JP2001209007A

JP2001209007A - 色分解合成光学系と投射型表示装置

Info

Publication number: JP2001209007A
Application number: JP2000017352A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Suzuki; 鉄二鈴木
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトで、再現性に優れる色分解合成光
学系を提供する。【解決手段】赤色光、緑色光、青色光のうちいずれかで
ある第１色光の偏光波面を他の第２、第３色光の偏光波
波面と異なる偏光波面とする波長選択性位相板と、前記
第１色光を他の前記第２、第３色光と分離射出する偏光
ビームスプリッタと、前記第２色光と前記第３色光を分
離射出するとともに、前記第１色光を排出するダイクロ
イックプリズムとで色分解合成光学系を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は色分解合成光学系に
関し、特に反射型空間光変調素子を用いたカラー投射型
表示装置に応用できる色分解合成光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の三原色であるＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ
（青）それぞれに対応した３枚の空間光変調素子を用い
てカラー画像を形成する投射型表示装置では、白色の照
明光を波長域によってＲＧＢの三つの色光に分解し、各
色光を対応する空間光変調素子に照射するとともに、各
空間光変調素子で所定の変調を受けた変調後のＲＧＢの
各色光を合成して投射光とする、色分解合成光学系が必
要となる。

【０００３】空間光変調素子が透過型である場合は、板
状の空間光変調素子に対し表面から所定の色光の光を入
射すれば、裏面側から変調後の射出光を取り出すことが
できる。即ち、入射光の光路と変調後の光路はもともと
分離されているため、光の分解と合成をそれぞれ独立に
行うことは容易である。

【０００４】これに対し、空間光変調素子が反射型であ
る場合は、変調後の射出光が反射されて光の入射側に戻
ってくるため、照明光と射出光を分離する必要がある。
よって、透過型の場合に較べ、色分解合成光学系の構成
はより複雑なものとなる。

【０００５】色光の分解合成は、例えば、ダイクロイッ
クミラーや、ダイクロイックプリズム、偏光ビームスプ
リッター（ＰＢＳ）等の光学部品を組み合わせて行う。

【０００６】図１３は、本願出願人によって開示された
（特開平３−２８８１２４）従来のカラー投射型表示装
置の色分解合成光学系の構成例を示すものである。この
色分解合成光学系では、白色光源４０１から射出された
光のうちｓ偏光波がＰＢＳ４０２を介して、特殊形状の
プリズム４０３に入射される。Ｂ光とＲ光はプリズムの
Ｂ反射面およびＲ反射面でそれぞれ反射され、プリズム
内での複数の反射を経て各空間光変調素子４０４ａ、４
０４ｃに導かれる。一方、Ｇ光はプリズム内を透過直進
してＧ光用空間光変調素子４０４ｂに導かれる。

【０００７】各空間光変調素子で必要な変調を受けてｓ
偏光波からｐ偏光波となったＲＧＢ各色光は、プリズム
４０３中を往路とほぼ同じ光路を逆にたどりながら合成
されＰＢＳ４０２を透過直進して投射レンズ４０５側に
射出される。

【０００８】図１４は、本願出願人により開示された
（特開平１１−１４９４３）別の従来例であるカラー投
射型表示装置の色分解光学系の構成を示す。図１４
（Ａ）は平面構成図、図１４（Ｂ）は側面構成図、図１
４（Ｃ）は背面構成図である。この色分解光学系では、
空間光変調素子に入射する照明光の往路と空間光変調素
子で変調された光の復路とを分離するため２階建て構造
にしている。白色光源５０１より射出された光は、上段
に設けられた複数のダイクロイックミラー５０２、５０
５、５０７によってＲＧＢの各色光に分解された後、各
ミラー５０６Ｒ、５０６Ｇ、５０６Ｂで下段に導かれ、
それぞれ各偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５０９Ｒ、
５０９Ｇ、５０９Ｂを介して各空間光変調素子５１０
Ｒ、５１０Ｇ、５１０Ｂに照射される。各空間光変調素
子で変調を受けた光は、再びＰＢＳ５０９Ｒ、５０９
Ｇ、５０９Ｂを介して交叉型ダイクロイックプリズム５
１１で合成され、投射光学系５１２に射出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１３に示した従来の
色分解合成光学系は、部品点数も少なく構成がシンプル
であるが、プリズム４０３内で、複数の反射が繰り返さ
れるため、空間光変調素子から投射レンズまでの実質的
な光路であるいわゆる投射レンズのバックフォーカスが
長い。バックフォーカスが長いと、レンズの結像精度が
落ちるため、必要な投射レンズの数も増えレンズコスト
はかさむ。

【００１０】また、この従来例では、空間光変調素子へ
の照明光と射出光にあたる光の往路と復路で同じプリズ
ム４０３を用いて、照明光の色分解と変調後の色合成を
行っているが、プリズムの反射特性は光の偏光軸が異な
れば微妙に変化するため、色分解時と色合成時で反射の
帯域にずれが生じる。よって、Ｒ光とＧ光、またはＧ光
とＢ光のように隣接する波長帯域間で、ＲＧＢ各帯域の
カットオフ波長のずれにより混色が生じやすい。

【００１１】なお、上述のような斜面傾斜度が小さい特
殊なプリズム４０３の代わりに、一般的に使用されてい
る４５度の傾斜面を持つダイクロイックミラーやダイク
ロイックプリズムを往路と復路で用いる場合は、光の入
射角のずれによるＲＧＢ各帯域のカットオフ波長の変動
はさらに大きいため混色の問題はより深刻になる。

【００１２】図１４に示す従来例の色分解合成光学系で
は、空間光変調素子に入射する光の往路と空間光変調素
子で変調された光の復路とをほぼ完全に分離しているた
め上述の従来例における色分解時と合成時の光学特性ず
れによる混色の問題は解決できる。しかし、多くのガラ
スブロックからなるプリズムやミラーの使用が必要であ
るため装置が大型化し、構成も複雑で、重量も重く、コ
ストもかさむ。

【００１３】上述の課題に鑑み、本発明の目的は、より
簡易な構成で混色が少なく、高いコントラストを持つ投
射光を得ることのできる色分解合成光学系とこれを用い
た投射型表示装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の色分解合成光学
系の特徴は、白色照明光を赤色光、緑色光、青色光の三
原色光に分解し、各色光をそれぞれ対応する空間光変調
素子に照射するとともに、該空間光変調素子で必要な変
調を受けた赤色光、緑色光、青色光を合成する色分解合
成光学系であり、赤色光、緑色光、青色光のうちいずれ
かである第１色光の偏光波面を他の第２、第３色光の偏
光波波面と異なる偏光波面とする波長選択性位相板と、
前記第１色光を他の前記第２、第３色光と分離射出する
偏光ビームスプリッタと、前記第２色光と前記第３色光
を分離射出するとともに、前記第１色光帯域の光を排出
する波長分離手段とを有する。

【００１５】上記第１の特徴を有する色分解合成光学系
によれば、白色光を赤色光、緑色光、青色光の三原色に
分解する際に、偏光ビームスプリッタで十分に分離射出
できなかった第１色光を、波長分離手段で排出すること
ができる。よって、第２、第３色光中への第１色光の混
色を抑制できる。また、入射角依存性が少ない波長選択
性位相板と偏光ビームスプリッタを組み合わせて色光の
分離を行うため、コーンアングルの大きい照射光に対し
ても良好な色分離ができる。

【００１６】なお、上述する第１の特徴を有する色分解
合成光学系において、前記波長分離手段が、反射波長帯
域の異なる第１反射面と、第２反射面とを有し、前記各
反射面が第１色光を透過するダイクロイックプリズムで
あってもよい。

【００１７】この場合は、例えば、第１反射面で第２色
光を、第２反射面で第３色光を反射分離することができ
る。

【００１８】また、前記波長分離手段は、分離された前
記第２色光と前記第３色光を各色光の空間光変調素子に
照射するとともに、該空間光変調素子で必要な変調を受
けた前記第２色光と前記第３色光とを合成射出し、前記
偏光ビームスプリッタは、前記第１色光を対応する第１
空間光変調素子に照射するとともに、該第１空間光変調
素子で必要な変調を受けた第１色光と、該波長分離手段
によって合成射出された前記第２、第３色光とを合成射
出するものであってもよい。

【００１９】上記特徴によれば、偏光ビームスプリッタ
を、色光の分離手段として用いるとともに、空間光変調
素子で必要な変調を加えられた色光の合成手段としても
用いる。ひとつの光学部品に複数の機能を持たせること
により、必要な光学部品の数を削減し、軽量でコンパク
トな光分解光学系を提供することができる。また、各色
光の合成射出に際して偏光ビームスプリッタを用いるこ
とにより、ｐ偏光波とｓ偏光波を選択分離し、各色光に
含まれた不要な偏光成分を取り除き、より高いコントラ
ストを得ることができる。

【００２０】なお、上記色分解合成光学系において、第
１色光を緑色光としてもよい。この場合は、第２色光と
第３色光が、波長帯域が離れた赤色光と青色光となるた
め、色光分離が容易になる。

【００２１】なお、上述する色分解合成光学系におい
て、１／４波長板を各空間光変調素子の手前に配置して
もよい。この場合は、各色光の偏光状態を補正し、より
高いコントラスト比を得ることができる。

【００２２】また、上記色分解合成光学系において、さ
らに、第１、第２、第３色光の各波長帯域境界の光を吸
収もしくは反射し、それ以外の波長域の光を透過するカ
ットフィルターを備えてもよい。例えば、偏光ビームス
プリッタで合成射出された第１、第２、第３色光を上記
カットフィルターを介して射出すれば、混色を抑制し、
コントラストの高い投射光を得ることができる。

【００２３】なお、上述するいずれかの特徴を有する色
分解合成光学系を、赤色光、緑色光、青色光各色光用の
反射型の空間光変調素子と組合わせ、さらに、照明光学
系と投射光学系とを備えれば、コンパクトでコントラス
ト比の高い投射映像を有する投射型表示装置を提供でき
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらＲＧＢ
各色光専用の３枚の反射型の空間光変調素子を用いた投
射型表示装置に使用する色分解合成光学系の実施の形態
について説明する。

【００２５】（第１の実施の形態）まず、図１〜図６を
参照して、第１の実施の形態について説明する。

【００２６】図１は、第１の実施の形態に係る色分解合
成光学系の構成例を示す図である。光学系を構成する主
なブロック状の光学部品は、偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）３１とダイクロイックプリズム４１のみであり、
図１４に示した従来の色分解合成光学系に比較し、使用
するガラスブロックの数は大幅に削減されている。

【００２７】この色分解合成光学系では、まず、波長選
択性位相板２１とＰＢＳ３１を用いてＧ光を分離し、次
にダイクロイックプリズム４１を用いてＢ光とＲ光を分
離し、各色光を専用の反射型空間光変調素子に照射して
いる。各空間光変調素子で変調された光は、再びＰＢＳ
３１に戻りここで合成されて投射光として射出される。

【００２８】第１の実施の形態における色分解合成光学
系によれば、ＰＢＳ３１で分離しきれなかったＧ光の一
部（漏れ光）を、ダイクロイックプリズム４１でＢ光と
Ｒ光とを反射分離する際に、不要光として外部に射出す
る。よって、Ｒ光、Ｂ光中へのＧ光の混色を防止し、コ
ントラストの高い投射光を得ることができる。

【００２９】ここで、波長選択性位相板２１は、所定の
波長域の光の位相のみを変調する特性を有する光学部品
であり、例えば、数枚から数十枚の位相フィルムを少し
ずつ偏光軸をずらして積層した積層位相板（米国特許番
号５７５１３８４）や、二枚のガラス板に液晶層を挟ん
で構成したもの等を用いることができる。波長選択性位
相板は、位相変調を起こす境界波長であるカットオフ波
長が入射角に対して安定であるため、照明光がコーンア
ングルを持つ場合にも安定した光学特性を得ることがで
きる。

【００３０】偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３１と
は、偏光方向によって光の進行方向を分離する光学部品
であり、例えば、斜面に多層薄膜を蒸着した２個のプリ
ズムを接合材で接合したものである。一般には、多層薄
膜斜面で直線偏光のうちｓ偏光波（水平偏光波）のみを
反射し、ｐ偏光波（垂直偏光波）を透過する。

【００３１】図２（ａ）、図２（ｂ）は、ＰＢＳ３１の
多層薄膜斜面におけるｐ偏光波の透過率およびｓ偏光波
の反射率の波長依存性を示すものである。ｐ偏光波であ
るＲ光、Ｂ光はＰＢＳ３１の多層薄膜斜面を透過し、ｓ
偏光波であるＧ光は多層薄膜斜面で反射される。

【００３２】ダイクロイックプリズム４１は、特定の波
長域の光のみを反射分離するダイクロイック面を備えた
プリズムである。プリズムの形状は特に限定されない。
ダイクロイック面の角度は、所定方向に特定の色光を分
離反射するための適切な角度が採られる。ここで用いる
ダイクロイックプリズム４１は、Ｂ光反射面、Ｒ光反射
面の独立する二つのダイクロイック面を有する。各反射
面の反射特性は図３（ａ）、図３（ｂ）に示す。同図に
示すように、Ｂ光反射面では、約４９０ｎｍ以下の波長
光が反射され、Ｒ光反射面では、約６００ｎｍ以上の波
長光が反射される。また、各色光が入射もしくは射出す
るプリズム面は、反射光の発生を抑制するため、光の入
射角が９０度になるように面角度が決められている。

【００３３】なお、反射型の空間光変調素子５１Ｒ〜５
１Ｂとしては例えば駆動回路となるＭＯＳＩＣを形成し
たシリコン基板上にＡｌ等で光の反射面となる画素電極
を形成し、これを面状の透明電極を形成した透明ガラス
基板と所定ギャップで対向配置し、このギャップに液晶
を注入封止したものを使用できる。

【００３４】以下、より具体的に、光の進路を追いなが
ら、図１に示す色分解合成光学系について説明する。

【００３５】図１に示すように、白色照明光は、予め偏
光板１１より偏光波面をｐ偏光波に揃えた状態で入射さ
れる。入射光は、まず、進行方向に垂直に配置された波
長選択性位相板２１を透過する。このとき、Ｇ光は１／
２波長位相変調され、ｓ偏光波として射出される。Ｂ
光、Ｒ光はそのままｐ偏光波として透過する。

【００３６】次に、これらの光はＰＢＳ３１に入射す
る。ｓ偏光波であるＧ光は多層薄膜斜面で反射され、ｐ
偏光波であるＢ光とＲ光は多層薄膜斜面をそのまま透過
直進する。こうして、まずＧ光が分離射出される。しか
し、図２（ａ）、図２（ｂ）に示したように、カットオ
フ波長付近でのＰＢＳ３１の反射透過特性は必ずしも急
峻な特性変化とはならない。また、図２（ｂ）に示すよ
うに、ＰＢＳ３１でのｓ偏光波の反射率は１００％では
ないため、Ｇ光の一部はＢ光、Ｒ光とともに透過されて
しまう。

【００３７】多層薄膜斜面で反射されたＧ光は、光の進
行先に置かれたＧ用空間光変調素子５１Ｇに照射され、
そこで映像信号に応じた変調を受ける。変調後の戻り光
であるＧ光はｐ偏光波であるため、ＰＢＳ３１の多層薄
膜斜面をそのまま透過直進して投射光となる。なお、Ｇ
用空間光変調素子５１Ｇは、他のＲ用空間光変調素子５
１ＲやＢ用空間光変調素子５１Ｂと投射レンズ系までの
距離がほぼ等しくなる位置に配置する。

【００３８】一方、ＰＢＳ３１を透過直進したＲ光とＢ
光は、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す反射特性を有する
ダイクロイックプリズム４１のＲ光反射面でまずＲ光が
反射され、次にＢ光反射面でＢ光が反射される。このと
き、Ｂ光、Ｒ光とともにＰＢＳ３１を透過直進してきた
Ｇ光帯域の漏れ光は、どちらの反射面においても反射さ
れず、ダイクロイックプリズム４１を透過し外部に排出
され、不要光としてトリミングされる。この不要光とし
ては、各色光帯域の境界領域の光ばかりでなく、波長選
択性位相板２１でｓ偏光波に変換しきれなかったＧ光
や、ｓ偏光波に変換されたもののＰＢＳ３１によって反
射されえなかったＧ光等も含まれる。

【００３９】ダイクロイックプリズム４１で反射された
各色光は、反射光の進行先に置かれた各空間光変調素子
５１Ｒ、５１Ｂに照射され、そこで映像信号に応じた変
調を受けて戻り光となる。変調され、ｓ偏光波となった
Ｒ光、Ｂ光は、ダイクロイックプリズム４１の各反射面
で再度反射され、ほぼ往路と同じ経路でＰＢＳ３１に戻
り、多層薄膜斜面で反射される。このとき、他方から直
進してきたＧ光と合成され、投射光となる。

【００４０】なお、Ｂ光反射面のみあるいはＲ光反射面
のみを有するダイクロイックプリズムを用いても、Ｒ光
とＢ光を分離することは可能である。しかし、この場合
は、上述するような不要光はＢ光帯域の光もしくはＲ光
帯域の光に混入され、不要光のトリミング効果を得るこ
とはできない。

【００４１】なお、図１中に示すように、各空間光変調
素子の手前に１／４波長板６１Ｒ、６１Ｂ、６１Ｇをそ
れぞれ配置すれば、１／４波長板をその面内で回転さ
せ、もっとも黒が沈む位置に合わせて固定することで、
光束がこの１／４波長板を往復する間に直線偏光からず
れた成分を補正するので、浮いた黒を沈めて、より高い
コントラスト比を得ることが出来る。

【００４２】図４は、図１に示す色分解合成光学系１４
１を用いた投射型表示装置の構成例を示すものである。
色分解合成光学系１４１の手前には、メタルハライドラ
ンプ等の高出力の白色光源と照明光を空間光変調素子面
に均一に照射するためのインテグレータレンズを含む照
明光学系１１１と照明光学系１１１より射出された光を
必要に応じて偏光面を揃えるための偏光板１３１と、各
空間光変調素子に照射光を結像させるためのレンズ１２
１等を配置する。また、空間光変調素子を射出し、色分
解合成光学系１４１により合成された射出光をスクリー
ンに結像するための投射光学系１５１を備える。

【００４３】コンパクトな色分解合成光学系１４１を用
いることにより、投射型表示装置全体をコンパクトで低
価格なものにすることができる。また、上記色分解合成
光学系１４１では、各空間光変調素子から投射光学系ま
での光路長が比較的短く、いわゆるバックフォーカスが
短い。このため、投射レンズ系への負担が少なくレンズ
口径を小さくしたり、使用するレンズ枚数を減らすこと
ができる。この結果、組み合わせる投射レンズ系を小型
化、低コスト化することも可能となる。

【００４４】図５は、図１に示した色分解合成光学系の
構成に加えて、投射系レンズの手前に、カットフィルタ
ー７１を備えたものである。このカットフィルター７１
は、図６に示す透過特性を備えるものである。即ち、Ｒ
色、Ｇ色、Ｂ色の各色光の境界領域となる４９０ｎｍま
たは５８０ｎｍ付近の光を反射もしくは吸収する。よっ
て、混色が生じるおそれのある波長域の光をカットする
ことにより、色光の分離特性を向上させ、より高いコン
トラストを有する投射映像光を得ることができる。

【００４５】上述するように、第１の実施の形態に係る
色分解合成光学系は、従来の投射型表示装置に使用され
たものに較べ、光学部品の点数も少ないばかりでなく、
混色も起こりにくいとともにコントラストの高い投射映
像を得ることができる。よって、低コスト化とコンパク
ト化を可能にするとともに、あわせて高いコントラスト
比を持つ投射光を得ることができる。

【００４６】（第２の実施の形態）図７に本発明の色分
解合成光学系に係る第２の実施の形態を示す。使用する
光学部品の主なものは第１の実施の形態に係る光分解合
成光学系のものと共通する。第１の実施の形態と異なる
点は、照明光を色分解合成光学系に入射する際に、第１
の実施の形態においてｐ偏光波に揃えていたものをここ
では、偏光板１２を介してｓ偏光波に揃えて入射させて
いる点である。この結果、光学部品の配置が変わるが、
基本的な構成と効果は共通する。

【００４７】即ち、まず、波長選択性位相板２２とＰＢ
Ｓ３２を用いて、Ｇ光を分離し、さらにダイクロイック
プリズム４２を用いてＢ光とＲ光を分離し、各色光を専
用の反射型空間光変調素子に照射する。その後、各空間
光変調素子で変調された光は、再びダイクロイックプリ
ズム４２を介してＰＢＳ３２に戻りここで合成されて投
射光として射出される。第１の実施の形態と同様に、Ｂ
光とＲ光が分離される際、不要光であるＧ光の一部（漏
れ光）を外部に射出できるため、混色がなく、コントラ
ストの高い投射光を得ることができる。

【００４８】図７に示すように、白色照明光は予め偏光
板１２により、入射光をｓ偏光波に揃えた状態で入射さ
れる。まず、進行方向に垂直に配置された波長選択性位
相板２２を介してＧ光は１／２波長位相変調されｐ偏光
波として、Ｂ光、Ｒ光はそのままｓ偏光波としてこれら
の光はＰＢＳ３２に入射される。

【００４９】ＰＢＳ３２の多層薄膜斜面でｓ偏光波であ
るＢ光とＲ光は反射され、ｐ偏光波であるＧ光はそのま
ま透過直進する。多層薄膜斜面を透過直進したＧ光は、
光の進行先に置かれたＧ用空間光変調素子５２Ｇに照射
され、そこで映像信号に応じた変調を受ける。変調され
たＧ光はｓ偏光波としてＰＢＳ３２に戻り、多層薄膜斜
面で反射され、ここで他の色光と合流し投射光となる。

【００５０】一方、波長選択性位相板２２で変調を受け
ずにｓ偏光波としてＰＢＳ３２に入射したＲ光とＢ光
は、ともにＰＢＳ３２の多層薄膜斜面で反射され、ダイ
クロイックプリズム３２に入射する。まずＢ光がダイク
ロイックプリズム３２のＢ反射面で反射され、さらにそ
の先のＲ光反射面でＲ光が反射される。各反射光は、反
射された先に配置された空間光変調素子で必要な変調を
受ける。なお、いずれの反射面でも反射されなかった不
要光は、ダイクロイックプリズム４２を透過し、そのま
ま外部に逃がされる。

【００５１】各空間光変調素子５２Ｒ、５２Ｇ、５２Ｂ
に入射され、そこで映像信号に応じた変調を受け、ｐ偏
光波となった戻り光はＰＢＳ３２を透過し、ここでＧ光
と合流して投射光となる。

【００５２】なお、図７中に示すように、各空間光変調
素子の手前に１／４波長板６２Ｒ、６２Ｂ、６２Ｇを配
置すれば、１／４波長板をその面内で回転させ、もっと
も黒が沈む位置に合わせて固定することで、光束がこの
１／４波長板を往復する間に直線偏光からずれた成分を
補正するので、浮いた黒を沈めて、より高いコントラス
ト比を得ることが出来る。また、図６に示す透過特性を
有するカットフィルター７２を投射レンズ系の手前に置
けば、各色光の境界領域の光をカットし、さらにコント
ラスト比の高い投射光を得ることが可能となる。

【００５３】（第３の実施の形態）図８は、第３の実施
の形態に係る色分解合成光学系の構成例を示す図であ
る。光学系を構成する主なブロック状の光学部品は、偏
光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３３とダイクロイックプ
リズム４３のみであり、図１４に示した従来の色分解合
成光学系に比較し、使用するガラスブロックの数は大幅
に削減されている。なお、ここで用いるダイクロイック
プリズム４３は、第１、第２の実施の形態で用いたもの
よりコンパクトなキュービック形状をしており、対角面
に互いにクロスする二つの反射面を有する。なお、この
二つの反射面（Ｂ光反射面、Ｒ光反射面）も、図３
（ａ）、図３（ｂ）で示す第１の実施の形態に係るダイ
クロイックププリズムの各反射面とほぼ同様の反射特性
を有する。

【００５４】この色分解合成光学系では、まず、波長選
択性位相板２３ａとＰＢＳ３３を用いて、Ｇ光を分離
し、さらにダイクロイックプリズム４３を用いてＢ光と
Ｒ光を分離し、各色光を専用の空間光変調素子に照射す
る。その後、各空間光変調素子で変調された光は、再び
ダイクロイックプリズム４３を介してＰＢＳ３３に戻り
ここで合成されて投射レンズ系に射出される。Ｂ光とＲ
光が分離される際、不要光であるＧ光の一部（漏れ光）
を外部に射出し、Ｇ光の混色を防止できる構成を有して
いる。

【００５５】図８に示すように、白色照明光は予め偏光
板１３ａにより、入射光をｐ偏光波に揃えた状態で入射
される。まず、進行方向に垂直に配置された波長選択性
位相板２３ａを介してＧ光は１／２波長位相変調されｓ
偏光波として出力され、Ｂ光、Ｒ光はそのままｐ偏光波
として出力される。

【００５６】これらの光はＰＢＳ３３に入射され、多層
薄膜斜面でｓ偏光波であるＧ光は反射され、ｐ偏光波で
はＢ光とＲ光はそのまま透過直進する。こうして、まず
Ｇ光が分離射出される。このとき分離されなかった一部
のＧ光はＢ光、Ｒ光とともに透過直進する。

【００５７】ＰＢＳ３３の多層薄膜斜面で反射されたＧ
光は、光の進行先に置かれたＧ用空間光変調素子５３Ｇ
に照射され、そこで映像信号に応じた変調を受ける。変
調されたＧ光はｐ偏光波としてＰＢＳ３３に戻り、その
まま透過直進して投射光となる。なお、Ｇ用空間光変調
素子５３Ｇは、他のＲ用空間光変調素子５３ＲやＢ用空
間光変調素子５３Ｂと投射レンズ系までの距離がほぼ等
しくなるように、その配置場所を選択する。

【００５８】一方、Ｒ光とＢ光は、ＰＢＳ３３を透過直
進した後、図３（ａ）、図３（ｂ）のグラフと同様の反
射特性を有するダイクロイックプリズム４３のＲ光反射
面とＢ光反射面で、Ｒ光とＢ光とがそれぞれ反射され
る。このとき、Ｂ光、Ｒ光とともにＰＢＳを透過直進し
てきたＧ光帯域の漏れ光は、どちらの反射面においても
反射されないため、ダイクロイックプリズム４３を透過
しそのまま外部に不要光として射出される。即ち、主に
各色光の境界領域の波長が不要光としてトリミングされ
る結果となり、入射角のずれや偏光波の違いによるカッ
トオフ波長のずれに伴う混色の発生を抑制できる。な
お、この不要光としては、各色光の境界領域の光ばかり
でなく、波長選択性位相板２３でｓ偏光波に変換しきれ
なかったＧ光や、ｓ偏光波に変換されたもののＰＢＳ３
３によって反射されえなかったＧ光等も含まれる。

【００５９】ダイクロイックプリズム４３で反射された
各色光は、反射光の進行先に置かれた各空間光変調素子
に入射され、そこで映像信号に応じた変調を受け、ほぼ
同じ光路をたどって戻ってくる。再度各反射面で反射さ
れ、ＰＢＳ３３に戻ったＲ光とＢ光のうち変調され、ｓ
偏光波となった光は多層薄膜斜面で反射され、ここで、
他方から直進してきたＧ光と合成され、投射レンズ系に
射出される。

【００６０】なお、図８中に示すように、各空間光変調
素子の手前に１／４波長板６３Ｒ、６３Ｂ、６３Ｇを配
置すれば、１／４波長板をその面内で回転させ、もっと
も黒が沈む位置に合わせて固定することで、光束がこの
１／４波長板を往復する間に直線偏光からずれた成分を
補正するので、浮いた黒を沈めて、より高いコントラス
ト比を得ることが出来る。また、図６のグラフと同様な
透過特性を有するカットフィルター７３を投射レンズの
手前に置けば、各色光の境界領域の光をカットし、さら
にコントラスト比の高い投射光を得ることができる。

【００６１】また、図８に示すように、投射レンズ手前
にさらに別の波長選択性位相板２３ｂを置き、Ｇ光のみ
を１／２波長位相変調し、ｓ偏光波に変え、ｓ偏光波の
みを透過する偏光板１３ｂと組み合わせて設置すれば、
より高いコントラストを有する投射影像を得ることがで
きる。実際のＧ色帯域より若干広めの波長帯域に対して
１／２波長位相変調すれば、ＲＧＢ各波長帯域の境界に
あたる不要な波長帯域をトリミングすることができる。

【００６２】（第４の実施の形態）図９に本発明の色分
解合成光学系に係る第４の実施の形態を示す。使用する
光学部品の主なものは第３の実施の形態に係る光分解合
成光学系のものと共通する。

【００６３】第３の実施の形態と異なる点は、照明光を
色分解合成光学系に入射する際に、第２の実施の形態に
おいてｐ偏光波に揃えていたものをここでは、偏光板１
２を介してｓ偏光波に揃えて入射させている点である。
この結果、ＰＢＳ３４での反射と透過の関係が変わるた
め、光学部品の配置が変更されるが、基本的な構成は共
通する。

【００６４】即ち、まず、波長選択性位相板２４とＰＢ
Ｓ３４を用いて、Ｇ光を分離し、さらにクロスする二つ
の反射面を有するダイクロイックプリズム４４を用いて
Ｂ光とＲ光を分離し、各色光を専用の空間光変調素子に
照射する。その後、各空間光変調素子で変調された光
は、再びダイクロイックプリズム４４を介してＰＢＳ３
４に戻りここで合成されて投射レンズ系に射出される。
Ｂ光とＲ光が分離される際、不要光であるＧ光の一部
（漏れ光）を外部に射出できる。

【００６５】図９に示すように、白色照明光は予め偏光
板１４により、入射光をｓ偏光波に揃えた状態で入射さ
れる。まず、進行方向に垂直に配置された波長選択性位
相板２４を介してＧ光は１／２波長位相変調されｐ偏光
波として、Ｂ光、Ｒ光はそのままｓ偏光波としてこれら
の光はＰＢＳ３４に入射される。

【００６６】ＰＢＳ３４の多層薄膜斜面でｓ偏光波であ
るＢ光とＲ光は反射され、ｐ偏光波であるＧ光はそのま
ま透過直進する。多層薄膜斜面を透過直進したＧ光は、
光の進行先に置かれたＧ用空間光変調素子５４Ｇに照射
され、そこで映像信号に応じた変調を受ける。変調され
たＧ光はｓ偏光波としてＰＢＳ３４に戻り、多層薄膜斜
面で反射され、ここで他の色光と合流し投射光となる。

【００６７】一方、波長選択性位相板２４で変調を受け
ずにｓ偏光波としてＰＢＳ３４に入射したＲ光とＢ光
は、ともにＰＢＳ３４の多層薄膜斜面で反射され、隣接
するキュービック状のダイクロイックプリズム４４に入
射する。ダイクロイックプリズム４４では、互いにクロ
スするＲ反射面とＢ反射面でそれぞれの色光が反射さ
れ、各反射光は、反射された先に配置された空間光変調
素子で必要な変調を受ける。なお、いずれの反射面でも
反射されなかった不要光は、ダイクロイックプリズム４
４を透過し、外部に逃がされる。

【００６８】各空間光変調素子５４Ｒ、５４Ｇ、５４Ｂ
に入射され、そこで映像信号に応じた変調を受け、ｐ偏
光波となった戻り光はＰＢＳ３４を透過し、ここでＧ光
と合流して投射光となる。

【００６９】なお、図９中に示すように、各空間光変調
素子の手前に１／４波長板６４Ｒ、６４Ｂ、６４Ｇを配
置すれば、１／４波長板をその面内で回転させ、もっと
も黒が沈む位置に合わせて固定することで、光束がこの
１／４波長板を往復する間に直線偏光からずれた成分を
補正するので、浮いた黒を沈めて、より高いコントラス
ト比を得ることが出来る。また、図６に示す透過特性を
有するカットフィルター７４を投射レンズ系の手前に置
けば、各色光の境界領域の光をカットし、さらにコント
ラスト比の高い投射光を得ることを可能とする。

【００７０】図１０は、本実施の形態における光分離合
成光学系１４４を用いた投射型液晶表示装置の構成例を
示すものである。色分解合成光学系１４４の手前には、
メタルハライドランプ等の高出力の白色光源とインテグ
レータレンズを含む照明光学系１１４と照明光学系１１
４より射出された光を必要に応じて偏光面を揃える偏光
板１３４と、空間光変調素子面で照明光を結像させるた
めのレンズ１２４等を配置する。また、色分解合成光学
系１４４の後には、スクリーンに所定の投射映像を結像
するための投射光学系１５４を備える。

【００７１】よりコンパクトな色分解合成光学系１４４
を用いることにより、投射型表示装置全体をさらにコン
パクトで低価格なものにすることができる。また、上記
色分解合成光学系１４４では、各空間光変調素子から投
射光学系までの光路長が比較的短く、いわゆるバックフ
ォーカスが短い。このため、投射レンズ系への負担が少
なくレンズ口径を小さくしたり、使用するレンズ枚数を
減らすことができる。この結果、組み合わせる投射レン
ズ系を小型化、低コスト化することも可能となる。

【００７２】なお、図１１に示すように、照明光学系１
１４と色分解合成光学系１４４の間に光の進行方向を折
り曲げるミラー１３５を用いれば、より多様な構成を採
り、さらにコンパクトな液晶表示装置とすることもでき
る。

【００７３】また、図１２に示すように、投射レンズ系
手前にさらに別の波長選択性位相板２４ｂとｐ偏光波の
みを透過する偏光板１４ｂを配置してもよい。この場合
は、合成光が波長選択性位相板２４ｂを通過する過程
で、さらにＧ光帯域がふるい分けられることになるの
で、より高いコントラスト比を得ることができる。

【００７４】以上、各実施の形態に沿って本発明の色分
解合成光学系および投射型表示装置について説明した
が、本発明は上述する実施の形態に限定されるものでは
ない。各光学部品の配置は、種々の変更が可能である。
また、その際必要に応じて光の進路を変更するためのミ
ラーを用いてもよい。反射による光の進路は、隣り合う
各光学部品の表面反射が極小になるように、各々必要に
応じて反射防止膜が施されてもよいし、直接接着するよ
うにしてもよい。

【００７５】

【発明の効果】上述するように、本発明の色分解合成光
学系は、赤色光、緑色光、青色光のうちいずれかである
第１色光の偏光波面を他の第２、第３色光の偏光波波面
と異なる偏光波面とする波長選択性位相板と、前記第１
色光を他の前記第２、第３色光と分離射出する偏光ビー
ムスプリッタと、前記第２色光と前記第３色光を分離射
出するとともに、前記第１色光を排出する波長分離手段
とを有することにより、白色光を赤色光、緑色光、青色
光の三原色に分解する際に、偏光ビームスプリッタで十
分に分離射出できなかった第１色光を、波長分離手段で
排出することができる。よって、第２、第３色光中への
第１色光の混色を抑制し、色再現性が良好な投射光を得
ることができる。

【００７６】また、偏光ビームスプリッタで、前記第１
色光を対応する第１空間光変調素子に照射するととも
に、該第１空間光変調素子で必要な変調を受けた第１色
光と、該波長分離手段によって合成射出された前記第
２、第３色光とを合成射出する場合は、偏光ビームスプ
リッタを、色光の分離手段に用いるとともに、色光の合
成手段としても用い、ひとつの光学部品に複数の機能を
持たせることにより、必要な光学部品の数を削減し、軽
量でコンパクト、さらに低コストの合成分離光学系を提
供することができる。

【００７７】なお、上述するいずれかの特徴を有する色
分解合成光学系を、赤色光、緑色光、青色光各色光用の
反射型の空間光変調素子と組合わせ、さらに、照明光学
系と投射光学系とを備えれば、低コスト化とコンパクト
化が可能であるとともに、コントラスト比の高い投射映
像を有する投射型表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る色分解合成光学系の構
成を示す図である。

【図２】第１の実施の形態に係るＰＢＳの透過特性を示
すグラフである。

【図３】第１の実施の形態に係るダイクロイックプリズ
ムの各反射面での反射特性例を示す図である

【図４】第１の実施の形態に係る色分解合成光学系を用
いた投射型表示装置の構成を示す図である。

【図５】第１の実施の形態に係る色分解合成光学系の別
の形態を示すものである。

【図６】第１の実施の形態に係るカットフィルターの光
学特性を示す図である。

【図７】第２の実施の形態に係る色分解合成光学系の構
成を示す図である。

【図８】第３の実施の形態に係る色分解合成光学系の構
成を示す図である。

【図９】第４の実施の形態に係る色分解合成光学系の構
成を示す図である。

【図１０】第４の実施の形態に係る色分解合成光学系を
用いた投射型表示装置の構成を示す図である。

【図１１】第４の実施の形態に係る色分解合成光学系を
用いた投射型表示装置の構成を示す図である。

【図１２】第４の実施の形態に係る色分解合成光学系の
別の形態を示す図である。

【図１３】従来の色分解合成光学系の構成例を示す図で
ある。

【図１４】従来の色分解合成光学系の構成例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１〜１３偏光板２１〜２４波長選択性位相板３１〜３４ＰＢＳ４１〜４４ダイクロイックプリズム５１Ｒ〜５４Ｂ空間光変調素子６１Ｒ〜６４Ｂ１／４波長板７１〜７４カットフィルター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色照明光を赤色光、緑色光、青色光の
三原色光に分解し、各色光をそれぞれ対応する空間光変
調素子に照射するとともに、該空間光変調素子で必要な
変調を受けた赤色光、緑色光、青色光を合成する色分解
合成光学系であり、赤色光、緑色光、青色光のうちいずれかである第１色光
の偏光波面を他の第２、第３色光の偏光波面と異なる偏
光波面に変調する波長選択性位相板と、前記第１色光を他の前記第２、第３色光と分離射出する
偏光ビームスプリッタと、前記第２色光と前記第３色光を分離射出するとともに、
前記第１色光帯域の光を排出する波長分離手段とを有す
ることを特徴とする色分解合成光学系。
【請求項２】前記波長分離手段は、反射波長帯域の異なる第１反射面と、第２反射面とを有
し、前記第１色光帯域の光を透過排出するダイクロイッ
クプリズムである請求項１に記載の色分解合成光学系。
【請求項３】前記波長分離手段は、分離された前記第
２色光と前記第３色光を各色光の空間光変調素子に照射
するとともに、該空間光変調素子で必要な変調を受けた
前記第２色光と前記第３色光とを合成し、前記偏光ビームスプリッタは、前記第１色光を対応する第１空間光変調素子に照射する
とともに、前記第１空間光変調素子で必要な変調を受けた第１色光
と、該空間光変調素子で必要な変調を受けた前記第２色
光と前記第３色光とを合成射出するものであることを特
徴とする請求項１または２に記載の色分解合成光学系。
【請求項４】前記請求項１から請求項３のいずれかに
記載の色分解合成光学系と、赤色光、緑色光、青色光各色光用の反射型空間光変調素
子と、照明光学系と、投射光学系とを有する投射型表示装置。