JP2004020621A

JP2004020621A - 反射型映像投射装置と、それを用いた投写型映像ディスプレイ装置、及び、それに用いる光源装置

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Publication number: JP2004020621A
Application number: JP2002171796A
Authority: JP
Inventors: Koji Hirata; 平田　浩二; Masahiko Tanitsu; 谷津　雅彦; Naoyuki Ogura; 小倉　直之; Nobuo Masuoka; 益岡　信夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: US7111942B2; TW200307819A; KR20030095948A; KR100646285B1; KR100556640B1; TW581883B; KR20060001975A; US7059725B2; CN1466000A; JP4157729B2; US20040218281A1; CN1231788C; US20030231286A1

Abstract

【課題】コントラストに優れ、かつ、装置の小型化を実現可能な反射型映像投射装置、それを用いた投写型映像ディスプレイ装置、それに用いる光源装置を提供する。
【解決手段】反射型映像投射装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの光成分を含む光源部１００からの光束を、３つのプリズム形偏光ビームスプリッタから構成される光学エンジン２００において反射型液晶パネル２２１、２２２、２２３により変調して合成し出射するが、反射型液晶パネル素子上で変調されたＲ、Ｇ、Ｂの３つの光成分のうち、Ｇ光成分は２つのプリズム型偏光ビームスプリッタ２３１、２３２を透過して出射するが、他のＢ光成分とＲ光成分は、反射した後に透過し、又は、透過した後に反射して出射するように、伝播する光の偏光面を考慮しながら、３つのプリズム形偏光ビームスプリッタを配置して構成する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にはライトバルブと呼ばれる反射型液晶パネルである映像表示素子を利用して映像を投影する反射型映像投射装置に関し、さらには、かかる映像投射装置を用いた投写型映像ディスプレイ装置、そして、それに用いる光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ライトバルブと呼ばれる反射型液晶パネルである映像表示素子に、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の高輝度光源からの光を投射し、その反射光を投射レンズ等からなる投射光学系を介して、例えば、スクリーン等に投射することにより、所望の映像を得る投射型の映像ディスプレイ装置は、既に、種々の方式が知られており、また、種々の改良や提案がなされている。
【０００３】
まず、例えば、特開２０００−８１６０３号公報によれば、光源部からの光を３つの波長の異なる成分（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に分離して各色成分に対応するＬＣＤ（ライトバルブと呼ばれる反射型液晶パネル素子）へ投射したのち、これらＬＣＤからの反射光を、２枚のダイクロイックフィルタと２枚の板状の偏光ビームスプリッタを利用して光合成し、これを投射レンズを介して映像スクリーンのような画像ディスプレイに投射する反射型光バルブ用投影表示システムが既に知られている。
【０００４】
しかしながら、特に、薄型化が要求される背面投射型の液晶プロジェクタ装置では、その投射ユニットとして用いる場合には、装置の小型化が強く要求される。かかる装置の小型化の観点からは、その光学系を小さくしてその光路長を短縮するため、さらには、光学系の製造精度を向上するために、例えば、特開平１１−１５３７７４号公報や特開平３２６８３４号公報などに示すように、３つの反射型映像表示素子で反射された３つ色成分の光を、プリズム形のダイクロイックミラー（ダイクロイックプリズム）や、やはりプリズム形の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）により光合成する反射型光変調プロジェクタが既に提案されている。
【０００５】
加えて、特開２０００−２８４２２８号公報によれば、やはり、液晶プロジェクタ装置の小型化を図ることを目的として、特に、従来のダイクロイックプリズムとその３方向を取り囲む３個のプリズム形ＰＢＳとからなる配置による装置の大型化を解消するため、色分離部、ＧＢ変調部、Ｒ変調部、及び色合成部を構成する４個のプリズム形ダイクロイックミラー（ダイクロイックプリズム）及びプリズム形の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を方形のブロック状に配置し、更には、所定の色成分光に対する狭帯域位相差板を利用することにより、余分に光路を回り込ませることなく、装置を小型化することの可能な構造が提案されている。
【０００６】
更には、特開２００１−１５４２９４号公報によれば、小型・軽量、低コストで、明るさ及び高画質を達成するための映像表示装置の具体的な構造が、種々、提案されており、ここでは、光源からの光から映像信号に対応した光学像を形成し、反射光を合成して出射する光学エンジンの改良された構造が、種々、提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術では、特に、上記の特開２０００−８１６０３号公報に代表されるように、複数の板状のダイクロイックフィルタや板状の偏光ビームスプリッタを利用して光合成する方式では、光路内が媒質により埋められていない（即ち、空気）ため、投射レンズから光分離合成部を観た場合にはバックフォーカスが長くなり、フォーカス性能やディストーション等の補正が困難となる。また、光源からの光束が広がりを持っているため、必要な光束を全て得ようとすると構成部品が大きくなり、装置の小型化からは未だ不充分な構造であった。また、その光学系が大きくなるので、精度良く組み立てて製造することも困難であった。
【０００８】
また、上記の特開平１１−１５３７７４号公報や特開平３２６８３４号公報、更には、特開２００１−１５４２９４号公報などにより知られる投射型映像ディスプレイ装置の構造では、成る程、上記特開２０００−８１６０３号公報により知られる複数の板状のダイクロイックフィルタや偏光ビームスプリッタを利用した構成に比較して、装置の小型化を実現することは出来るが、しかしながら、装置から得られる画質については、特に、そのコントラスト性能に関しては、未だ、以下のような問題点があった。
【０００９】
すなわち、投射型映像ディスプレイ装置においては、一般に、色分離部にて分離された光は、ライトバルブと呼ばれる反射型液晶パネルからなる映像表示素子を利用したＧ変調部、Ｂ変調部、及び、Ｒ変調部において、それぞれ、映像信号に対応した光学像が形成され、その後、これらは合成されて投射レンズを介して映像スクリーンに投射されて画像を得ることとなる。その際、光合成光学系を形成する基材の光弾性率は、それぞれ、合成する色光束の光路長や比視感度によって、それが最小となる波長が異なる基材を組み合わせることにより、色むらや輝度むらの少ない拡大写像を得ることができる。特に、コントラストに関しては、比視感度が最も大きな値を示す緑色（Ｇ）光に対する光弾性率が最も小さな基材を用いることにより、良好な拡大投影写像を得ることができる。また、特に、光合成光学系を形成するプリズム形の偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）は、光分離合成部において光束を透過させて使用する場合と、反射させて使用する場合とでは、特性が大きく異なる。かつ、照明光はＦ値分だけ角度成分を持っているので、反射で使用する場合と透過で使用する場合には、リークする光量が大きく異なり、減衰率に差が生じる。しかしながら、上記の従来技術では、未だ、これらの構成部品特有の問題点を十分に配慮した光分離合成光学系については提案されていないのが現状である。
【００１０】
そこで、本発明では、上記の従来技術により既に提案される投射型映像ディスプレイ装置における上述の問題点を解消し、より詳細には、装置の小型化を実現することの可能であるダイクロイックプリズムやＰＢＳプリズムを方形のブロック状に配置し、所定の色成分光に対する狭帯域位相差板などを利用することにより、余分に光路を回り込ませることのない装置において、光合成光学系を形成するプリズム形のＰＢＳの配置を、特に、コントラスト性能に強く影響する比視感度の大きな色光についてその偏光面を考慮しつつレイアウトを決定し、それにより、優れた拡大写像が得られる投射型映像ディスプレイ装置を提供することを目的とする。即ち、本発明は、光合成の結果得られる光束のうち、比視感度の大きな緑色（Ｇ）光の光合成光学系内における光リークを最小限とする新たな構成により、より良好な拡大写像を得るものである。
【００１１】
また、本発明によれば、上記の本発明になる反射型映像投射装置を用いた投写型映像ディスプレイ装置を提供し、更には、それに用いる光源装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる上記の目的を達成するため、本発明によれば、まず、それぞれ異なる波長の３つの光成分を含む光源からの光束を、複数のプリズム形偏光ビームスプリッタから構成される光分離合成部において、それぞれの光成分に対応する反射型映像表示素子により変調し、これらを合成して映像光として出射する反射型映像投射装置において、当該光分離合成部は、前記３つの反射型映像表示素子上で変調された３つの光成分のうち、特定の一つの光成分が、前記複数のプリズム型偏光ビームスプリッタを透過して出射し、他の二つの光成分が前記複数のプリズム形偏光ビームスプリッタを反射した後に透過し、又は、透過した後に反射して出射するように配置されて構成された反射型映像投射装置が提供される。
【００１３】
なお、本発明では、前記の反射型映像投射装置において、前記特定の一つの光成分が緑色（Ｇ）光成分であり、前記他の二つの光成分が赤色（Ｒ）光成分と青色（Ｂ）光成分であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明では、前記の反射型映像投射装置において、前記当該光分離合成部は、３個のプリズム型偏光ビームスプリッタをＬ字形に配置して構成し、また、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタの凹部にダイクロイックミラーを配置して構成し、或いは、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタの凹部にダイクロイックプリズムを配置して構成してもよい。
【００１５】
更には、本発明によれば、さらに、前記複数の偏光ビームスプリッタからの出射光の光成分の偏光面を一方向に揃える手段を備えてもよく、その場合、特に、前記複数の偏光ビームスプリッタからの出射光は、前記手段によって、全ての光成分がＳ偏光として出射されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明では、前記の反射型映像投射装置において、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタのうち、二つの光成分が透過するビームスプリッタと３つの光が反射又は透過するビームスプリッタの間に、狭帯域位相差板を挿入してもよく、さらには、前前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタのうち、一つの光成分のみが透過するビームスプリッタと３つの光が反射又は透過するビームスプリッタの間には、１／２波長板を挿入してもよい。
【００１７】
また、本発明では、上記の目的を達成するため、それぞれ異なる波長の３つの光成分を含む光束を放射する光源と、前記光源からの光束を反射型映像表示素子により変調し、これらを合成して映像光として出射する反射型映像投射部と、前記映像投射部からの出射光を拡大して投射する光投射部とを備えた投写型画像ディスプレイ装置において、当該反射型映像投射部として、前記の反射型映像投射装置を用いた投写型映像ディスプレイ装置が提供される。なお、この投写型映像ディスプレイ装置は、更に、スクリーンを備えてもよい。
【００１８】
なお、本発明では、前記の投写型映像ディスプレイ装置において、前記光源から前記反射型映像投射部へ入射される光は、異なる３つの色成分のうち、一つの色成分光が他の二つの色成分光に対して偏光方向が異なっていることが好ましく、特に、前記一つの色成分光が赤色（Ｒ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分であることが、又は、前記一つの色成分光が青色（Ｂ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分であることが好ましい。更には、前記反射型映像投射装置からの出射光は、その全ての色成分光が、Ｐ偏光、又は、Ｓ偏光であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明によれば、やはり上記の目的を達成するため、前記に記載された投写型映像ディスプレイ装置において用いられる光源装置であって、光源部と、当該光源部から放射される光を集めて所定の方向に光束として出射する手段を備えており、更に、前記出射される光束の異なる３つの色成分のうち、一つの色成分光を他の二つの色成分光に対して偏光方向を異ならせる手段を備えている光源装置が提供される。
【００２０】
そして、なお、前記の光源装置においては、前記一つの色成分光が赤色（Ｒ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分であって、そして、前記赤色（Ｒ）光成分はＳ偏光であり、かつ、前記緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分はＰ偏光であることが、或いは、前記一つの色成分光が青色（Ｂ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分であって、そして、前記青色（Ｂ）光成分はＳ偏光であり、かつ、前記緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分はＰ偏光であることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。まず、図３は、本発明の一実施の形態になる投射型映像ディスプレイ装置の全体構成を示すための、装置の内部を透視して示した斜視図である。
【００２２】
この図３において、符号１００は、照明光学系（光源部）を示しており、後にも詳細に説明するが、例えば、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の、所謂、高輝度光源を含んで構成されている。また、図中の符号２００は、特に、本発明になる投射型映像ディスプレイ装置の特徴部分を構成する、所謂、光学エンジンである。そして、上記照明光学系１００からの光は、光学エンジン２００内の光分離合成ユニットに入射された後、後にも詳細に説明するが、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの反射型映像表示素子において映像信号により変調され合成されて、略直角に曲げられて出射される。その後、この出射光は、投射光学系を構成する投射レンズ３００を介して、キャビネット４００の背面に設けられた反射ミラー５００で反射された後、スクリーン６００に投射される。なお、図中の矢印は、上記した出射光及びその出射光を示している。
【００２３】
また、添付の図４は、上記図３に示した光学系の他の実施例を示す斜視図である。この光学系では、上記図３に示した光学系に比較し、投射レンズ３００に近接して、その出射光の光軸を変換（屈折）するためのミラー７００が設けられている点において異なっている。なお、かかる光学系によれば、投射レンズ３００からの出射光を、直接、スクリーンに投射し、これによって、映像を拡大して投射することが可能である。
【００２４】
さらに、添付の図５は、上記図３に示した光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。すなわち、この図に示す光学系では、上記図３に示した光学系とは異なり、反射ミラーを用いることなく、投射レンズ３００からの出射光を、直接、スクリーンに投射し、映像を拡大して投射するものである。なお、この場合には、上記光学エンジン２００の一部に投射レンズ３００を含んだ構成としてもよい。
【００２５】
続いて、上記照明光学系（光源部）１００からのＲ、Ｇ、Ｂから成る成分光を入射してそれぞれ変調し、その後、これらＲ、Ｇ、Ｂ成分の光を合成して（例えば、その後段に設けた投射レンズ３００へ）出射する上記光学エンジン２００の構造の一例を（ここでは、特に、以下に図１によって示す構造の光学エンジン部の例を）、添付の図６により詳細に示す。
【００２６】
この図６は、上記光学エンジン２００の中心部分の構成を示しており、図において、ダイクロイックミラー２１０により色分離部を形成し、３個の反射型液晶パネル２２１、２２２、２２３から映像表示部（変調部）を形成し、そして、３個のプリズム形の偏光ビームスプリッタ２３１、２３２、２３３とによって各色成分光の合成部を形成している。また、図中の矢印は、この光学エンジン２００への入射光及び出射光を示しており、そして、図中の符号２４１は、上記偏光ビームスプリッタ２３１と２３２との間に挿入された、特定波長選択性の偏光変換素子である、所謂、狭帯域位相差板を、そして、符号２４２は、上記偏光ビームスプリッタ２３２と２３３との間に挿入された（貼り付けられた）狭帯域位相差板を、それぞれ、示している。なお、ここでは図示しないが、これらダイクロイックミラー２１０や偏光ビームスプリッタ２３１、２３２、２３３は、載置用の載置台部の上に搭載され、もって、所定の位置に精密に配置される。
【００２７】
より具体的には、上記したこれらの偏光変換素子（位相差フィルム：１／２波長板）は、例えば、ＨＯＹＡ（株）製の基材「ＢＳＣ７」、「ＦＤ２」、「ＦＤ１」、「ＦＤ６」、「ＦＤＳ９０」等から成るプリズム（例えば、上記偏光ビームスプリッタを構成するプリズム）の側面に、適宜、金属多層膜を蒸着することにより形成することができる。なお、かかる構成の偏光変換素子（偏光ビームスプリッタの光出射面に貼り付ける）によれば、従来の短冊状（断面、平行四辺形）に切断された位相差フィルムを多数貼り合わせて構成する偏光変換素子と比較し、コントラストや色むら等を、更に向上することが可能となる。これは、従来の短冊状の位相差フィルムを多数貼り合わせた構成の偏光変換素子では、貼り合わせの際に生じる公差（製作誤差）により、互いに隣接する位相差フィルムの間に僅かなギャップ（隙間）が生じてしまい、そのため、例えば、Ｓ偏光に変換されるべき光がＰ偏波のままで通り抜けることから、Ｓ偏光にＰ偏光が混じってしまう現象が生じる（Ｐ偏光とＳ偏光との混合比）ことによる。これに対し、上記の本発明における上記偏光変換素子の構成によれば、上記のＰ偏光がＳ偏波に変換されずそのまま通過するのは、位相差フィルムが貼り付けられる面の端部（例えば、０．２５ｍｍ程度）だけであり、そのため、例えば、その部分を遮光する等の対策により、Ｐ偏光とＳ偏光との混合比を大幅に向上することが可能になる。なお、このことは、以下の図７に示す狭帯域位相差板２５０、図９や図１０に示した１／２波長板（プリズム１０６ｃと１／２波長板１０７）についても同様である。
【００２８】
なお、上記ダイクロイックミラー２１０に代えて、ダイクロイックプリズムを用いて構成することも可能である。また、この例では、製造過程におけるプリズムの配置の確実さ（間違いを少なくする）を考慮して、各偏光ビームスプリッタ２３１、２２２、２２３を、それぞれ、その高さの異なるプリズムの組み合わせにより構成するものとしているが、しかしながら、これらプリズムは、全て同じ高さのものとしても、その機能や動作は同様である。
【００２９】
次に、添付の図１には、上記光学エンジン２００の中心部分のより詳細な構造を説明するため、その上面図が示されている。なお、この図においても、上記図６に示したと同じ構成要素については、同じ符号が付されている。そして、この詳細な構造からも明らかなように、上記した青色（Ｂ）用反射型液晶パネル２２１、赤色（Ｒ）用反射型液晶パネル２２２、緑色（Ｇ）用反射型液晶パネル２２３の前面には、それぞれ、１／４波長板２２５−Ｒ、２２５−Ｇ、２２５−Ｇが設けられている。さらに、偏光ビームスプリッタ２３１と２３２との間に挿入された狭帯域位相差板２４１は、青色（Ｂ）光だけを、選択的に、その偏光方向を９０度だけ回転される位相差板であり、そして、偏光ビームスプリッタ２３２と２３３との間に挿入された狭帯域位相差板２４２は、赤色（Ｒ）光だけを選択的にその偏光方向を９０度だけ回転される位相差板である。
【００３０】
上記の光学エンジン２００における、光源から投射される光についての色分離、Ｒ、Ｇ、Ｂ変調、光合成の状況が、上記図１の中に、矢印と記号によって示されている。なお、光源から投射される光は、後に詳細に説明するが、高輝度光源からの光から、赤外線や紫外線領域の波長成分を取り除き（即ち、白色光を得る）、均一な光束量分布を持つ光束を得た後、例えば、その赤色（Ｒ）成分をＰ偏光として入射し、残りの緑色（Ｇ）成分と青色（Ｂ）成分とはＳ偏光として入射する。
【００３１】
上記図１からも明らかなように、上記Ｒ、Ｇ、Ｂ成分から成る光は、まず、ダイクロイックミラー２１０に入射し、Ｂ成分光はこれを透過し、他方、Ｒ成分光とＧ成分光とは、その表面で反射されて略９０度だけその光路を回転される。その後、まず、Ｂ成分光は、偏光ビームスプリッタ２３１により反射してその光路が９０度回転され、青色（Ｂ）用反射型液晶パネル２２１に入射し、映像信号に合わせて変調された後に、元の光路に戻る。なお、その際、上述のように、各反射型液晶パネル２２１の前面には、１／４波長板（この場合、符号２２５−Ｂの波長板）が設けられている。１／４波長板は、偏光ビームスプリッタの偏光軸と各反射型液晶パネルの反射軸を合わせ込む働きを有している。すなわち、偏光ビームスプリッタの製造誤差や反射型液晶パネルの製造誤差を吸収するために１／４波長板を回転させて偏光軸の合わせ込みを行う。なお、図では、これらの光成分を、Ｂ（Ｐ）、Ｂ（Ｓ）の記号により示している。その後、このＰ偏光成分のＢ光は、選択的に偏光方向を９０度回転される狭帯域位相差板２４１の働きにより、Ｓ偏光成分のＢ光となって偏光ビームスプリッタ２３２に導かれ、他の色成分光と合成される。
【００３２】
一方、ダイクロイックミラー２１０で反射されたＰ偏光であるＲ成分光は、偏光ビームスプリッタ２３３を透過して赤色（Ｒ）用反射型液晶パネル２２２に至り、映像信号に合わせて変調された後に、元の光路に戻る。その際、やはり、反射型液晶パネル２２２の前面の１／４波長板２２５−Ｒを回転させて偏光軸を回転し、偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの偏光軸が最適となるように合わせ込まれる（図中の記号、Ｒ（Ｐ）、Ｒ（Ｓ）を参照）。そして、その後、このＳ偏光成分のＲ光は、選択的に偏光方向を９０度回転される狭帯域位相差板２４２の働きにより、Ｐ偏光成分のＲ光となって偏光ビームスプリッタ２３２に導かれ、他の色の成分光と合成される。
【００３３】
さらに、ダイクロイックミラー２１０で反射されたＧ成分光は、偏光ビームスプリッタ２３３で反射されて９０度回転されて緑色（Ｇ）用反射型液晶パネル２２３に向かい、映像信号に合わせて変調された後に、元の光路に戻る。その際、やはり、液晶パネル２２３の前面の１／４波長板２２５−Ｇを回転させることで偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの偏光軸が最適となるように合わせ込まれる（図中の記号、Ｇ（Ｓ）、Ｇ（Ｐ）を参照）。そして、その後、このＰ偏光成分のＧ光は、そのまま狭帯域位相差板２４２を透過して偏光ビームスプリッタ２３２に導かれ、他の色の成分光と合成される。
【００３４】
偏光ビームスプリッタ２３２では、上記のように、Ｓ偏光成分のＢ光（Ｂ（Ｓ））、Ｐ偏光成分のＲ光（Ｒ（Ｐ））、そして、Ｐ偏光成分のＧ光（Ｇ（Ｐ））が合成され、もって、映像信号によって変調された光信号として、その後段に設けられた、例えば、投射レンズ等に導かれ、スクリーン上に投射されることとなる。
【００３５】
ところで、本発明者等による種々の実験の結果によれば、上記の光学エンジンを構成するＲ、Ｇ、Ｂの３つの反射型映像表示素子上で反射されて変調された３つ光の波長成分のうち、特に、人間の眼による比視感度が最も高い光成分であるＧ成分を、反射を伴うことなく、すなわち、Ｐ偏光のままで後段の２つの偏光ビームスプリッタ２３３、２３２を透過する構成とすることにより、光合成の光学系を構成するＰＢＳの２つをＧ成分の光量の系内における低減を最も小さくできることが認識された。それに伴い、かかる構成の光学エンジンによれば、特に、得られる画像のコントラストを損なうことなく、かつ、他の画質の一つでもある輝度をも低減することなく、優れた画質の投射画像を得ることが出来ることが認識された。すなわち、Ｇ成分の光量が減衰された場合、他の色成分光であるＲ成分やＢ成分の場合に比較し、その比視感度が大きいことから、Ｒ成分、或いは、Ｂ成分の強度が増し、例えば、本来、黒く表示される部分の色が赤みがかり、或いは、青みがって表示されることとなり、得られる投射画像のコントラストが低下してしまう。
【００３６】
また、その際、他の色成分光であるＲ成分については、光合成光学系を構成する偏光ビームスプリッタの２つを、まず、Ｓ偏光により反射させた後にＰ偏光によって透過させるように構成し、そして、残りのＢ成分については、これとは反対に、Ｐ偏光によって透過させた後にＳ偏光により反射させる構成とすることによれば、上記のＧ成分との比較においてバランスのよい、即ち、コントラストの優れた画像を得ることが可能になることが認識された。
【００３７】
或いは、これに代え、例えば、添付の図２にも示すように、光合成光学系を構成する偏光ビームスプリッタの２つを、まず、Ｒ成分については、Ｐ偏光によって透過させた後にＳ偏光により反射させ、他方、Ｂ成分については、Ｓ偏光により反射させた後にＰ偏光によって透過させるように構成しても、ほぼ同様に、コントラストの優れた画像を得ることが可能になることが確認された。なお、この図２に示す構成では、図からも明らかなように、ダイクロイックミラー２１０は、Ｂ成分光とＧ成分光とを反射し、Ｒ成分光のみを透過し、そして、青色（Ｂ）用反射型液晶パネル２２１と赤色（Ｒ）用反射型液晶パネル２２２、更には、青色（Ｂ）用の狭帯域位相差板２４１と赤色（Ｒ）用の狭帯域位相差板２４２の位置が取り替えられて構成されている。
【００３８】
加えて、上記図１及び図２に示した構成によれば、一つの成分光だけを反射して透過する偏光ビームスプリッタ（但し、図１でＢ光用のＰＢＳ２３１であり、図２ではＲ光用のＰＢＳ２３３である）と、光合成を行う偏光ビームスプリッタ２３２との間に設けられた狭帯域位相差板（図１では２４１で、図２では２４２で示す）については、これを１／２波長板としてもよい。これは、この狭帯域位相差板の働きとして、Ｂ光をＰ偏光からＳ偏光に偏光するだけ、又は、Ｒ光をＰ偏光からＳ偏光に偏光するだけであることから、比較的高価な狭帯域位相差板に代えて、安価なこれを１／２波長板とすることが可能となることによる。なお、このような１／２波長板として、特に、無機材質である、例えば、水晶板により形成された１／２波長板とすることによれば、比較的安価で耐光性に優れたものとすることができ、装置全体の耐光性の向上に寄与することができる。
【００３９】
さらに、添付の図７には、上記光学エンジン２００の、更に他の構成例が示しており、この例では、偏光ビームスプリッタ２３２の出射面には、Ｂ光の偏向面を選択的に回転する狭帯域位相差板２５０が設けられている。すなわち、このような構成によれば、図にも示すように、光学エンジン２００からの出射光である偏光ビームスプリッタ２３２からの光束は、全ての光成分がＰ偏光の光束、即ち、Ｂ（Ｐ）、Ｂ（Ｐ）、Ｒ（Ｐ）となっている。或いは、さらに、図示しない１／２波長板を設けて光束の全成分の偏光面を更に９０度回転して、Ｓ偏光の光束とすることも可能である。
【００４０】
次に、上記高輝度光源からの光から、赤外線や紫外線領域の波長成分を取り除き（即ち、白色光を得る）、均一な光束量分布を持つ光束を、上記の光学エンジン２００に対して入射する光源部（照明光学系）１００の原理構成について、添付の図８を参照し、以下に詳細に説明する。なお、この光源部１００は、上記図２に示した構成になる光学エンジン２００に対し、ＹＺ平面内においては、即ち、赤色（Ｒ）成分と緑色（Ｇ）成分をＰ偏光とし、青色（Ｂ）成分はＳ偏光の光として供給するものである。また、図２に示した光学エンジン２００のＺＸ平面内において、青色（Ｂ）成分はＰ偏光に相当し、緑色（Ｇ）成分と赤色（Ｒ）成分はＳ偏光相当になる。以上の構成とすることで、ＺＹ平面においてＳ偏光相当となる緑色（Ｇ）成分と赤色（Ｒ）成分に対するダイクロイックミラー２１０及び偏光ビームスプリッタ２３１、２３２の特性は、ＺＸ平面でＳ偏光として作られた光それぞれ入射した場合より優れたものとなる場合もある。
【００４１】
まず、図８において、光源部１００は、例えば、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からなる高輝度光源１０１を含んで構成されている。また、光源部１００は、赤外線や紫外線領域の波長光を吸収し又は反射して除去するためのフィルター１０２を通り、その後、所定の色成分の光のみを反射すると共に、他の色成分の光を透過するダイクロイックミラーと１０３、このダイクロイックミラーの後段に設けられた２枚の反射ミラー１０４、１０５とから構成される色分離部に導かれる。さらに、この色分離部で分離された光は、偏光ビームスプリッタ１０６ａ、１０６ｂと、反射プリズム１０６ｃとを組み合わせ、更に、その出射口に１／２波長板１０７を設けた光学素子を通過する構成となっている。
【００４２】
このような構成によれば、添付の図９の説明図からも明らかなように、Ｓ偏光の青色（Ｂ）光と、そして、Ｐ偏光の赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）光とが得られる。すなわち、高輝度光源１０１からの光束は、ダイクロイックミラー１０３とによりそのＢ光成分が反射されて一方の反射ミラー１０４へ向かうと共に、そのＧ光成分とＲ光成分とは、そのまま透過して他の反射ミラー１０５へ向かう。これら反射ミラー１０４、１０５で反射されたＢ光成分、そして、ＧとＲの光成分は、次に、偏光ビームスプリッタ１０６ａ、１０６ｂの異なる面に入射される。この偏光ビームスプリッタ１０６ａ、１０６ｂでは、反射ミラー１０４からのＢ光のうち、Ｓ偏光を反射し、他方、Ｐ偏光を透過する。また、反射ミラー１０５からのＧ光とＲ光のうち、Ｐ偏光を透過し、他方、Ｓ偏光を反射する。さらに、この偏光ビームスプリッタ１０６ａ、１０６ｂを透過したＰ偏光のＢ光と、Ｓ偏光のＧ光とＲ光とが、反射プリズム１０６ｃにより反射され、加えて、出射口に設けられた１／２波長板１０７の働きにより偏光面が変換され、Ｓ偏光のＢ光と、Ｐ偏光のＧ光とＲ光として出射される。すなわち、Ｓ偏光の青色光（図において、Ｂ（Ｓ）で示す）と、Ｐ偏光の赤色光（図において、Ｒ（Ｐ）で示す）、そして、Ｐ偏光の緑色光（図において、Ｇ（Ｐ）で示す）とが得られることとなる。
【００４３】
再び、上記図８に戻り、異なる偏光の光束（即ち、Ｂ（Ｓ）、Ｇ（Ｐ）、Ｒ（Ｐ））は、次に、２枚のマルチレンズアレイ１３１、１３２に入射される。すなわち、入射された光束は、マルチレンズアレイ１３１により、その複数のレンズの数だけ分割され、後段の対応するマルチレンズアレイ１３２の働きにより反射型液晶パネル上にそれぞれ拡大投射される。マルチレンズアレイ１３１に設けたマルチレンズの数だけパネル上で光束が重なり合うため、均一な光量分布の光束となる。この光束は、更に、フィルター１３３やレンズ１３４、１３５を通して、所定の大きさの光束となり、後段の光学エンジン２００へ出射される。
【００４４】
なお、この図８では、上記した投射型映像ディスプレイ装置を構成する光学エンジン２００（図２に対応）や投射レンズ３００も、同時に示されているが、しかしながら、既にその構造を示した光学エンジン２００は、上記図６において、紙面の前後方向の裏側（即ち、図６のＸ軸方向）から見た状態で示されている（図中の座標軸を参照）。
【００４５】
また、この図８に示した光学エンジン２００として、上記の図６に示した構成の光学エンジンに代えて、例えば、上記図７に示した構成を備えた光学エンジンを用いることによれば、その射出光の全成分を、Ｐ偏光又はＳ偏光として投射レンズ３００を介して拡大透写することができる。特に、投射型映像ディスプレイ装置として、上記の図３又は図４に示したように、投射レンズ３００からの射出光をその後に反射ミラー（５００又は７００）で反射するものにおいては、射出光の全成分を、Ｐ偏光又はＳ偏光とすることにより、反射面上での反射率を向上することが可能となる。特に、射出光の成分を、全てＳ偏光とすることによれば、反射面での偏光成分の特性から、反射ミラー上での反射率を、他に比較しても、略５％程度向上することが可能となる効果が得られる。
【００４６】
また、上記した光源部１００は、特に、そのダイクロイックミラー１０３と、偏光ビームスプリッタ１０６ａ、１０６ｂと反射プリズム１０６ｃとの組み合わせを、例えば、添付の図１０に示すような構成とすることも可能であり、更に、ここには図示しないが、上記８図に示した投射型映像ディスプレイ装置の構成についても、適宜、変更することが可能であることは言うまでもなかろう。
【００４７】
【発明の効果】
以上の詳細な説明からも明らかなように、本発明になる反射型映像投射装置、かかる映像投射装置を用いた投写型映像ディスプレイ装置、そして、それに用いる光源装置によれば、コントラストを含む映像の表示特性に優れた小型化の可能な、優れた投射型映像ディスプレイ装置を実現することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態になる投射型映像ディスプレイ装置の中心部分となる光学エンジンの構造及びその動作を示す説明図である。
【図２】上記図１に示した光学エンジンの他の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態になる投射型映像ディスプレイ装置の全体構成を示すための、その内部を透視して示した斜視図である。
【図４】上記図３に示した光学系の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】上記図３に示した光学系の更に他の実施例を示す斜視図である。
【図６】上記図３に示した投射型映像ディスプレイ装置における光学エンジンの構成の一例を示す斜視図である。
【図７】上記図６に示した光学エンジンの他の構成例を示す斜視図である。
【図８】上記投射型映像ディスプレイ装置における光源部（照明光学系）を含む周囲の構成例を示す図である。
【図９】上記図８に示した光源部の一構成例と、その動作を説明するための図である。
【図１０】上記図８に示した光源部の他の構成例と、その動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１００　照明光学系（光源部）
１０１　高輝度光源（ランプ）
１０２　紫外線・赤外線反射又は吸収フィルター
１０３　ダイクロイックミラー
１０４、１０５　反射ミラー
１０６ａ、１０６ｂ　偏光ビームスプリッタ
１０６ｃ　反射プリズム
１０７　１／２波長板
２００　光学エンジン
２１０　ダイクロイックミラー
２２１、２２２、２２３　反射型液晶パネル
２３１、２３２、２３３　偏光ビームスプリッタ
２２５−Ｒ、２２５−Ｇ、２２５−Ｂ　１／４波長板
２４１、２４２、２５０　狭帯域位相差板
３００　投射レンズ
４００　キャビネット
５００、７００　反射ミラー
６００　スクリーン

Claims

それぞれ異なる波長の３つの光成分を含む光源からの光束を、複数のプリズム形偏光ビームスプリッタから構成される光分離合成部において、それぞれの光成分に対応する反射型映像表示素子により変調し、これらを合成して映像光として出射する反射型映像投射装置において、当該光分離合成部は、前記３つの反射型映像表示素子上で変調された３つの光成分のうち、特定の一つの光成分が、前記複数のプリズム型偏光ビームスプリッタを透過して出射し、他の二つの光成分が前記複数のプリズム形偏光ビームスプリッタを反射した後に透過し、又は、透過した後に反射して出射するように配置されて構成されたことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項１に記載された反射型映像投射装置において、前記特定の一つの光成分が緑色（Ｇ）光成分であり、前記他の二つの光成分が赤色（Ｒ）光成分と青色（Ｂ）光成分であることを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項１に記載された反射型映像投射装置において、前記当該光分離合成部は、３個のプリズム型偏光ビームスプリッタをＬ字形に配置して構成したことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項３に記載された反射型映像投射装置において、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタの凹部にダイクロイックミラーを配置して構成したことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項３に記載された反射型映像投射装置において、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタの凹部にダイクロイックプリズムを配置して構成したことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項３に記載された反射型映像投射装置において、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタのうち、二つの光成分が透過するビームスプリッタと３つの光が反射又は透過するビームスプリッタの間に、狭帯域位相差板を挿入したことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項６に記載された反射型映像投射装置において、さらに、前記Ｌ字形に配置された３個のプリズム型偏光ビームスプリッタのうち、一つの光成分のみが透過するビームスプリッタと３つの光が反射又は透過するビームスプリッタの間には、１／２波長板を挿入したことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項１に記載された反射型映像投射装置において、さらに、前記複数の偏光ビームスプリッタからの出射光の光成分の偏光面を一方向に揃える手段を備えたことを特徴とする反射型映像投射装置。
前記請求項８に記載された反射型映像投射装置において、さらに、前記複数の偏光ビームスプリッタからの出射光は、前記手段によって、全ての光成分がＳ偏光として出射されることを特徴とする反射型映像投射装置。
それぞれ異なる波長の３つの光成分を含む光束を放射する光源と、前記光源からの光束を反射型映像表示素子により変調し、これらを合成して映像光として出射する反射型映像投射部と、前記映像投射部からの出射光を拡大して投射する光投射部とを備えた投写型画像ディスプレイ装置において、当該反射型映像投射部として、前記請求項１の反射型映像投射装置を用いたことを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１０に記載された投写型映像ディスプレイ装置において、更に、スクリーンを備えたことを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１０に記載された投写型画像ディスプレイ装置において、前記光源から前記反射型映像投射部へ入射される光は、異なる３つの色成分のうち、一つの色成分光が他の二つの色成分光に対して偏光方向が異なっていることを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１２に記載された投写型画像ディスプレイ装置において、前記一つの色成分光が赤色（Ｒ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分であることを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１２に記載された投写型映像ディスプレイ装置において、前記一つの色成分光が青色（Ｂ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分であることを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１０に記載された投写型映像ディスプレイ装置において、前記反射型映像投射装置からの出射光は、その全ての色成分光が、Ｐ偏光、又は、Ｓ偏光であることを特徴とする投写型映像ディスプレイ装置。
前記請求項１０に記載された投写型映像ディスプレイ装置において用いられる光源装置であって、光源部と、当該光源部から放射される光を集めて所定の方向に光束として出射する手段を備えており、更に、前記出射される光束の異なる３つの色成分のうち、一つの色成分光を他の二つの色成分光に対して偏光方向を異ならせる手段を備えていることを特徴とする光源装置。
前記請求項１６に記載された光源装置において、前記一つの色成分光が赤色（Ｒ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分であることを特徴とする光源装置。
前記請求項１７に記載された光源装置において、前記赤色（Ｒ）光成分はＳ偏光であり、かつ、前記緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）の光成分はＰ偏光であることを特徴とする光源装置。
前記請求項１６に記載された光源装置において、前記一つの色成分光が青色（Ｂ）光成分であり、他の二つの色成分光が緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分であることを特徴とする光源装置。
前記請求項１９に記載された光源装置において、前記青色（Ｂ）光成分はＳ偏光であり、かつ、前記緑色（Ｇ）と赤色（Ｒ）の光成分はＰ偏光であることを特徴とする光源装置。