JP2005106899A

JP2005106899A - 画像投射装置

Info

Publication number: JP2005106899A
Application number: JP2003336902A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Okuyama; 奥山　　敦; Masayuki Abe; 阿部　　雅之
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】偏光変換素子の漏れ光量も遮断して照明光束を制限し、明るさとコントラストを制御する。
【解決手段】反射型液晶表示素子と、偏光ビームスプリッターと、均一な照明強度を形成するためのインテグレーターと、無偏光光を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換素子と、１／４位相差板と、投射レンズと、偏光変換素子の光入射面幅に等しい光透過部と光遮光部と交互に形成してなる板状の第１及び第２の簾状遮光板とからなる反射型画像投射装置。
【選択図】図１

Description

本発明は色合成光学素子およびそれを用いた投射型画像表示装置に関し、例えばカラー液晶パネルに基づく投射像原画をスクリーン面上に拡大投影するカラー液晶プロジェクターに好適なものである。

従来、反射型液晶表示素子と、光源からの光を均一な照明強度を有する照明領域を形成するインテグレーターと、照明光を偏光分離し反射型液晶表示素子に照明してさらに反射型液晶表示素子からの光を検光するS偏光を反射してP偏光を透過させる特性をもつ偏光ビームスプリッターと、偏光ビームスプリッターに入射する照明光領域を偏光ビームスプリッターに入射される光軸に垂直な平面に遮光調整しコントラスト及び光量を調整することのできるスライドシャッターをインテグレーター出射側に設けた構成が、特開2001-142028に開示されている。

ここで、従来例の反射型液晶表示素子における構成例を図17に示す。101は光源、103はリフレクター、109はリフレクター軸、105はコンデンサーレンズ、107および113はインテグレーター、117および119はダイクロイックミラー、127および129はリレーレンズ、121および123および125はフィールドレンズ、21は偏光ビームスプリッター、31は1/4位相差板、23は反射型液晶表示素子、137は色合成プリズム、128は反射ミラー、139は投射レンズ、150はスライドシャッターである。光源101から出射した光は、リフレクター103を反射した後、コンデンサーレンズ105により集光され、インテグレーター107および113によって反射型液晶表示素子23に照明される照明強度分布を均一にする。ダイクロイックミラー117によって第1スペクトルと第2スペクトルに色分解され、第1スペクトルはフィールドレンズ127および129によってフィールドレンズ125に導かれる。また、第2スペクトルは更にダイクロイックミラー119によって更に第3スペクトルと第4スペクトルに色分解され、第3スペクトルはフィールドレンズ121に、第4スペクトルはフィールドレンズ123に導かれる。それぞれフィールドレンズ125および121および123を透過したそれぞれ第1および第3および第4スペクトルはそれぞれ偏光ビームスプリッター21でP偏光は透過、S偏光は反射することでS偏光の光が1/4位相差板31に入射され、さらにそれぞれ反射型液晶表示素子23に入射する。それぞれ反射型液晶表示素子23で画像変調された光は1/4位相差板31を透過し、それぞれ偏光ビームスプリッター21によってP偏光のみを透過し、色合成プリズム137によって色合成され、投射レンズ139によって画像投影される。また、スライドシャッター150は偏光ビームスプリッターに入射される光軸に垂直な平面に遮光調整することができ、偏光ビームスプリッター21へ入射する入射角度の大きな光線を遮断することができる。ここで一般に、偏光ビームスプリッターは設計基準入射角度45度では理想的にS偏光は反射しP偏光は透過するが、設計基準入射角度45度からはずれた角度で入射するときには特性が著しく劣化し、S偏光が透過しP偏光を反射することで投影光に漏れ光が生じてコントラストを低下させてしまう。このとき、スライドシャッター150により偏光ビームスプリッター21へ入射する入射角度の大きな光線を遮光することで偏光ビームスプリッター21によって発生する漏れ光量を減少させて、コントラストを向上させることができる構成となっている。
特開２００１−１４２０２８号公報

しかしながら、特開2001-142028に記載された反射型液晶表示装置では、光源101から偏光ビームスプリッター21までに無偏光光の偏光をS偏光及びP偏光に揃える偏光変換素子が配置されていない為に、無偏光のまま偏光ビームスプリッター21に入射することで偏光成分が約半分のS偏光の光しか反射利用されず利用効率が低く、照明光を明るくできない。ここで、一般にインテグレーター直後に偏光変換素子を用いて無偏光光の偏光をS偏光もしくはP偏光に揃えることで偏光ビームスプリッターでの利用効率を高めて光の利用効率を向上させる手段がある。インテグレーターと偏光変換素子の構成を図18に示す。201および202はインテグレーターでそれぞれ第1フライアイおよび第2フライアイ、203は偏光変換素子、204は偏光分離膜、205は反射膜、206は1/2位相差板、207はスダレ状遮光板、208は光遮光部、209は光透過部、210は偏光変換素子203の光入射面幅である。不図示の光源から出射した平行光は第1フライアイ201に入射され、第1フライアイ201から出射された複数の部分光束が概ね偏光変換素子203の偏光分離膜204上に集光されるように導かれる。偏光分離膜204に導かれた光は偏光分離膜204によってS偏光（・）とP偏光(｜)に分離される。

S偏光(｜)は偏光分離膜204によって反射され、さらに反射膜205によって反射されて偏光変換素子203をS偏光（・）で出射する。また、偏光分離膜204を透過したP偏光(｜)の光は1/2位相差板206によってS偏光（・）に変換され、偏光変換素子203をS偏光（・）で出射することで、不図示の光源から出射した無偏光光（・＋｜）をS偏光光（・）に揃えることができる。

また、スダレ状遮光板207は偏光変換素子203の光入射面幅210に対応させて同じ幅の光を遮る光遮光部208と光を透過させる光透過部209とを交互に形成してなる板状体であり、第2フライアイ202から出射された光のうち偏光変換素子203の光入射面幅210外に漏れる光線を光遮光部209で遮光する構成である。

しかしながら、図18の偏光変換素子203およびスダレ遮光板207を拡大した図19で示すように、偏光変換素子203の偏光分離膜204も偏光ビームスプリッターの偏光分離膜と同様に光線aで示した設計基準角度の入射角度45度で偏光分離膜204に入射するときは理想的にP偏光(｜)のみ透過し1/2位相差板206でS偏光（・）に変換され偏光変換素子203を出射する。しかしながら、光線bおよび光線cで示した設計基準角度の入射角度45度からはずれて偏光分離膜204に入射するときには特性が著しく劣化し、一部のS偏光が透過し一部のP偏光を反射することで偏光変換素子203を出射した光は充分に偏光変換されず、偏光の純度が劣化してしまうという問題があった。またさらに、偏光変換素子203とスダレ遮光板207との製造上の貼り付け誤差等により、偏光変換素子203の光入射面201領域外に入射する光線dが発生する。光線dは、無偏光光（・＋｜）で偏光変換素子203の反射膜205を反射し、偏光分離膜204によってS偏光（・）とP偏光(｜) に分離される。偏光分離膜204をS偏光（・）で反射した光は、1/2位相差板206によってP偏光(｜) に変換され偏光変換素子203をP偏光(｜) で出射する。一方、偏光分離膜204をP偏光(｜) で透過した光は、反射膜205によって反射されて偏光変換素子203をP偏光(｜) で出射する。このように、偏光変換素子203を出射した光線dの偏光方向（P偏光(｜)）は、光線aの偏光方向（S偏光（・））と異なる偏光方向となり、偏光変換素子203を出射する偏光の純度が劣化してしまうという問題があった。またさらに、偏光変換素子４に入射する光線eは偏光分離膜204および反射膜205を作用（反射および透過）することなく無偏光状態（・＋｜）のままで偏光変換素子203を出射する為に、偏光変換素子４を出射する偏光の純度が劣化してしまうという問題があった。従来では、偏光変換素子の開示がなく、偏光変換素子での偏光純度の劣化を抑制することができない。

上記の問題を解決するために、本発明によれば、光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離し合成する偏光ビームスプリッターと、均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターと、前記光源からの無偏光光を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子の光入射面幅に等しい光透過部と光遮光部を交互に形成してなる板状の第1および第2のスダレ状遮光板と、偏光変換素子からの光を集光するコンデンサーレンズと反射型液晶表示素子に入射する光をテレセントリックな光とするフィールドレンズからなる集光レンズ系と、光源からの光を第1の波長領域と第2の波長領域の光とに分離する色分離素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光を分離する偏光ビームスプリッターと、偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子との間に設けられた1/4位相差板と、画像をスクリーンに投射する投射レンズとからなる反射型画像投射装置において、図20に示すように、インテグレーター301と偏光変換素子203との間に第1のスダレ状遮光板207と第2のスダレ状遮光板307を設け、第1のスダレ状遮光板207は光を遮光する光遮光部208と光を透過する光透過部209とを交互に形成してなる遮光板で、第2のスダレ遮光板307は第1のスダレ遮光板207と同一形状である。第1のスダレ遮光板207および第2のスダレ遮光板307は偏光変換素子203に入射する光軸に垂直な平面内でスライド調整が可能で、このときスライドして配置されている。このとき、偏光変換素子203を出射する光線dおよび光線eの偏光方向（P偏光(｜)）は、光線aの偏光方向（S偏光（・））と異なる偏光方向であるために偏光の純度を劣化させるが、第1のスダレ状遮光板207および第2のスダレ状遮光板307とにより遮光することができ、偏光変換素子203を出射する光の偏光の純度を向上させることが可能となり、コントラストを強調した投射画像を得ることができる。また、第2のスダレ状遮光板307および第１のスダレ状遮光板207を調整することで、光入射面201に入射する光量を増加させることで、投射画像を明るくすることがでる。

以上のように、第１のスダレ遮光板207および第２のスダレ遮光板307をスライド調整することで、高コントラストモードと明るさモードの制御も可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離し合成する偏光ビームスプリッターと、均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターと、光源からの無偏光光を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換素子と、投射レンズとを有し、反射型液晶表示素子の画像をスクリーンなどに投影する反射型液晶表示装置で、インテグレーターと偏光変換素子の間に少なくとも２つのスダレ状遮光板を有し、少なくとも２つのスダレ状遮光板を独立に偏光変換素子に入射される光軸に垂直な平面内で調整し、偏光変換素子を出射する偏光純度の劣化する光線を遮光することでコントラストの高い画像を得ることができる。また、少なくとも２つのスダレ状遮光板を独立に偏光変換素子に入射される光軸に垂直な平面内で調整し、偏光変換素子を出射する光量を増加させることで、投射画像を明るくすることができる。以上のように、少なくとも２つのスダレ状遮光板を調整することで、高コントラストモードと明るさモードの制御が可能となる。

（実施例１）
図１には、本発明の第１実施例である反射型画像変調装置を示している。図中、１は高圧水銀ランプなどからなる光源、２は光源1から光を所定の方向に放射するためのリフレクター、３は均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターであり、フライアイレンズ3a、3bから構成されており、４は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子であり、偏光分離膜4aと反射膜4bと1/2位相差板4cとから構成されており、S1は偏光変換素子４の光入射面4dに対応して光を遮る光遮光部S1aと光を透過させる光透過部S1bとからなる第1のスダレ状遮光板で、S2は第1のスダレ状遮光板S1と同形状で光遮光部S2aと光透過部S2bとからなり、偏光変換素子４の光入射面4d上に平行にスライドする第2のスダレ状遮光板で、５は照明光を集光するコンデンサーレンズ、６はミラー、７は照明光をテレセントリックな光にするフィールドレンズ、８は緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー、９a1、9b1、9c1はそれぞれS偏光を反射してP偏光を透過させる特性をもつ偏光分離膜、9a、9b、9cはそれぞれ偏光分離膜９a1、9b1、9c1を有する偏光ビームスプリッター、10a、10bはそれぞれ所定波長領域の光の偏光方向を90°変換（回転）する色選択性位相差板、11r、11g、11bはそれぞれ入射した照明光を反射するとともに画像信号に応じて変調して画像光を形成する反射型液晶表示素子、12r、12g、12bはそれぞれ1/4位相差板、13は投射レンズ系である。

次に、上記構成の光学的な作用を説明する。光源1から出射した光はリフレクター２によりフライアイレンズ3aの方向に集光される。この光束は、フライアイレンズ3aにより複数の光束に分割された後、複数の光束はフライアイレンズ3b、コンデンサーレンズ５およびフィールドレンズ７の作用によって各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に重ね合わされ、均一な照明強度の照明領域を各反射型液晶表示素子11r、11g、11b上に形成する。さらに、第２のフライアイレンズ３bを出射した光は第1および第2のスダレ状遮光板S1およびS2の光透過部S1bおよびS2bを透過し、偏光変換素子４の光入射面4dに入射する（後に詳細を説明）。偏光変換素子４は偏光分離膜4aと反射膜4bと1/2位相差板4cとからなり、マトリックス状に集光する複数の光束はその列に対応した偏光分離膜4aに入射し、透過するＰ偏光（│）の光と反射するＳ偏光（・）の光に分割される。透過するP偏光（│）は1/2位相差板4cを透過しS偏光（・）に変換され偏光変換素子４を出射する。また、偏光分離膜4aを反射したＳ偏光（・）の光は反射面で反射し、Ｐ偏光（│）と同じ方向に偏光方向（・）が揃った光として偏光変換素子４を射出する（後に詳細を説明）。偏光変換された複数の光束は偏光変換素子４の近傍で集光した後、発散光束としてコンデンサーレンズ５に至る。

偏光変換素子４によりほぼS偏光（・）にそろえられた光は、緑の波長領域光を透過するダイクロイックミラー８（図２に透過曲線を示す）に入射し、緑の波長領域光は透過し、赤と青の波長領域光は反射する。ダイクロイックミラー８を透過した緑領域光は偏光ビームスプリッター9aに入射し、偏光分離膜9a1において反射して、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。一方、ダイクロイックミラー８を反射した赤と青の波長領域光は、第1の色選択性位相差板10aによって青の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてP偏光（│）となり、赤の波長領域光はS偏光（・）のままで、偏光ビームスプリッター9bに入射する。ここで、第1の色選択性位相差板10aの特性を図３に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。偏光ビームスプリッター9bの偏光分離膜9b1において、P偏光（│）である青の波長領域光は透過し、S偏光（・）である赤の波長領域光は反射する。これにより、互いに偏光方向が直交する赤と青の波長領域光に分離される。偏光ビームスプリッター9bを反射した赤の波長領域光は、1/4位相差板12rを透過し、反射型液晶表示素子11rに入射し、偏光ビームスプリッター9bを透過した青の波長領域光は、1/4位相差板12gを透過し、反射型液晶表示素子11gに入射する。さらに、反射型液晶表示素子11gによって変調され反射した緑の波長領域光は、P偏光（│）となって偏光ビームスプリッター9a、9cを透過する。また、反射型液晶表示素子11rによって変調され反射した赤の波長領域光は、P偏光（│）となって偏光ビームスプリッター9bを透過し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。ここで、第２の色選択性位相差板10bの特性を図４に示す。点線の曲線が入射偏光方向に対して直交した偏光方向の透過率を示し、実線が入射偏光方向に対して平行な偏光方向の透過率を示す。また反射型液晶表示素子11bによって変調され反射した青の波長領域光は、S偏光（・）となって偏光ビームスプリッター9bを反射し、第2の色選択性位相差板10bに入射する。赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換する第2の色選択性位相差板10bに入射した赤と青の波長領域光は第2の色選択性位相差板10bにより赤の波長領域光のみ偏光方向を90°変換されてS偏光（・）となり、青の波長領域光はS偏光（・）のままで、偏光ビームスプリッター9cに入射し、反射する。そして、RGBの全波長領域の光は偏光ビームスプリッター9cによって合成され、投射レンズ13に導かれ、不図示のスクリーン等に投射される。

ここで、本発明における偏光変換素子４および第1のスダレ遮光板S1および第2のスダレ遮光板S2の配置図および光学的作用（第1のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2の本実施例における効果）を模式図を用いて詳細に説明する（図5〜図９）。

ここで、配置図を図５〜図８を用いて詳細に説明する。

光源からの入射光軸方向をｚ軸、第1のスダレ遮光板S1（第2のスダレ遮光板S2および偏光変換素子４および第２フライアイ3bは第１のスダレ遮光板S1平面に平行に配置）平面をxy平面、偏光変換素子配列方向をy軸、yz平面法線方向をx軸とする。

図５は偏光変換素子４を1/2位相差板4c側から斜めに見た図で、偏光変換素子４は偏光分離膜4aと反射膜4bとを交互に張り合わせたx軸方向に長い柱状の平行四辺形がy軸方向に配列した偏光ビームスプリッターアレイで、1/2位相差板4c（斜線部）は偏光ビームスプリッターアレイの平行四辺形の光出射面に交互に貼り付けられている。

また、図６は第2フライアイ３bと偏光変換素子４と第1のスダレ遮光板S1と第2のスダレ遮光板S2の配置を第２フライアイ側から斜めに見た図で、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2は偏光変換素子４の光入射面４d（２線斜線）とほぼ同一形状をした光を遮断する光遮断部S1aおよびS2a（十字斜線）と光を透過する光透過部S1bおよびS2bとを交互に形成する板状体の遮光板である。このとき、第2フライアイ3bのレンズマトリックスから出射したそれぞれの光束は光透過部S1bおよび光透過部S2bを透過して偏光変換素子４の対応した光入射面4d（２線斜線）に入射する。また、それぞれ第1のスダレ遮光板S1および第2のスダレ遮光板S2はxy平面内でy軸正および負方向（矢印方向）にスライドが可能である。

また、図７は図６をx軸方向から見た図で、図８は第２フライアイレンズ3b側から光軸方向に第1のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S2と、第1のスダレ遮光板S1と第2のスダレ遮光板S2とを重ね合わせたスダレ遮光板合成S3を見た図を模式的にあらわしており、第１のスダレ遮光板S1の光遮光部S1aおよび光透過部S1bは第２のスダレ遮光板S2の光遮光部S2aおよび光透過部S2bと重なり合った位置からxy平面内でy軸方向に変位Syだけスライドして配置されており、第1のスダレ遮光板S1と第2のスダレ遮光板S2を重ね合わせたスダレ遮光板合成S3の光遮光部をS3a、光透過部をS3bとすると光遮光部S3aのy軸方向の幅は第1のスダレ遮光板S1および第2のスダレ遮光板S2の光遮光部S1aおよびS2aのy軸方向の幅より変位Syだけ広く、光透過部S3bのy軸方向の幅は変位Syだけ狭くなる。

このとき実際には、図６および図７で示した偏光変換素子４および第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2はz軸方向に密着して配置されている。

次に、第１のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S2および偏光変換素子４の光学的作用（第1のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2の本実施例における効果）を図９の模式図で示す。

不図示の第２フライアイレンズ３bを出射した無偏光光束N1（・＋│）のうち光線aは偏光変換素子４の偏光分離膜4aに対して設計基準角度45度の入射角度で入射される。光線aは理想的に偏光分離膜4aをP偏光（│）で透過しS偏光（・）で反射する。透過したP偏光（│）の光は1/2位相差板4cでS偏光（・）の光に変換され、偏光変換素子４を出射する。また、反射したS偏光（・）の光は反射膜4bで反射され偏光変換素子４を出射することで、光線aはS偏光（・）に揃えられ（偏光変換され）偏光変換素子４を出射する。

また、偏光分離膜4aに作用（反射および透過）せず反射膜4bを反射し偏光分離膜４によってS偏光（・）とP偏光(｜) に分離され、偏光分離膜４をS偏光（・）で反射した光が1/2位相差板4aによってP偏光(｜) に変換され偏光変換素子４をP偏光(｜) で出射し、偏光分離膜4aをP偏光(｜) で透過した光が、反射膜4bによって反射されて偏光変換素子４をP偏光(｜) で出射することで、光線a（S偏光（・））と異なる偏光方向（P偏光(｜)）で偏光変換素子４を出射し偏光の純度を劣化させる光線dを、第２のスダレ遮光板S2で遮光することで偏光変換素子４を出射する偏光の純度を向上させている。またさらに、偏光分離膜4aおよび反射膜4bを作用（反射および透過）することなく無偏光状態（・＋｜）のままで偏光変換素子４を出射する光線eを、第１のスダレ遮光板S1で遮光することで、偏光変換素子４を出射する偏光の純度を向上させている。

このように、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2をy軸方向にスライド調整することで、偏光の純度を劣化させる光線dおよび光線eを遮光し、偏光変換素子4を出射する光の偏光の純度を向上させ、投影画像のコントラストを制御することができる。

またこのとき、偏光変換素子４を出射する光の偏光度を向上することで、偏光変換素子４から反射型液晶表示素子１１r、１１g、１１bまでの照明光学素子間に偏光度を向上させるための偏光板を用いることなく、偏光板による明るさの低下および偏光板のヤケ等の問題がなくなり反射型液晶表示装置の性能を高めることができる。

また、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2をy軸方向にスライド調整し、偏光変換素子４の光入射面4dに入射する光量を増加させることで、投射画像を明るくすることがでる。

以上のように、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S2をy軸方向にスライド調整することで、高コントラストモードと明るさモードの制御が可能となる。

（実施例２）
図10は本発明の第2の実施例を表す図である。図中、実施例１と同じ素子には同じ符号を付している。S4は第２のスダレ状遮光板S4で偏光変換素子４の偏光ビームスプリターアレイ方向（y軸方向）にピッチが不等な光遮光部S4aと光透過部S4bとからなり、xy平面内でy軸方向にスライド可能である。

ここで、第1のスダレ遮光板S1および第2のスダレ遮光板S4と、第1のスダレ遮光板S1と第2のスダレ遮光板S4とを重ね合わせたスダレ遮光板合成S5の形状を模式的に図11を用いて詳細に説明する。

図11は不図示の第２フライアイレンズ3bからz軸方向に第1のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S4と、スダレ遮光板合成S5を見た図で、第1のスダレ状遮光板S1の形状は、光透過部S1bn(n=1,2,3...)は全てほぼ同形状でy軸方向に配列しており、最左側の光透過部をS1b1(n=1)とし、y軸負方向に番号n(=1,2,3...)を付しS1an(n=1,2,3...)であらわす。また、光透過部S1bn(n=1,2,3...)のｘ軸方向の辺をそれぞれS1bna(n=1,2,3...)およびS1bnb(n=1,2,3...)とあらわす。

また、第2のスダレ状遮光板S4の形状は、最左側の光透過部をS4b1(n=1)とし、y軸負方向に番号n(=1,2,3...)を付しS4bn(n=1,2,3...)であらわす。さらに、光透過部S4an(n=1,2,3...)のx軸方向の辺をそれぞれS4bna(n=1,2,3...)およびS4bnb(n=1,2,3...)とあらわす。このとき、第2のスダレ遮光板S4の光透過部S4bn(n=1,2,3...)の面積はy軸方向中央部をn=cとするとS4bcが最も広く、中央の光透過部S4bcを中心にy軸方向に対称に小さくなっていき、光遮光部S4anと光透過部S4bn のピッチがy軸方向に不等な形状をしている。

また、スダレ遮光合成S5の形状は、第1のスダレ遮光板S1の光透過部S1bnの辺S1bna(n=1,2,3...)と第2のスダレ遮光板S4の光透過部S4bnの辺S4bnb(n=1,2,3...)との（y軸方向の）幅をPn(n=1,2,3...)とすると、スダレ遮光板合成S5の光透過部のy軸方向の幅はPn(n=1,2,3...)と等しく、幅Pn(n=1,2,3...)はy軸方向中央部（n=c）の幅Pcが最大となり、中央の幅Pcを中心にy軸方向に対称に小さくなる形状である。

次に、第１のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S4および偏光変換素子４の光学的作用（第1のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S4の本実施例における効果）を図12の模式図で示す。

このとき、第１のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S4は、実施例１の図9で述べた作用と同様に、無偏光光束N1（・＋│）のうち偏光変換素子４の偏光分離膜4aに作用（反射および透過）せず偏光変換素子４を出射する偏光純度を劣化させる光線（光線dおよび光線e）を遮光して偏光度を向上させている。

図12はx軸方向から見た図で、第1のスダレ状遮光板S1と第2のスダレ状遮光板S4を重ね合わせたスダレ遮光板合成S5の光透過部のy軸方向の幅Pnは、中央部の幅Pcが最大となりy軸方向に対称（P(c+1)=P(c-1)および、P(c+2)=P(c-2)）に小さくなる為に、偏光変換素子４から出射する端部の幅P(c+2)を透過する光束Bおよび幅P(c-2)を透過する光束Cの光量は、中央部の幅Pcを透過する光束Aの光量と比べて少なくなる。

さらに、偏光変換素子４の各偏光ビームスプリッターアレイから出射する光束はコンデンサーレンズ5によって集光され、偏光ビームスプリッター９に入射し、偏光ビームスプリッター９の偏光分離膜9-1に作用（反射および透過）した光は、反射型液晶表示素子11に入射される。このとき、偏光変換素子４を出射してコンデンサーレンズ５によって集光される端部の光束Bおよび光束Cは中央部の光束Aと比べて、偏光ビームスプリッター９の偏光分離膜9-1に設計基準角度45度から大きく外れた入射角度で入射される。一般に、図13で示すように設計基準角度45度で入射される光線は理想的にS偏光（・）を反射しP偏光（│）を透過するが、設計基準角度45度から外れた入射角度で入射される光はS偏光（・）の一部が透過しP偏光（│）の一部が反射し、特に設計基準角度から入射角度が外れるほど特性の劣化が顕著になる。反射型液晶表示装置で用いられる偏光ビームスプリッターは検光子としての働きもするために、コントラストの高い画像を得るためには偏光ビームスプリッターに入射される入射角度を小さく抑える必要がある。

このとき、スダレ遮光板合成S5によって、偏光ビームスプリッター９の偏光分離膜9-1に設計基準入射角度45度から外れて入射される光束Bおよび光束Cの光量を減少させることで、偏光ビームスプリッター9の検光性能を向上させ、投射画像のコントラストを向上させることができる。

このとき、偏光変換素子４を出射する光および偏光ビームスプリッター９の偏光度を向上することで、偏光変換素子４から反射型液晶表示素子１１r、１１g、１１bまでの照明光学素子間に偏光度を向上させるための偏光板を用いることなく、偏光板による明るさの低下および偏光板のヤケ等の問題がなくなり反射型液晶表示装置の性能を高めることができる。

また、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S4をy軸方向にスライド調整し、偏光変換素子４の光入射面4dに入射する光量を増加させることで、投射画像を明るくすることがでる。

以上のように、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S4をy軸方向にスライド調整することで、高コントラストモードと明るさモードの制御が可能となる。

（実施例３）
図14は本発明の第３の実施例を表す図である。図中、実施例１および実施例２と同じ素子には同じ符号を付している。S6は第２のスダレ状遮光板で偏光変換素子４の偏光ビームスプリターアレイ方向（y軸方向）にピッチが不等な光遮光部S6aと光透過部S6bとからなり、光透過部のx軸方向の上端部および下端部が光遮光部となり、xy平面内でy軸方向にスライド可能である。

ここで、第1のスダレ遮光板S1および第2のスダレ遮光板S6と、第1のスダレ遮光板S1と第2のスダレ遮光板S6とを重ね合わせたスダレ遮光板合成S7の形状を模式的に図15を用いて詳細に説明する。

図15は不図示の第２フライアイレンズ3bからz軸方向に第1のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S6と、スダレ遮光板合成S7を見た図で、第1のスダレ状遮光板S1の形状は、光透過部S1bn(n=1,2,3...)は全てほぼ同形状でy軸方向に配列しており、図15最左側の光透過部をS1b1(n=1)とし、y軸負方向に番号n(=1,2,3...)を付しS1an(n=1,2,3...)であらわす。さらに、光透過部S1bn(n=1,2,3...)のｘ軸方向の辺をそれぞれS1bna(n=1,2,3...)およびS1bnb(n=1,2,3...)とあらわす。また、第2のスダレ状遮光板S6の最左側の光透過部をS6b1(n=1)とし、y軸負方向に番号n(=1,2,3...)を付しS6bn(n=1,2,3...)であらわし、光透過部S6an(n=1,2,3...)のx軸方向の辺をそれぞれS6bna(n=1,2,3...)およびS6bnb(n=1,2,3...)とあらわす。また、第2のスダレ状遮光板S6の光透過部S6bn(n=1,2,3...)はx軸方向の上端部および下端部が一部光遮光部となり、上端および下端遮光部をWn(n=1,2,3...)とあらわす。このとき、y軸方向中央部n=cとすると、上端および下端遮光部Wn(n=1,2,3...)は中央Wcを中心にy軸方向に対称に大きくなる形状をしている。

また、スダレ遮光板合成S7の形状は、光透過部のy軸方向の幅Pn(n=1,2,3...)は実施例２で述べた幅と同等であるが、x軸方向の光透過部S6bn(n=1,2,3...)の幅は中央n=cを中心にy軸方向に対称に小さくなり、遮光部面積が大きくなる形状である。

次に、第1のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S6の本実施例における効果を述べる。

このとき、第１のスダレ状遮光板S1および第2のスダレ状遮光板S6は、実施例１の図9で述べた作用と同様に、無偏光光束N1（・＋│）のうち偏光変換素子４の偏光分離膜4aに作用（反射および透過）せず偏光変換素子４を出射する偏光純度を劣化させる光線（光線dおよび光線e）を遮光して偏光度を向上させている。また、実施例２の図12で述べた作用と同様に光束Bおよび光束Cの光量を減少させることで、偏光ビームスプリッター9の検光性能を向上させ、投射画像のコントラストを向上させることができる。

また、中央Wcを中心にy軸方向に対称に大きくなる形状をしている上端および下端遮光部Wn(n=1,2,3...)により、図12のコンデンサーレンズ５によって集光される入射角度の大きな光線を遮断することで、さらに偏光ビームスプリッター9の検光性能を向上させ、投射画像のコントラストを向上させることができる。

また、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S6をy軸方向にスライド調整し、偏光変換素子４の光入射面4dに入射する光量を増加させることで、投射画像を明るくすることがでる。

以上のように、第１のスダレ遮光板S1および第２のスダレ遮光板S6をy軸方向にスライド調整することで、高コントラストモードと明るさモードの制御が可能となる。

また、2のスダレ状遮光板S6の上端および下端遮光部Wn(n=1,2,3...)の代わりに光強度を減衰するNDフィルターを用いる構成としても良い。

第１の実施例を説明する図第１の実施例のダイクロイックミラーの透過曲線を説明する図第1の実施例の第1の色選択性位相差板の特性を説明する図第1の実施例の第２の色選択性位相差板の特性を説明する図第１の実施例の偏光変換素子を説明する図第１の実施例の第2フライアイおよび第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板および偏光変換素子を説明する図第１の実施例の第2フライアイおよび第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板および偏光変換素子を説明する図第１の実施例の第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板およびスダレ遮光板合成を説明する図第１の実施例の偏光変換素子への入射光を説明する図第2の実施例を説明する図第２の実施例の第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板およびスダレ遮光板合成を説明する図第２の実施例の偏光変換素子を出射する光束を説明する図第２の実施例の偏光ビームスプリッターの特性を説明する図第３の実施例を説明する図第３の実施例の第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板およびスダレ遮光板合成を説明する図従来の技術を説明する図インテグレーターと偏光変換素子の構成を説明する図図18の偏光変換素子を拡大した図第2フライアイおよび第1のスダレ遮光板および第2のスダレ遮光板および偏光変換素子を説明する図

符号の説明

1 光源
2 リフレクター
3 フライアイインテグレーター
4 偏光変換素子
4a 偏光分離膜
4b 反射膜
4c 1/2位相差板
5 コンデンサーレンズ
6 ミラー
7 フィールドレンズ
8 ダイクロイックミラー
9a1,9b1,9c1 偏光分離膜
9a,9b,9c 偏光ビームスプリッター
10a,10b 色選択性位相差板
11r,11g,11b 反射型液晶表示素子
12r,12g,12b 1/4位相差板
13 投射レンズ
S1,S2,S4,S6 スダレ遮光板
201,202 インテグレーター
203 偏光変換素子
204 偏光分離膜
205 反射膜
206 1/2位相差板
207 スダレ状遮光板
208 光遮光部
209 光透過部
210 光入射面幅
307 スダレ遮光板
308 光遮光部
309 光透過部
101 光源
103 リフレクター
109 リフレクター軸
105 コンデンサーレンズ
107,113 インテグレーター
117,119 ダイクロイックミラー
127,129 リレーレンズ
121,123,125 フィールドレンズ
21 偏光ビームスプリッター
31 1/4位相差板
23 反射型液晶表示素子
137 色合成プリズム
128 反射ミラー
139 投射レンズ
150 スライドシャッター

Claims

光源と、反射型液晶表示素子と、第1の偏光を反射し第2の偏光を透過することで光源からの照明光を分離し合成する偏光ビームスプリッターと、均一な照明強度を有する照明領域を形成するためのインテグレーターと、前記光源からの無偏光光を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光変換素子と、投射レンズとを有し、反射型液晶表示素子の画像をスクリーンなどに投影する反射型液晶表示装置で、前記インテグレーターと前記偏光変換素子の間に少なくとも２つのスダレ状遮光板を有し、少なくとも２つのスダレ状遮光板を独立に前記偏光変換素子に入射される光軸に垂直な平面内で調整することで前記偏光変換素子への入射光束領域を可変とすることを特徴とする画像投射装置。
少なくとも１つのスダレ状遮光板のスダレ幅が不等なことにより前記偏光変換素子および前記偏光ビームスプリッターへの入射光束領域を可変とすることを特徴とする請求項１に記載の反射型画像投射装置。
少なくとも１つのスダレ状遮光板のスダレ形状が不等なことにより前記偏光変換素子および前記偏光ビームスプリッターへの入射光束領域を可変とすることを特徴とする請求項１に記載の偏光ビームスプリッターユニットからなる反射型画像投射装置。