
10. 【請求項１０】 前記光源と前記第１偏光分離素子との
    間に、光ビームを偏光方向が互いに異なる第３および第
    ４光ビームに分離する機能を有する第２偏光分離素子
    と、 前記光源から出射され、前記第２偏光分離素子で分離さ
    れた第４光ビームの偏光方向を前記第３光ビームの偏光
    方向と同じにする偏光変換素子と、 をさらに有し、 前記第２偏光分離素子は、前記光源から出射された前記
    光ビームを受ける入射面と、前記光ビームを分離する偏
    光分離面と、前記第３光ビームを出射する第３出射面
    と、前記第４光ビームを出射する第４出射面とを有し、 前記光源から出射された前記光ビームの主光線は、前記
    第２偏光分離素子の前記偏光分離面に４５度を超える角
    度で入射し、且つ、前記第３および第４光ビームの主光
    線は、それぞれ前記第３出射面および前記第４出射面か
    らそれぞれ略垂直に出射し、 前記第２偏光分離素子で分離された前記第３光ビーム
    と、前記第２偏光分離素子で分離され、且つ前記偏光変
    換素子で前記第３光ビームの偏光方向と同じ偏光方向と
    された前記第４光ビームとを前記第１偏光分離素子の前
    記入射面に供給する請求項１から９のいずれかに記載の
    画像表示装置。
11. 【請求項１１】 光ビームを出射する光源と、前記光源
    から出射された前記光ビームを偏光方向が互いに異なる
    第１および第２光ビームに分離する偏光分離素子とを有
    し、 前記偏光分離素子は、前記光源から出射された前記光ビ
    ームを受ける入射面と、前記光ビームを分離する偏光分
    離面と、前記第１光ビームを出射する第１出射面と、前
    記第２光ビームを出射する第２出射面とを有し、 前記光ビームの主光線は、前記偏光分離面に４５度を超
    える角度で入射し、且つ、前記第１および第２光ビーム
    の主光線は、それぞれ前記第１出射面および前記第２出
    射面からそれぞれ略垂直に出射する照明装置。