JP2004109490A

JP2004109490A - 偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投写型画像表示装置

Info

Publication number: JP2004109490A
Application number: JP2002272002A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Yoneyama; 米山　一也; Kimiaki Nakazawa; 仲澤　公昭
Original assignee: Fuji Photo Optical Co Ltd
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US6840624B2; US20040150796A1

Abstract

【目的】内部の介在層を所定の楔形状とすることにより、傾いた介在層に起因する非点収差を良好に補正し得る偏光ビームスプリッタを得るとともに、これを用いて、近年の画像表示素子の高解像度化に適応した投写型画像表示装置を得る。
【構成】照明光学系３からの照明光でＬＣＯＳ４を照明し、ＬＣＯＳ４の画像情報を担持した投映光を投写レンズ５を介しスクリーン（不図示）上に拡大投映する装置である。ＬＣＯＳ４と投写レンズ５間に配されたＰＢＳ１は、２つの直角二等辺三角形プリズムが偏光分離膜と接着層とを併せた介在層２を介し貼合わされている。ＰＢＳ１は、その内部の介在層２がＬＣＯＳ４からの入射光に対し傾いて位置するように配置されているが、介在層２は、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように、ＬＣＯＳ４からの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ４からの光入射面に遠い部分で薄くなるように、楔形状に形成されている。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投写型画像表示装置に用いられる偏光ビームスプリッタに関し、特に、画像表示素子の高解像度化に対応した良好な光学性能を有する偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投写型画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、投写型画像表示装置の画像表示素子として、ＬＣＯＳ（エルコス：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）と総称される反射型画像表示素子が注目されている。その特徴を２点挙げるとすれば、透過型のそれに対して開口率が高く高輝度化に有利である点と、同等素子サイズで高解像度化が可能な点である。このＬＣＯＳは偏光方向を制御して素子のＯｎとＯｆｆを表現するため、通常、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）とともに用いられる。また、そのＰＢＳは画像表示素子と投写レンズ間の光路中に配置されることが一般的である。
【０００３】
投写型画像表示装置に用いられるＰＢＳは、２個の直角二等辺三角形プリズムの斜辺に相当する面同士を接着したものが主流となっている（例えば、特許文献１参照）。両面の少なくとも一方には偏光分離膜が形成され、ＰＢＳに入射した光の偏光方向に応じて、一方の偏光方向の光を透過させ他方の偏光方向の光を反射して、分離または／および合成を行なう。以下、この偏光分離膜と接着剤による接着層とを併せて介在層と称する。
【０００４】
このようなＰＢＳを備えた投写型画像表示装置の概略構成を図７に示す。照明光学系５３から、偏光方向の揃えられた（この場合Ｓ偏光）照明光がＰＢＳ５１に入射し（矢印Ｌ_１）、入射光に対し４５度の角度に配置された介在層５２で一旦ＬＣＯＳ側に反射される（矢印Ｌ_２）。ＬＣＯＳ５４でＰ偏光とされた投映光はＰＢＳ５１に再び入射し（矢印Ｌ_３）、介在層５２を透過し、投写レンズ５５を介しスクリーン（不図示）に画像を投映する（矢印Ｌ_４）。なお、このように３枚よりも少ない画像表示素子を用いた投写型画像表示装置においてカラー画像を得る場合には、照明光学系中に時分割色分解手段をもつ必要がある。
【０００５】
図７では、ＰＢＳ５１は説明のため、その介在層５２を拡大して描いている。ここで、製造誤差を無視すれば２つの二等辺三角形プリズムの斜辺に相当する面は、互いに平行に接着される。すなわち、介在層５２の厚さはいずれの位置でも一定値Ｃとなる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−４０３６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＬＣＯＳを用いた投写型画像表示装置の場合、光学部品の複屈折による影響を極力排除することが投写画像のコントラストを高める為に重要である。また、波長範囲が広い領域で良好な偏光分離膜とするためには、ＰＢＳ本体の屈折率が高い方が望ましい。これらの要求を満たすプリズム材質ガラスとして、現在は、屈折率が１．８よりも高いものが最も多く使用されている。
【０００８】
一方、接着剤の屈折率は１．５程度のものが多用されている。したがって、ＰＢＳを構成するプリズムと介在層の接着剤部分とは、光学的に不連続となる。一般的に、光学的な不連続面が光路に直交せずある角度（図７の場合は４５度であるがこの角度に限定されるものではない）をもって配置された場合には、非点収差が発生する。
【０００９】
上述したとおり、ＬＣＯＳの１つの特徴として「高解像化の有利性」がある。近年の技術進歩により、ＬＣＯＳは１０数ミクロンの画素ピッチとなっている。このＬＣＯＳの高解像化に伴い、投写型画像表示装置では、投写レンズ等のＬＣＯＳ以降の光学系の結像性能も向上させる必要がある。ＰＢＳもその例外ではなく、従来のＬＣＯＳの解像度では問題とならなかった程度の上述のＰＢＳでの非点収差も、ＬＣＯＳが１０数ミクロンの画素ピッチとなった結果、投写画像の解像力低下の要因となり無視できない状況になっている。高解像のＬＣＯＳに対応した、非点収差を良好に補正可能なＰＢＳが要望されている。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、偏光ビームスプリッタ内部の傾いた介在層に起因する非点収差を良好に補正し得る偏光ビームスプリッタを提供するとともに、これを用いて、近年の技術動向に適応した、ＬＣＯＳ本来の高解像な投写画像を得ることのできる投写型画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏光ビームスプリッタは、２つのプリズムを接着層を介して貼り合わせ、この接着層を挟む該２つのプリズムの互いに対向する面の少なくとも一方に偏光分離膜を形成してなる偏光ビームスプリッタにおいて、
前記接着層および前記偏光分離膜よりなる介在層が入射光に対し傾いて配置され、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように該介在層が、前記プリズムの光入射面に近い部分で厚く、光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記２つのプリズムを構成する材料の屈折率Ｎｐと、前記接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、以下の条件式（１）を満足することが好ましい。
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＞０．２　　……（１）
【００１３】
また、本発明に係る投写型画像表示装置は、光源と、照明光学系と、時分割色分解手段と、前記楔形状の介在層を有する偏光ビームスプリッタと、１枚または２枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されたものであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る投写型画像表示装置は、光源と、照明光学系と、色分解合成手段または色合成手段としてのフィリップスプリズムと、前記楔形状の介在層を有する偏光ビームスプリッタと、３枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されたものであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る投写型画像表示装置は、光源と、照明光学系と、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを含む色分解合成手段と、３枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、前記色分解合成手段に含まれる少なくとも１つの偏光ビームスプリッタが、前記楔形状の介在層を有する偏光ビームスプリッタとされ、その偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されたものであることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る偏光ビームスプリッタは、２つのプリズムを接着層を介して貼り合わせ、この接着層を挟む該２つのプリズムの互いに対向する面の少なくとも一方に偏光分離膜を形成してなる偏光ビームスプリッタにおいて、
前記接着層および前記偏光分離膜よりなる介在層が入射光に対し傾いて配置され、前記２つのプリズムを構成する材料の屈折率Ｎｐと、前記接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、以下の条件式（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とするものである。
Ｎｃ≧１．７５　　　　　……（２）
Ｎｐ≧１．８５　　　　　……（３）
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＜０．２　　……（４）
【００１７】
また、この偏光ビームスプリッタにおいて、入射光に対し傾いて配置された前記介在層が、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように、前記プリズムの光入射面に近い部分で厚く、光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることがより好ましい。
【００１８】
本発明に係る投写型画像表示装置は、上記偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の２つの実施形態に係る偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るＰＢＳを用いた投写型画像表示装置であって、後述する本発明の実施例１に係る投写型画像表示装置を示す図である。この装置は、光源（不図示）、照明光学系３、内部に楔形状の介在層２を有するＰＢＳ１、ＬＣＯＳ４、および投写レンズ５を備えてなり、照明光学系３からの照明光でＬＣＯＳ４を照明し、ＬＣＯＳ４の画像情報を担持した投映光を投写レンズ５を介しスクリーン（不図示）上に拡大投映するものである。
【００２０】
また、図２は図１のＰＢＳ１部分を拡大して示す図である。このＰＢＳ１は、２つの直角二等辺三角形プリズム１ａ、１ｂで構成され、プリズム１ａ、１ｂの斜辺に相当する面同士が接着層を介して貼り合わされている。プリズム１ａ、１ｂの斜辺に相当する面には、少なくとも一方の面に偏光分離膜が形成され、ＰＢＳ１に入射した光の偏光方向に応じて、一方の偏光方向の光を透過させ他方の偏光方向の光を反射して、色分離または／および合成を行なう。以下、この偏光分離膜と接着層とを併せて介在層２と称する。
【００２１】
ＰＢＳ１は、その内部の介在層２がＬＣＯＳ４からの入射光に対し傾いて位置するように配置されている。プリズム１ａ、１ｂを構成する材料のガラスの屈折率と、接着層を形成する接着剤の屈折率とには差があるため、このように光学的な不連続面が光路に直交せずある角度をもって配置された場合には、一般に非点収差が発生する。しかし、本実施形態によれば、介在層２は、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように、ＬＣＯＳ４からの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ４からの光入射面に遠い部分で薄くなるように、楔形状に形成されている。
【００２２】
すなわち、図２に示すように、プリズム１ａ、１ｂの斜辺に相当する面は互いに角度δをなし、介在層２はＬＣＯＳ４に近い部分の厚みをＢ、ＬＣＯＳ４に遠い部分の厚みをＡとした場合にＡ＜Ｂとなるような楔形状の断面とされている。この角度δは、入射光に対する介在層２の傾きや、介在層２の平均的厚さ（例えば光軸上での厚さ）に応じて適宜設定することができる。なお、図１、２、および以下に示す図４〜６においては、各ＰＢＳは説明のため、その介在層を拡大して描いている。
【００２３】
従来、ＰＢＳを形成する直角二等辺三角形プリズムの斜辺は通常平行になるように接着されていたが、本実施形態によれば、これを意図的に平行にならないように接着するという比較的小さな設計変更により、非点収差を良好に補正し得るＰＢＳ１を得ることができる。また、このようなＰＢＳ１を用いた場合、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００２４】
このような楔形状の介在層２による非点収差補正の作用は、ＰＢＳ１を形成する２つのプリズム１ａ、１ｂの材質の屈折率Ｎｐと、介在層２の接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、以下の条件式（１）を満足する場合に特に有効である。
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＞０．２　　……（１）
【００２５】
すなわち、２つのプリズムと接着層とに所定の屈折率差が在り、介在層２が光学的不連続面である場合に、介在層２を楔形状とする効果が大きい。例えば、上述のとおり、一般に用いられるＰＢＳのように、プリズム材質ガラスの屈折率が１．８より高く、接着剤の屈折率が１．５程度である場合には、本実施形態による楔形状の介在層２が有効である。
【００２６】
本実施形態による非点収差補正効果を示す一例として、図３および図８にＭＴＦ値のグラフを示す。図３は、本実施形態に係るＰＢＳによるものであり、介在層２が、ＬＣＯＳ４からの入射光に対し略４５度傾いた楔形状とされた場合のＭＴＦ値を示す。プリズム１ａの斜辺に相当する面が入射光に対し４５度の傾きを有し、この面に対しプリズム１ｂの斜辺に相当する面は１．０２分（＝角度δ）程度傾いている。また、図８は、上述の、図７に示した従来のＰＢＳによるものであり、ＰＢＳ５１を形成する２つのプリズム５１ａ、５１ｂの間隔は平行とされ、介在層５２は入射光に対し４５度傾いて均等な厚さとされている。その他の条件は同等とされている。図３および図８に、軸上Ｔ像面および軸上Ｓ像面の値を示す。
【００２７】
図８によれば、入射光に対し４５度傾いた介在層５２の影響により、光軸中心より非点収差が発生していることが分かる。他方、本発明の実施形態による図３によれば、図８の場合に認められた非点収差がほぼ打ち消され、中心に対する非点収差が良好に補正されていることが明らかである。
【００２８】
楔形状の介在層２の製法としては、偏光分離膜または／および接着層の厚さを調整することにより形成することができる。例えば、接着層の厚さを調整する一法として、プリズム接着面の外周部の一部に所定直径の、剛性を有するビーズを混練した接着剤を塗布し、この部分と略対称位置のプリズム接着面の外周部に、このビーズと同様の材料で形成されこのビーズよりも小さい直径のビーズを混練した接着剤を塗布して、２つのプリズムを貼り合わせた後、内周部の楔形状の空間にビーズを混練しない接着剤を注入するようにして形成してもよい。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施形態に係るＰＢＳについて説明する。２つのプリズムを接着層を介して貼り合わせ、この接着層を挟む該２つのプリズムの互いに対向する面の少なくとも一方に偏光分離膜を形成してなるＰＢＳにおいて、ＰＢＳを構成する２つのプリズムの材料のガラスと、接着層を形成する接着剤の屈折率との間の差が、例えば上記条件式（１）の範囲外となる程度に、比較的小さい場合もあり得る。理論上は、両屈折率が等しく光学的な不連続面が存在しなければ、前記接着層および前記偏光分離膜よりなる介在層が光路に直交せず入射光に対し傾いて配置されたとしても、それに起因する非点収差は発生しない。すなわち、本発明の第２の実施形態は、現在一般に使用されている屈折率１．８以上のガラスを接着する時の接着剤として、接着剤の屈折率が所定の要件を満足する場合に、上記非点収差の問題を解決し得る点に着目したものであって、以下の条件式（２）、（３）、（４）を満足するＰＢＳである。
【００３０】
Ｎｃ≧１．７５　　　　　……（２）
Ｎｐ≧１．８５　　　　　……（３）
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＜０．２　　……（４）
ここで、
Ｎｃ：接着剤の屈折率
Ｎｐ：ガラスの屈折率
【００３１】
上記条件式（２）〜（４）を満足する場合は、非点収差の発生量は極めて少なく、実用上ほとんど問題とならない程度であるので、接着層および偏光分離膜よりなる介在層を楔形状にする必要が無く、製作工程上コストダウンを図ることができる。また、このようなＰＢＳを用いた場合、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００３２】
本実施形態による非点収差補正効果を示す一例として、図９に本実施形態に係るＰＢＳによるＭＴＦ値のグラフを示す。このＰＢＳは、２つのプリズムの互いに対向する面が略平行とされ、介在層はＬＣＯＳからの入射光に対し略４５度傾いた厚みの略均一な層として形成されている。また、接着剤の屈折率Ｎｃは１．７５で、これ以外の系構成は上記図３に示したものと同様である。なお、ガラスの屈折率Ｎｐは１．８７とされている。図９に軸上Ｔ像面および軸上Ｓ像面の値を示す。図９によれば、本実施形態により、上述した図８の場合に認められた非点収差がほぼ打ち消され、中心に対する非点収差が実用上差し支えない程度に良好に補正されていることが明らかである。
【００３３】
また、本実施形態において、入射光に対し傾いて配置された介在層が、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように、ＰＢＳを形成するプリズムの光入射面に近い部分で厚く、光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されている場合には、非点収差をさらに良好に補正することが可能となる。その効果を示す一例として、図１０にＭＴＦ値のグラフを示す。このＰＢＳは、介在層がＬＣＯＳからの入射光に対し略４５度傾いた楔形状とされ、一方のプリズムの斜辺に相当する面が入射光に対し４５度の傾きを有し、この面に対し他方のプリズムの斜辺に相当する面は０．５４分（＝角度δ）程度傾いている。これ以外の系構成は上記図９に示したものと同様である。図１０に、軸上Ｔ像面および軸上Ｓ像面の値を示す。図１０によれば、楔形状の介在層とすることにより、上述した図９の場合に残存した非点収差がさらに改善され、中心に対する非点収差が良好に補正されていることが明らかである。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明に係るＰＢＳを用いた投写型画像表示装置の具体的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る投写型画像表示装置を示す図である。また、図２は図１のＰＢＳ１部分を拡大して示す図である。この装置は、光源（不図示）、時分割色分解手段を含んだ照明光学系３、内部に楔形状の介在層２を有する本発明に係るＰＢＳ１、画像表示素子としてのＬＣＯＳ４、および投写レンズ５を備えてなる。介在層２は入射光に対し略４５度の角度に配置され、楔形の形状は、ＬＣＯＳ４からの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ４からの光入射面に遠い部分で薄くなるように形成されている。また、このＰＢＳ１は、ＰＢＳ１を形成する２つのプリズムの材質の屈折率Ｎｐと、介在層２の接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、上記条件式（１）を満足する。
【００３５】
光源（不図示）からの照明光は、照明光学系３を介し、偏光方向の揃えられた（この場合Ｓ偏光）状態でＰＢＳ１に入射し（矢印Ｌ_１）、介在層２の偏光分離膜の作用によりＬＣＯＳ側に反射される。ＬＣＯＳ４は、素子がＯＮの状態でＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させるので、Ｐ偏光とされた投映光はＰＢＳ１に再び入射し、介在層２を透過し、投写レンズ５を介しスクリーン（不図示）にフルカラー画像を拡大投映する。
【００３６】
本実施例によれば、介在層２がＬＣＯＳ４からの入射光に対し傾いて位置するようにＰＢＳが配置されているにも拘わらず、所定の楔形状の介在層２とされていることにより、非点収差を良好に補正することができる。したがって、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施例の装置において、カラー画像を得るための時分割色分解手段としては例えば、カラーホイールやカラースイッチ（米国カラーリンク社の登録商標）を用いることができる。
【００３８】
また、本実施例の装置にさらに画像表示素子を１枚加え、ＰＢＳ１を透過した照明光をこの画像表示素子に照射させ、この画像表示素子により反射された投映光が介在層２で反射されて、他方の画像表示素子からの投映光と合成されるように構成してもよい。このような構成によれば、照明光の利用効率を向上させることができる。
【００３９】
＜実施例２＞
図４は、本実施例に係る投写型画像表示装置を示す図である。この装置は、光源（不図示）、照明光学系（不図示）、色分解合成手段としてのフィリップスプリズム１６、内部に楔形状の介在層１２を有する本発明に係るＰＢＳ１１、画像表示素子としてのＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび投写レンズ１５を備えてなる。
【００４０】
ＰＢＳ１１は、図２に示されたＰＢＳ１と略同様とされているので詳しい説明は省略する。介在層１２は照明光学系からの入射光に対し略４５度の角度に配置されている。また、楔形の形状は、ＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの光入射面に遠い部分で薄くなるように形成されている。また、このＰＢＳ１１は、ＰＢＳ１１を形成する２つのプリズムの材質の屈折率Ｎｐと、介在層１２の接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、上記条件式（１）を満足する。
【００４１】
ここで、フィリップスプリズム１６は、第１〜第３のプリズム１６ａ、１６ｂ、１６ｃから構成されている。第１のプリズム１６ａの第１の色光射出面と対向する位置には、第１の色光用ＬＣＯＳ１４ａが、第２のプリズム１６ｂの第２の色光射出面と対向する位置には、第２の色光用ＬＣＯＳ１４ｂが、第３のプリズム１６ｃの第３の色光射出面と対向する位置には、第３の色光用ＬＣＯＳ１４ｃが、それぞれ配置されている。上記第１〜第３の色光は青色、赤色、緑色の３原色光を任意の順に対応させることができる。本実施例では、緑色光成分に対する非点収差の影響を重視する観点から、第１の色光を緑色、第２の色光を青色、第３の色光を赤色としている。
【００４２】
また、第１のプリズム１６ａの、第２のプリズム１６ｂとの境界に位置する反射プリズム面１７ａには、第１の色光を含む波長域の光のみを反射し、第２および第３の色光を含む波長域の光は透過するダイクロイック膜が形成されている。さらに、第２のプリズム１６ｂの、第３のプリズム１６ｃとの境界に位置する反射プリズム面１７ｂには、第２のプリズム１６ｂに入射してきた光のうち、第２の色光を含む波長域の光は反射して、波長域外の光は透過する分光特性を持つダイクロイック膜が形成されている。
【００４３】
光源（不図示）からの照明光は、照明光学系（不図示）を介し、偏光方向の揃えられた（この場合Ｓ偏光）状態で照明光としてＰＢＳ１１に入射し（矢印Ｌ）、介在層１２の偏光分離膜の作用によりフィリップスプリズム側に反射される。照明光は、フィリップスプリズム１６の第１のプリズム１６ａに入射して、反射プリズム面１７ａにおいて、第１の色光のみが反射され、第２および第３の色光は透過する。反射プリズム面１７ａにおいて反射された第１の色光は、入射プリズム面において全反射された後、第１の色光射出面から射出され、第１の色光用ＬＣＯＳ１４ａを照明する。
【００４４】
一方、反射プリズム面１７ａを透過した第２および第３の色光は、反射プリズム面１７ｂにおいて、第２の色光が反射され、第３の色光は透過される。反射された第２の色光は、第２のプリズム１６ｂの全反射プリズム面において全反射されて第２の色光射出面から射出され、第２の色光用ＬＣＯＳ１４ｂを照明する。また、透過した第３の色光は、第３のプリズム１６ｃを透過して第３の色光射出面から射出され、第３の色光用ＬＣＯＳ１４ｃを照明する。
【００４５】
第１〜第３の色光用ＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃにおいて、各々、各色光に対応する画像情報を担持した投映光が反射され、上記色分解過程を逆行して合成され、再びＰＢＳ１１に入射する。このとき、各ＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、素子がＯＮの状態でＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させるので、Ｐ偏光とされた投映光はＰＢＳ１１において介在層１２を透過し、投写レンズ１５を介しスクリーン（不図示）にフルカラー画像を拡大投映する。
【００４６】
本実施例によれば、介在層１２がフィリップスプリズム１６からの入射光、すなわち、ＬＣＯＳ１４ａ、１４ｂ、１４ｃからの入射光に対し傾いて位置するようにＰＢＳ１１が配置されているにも拘わらず、所定の楔形状の介在層１２とされていることにより、非点収差を良好に補正することができる。したがって、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００４７】
＜実施例３＞
図５は、本実施例に係る投写型画像表示装置である。この装置は、光源（不図示）、照明光学系（不図示）、色合成手段としてのフィリップスプリズム２６、内部に楔形状の介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有する本発明に係る第１〜第３のＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、画像表示素子としてのＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび投写レンズ２５を備えてなる。
【００４８】
ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、図２に示されたＰＢＳ１と略同様とされているので詳しい説明は省略する。各介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃは照明光学系からの入射光に対し各々略４５度の角度に配置されている。また、楔形の形状は、ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの光入射面に遠い部分で薄くなるように形成されている。また、各ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、これらのＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを形成する各々２つのプリズムの材質の屈折率Ｎｐと、介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃの接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、各々上記条件式（１）を満足する。
【００４９】
ここで、フィリップスプリズム２６は、上記実施例２のフィリップスプリズム１６と略同様の構成であるので説明は省略する。ただし、本実施例においては、フィリップスプリズム２６は色合成手段としてのみ機能する。
【００５０】
本実施例では、第１〜第３の色光用ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃと、各々に対応するフィリップスプリズム２６の第１〜第３のプリズム２６ａ、２６ｂ、２６ｃとの間に、第１〜第３の色光用のＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが各々配されている。光源（不図示）からの照明光は、照明光学系（不図示）を介し、偏光方向の揃えられた（この場合Ｓ偏光）状態で照明光として第１〜第３の色光用の各ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに入射し（矢印Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ）、介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃの偏光分離膜の作用により対応するＬＣＯＳ側に反射され、第１〜第３の色光用ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃを照明する。
【００５１】
第１〜第３の色光用ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃにおいて、各々、各色光に対応する画像情報を担持した投映光が反射され、再び各ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに入射する。このとき、各ＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、素子がＯＮの状態でＳ偏光をＰ偏光に変換して反射させるので、Ｐ偏光とされた投映光は各ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃにおいて介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃを透過し、フィリップスプリズム２６の第１〜第３のプリズム２６ａ、２６ｂ、２６ｃに入射する。
【００５２】
フィリップスプリズム２６においては、上記実施例２のフィリップスプリズム１６において色分解過程を逆行して合成されたと略同様に、各色光に対応する画像情報を担持した投映光が合成される。そしてこの合成された投映光が、投写レンズ２５を介しスクリーン（不図示）にフルカラー画像を拡大投映する。
【００５３】
本実施例によれば、介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃがＬＣＯＳ２４ａ、２４ｂ、２４ｃからの入射光に対し傾いて位置するように各ＰＢＳ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが配置されているにも拘わらず、所定の楔形状の介在層２２ａ、２２ｂ、２２ｃとされていることにより、非点収差を良好に補正することができる。したがって、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００５４】
なお、上記実施例２と本実施例とは、フィリップスプリズムを用いた構成として共通するが、上記実施例２は使用するＰＢＳが１つで装置の軽量化、低コスト化に有利であり、本実施例は各ＰＢＳが実施例２に比べＬＣＯＳに近接して配置されるので、偏光がガラス内を透過する光路長（ガラスパス）が短く複屈折が起こりにくく、画質的に優位にある。
【００５５】
＜実施例４＞
本実施例に係る投写型画像表示装置は、光源、照明光学系、内部に楔形状の介在層を有する少なくとも１つの本発明に係る偏光ビームスプリッタを含む色分解合成手段、画像表示素子および投写レンズを備えてなるものである。この色分解合成手段としては、例えば、カラークワッド（米国カラーリンク社の登録商標）を用いることができる。
【００５６】
図６は、このカラークワッドを用いた投写型画像表示装置の概略構成を示す図である。この装置は、光源（不図示）、照明光学系３３、カラークワッド３８、画像表示素子としてのＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃおよび投写レンズ３５を備えてなり、光源（不図示）からの照明光は、照明光学系３３を介しカラークワッド３８に入射し、カラークワッド３８において、色分解後にＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃにより各色光成分に対応した画像情報を担持した投映光とされ、さらに色合成されて出射され、投写レンズ３５を介しスクリーン（不図示）に拡大されたフルカラー画像を投映する。カラークワッド３８は、内部に楔形状の介在層３２ｃ、３２ｄを有する本発明に係るＰＢＳ３１ｃ、３１ｄを含むものである。
【００５７】
ＰＢＳ３１ｃ、３１ｄは、図２に示されたＰＢＳ１と略同様とされているので詳しい説明は省略する。各介在層３２ｃ、３２ｄはＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃからの入射光に対し各々略４５度の角度に配置されている。また、楔形の形状は、ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃからの光入射面に近い部分で厚く、ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃからの光入射面に遠い部分で薄くなるように形成されている。また、各ＰＢＳ３１ｃ、３１ｄは、これらのＰＢＳ３１ｃ、３１ｄを形成する各々２つのプリズムの材質の屈折率Ｎｐと、介在層３２ｃ、３２ｄの接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、各々上記条件式（１）を満足する。
【００５８】
ここで、カラークワッド３８は、図６に示されるとおり、内部の偏光分離膜がＸ字型になるように配列された第１〜第４ＰＢＳ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３色光成分に対応する第１〜第３ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、第１〜第４特定波長偏光変換素子３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、および第１〜第２偏光板３７ａ、３７ｂを備えてなる。上記第１〜第３ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、青色、赤色、緑色の３原色光を任意の順に対応させることができる。本実施例では、緑色光成分に対する非点収差の影響を重視する観点から、第１の色光を緑色、第２の色光を青色、第３の色光を赤色としている。
【００５９】
偏光板３７ａは照明光の偏光方向をＳ偏光に揃え、偏光板３７ｂは投映光の偏光方向をＰ偏光に揃えるために配され、投写画像のコントラスト向上を図る。また、特定波長偏光変換素子３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄは、所定の色光を所定角度だけ回転させＳ偏光をＰ偏光に変換する素子である。特定波長偏光変換素子３６ａ、３６ｄは、第１の色光をＳ偏光からＰ偏光に変換し、特定波長偏光変換素子３６ｂ、３６ｃは、第３の色光をＳ偏光からＰ偏光に変換する。
【００６０】
これらの作用により、第１の色光はＰＢＳ３１ａ、３１ｂを透過して第１の色光を光変調させるＬＣＯＳ３４ａを照射し、第２の色光はＰＢＳ３１ａ、３１ｃの各々の内部で反射されて第２の色光を光変調させるＬＣＯＳ３４ｂを照射し、第３の色光はＰＢＳ３１ａ内部で反射され、ＰＢＳ３１ｃを透過して第３の色光を光変調させるＬＣＯＳ３４ｃを照射する。そして、第１の色光は第１のＬＣＯＳ３４ａのＯＮに対応する投映光がＳ偏光に変換されて反射され、ＰＢＳ３１ｂ、３１ｄの内部で反射され、第２の色光は第２のＬＣＯＳ３４ｂのＯＮに対応する投映光がＰ偏光に変換されて反射され、ＰＢＳ３１ｃ、３１ｄを透過し、第３の色光は第３のＬＣＯＳ３４ｃのＯＮに対応する投映光がＳ偏光に変換されて反射され、ＰＢＳ３１ｃ内部で反射され、ＰＢＳ３１ｄを透過して、３色光成分が合成されてカラークワッド３８から射出される。
【００６１】
図６に示す装置によれば、介在層３２ｃ、３２ｄが、ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃからの入射光に対し傾いて位置するようにＰＢＳ３１ｃ、３１ｄが配置されているにも拘わらず、所定の楔形状の介在層３２ｃ、３２ｄとされていることにより、非点収差を良好に補正することができる。したがって、投写型画像表示装置としても良好な光学性能を得ることができる。
【００６２】
また、図６に示す装置によれば、カラークワッド３８を構成する４つのＰＢＳのうち、ＰＢＳ３１ｃ、３１ｄが、内部に本発明に係る楔形状の介在層３２ｃ、３２ｄを有している。ＰＢＳにおいて、偏光分離膜と接着層からなる介在層が入射光に対し傾いて位置する場合に非点収差が発生することは前述したとおりであるが、照明光に関してはこのような非点収差が発生しても実用上問題とはならない。そのため、各ＬＣＯＳ３４ａ、３４ｂ、３４ｃより後段の、画像情報を担持したいずれかの投映光の光路にかかる介在層３２ｃ、３２ｄが所定の楔形状とされていれば、実用上十分な光学性能を得ることができる。厳密には、偏光分離膜がＰＢＳ３１ｃ、３１ｄを構成する２つのプリズムのいずれの面に形成されているかにより、いずれのＬＣＯＳからの投映光に非点収差の影響が現れる虞があるかは異なるが、これら２つのＰＢＳ３１ｃ、３１ｄの介在層３２ｃ、３２ｄを所定の楔形状としていれば必要十分である。
【００６３】
なお、本実施例において、色分解合成手段の例として、カラークワッドを用いたが、本実施例の色分解合成手段としては、４個のＰＢＳで構成されるカラークワッドに限られず、少なくとも１つの本発明に係るＰＢＳを備えた色分解合成手段とされていればよい。また、本実施例の色分解合成手段としては、４つのＰＢＳに分割されていないような、例えば、これらのＰＢＳが一体化されたプリズムで、内部に偏光分離作用を有する部材を含むような色分解合成手段であってもよい。
【００６４】
本発明に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投写型画像表示装置としては、上記各実施例のものに対し種々の態様の変更が可能である。例えば、上記偏光分離面においては、Ｐ偏光を透過光、Ｓ偏光を反射光とするようにして偏光分離を行なっているが、Ｓ偏光を透過光、Ｐ偏光を反射光とするようにして偏光分離を行なう偏光分離面を用いるような構成とされていてもよい。また、本発明に係る投写型画像表示装置においては、本発明に係る偏光ビームスプリッタの個数を限定するものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る偏光ビームスプリッタおよびこれを用いた投写型画像表示装置によれば、ＰＢＳ内部の介在層が所定の楔形状とされていることにより、傾いた介在層に起因する非点収差を良好に補正し得る偏光ビームスプリッタを得ることができ、これを用いて、近年の技術動向に適応した、ＬＣＯＳ本来の高解像な投写画像を得ることのできる投写型画像表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る投写型画像表示装置の概略構成図
【図２】図１の装置のＰＢＳ部分の拡大図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るＰＢＳの非点収差補正作用を示すＭＴＦ図
【図４】本発明の実施例２に係る投写型画像表示装置の概略構成図
【図５】本発明の実施例３に係る投写型画像表示装置の概略構成図
【図６】本発明の実施例４に係る投写型画像表示装置の概略構成図
【図７】従来例に係る投写型画像表示装置の概略構成図
【図８】従来例に係るＰＢＳの非点収差発生を示すＭＴＦ図
【図９】本発明の第２の実施形態に係るＰＢＳの非点収差補正作用を示すＭＴＦ図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るＰＢＳに楔形状の介在層を形成した場合の非点収差補正作用を示すＭＴＦ図
【符号の説明】
１、１１、２１ａ〜ｃ、３１ａ〜ｄ、５１　偏光ビームスプリッタ
１ａ、１ｂ、１６ａ〜ｃ、２６ａ〜ｃ　プリズム
２、１２、２２ａ〜ｃ、３２ａ〜ｄ、５２　介在層
３、３３、５３　照明光学系
４、１４ａ〜ｃ、２４ａ〜ｃ、３４ａ〜ｄ、５４　ＬＣＯＳ
５、１５、２５、３５、５５　投映光学系
１６、２６　フィリップスプリズム
１７ａ、１７ｂ　反射プリズム面
３６ａ〜ｄ　特定波長偏光変換素子
３７ａ、３７ｂ　偏光板
３８　カラークワッド

Claims

２つのプリズムを接着層を介して貼り合わせ、この接着層を挟む該２つのプリズムの互いに対向する面の少なくとも一方に偏光分離膜を形成してなる偏光ビームスプリッタにおいて、
前記接着層および前記偏光分離膜よりなる介在層が入射光に対し傾いて配置され、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように該介在層が、前記プリズムの光入射面に近い部分で厚く、光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
前記２つのプリズムを構成する材料の屈折率Ｎｐと、前記接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、以下の条件式（１）を満足することを特徴とする請求項１記載の偏光ビームスプリッタ。
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＞０．２　　……（１）
光源と、照明光学系と、時分割色分解手段と、請求項１または２記載の偏光ビームスプリッタと、１枚または２枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
光源と、照明光学系と、色分解合成手段または色合成手段としてのフィリップスプリズムと、請求項１または２記載の偏光ビームスプリッタと、３枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、少なくとも１つの前記偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
光源と、照明光学系と、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタを含む色分解合成手段と、３枚の画像表示素子と、投写レンズとを備えた投写型画像表示装置において、前記色分解合成手段に含まれる少なくとも１つの偏光ビームスプリッタが、請求項１または２記載の偏光ビームスプリッタとされ、その偏光ビームスプリッタの前記介在層が、前記画像表示素子からの光入射面に近い部分で厚く、前記画像表示素子からの光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
２つのプリズムを接着層を介して貼り合わせ、この接着層を挟む該２つのプリズムの互いに対向する面の少なくとも一方に偏光分離膜を形成してなる偏光ビームスプリッタにおいて、
前記接着層および前記偏光分離膜よりなる介在層が入射光に対し傾いて配置され、前記２つのプリズムを構成する材料の屈折率Ｎｐと、前記接着層を形成する接着剤の屈折率Ｎｃとが、以下の条件式（２）、（３）、（４）を満足することを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
Ｎｃ≧１．７５　　　　　……（２）
Ｎｐ≧１．８５　　　　　……（３）
｜Ｎｐ−Ｎｃ｜＜０．２　　……（４）
入射光に対し傾いて配置された前記介在層が、この傾きにより生じる非点収差を打ち消すように、前記プリズムの光入射面に近い部分で厚く、光入射面に遠い部分で薄くなるように楔形状に形成されていることを特徴とする請求項６記載の偏光ビームスプリッタ。
請求項１、２、６、７のうちいずれか１項記載の偏光ビームスプリッタを用いたことを特徴とする投写型画像表示装置。