JP2004302344A - 投射表示装置 - Google Patents

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Tetsuji Suzuki
鉄二 鈴木
Keiichi Maeno
敬一 前野
Satoru Moriya
哲 守屋
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Abstract

【課題】明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を提供する。
【解決手段】所定偏光の3原色光を色分解した後、映像信号で変調した後、色合成を行って画像を生成する光学系4と、この画像を拡大する投射レンズ5と、からなり、光学系4は、対角方向に配置された第1〜第4の分離手段6、8、13、18と、第1の分離手段6を入射側に配置するとき、他の3つの分離手段8、13、18の外側に配置され、第1〜第4の分離手段6、8、13、18で色分解された各色光の映像信号に対応して光変調・反射する3つの変調素子9、14、15とからなり、第1及び第4の分離手段6、18は、ダイクロイック分離手段であり、第2及び第3の分離手段8、13は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、3つの変調素子9、14、15のうちの少なくとも1つの反射面側に補正用レンズ23を備えている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
カラー投射表示装置は、白色光から3原色光に係るR(赤)、G(緑)、B(青)の各色光を色分解して対応色の空間光変調素子に導き、この空間光変調素子で映像信号に応じて光変調された色光を合成して投射し、スクリーン上にカラー映像を表示させるものである。
【0003】
投射表示装置として反射型の空間光変調素子を用いた方式は高解像度化に有利であるが、光学構成が複雑となる傾向があった。これを解決するための投射表示装置が特許文献1に開示されている。
【0004】
即ち、特許文献1には以下の構成が開示されている。
予め不定偏光から偏光板等によりP偏光にされた3原色光を集光するレンズと、この白色光からP偏光のG光を反射し、その他のP偏光の光を透過させ、光軸に対して45°傾けて配置されたダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーで反射されたP偏光のG光を透過させ、S偏光のG光を反射させる第1の偏光ビームスプリッタープリズムと、前記ダイクロイックミラーを透過したその他のP偏光の光のうち、R光の偏波面を90°回転してS偏光にし、P偏光のB光をそのまま透過させるR用波長選択性位相板と、前記R用波長選択性位相板でS偏光にされたR光を反射し、P偏光のB光をそのまま透過させる第2の偏光ビームスプリッタープリズムと、からなる。
【0005】
更に、第1の偏光ビームスプリッタープリズムのG光の透過側には、P偏光のG光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するG用空間光変調素子と、第2の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたP偏光のR光側には、S偏光のR光を映像信号に応じて光変調し、P偏光にして反射するR用空間光変調素子と、第2の偏光ビームスプリッタープリズムを透過したP偏光のB光側には、P偏光のB光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するB用空間光変調素子と、前記第2の偏光ビームスプリッタープリズムを透過したP偏光のR光及び前記第2の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたS偏光のB光のうち、B光の偏波面を90°回転してP偏光にし、P偏光のR光をそのまま透過させるB用波長選択性位相板と、からなる。
【0006】
更にまた、前記第1の偏光ビームスプリッタープリズムで反射されたS偏光のG光を反射し、B用波長選択性位相板を透過するP偏光のB光及びR光を透過させる第3の偏光ビームスプリッタープリズムと、前記第3の偏光ビームスプリッタープリズムから出射するP偏光のR光、G光及びB光をスクリーンに投射する投射レンズと、からなる。
【0007】
前記第1の偏光ビームスプリッタープリズムと前記G用空間光変調素子との間には、前記第1の偏光ビームスプリッタープリズムから出射するP偏光のG光を直線偏光にすると共に、前記G用空間光変調素子で反射されたG光が第1の偏光ビームスプリッタープリズムに斜めに入射して偏光劣化することなく直線偏光から楕円偏光にするλ/4位相板が配置されている。
前記第2の偏光ビームスプリッタープリズムと前記R用空間光変調素子との間にも同様な第2のλ/4位相板が配置され、前記第2の偏光ビームスプリッタープリズムと前記B用空間光変調素子との間にも同様な第3のλ/4位相板が配置されている。
この投射表示装置によれば、光学構成が簡単で、しかも混色が生じにくく、低コストでコントラストの高い投射映像を得ることができる。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−174755公報(第8頁−第9頁、第8図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第1〜第3の偏光ビームスプリッタープリズムに用いられる偏光分離面は、直角プリズムの斜面部に数十層の誘電体膜を蒸着した光学膜により形成されているが、図9に示すように、この光学膜は、光の入射角をパラメータとして、透過率の波長依存性がある。図9は、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のP偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。図9中、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βは、aが0°、bが6°、cが15°、dが+6°、eが+15°の場合を示す。なお、入射角βは、偏光ビームスプリッタープリズムへの入射光が光軸となす角である。
【0010】
図9に示すように、偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βが±6°以内の場合には、P偏光の透過率の波長依存性は比較的一定しているが、これを超えると、大きな波長依存性を有すると共に透過率が低下する。
【0011】
通常、不定偏光の中には、偏光分離面に対して、光軸に平行に入射する主光線や前記した所定の角度以外の角度で入射する光も含まれるため、主光線を偏光分離面に光軸に平行に入射させることができても、それ以外の光は、光軸と平行に入射させることができない。このため、前記したように、不定偏光を偏光分離面に入射させた場合には、それらの偏光分離面での透過率が波長によって異なるため、色再現性が悪くなる。
【0012】
この対策として、偏光分離面に入射させる不定偏光の入射角度を狭く絞って透過率の波長依存性を低減することが考えられる。しかし、絞られた以外の不定偏光は外光となり、投射表示装置には利用されないことになるので、明るさの低下を生じる結果となる。
【0013】
また、3原色光が第1〜第3の偏光ビームスプリッタープリズムで吸収されることによる熱分布を生じて、これら第1〜第3の偏光ビームスプリッタープリズムの中の温度差により屈折率が変化して、複屈折が生じるため、映像品質を低下させていた。これは偏光ビームスプリッタープリズムを構成するプリズム中で偏光面が部分的に回転してしまうためである。これを発生させないようにするには、使用するガラス材料の複屈折(歪)を極力抑えるために、光弾性定数の小さい材料が必要であるが、コストの上昇がさけられない。
【0014】
更に、投射表示装置の小型軽量化が望まれているが、この投射表示装置中で偏光ビームスプリッタープリズムは、最も重たいため、軽くする必要があった。また、表示素子のサイズが大きくなるにつれて前記したプリズムが大きくなるために、重量が非常に重くなるという問題があった。
【0015】
そこで、本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、明るく、映像品質が良好、かつ軽量な投射表示装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本願発明における第1の発明は、第1の光束分離手段と、第2の光束分離手段と、第3の光束分離手段と、第4の光束分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第1の光束分離手段を照明光の入射側に、前記第4の光束分離手段を投射側に配置し、前記第2の光束分離手段の前記第1光束分離手段が配置されている側と反対側か前記第4の光束分離手段が配置されている側と反対側のいずれか一方に第1の反射型空間光変調素子を配置し、前記第3の光束分離手段の前記第1の光束分離手段が配置されている側と反対側に第2の反射型空間光変調素子を配置し、前記第3の光束分離手段の前記第4の光束分離手段が配置されている側と反対側に第3の反射型空間光変調素子を配置するとき、3原色を含んだ光を前記第1〜第3の光束分離手段により各色光に色分解した後、前記第1〜第3の反射型空間光変調素子により各色光の映像信号に対応して光変調・反射した後、前記第2〜第4の光束分離手段により色合成を行ってカラー画像を生成する色分解合成光学系と、前記色分解合成光学系で生成された前記カラー画像を拡大投影する投射レンズと、からなる投射表示装置において、前記第2及び第3の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第4の光束分離手段の前記第2の光束分離手段側に第1の偏光板を配置し、前記第4の光束分離手段の前記第3の光束分離手段側に第2の偏光板を配置したことを特徴とする投射表示装置を提供する。
第2の発明は、前記第1〜第3の反射型空間光変調素子のうちの少なくとも1つの反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えたことを特徴とする請求項1記載の投射表示装置を提供する。
第3の発明は、前記非点収差補正用レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項2記載の投射表示装置を提供する。
第4の発明は、前記第4の光束分離手段は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項1乃至3記載の投射型表示装置を提供する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態に係る投射表示装置について図1〜図8を用いて説明する。
図1は、本発明の実施形態における投射表示装置を示す模式図である。図2は、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のP変更の透過率の波長依存性を示す図である。図3は、図1に示すB用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ無しの場合を示す図である。図4は、シリンドリカルレンズ無しの場合のMTFと解像度との関係を示す図である。図5は、図1に示すB用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ有りの場合を示す図である。図6は、シリンドリカルレンズ有りの場合のMTFと解像度との関係を示す図である。図7は、本発明の実施形態の第1変形例における投射表示装置を示す模式図である。図8は、本発明の実施形態の第2変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【0018】
図1に示すように、本発明の実施形態に係る投射表示装置1は、垂直上方に配置され、予め不定偏光から偏光変換板等により凡そP偏光にされた光を集光するレンズ2と、このレンズ2から出射するP偏光のみの関係を有する直線偏光の光を透過させるように透過軸を選択した第1の偏光板3と、この第1の偏光板3から出射される直線偏光を3原色光に色分解し、この色分解された3原色光を各色光用の映像信号で光変調した後、色合成を行ってカラー画像にする色分解合成光学系4と、色分解合成光学系4で色合成されたカラー画像を拡大投影する投射レンズ5と、からなる。
【0019】
色分解合成光学系4は、第1の偏光板3を透過したP偏光の3原色光のうち、B光を反射して、その他の光を透過させ、B光の光軸に対して45°の角度を有して配置されたダイクロイックミラー6と、ダイクロイックミラー6で反射されたG光のP偏光のみを透過させる第2の偏光板7と、P偏光のG光を透過させ、G光の光軸に対して135°の角度を有して配置された第1のワイヤグリッド偏光分離板8と、第1のワイヤグリッド偏光分離板8を透過したP偏光のG光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するG用反射型空間光変調素子9と、第1のワイヤグリッド偏光分離板8で反射されたG用反射型空間光変調素子9で反射して出射するG光のS偏光のみを透過させる第3の偏光板10と、からなる。
【0020】
更に、ダイクロイックミラー6を透過したその他の光のP偏光のみを透過させる第4の偏光板11と、第4の偏光板11から出射するP偏光のその他の光のうち、B光の偏波面を90°回転してS偏光にするB用位相板12と、このB用位相板12から出射するS偏光のB光を反射し、P偏光のR光を透過させる第2のワイヤグリッド偏光分離板13と、この第2のワイヤグリッド偏光分離板13で反射されたB光を映像信号に応じて光変調し、P偏光にして反射するB用反射型空間光変調素子14と、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過したR光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するR用反射型空間光変調素子15と、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過したB用反射型空間光変調素子14で反射して出射するP偏光のB光をそのまま透過させ、R用反射型空間光変調素子15で反射して出射されたS偏光のR光の偏波面を90°回転してP偏光にするR用位相板16と、からなる。
【0021】
更にまた、第2のR用位相板16から出射するR光及びB光のP偏光のみを透過させる第5の偏光板17と、第3の偏光板10から出射されるS偏光のG光を反射する一方、第5の偏光板17を透過したP偏光のR光及びB光を透過させるダイクロイックミラー面18aを有するダイクロイックプリズム18と、ダイクロイックプリズム18から出射されたP偏光のR光及びB光をそのまま透過させ、S偏光のG光の偏波面を90°回転してP偏光にするG用位相板19と、からなる。
【0022】
第1のワイヤグリッド偏光分離板8とG用反射型空間光変調素子9との間には、第1の波長板20が配置され、第2のワイヤグリッド偏光分離板13とR用反射型空間光変調素子15との間には、第2の波長板21が配置されている。また、第2のワイヤグリッド偏光分離板13とB用反射型空間光変調素子14との間には、B用反射型空間光変調素子14側から順に第3の波長板22、B用反射型空間光変調素子14で反射されたB光が第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過する際に発生する非点収差を補正するシリンドリカルレンズ23が配置されている。シリンドリカルレンズ23の凸面は、第2のワイヤグリッド偏光分離板13側に向けて配置されている。
【0023】
第1の波長板20は、G用反射型空間光変調素子9で反射されたG光の液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行うためのものである。第2の波長板21は、R用反射型空間光変調素子15で反射されたR光の液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行うためのものである。第3の波長板22は、B用反射型空間光変調素子14で反射されたB光の液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行うためのものである。
なお、いずれの波長板も各色に対応した1/4波長板または1/2波長板が用いられる。液晶プレチルト角分の補正は微量でよく、1/10波長以下、さらには1/20波長以下の微量な波長板である方が望ましい。実際の波長板の取り付けにあたって光学軸方向の調整は、反射型空間光変調素子を黒表示状態にし、スクリーンに投影した画像が最も黒が沈んだ状態になるようにして行う。
【0024】
ここで、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光が入射角αで入射した時のP偏光の透過率の波長依存性について図2を用いて説明する。
図2中、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αは、aが0°、bが−15°、cが+15°の場合を示す。なお、入射角αは、ワイヤグリッド偏光分離板への入射光が光軸となす角である。
【0025】
図2に示すように、従来より広い入射角である±15°となってもP偏光の透過率の波長依存性は、可視波長領域で極めて小さく、安定している。このため、偏光ビームスプリッタープリズムの代わりにワイヤグリッド偏光分離板を用いると、明るく、色再現性の良好な投射表示装置が得られることがわかる。また、ワイヤグリッド偏光分離板は、偏光ビームスプリッタープリズムと異なり、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。更に、投射表示装置に組み込まれた場合でも光源から発する光を吸収しにくいため、複屈折による映像品質の低下を抑えることができる。
【0026】
次に、本発明の実施形態の特徴である非点収差補正用のシリンドリカルレンズ23をG用反射型空間光変調素子14からのB光を反射する側に第2のワイヤグリッド偏光分離板13を配置した効果について図3乃至図6を用いて説明する。
【0027】
図4及び図6中、AsはB用反射型空間光変調素子14の中心位置でのサジタル方向のMTF曲線、AtはB用反射型空間光変調素子14の中心位置でのタンジェンシャル方向のMTF曲線、BsはB用反射型空間光変調素子14の端でのサジタル方向のMTF曲線、BtはB用反射型空間光変調素子14の端でのサジタル方向のMTF曲線を示す。また、同図中、縦軸は、MTF(%)であり、横軸は、空間周波数(lp/mm、ラインペア/ミリメートル)である。
【0028】
解像度性能は、一般的にMTF(Modulation Transfer Function)により評価される。MTFは、被写体である格子縞像の明暗のコントラストがレンズを介してどれほど忠実に再現されるかを表す量であり、100%に近いほど細かい明暗を解像できることを示す。投影レンズの場合、MTFが50%以上であれば、実用上高い解像度を有していると言える。例えば、反射型空間光変調素子の水平方向、垂直方向ともに画素ピッチを20μmとすると、画素ピッチに相当する空間周波数は25lp/mmであるので、MFTは、50%以上であることが高解像度な画像を得る条件となる。
【0029】
なお、解像度性能をあらわす場合、主光線が光学系の光軸上にはないので、光線のサジタル成分とタンジェンシャル成分の結像点が一致しないという現象があるため、それぞれの成分毎にMTF特性をあらわすことが一般的である。
【0030】
ワイヤグリッド偏光分離板は、通常、光軸に対して45°又は135°の角度を有して配置されているので、これを横切る光はサジタル成分とタンジェンシャル成分とでワイヤグリッド偏光分離板の界面で受ける屈折に差を生じるために大きな非点収差を生じる。非点収差とは、光線のサジタル成分とタンジェンシャル成分の結像点が一致しない収差をいう。
図3に示すようなシリンドリカルレンズ23が第2のワイヤグリッド偏光分離板13とB用反射型空間光変調素子14との間に配置されない場合には、図4に示すように、空間周波数25lp/mmでMTFは、20%前後であり、実用に供しないことがわかる。
【0031】
一方、図5に示すように、シリンドリカルレンズ23が第2のワイヤグリッド偏光分離板13とB用反射型空間光変調素子14との間に配置される場合には、シリンドリカルレンズ23がB用反射型空間光変調素子14から反射されたB光のサジタル成分にレンズ作用して、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過したB光のタンジェンシャル成分の結像点がサジタル成分の結像点に近くなるように作用する。この結果、図6に示すように、空間周波数25lp/mmでMTFは、50%を超え、実用的な高い解像度が得られるようになる。
【0032】
このように、第2のワイヤグリッド偏光分離板13とB用反射型空間光変調素子14との間にシリンドリカルレンズ23を配置すると、第2のワイヤグリッド偏光分離板13で発生する非点収差を小さく補正することができるので、高い解像度の画像を得ることができる。
【0033】
次に、その動作について説明する。
予め不定偏光から偏光変換板等により凡そP偏光にされた3原色光をレンズ2に入射させる。このレンズ2で集光された3原色光を第1の偏光板3に入射させる。そして、第1の偏光板3でこの3原色光からP偏光のみの関係を有する直線偏光を透過させて、ダイクロイックミラー6に入射させる。ダイクロイックミラー6は、G光を反射させ、その他の光を透過させる。
【0034】
ダイクロイックミラー6で反射されたP偏光のB光は、そのまま直進して第2の偏光板7により、G光のP偏光のみを透過させてここを出射し、第1のワイヤグリッド偏光分離板8を透過して、第1の波長板20を介してG用反射型空間光変調素子9においてG対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
光変調されて生成したG光のS偏光は、第1の波長板20で液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行った後、第1のワイヤグリッド偏光分離板8で反射され、第3の偏光板10に入射する。第3の偏光板10でS偏光のみにされたG光は、ダイクロイックプリズム18のダイクロイックミラー面18aで反射して、その透光面18cより出射し、後段に配置したG用位相板19に入射する。G用位相板19は、S偏光のG光の偏波面を90°回転してP偏光にするので、G光はP偏光でここを出射する。
【0035】
次に、R光について説明する。
ダイクロイックミラー6を透過したP偏光のR光は、第4の偏光板11に入射する。
R光は、第4の偏光板11でP偏光のみにされた後、B用位相板12に入射する。B用位相板12は、R光には何ら作用しないため、R光は、P偏光のままここを出射し、第2のワイヤグリッド偏光分離板13に入射する。更に、P偏光のR光は、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過して、第2の波長板21を介してR用反射型空間光変調素子15に入射する。そして、このR用反射型空間光変調素子15においてR対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【0036】
光変調されて生成したR光のS偏光は、第2の波長板21で液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行った後、第2のワイヤグリッド偏光分離板13で反射され、R用位相板16に入射する。このR用位相板16において、R光のS偏光は、P偏光に偏光変換され、第5の偏光板17でP偏光のみにされた後、ダイクロイックプリズム18に入射する。そして、ダイクロイックプリズム18のダイクロイックミラー面18aを透過直進してG用位相板19に入射する。G用位相板19は、R光には何ら作用しないため、R光は,P偏光のままここを出射する。
【0037】
次に、B光について説明する。
ダイクロイックミラー6を透過したP偏光のB光は、第4の偏光板11に入射する。B光は、第4の偏光板11でP偏光のみにされた後、B用位相板12に入射する。B用位相板12は、P偏光のB光の偏波面を90°回転してS偏光にして出射させてS偏光のB光を第2のワイヤグリッド偏光分離板13に入射させる。
【0038】
S偏光のB光は、第2のワイヤグリッド偏光分離板13で反射され、シリンドリカルレンズ23、第3の波長板22を介して、B用反射型空間光変調素子14に入射し、このB用反射型空間光変調素子14でB対応の映像信号に応じた光変調を受けて反射される。
【0039】
光変調されて生成したB光のP偏光は、第3の波長板23で液晶プレチルト角分の偏光状態の補正を行った後、シリンドリカルレンズ23に入射し、このG光のP偏光のサジタル成分とタンジェンシャル成分の非点収差を補正して第2のワイヤグリッド偏光分離板13に入射する。更に、このB光のP偏光は、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過直進し、R用位相板16に入射する。このR用位相板16は、上記したように、B光に対しては何ら作用しないため、B光は、P偏光のままこれを出射して、第5の偏光板17に入射する。この第5の偏光板17でP偏光のみにされた後、ダイクロイックプリズム18に入射する。そして、ダイクロイックプリズム18のダイクロイックミラー面18aを透過直進して、その透光面18cより出射し、後段に配置したG用位相板19に入射する。
G用位相板19は、前記したように、B光に対しては何ら作用しないため、B光は、P偏光のままここを透過する。
【0040】
このようにして、偏波面がP偏光に揃えられたR光、G光、B光を投射レンズ5を介して図示しないスクリーンにカラー映像を拡大表示する。
【0041】
以上のように、本発明の実施形態によれば、第2のワイヤグリッド偏光分離板13とB用反射型空間光変調素子14との間にシリンドリカルレンズ23を配置しているので、第2のワイヤグリッド偏光分離板13で発生する非点収差を小さく補正できるため、高い解像度の画像が得られる。
また、P偏光の透過率の波長依存性が少なく、板状のワイヤグリッド偏光分離板8、13を用いているので、軽量で、かつ熱分布による複屈折が生じないため、映像品質の良好な画像が得られる。
【0042】
更に、ダイクロイックミラー6を用いているので、第1の偏光板3でP偏光にされた3原色光を分離するために、この3原色光のうちのいずれか1つをS偏光にする位相板が不要となり、部品点数が少なく小型軽量化した投射表示装置1が得られる。
【0043】
このG用空間光変調素子9の代りにB用反射型空間光変調素子14或いはR用反射型空間光変調素子15を配置した場合も同様の効果が得られる。
【0044】
本発明の実施形態では、予め不定偏光から偏光板等により3原色光をP偏光にしたが、S偏光にした場合も同様である。
なお、G用位相板19は、S偏光のB光のコントラスト比がP偏光のR光及びG光と同等に得られる場合には省略しても良い。
また、第2〜第5の偏光板7、10、11、17は、コントラストが十分得られる場合には省略しても良い。
【0045】
次に、本発明の実施形態の第1変形例について図7を用いて説明する。
本発明の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明を省略する。
第1変形例の投射表示装置24は、垂直上方に配置され、予め不定偏光から偏光変換板等により凡そP偏光にされた光を集光するレンズ2と、このレンズ2から出射するP偏光のみの関係を有する直線偏光の光を透過させるように透過軸を選択した第1の偏光板3と、この第1の偏光板3から出射される直線偏光を3原色光に色分解し、この色分解された3原色光を各色光用の映像信号で光変調した後、色合成を行ってカラー画像にする色分解合成光学系4と、色分解合成光学系4で色合成されたカラー画像を拡大投影する投射レンズ5と、からなる。
【0046】
色分解合成光学系4は、第1の偏光板3を透過したP偏光の3原色光のうち、R光を反射して、その他の光を透過させ、R光の光軸に対して45°の角度を有して配置されたダイクロイックミラー25と、ダイクロイックミラー25で反射されたR光のP偏光のみを透過させる第2の偏光板7と、P偏光のR光を透過させ、R光の光軸に対して135°の角度を有して配置された第1のワイヤグリッド偏光分離板8と、第1のワイヤグリッド偏光分離板8を透過したP偏光のR光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するR用反射型空間光変調素子15と、第1のワイヤグリッド偏光分離板8で反射されたR用反射型空間光変調素子15で反射して出射するR光のS偏光のみを透過させる第3の偏光板10と、からなる。
【0047】
更に、ダイクロイックミラー25を透過したその他の光のP偏光のみを透過させる第4の偏光板11と、第4の偏光板11から出射するP偏光のその他の光のうち、B光の偏波面を90°回転してS偏光にするB用位相板12と、このB用位相板12から出射するS偏光のB光を反射し、P偏光のG光を透過させる第2のワイヤグリッド偏光分離板13と、この第2のワイヤグリッド偏光分離板13で反射されたB光を映像信号に応じて光変調し、P偏光にして反射するB用反射型空間光変調素子14と、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過したG光を映像信号に応じて光変調し、S偏光にして反射するG用反射型空間光変調素子9と、第2のワイヤグリッド偏光分離板13を透過したB用反射型空間光変調素子14で反射して出射するP偏光のB光をそのまま透過させ、G用反射型空間光変調素子9で反射して出射するS偏光のG光の偏波面を90°回転してP偏光にするG用位相板26と、からなる。
【0048】
更にまた、G用位相板26から出射するG光及びB光のP偏光のみを透過させる第5の偏光板17と、第3の偏光板10から出射されるS偏光のR光を透過する一方、第5の偏光板17を透過したP偏光のG光及びB光を反射するダイクロイックミラー面27aを有するダイクロイックプリズム27と、ダイクロイックプリズム27から出射されたP偏光のG光及びB光をそのまま透過させ、S偏光のR光の偏波面を90°回転してP偏光にするR用位相板28と、からなり、それ以外は同様である。
この場合も本発明の実施形態と同様な効果が得られる。
【0049】
次に、本発明の実施形態の第2変形例について図8を用いて説明する。
本発明の実施形態及び第1変形例と同一構成には同一符号を付しその説明を省略する。
図8に示すように、第2変形例の投射表示装置29は、第1変形例において、ダイクロイックミラー25のかわりにワイヤグリッド偏光分離板30を配置し、ワイヤグリッド偏光分離板30と第1の偏光板3との間にR用位相板31を配置したものであり、それ以外は同様である。この場合、第1の偏光板3を透過したP偏光の3原色光をR用位相板30に入射させる。そして、このR用位相板30では、このP偏光の3原色光のうち、R光のP偏光の偏波面を90°回転させてS偏光にし、ワイヤグリッド偏光分離板30に入射させ、第2の波長板21を介してR用反射型空間光変調素子15に入射させるようにしている。この際、不定偏光から偏光変換板等により偏光される光は、P偏光である。この場合も本発明の実施形態と同様な効果が得られる。
【0050】
上記したワイヤグリッド偏光分離板8、13は、厚さ1mmのガラス板である。シリンドリカルレンズ23は、BK7材料であり、厚さが2mmで、半径が75mmのものである。このシリンドリカルレンズ23の表面をトロイダル非球面にすることにより、更に解像度を補正することも可能である。
【0051】
また、ワイヤグリッド偏光分離板を反射するS偏光には若干のP偏光成分が混入するので、ポストポラライザ(偏光板)がないと、高いコントラスト比を得ることができない。本発明の実施形態〜第2変形例では、ワイヤグリッド偏光分離板8とダイクロイックプリズム18、27との間に第1ポストポラライザ(偏光板10)を配置し、S偏光以外の不要光を除去するようにして、或いはワイヤグリッド偏光分離板13とダイクロイックプリズム18、27との間に第2ポストポラライザ(偏光板17)を配置してP偏光以外の不要光を除去してコントラストを向上させるようにしている。
【0052】
更に、色合成するためにダイクロイックプリズム18、27を用いており、その手前でポストポラライザとしての偏光板10、17を配置しているので、ダイクロイックプリズム入射後の光に複屈折が発生してもシェーディングには一切影響しない。プリズムの材料としても通常の光学ガラスであるBK7等を用いることができ安価である。
【0053】
前記した第1及び第2ポストポラライザの代りにワイヤグリッド偏光分離板を用いることもできる。
この際、不要な反射光がスクリーンに到達して表示品質を低下させることがあるので、ワイヤグリッド偏光分離板表面に減反射コートを施す必要がある。これを用いる場合には、このワイヤグリッド偏光分離板を入射する光の光軸に対して傾斜させて配置させることにより不要光を除去するようにすると良い。
更にまた、本発明の実施形態〜第2変形例では、第1のワイヤグリッド偏光分離板8側に1つの反射型空間光変調素子、第2のワイヤグリッド偏光分離板13側に2つの反射型空間光変調素子を配置したが、この逆でも同様な効果が得られる。
【0054】
【発明の効果】
本発明によれば、第1〜第4の光束分離手段のうち、前記第2及び第3の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第4の光束分離手段の前記第2の光束分離手段側に第1の偏光板を配置し、前記第4の光束分離手段の前記第3の光束分離手段側に第2の偏光板を配置しているので、明るく、映像品質が良好でコントラスト比の高い、かつ軽量な投射表示装置を得ることができる。
また、前記第1〜第3の反射型空間光変調素子のうちの少なくとも1つの反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えているので、明るく、映像品質が良好でコントラスト比の高い、かつ軽量な投射表示装置を得ることができる。
また、色合成として第4の光束分離手段にダイクロイックプリズムを用いており、その手前でポストポラライザとしての偏光板を配置しているので、ダイクロイックプリズム入射後の光に複屈折が発生してもシェーディングには一切影響しない。プリズムの材料としても通常の光学ガラスであるBK7等を用いることができ安価である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における投射表示装置を示す模式図である。
【図2】ワイヤグリッド偏光分離板への入射光の入射角αをパラメータとした時のP変更の透過率の波長依存性を示す図である。
【図3】図1に示すB用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ無しの場合を示す図である。
【図4】シリンドリカルレンズ無しの場合のMTFと解像度との関係を示す図である。
【図5】図1に示すB用反射型空間光変調素子とワイヤグリッド偏光分離板の投影光路を部分的に抜き出した概略図であり、シリンドリカルレンズ有りの場合を示す図である。
【図6】シリンドリカルレンズ有りの場合のMTFと解像度との関係を示す図である。
【図7】本発明の実施形態の第1変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図8】本発明の実施形態の第2変形例における投射表示装置を示す模式図である。
【図9】偏光ビームスプリッタープリズムの透光面への入射光の入射角βをパラメータとした時のP偏光の透過率の可視波長領域での波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
1、21、23、28…投射表示装置、2…レンズ、3…第1の偏光板、4…色分解合成光学系、5…投射レンズ、6、25…ダイクロイックミラー(第1の光束分離手段)、7…第2の偏光板、8・・・第1のワイヤグリッド偏光分離板(第2の光束分離手段)、9…G用反射型空間光変調素子、10・・・第3の偏光板、11・・・第4の偏光板、12・・・B用位相板、13・・・第2のワイヤグリッド偏光分離板(第3の光束分離手段)、14…B用反射型空間光変調素子、15…R用反射型空間光変調素子、16、28、30、31…R用位相板、17…第5の偏光板、18、27・・・ダイクロイックプリズム(第4の光束分離手段)、19、26…G用位相板、20…第1の波長板、21…第2の波長板、22…第3の波長板、23…シリンドリカルレンズ、40・・・ワイヤグリッド偏光分離板(第1の光束分離手段)

Claims (4)

  1. 第1の光束分離手段と、第2の光束分離手段と、第3の光束分離手段と、第4の光束分離手段とを対角方向に配置し、かつ前記第1の光束分離手段を照明光の入射側に、前記第4の光束分離手段を投射側に配置し、前記第2の光束分離手段の前記第1光束分離手段が配置されている側と反対側か前記第4の光束分離手段が配置されている側と反対側のいずれか一方に第1の反射型空間光変調素子を配置し、前記第3の光束分離手段の前記第1の光束分離手段が配置されている側と反対側に第2の反射型空間光変調素子を配置し、前記第3の光束分離手段の前記第4の光束分離手段が配置されている側と反対側に第3の反射型空間光変調素子を配置するとき、3原色を含んだ光を前記第1〜第3の光束分離手段により各色光に色分解した後、前記第1〜第3の反射型空間光変調素子により各色光の映像信号に対応して光変調・反射した後、前記第2〜第4の光束分離手段により色合成を行ってカラー画像を生成する色分解合成光学系と、前記色分解合成光学系で生成された前記カラー画像を拡大投影する投射レンズと、からなる投射表示装置において、
    前記第2及び第3の光束分離手段は、ワイヤグリッド偏光分離板であり、前記第4の光束分離手段の前記第2の光束分離手段側に第1の偏光板を配置し、前記第4の光束分離手段の前記第3の光束分離手段側に第2の偏光板を配置したことを特徴とする投射表示装置。
  2. 前記第1〜第3の反射型空間光変調素子のうちの少なくとも1つの反射面側近傍に非点収差補正用レンズを備えたことを特徴とする請求項1記載の投射表示装置。
  3. 前記非点収差補正用レンズは、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項2記載の投射表示装置。
  4. 前記第4の光束分離手段は、ダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項1乃至3記載の投射型表示装置。
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