JP2003098596A

JP2003098596A - 光学ユニット及びそれを用いた液晶プロジェクタ

Info

Publication number: JP2003098596A
Application number: JP2001290415A
Authority: JP
Inventors: Fukuoku Abe; 福億阿部; Tsutomu Nakajima; 努中島; Kazuo Hoden; 和夫鋪田; Tomohiro Miyoshi; 智浩三好
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-03

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】反射型液晶表示素子を用い、高輝度、高コン
トラスト、画像が得られ、かつ、小型化、高信頼性のあ
る液晶プロジェクタ技術の提供。【解決手段】３つの偏光ビームスプリッタと２つの波
長選択性偏光子を色分離合成光学系光軸上に配設し、そ
の光を３枚の反射型液晶表示素子に適用して、その反射
映像光をを合成後、レンズを通して拡大投影する。その
際にＧ光の反射形液晶の反射面の略直前位置に第１の偏
向ビームスプリッタを配置し、Ｒ、Ｂ光の反射形液晶は
互いに隣接して９０度をなして配置するように、これら
の部品を一体化構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３枚の反射型液晶
表示素子を用いた表示技術に係り、特に３原色の映像光
を分離合成する色分離合成光学系の少なくとも一部に偏
光ビームスプリッタプリズムを用いる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の反射型液晶表示素子を使用する
液晶プロジェクタとして、例えば特開平１０−３１２０
３４号公報に記載がある。

【０００３】また、特定の波長域の光のみ偏光を回転さ
せる偏光回転素子を使用した液晶プロジェクタとして
は、例えばＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＰａｔｅｎｔ
Ｎｏ．５，７５１，３８４に記載のＣＯＬＯＲＰＯ
ＬＡＲＩＺＥＲＳＦＯＲＰＯＬＡＲＩＺＩＮＧＡ
ＮＡＤＤＩＴＩＶＥＣＯＬＯＲＳＰＥＣＴＲＵ
ＭＡＬＯＮＧＡＦＩＲＳＴＡＸＩＳＡＮＤ
ＩＴ‘ＳＣＯＭＰＬＩＭＥＮＴＡＬＯＮＧＡＳ
ＥＣＯＮＤＡＸＩＳにその特徴が開示されている。

【０００４】図７に、前者の開示資料による光源、偏光
ビームスプリッタプリズム、3枚の反射型液晶表示素
子、色分解光学系（色合成光学系も兼ねる）とを備える
液晶プロジェクタ光学系の概略上面図を示す。以下、図
７を用いて、この関連技術としての光源から投写レンズ
までの光学系（一般的に光学ユニットと称す）及びそれ
を用いた液晶プロジェクタを詳細に説明する。

【０００５】光源８１は、高圧水銀灯、キセノンランプ
等からなる白色光源であり、放射された光はリフレクタ
により、略平行光８２へと変換される。略平行光８２
は、Ｒ光の成分８２Ｒ、Ｇ光の成分８２Ｇ、Ｂ光の成分
８２Ｂからなり、偏光変換素子８３により紙面に垂直な
波面のみを持つ光へと整流される。ここで偏光変換素子
とは、特定の偏光面を持たない無偏光の略平行光を特定
の偏光面に整流する作用を持つ光学素子である。尚説明
の簡易化の為、今後紙面に垂直な波面のみを持つ光をＳ
偏光、紙面に水平な波面のみを持つ光をＰ偏光と表記す
る。

【０００６】偏光変換素子８３から出射した該Ｓ偏光
は、Ｓ偏光のみ透過する向きに配置された偏光板８３ａ
を通過し、ＲのＳ偏光８４Ｒ、ＧのＳ偏光８４Ｇ、Ｂの
Ｓ偏光８４Ｂ、となる。次に偏光ビームスプリッタプリ
ズム８５に入射した３原色のＳ偏光は、スプリッタ面８
５ａ（Ｓ偏光のみ反射させる性質を持つ多層薄膜）で反
射され、色分離合成プリズム８６に入射する。

【０００７】色分離合成プリズム８６は、４個の直角プ
リズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により張り合わ
せ、張り合わせ面にＲ反射ダイクロイックミラー８６Ｒ
とＢ反射ダイクロイックミラー８６Ｂを蒸着した構成と
なっている。ここでＲ反射ダイクロイックミラー８６Ｒ
は、Ｒ光のみを反射し、且つＧ光、Ｂ光を透過する性質
を持つ多層薄膜である。またＢ反射ダイクロイックミラ
ー８６ＢはＢ光のみ反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する性質
を持つ多層薄膜である。

【０００８】色分離合成プリズム８６に入射した略平行
なＳ偏光８４Ｒ、８４Ｇ、８４Ｂは、ＧのＳ偏光８４Ｇ
のみ直進し、ＲのＳ偏光８４ＲはＲ反射ダイクロイクミ
ラー８６Ｒにより、ＢのＳ偏光８４ＢはＢ反射ダイクロ
イックミラー８６Ｂにより反射され、それぞれの色に対
応する反射型液晶表示素子８７Ｒ、８７Ｇ、８７Ｂに入
射する。そして反射型液晶表示素子の各画素毎に、明る
く表示させる場合にはＰ偏光へ変換され、暗く表示させ
る場合にはＳ偏光のまま、反射される。尚、図７中では
明るく表示させる光のみ作図している。反射された略平
行光は、明るく表示される場合は、ＲのＰ偏光８８Ｒ、
ＧのＰ偏光８８Ｇ、ＢのＰ偏光８８Ｂとなり、色分離合
成プリズム８６により白色光へと合成され、再度偏光ビ
ームスプリッタプリズム８５に入射する。ここで明るく
表示させる光であるＰ偏光は、スプリッタ面８５ａを透
過し、投写レンズ９０により拡大投写され、Ｐ偏光の映
像光９１となり、スクリーン等へと入射する。また暗く
表示させる光であるＳ偏光は３色共に色分離合成プリズ
ム８６を通過した後、偏光ビームスプリッタプリズム８
５のスプリッタ面８５ａにおいて反射され、投写レンズ
９０へは到達しない。

【０００９】但し、偏光ビームスプリッタプリズム８５
の偏光分離性能を、Ｓ偏光を１００％反射させる性能と
することは困難であるため、本来暗く表示させる光であ
るＳ偏光の一部が偏光ビームスプリッタプリズム８５の
スプリッタ面８５ａを透過してしまい、画像のコントラ
ストが劣化する。そこで偏光ビームスプリッタプリズム
８５と投写レンズ９０の間に、偏光板８９をＰ偏光のみ
透過させる角度に配置する事でＳ偏光が吸収され、コン
トラストの高い画像を得ることが出来る。

【００１０】尚、図７では反射型液晶表示素子に入射す
る光をＳ偏光、反射された光の内、明るく表示させる光
をＰ偏光とした構成を記載したが、実際には光源８１と
投写レンズ９０の位置を入れ替える等により、入射光を
Ｐ偏光、明るく表示させる反射光をＳ偏光とする構成も
容易に考えることが出来る。

【００１１】また後者の開示資料ＵｎｉｔｅｄＳｔａ
ｔｅｓＰａｔｅｎｔＮｏ．５，７５１，３８４によれ
ば、偏光回転素子を製作するにあたり、回転角の異なる
位相差板を積層させることにより、特定の波長域の光の
みの偏光を回転させることが可能となる。後者開示資料
中のＦｉｇ．３に、偏光回転素子の構成の一例が示さ
れ、Ｆｉｇ．４に該偏光回転素子の波長特性が示されて
いる。Ｆｉｇ．４に示されるように、本開示資料による
偏光回転素子は、波長約５００ｎｍ以上の光のみ偏光を
回転させ、波長５００ｎｍ以下の光の偏光は回転させな
い性質を持つ。ここで、積層させる位相差板の構成を変
えることにより偏光を回転させる波長帯域をコントロー
ルすることが出来る。

【００１２】また図８に、本開示資料による液晶プロジ
ェクタ色合成光学系の概略上面図を示す。

【００１３】以下、図８を用いて、この関連技術として
の液晶プロジェクタ光学系を詳細に説明する。

【００１４】図８は本開示資料の液晶プロジェクタの色
合成光学系を示すもので、光源、色分離光学系は省略し
ている。図８中、９６、９９は本開示資料による、特定
波長域の光の偏光を回転させる偏光回転素子であり、９
６はＧ光の偏光を回転させ、また９９はＢ光の偏光を回
転させる性質を持つ。

【００１５】Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色の画像表示素子９３
Ｒ、９３Ｇ、９３Ｂから出射した映像光は、Ｒの映像光
であるＳ偏光９４Ｒ、Ｇの映像光であるＰ偏光９４Ｇ、
Ｂの映像光であるＰ偏光９４Ｂで構成されている。Ｒの
画像表示素子９３Ｒから出射したＳ偏光の映像光９４Ｒ
と、Ｇの画像表示素子９３Ｇから出射したＰ偏光の映像
光９４Ｇは、それぞれ別の面から偏光ビームスプリッタ
プリズム９５に入射する。ここでＲのＳ偏光９４Ｒはス
プリッタ面９５ａにより反射され、またＧのＰ偏光９４
Ｇはスプリッタ面９５ａを透過し、Ｒ光はＳ偏光、Ｇ光
はＰ偏光の成分を持つ１つの映像光に合成される。次に
映像光は、Ｇ光のみの偏光を回転させる偏光回転素子９
６に入射し、ＲのＳ偏光９４Ｒは変化せずＳ偏光９７Ｒ
となり、ＧのＰ偏光９４Ｇの偏光は回転しＧのＳ偏光９
７Ｇとなることにより、ＲＧ共にＳ偏光の成分を持つ映
像光へと変換される。このＲのＳ偏光９７Ｒ、ＧのＳ偏
光９７Ｇは共に偏光ビームスプリッタプリズム９８に入
射し、スプリッタ面９８ａで反射される。

【００１６】一方、Ｂの画像表示素子９３Ｂより出射し
たＢのＰ偏光を持つ映像光９４Ｂは、偏光ビームスプリ
ッタプリズム９８に入射し、スプリッタ面９８ａを透過
する。こうしてＲＧＢの映像光が合成され、Ｒ、Ｇ光は
Ｓ偏光、Ｂ光はＰ偏光の成分を持つ映像光となる。そし
てこの映像光はＢ光のみの偏光を回転させる偏光回転素
子９９に入射し、ＲのＳ偏光９７Ｒ、及びＧのＳ偏光９
７Ｇは変化せずＲのＳ偏光１００Ｒ、ＧのＳ偏光１００
Ｇとなり、ＢのＰ偏光９４Ｂのみ偏光が回転しＢのＳ偏
光１００Ｂとなることにより、全てＳ偏光の成分を持つ
映像光へと変換され、投写レンズ１０１により拡大投写
される。このように、本開示資料による技術では、ダイ
クロイックミラーでなく偏光ビームスプリッタプリズム
による色合成が可能となる。

【００１７】ここで、図８に示す公知の光学系に反射型
液晶表示素子を応用した場合の、光学系概略上面図を図
９に示す。

【００１８】以下、図９を用いてこの公知の光学系を詳
細に説明する。

【００１９】Ｒ及びＧの光を発生する光源１１０より放
射された光はリフレクタにより略平行な光１１１へと変
換され、Ｒ光１１１Ｒ、Ｇ光１１１Ｇとなる。Ｒ光１１
１ＲとＧ光１１１Ｇとは偏光変換素子１１２を通過し共
にＰ偏光を持つ光へと変換された後、Ｇ光のみの偏光を
回転させる偏光回転素子１１３により、Ｒ光１１１Ｒは
ＲのＰ偏光１１４Ｒ、Ｇ光１１１ＧはＧのＳ偏光１１４
Ｇへと変換される。ＲのＰ偏光１１４ＲとＧのＳ偏光１
１４Ｇは偏光ビームスプリッタプリズム１１５に入射
し、スプリッタ面１１５ａをＲのＰ偏光１１４Ｒは直進
するが、ＧのＳ偏光１１４Ｇはスプリッタ面１１５ａに
より反射され、それぞれ反射型液晶表示素子１１６Ｒ、
１１６Ｇに入射する。ここで明るく表示させる光は、Ｒ
映像光はＳ偏光１１７Ｒ、Ｇ映像光はＰ偏光１１７Ｇと
して反射され、偏光ビームスプリッタプリズム１１５に
再度入射する。偏光ビームスプリッタプリズム１１５の
スプリッタ面１１５ａでは、ＲのＳ偏光１１７Ｒは反射
され、ＧのＰ偏光１１７Ｇは直進することにより、２つ
の映像光が合成される。この、ＲはＳ偏光、ＧはＰ偏光
を持つ映像光はＧ光のみの偏光を回転させる偏光回転素
子１１８に入射し、ＲのＳ偏光１１７Ｒは変化せずＲの
Ｓ偏光１１９Ｒとなり、ＧのＰ偏光１１７Ｇは偏光が回
転し、ＧのＳ偏光１１９Ｇとなる。そしてＲ、Ｇ共にＳ
偏光となり偏光ビームスプリッタプリズム１２０に入射
し、スプリッタ面１２０ａで反射される。

【００２０】一方、Ｂの光を発生する光源１２５より放
射されたＢ光１２６Ｂは、偏光変換素子１２７によりＢ
のＳ偏光１２８Ｂへと変換され、偏光ビームスプリッタ
プリズム１２０に入射する。次にスプリッタ面１２０ａ
により反射されたＢのＳ偏光１２９Ｂは、Ｂの反射型液
晶表示素子１３０Ｂに入射する。そして明るく表示させ
る光はＰ偏光１３１Ｂとなり、偏光ビームスプリッタプ
リズム１２０に再度入射し、今回はＰ偏光であるため、
スプリッタ面１２０ａを透過し、直進する。こうしてＢ
光はＰ偏光、Ｒ光、Ｇ光はＳ偏光の成分を持つ白色光に
合成された映像光は、Ｂ光のみの偏光を回転させる偏光
回転素子１２２に入射し、ＢのＰ偏光１３１Ｂは偏光が
回転しＢのＳ偏光１３２Ｂとなり、またＲのＳ偏光１１
９Ｒ、ＧのＳ偏光１１９Ｇは変化せず、１２１Ｒ、１２
１Ｇとなり、全てＳ偏光成分を持つ映像光となり、投写
レンズ１２４により拡大投写される。また、反射型液晶
表示素子１１６Ｒ、１１６Ｇ及び１３０Ｂにより暗く表
示させる映像光へと変換された光（入射光と同じ偏光を
持たされた反射光）は、偏光ビームスプリッタプリズム
１１５、１２０により光源へと導かれ、投写レンズ１２
４へは到達しない。但し、偏光ビームスプリッタプリズ
ムによる分離性能を、Ｓ偏光、Ｐ偏光共に１００％反
射、もしくは透過させる特性とすることは困難であるた
め、本来暗く表示させる映像光の一部が投写レンズに到
達してしまい、画像のコントラストを劣化させる。そこ
で画像コントラスト向上のため、偏光回転素子１２２と
投写レンズ１２４の間に偏光板１２３を配置することが
必要となる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
開示資料の特開平１０−３１２０３４号公報に記載の技
術では、セットの小型化には有利であるが、画像の高コ
ントラスト化と高輝度化を両立させることが困難とな
る。本開示資料に使用されているダイクロイックミラー
は、一般的に光のＳ偏光とＰ偏光により、波長反射特性
が大きく異なるという性質を持つ。

【００２２】図１０に、色分離合成プリズムの１面より
光を入れた場合の透過率の１例を示す。図１０中のグラ
フの横軸は光の波長を示し、縦軸は透過率を示す。図１
０に示すように、Ｇ光の透過率の波長帯域はＳ偏光に対
して狭く、Ｐ偏光に対しては広くなる。またＲ光、Ｂ光
に対してはその逆となる。ここで本開示資料に使用され
る液晶プロジェクタでは、明るく表示させる信号に対応
した光は、反射型液晶表示素子に入射する光はＳ偏光、
反射された光はＰ偏光となり、色分離時と色合成時の波
長特性が異なることになる。例えば、波長５８０ｎｍの
光は入射時にはＲ反射ダイクロイックミラーにより反射
されＲの反射型液晶表示素子に入射するが、反射された
後はＰ偏光となり、Ｒ反射ダイクロイックミラー及びＢ
反射ダイクロイックミラーを透過し、Ｂの反射型液晶表
示素子に入射し、迷光となり、画像のコントラストを著
しく劣化させる。この迷光を防ぐためには、波長５８０
ｎｍ及び波長５００ｎｍ近傍の光をあらかじめカラーフ
ィルタ等でカットしなければならず、光利用率の低下を
招く。また、入射光をＰ偏光とした場合の構成に付いて
も同様に、Ｇ光の迷光が発生する。このように従来の技
術の液晶プロジェクタでは、高コントラストと高輝度と
の両立が困難となる課題がある。

【００２３】また後者の開示資料のＵｎｉｔｅｄＳｔ
ａｔｅｓＰａｔｅｎｔＮｏ．５，７５１，３８４によ
る技術では、反射型液晶表示素子を使用した色分離合成
光学系の持つ課題については考慮されていない。

【００２４】反射型液晶表示素子を使用し、かつ入射光
と出射光に異なる偏光を持たせる光学系では、入射光と
出射光の一部が同一の光路を通過し、更に色分離光学系
と色合成光学系の少なくとも１部が共用されるため、反
射型液晶表示素子の直後に偏光板を設置し画像のコント
ラスト向上させることが困難となる課題を持つが、本開
示資料による技術では前記の反射型表示素子を使用した
光学系の課題については考慮されていない。

【００２５】図９に示すような、ＲＧＢの映像光を偏光
ビームスプリッタプリズムにより合成する光学系では、
合成された映像光がＳ偏光とＰ偏光を持つため、コント
ラストを向上させるための偏光板を設置する際に、偏光
板の前に特定の波長のみ偏光を回転させる偏光回転素子
を設置することが必要となる。しかし、この波長選択性
を持つ偏光回転素子は偏光を完全に９０度回転させる波
長域と回転させない波長域との間に１０ｎｍから３０ｎ
ｍ以上のギャップを持ち、その間の波長域の光について
は偏光の回転角が緩やかに変化し、楕円偏光となる特性
を持つ。この過渡域での楕円偏光は、画像のコントラス
トを著しく劣化させることとなるため、画像のコントラ
ストを向上させるためには、この過渡域での光をフィル
タ等でカットする必要が発生し、光の利用効率が低下す
るという課題を持つ。

【００２６】また、一般に白色光源、及び１本の投写レ
ンズを使用し、ＲＧＢ３原色の色分離合成を行う３板式
の投写装置では、投写レンズから３枚の表示素子までの
光学距離が同一であることが投写レンズのフォーカス性
能を得るため必要となり、更に投写レンズと表示素子と
の光学距離を短くし投写レンズのバックフォーカスを短
くすることがフォーカス性能を得る上で重要となる。ま
た、画像の色むらを少なくするためには、光源から3枚
の表示素子までの光学距離も略同一であることが望まし
く、画像の高輝度化を図るためには、光源から表示素子
までの距離を短くすることが望まれる。特に反射型表示
素子を使用した光学系では、入射光と出射光とが一部同
一の光路を通過するため、これらの両立が困難となる課
題があるが、本開示資料による技術では、これらの課題
については考慮されていない。

【００２７】そこで本発明の目的は、反射型液晶表示素
子を使用した液晶プロジェクタの光学ユニットにおい
て、光利用率が高く且つ、画像のコントラストの高い光
学ユニット及びそれを用いた液晶プロジェクタを提供す
ることにある。

【００２８】また、本発明の別の目的は、光源からＲＧ
Ｂの3枚の反射型液晶表示素子までの距離をほぼ等距離
とし色むらを少なくさせると共に、前記３枚の反射型液
晶表示素子と投写レンズとのそれぞれの距離を等距離で
且つ短くし、投写レンズのバックフォーカスを短くさ
せ、フォーカス性能の優れた小型で且つ軽量な液晶プロ
ジェクタの光学ユニット及びそれを用いた液晶プロジェ
クタを提供することにある。さらに、量産化における光
学部品の組み付け性を考慮した色分離光学系を提供す
る。また、光学部品の熱吸収に伴う温度上昇により生じ
る部品の熱伸縮も考慮した高信頼性の光学系を提供す
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１から１１に記載の本発明では、光源、色分離
光学系、３枚の反射型液晶表示素子、色合成光学系、投
写レンズ、とを備え、該光源からの照明光を色分離光学
系によりＲ、Ｇ、Ｂの３原色に分離し、３枚の反射型液
晶表示素子に入射させ、該反射型液晶表示素子により反
射された３原色の映像光を該色合成光学系によりカラー
映像へと合成し、該カラー映像光を該投写レンズにより
拡大投写する液晶プロジェクタ用光学ユニットにおい
て、反射型映像表示素子に入射する光軸上に偏光ビーム
スプリッタプリズム３個と前記ダイクロイック光学素子
１個を組合せる構成とした。

【００３０】そして白色光源から出射した照明光をＲ、
Ｇ、Ｂともに同一の偏光方向となるように偏光変換素子
を配置し、該色分離光学系でまずＧ光をＲＢ光に対して
分離する構成とした。

【００３１】そして分離後のＲＢ光路中に該特定波長域
の偏光を回転させる偏光回転素子を配置し、ＲとＢ照明
光の偏光方向を互いに略９０度の角度を持ち交差する偏
光へと変換し、偏光ビームスプリッタプリズムを使用し
てＲＢ光の分離を行う構成とした。また該偏光ビームス
プリッタプリズムは反射型液晶表示素子により反射され
たＲＢの映像光を合成する作用も持たせる構成とした。
この時、Ｇ光と分離されたＲ光、Ｂ光は、特定波長域の
偏光方向を回転させる偏光回転素子により、何れか一方
の光が偏光方向を回転され、偏光ビームスプリッタプリ
ズムに入射する。また該偏光回転素子はＧ光の領域であ
る略５１０〜５８０ｎｍの帯域を境に特性が変化する構
成とする。偏光ビームスプリッタにより偏光方向の異な
るＲ光、Ｂ光は分離され、それぞれの反射型液晶表示素
子入射し、反射され再度偏光ビームスプリッタプリズム
に入射し、映像を得ると同時に再び合成される。

【００３２】この構成により、１つの偏光ビームスプリ
ッタプリズムで同時に２色の画像を得ることができ、小
型かつ軽量な光学エンジンの設計が可能となる。また特
定の波長域の偏光を回転させる偏光回転素子をＲ、Ｂ光
の通過する光路中に配置することが出来、前記偏光回転
素子の過渡域の波長であるＧ光は別の光路を通過させる
ことにより、過渡域の光をカットすることなく、かつ高
いコントラストを持つ映像を得ることが出来る。

【００３３】また、第１の偏光ビームスプリッタプリズ
ム、第１の偏光回転素子、第２の偏光ビームスプリッタ
プリズム、第２の偏光回転素子、第３の偏光ビームスプ
リッタプリズムを互いに張り合わせて一体状に構成し
た。この構成により、光学ユニットのサイズをより小型
化出来る。また反射面を減らすことが出来、よりコント
ラストの高い、高輝度な画像を得ることが出来る。さら
には、構造部品に各部品を取り付ける際に、それぞれを
別体で取り付けると、各部品の公差に、構造部品の公差
が加わり、取り付け精度が劣化することを防止すること
ができる。また、請求項５，６に記載の本発明では、反
射型液晶表示素子の略直前に配置され、入射光である照
明光と映像光を入射光である照明光とは別の面から出射
させる偏光ビームスプリッタプリズムが、Ｇ光用とＲ、
Ｂ光用とでそれぞれ別の光路中に設置させることに着目
し、それぞれの偏光ビームスプリッタプリズムをそれぞ
れ通過する光の波長域専用の仕様とした。この構成によ
り、より高い画像のコントラストを得ることが出来る。

【００３４】また、請求項７に記載の本発明では、偏光
変換素子を通過した後の照明光に不要な偏光成分（照明
光がＳ偏光である場合はＰ偏光成分、照明光がＰ偏光で
ある場合はＳ偏光成分）が含まれていることに着目し、
Ｇ光をＲ、Ｂ光に対して分離した後の、Ｇ光が通過する
光路、及びＲ、Ｂ光が通過する光路でかつ、前記偏光ビ
ームスプリッタプリズムの前にそれぞれ偏光板等の偏光
整流素子を設ける。この構成により、入射照明光に含ま
れる不要な偏光成分をカットすることができ、より高い
画像のコントラストを得ることが出来る。また、この構
成により，偏光板等を通過する光エネルギーをＧ光と、
Ｒ、Ｂ光との各光路に分散させることが出来，偏光板等
の耐久性を高めることが可能となる。

【００３５】また請求項８に記載の本発明では、前記偏
光整流素子は、カラーフィルタもしくはダイクロイック
フィルタ等の色調整手段を有する構成とした。この構成
により、Ｇ光とＲ光、Ｇ光とＢ光のような隣り合う波長
域の光が同じ色調整フィルタを通過しないため、フィル
タ等により単色の色補正を行う場合により高い輝度を得
ることが出来る。

【００３６】また請求項９、１０に記載の本発明では、
Ｒ光とＢ光の通過する光路に設置された偏光ビームスプ
リッタプリズムは、Ｒ光もしくはＢ光のどちらかの色の
光、プリズム内を直進するＰ偏光に対しては、入射照明
光の不要なＳ偏光成分を十分カット出来るが、もう一方
の色の光であるスプリッタで反射されるＳ偏光の光につ
いては不要なＰ偏光成分が一部スプリッタ面で反射され
てしまうため、２色中のＳ偏光の１色のみ偏光板等によ
る入射光のコントラスト改善が必要である点に着眼し
た。ここで一般的に偏光板は、可視光域の全ての光に対
して吸収軸での透過率を１％以下とすると、透過軸での
透過率が９０％前後となり、透過軸の光も１０％近く吸
収することになるが、吸収軸での透過率を１％以下とす
る波長域を可視光域の１／３程度とし特定の波長域の光
専用の偏光板とすると、透過軸での透過率を可視光域全
域で高めることが出来る。そこで上記偏光ビームスプリ
ッタプリズムの光入射面に、特定の波長の光に対しては
偏光整流素子として働く特定波長の光専用の偏光板が配
置される構成とした。この構成により、Ｒ、Ｂの両方の
映像光で高いコントラストを得ながらより偏光板の透過
率を高め、より高輝度の画像を得ることが出来る。

【００３７】また請求項１１に記載の本発明では、前記
偏光板等は、透過軸の光も一部吸収するため、高輝度な
光学ユニットに使用する場合は高温になる点に着目し、
偏光板等と波長選択性偏光回転子との間に、冷却用の風
路を設ける構成とした。この構成により、偏光板等の温
度を下げるとともに、波長選択性偏光回転子の熱膨張に
よる色むらを低減出来るだけでなく、接着剤のハガレも
防止できる。

【００３８】また請求項１２に記載の本発明では、Ｒ、
Ｇ、Ｂの各光路に使用する光学部品が異なる場合でも、
光路によって挿入する光路長調整ガラスの厚みを変える
ことにより各光路の光路長を略一致させることができ
る。これにより、投写レンズの性能確保に有利な構成と
なる。

【００３９】また請求項１３、１４、１５に記載の本発
明では、光源と偏光ビームスプリッタプリズムとの間に
コンデンサレンズを配置し、偏光ビームスプリッタプリ
ズムに入射する照明光の主光線が、反射型液晶表示素子
周辺部に対して略鉛直に入射する構成とした。この構成
により、偏光ビームスプリッタプリズムの角度依存性に
よる色むらを低減出来る。

【００４０】また請求項１６に記載の本発明では、色分
離合成手段のダイクロイックミラーのダイクロイック薄
膜を一定の方向で膜厚を変え反射波長特性を変化させた
傾斜膜付きの構成とした。この構成により、画面の左右
方向で、ダイクロイック薄膜に対する入射角度の違いに
より発生する色むらを低減でき、色むらの少ない高画質
な画像を得ることが出来る。

【００４１】また請求項１７に記載の本発明では、Ｒ、
Ｂの映像光とＧの映像光とを合成する光学素子がプリズ
ムであり、且つそのプリズムのサイズが、Ｒ、Ｂの反射
型液晶表示素子の略直前に置かれ、Ｒ、Ｂの光を分離合
成する偏光ビームスプリッタプリズムと、Ｇの反射型液
晶表示素子の略直前に置かれた偏光ビームスプリッタプ
リズムのサイズに対して大きくなる構成とした。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００４３】図１は、本発明の第１の実施形態である液
晶プロジェクタの光学ユニットの概略上面図である。ま
た図２に本実施形態の中で使用されているＢ光のみの波
長を回転させる偏光回転素子９の偏光の回転特性のグラ
フを示す。図２のグラフの横軸は光の波長を表し、縦軸
は偏光回転角を表す。図２に示すように本実施の形態に
使用される偏光回転素子９は、波長４００ｎｍ近傍から
５００ｎｍ近傍の間のＢ光を回転させ、波長約５５０ｎ
ｍの位置に偏光回転の中間点を持つ。なお、図２で図示
してないが、同様に、本実施の形態で使用されるＲ光の
みの波長を回転させる偏光回転素子１６は、波長６００
ｎｍ近傍から７００ｎｍ近傍の間Ｒ光を回転させ、波長
５００ｎｍから波長６００ｎｍの間で中間点を持つ。

【００４４】以下、図１を用いて本発明の第1の実施の
形態を詳細に説明する。

【００４５】光源１から放射された白色光は、リフレク
タにより、略平行光２へと変換される。略平行光２は、
Ｒ光の成分、Ｇ光の成分、Ｂ光の成分から成り、偏光変
換素子３によりＳ偏光へと変換される。

【００４６】偏光変換素子３とＧ反射ＲＢ透過ダイクロ
イックミラ−５の間には、光軸を折り曲げる反射ミラ−
を間に挟んで２つの集光レンズが配設されており、偏光
変換素子３で整流され、Ｓ偏光とされた略平行光２は２
つの集光レンズで集光され、反射ミラ−で反射されてＧ
反射ＲＢ透過ダイクロイックミラ−５に入射する。そし
て、入射光束は、Ｇ反射ＲＢ透過ダイクロイックミラ−
５でＲＢ光とＧ光とに分離され、コンデンサレンズ５０
と５１とで集光されて偏光板７と２５を通って偏光ビ−
ムスプリッタプリズム１１と２７に導かれ、液晶表示素
子３（３枚の液晶表示素子１３Ｒ，１３Ｂと１３Ｇとか
らなる）に入射する。。なお、このコンデンサレンズ５
０、５１は、反射型液晶表示素子１３の周辺部に入射す
る照明光の主光線の偏光ビームスプリッタプリズムに対
する入射角度をほぼ垂直にし、偏光ビームスプリッタプ
リズムの角度依存性から発生する色むらを低減させる作
用を有する。

【００４７】Ｇ反射ＲＢ透過ダイクロイックミラー５に
入射したＲのＳ偏光４Ｒ、ＢのＳ偏光４Ｂは、ダイクロ
イックミラー面を透過した後、偏光板７を透過しＰ偏光
成分が吸収され、ＲのＳ偏光８Ｒ、ＢのＳ偏光８Ｂとな
る。尚、この位置に偏光板７を配置する理由は、偏光変
換素子３による偏光の整流化が十分ではなく、入射光４
Ｒ、４Ｂには一部Ｐ偏光が含まれ、画像のコントラスト
を劣化させるためである。偏光板７によりＰ偏光を吸収
させることでより高いコントラストが得られる。

【００４８】ＲのＳ偏光８ＲとＢのＳ偏光８Ｂは、Ｂ光
の偏光を回転させるための偏光回転素子９に入射し、Ｒ
のＳ偏光は変化せず、ＲのＳ偏光１０Ｒとなり、ＢのＳ
偏光は偏光が回転し、ＢのＰ偏光１０Ｂとなる。偏光ビ
ームスプリッタプリズム１１に入射したＲのＳ偏光１０
Ｒはスプリッタ面１１ａにより反射され、ＲのＳ偏光１
２Ｒとなり、反射型液晶表示素子１３Ｒに入射する。こ
こで反射型液晶表示素子１３Ｒにより、明るく表示させ
る光は、ＲのＰ偏光１４Ｒとして反射され、暗く表示さ
せる光はＲのＳ偏光のまま反射される。尚、図１では、
暗く表示させる場合の光についてはＲ、Ｇ、Ｂともに省
略する。明るく表示させる光であるＲのＰ偏光１４Ｒ
は、再び偏光ビームスプリッタプリズム１１に入射し、
今度はＰ偏光であるためスプリッタ面１１ａを透過し、
ＲのＰ偏光１５Ｒとなる。

【００４９】一方、Ｂ光の偏光を回転させる偏光回転素
子９を透過したＢのＰ偏光１０Ｂは、偏光ビームスプリ
ッタプリズム１１に入射し、スプリッタ面１１ａを透過
してＢのＰ偏光１２Ｂとなり、Ｂの反射型液晶表示素子
１３Ｂに入射する。ここでＢの反射型液晶表示素子１３
Ｂにより、明るく表示させる光は、ＢのＳ偏光１４Ｂと
して反射され、暗く表示させる光はＢのＰ偏光のまま反
射される。明るく表示させる光であるＢのＳ偏光１４Ｂ
は、偏光ビームスプリッタ１１に再度入射し、今回はＳ
偏光であるため、スプリッタ面１１ａにより反射され、
ＢのＳ偏光１５Ｂとなり、ＲのＰ偏光１５Ｒと合成され
る。

【００５０】合成されたＲのＰ偏光１５ＲとＢのＳ偏光
１５Ｂは、Ｒ光の偏光を回転させるための偏光回転素子
１６に入射し、ＢのＳ偏光１５Ｂは変化せずにＢのＳ偏
光１９Ｂとなり、ＲのＰ偏光１５Ｒは偏光が回転し、Ｒ
のＳ偏光１９Ｒとなる。Ｒ、Ｂ共にＳ偏光となったＲの
Ｓ偏光１９ＲとＢのＳ偏光１９Ｂとは、次に、Ｂ専用偏
光板３５により、不要なＢに含まれる不要なＰ偏光成分
をカットし、Ｂ光のコントラストを改善する。さらに、
ＲＢ光の光路長を調整するＲＢ光路長調整ガラス４２を
通って偏光ビームスプリッタプリズム２０に入射し、ス
プリッタ面２０ａで反射し、ＲのＳ偏光２１Ｒ、ＢのＳ
偏光２１Ｂとなる。またこの時、ＲＢ光共に暗く表示さ
せるＰ偏光が透過されるため、Ｒ、Ｂ光共に更にコント
ラストが改善される。

【００５１】また、Ｇの光については、光源１より出射
したＧの光は、偏光変換素子３によりＧのＳ偏光４Ｇに
変換された後、Ｇ反射ＲＢ透過ダイクロイックミラー５
により反射され、偏光板２５に入射し、Ｐ偏光成分がほ
ぼ完全にカットされ、ＧのＳ偏光２６Ｇとなり、偏光ビ
ームスプリッタプリズム２７に入射する。偏光ビームス
プリッタプリズム２７に入射したＧのＳ偏光２６Ｇは、
スプリッタ面２７ａにより反射されＧのＳ偏光２８Ｇと
なりＧの反射型液晶表示素子２９Ｇに入射する。ここで
明るく表示させる光はＧのＰ偏光３０Ｇとして反射さ
れ、再び偏光ビームスプリッタプリズム２７に入射し、
今回はＰ偏光であるため、スプリッタ面２７ａを透過し
て、ＧのＰ偏光３１Ｇとなる。ＧのＰ偏光３１Ｇは、Ｇ
光の光路長を調整するＧ光路長調整ガラス４１を通って
偏光ビームスプリッタプリズム２０に入射し、スプリッ
タ面２０ａを透過してＧのＰ偏光３２Ｇとなり、ＲのＳ
偏光２１Ｒ、ＢのＳ偏光２１Ｂと合成される。ここで合
成された映像光はＲ及びＢはＳ偏光、ＧはＰ偏光の成分
を持ち、投写レンズ４０によりスクリーン等に拡大投写
される。なお、未説明の保持ガラス４３については後述
する。

【００５２】また本実施の形態では、各プリズムの上下
面に黒色塗料を塗布した構成となっている。この構成に
より、偏光ビームスプリッタプリズムもしくはダイクロ
イックミラープリズム内部での内部反射を低減出来、高
いコントラストを得ることが出来る。

【００５３】以上のように構成された本実施の形態は、
次に述べるいくつかの効果を有している。

【００５４】本実施の形態によれば、映像のコントラス
ト特性について、Ｇの反射型液晶表示素子２９Ｇにより
反射されたＧの映像光３１Ｇは、偏光ビームスプリッタ
プリズム２７のスプリッタ面２７aにより暗く表示させ
る光が十分に反射されるため、コントラストが高い。ま
たＲの映像光は偏光ビームスプリッタプリズム１１、２
０のスプリッタ面１１ａ、２０ａで暗く表示させる光が
反射され、良好なコントラストを得ることが出来る。ま
たＢの映像光は、Ｂ光専用の偏光板３５により、高コン
トラストにすることが出来る。

【００５５】次に、本実施の形態では、Ｂ光の偏光を回
転させるための偏光回転素子９が図２に示すような特性
の場合でも、通過するＲ光及びＢ光は波長回転角の過渡
域の波長の光を含まないため、通過後の楕円偏光が少な
く、偏光板３５を通過した後に高い画像コントラストを
得ることが出来る。更に上記偏光回転素子１６を使用す
るため、画像のコントラスト向上のために、Ｒ光とＧ
光、及びＧ光とＢ光の間の光をカットする必要がなく、
高い光利用率とすることができる。

【００５６】また、本実施の形態によれば、偏光変換素
子３から反射型液晶表示素子１３Ｒ、２９Ｇ、１３Ｂま
での距離を略等しくすることが出来、色むらの少ない画
像を得ることが出来る。さらに、３枚の反射型液晶表示
素子１３Ｒ、２９Ｇ、１３Ｂから投写レンズ４０までの
それぞれの距離を略等しくすることが出来、投写レンズ
４０のフォ−カス性能を高めることが出来る。

【００５７】また、本実施の形態の偏光ビームスプリッ
タプリズム１１、２７は偏光ビームスプリッタプリズム
２０よりサイズが小さくなっている。反射型液晶表示素
子から出射した映像光は、投写レンズに向かうに従い、
徐々に広がりを持つ光束である。そこで、第２の偏光ビ
ームスプリッタ１１と第３の偏光ビームスプリッタの大
きさは、通過する映像光の範囲に合わせた大きさに設定
することで、反射型液晶表示素子から出射する映像光が
プリズム側面でケラレない状態で光学系全体の構成を小
型化出来る。

【００５８】図３は、本発明の第２の実施形態である液
晶プロジェクタの光学ユニットの概略上面図である。本
発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態
に対して、偏光回転子１６とＢ専用偏光板３５の間に空
気層４５を設けている。本実施の形態の光学ユニットの
Ｒ光、Ｂ光、Ｇ光に対する作用は第１の実施の形態と同
様である。なお、図３において、図１に共通な部分には
同一符号を付して説明を省略する。

【００５９】本実施の形態によれば、第１の実施の形態
の場合と同様の効果が得られると共に、空気層４５によ
り、偏光回転素子１６とＢ専用偏光板３５を直接接触す
ることなく配置させることができるため、Ｂ専用偏光板
３５の熱を偏光回転素子１６に直接伝えることがない。
従って、偏光回転素子１６の熱による影響、例えば、熱
収縮に伴う偏光回転素子の変形に伴う複屈折の防止が可
能である。また、熱変形に伴う、接着剤のハガレも防止
できる。さらには、積極的に空気を流すことによる冷却
を行うことで、部品の熱による劣化を防止でき、信頼性
を確保することができる。

【００６０】図４は、第１の実施の形態、及び、第２の
実施の形態における、偏光ビームスプリッタプリズム１
１と偏光ビームスプリッタプリズム２０の一体化構造を
詳細に示した図である。

【００６１】偏光ビームスプリッタプリズム１１と、偏
光回転素子１６は接着剤により、一体に張り合わされい
る。一方、偏光ビームスプリッタプリズム２０とＲＢ光
路長調整ガラス４２とＢ専用偏光板３５も、接着剤によ
り一体化されている。さらに、ＲＢ光路長調整ガラス４
２と、偏光ビームスプリッタプリズム１１とは、保持ガ
ラス４３により上下を挟み込まれるように接着され一体
化構造をなしている。このように構成することにより、
偏光回転素子１６とＢ専用偏光板３５の間に空気層を設
けることが可能になる。また、空気層を設けることによ
り、Ｂ専用偏光板３５の熱を直接、偏光回転素子１６に
伝えることがないため、温度上昇に対して、熱伸縮を抑
えることができる。また、さらには、空気層を設けるこ
とにより、積極的に冷却することができる。さらには、
偏光ビームスプリッタプリズム２０にＧ光路のＧ光路長
調整ガラス４１と、偏光ビームスプリッタプリズム２７
も接着剤により一体化することにより、３個の偏光ビー
ムスプリッタプリズム１１，２０、２７を一体として取
り扱うことが可能となる。これらの部品を所定の精度で
接着構成することにより、偏光ビームスプリッタプリズ
ム１１と偏光ビームスプリッタプリズム２０と偏光ビー
ムスプリッタプリズム２７との３つの反射面の光学精度
が確保出来、図示しない構造部品への取付けは、偏光ビ
ームスプリッタプリズム２０の取り付け精度のみを管理
すればよい。

【００６２】図５は、本実施の形態に使用したＢ光専用
の偏光板の波長透過率特性及び全波長域用の偏光板の波
長透過率特性を示すグラフである。

【００６３】一般的に、偏光板は、可視光域の全ての光
に対して吸収軸での透過率を１％以下とすると、透過軸
での透過率が９０％前後となり、透過軸の光も１０％近
く吸収することになるが、吸収軸での透過率を１％以下
とする波長域を可視光域の１／３程度とし特定の波長域
の光専用の偏光板とすると、透過軸での透過率を可視光
域全域で高めることが出来る。

【００６４】この点に着眼して作成したのがＢ専用偏光
板３５である。図５の全波長域用偏光板の透過軸での透
過率（点線で示す）とＢ専用偏光板の透過軸での透過率
（実線で示す）を比較して明らかなように、Ｂ専用偏光
板の透過軸での透過率が可視光域全域で高められている
のがわかる。

【００６５】また、Ｂ専用偏光板３５は、Ｂの波長域の
光に対しては偏光板として働くが、Ｒの波長域の光に対
しては、吸収軸、透過軸共に透過し、偏光板としては働
かないことも明らかである。

【００６６】そこで、偏光ビームスプリッタプリズム２
０のＲＢ光の光入射面に、Ｂ光に対しては偏光整流素子
として働くＢ光専用の偏光板を配置する構成とした。こ
の構成により、Ｒ、Ｂの両方の映像光で高いコントラス
トを得ながらより偏光板の透過率を高め、より高輝度の
画像を得ることが出来る。

【００６７】図６は、本発明の第３の実施形態である液
晶プロジェクタの概略上面図である。図６の実施の形態
は、反射型液晶表示素子１３Ｒ、２９Ｇ、１３Ｂを３原
色のＲ、Ｇ、Ｂに対応させた反射式３板液晶プロジェク
タの装置全体を示している。図６では、第１のアレイレ
ンズ１５０，第２のアレイレンズ１５２と偏光ビームス
プリッタプリズムアレイ１５１からなる所謂オプティカ
ルインテグレ−タと光源１とで構成された偏光照明装置
を、図３の光学ユニットに組合せている。偏光照明装置
とは、詳細は後述するが、光源からのランダムな偏光方
向を、液晶表示素子が利用できる所定偏光方向に揃えた
例えばＳ偏光を出射するようにしたものである。オプテ
ィカルインテグレ−タを用いた偏光照明装置は、光源か
らのランダムな偏光方向を所定偏光方向に揃えるので、
一方向の偏光光しか利用できない照明装置（例えば図
１、図３の光源１）に比べ、理想的には２倍の明るさと
することができる。オプティカルインテグレ−タは後述
するように偏光変換機能を有するので、図３の偏光変換
素子３に置き替えることができる。

【００６８】以下、図６を用いて本発明の第３の実施の
形態を詳細に説明する。なお、図３に共通な部分には同
一符号を付して示す。

【００６９】図６における光源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光源である。

【００７０】光源１から放射された白色照明光は楕円面
または放物面または非球面の反射面を持つリフレクタに
て略平行光へと変換され、第１のアレイレンズ１５０に
入射する。第１のアレイレンズ１５０はリフレクタの出
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、前記略平行光を第２のアレイレ
ンズ１５２上に複数の２次光源像として集光させる。第
２のアレイレンズ１５２は第１のアレイレンズと略同一
の外形サイズを持ち、また同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
される。また第２のアレイレンズ１５２の個々の集光レ
ンズは、第１のアレイレンズ１５０の個々のレンズ像を
液晶表示素子１３Ｒ、２９Ｇ、１３Ｂに結像させる効果
を持つ。第２のアレイレンズ１５２を透過した白色照明
光は第２のアレイレンズ１５２の各々のレンズの横方向
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の幅を持つ菱形プリズムのアレイである偏光
ビームスプリッタプリズムアレイ（以下ＰＢＳプリズム
アレイと称す）１５１へ入射する。

【００７１】このＰＢＳプリズムアレイ１５１は、プリ
ズムの反射面に偏光ビームスプリッタの膜付けが施され
た偏光ビームスプリッタプリズムと、施してない単なる
全反射ミラ−の全反射プリズムとが対をなして積層され
て配列されており、偏光ビームスプリッタプリズムの出
射面には偏光回転素子（１／２λ位相差板）が設けられ
ている。

【００７２】ＰＢＳプリズムアレイ１５１に入射した入
射光は、前記偏光ビームスプリッタプリズムにてＰ偏光
とＳ偏光に分離される。Ｐ偏光は、そのまま偏光ビーム
スプリッタプリズム内を直行し、このプリズムの出射面
に設けられた偏光回転素子により、偏光方向が９０°回
転され、Ｓ偏光となり出射される。一方、Ｓ偏光は、偏
光ビームスプリッタプリズムにより反射され、隣接する
全反射プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射され
てからＳ偏光として出射される。以上のように、このＰ
ＢＳプリズムアレイ１５１により、照明光はＳ偏光を持
つ光へと変換される。

【００７３】液晶表示装置では、Ｓ偏光もしくはＰ偏光
の一方向の偏光光しか使用出来ない。そこで、ＰＢＳプ
リズムアレイ１５１を用いることで、光源１から出射さ
れるランダムな偏光成分を持つ照明光の偏光方向を揃え
て反射型液晶表示素子１３Ｒ、１３Ｂ、及び２９Ｇに入
射させることができ、光を有効に利用することが可能と
なる。

【００７４】なお、上述した第１のアレイレンズ１５
０，第２のアレイレンズ１５２とＰＢＳプリズムアレイ
１５１からなるレンズ群構成は、オプティカルインテグ
レ−タと称されている。

【００７５】また、第１、第２のアレイレンズ１５０、
１５２は、リフレクタから出射した照明光を第１アレイ
レンズ１５０で分離し、第２アレイレンズ１５１により
個々のアレイ像を再度液晶表示素子１３で重ね合わせる
ことで、画面の中央、周辺部等での明るさむらの少ない
均一な画質が得られる。

【００７６】ＰＢＳプリズムアレイ１５１から出射した
Ｓ偏光成分の照明光はコンデンサレンズ１５５に入射す
る。コンデンサレンズ１５５は、1枚かまたは複数枚の
構成であり、正の屈折力を有し、この照明光をさらに集
光させる作用を持つ。コンデンサレンズ１５５を透過し
た照明光はＧ透過ＲＢ反射ミラー１５６より光軸方向を
曲げられ、コンデンサレンズ５０、５１に入射する。こ
のコンデンサレンズ５０、５１は、反射型液晶表示素子
１３の周辺部に入射する照明光の主光線の偏光ビームス
プリッタプリズムに対する入射角度をほぼ垂直にし、偏
光ビームスプリッタプリズムの角度依存性から発生する
色むらを低減させる。

【００７７】次に、照明光はＧ透過ＲＢ反射ダイクロイ
ックミラー１５６に入射する。照明光はここでＧ透過Ｒ
Ｂ反射ダイクロイックミラー１５６により、Ｇ光とＲ、
Ｂ光とに2分割され、それぞれの偏光板２５、７を透過
した後、色専用の偏光ビームスプリッタプリズム２７、
１１に入射する。Ｇ光は直進し、Ｇ専用の偏光ビームス
プリッタプリズム２７に入射することになる。この時入
射光はＳ偏光なので偏光ビームスプリッタ反射面で反射
され、Ｇ用反射型液晶表示素子２９Ｇへ入射する。ま
た、Ｂ光とＲ光は偏光板７を透過し、その後Ｂ光波長域
の光のみ偏光方向を回転させる偏光回転素子９を通過し
てＢ光の偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換し、Ｒ、Ｂ
専用偏光ビームスプリッタプリズム１１に入射する。こ
こでＢ光は、ＲＢ専用偏光ビームスプリッタプリズム１
１を直進してＢ用反射型液晶表示素子１３Ｂに入射す
る。一方、Ｒ光はＳ偏光のままとなり、Ｒ、Ｂ専用偏光
ビームスプリッタプリズム１１の反射面にて反射された
後、Ｒ用反射型液晶表示素子１３Ｒに入射する。

【００７８】尚、上記配置はひとつの実施の形態であ
り、これに限定されるものではなく、ＲがＰ偏光光に変
換され、ＲとＢの反射型液晶表示素子の位置を入れ替え
てもよく、これとは別にＲ、Ｂの反射型液晶表示素子１
３Ｒ、１３Ｂ及び偏光ビームスプリッタプリズム１１
と、Ｇの反射型液晶表示素子２９Ｇ及び偏光ビームスプ
リッタプリズム２７との位置を入れ替る等、実施の形態
１から２に示す光学ユニットを使用した場合も本実施の
形態が有する効果を得ることが出来る。

【００７９】入射照明光はその後、各色用の反射型映像
表示素子１３で映像信号に応じて偏光を回転された映像
光に変換され、再び各色専用偏光ビームスプリッタプリ
ズム１１、２７に入射し，反射面にてＳ偏光は反射さ
れ、Ｐ偏光は透過する。

【００８０】この反射型映像表示素子１３Ｒ、２９Ｇ、
１３Ｂ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、外部より入力される画像信号に基づいて
駆動回路（図示せず）が駆動されて、各画素の偏光回転
角度が変わり、明るく表示させる光に対しては入射の偏
光方向と直交方向になった光が反射され、偏光ビームス
プリッタプリズム１１、２７により投写レンズ４０に向
かって映像光が出射される。また暗く表示させる場合
は、反射光は入射光と同一方向の偏光方向となり、その
まま入射光路に沿って光源側に戻される。

【００８１】その後、映像光となったＲＧＢ各色の光
は、偏光ビームスプリッタプリズム２０により再び合成
されて、例えばズームレンズであるような投写レンズ４
０を通過し、スクリーンに到達する。前記投写レンズ４
０により、反射型液晶表示素子１３Ｒ、２９Ｇ，１３Ｂ
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１５３に
より、ランプ、パネル等の駆動を行っている。

【００８２】従って、本発明によるＧ専用、ＲＢ専用偏
光ビームスプリッタプリズムを２個用いる構成は小型、
軽量化を達成できるとともに、さらには色純度を制御で
き、さらに色むら等を改善し、性能向上を同時に実現す
ることができ、コンパクトで高輝度、高画質の投射型映
像表示装置を実現できる。

【００８３】また本発明の投写型映像表示装置は、反射
型液晶表示素子の略直前に配置される偏光ビームスプリ
ッタプリズム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、Ｓ偏光光の透
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光専用の最適
な誘電体多層膜付けを施したＧ専用偏光ビームスプリッ
タプリズム２７、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光専用の最適な誘電体多層膜
付けを施したＲＢ専用ビームスプリッタプリズム１１を
用いる事が出来、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。さらに、場合によりダイクロ
イック膜に傾斜膜を付加することにより、より均一性の
とれたかつ色純度の高い映像を提供できる。

【００８４】また、本発明の投写型映像表示素子は、Ｇ
光とＲ、Ｂ光とを分離した後で、且つ偏光ビームスプリ
ッタプリズム１１、２７に入射する前に、偏光板２５、
７を設置する構成であることから、偏光板７、２５の光
入射面にＧ光及びＲ光の色純度を補正する色調整手段で
あるカラーフィルタもしくはダイクロイックフィルタを
設けることが容易となり、高い単色の色純度と高光利用
率を両立させることが出来る。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光の利用率が高く、かつ画像のコントラストの高い液晶
プロジェクタ用の光学ユニット及びそれを用いた液晶プ
ロジェクタを得ることが出来る。

【００８６】また、本発明によれば、小型・軽量で、画
像の色むらが少なく、かつフォーカス性能の良い液晶プ
ロジェクタ用の光学ユニット及び液晶プロジェクタを得
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態である液晶プロジェク
タの光学ユニットの概略上面図。

【図２】Ｂ光の偏光を回転させるための偏光回転素子の
波長特性を示すグラフ。

【図３】本発明の第２の実施形態である液晶プロジェク
タの光学ユニットの概略上面図。

【図４】本発明の偏光ビームスプリッタプリズムの一体
化構造を示す側面図。

【図５】本発明の実施形態である液晶プロジェクタの光
学ユニットに使用される偏光板の透過率を示すグラフ。

【図６】本発明の第３の実施形態である液晶プロジェク
タの概略上面図。

【図７】従来の反射型液晶プロジェクタ光学系の上面
図。

【図８】従来の液晶プロジェクタ合成光学系の上面図。

【図９】従来の反射型液晶プロジェクタ光学系の上面
図。

【図１０】偏光ビームスプリッタプリズムの波長透過率
特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１…光源、３…偏光変換素子、５…Ｇ反射ＲＢ透過ダイ
クロイックミラー、７…偏光板、９…Ｂ光のみの偏光を
回転させる偏光回転素子、１１…偏光ビームスプリッ
タ、１３Ｒ…Ｒの反射型液晶表示素子、１３Ｂ…Ｂの反
射型液晶表示素子、１６…偏光回転素子、２０…偏光ビ
ームスプリッタ、２４…投写レンズ、２５…偏光板、２
７…偏光ビームスプリッタ、２９Ｇ…Ｇの反射型液晶表
示素子、３５…Ｂ光のみの偏光を吸収する性質を持つ偏
光板、４０…投写レンズ、４１…Ｇ光路長調整ガラス、
４２…ＲＢ光路長調整ガラス、４３…保持ガラス、８３
ａ…偏光板、８５…偏光ビームスプリッタプリズム、８
６…色分離合成プリズム、８６Ｒ…Ｒ反射ダイクロイッ
クミラー、８６Ｂ…Ｂ反射ダイクロイックミラー、８７
Ｒ…Ｒの反射型液晶表示素子、８７Ｇ…Ｇの反射型液晶
表示素子、８７Ｂ…Ｂの反射型液晶表示素子、８９…偏
光板、９０…投写レンズ、９３Ｒ…Ｒの画像表示素子、
９３Ｇ…Ｇの画像表示素子、９３Ｂ…Ｂの画像表示素
子、９５…偏光ビームスプリッタプリズム、９６…Ｇ光
のみの偏光を回転させる偏光回転素子、９８…偏光ビー
ムスプリッタ、９９…Ｂ光のみの偏光を回転させる偏光
回転素子、１０１…投写レンズ、１１０…ＲＧ光源、１
１２…偏光変換素子、１１３…Ｇ光のみの偏光を回転さ
せる偏光回転素子、１１５…偏光ビームスプリッタプリ
ズム、１１６Ｒ…Ｒの反射型液晶表示素子、１１６Ｇ…
Ｇの反射型液晶表示素子、１１７Ｒ…ＲのＰ偏光、１１
７Ｇ…ＧのＳ偏光、１１８…Ｇ光のみの偏光を回転させ
る偏光回転素子、１２０…偏光ビームスプリッタプリズ
ム、１２２…Ｂ光のみの偏光を回転させる偏光回転素
子、１２３…偏光板、１２４…投写レンズ、１２５…Ｂ
光源、１２７…偏光変換素子、１３０Ｂ…Ｂの反射型液
晶表示素子、１５０…第１のアレイレンズ、１５２…第
１のアレイレンズ、１５１…偏光ビ−ムスプリッタプリ
ズムアレイ、１５３…電源、１５５…コンデンサレン
ズ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 (72)発明者中島努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システム事業部内 (72)発明者鋪田和夫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システム事業部内 (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） 2H042 CA06 CA10 CA14 CA17 2H049 BA02 BA05 BA08 BB03 BC22 2H088 EA14 EA15 EA16 EA19 2H091 FA07X FA10X FA21X FA26X LA11 LA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照明光学系の光源から出射した照明光を、
Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に分離するための色分離合成光学系
を経て３枚の反射型液晶表示素子に入射させ、該反射型
液晶表示素子で反射した３原色の映像光をカラー映像光
に合成後投写レンズで拡大投写する液晶プロジェクタ用
の光学ユニットにおいて、上記色分離合成光学系は、上記反射型液晶表示素子の光
軸上に、３個の偏光ビームスプリッタプリズムと、ダイ
クロイック反射薄膜を備えるダイクロイック光学素子１
個と、特定波長域の光の偏光を回転させる２個の波長選
択性偏光回転素子とを組み合わせて構成され、上記３枚の反射型液晶表示素子のうちＧ光の反射型液晶
表示素子の反射面の略直前位置に第１の偏光ビームスプ
リッタプリズムが配され、Ｒ、Ｂ光各々の反射型液晶表示素子は互いに略隣接しか
つ略９０度の角度を成して配され、上記Ｒ、Ｂ光の反射型液晶表示素子の両反射面の略直前
位置に第２の偏光ビームスプリッタプリズムが配され、上記第２の偏光ビームスプリッタプリズムのＲ、Ｂ光が
通過する光路中にＲまたはＢ光のいずれか一方の光の偏
光方向を略９０度回転させる第１の波長選択性偏光回転
素子を配し、上記ダイクロイック光学素子によるＧ光の分離後、該第
１の波長選択性偏光回転素子と上記第２の偏光ビームス
プリッタプリズムを用いてＲ、Ｂ光を分離することによ
り色分離を行い、上記第２の偏光ビームスプリッタプリズムによりＲ、Ｂ
光を合成後、上記第２の波長選択性偏光回転素子を用い
てＲ、Ｂの偏光方向を略同じ方向に変換した光と、上記
第１の偏光ビームスプリッタプリズムからの出射光とを
第３の偏光ビームスプリッタにより色合成を行うように
構成し、上記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタプリズ
ムと上記波長選択性偏光回転素子とを互いに貼り合せて
一体状に構成すると共に、上記第２、第３の偏光ビームスプリッタプリズムの間に
は、光が通過しない面を連結する保持板を配したことを
特徴とする光学ユニット。
【請求項２】上記波長選択性偏光回転素子は、４００ｎ
ｍ〜５００ｎｍ近傍の波長帯域と６００ｎｍ〜７００ｎ
ｍ近傍の波長帯域の何れかの光に対し偏光を回転させる
機能を有する請求項１に記載の光学ユニット。
【請求項３】上記波長選択性偏光回転素子は、同じ偏光
方向で入射する４００ｎｍ〜５００ｎｍ近傍の波長帯域
の光と、６００ｎｍ〜７００ｎｍ近傍の波長帯域の光
を、偏光方向が互いに略直交するようにそれぞれの偏光
を回転させる機能を有する請求項１乃至２の何れかに記
載の光学ユニット。
【請求項４】上記波長選択性偏光回転素子は、偏光を回
転させる波長域と偏光を回転させない波長域の間の過渡
域の境界波長が略５００ｎｍ〜６００ｎｍ間に設定され
ている請求項２乃至３の何れかに記載の光学ユニット。
【請求項５】上記第１の偏光ビームスプリッタプリズム
は、Ｇ光に対し透過率と反射率の少なくとも何れかが安
定したピーク帯域の特性を有する請求項１乃至４の何れ
かに記載の光学ユニット。
【請求項６】上記第２の偏光ビームスプリッタプリズム
は、ＲまたはＢ光に対し透過率と反射率の少なくとも何
れかが安定したピーク帯域の特性を有する請求項１乃至
５の何れかに記載の光学ユニット。
【請求項７】Ｇ光を分離後、Ｇ光の通過光路中とＲ、Ｂ
光の通過光路中であって上記第１、第２の偏光ビームス
プリッタプリズムの前にそれぞれ偏光整流素子を設けた
請求項1乃至８の何れかに記載の光学ユニット。
【請求項８】上記偏光整流素子は、色調整機能を有する
請求項７に記載の光学ユニット。
【請求項９】Ｒ光とＢ光の２色の色分離及び合成を、１
つの偏光ビームスプリッタプリズムで行い、かつ光源と
該偏光ビームスプリッタプリズムの映像光入射面との間
に、特定波長の光に対しては偏光整流素子として働く特
定の波長域の光専用の偏光板が配置される請求項８に記
載の光学ユニット。
【請求項１０】Ｒ光とＢ光の色分離及び合成を偏光ビー
ムスプリッタプリズムの１つで行い、該偏光ビームスプ
リッタプリズムの照明光入射面の対面にはＢ光に対応す
る反射型液晶表示素子を配し、該偏光ビームスプリッタ
プリズムの映像光出射面の対面にはＲ光に対応する反射
型液晶表示素子を配し、かつ、該偏光ビームスプリッタ
プリズムの照明光入射面に、Ｂ光に対して偏光整流素子
として働くＢ光専用の偏光板を配した請求項７に記載の
光学ユニット。
【請求項１１】上記偏光整流素子は、第３の偏光ビーム
スプリッタプリズムと第２の波長選択性偏光回転素子と
の間に配され、第２の波長選択性偏光回転子と該偏光整
流素子の間に冷却用の風路を設けた請求項７乃至１０の
何れかに記載の光学ユニット。
【請求項１２】上記第１の偏光ビームスプリッタプリズ
ムと上記第３の偏光ビームスプリッタプリズム、及び、
上記第２の偏光ビームスプリッタと上記第３の偏光ビー
ムスプリッタとの間に、それぞれ光路長調整用部材が挿
入されている請求項１乃至１１の何れかに記載の光学ユ
ニット。
【請求項１３】上記光源と上記第１、第２の偏光ビーム
スプリッタプリズムとの間にコンデンサレンズを配し、
該偏光ビームスプリッタプリズムに入射する照明光の主
光線が上記反射型液晶表示素子の周辺部に対し略鉛直に
入射する構成とした請求項１乃至１２の何れかに記載の
光学ユニット。
【請求項１４】色分離前の光路上にコンデンサレンズを
配し、上記第１、第２の偏光ビームスプリッタプリズム
に入射する照明光の主光線が、上記型液晶表示素子周辺
部に対して略鉛直に入射する構成とした請求項１乃至１
２の何れかに記載の光学ユニット。
【請求項１５】上記３枚の反射型液晶表示素子のそれぞ
れの略直前にコンデンサレンズを配し、該反射型液晶表
示素子に入射する照明光の主光線が、該反射型液晶表示
素子の周辺部に対しても略垂直に入射する構成とした請
求項１乃至１１の何れかに記載の光学ユニット。
【請求項１６】上記ダイクロイック光学素子のダイクロ
イック反射薄膜を、一定方向に膜厚を変えて反射波長特
性を変化させた傾斜薄膜とした請求項１に記載の光学ユ
ニット。
【請求項１７】上記第３の偏光ビームスプリッタプリズ
ムが上記第１、第２偏光ビームスプリッタプリズムのい
ずれよりも大きいプリズムを備える請求項１乃至１２の
何れかに記載の光学ユニット。
【請求項１８】請求項１から１７の何れか記載の光学ユ
ニットと、該光学ユニット中の上記３枚の反射型液晶表
示素子を駆動する駆動回路とを備えたことを特徴とする
液晶プロジェクタ。
【請求項１９】光源から出射された光を波長帯域に基づ
いて第１及び第２の色光と、第３の色光とに分離する色
分離素子と、該色分離素子により分離された上記第１及び第２の色光
が入射され、上記第１及び第２の色光の何れか一方の偏
光方向を変換することにより色光の偏光方向に基づいて
色分離し、色合成する色分離合成素子と、該色分離合成素子により分離された上記第１及び第２の
色光各々が入射され、該色分離合成素子に各々からの反
射光を出射する第１、第２の反射型映像表示素子と、上記色分離素子により分離された上記第３の色光が入射
される第３の反射型映像表示素子と、上記第３の色光の、上記第３の反射型映像表示素子への
入出射を制御する偏光素子と、上記色分離合成素子により合成された上記第１及び第２
の色光と上記偏光素子からの上記第３の色光とを合成す
る色合成素子とを有し、上記色分離合成素子、上記偏光素子及び上記色合成素子
とを互いに貼り合せて一体状に構成すると共に、上記色分離合成素子と上記色合成素子の間には、光が通
過しない面を連結する保持板を配するように構成したこ
とを特徴とする光学ユニット。