JP2001083325A - 光学素子、光学ユニット及び表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コントラスト比向上、明るさ向上、及び高画質
化を達成可能な表示技術の提供。 【解決手段】光学素子を、誘電体多層膜と、硝材、光学
プラスチックあるいは透過液体で構成される第１の光学
部材と、第２の光学部材と、第３の光学部材と、該光学
部材どうしを保持する保持手段とを備えて構成され、前
記誘電体多層膜を、該第１の光学部材、該第２の光学部
材、該第３の光学部材の少なくともいづれかに設け、該
誘電体多層膜を、該第１の光学部材と該第２の光学部材
の間と、第２の光学部材と第３の光学部材の間のいずれ
か一方または両方に介在させ、少なくとも１つ以上の第
２の光学部材は第１の光学部材と第３の光学部材との間
に介在させた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルあるい
は反射式映像表示素子などのライトバルブ素子を使用し
て、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、
液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ
装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の
表示技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル等のライトバルブ素子に、電
球などの光源からの光を当てて、液晶パネル上の画像を
拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置
が知られている。

【０００３】この種の映像表示装置は、光源からの光を
ライトバルブ素子で画素毎の濃淡に変えて調節し、スク
リーンなどに投射するものである。例えば、液晶表示素
子の代表例であるツイステッド・ネマティック(TN)型液
晶表示素子は、透明な電極被膜をもつ一対の透明基板間
に液晶を注入して成る液晶セルの前後に、各々の偏光方
向が互いに90°異なるように２枚の偏光板を配置したも
のであり、液晶の電気光学効果により偏光面を回転させ
る作用と、偏光板の偏光成分の選択作用とを組み合わせ
ることにより、入射光の透過光量を制御して画像情報を
表示するようになっている。近年、こうした透過型ある
いは反射型の映像表示素子では、素子自体の小型化が進
むとともに、解像度等の性能も急速に向上している。

【０００４】このため、該映像表示素子を用いた表示装
置の小型高性能化も進み、単に従来のようにビデオ信号
等による映像表示を行うだけでなく、パーソナルコンピ
ュータの画像出力装置としての投射型映像表示装置も新
たに提案されている。この種の投射型映像表示装置に
は、特に、小型であることと、画面の隅々まで明るい画
像が得られることが要求される。しかし、従来の投射型
映像表示装置は、大型であったり、また最終的に得られ
た画像の明るさ、画質等の性能が不十分であるといった
問題があった。

【０００５】例えば、液晶表示装置全体の小型化には、
ライトバルブすなわち液晶表示素子自体の小型化が有効
であるが、液晶表示素子を小型化すると液晶手段による
被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束
量に対する液晶表示素子を小型化すると照明手段による
被照射面積が小さくなるため光源が放射する全ての光束
量に対する液晶表示素子上の光束量の比率（以下、これ
を光利用効率という）が低くなり、また、画面周辺部が
暗い等の問題が生じる。さらに、液晶表示素子は一方向
の偏光光しか利用できないため、ランダムな偏光光を発
する光源からの光の約半分は利用されない。

【０００６】光源からのランダムな偏光光を一方向の偏
光方向に揃えて液晶表示素子に照射する光学系として
は、特開平４−６３３１８号公報に開示されているよう
な偏光ビームスプリッター（以下、これをＰＢＳと呼称
する）などの偏光変換素子を利用して、光源から出射す
るランダムな偏光光をＰ偏光光とＳ偏光光に分離してプ
リズムを用いて合成するものがある。

【０００７】また、これを用いて、従来の光学系におい
ては、特に反射型液晶表示装置を用いた照明光学系で
は、上記ＰＢＳと反射型液晶表示装置を組合せて、映像
のON及びOFF及び階調表現に応じて偏光方向を変換する
ことで検光し、その後投射レンズにより映像をスクリー
ン上に投射する構成となっている。この場合、ＰＢＳに
起因する、色ムラやコントラストの低下が問題視されて
いる。

【０００８】すなわち、光の入射角度に対するＰ偏光光
の透過率およびＳ偏光光の反射率の特性が変化するた
め、照明系の所定角度の光に対してＰＢＳの透過率およ
び反射率ムラが生じる。これにより、スクリーンに投影
される画質の劣化が発生する。

【０００９】特開平０９−０５４２１３号公報に開示さ
れているようなＰＢ膜を挟み込む透過性材料を光弾性係
数の絶対値を１.５×10^-8ｃｍ²／Ｎ以下である硝材で構
成をしたＰＢＳを利用して、ＰＢＳ硝材内での複屈折を
低下し、スクリーン上のコントラストを向上するものが
ある。

【００１０】しかし、この発明では、接着場所での接着
時の歪みおよび、温度変化による接着場所での歪みに対
して考慮されておらず、この歪みによる複屈折現象は考
慮されていない。

【００１１】さらに、上述のＰＢ膜自体の入射光線角度
による特性変化による光利用効率劣化および色ムラ現象
に対しては対策がされていない。

【００１２】したがって、プリズム硝材自体のみの複屈
折現象は低減はされてはいるが、ＰＢＳやダイクロプリ
ズム全体の複屈折現象の低減効果は不十分である。さら
に、角度特性による光利用効率低下、消光比低下の対策
がされていないので、明るさ、色ムラ及びコントラスト
とも不十分な傾向にある。

【００１３】さらにＰＢ膜を設ける境界面が限定されて
おり、2種類以上の誘電体多層膜、例えばＰＢ膜と調整
ＡＲ膜など、を一対として複数層対を施した特性を持つ
ＰＢＳやダイクロイックプリズムの構成が不可能となっ
ている。したがって、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対として
複数層重ねて、偏光純度を高め、画質性能の精度向上を
図ることが不可能になっている。

【００１４】以上より、映像表示装置の明るさおよび画
質の向上という２つの観点からの対応が必要となってい
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術での課
題事項をまとめると、映像表示装置の明るさおよび画質
上の性能確保を両立する方法が課題であり、明るさおよ
び画質向上に関する事項の対応技術が、それぞれ課題と
なっている。すなわち、明るさ確保とコントラスト向上
および色ムラ低減のために、ＰＢＳの光効率向上およ
び、さらなる複屈折低減等が課題となっている。

【００１６】本発明では、上記した従来技術での課題事
項に関して、明るさおよび画質確保とともに高精度小型
化できる表示技術の提供が目的である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】光学素子を、誘電体多層
膜と、硝材、光学プラスチックあるいは透過液体で構成
される第１の光学部材と、第２の光学部材と、第３の光
学部材と、該光学部材どうしを保持する保持手段とを備
えて構成され、前記誘電体多層膜を、該第１の光学部
材、該第２の光学部材、該第３の光学部材の少なくとも
いづれかに設け、該誘電体多層膜を、該第１の光学部材
と該第２の光学部材の間と、第２の光学部材と第３の光
学部材の間のいずれか一方または両方に介在させ、少な
くとも１つ以上の第２の光学部材は第１の光学部材と第
３の光学部材との間に介在させた構成とする。かかる構
成により第２の光学部材の介在によりＰＢＳや色分離プ
リズムの硝材の歪みを低減でき、また温度変化に伴う画
質上の色ムラやコントラスト特性の変化を低減できる。

【００１８】また、前記第１の光学部材と第３の光学部
材を、入出射される特定波長の光に対し、その光弾性定
数の絶対値が1.５×10^-8ｃｍ²／Ｎ以下の部材から構成
する。

【００１９】また、前記第２の光学部材を、入出射され
る特定波長の光に対し、その光弾性定数の絶対値が1.５
×10^-8ｃｍ²／Ｎより大きな部材から構成する。

【００２０】また、前記第２の光学部材を、エチレング
リコール、グリセリンあるいはその混合物などの液体、
ゲル状液体もしくは軟性体の透過光学部材から構成す
る。

【００２１】また、前記第２の光学部材を、入出射され
る特定波長の光に対し、その屈折率の絶対値が１.３よ
り大きな、ゲル状液体もしくは軟性体の透過光学部材か
ら構成する。

【００２２】さらに、前記誘電体多層膜を、入射される
特定波長帯域の光に対し、そのＰ偏光光の透過効率ある
いは反射効率およびＳ偏光光の透過効率あるいは反射効
率、あるいは円偏光光に対する透過効率あるいは反射効
率が、ピーク値をとるように、限定波長域専用の誘電体
多層膜付けを施した構成とする。

【００２３】これにより、ＰＢＳプリズム自体の硝材に
よる消光比が良くなり、かつ第２の光学部材を応力低減
する方向に挟み込むことで、接着面やＰＢ膜面、調整Ａ
Ｒ膜面に発生する応力歪みを低減可能とする効果があ
る。例えば、誘電体多層膜を数個の界面にまたがって設
け、それぞれの膜層数、膜厚を低減し、応力を抑える効
果がある。さらに、誘電体多層膜を少なくとも２面以上
設けることが可能で、偏光分離による検光効率や色分離
効率を向上できる。

【００２４】さらには、第２の光学部材は、入出射され
る特定波長の光に対し、その光弾性定数の絶対値が1.5
×10^-8ｃｍ²／Ｎより大きな光学部材であっても、薄い
光学部材であれば、温度上昇による内部応力歪みの発生
を低減することが可能であり、重量が重く、コスト高な
光弾性定数の小さな硝材等をわざわざ光学部材２に設け
なくても所定の性能を確保し、複屈折現象を低減でき
る。この構成により、光学部材２のコストと重量および
加工時の歩止りおよび精度向上の効果がある。

【００２５】また、第２の光学部材は、例えばエチレン
グリコールあるいはグリセリンあるいはその混合など
の、液体もしくはゲル状液体もしくは軟性体である透過
光学部材とすることにより、第２の光学部材を応力低減
する方向に挟み込むことで、接着面やＰＢ膜面、調整Ａ
Ｒ膜面に発生する応力歪みを低減可能となる効果があ
る。

【００２６】さらには、第２の光学部材を、入出射され
る特定波長の光に対し、その屈折率の絶対値が1.3より
大きな、液体もしくはゲル状液体もしくは軟性体である
透過光学部材からなる構成とすることにより、光学部材
２自体の光学性能が硝材と近い特性となるので、ＰＢ膜
や色分離膜の高効率な光学性能を維持し、なおかつ、接
着面やＰＢ膜面、調整ＡＲ膜面に発生する応力歪みを低
減可能となる効果がある。

【００２７】さらに、光源ユニットに本発明の光学素子
を搭載することで、従来不十分であった角度特性による
光利用効率、消光比、明るさ、色ムラ及びコントラスト
を向上できる。例えば、2種類以上の誘電体多層膜、Ｐ
Ｂ膜と調整ＡＲ膜など、を一対として複数層対を施した
特性を持つＰＢＳやダイクロイックプリズムの構成が可
能となり、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対として複数層重ね
て、偏光純度を高め、画質性能の精度向上が可能にな
る。

【００２８】また、上記光源ユニットを表示装置に搭載
することで、従来実現できなかった、明るさとコントラ
スト性能の両立化を達成できる。

【００２９】さらには、誘電体多層膜を、上記構成とす
ることにより、高精度な光学性能を維持可能で、角度特
性あるいは、光利用効率あるいは検光効率、複屈折低減
を用意に達成することが可能となる。

【００３０】さらには、膜単体の精度を向上させ、一面
あたりの膜層数を低減もしくは、高精度に膜付け可能と
なり、上記光学性能をさらに高精度化することができ
る。

【００３１】一方、第２の光学部材の対角方向の寸法を
第１の光学部材あるいは第３の光学部材よりも大きくし
た構成とすることで、これらの光学素子を筐体に溝等を
設け、これに該第２の光学部材のはみだした部分を支持
させることで、これらの光学素子の保持を容易にするこ
とが可能となる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００３３】図１は、本発明における投射型液晶表示装
置の一実施例の光学構成図である。図１の実施例は、液
晶ライトバルブとして反射型液晶表示素子２をいわゆる
色の３原色のＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３
色に対応して合計３枚用いた３板式投射型表示装置を示
している。

【００３４】図１において、投射型液晶表示装置には、
光源１があり、光源１は、超高圧水銀ランプ、メタルハ
ライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、
ハロゲンランプ等の白色ランプである。光源１は、円形
ないし多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射面
鏡５と、この光源１から出される光はライトバルブ素子
である液晶表示素子２を通過して投射レンズ３に向か
い、スクリーン４へ投影される。

【００３５】光源１の電球から放射される光は楕円面ま
たは放物面または非球面のリフレクタ５にて集光され、
この反射面鏡リフレクタ５の出射開口と略同等サイズの
矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、
ランプユニットから出射した光を集光して、複数の２次
光源像を形成するための第一のアレイレンズ６に入射
し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複
数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶
表示素子２に第一のアレイレンズ６の個々のレンズ像を
結像させる第二のアレイレンズ７を通過する。この出射
光は第二のアレイレンズ７の各々のレンズ光軸の横方向
のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の
略１／２サイズの菱形プリズムの列へ入射する。このプ
リズム面には偏光ビームスプリッター８の膜付けが施さ
れており、入射光は、この偏光ビームスプリッター８に
てＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、その
まま偏光ビームスプリッタ−８内を直行し、このプリズ
ムの出射面に設けられたλ／２位相差板９により、偏光
方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射され
る。一方、Ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッター８によ
り反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向
にもう一度反射してからＳ偏光光として出射される。出
射光はコンデンサレンズ１０に入射する。

【００３６】従来の反射型液晶表示素子を用いた投射型
液晶表示装置では入射偏光板と反射液晶表示素子の組合
せにより、一方向の偏光光しか反射しないため反射光量
が約半分になっていた。しかし、偏光ビームスプリッタ
ー８を用いるため、光源１から出射するランダムな偏光
光の偏光方向を揃えて反射型液晶表示素子２に入射する
ため、理想的には従来の投射型液晶表示装置の２倍の明
るさが得られる。

【００３７】また、アレイレンズ６、７は、各レンズセ
ルの個々の像が液晶表示素子２に重なり、均一な画質が
得られる作用を有する。

【００３８】コンデンサレンズ１０は、少なくとも1枚
以上の構成であり、正の屈折力を有し、このＳ偏光光を
さらに集光させる作用を持ち、このコンデンサレンズ１
０を通過した光は反射ミラ−１１、１２により光軸方向
を所定方向９０°変換される。その後、光は各色ＲＧＢ
３枚の反射型液晶表示素子２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを照射する
ために、色分離ミラー１３あるいは図示していないが、
色分離プリズムにより、Ｇ光とＲ、Ｂ光とに2分割さ
れ、それぞれの色専用の偏光変換素子であるＰＢＳ１６
Ｇ，１６ＲＢに入射する。すなわち、Ｇ光は、本発明で
あるＧ専用ＰＢＳ１６Ｇに入射、その後Ｓ偏光光なので
Ｇ専用反射型液晶表示素子２Ｇ側へ反射され、このパネ
ルを照射する。また、Ｂ光とＲ光はＢ−Ｒ光専用偏光板
１４を通過し、本発明であるＲ−Ｂ専用ＰＢＳ１６ＲＢ
に入射、その後特定波長域のみ偏光方向を変換する特定
波長選択波長板１７を通過してＢ光あるいはＲ光のどち
らかの偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、例え
ば、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、Ｒ−Ｂ専
用ＰＢＳ１６ＲＢを通過してＢ専用反射型液晶表示素子
２Ｂを照射する。一方、Ｒ光はＳ偏光光なのでＲ−Ｂ専
用ＰＢＳ１６ＲＢにて反射された後、Ｒ専用反射型液晶
表示素子２Ｒを照射する。もちろん、上記例はひとつの
具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、
ＲがＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもとも
との照明系の偏光光がＰ偏光であり、ＲＧＢの一つの色
がＳ偏光光に変換され、残りの二色がＰ偏光光となる場
合も構成としては成り立つ。また、各色専用の反射型液
晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂの入射側にはＳ偏光光を透
過するＲＢ専用入射偏光板１４およびＧ専用入射偏光板
１５を配置し、各色の偏光度およびまたは色純度を高め
ることも可能である。その後、各色専用の反射型映像表
示素子２で偏光を変換され、光は再び各色専用ＰＢＳ１
５、１６に入射し，Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透
過する。

【００３９】この反射型映像表示素子２は、表示する画
素に対応する（例えば横１０２４画素縦７６８画素各３
色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部よ
り駆動される信号に従って、液晶表示素子２の各画素の
偏光角度が変わり、最終的に入射の偏光方向と直交方向
になった光が出射され、偏光方向の一致した光がＰＢＳ
２により検光される。この途中の角度の偏光を持った光
は、ＰＢＳ２の偏光度との関係でＰＢＳを通る光の量と
検光される量とが決まる。このようにして、外部より入
力する信号に従った画像を投影する。この時、本発明の
Ｇ専用ＰＢＳ１６ＧとＲ−Ｂ専用ＰＢＳ１６ＲＢである
偏光変換素子は、反射型映像表示素子２Ｒ，２Ｇ、２Ｂ
が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であ
り、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。しか
しＰＢＳの偏光度および消光比である検光効率が従来ど
うりであれば、わずかに漏れたあるいは乱れた偏光光が
ＰＢＳを通過して出射側の色合成ミラー１９あるいは色
合成プリズムを通過して投射レンズ２０側へ照射され、
黒表示時に僅かの明るさをスクリーン上にて検知する。
これによりコントラスト性能が低下し、従来問題となっ
ていた。従って、本発明により、光学部材２２の介在に
よりＰＢＳや色合成プリズムの硝材や貼り合せ部の歪み
および温度変化による歪みを吸収し、プリズム本体の歪
みを低減できる。これにより温度変化に伴う画質上の色
ムラやコントラスト特性の変化を低減できるという効果
がある。また、光学部材２２を応力低減する方向に隣接
して設けることで、接着面やＰＢ膜面、調整ＡＲ膜面に
発生する応力歪みを低減可能とする効果がある。例え
ば、誘電体多層膜を数個の界面にまたがって設け、それ
ぞれの膜層数、膜厚を低減し、応力を抑える効果があ
る。さらに、誘電体多層膜を少なくとも２面以上設ける
ことが可能で、偏光分離による検光効率や色分離効率を
向上できる。また、2種類以上の誘電体多層膜、ＰＢ膜
と調整ＡＲ膜など、を一対として複数層対を施した特性
を持つＰＢＳやダイクロイックプリズムの構成が可能と
なり、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対として複数層重ねて、
偏光純度を高め、画質性能の精度向上が可能になった。
したがって、従来不十分であった角度特性による光利用
効率、消光比、明るさ、色ムラ及びコントラストが向上
できる。

【００４０】当然ながら、偏光変換素子および色分離合
成プリズムを構成する誘電体多層膜は、これに入射され
る特定波長帯域の光に対し、そのＰ偏光光の透過効率あ
るいは反射効率およびＳ偏光光の透過効率あるいは反射
効率、あるいは円偏光光に対する透過効率あるいは反射
効率が、ピーク値をとるように、限定波長域専用の誘電
体多層膜付けを施した構成、たとえば５００ｎｍ近傍か
ら６００ｎｍ近傍迄の波長帯域のＧ光専用の誘電体多層
膜付けを施したＧ専用ＰＢＳ１６Ｇ、４００ｎｍ近傍か
ら５００ｎｍ近傍迄と、６００ｎｍ近傍から７００ｎｍ
近傍迄の2つ以上の波長帯域でのＲ光およびＢ光専用の
誘電体多層膜付けを施したＲ−Ｂ専用ＰＢＳ １６ＲＢ
を用いることにより、誘電体多層膜の膜付けが容易とな
り、かつ透過効率および反射効率、さらには上記検光効
率も従来よりも向上する。このため、高精度な色再現性
と高輝度および高効率コントラストの両立化を実現した
反射型液晶表示装置を提供できる。

【００４１】その後、映像であるＲＧＢ各色の光はダイ
クロイックミラー１９あるいは図示していないがダイク
ロイックプリズムにより、再び色合成されて、光は、例
えばズームレンズであるような投射手段２０を通過し、
スクリーンに到達する。前記投射手段２０により、反射
型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ，２Ｂに形成された画像は、
スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するも
のである。この３枚の反射型液晶表示素子を用いた反射
型液晶表示装置は、電源２１により、ランプおよびパネ
ル等の駆動を行っている。

【００４２】従って、従来の反射型液晶表示装置では、
少なくとも３つ以上のＰＢＳにてＲＧＢ各色光を検光
し、さらに色合成プリズムで3色を合成してから投射レ
ンズにてスクリーン上へ映像を投射していたので、装置
全体が大形化する傾向にあった。本発明によるＧ専用お
よびＲ−Ｂ専用ＰＢＳを２個用いる構成などは小型化を
達成できるとともに、コントラスト向上により明るさも
向上でき、さらには色ムラ等の性能向上を同時に実現す
ることができる。

【００４３】図２は、本発明による第１番目のプリズム
単体の一実施形態を示す図である。

【００４４】図（ａ）は、本発明の偏光変換素子あるい
は色分離素子あるいは色合成素子を示している。例え
ば、これをプリズム２３とし、光学部材２２をこのプリ
ズム２３と隣接して配置した構成とする。当然、この光
学部材２２とプリズム２３を保持する接着剤等の部材
は、存在するが、この場合は論じない。この時、プリズ
ム２３と光学部材２２の間の接着等による乾燥時の応力
歪みを除去するため、歪みの発生しにくい光学部材や逆
に軟性体を介在することで、プリズム２３本体と、光学
部材２２とプリズム２３の間に設けた誘電体多層膜に及
ぶ応力歪みの影響を軽減できる。もちろんプリズム２３
は、これ自体の複屈折を低減する硝材であってもよい。
例えば光弾性定数の絶対値が１.５×10^-8ｃｍ²／Ｎ以下
の光学部材であっても、所定の光学部材２２を、すなわ
ちＰＢ膜や調整ＡＲ膜あるいは色分離膜あるいは色合成
膜の光学性能が成立するように、また、応力歪みや温度
変化による歪みを低減する方向の光学部材２２を選択す
れば本発明は成立することが可能である。もちろんプリ
ズム２３および光学部材２２は、これに変わる光学部材
であって、例えば光学プラスチックや天然石や液体ある
いはゼリー状あるいはゲル状あるいは軟性体であって
も、光学特性を損なわないものであれば、代替え可能で
ある。また、誘電体多層膜を数個の界面にまたがって設
け、本実施例では2個所の界面が存在するが、それぞれ
の膜層数、膜厚を低減し、応力を抑える効果がある。さ
らに、誘電体多層膜を少なくとも２面以上設けることが
可能で、偏光分離による検光効率や色分離効率を向上で
きる。また、２種類以上の誘電体多層膜、ＰＢ膜と調整
ＡＲ膜など、を一対として複数層対を施した特性を持つ
ＰＢＳやダイクロイックプリズムの構成が可能となり、
ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対として複数層重ねて、偏光純
度を高め、画質性能の精度向上が可能になった。光学部
材２２は、少なくとも１つ以上で構成されており、プリ
ズム２３の間に光学部材２２を数層組み合わせた構成も
可能である。

【００４５】これにより、従来不十分であった角度特性
による光利用効率、また、応力に起因する消光比、明る
さ、色ムラ及びコントラストが向上できる。

【００４６】一方、図（ｂ）は、光学部材２２の対角方
向の寸法をプリズム２３よりも大きくした構成である偏
光変換素子または色分離合成素子の実施例である。

【００４７】すなわち、光学部材２２を光線の通過する
有効範囲外にも延長し、例えば、光学部材２２が板物の
場合は、板長さを有効範囲よりも長くすし、この延長部
分にて光学素子を保持するようにする。

【００４８】本発明の構成により、光学素子を筐体２４
に溝等を設け、これに光学部材２２のはみだした部分を
支持させることで、光学素子の保持および位置決めを容
易にし、量産時における組み付け時間を短縮、さらに投
射型映像表示装置全体のコスト低減も可能となる。

【００４９】図３は、本発明による第２番目のプリズム
単体の一実施形態を示す図である。

【００５０】図（ａ）はプリズム２３に隣接して光学部
材２２を設け、この光学部材２２の反対側の面に隣接し
て、前記とは別のプリズム２３を配置した構成である。
この時互いの隣接部は、ＵＶ効果接着剤や熱硬化接着剤
等の保持部材２６を介在して、お互いに接合もしくは互
いの位置が動かないように保持している構成となってい
る。この時誘電体多層膜２５は、片方のプリズム２３と
光学部材２２との間のみに介在させ、この誘電体多層膜
２５は、例えばＰＢＳ用のＰＢ膜を示すとすると、この
場合は、プリズム２３に設けている実施例である。この
時調整ＡＲは光学部材２２側に設けることになる。本発
明により、接着剤の硬化によるプリズム２３自体の応力
歪みや誘電体多層膜２５自体の応力歪み、また温度変化
による歪みに対し、光学部材２２と接着層との間にて歪
みを吸収することで、歪み量を低減する効果がある。こ
れにより、プリズム２３や誘電体多層膜２５のそれぞれ
の光学特性劣化を低減することが可能となる。

【００５１】同図（ｂ）は、プリズム２３と光学部材２
２の間に誘電体多層膜２５、２７を設けた構成であり、
本実施例では、両側のプリズム２３の界面に膜付けを行
っている構成である。かかる構成により、誘電体多層膜
を数個の界面にまたがって設け、本実施例では2個所の
界面が存在するが、それぞれの膜層数、膜厚を低減し、
応力を抑える効果がある。さらに、誘電体多層膜を少な
くとも２面以上設けることが可能で、偏光分離による検
光効率や色分離効率を向上できる。また、2種類以上の
誘電体多層膜、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜など、を一対として
複数層対を施した特性を持つＰＢＳやダイクロイックプ
リズムの構成が可能となり、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対
として複数層重ねて、偏光純度を高め、画質性能の精度
向上が可能になる。

【００５２】同図（ｃ）は、誘電体多層膜２５を、片方
のプリズム２３と光学部材２２との間のみに介在させ、
この誘電体多層膜２５は、例えばＰＢＳ用のＰＢ膜を示
すとすると、この場合は、光学部材２２に設けている実
施例である。この時調整ＡＲはプリズム２３側に設ける
ことになる。本発明により、接着剤の硬化によるプリズ
ム２３自体の応力歪みや誘電体多層膜２５自体の応力歪
み、また温度変化による歪み低減し、プリズム２３や誘
電体多層膜２５のそれぞれの光学特性劣化を低減するこ
とが可能となる。

【００５３】同図（ｄ）は、プリズム２３と光学部材２
２の間に誘電体多層膜２５、２７を設けた構成であり、
本実施例では、光学部材２２の両側の界面に膜付けを行
っている構成である。かかる構成により、誘電体多層膜
を数個の界面にまたがって設け、本実施例では2個所の
界面が存在するが、それぞれの膜層数、膜厚を低減し、
応力を抑える効果がある。さらに、誘電体多層膜を少な
くとも２面以上設けることが可能で、偏光分離による検
光効率や色分離効率を向上できる。また、2種類以上の
誘電体多層膜、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜など、を一対として
複数層対を施した特性を持つＰＢＳやダイクロイックプ
リズムの構成が可能となり、ＰＢ膜と調整ＡＲ膜を一対
として複数層重ねて、偏光純度を高め、画質性能の精度
向上が可能になる。

【００５４】図４は、本発明による第３番目のプリズム
単体の一実施形態を示す図である。

【００５５】同図（ａ）はプリズム２３に隣接して光学
部材２２を設け、この光学部材２２の反対側の面に隣接
して、前記とは別のプリズム２３を配置した構成であ
る。この時互いの隣接部は、ＵＶ効果接着剤や熱硬化接
着剤等の保持部材２８を介在して、お互いに接合もしく
は互いの位置が動かないように保持している構成となっ
ている。この保持部材２８は、例えばスペーサあるいは
膜付けあるいは接着層あるいはオイルシールあるいは吸
着剤等である場合もある。本実施例では、光学部材２２
は、例えばエチレングリコールあるいはグリセリンある
いはその混合などの、液体もしくはゲル状液体もしくは
軟性体である透過光学部材とする。これにより、光学部
材２を応力低減する方向にプリズム２３にて挟み込むこ
とで、接着面やＰＢ膜面、調整ＡＲ膜面に発生する応力
歪みを低減可能となる効果がある。

【００５６】さらには、光学部材２２は、偏光変換素子
およびまたは色分離合成素子に入出射される特定波長の
光に対し、その屈折率の絶対値が1.３より大きな、液体
もしくはゲル状液体もしくは軟性体である透過光学部材
からなる構成とする。

【００５７】これにより、光学部材２２自体の光学性能
が硝材と近い特性となるので、ＰＢ膜や色分離膜の高効
率な光学性能を維持し、なおかつ、接着面やＰＢ膜面、
調整ＡＲ膜面に発生する応力歪みを低減可能となる効果
がある。

【００５８】また、本実施例では、この時誘電体多層膜
２５は、片方のプリズム２３と光学部材２２との間のみ
に介在させ、この誘電体多層膜２５は、例えばＰＢＳ用
のＰＢ膜を示すとすると、この場合は、プリズム２３に
設けている実施例である。本発明により、接着剤の硬化
によるプリズム２３自体の応力歪みや誘電体多層膜２５
自体の応力歪みは無く、また温度変化による歪みに対
し、光学部材２２にて歪みを吸収することで、歪み量を
低減する効果がある。これにより、プリズム２３や誘電
体多層膜２５のそれぞれの光学特性劣化を低減すること
が可能となった。

【００５９】同図（ｂ）は、（ａ）に対してプリズム２
３と光学部材２２の間に誘電体多層膜２５、２７を設け
た構成であり、本実施例では、両側のプリズム２３の界
面に膜付けを行っている構成である。かかる構成によ
り、誘電体多層膜を数個の界面にまたがって設け、本実
施例では2個所の界面が存在するが、それぞれの膜層
数、膜厚を低減し、応力を抑える効果がある。さらに、
誘電体多層膜を少なくとも２面以上設けることが可能
で、偏光分離による検光効率や色分離効率を向上でき
る。また、2種類以上の誘電体多層膜、ＰＢ膜と調整Ａ
Ｒ膜など、を一対として複数層対を施した特性を持つＰ
ＢＳやダイクロイックプリズムの構成が可能となり、Ｐ
Ｂ膜と調整ＡＲ膜を一対として複数層重ねて、偏光純度
を高め、画質性能の精度向上が可能になる。

【００６０】図５は、本発明による第４番目のプリズム
単体の一実施形態を示す図である。

【００６１】本実施例は、色合成プリズム１９すなわち
ダイクロイックプリズムに、本発明の構成を採用したも
のである。これにより、上述と同様の歪み量を低減と膜
付け精度向上による効果により、プリズム自体や誘電体
多層膜のそれぞれの光学特性劣化を低減できる。よっ
て、反射型液晶表示素子２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを用いた投射
型プロジェクタにおいて2個のＰＢＳと投射レンズ側の
ダイクロイックプリズムに本発明の構成を採用すること
で、従来不十分であった角度特性による光利用効率、ま
た、応力に起因する消光比、明るさ、色ムラ及びコント
ラストが向上できる。

【００６２】

【発明の効果】本発明により、角度特性による光利用効
率、また、応力に起因する消光比、明るさ、色ムラ及び
コントラストが向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１番目の一実施形態を示す投射型液
晶表示装置の構成図である。

【図２】本発明の第１番目の一実施形態を示す図であ
る。

【図３】本発明の第２番目の一実施形態を示す図であ
る。

【図４】本発明の第３番目の一実施形態を示す図であ
る。

【図５】本発明の第４番目の一実施形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…光源、 ２Ｇ，２Ｒ，２Ｂ…反射型映像表示素子、 ５…リフレクタ、 ６…第一アレイレンズ、 ７…第二アレイレンズ、 ８…偏光ビームスプリッター、 １０…コンデンサレンズ、 １１…反射ミラー、 １３…ダイクロイックミラー、 １４…入射偏光板、 １６…Ｇ専用ＰＢＳ、Ｒ−Ｂ専用ＰＢＳ、 １７…特定波長選択偏光変換素子、 ２０…投射レンズ、 ２２…光学部材、 ２３…プリズム硝材、 ２５…誘電体多層膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今長谷 太郎 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア開発本 部内 (72)発明者 三好 智浩 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア開発本 部内 Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BA16 BA43 BB62 BC22

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体多層膜と、硝材、光学プラスチック
   あるいは透過液体で構成される第１の光学部材と、第２
   の光学部材と、第３の光学部材と、該光学部材どうしを
   保持する保持手段とを備えて構成され、前記誘電体多層
   膜を、該第１の光学部材、該第２の光学部材、該第３の
   光学部材の少なくともいづれかに設け、該誘電体多層膜
   を、該第１の光学部材と該第２の光学部材の間と、第２
   の光学部材と第３の光学部材の間のいずれか一方または
   両方に介在させ、少なくとも１つ以上の第２の光学部材
   は第１の光学部材と第３の光学部材との間に介在させた
   構成を特徴とする光学素子。
2. 【請求項２】前記第１の光学部材と第３の光学部材は、
   入出射される特定波長の光に対し、その光弾性定数の絶
   対値が１.５×10^-8ｃｍ²／Ｎ以下の部材から成る請求項
   １に記載の光学素子。
3. 【請求項３】前記第２の光学部材は、入出射される特定
   波長の光に対し、その光弾性定数の絶対値が1.5×10^-8
   ｃｍ²／Ｎより大きな部材から成る請求項１または請求
   項２に記載の光学素子。
4. 【請求項４】前記第２の光学部材は、エチレングリコー
   ル、グリセリンあるいはその混合物などの液体、ゲル状
   液体もしくは軟性体の透過光学部材から成る請求項１ま
   たは請求項２に記載の光学素子。
5. 【請求項５】前記第２の光学部材は、入出射される特定
   波長の光に対し、その屈折率の絶対値が１.３より大き
   な、ゲル状液体もしくは軟性体の透過光学部材から成る
   請求項１、２または４に記載の光学素子。
6. 【請求項６】前記誘電体多層膜は、入射される特定波長
   帯域の光に対し、そのＰ偏光光の透過効率あるいは反射
   効率およびＳ偏光光の透過効率あるいは反射効率、ある
   いは円偏光光に対する透過効率あるいは反射効率が、ピ
   ーク値をとるように、限定波長域専用の誘電体多層膜付
   けを施した構成である請求項１に記載の光学素子。
7. 【請求項７】前記誘電体多層膜は、５００ｎｍ近傍から
   ６００ｎｍ近傍迄の波長帯域の光専用の誘電体多層膜、
   または、４００ｎｍ近傍から５００ｎｍ近傍迄と、６０
   ０ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍迄の2つ以上の波長帯域
   の光専用の誘電体多層膜である請求項６に記載の光学素
   子。
8. 【請求項８】請求項１、２、３、４、５、６または７に
   記載の光学素子を用い、光源ユニットの出射光から映像
   信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段の映像
   表示素子と、該映像表示素子の上に光を照射させる照明
   光学系と、該映像表示素子から出射した光を投射する投
   射手段と組み合わせて構成した光学ユニット。
9. 【請求項９】請求項８に記載の光学ユニットを用いて構
   成した表示装置。