JP2003161916A - 投射型画像表示装置および画像表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色分解合成光学系の偏光方向による特性差に
起因して、投射画像のコントラストが低下する。 【解決手段】 照明光学系１〜５ｂと、照明光学系から
の照明光を互いに波長領域が異なる複数の色光に分解し
てそれぞれの色光を色光ごとに設けられた反射型画像表
示素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに入射させるとともに、これら
反射型画像表示素子にて反射し射出した複数の色光を合
成する色分解合成光学系８と、この色分解合成光学系に
より合成されたカラー画像光を投射表示する投射光学系
１２とを有する投射型画像表示装置において、色分解合
成光学系により分解される照明光のうち複数の色光成分
をそれぞれ１つの偏光方向を主として有する偏光光と
し、分解される複数の色光成分の主たる偏光方向と、合
成される複数の色光の主たる偏光方向とが色ごとに同じ
になるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系からの
照明光を複数の色光に分解し、画像表示素子によって変
調した各色光を合成して画像を投射表示する投射型画像
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像表示素子を照明する照明光学系と、
照明光の偏光状態を変調して画像光を生成する液晶ディ
スプレイ等の画像表示素子とを用い、画像表示素子から
の画像光を拡大投影する投写型画像表示装置が従来使用
されている。

【０００３】そして、画像表示素子に対して照明光学系
からの照明光の入射する側と画像表示素子によって変調
された画像光が射出する側とが同じである、いわゆる反
射型の画像表示素子を用いた画像表示装置としては、特
開平１０−２７４８１０号公報にて提案されているもの
がある。

【０００４】図１２には、その基本構成を示している。
２０１は光源、２０２は放物面鏡、２０３は偏光ビーム
スプリッタである。２０４はクロスダイクロイックプリ
ズムであり、赤反射ダイクロイックフィルター２０４Ｒ
と青反射ダイクロイックフィルター２０４Ｂとを有す
る。

【０００５】２０５Ｒ、２０５Ｇ、２０５Ｂは赤、緑、
青の３原色に対応して配置された反射型液晶表示素子、
２０７は投射レンズである。

【０００６】光源２０１からの光は放物面鏡２０２によ
り略平行光とされ、この光のうち偏光ビームスプリッタ
２０３によって紙面に垂直な偏光方向を有するＳ偏光の
みが反射されてクロスダイクロイックプリズム２０４に
入射する。

【０００７】クロスダイクロイックプリズム２０４にお
いては、青の色光が青反射ダイクロイックフィルター２
０４Ｂで反射され、青用の反射型液晶表示素子２０５Ｂ
に入射する。また、赤の色光は赤反射ダイクロイックフ
ィルター２０４Ｒで反射され、赤用の反射型液晶表示素
子２０５Ｒに入射する。さらに、緑の色光は両ダイクロ
イックフィルター２０４Ｂ，２０４Ｒを透過し、緑用の
反射型液晶表示素子２０５Ｇに入射する。

【０００８】各反射型液晶表示素子２０５Ｂ，２０５
Ｇ，２０５Ｒに入射した光は、各液晶表示素子に入力さ
れた画像信号に応じて変調されて偏光方向の変化を受け
るとともに反射され、画像光として再度クロスダイクロ
イックプリズム２０４に入射する。クロスダイクロイッ
クプリズム２０４において、各色光は色分解と逆の光路
をたどって色合成され、Ｐ偏光光のみが偏光ビームスプ
リッタ２０３を透過して投射レンズ２０７で投影され
る。

【０００９】そして、この投射型画像表示装置（以下、
従来装置１という）では、クロスダイクロイックプリズ
ム２０４を構成するダイクロイックフィルター２０４
Ｒ，２０４ＢのＰ偏光とＳ偏光に対するカットオフ波長
の差が４０ｎｍ以下に設定されている。

【００１０】また、他の従来の投射型画像表示装置とし
て、特開平１０−３１９３４４号公報にて提案されてい
るものがある。

【００１１】図１３にはその基本構成を示している。３
５０は光源、３５１は凹面鏡、３４７は偏光ビームスプ
リッタ、３３２は色分解合成プリズム、３３３，３３
４，３３５は赤、緑、青の各色光に対応した反射型ライ
トバルブ、３３７は投射レンズである。

【００１２】この投射型画像表示装置（以下、従来装置
２という）は、従来装置１におけるクロスダイクロイッ
クプリズム２０４を、３つのプリズム構成体３３８，３
３９，３４０とその境界面に形成されたダイクロイック
ミラー面３４２，３４３から構成される色分解合成プリ
ズム３３２に置き換えたものである。

【００１３】また、従来装置１では、偏光ビームスプリ
ッタ２０３で反射したＳ偏光光を照明光として反射型液
晶表示素子２０５Ｂ、２０５Ｇ、２０５Ｒに導き、その
反射光に含まれるＰ偏光光を偏光ビームスプリッタ２０
３を透過させて投影しているのに対して、この従来装置
２では、逆に偏光ビームスプリッタ３４７を透過したＰ
偏光光を照明光として反射型ライトバルブ３３３，３３
４，３３５に導き、その反射光であるＳ偏光光を偏光ビ
ームスプリッタ３４７で反射させ、投影している。な
お、投影像を形成する基本原理は同一である。

【００１４】この従来装置２では、色分解合成プリズム
３３２を同図に示すような構成とすることにより、ダイ
クロイックミラー面３４２，３４３への光線の入射角θ
１、θ２が上記従来装置１の場合の４５°より小さくす
ることができる。

【００１５】図１４（ａ），（ｂ）にはそれぞれクロス
ダイクロイックプリズムの赤反射、青反射ダイクロイッ
ク面の分光反射率特性の一例を示している。図中、実線
がＳ偏光、点線がＰ偏光に対する特性である。この図か
ら明らかなように、ダイクロイック面においてはＰ偏光
光に対する反射帯域はＳ偏光光に対する反射帯域に比べ
狭くなっている。

【００１６】従って、図１２に示す従来装置１における
クロスダイクロイックプリズム２０４の赤反射ダイクロ
イックフィルター２０４Ｒと青反射ダイクロイックフィ
ルター２０４Ｂとして、図１４に示す特性を有するもの
を用いたとすると、クロスダイクロイックプリズム２０
４の赤反射ダイクロフィルター２０４Ｒで反射分解され
た赤色光が赤用反射型液晶表示素子２０５Ｒで変調され
てＰ偏光光として再度クロスダイクロイックプリズム２
０４に戻り合成される際に、図１４のＳ偏光とＰ偏光の
反射帯域の差の部分が赤反射ダイクロイックフィルター
２０４Ｒでは反射されずに透過し、更に青反射ダイクロ
イックフィルター２０４Ｂも透過するため、迷光となっ
て青用反射型液晶表示素子２０５Ｂを照明することにな
る。

【００１７】そして、青用反射型液晶表示素子２０５Ｂ
に入射した赤用反射型液晶表示素子２０５Ｒからの迷光
が変調され、例えばＰ偏光として反射されてクロスダイ
クロイックプリズム２０４に戻った場合、青反射ダイク
ロイックフィルター２０４Ｂも赤反射ダイクロイックフ
ィルター２０４Ｒも透過するため、再度、赤用反射型液
晶表示素子２０５Ｒに入射する。

【００１８】この光が赤用反射型液晶表示素子２０５Ｒ
で更に変調を受け、例えばＳ偏光として反射されたとす
ると、今度はクロスダイクロイックプリズム２０４の赤
反射ダイクロフィルター２０４Ｒにより反射され、偏光
ビームスプリッタ２０３を透過し、投射レンズ２０７に
よりスクリーンに投影される。

【００１９】このようにダイクロイック面のＳ偏光、Ｐ
偏光に対する特性に差がある場合、投射像に不要な光が
重ね合わされ、コントラストの低下等の画質の劣化が生
ずる。

【００２０】こうした問題点に着目し、従来装置１にお
いてはクロスダイクロイックプリズム２０４を構成する
ダイクロイックフィルター２０４Ｒ，２０４ＢのＳ偏光
とＰ偏光に対するカットオフ波長の差が４０ｎｍ以下に
なるようにしている。

【００２１】これは、図１４に示す通常のクロスダイク
ロイック面におけるＳ偏光光とＰ偏光光に対する反射帯
域の差を小さくすることを意味し、上述した画質の劣化
を低減することができる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来装
置１においても、依然として両者のカットオフ波長には
差があるため、完全な解決にはならず、また従来装置１
が提案されている公報には、上記特性を実現するための
ダイクロイック面の具体的な構成については何ら記載が
ない。

【００２３】通常の誘電体を積層したダイクロイック面
において、偏光方向によるカットオフ波長の差を小さく
するには多くの層数が必要となり、製造コストを押し上
げる結果となる。

【００２４】一方、従来装置２においては、上記問題点
を解決するための別な方法として、図１３に示すように
色分解合成プリズム３３２を３つのプリズム構成体３３
８，３３９，３４０とその境界面に形成されたダイクロ
イックミラー面３４２，３４３とで構成し、各ダイクロ
イック面への光線の入射角θ１、θ２が従来装置１にて
用いられているクロスダイクロイックプリズム２０４で
の同入射角４５°よりも小さくなるようにしている。

【００２５】通常のダイクロイック面の偏光によるカッ
トオフ波長の差は、光の入射角が小さくなるほど減少す
るため、このような構成とすることにより性能の改善が
図られる。しかしながら、やはり根本的な解決にはなっ
ていない。

【００２６】さらに、従来装置１，２では変調された画
像光が色合成を行うクロスダイクロイックプリズム２０
４やプリズム構成体３３８，３３９，３４０の内部を透
過する間にクロスダイクロイックプリズム２０４やプリ
ズム構成体３３８，３３９，３４０の内部の複屈折性や
不均一性、ダイクロイック面の角度依存性等の影響によ
り、その偏光状態が変化してしまい、コントラストが低
下するという問題がある。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、照明光学系と、照明光学系
からの照明光を互いに波長領域が異なる複数の色光に分
解してそれぞれの色光を色光ごとに設けられた反射型画
像表示素子に入射させるとともに、これら反射型画像表
示素子にて反射し射出した複数の色光を合成する色分解
合成光学系と、この色分解合成光学系により合成された
カラー画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射
型画像表示装置において、色分解合成光学系により分解
される照明光のうち複数の色光成分をそれぞれ１つの偏
光方向を主として有する偏光光とし、色分解合成光学系
により分解される複数の色光成分の主たる偏光方向と、
色分解合成光学系により合成される複数の色光の主たる
偏光方向とが色ごとに同じになるようにしている。

【００２８】これにより、色分解合成光学系における照
明光の色分解時と複数の色光の合成時とでの偏光方向に
対する特性の差に起因したコントラスト低下等の表示画
質の劣化を低減させることが可能となる。

【００２９】具体的には、例えば、照明光学系に照明光
のうち少なくとも１つの色光成分の主たる偏光方向を他
の色光成分の主たる偏光方向と異ならせる作用を有する
波長選択性偏光制御手段を設けることにより、上記色分
解合成光学系により分解される複数の色光成分のうち少
なくとも１つの色光成分の主たる偏光方向が、他の色光
成分の主たる偏光方向と異なるようにする。

【００３０】ここで、波長選択性偏光制御手段として
は、複数の位相板を積層した積層位相素子や、ダイクロ
イック面と位相板とにより構成されるものや、各色光成
分に対して異なる作用を及ぼすコレステリック液晶素子
等を用いることができる。

【００３１】また、色分解合成光学系と各反射型画像表
示素子との間に、上記複数の色光それぞれの主たる偏光
方向成分を透過させる偏光素子を配置することにより、
各反射型画像表示素子にて変調された各色光が合成され
る前に検光されるため、表示画像の高いコントラストを
得ることが可能となる。

【００３２】なお、色分解合成光学系内において、分解
されて反射型画像表示素子に入射する各色光の光路と、
反射型画像表示素子から射出して合成される各色光の光
路とが互いに異なるようにしたり、照明光学系における
照明光束の中心線に沿った光線の照明光学系、色分解合
成光学系および投射光学系でのトレース線を全系の基準
軸としたときに、色分解合成光学系（もしくは照明光学
系）における基準軸および投射光学系における基準軸を
それぞれ反射型画像表示素子の表示面の法線に対して傾
けたりすることにより、装置の小型化を図ることが可能
となる。

【００３３】さらに、照明光学系と色分解合成光学系と
の間又は色分解合成光学系と投射光学系との間に、照明
光学系からの照明光又は色分解合成光学系からの画像光
を略１００％の反射率で反射させるプリズム型の導光素
子を設けることにより、波長依存性や角度依存性を有す
る偏光ビームスプリッターを用いる場合に比べて光量損
失を少なくし、明るい表示画像を得ることが可能とな
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である投射型画像表示装置の基本構成
を示している。図中１は光源、２は光源からの光を反射
する放物面鏡等の反射鏡である。３は２次元的に配列さ
れた複数のレンズアレイを有する第１のフライアイ素子
３ａと、同様の第２のフライアイ素子３ｂとを含むフラ
イアイインテグレータである。４は光源１からの非偏光
光を所定の偏光方向に揃えるための偏光変換素子、５は
第１レンズ５ａ、第２レンズ５ｂ、反射ミラー５ｃを含
む照明光重畳系、６は波長選択性偏光制御機構としての
積層位相素子である。

【００３５】７は上記のように構成された照明光学系か
らの照明光を導く導光プリズム、８は４つのプリズム８
ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを十字状に組み合わせて接合して
なる色分解合成光学系としてのクロスダイクロイックプ
リズムである。９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは赤、緑、青の各色光
を受け、変調して反射する反射型液晶素子（反射型画像
表示素子）であり、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは赤、緑、
青の各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに対応して配置
され、それぞれ特定方向の偏光成分のみを透過する偏光
素子である。

【００３６】１１は導光プリズム７に対してわずかな間
隙３９を空けて配置された補正プリズム、１２は投射光
学系としての投射レンズである。

【００３７】上記フライアイインテグレータ３では、反
射鏡２からの略平行光を第１のフライアイ素子３ａによ
り複数の光束に分割収束させ、第２のフライアイ素子３
ｂの近傍に複数の光源像を形成する。各光源像からの光
束は反射ミラー５ｃを介して第１レンズ５ａおよび第２
レンズ５ｂにより各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ上
に重畳され、均一性の高い照明がなされる。

【００３８】図２には、図１に示した偏光変換素子４を
拡大して示している。この偏光変換素子４は、図の紙面
に垂直方向に長さを有し、断面が平行四辺形のプリズム
部材を複数接合して構成されている。

【００３９】図中４ａはフライアイインテグレータ３か
らの非偏光光４０に含まれる紙面に垂直な方向の偏光成
分であるＳ偏光光４１を反射し、紙面に平行な偏光成分
であるＰ偏光光４２を透過する偏光分解面であり、４ｂ
は偏光分解面４ａで反射されたＳ偏光光４１を再度反射
して方向を変えＳ偏光光の射出光４３とするための反射
面である。また、４ｃは偏光分解面４ａを透過したＰ偏
光光４２の偏光方向を９０度回転させＳ偏光光４４とす
るための位相板である。

【００４０】４ａ，４ｂ，４ｃはこれを一単位として周
期的にプリズム部材に設けられており、全体として入射
した光の偏光方向を紙面に垂直なＳ偏光光に揃える機能
を有する。

【００４１】図３には、図１に示した積層位相素子６の
分光特性を示している。縦軸が透過率を、横軸が波長を
表し、実線が図１の紙面に垂直な方向の偏光（図１の偏
光変換素子４の偏光分解面４ａに対してはＳ偏光）に対
する分光透過率特性を、破線が図１の紙面に平行な方向
の偏光（図１の偏光変換素子４の偏光分解面４ａに対し
てはＰ偏光）に対する分光透過率特性を示している。

【００４２】すなわち、積層位相素子６は、入射した偏
光光のうち赤、青の色光は偏光方向を変えず、緑の色光
の偏光方向のみを９０°回転させて透過させる特性を有
している。

【００４３】このような特性の素子は、ポリカーボネー
ト等の樹脂を延伸して得られる位相板をその遅相軸を変
えながら複数積層することにより得られる。

【００４４】クロスダイクロイックプリズム８を構成す
る４つのプリズムの接合面には、蒸着等によりＸ字状に
ダイクロイック膜が形成され、これらダイクロイック膜
はそれぞれ、図１４（ａ），（ｂ）に示すような特性を
有する赤反射ダイクロイック面１３Ｒ、青反射ダイクロ
イック面１３Ｂとして機能する。

【００４５】これらのダイクロイック面は交差するよう
に配置され、入射した光に含まれる赤、青の色光をそれ
ぞれの面で反射するとともに、緑の色光を透過させて白
色光を３つの色光に分解する。

【００４６】反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂは、不図
示の信号処理系からの駆動信号を受けて、入射した偏光
光である照明光の偏光方向を変化させる（変調する）機
能を有し、本実施形態では、照明光と同一の偏光方向の
成分が投影されて画像を形成するように画像信号処理が
成される。

【００４７】なお、信号処理系には、パーソナルコンピ
ュータ、ビデオ、テレビ、ＤＶＤプレーヤー等の画像情
報供給装置からの画像情報が供給され、信号処理系はこ
の画像情報に基づいて反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ
を駆動するための駆動信号を生成する。

【００４８】以上の構成において、光源１からの白色光
は直接又は反射鏡２により反射されて略平行光にされて
フライアイインテグレータ３に入射する。フライアイイ
ンテグレータ３では、前述したように複数の光束に分割
され、偏光変換素子４により紙面に垂直な方向の成分を
多く含む偏光光に変換され、照明光重畳系５を介して積
層位相素子６に入射する。

【００４９】積層位相素子６に入射した光束は、図３で
説明したように、緑の波長領域を有する緑色光成分のみ
偏光方向が９０°変えられて紙面に平行な偏光光とさ
れ、また赤、青の波長領域を有する赤、青色光成分は入
射したときの偏光方向を有した偏光光のまま射出し、導
光プリズム７の第１の面に入射する。

【００５０】導光プリズム７の第２の面４５は、入射光
に対して全反射条件を満たす角度に設定されているた
め、ここでほとんどすべての光が（略１００％の反射率
で）反射され、クロスダイクロイックプリズム８に向か
う。

【００５１】クロスダイクロイックプリズム８では、前
述したように、ダイクロイック面１３Ｒ，１３Ｂによっ
て入射した白色光が３つの色光に分解され、各色光は各
反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂを照明する。

【００５２】この際、各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９
Ｂとクロスダイクロイックプリズム８との間に設けられ
た偏光素子のうち、１０Ｒ，１０Ｂは紙面に垂直な偏光
光を透過し、１０Ｇは紙面に平行な偏光光を透過するよ
うに偏光軸が設定されている。これにより、より偏光度
の高い偏光光によって各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９
Ｂが照明される。

【００５３】各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに入射
した各色照明光は偏光方向が変えられて変調反射するこ
とにより画像情報を含む各色画像光とされ、再度、偏光
素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを介してクロスダイクロイ
ックプリズム８に入射する。

【００５４】偏光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは照明
光、画像光に対して共通に作用するため、変調反射され
た各色画像光に含まれる偏光光のうち各色照明光と同一
方向の偏光成分、即ち赤、青の色光に対しては紙面に垂
直な偏光成分、緑の色光に対しては紙面に平行な偏光成
分を透過させる。したがって、クロスダイクロイックプ
リズム８に入射した画像光は色分解の際と同一の偏光方
向の色光として色合成され、導光プリズム７に入射す
る。

【００５５】図１からも明らかなように、各反射型液晶
素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに対し、各色照明光は斜めに入射
し、その反射光である各色画像光は各色照明光に対して
鏡像対称に斜めに射出する。即ち、各反射型液晶素子９
Ｒ，９Ｇ，９Ｂに入射する各色照明光の方向（つまりは
光路）と各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂから射出す
る各色画像光の方向（光路）とが任意の位置において常
に異なるようになっている。

【００５６】さらに、言い換えると、照明光学系におけ
る照明光束の中心線に沿った光線のダイクロイックプリ
ズム８および投射レンズ１２でのトレース線を全系の基
準軸Ｌとしたときに、ダイクロイックプリズム８におけ
る照明光側および画像光側の基準軸、さらには投射レン
ズ１２における基準軸がそれぞれ、反射型液晶素子９
Ｒ，９Ｇ，９Ｂの表示面の法線に対して傾いている。

【００５７】このため、ダイクロイックプリズム８によ
って色合成された画像光は、導光プリズム７の第２の面
４５に達する際、照明光とは異なり、第２の面４５に対
して臨界角以下の角度で入射してそのまま透過し、間隙
３９および補正プリズム１１を介して投射レンズ１２で
投影される。

【００５８】補正プリズム１１は、楔形の導光プリズム
７を射出する際の屈折による収差の発生を抑えるために
設けられている。

【００５９】また、各色画像光が各反射型液晶素子９
Ｒ，９Ｇ，９Ｂに対して斜めに射出していることから、
投射レンズ１２として回転対称軸を有する通常のレンズ
を用いると、歪み無く投影するためにはレンズを大きく
光軸と垂直方向にシフトする必要があるが、これでは投
影が困難となるか、投影が可能であっても広角、大口径
のレンズが必要となる。

【００６０】そこで、本実施形態では、投射レンズ１２
は複数のレンズ又は光学面のうち、少なくとも１つを回
転対称軸を有さない形状（回転非対称形状）とするか、
またはすべてに共通の回転対称軸が存在しない構成とし
ている。これにより、反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ
から斜めに射出した画像光を良好に投影することができ
る。

【００６１】なお、図１に示す投射レンズ１２はすべて
屈折レンズで構成されているが、ミラーを用いた構成と
してもよい。

【００６２】本実施形態では、投射レンズ１２を全系の
構成から図の紙面を対称面とする面対称形状とすること
ができる。この面を基準に考えると、本実施形態の場
合、クロスダイクロイックプリズム８による色分解の方
向は当該対称面もしくは光学的に当該対称面に等価な面
に沿った方向に行われている。

【００６３】以上説明した第１実施形態の構成によれ
ば、導光プリズム７の第２の面４５による全反射で照明
光が反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂに導かれるため、
図１２および図１３に示す従来装置１，２のように偏光
ビームスプリッタを用いる構成において問題となる、偏
光ビームスプリッタの波長依存性や角度依存性を排除す
ることができるので、反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ
を効率良く照明することができる。

【００６４】また、積層位相素子６の作用により、クロ
スダイクロイックプリズム８に入射する照明光の偏光状
態は、クロスダイクロイックプリズム８のダイクロイッ
ク面１３Ｒ，１３Ｂで反射される赤、青の色光成分では
図１の紙面に垂直な偏光（ダイクロイック面に対してＳ
偏光）となり、両ダイクロイック面１３Ｒ、１３Ｂを透
過する緑の色光成分では図１の紙面に平行な偏光（ダイ
クロイック面に対してＰ偏光）を主として含む。また、
各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂで反射された各色画
像光の偏光方向も照明光の各色成分と同一の方向となる
ため、従来問題となっていた色分解時と色合成時とでの
ダイクロイック面の偏光によるカット波長の差異に起因
したコントラストや光量の低下等の表示画像の劣化を低
減することができる。

【００６５】さらに、反射型液晶素子９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ
による変調を受けて生成された画像光はクロスダイクロ
イックプリズム８により色合成される前に偏光素子１０
Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにより検光されるため、高いコント
ラストを維持することができる。

【００６６】図１において、各反射型液晶素子９Ｒ，９
Ｇ，９Ｂに入射する各色照明光と、それが変調反射され
て射出する各色画像光はクロスダイクロイックプリズム
８のダイクロイック面１３Ｒ，１３Ｂの異なる位置に異
なる角度で入射する。

【００６７】図１中の一点鎖線は、各反射型液晶素子９
Ｒ，９Ｇ，９Ｂの中心を通る軸（基準軸Ｌ）を示してい
るが、この軸に沿って進む光線を例にとると、照明光が
ダイクロイック面１３Ｒに入射する角度をβ、各色画像
光がダイクロイック面１３Ｒに再度入射する際の角度を
γとすると、これらの角度は互いに異なる。

【００６８】一方、一般的にダイクロイック面の特性は
入射角度により変化し、上記βとγの差が大きい場合は
良好な色分解合成が困難となる。

【００６９】従って、本実施形態では、両者の差が、 ｜β−γ｜＜２５° …（１） となるように構成している。

【００７０】さらに、 ｜β−γ｜＜１５° …（２） とすることが望ましい。

【００７１】本実施形態では、偏光変換素子４の作用に
より、ある程度偏光方向の揃った照明光が積層位相素子
６に入射するが、さらに精度のよい偏光制御を行うため
に、積層位相素子６の光入射側に近接又は密着するよう
に図１の紙面に垂直な偏光光を透過させる偏光素子を設
けてもよい。

【００７２】さらに、図１の構成において、第２レンズ
５ｂ、積層位相素子６、偏光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０
Ｂおよび反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ等の各光学素
子を隣接する光学素子や部材と接合し、一体化すること
により、境界面での光の反射率を低減し、光量の増大や
迷光の除去が可能となる。

【００７３】また、反射型液晶素子９Ｒ，９Ｂ，９Ｂは
通常は長方形であるが、この場合、長辺と短辺をどのよ
うに配置するかは任意でよい。短辺が図１の面に平行に
なるように配置すれば、クロスダイクロイックプリズム
８の図１の断面における大きさを小型化でき、逆に長辺
を図１の面に平行になるように配置すればクロスダイク
ロイックプリズム８の図１の奥行き方向における大きさ
を小型化できる。このように反射型液晶素子９Ｒ，９
Ｂ，９Ｂの配置は、用途や全系の設置の仕方に応じて適
宜選択することが可能である。

【００７４】（第２実施形態）図４には、本発明の第２
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通す
る構成要素には第１実施形態と同符号を付している。

【００７５】本実施形態は、第１実施形態で色分解合成
光学系として用いられているクロスダイクロイックプリ
ズム８に代えて、４つのプリズム１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄからなるいわゆる４Ｐプリズムと称される色
分解合成プリズム体１４を用いたものである。

【００７６】色分解合成プリズム体１４は、導光プリズ
ム７および補正プリズム１１に対してわずかな間隙４６
を空けて配置され、プリズム１４ａとプリズム１４ｂの
間には、青の色光を反射する特性を有するダイクロイッ
ク膜としての青反射ダイクロイック面４７が形成されて
いる。また、プリズム１４ｃとプリズム１４ｄの間に
は、赤の色光を反射する特性を有するダイクロイック膜
としての赤反射ダイクロイック面４８が形成されてい
る。

【００７７】本実施形態において、積層位相素子６を含
む照明光学系、導光プリズム７、補正プリズム１１およ
び投射レンズ１２の構成は第１実施形態と同じであり、
色分解合成プリズム体１４による色分解合成の方法のみ
が異なる。

【００７８】第１実施形態と同様に、導光プリズム７か
ら射出する照明光のうち、青、赤の色光成分が紙面に垂
直な偏光方向を、緑の色光成分が紙面に平行な偏光方向
を有する。

【００７９】色分解合成プリズム体１４に入射した照明
光は、まず青反射ダイクロイック面４７で青の色光成分
が反射され、緑、赤の色光成分は透過する。青反射ダイ
クロイック面４７で反射された青の色光は、プリズム１
４ａを構成する面４９により全反射され、偏光素子１０
Ｂを介して青用の反射型液晶素子９Ｂに入射する。

【００８０】青反射ダイクロイック面４７を透過した
緑、赤の色光成分は赤反射ダイクロイック面４８に入射
して同面で反射され、偏光素子１０Ｒを介して赤用の反
射型液晶素子９Ｒに入射する。さらに、緑の色光は同面
を透過し、偏光素子１０Ｇを介して緑用の反射型液晶素
子９Ｇに入射する。

【００８１】各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂで変調
され偏光状態が変化した各色画像光はそれぞれ、偏光素
子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで検光された後、色分解合成
プリズム体１４に再入射し、色分解の際と逆向きに各プ
リズム内を進み、色合成される。色合成された画像光
は、第１実施形態と同様に導光プリズム７および補正プ
リズム１１を透過して投射レンズ１２で投影される。

【００８２】本実施形態で用いられている色分解合成プ
リズム体１４は、第１実施形態のクロスダイクロイック
プリズム８とは異なり、２つのダイクロイック面が交差
することがないため、製造上要求される精度がそれほど
高くなく、コストの削減が可能となる。

【００８３】また、青反射ダイクロイック面４７に対す
る光の入射角および反射角が４５°より小さくなるた
め、ダイクロイック面４７における偏光方向によるダイ
クロイック特性の差を小さくすることができる。

【００８４】なお、図４に示す色分解合成プリズム体１
４は、光線が透過する領域を考慮しつつ、できるだけ小
さくなるように形成されているために４つのプリズム１
４ａ〜１４ｄにより構成されているが、プリズム１４
ｂ，１４ｃを一体化し、いわゆる３Ｐプリズムとして色
分解合成プリズム体を構成することも可能である。

【００８５】（第３実施形態）図５には、本発明の第３
実施形態である投射型画像表示装置のうち色分解合成系
の周辺の構成を示している。なお、本実施形態におい
て、第１実施形態と共通する構成要素には第１実施形態
と同符号を付している。

【００８６】色分解合成プリズム体１５は、３つのプリ
ズム１５ａ，１５ｂ，１５ｃからなる３Ｐプリズムであ
り、プリズム１５ａとプリズム１５ｂの間にはわずかな
間隙５０が空けられている。プリズム体１５は、全体と
して図４のプリズム体１４と同様に、導光プリズム７お
よび補正プリズム１１に対してもわずかの間隙を空けて
配置されている。

【００８７】プリズム１５ａのプリズム１５ｂに対向す
る面には、青反射特性を有するダイクロイック膜として
の青反射ダイクロイック面５１が形成され、プリズム１
５ｂとプリズム１５ｃの接合面には、赤反射特性を有す
るダイクロイック膜としての赤反射ダイクロイック面５
２が形成されている。

【００８８】これまでの実施形態と同様に、図の右側か
ら色分解合成プリズム体１５に入射した照明光は、まず
青反射ダイクロイック面５０において青の色光成分が反
射され、緑と赤の色光成分は透過する。

【００８９】青反射ダイクロイック面５０で反射された
青の色光はプリズム１５ａを構成する面５３で全反射
し、偏光素子１０Ｂを介して青用反射型液晶素子９Ｂに
入射する。

【００９０】青反射ダイクロイック面５０を透過した
緑、赤の色光成分はダイクロイック面５２に入射し、こ
の面にて反射した赤の色光は、プリズム１５ｂを構成す
る面５４で全反射され、偏光素子１０Ｒを介して赤用の
反射型液晶素子９Ｒに入射する。一方、緑の色光はダイ
クロイック面５２を透過して偏光素子１０Ｇを介して緑
用の反射型液晶素子９Ｇに入射する。

【００９１】各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂで変調
反射された各色画像光は、偏光素子１０Ｒ、１０Ｇ、１
０Ｂで検光された後、色分解合成プリズム体１５に再入
射し、色分解の際と逆向きに各プリズム内を進んで色合
成され、これまでの実施形態と同様に投射レンズ１２で
投影される。

【００９２】本実施形態で用いられる色分解合成プリズ
ム体１５は、図４に示したプリズム体１４に対し、赤反
射ダイクロイック面５２においても光の入射角および反
射角が４５°未満となり、同面での偏光方向によるダイ
クロイック特性の差を小さくすることができる。

【００９３】（第４実施形態）図６には、本発明の第４
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通す
る構成要素には第１実施形態と同符号を付している。

【００９４】本実施形態では、第１実施形態の色分解合
成光学系への照明光の導入と色分解合成系からの画像光
の投射レンズへの導入の光路を逆にしたものである。

【００９５】図中、５６は４つのプリズム５６ａ，５６
ｂ，５６ｃ，５６ｄから構成される色分解合成光学系の
機能を持つクロスダイクロイックプリズムであり、第１
実施形態において図１に示したクロスダイクロイックプ
リズム８と同一のものである。そして、各プリズムの接
合面には、赤反射ダイクロイック面５８Ｒおよび青反射
ダイクロイック面５８Ｂが形成されている。

【００９６】５７はクロスダイクロイックプリズム５６
で色合成された画像光を投射レンズ１２に導く導光プリ
ズムであり、５５は導光プリズム５７を透過させて照明
光をクロスダイクロイックプリズム５６に導くための補
正プリズムである。

【００９７】本実施形態においても、積層位相素子６か
ら射出する照明光のうち赤、青の色光成分は紙面に垂直
な偏光方向を、緑の色光成分が紙面に平行な偏光方向を
有する。そして照明光は補正プリズム５５および導光プ
リズム５７を透過してクロスダイクロイックプリズム５
６に入射する。

【００９８】クロスダイクロイックプリズム５６では、
赤反射ダイクロイック面５８Ｒにより赤の色光成分が反
射され、青反射ダイクロイック面５８Ｂにより青の色光
成分が反射され、それぞれ偏光素子１０Ｒ，１０Ｂを介
して赤用反射型液晶素子９Ｒ，青用反射型液晶素子９Ｂ
に入射する。

【００９９】緑の色光成分は両ダイクロイック面５８
Ｒ，５８Ｂを透過し、偏光素子１０Ｇを介して緑用反射
型液晶素子９Ｇに入射する。

【０１００】各反射型液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂで変調
され偏光方向の変化を受けて反射した各色画像光は、再
度クロスダイクロイックプリズム５６に入射し、色分解
と逆方向にプリズム内を進んで色合成され、導光プリズ
ム５７の第１の面から入射して第２の面５９に達する。

【０１０１】画像光は第２の面５９に対して臨界角以上
の角度で入射するため、その面で全反射し、方向が変え
られて投射レンズ１２で投影される。

【０１０２】上記第１〜３実施形態では、導光プリズム
７と補正プリズム１１の間の間隙を透過した画像光が投
射されるため、そこで発生する収差を抑え、良好な投影
像を得るには両部材の間隙をできるだけ狭く、一様に設
定する必要があり、高い組み立て精度が要求される。こ
れに対し、本実施形態では、導光プリズム７で反射され
た画像光が投射される構成であるため、上記間隙に起因
する収差の発生はなく、両部材の配置設定は照明光に影
響がない程度の非常に緩い精度で行うことができる。

【０１０３】（第５実施形態）図７（ａ），（ｂ）に
は、本発明の第５実施形態である投射型画像表示装置の
構成を示している。なお、本実施形態において、第１実
施形態と共通する構成要素には第１実施形態と同符号を
付している。

【０１０４】図中、１６は４つのプリズム１６ａ，１６
ｂ，１６ｃ，１６ｄから構成される色分解合成光学系と
してのクロスダイクロイックプリズム、６６は偏光変換
素子、６７は積層位相素子、６０Ｒ，６０Ｂはクロスダ
イクロイックプリズム１６内の赤反射ダイクロイック面
および青反射ダイクロイック面である。また、６１Ｒ，
６１Ｇ，６１Ｂは赤、緑、青の各色光用の反射型液晶素
子である。

【０１０５】さらに、６２Ｒ，６２Ｇ，６２Ｂは各反射
型液晶素子に対応して配置された偏光素子である。な
お、図７（ｂ）は図７（ａ）のクロスダイクロイックプ
リズム１６周辺を上方から見た図である。

【０１０６】本実施形態は基本的に、図１に示す第１実
施形態において、反射型液晶表示素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂ
および偏光素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを含むクロスダ
イクロイックプリズム８の周辺、偏光変換素子４、積層
位相素子６をその中心を通る軸の周りに９０°回転させ
たものに相当している。

【０１０７】即ち、偏光変換素子６６を射出した照明光
は、図７（ａ）の紙面に平行な偏光方向の成分を多く含
む偏光光であり、積層位相素子６７は紙面に平行な偏光
光が入射した場合、緑の色光成分の偏光方向のみを９０
°回転させて紙面に垂直な偏光光する。

【０１０８】また、偏光素子６２Ｒ，６２Ｂは図７
（ｂ）の紙面に垂直な方向の偏光光を透過し、偏光素子
６２Ｇは同図の紙面に平行な偏光光を透過するように配
置されている。

【０１０９】以上の構成により、クロスダイクロイック
プリズム１６のダイクロイック面６０Ｒ，６０Ｂで反射
されて色分解合成される赤、青の色光は同面に対してＳ
偏光となり、クロスダイクロイックプリズム１６のダイ
クロイック面６０Ｒ，６０Ｂを透過して色分解合成され
る緑の色光は同面に対してＰ偏光となる。そして、本実
施形態によっても、第１実施形態と同様に、ダイクロイ
ック面６０Ｒ，６０Ｂの偏光方向によるカット波長の差
異に起因する画質劣化を低減することができる。

【０１１０】また、本実施形態においても、第１実施形
態と同様に、投射レンズ１２は図７（ａ）の紙面に対し
て面対称性を有するが、本実施形態では色分解が当該対
称面に対して交差する方向に行われている点が第１実施
形態と異なる。

【０１１１】このようにすることで、ダイクロイック面
６０Ｒ，６０Ｂへの色分解時の照明光の入射角度と色合
成時の画像光の入射角度との差が、第１実施形態に比べ
て小さくなり、ダイクロイック面の入射角度によるカッ
ト波長の変化に起因する問題も低減することが可能とな
る。

【０１１２】一般的にダイクロイック面に対する色分解
時の入射角度と色合成時の入射角度の差を小さくするた
めの条件は図８から以下のように考えられる。

【０１１３】図８において、６８はダイクロイック面、
６３は反射型液晶素子、６４はダイクロイック面６８に
入射する照明光、６５はダイクロイック面６８で反射さ
れた画像光を模式的に示したものである。

【０１１４】また、点Ａは照明光６４がダイクロイック
面６８に入射する点、点Ｂは反射型液晶素子６３に照明
光６４が入射し反射される点、点Ｃは反射型液晶素子６
３で反射された画像光が再度ダイクロイック面６８に入
射する点を示している。

【０１１５】今、点Ｂから見て点Ａと光学的に同一距離
にあるダイクロイック面６８上の点Ａと異なる点をＤと
し、点Ａを通り直線ＡＤに直交するダイクロイック面６
８上の直線をＬとすると、照明光６４と画像光６５がダ
イクロイック面６８に入射する角度の差を小さくするた
めには、点Ｃから直線ＡＤまでの距離が点Ｃから直線Ｌ
までの距離より小さいことが必要である。

【０１１６】これは言い換えると、直線ＡＣと直線ＡＤ
とがなす角度αが、 α＜４５° …（３） さらに望ましくは、 α＜３０° …（４） を満たすことである。

【０１１７】この条件が満たされるように照明光６４が
ダイクロイック面６８に入射する向きや、ダイクロイッ
ク面６８での色分解合成の方向、反射型液晶素子６３の
面の向きを設定することにより、ダイクロイック面６８
への照明光６４および画像光６５の入射角の差に伴うダ
イクロイック面６８のカット波長の変化に起因する光
量、効率の低下が緩和される。

【０１１８】なお、ダイクロイック面６８と反射型液晶
素子６３の間に反射面が介在する場合は、当該反射面に
よる点Ｂの鏡像について同様に考えることができる。

【０１１９】（第６実施形態）図９には、本発明の第６
実施形態である投写型画像表示装置における波長選択性
偏光制御機構の構成および光学作用を示している。

【０１２０】これまでの実施形態においては、照明光に
含まれる所定の色光成分の偏光方向のみを変化させるた
めに積層位相素子を用いた場合について説明したが、同
様の作用は、図９に示すようなダイクロイックミラーと
１／２波長板との組み合わせで構成される波長選択性偏
光制御機構によっても実現される。

【０１２１】図９において、１７，２０は白色照明光の
うち赤、青の色光成分を反射し、緑の色光成分を透過す
るダイクロイックミラーであり、１８，１９は反射ミラ
ー、２１は図９の紙面に垂直な偏光を９０°回転させて
紙面に平行な偏光にするための１／２波長板である。

【０１２２】なお、図中、白抜きの矢印２２Ｒは赤の色
光成分を、内部が斜線の矢印２２Ｇは緑の色光成分を、
内部が網点の矢印２２Ｂは青の色光成分を表し、２３は
紙面に垂直な偏光光を、２４は紙面に平行な偏光光を示
している。

【０１２３】ダイクロイックミラー１７に入射した紙面
に垂直な偏光光、即ちダイクロイックミラー１７に対し
てＳ偏光の白色光は、ダイクロイックミラー１７により
色分解され、赤、青の色光成分は反射され、緑の色光成
分は透過する。

【０１２４】ダイクロイックミラー１７を透過した緑の
色光は反射ミラー１８で反射され、１／２波長板２１に
より偏光方向を９０°変えられてＰ偏光光となり、ダイ
クロイックミラー２０に入射する。ダイクロイックミラ
ー１７で反射された赤、青の色光成分はＳ偏光光のまま
反射ミラー１９で反射され、ダイクロイックミラー２０
に入射する。ダイクロイックミラー２０では緑のＰ偏光
光と、赤、青のＳ偏光光とが合成され、白色光となって
射出する。

【０１２５】図９に示す波長選択性偏光制御機構を、必
要に応じて適当な反射ミラーと組み合わせて、例えば図
１に示す積層位相素子６の代わりとして、第１レンズ５
ａと導光プリズム７との間に挿入することにより、所定
の色光成分の偏光方向が他の色光成分の偏光方向と異な
っている白色照明光を色分解合成光学系に入射させるこ
とができる。

【０１２６】（第７実施形態）図１０には、本発明の第
７実施形態である投射型画像表示装置における波長選択
性偏光制御機構の構成および光学作用を示している。

【０１２７】本実施形態は、図９に示した第６実施形態
の波長選択性偏光制御機構を変形したものである。

【０１２８】なお、本実施形態において、第６実施形態
と同じ構成要素には同符号を付している。

【０１２９】図１０において、２５は白色照明光のうち
赤の色光成分を透過し、緑、青の色光成分を反射するダ
イクロイックミラー、２６，２９は反射ミラーである。

【０１３０】２７は緑の色光成分を透過し、青の色光成
分を反射するダイクロイックミラー、２８は赤の色光成
分を透過し、青の色光成分を反射するダイクロイックミ
ラー、３０は緑の色光成分を透過し、赤、青の色光成分
を反射するダイクロイックミラーである。３１は紙面に
垂直な偏光光を紙面に平行な偏光光にするための１／２
波長板である。

【０１３１】本実施形態においても紙面に垂直な偏光、
即ち各ダイクロイックミラーに対するＳ偏光の白色光が
入射すると、各光路において図示すような色分解、合成
および偏光方向の変化を受けて、最終的に緑のＰ偏光光
と赤、青のＳ偏光光が合成された白色光が得られる。

【０１３２】（第８実施形態）図１１には、本発明の第
８実施形態である投射型画像表示装置における波長選択
性偏光制御機構の構成および光学作用を示している。

【０１３３】各種矢印と色光成分との対応、偏光方向を
示す記号については図９および図１０と同じである。

【０１３４】図中、３７は左旋回の円偏光、３８は右旋
回の円偏光、３２は青の色光成分に作用して、左旋回の
円偏光を透過し、右旋回の円偏光を反射するコレステリ
ック液晶素子、３３は緑の色光成分に作用して、右旋回
の円偏光を透過し、左旋回の円偏光を反射するコレステ
リック液晶素子、３４は赤の色光成分に作用して左旋回
の円偏光を透過し、右旋回の円偏光を反射するコレステ
リック液晶素子である。３５は１／４波長板である。

【０１３５】以上の構成において、図の左側より赤、
緑、青の各色光成分３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂを含む非偏
光の白色光が入射すると、各コレステリック液晶素子３
２〜３４と１／４波長板３５の作用により、最終的に紙
面に平行な偏光方向を有する緑色成分と、紙面に垂直な
偏光方向を有する赤、青の各色光成分とを合わせた白色
光が得られる。

【０１３６】なお、図１１には、各コレステリック液晶
素子と１／４波長板とを距離をおいて示しているが、こ
れらを密着させて１枚のフィルターとすることも可能で
ある。

【０１３７】また、各コレステリック液晶で反射された
円偏光は、その後は反射されることなく最終的にはすべ
てが左側に進む光線となって図１１の入射側に戻ってく
る。この光を照明光とは逆の光路で光源まで戻し、反射
鏡で反射させて再度照明光として利用することも可能で
ある。

【０１３８】以上の説明において、各色光用の反射型液
晶素子の配置は、各実施形態に具体的に示したものに限
定されるものではなく、適宜変更することが可能であ
る。

【０１３９】また、これまで説明した実施形態では、反
射型画像表示素子として反射型液晶素子を例に説明して
きたが、本発明はこれに限らず、各種の反射型画像表示
素子を用いることができる。例えば、複数の微細なミラ
ーを有し、基準面に対して傾くことで照明光を異なる方
向に反射して変調する微小ミラーアレイ変調素子でもよ
い。

【０１４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
色分解合成光学系により分解される複数の色光成分の主
たる偏光方向と、色分解合成光学系により合成される複
数の色光の主たる偏光方向とが色ごとに同じになるよう
にしているので、色分解合成光学系における照明光の色
分解時と複数の色光の合成時とでの偏光方向に対する特
性の差に起因したコントラスト低下等の表示画質の劣化
を低減させることができる。

【０１４１】また、色分解合成光学系と各反射型画像表
示素子との間に、上記複数の色光それぞれの主たる偏光
方向成分を透過させる偏光素子を配置すれば、各反射型
画像表示素子にて変調された各色光が合成される前に検
光されるため、表示画像の高いコントラストを得ること
ができる。

【０１４２】なお、色分解合成光学系内において、分解
されて反射型画像表示素子に入射する各色光の光路と、
反射型画像表示素子から射出して合成される各色光の光
路とが互いに異なるようにしたり、照明光学系における
照明光束の中心線に沿った光線の照明光学系、色分解合
成光学系および投射光学系でのトレース線を全系の基準
軸としたときに、色分解合成光学系（もしくは照明光学
系）における基準軸および投射光学系における基準軸を
それぞれ反射型画像表示素子の表示面の法線に対して傾
けたりすれば、装置の小型化を図ることができる。

【０１４３】さらに、照明光学系と色分解合成光学系と
の間又は色分解合成光学系と投射光学系との間に、照明
光学系からの照明光又は色分解合成光学系からの画像光
を略１００％の反射率で反射させるプリズム型の導光素
子を設けるようにすれば、波長依存性や角度依存性を有
する偏光ビームスプリッターを用いる場合に比べて光量
損失を少なくし、明るい表示画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である投射型画像表示装
置の構成図。

【図２】上記第１実施形態にて用いられる偏光変換素子
の構成および光学作用を示す図。

【図３】上記第１実施形態にて用いられる波長選択性偏
光制御機構としての積層位相素子の構成および光学作用
を示す図。

【図４】本発明の第２実施形態である投射型画像表示装
置の構成図。

【図５】本発明の第３実施形態である投射型画像表示装
置の色分解合成光学系の構成図。

【図６】本発明の第４実施形態である投射型画像表示装
置の構成図。

【図７】本発明の第５実施形態である投射型画像表示装
置の構成図。

【図８】上記第５実施形態における色分解合成光学系の
ダイクロイック面と反射型画像表示素子に対する光の入
射角を説明するための模式図。

【図９】本発明の第６実施形態である波長選択性偏光制
御機構としての積層位相素子の構成および光学作用を示
す図。

【図１０】本発明の第７実施形態である波長選択性偏光
制御機構としての積層位相素子の構成および光学作用を
示す図。

【図１１】本発明の第８実施形態である波長選択性偏光
制御機構としての積層位相素子の構成および光学作用を
示す図。

【図１２】従来の投射型画像表示装置の構成図。

【図１３】従来の投射型画像表示装置の構成図。

【図１４】ダイクロイック面の反射率特性を示すグラフ
図。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 反射鏡 ３ フライアイインテグレータ ４ 偏光変換素子 ５ 照明光重畳系 ６ 積層位相素子 ７ 導光プリズム ８ クロスダイクロイックプリズム ９Ｒ、９Ｇ、９Ｂ 反射型液晶素子 １０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ 偏光素子 １１ 補正プリズム １２ 投射レンズ １３Ｒ、１３Ｂ ダイクロイック面 １４ 色分解合成プリズム体 １５ 色分解合成プリズム体 １６ クロスダイクロイックプリズム １７ ダイクロイックミラー １８ 反射ミラー １９ 反射ミラー ２０ ダイクロイックミラー ２１ １／２波長板 ２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ 色光 ２３ 紙面に垂直な偏光光 ２４ 紙面に平行な偏光光 ２５ ダイクロイックミラー ２６ 反射ミラー ２７ ダイクロイックミラー ２８ ダイクロイックミラー ２９ 反射ミラー ３０ ダイクロイックミラー ３１ １／２波長板 ３２〜３４ コレステリック液晶素子 ３５ １／４波長板 ３６Ｒ、３６Ｇ、３６Ｂ 色光 ３７ 左旋回の円偏光 ３８ 右旋回の円偏光 ３９ 間隙 ４０ 非偏光光 ４１ Ｓ偏光光 ４２ Ｐ偏光光４３ Ｓ偏光光 ４４ Ｓ偏光光 ４７ 青反射ダイクロイック面 ４８ 赤反射ダイクロイック面 ５０ 間隙 ５１ 青反射ダイクロイック面 ５２ 赤反射ダイクロイック面 ５５ 補正プリズム ５６ クロスダイクロイックプリズム ５７ 導光プリズム ５８Ｒ、５８Ｂ ダイクロイック面 ６０Ｒ、６０Ｂ ダイクロイック面 ６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂ 反射型液晶素子 ６２Ｒ、６２Ｇ、６２Ｂ 偏光素子 ６３ 反射型液晶素子 ６４ 照明光 ６５ 画像光 ６６ 偏光変換素子 ６７ 積層位相素子 ６８ ダイクロイック面

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） Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５１０ 1/13357 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｆ (72)発明者 阿部 雅之 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA08 CA12 CA17 2H088 EA14 EA15 EA16 HA13 HA15 HA18 HA24 HA28 MA02 2H091 FA07X FA11X FA14X FA14Z FA21X FA41X LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 BA17 CA06

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系と、この照明光学系からの照
   明光を互いに波長領域が異なる複数の色光に分解してそ
   れぞれの色光を色光ごとに設けられた反射型画像表示素
   子に入射させるとともに、これら反射型画像表示素子に
   て反射し変調された複数の色光を合成する色分解合成光
   学系と、この色分解合成光学系により合成されたカラー
   画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射型画像
   表示装置であって、 前記照明光学系からの照明光のうち前記色分解合成光学
   系により分解される複数の色光成分がそれぞれ、１つの
   偏光方向を主として有する偏光光であり、 前記色分解合成光学系により分解される前記複数の色光
   成分の主たる偏光方向と、前記色分解合成光学系により
   合成される前記複数の色光の主たる偏光方向とが色ごと
   に同じであることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記色分解合成光学系により分解される
   前記複数の色光成分のうち少なくとも１つの色光成分の
   主たる偏光方向が、他の色光成分の主たる偏光方向と異
   なることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示
   装置。
3. 【請求項３】 前記照明光学系が、前記照明光のうち前
   記少なくとも１つの色光成分の主たる偏光方向を、前記
   他の色光成分の主たる偏光方向と異ならせる作用を有す
   る波長選択性偏光制御手段を有することを特徴とする請
   求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記波長選択性偏光制御手段が、複数の
   位相板を積層した積層位相素子により構成されているこ
   とを特徴とする請求項３に記載の投射型画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記波長選択性偏光制御手段が、ダイク
   ロイック面と位相板とにより構成されていることを特徴
   とする請求項３に記載の投射型画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記波長選択性偏光制御手段が、前記色
   分解合成光学系により分解される各色光成分に対して異
   なる作用を及ぼすコレステリック液晶素子により構成さ
   れていることを特徴とする請求項３に記載の投射型画像
   表示装置。
7. 【請求項７】 前記色分解合成光学系と前記各反射型画
   像表示素子との間に、前記複数の色光それぞれの主たる
   偏光方向成分を透過させる偏光素子が配置されているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示
   装置。
8. 【請求項８】 前記色分解合成光学系内において、分解
   されて前記反射型画像表示素子に入射する各色光の光路
   と、前記反射型画像表示素子から射出して合成される各
   色光の光路とが互いに異なることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の投射型画像表示装置。
9. 【請求項９】 前記照明光学系における照明光束の中心
   線に沿った光線の前記照明光学系、前記色分解合成光学
   系および前記投射光学系でのトレース線を全系の基準軸
   としたときに、前記色分解合成光学系における基準軸お
   よび前記投射光学系における基準軸がそれぞれ、前記反
   射型画像表示素子の表示面の法線に対して傾いているこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示
   装置。
10. 【請求項１０】 前記色分解合成光学系は、複数のダイ
    クロイック面を有して構成され、これらダイクロイック
    面での反射および透過作用により照明光の分解および画
    像光の合成を行うことを特徴とする請求項１又は２に記
    載の投射型画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の色光のうち、前記複数のダ
    イクロイック面を全て透過して分解された色光が、主と
    してＰ偏光成分を含む色光であることを特徴とする請求
    項１０に記載の投射型画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記複数の色光のうち、前記複数のダ
    イクロイック面で全て反射して分解された色光が、主と
    してＳ偏光成分を含む色光であることを特徴とする請求
    項１０に記載の投射型画像表示装置。
13. 【請求項１３】 前記照明光学系は、非偏光光としての
    照明光に含まれる互いに偏光方向が直交する２つの偏光
    成分のうち一方の偏光成分の偏光方向を他方の偏光成分
    の偏光方向と同じに揃えて前記他方の偏光成分を主とし
    て含む偏光光を生成する偏光変換素子を有することを特
    徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
14. 【請求項１４】 前記照明光学系と前記色分解合成光学
    系との間に、前記照明光学系からの照明光を反射させて
    前記色分解合成光学系に入射させる反射面が配置されて
    いることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画
    像表示装置。
15. 【請求項１５】 前記反射面がプリズム型の導光素子に
    形成されており、 前記照明光が前記反射面で略１００％の反射率で反射す
    ることを特徴とする請求項１４に記載の投射型画像表示
    装置。
16. 【請求項１６】 前記色分解合成光学系からの画像光が
    前記反射面を透過して前記投射光学系に入射することを
    特徴とする請求項１４又は１５に記載の投射型画像表示
    装置。
17. 【請求項１７】 前記色分解合成光学系と前記投射光学
    系との間に、前記色分解合成光学系からの画像光を反射
    させて前記投射光学系に入射させる反射面が配置されて
    いることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画
    像表示装置。
18. 【請求項１８】 前記反射面がプリズム型の導光素子に
    形成されており、 前記画像光が前記反射面で略１００％の反射率で反射す
    ることを特徴とする請求項１７に記載の投射型画像表示
    装置。
19. 【請求項１９】 前記照明光学系からの照明光が前記反
    射面を透過して前記色分解合成光学系に入射することを
    特徴とする請求項１７又は１８に記載の投射型画像表示
    装置。
20. 【請求項２０】 前記投射光学系が、偏芯光学系である
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表
    示装置。
21. 【請求項２１】 前記投射光学系に含まれる複数の光学
    面のうち少なくとも１つが回転非対称面であることを特
    徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
22. 【請求項２２】 前記投射光学系に含まれる複数の光学
    面が、全てに共通の回転対称軸を有さないことを特徴と
    する請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
23. 【請求項２３】 前記反射型画像表示素子が、液晶素子
    であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型
    画像表示装置。
24. 【請求項２４】 前記反射型画像表示素子が、微小ミラ
    ーアレイ素子であることを特徴とする請求項１又は２に
    記載の投射型画像表示装置。
25. 【請求項２５】 前記投射光学系に含まれる複数の光学
    面が、これら光学面の光学作用を決定する形状に関して
    １つのみ対称面を有することを特徴とする請求項１又は
    ２に記載の投射型画像表示装置。
26. 【請求項２６】 前記色分解合成光学系による照明光の
    色分解が、前記投射光学系の対称面又は前記対称面と光
    学的に等価な面に交差する方向に行われることを特徴と
    する請求項２５に記載の投射型画像表示装置。
27. 【請求項２７】 前記色分解合成光学系のダイクロイッ
    ク面で反射されて色分解された光線に関し、前記ダイク
    ロイック面に入射して反射される点をＡ、前記ダイクロ
    イック面で反射された光線が前記反射型画像表示素子に
    入射して反射される点をＢ、前記反射型画像表示素子で
    反射された光線が再び前記ダイクロイック面に入射する
    点をＣとし、点Ｂからみて点Ａと光学的に同一距離にあ
    る前記ダイクロイック面上の点Ｃとは異なる点をＤとす
    るとき、直線ＡＣと直線ＡＤとがなす角度αが、 α＜４５° なる条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載
    の投射型画像表示装置。
28. 【請求項２８】 前記色分解合成光学系のダイクロイッ
    ク面に入射する光線の入射角をβ、この光線が前記反射
    型画像表示素子で反射され、再び前記ダイクロイック面
    に入射する際の入射角をγとするとき、 ｜β−γ｜＜２５° なる条件を満足することを特徴とする請求項１０に記載
    の投射型画像表示装置。
29. 【請求項２９】 請求項１から２８のいずれかに記載の
    投射型画像表示装置と、前記各反射型画像表示素子を駆
    動するための画像情報を供給する画像情報供給装置とを
    有して構成されることを特徴とする画像表示システム。