JP2005234138A - 投写型画像表示装置、および投写型画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の投写型画像表示装置においては、投写光学系に至る直前に光が偏光ビームスプリッターを透過しなければならず、非点収差が生じて方向により最適欠像位置が異なってしまう。このため、良好にピントを調節することができないことがあった。
【解決手段】 入射される光を反射または透過させる偏光選択性多層膜４と、偏光選択性多層膜４で反射された光の偏光方向を変換するとともに、偏光選択性多層膜４側に光を反射する反射ミラー５、λ／４位相差板６を含む手段と、反射ミラー５、λ／４位相差板６を含む手段によって反射され偏光選択性多層膜４を透過した光を変調するとともに、偏光選択性多層膜４側に光を反射する反射型液晶素子７と、反射型液晶素子７によって反射され偏光選択性多層膜４で反射された光を投射する、偏光選択性多層膜４を基準として反射型液晶素子７と同じ側に配置された投写レンズ１０とを備えた、投写型画像表示装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえば、偏光を利用する反射型画像表示素子を用いた投写型画像表示装置、および投写型画像表示方法に関するものである。

現在は、画像表示素子に透過型液晶を用いたものが投写型画像表示装置（プロジェクター）の主流となっている。

一方、近年では、高解像度化あるいはパネルの小型化によるコストダウンの実現可能性から反射型液晶を用いたものが提案されている。

はじめに、そのような反射型液晶を用いた従来の投写型画像表示装置について、従来の投写型画像表示装置（その１）の全体構成図である図７を用いて説明する（たとえば、特許文献１参照）。

光源１０１から出射された光はコリメートレンズ１０２を透過し、立方体形状の偏光ビームスプリッター１０３により互いに直交する２方向の直線偏光成分に分離される。

分離された光のうち、偏光ビームスプリッター１０３で反射された光は、第１プリズム１０４Ａ、第２プリズム１０４Ｂ、第３プリズム１０４Ｃからなる色分解プリズム１０４に入射する。

第１プリズム１０４Ａの面１０４ｅには、青色を反射し、それより長波長域を透過するダイクロイック多層膜が蒸着されている。

第１プリズム１０４Ａと第２プリズム１０４Ｂの間には間隙が設けられ、また、第２プリズム１０４Ｂと第３プリズム１０４Ｃの間の面１０４ｆには赤色反射、緑色透過のダイクロイック多層膜が蒸着されている。

従って面１０４ａに白色光が入射した場合には、面１０４ｅで青色光は反射され、面１０４ａで内面反射して面１０４ｂへ向かう。そして、面１０４ｅ、面１０４ｆを透過した緑色光は面１０４ｄへ向かう。

１０５、１０６、１０７は順に青色成分の画像、赤色成分の画像、緑色成分の画像を表示する反射型液晶素子である。

１０８、１０９、１１０は誘電体反射ミラーであり反射型液晶素子の裏面に備えられている。

それぞれのプリズムで分離された光は反射型液晶素子に入射後反射され色分解プリズムにより合成され、再び偏光ビームスプリッター１０３に入射する。

このとき反射型液晶素子で変調を受けた光は偏光ビームスプリッター１０３を透過し、投写レンズ１１１でスクリーンに投射される。

しかしながら、このような従来の投写型画像表示装置（図７参照）においては、一つの偏光ビームスプリッター１０３で色分解と偏光分離合成を行うこととなるが、ここで各色の波長の境界部分で色分離と偏光分離が混在することとなり、所望の色、あるいは所望のコントラストが得にくい。

なお、微妙なバランスで許容できるコントラストが得られたとしても、ガラスのブロックで構成される偏光ビームスプリッターは熱的な要因で内部応力に不均一が生じ、その特性が面内で異なるものとなる。

上述した従来の投写型画像表示装置（図７参照）は、このような理由から、シンプルに構成できても性能的な問題から実用に至っていない。

つぎに、偏光ビームスプリッターに平板型のもの（シート状も含む）を用いた従来の投写型画像表示装置について、従来の投写型画像表示装置（その２）の全体構成図である図８を用いて説明する（たとえば、特許文献２参照）。

光源２０１から出射された光は青色を透過し、それより長波長域を透過する青透過ダイクロイックミラー２０２に入射し、青色光は全反射ミラー２０３で反射せしめられた後、偏光板２０４Ａに至る。

偏光板２０４Ａは後に入射光に対し斜めに配置した平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ａが反射する方向の偏光光を透過するようその光学軸は設定されている。

ここを透過した青色光は平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ａで反射せしめられ、反射型液晶素子２０６Ａに入射する。

青透過ダイクロイックミラー２０２で反射せしめられた光のうち緑色光は、赤色を透過しそれより短波長域を透過する赤透過ダイクロイックミラー２０７に入射することで反射せしめられ、偏光板２０４Ｂに至る。

偏光板２０４Ｂは後に入射光に対し斜めに配置した平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ｂが反射する方向の偏光光を透過するようその光学軸は設定されている。

ここを透過した緑色光は平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ｂで反射せしめられ、反射型液晶素子２０６Ｂに入射する。

赤透過ダイクロイックミラー２０７を透過した赤色光は、偏光板２０４Ｃに至る。

偏光板２０４Ｃは後に入射光に対し斜めに配置した平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ｃが反射する方向の偏光光を透過するようその光学軸は設定されている。

ここを透過した赤色光は平板状の偏光ビームスプリッター２０５Ｃで反射せしめられ、反射型液晶素子２０６Ｃに入射する。

反射型液晶素子２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃに入射した光のうち変調を受けた光は偏光方向が入射時と直交方向に変換されているので、偏光ビームスプリッター２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃを透過して偏光板２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃに入射する。

偏光板２０７ａ、２０７ｂ、２０７ｃは偏光ビームスプリッター２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃを透過する方向の偏光光を透過する方向に光学軸を備えていることから、各色の入射光は色合成プリズム２０８に入射し、青色反射多層膜２０８ａ、赤色反射多層膜２０８ｂにより各色光は同一光軸上に合成、出射され、投写レンズ２０９でスクリーンに投射される。

このような従来の投写型画像表示装置（図８参照）においては、従来の投写型画像表示装置（図７参照）に比べて良好なコントラストが得られるようになる。
特開昭６３−３９２９４号公報 特開２００３−１２１７９３号公報

しかしながら、上述した従来の投写型画像表示装置（図８参照）においては、投写光学系に至る直前に光が偏光ビームスプリッター２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃを透過しなければならず、非点収差が生じて方向により最適欠像位置が異なってしまう。

このため、上述した従来の投写型画像表示装置（図８参照）においては、良好にピントを調節することができないことがあることに、本発明者は気付いた。

なお、平板状の偏光ビームスプリッターを薄くすることで改善は出来るものの、本来反射型液晶素子の長所である、高解像度を実現することは困難となる。

本発明は、上記従来のこのような課題を考慮し、たとえば、より良好にピントを調節することができる投写型画像表示装置、および投写型画像表示方法を提供することを目的とする。

第１の本発明は、入射される光を反射または透過させる面部と、
前記面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する偏光方向変換反射手段と、
前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する反射型変調素子と、
前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する、前記面部を基準として前記反射型変調素子と同じ側に配置された投写光学系とを備えた、投写型画像表示装置である。

第２の本発明は、前記面部に入射される光は、前記面部に対してＳ偏光の光である第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第３の本発明は、前記偏光方向変換反射手段は、前記面部で反射された光の偏光方向を変換する位相差板と、前記面部側に前記光を反射する反射ミラーとを有し、
前記位相差板は、前記面部に対してＳ偏光の光を前記面部に対してＰ偏光の光に変換するように設定されている第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第４の本発明は、前記反射型変調素子は、前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調する液晶層と、前記面部側に前記光を反射する反射面とを有し、
前記液晶層は、表示に利用されるべき前記面部に対してＰ偏光の光を前記面部に対してＳ偏光の光に変調するように制御される第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第５の本発明は、前記面部は、透明なプリズムを利用して形成されており、
前記面部は、前記入射される光に対して斜めに配されている第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第６の本発明は、前記面部は、透明な平面板を利用して形成されており、
前記面部は、前記入射される光に対して斜めに配されている第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第７の本発明は、白色光を生成する光源と、
前記生成された白色光に対する色分解を利用して、前記面部に入射される光を生成する色分解光学系をさらに備えた第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第８の本発明は、レーザーまたは放電ランプを利用して、前記面部に入射される光を生成する光源をさらに備えた第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第９の本発明は、前記面部に入射されるべき光に対して所定の制御を行う入射光制御手段をさらに備えた第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第１０の本発明は、前記投写光学系によって投射されるべき光に対して所定の制御を行う投射光制御手段をさらに備えた第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第１１の本発明は、前記反射型変調素子は、複数の画素構造を有し、
前記投写光学系は、前記複数の画素構造の拡大投射を行う第１の本発明の、投写型画像表示装置である。

第１２の本発明は、入射される光を反射または透過させる面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する偏光方向変換反射手段を利用して、前記面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する第１ステップと、
前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する反射型変調素子を利用して、前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する第２ステップと、
前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する、前記面部を基準として前記反射型変調素子と同じ側に配置された投写光学系を利用して、前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する第３ステップとを備えた、投写型画像表示方法である。

本発明は、たとえば、より良好にピントを調節することができるという長所を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１の投写型画像表示装置の全体構成図である図１を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１と、透明な高屈折率材料からなる立方体形状をなして入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する偏光ビームスプリッター３とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、偏光ビームスプリッター３からの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有した反射ミラー５、λ／４位相差板６と、偏光ビームスプリッター３について反射ミラー５、λ／４位相差板６の対面側に配置された反射型液晶素子７とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、偏光ビームスプリッター３についてレーザー光源１から入射する方向と対面側に配置された投写レンズ１０を備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。なお、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明しながら、本発明の投写型画像表示方法の一実施の形態についても説明する（その他の実施の形態についても同様である）。

レーザー光源１から出射された光はビーム拡大光学系２により光束を拡大された後、偏光ビームスプリッター３に入射する。

偏光ビームスプリッター３は２つの三角柱のガラスプリズムの界面に偏光選択性多層膜４を備えた四角柱形状を成している。

偏光選択性多層膜４は入射光に対し斜めになるよう配置されており、レーザー光源１は偏光光を出射し、その偏光方向は偏光選択性多層膜４に対してＳ偏光の光とすることで、入射光は偏光選択性多層膜４で反射せしめられ、反射ミラー５上に備えられたλ／４位相差板６に入射する。

λ／４位相差板６は入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６で円偏光となり、裏面の反射ミラー５で逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６に戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として偏光ビームスプリッター３に戻す。

偏光方向を変換された光は偏光選択性多層膜４に対してＰ偏光の光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７に入射する。

反射型液晶素子７は液晶層８と裏面の反射面９から構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７で変調されなかった光は偏光方向を変えずに偏光選択性多層膜４を透過する。

一方反射型液晶素子７で変調された光は偏光選択性多層膜４に対しＳ偏光の光であることからここで反射され、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。

つまり、反射型液晶素子７は、外部映像信号に合わせて制御されている複数の画素構造を有し、映像として黒表示する画素に入射した光は偏光ビームスプリッター３の偏光光反射面に対してＰ偏光の光として反射し、映像として出力する（表示する）画素に入射した光は偏光ビームスプリッター３の偏光光反射面に対してＳ偏光の光として反射するように設けられている。

このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子上の画像を拡大投写することが出来る。

この構成によれば、投写レンズ１０は、偏光選択性多層膜４を基準として反射型液晶素子７と同じ側に配置されており、反射型液晶素子７によって反射され偏光選択性多層膜４で反射された光を投射することになる。したがって、非点収差無く、ビーム拡大光学系２の設計で偏光ビームスプリッター３に入射する光をテレセントリックにすることで均一なコントラストを得ることが出来る（その他の実施の形態に関しても、同様である）。

なお、光源をレーザーで無く、高圧水銀灯のようなものを想定した場合には偏光ビームスプリッター３に入射する前に偏光方向を限定する偏光板（偏光選択性多層膜４に対しＳ偏光の光を透過するように偏光軸を設定）を持つことが望ましい。

また、均一性についてはテレセントリック性を実現するテレセントリックレンズを偏光ビームスプリッター３の手前に配置することが望ましい。

なお、偏光選択性多層膜４は本発明の面部に対応し、反射ミラー５、λ／４位相差板６を含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、レーザー光源１は、本発明の光源に対応する。また、ビーム拡大光学系２は、本発明の入射光制御手段に対応する。

（実施の形態２）
はじめに、本発明の実施の形態２の投写型画像表示装置の全体構成図である図２を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、任意の偏光方向の光を出射する高圧水銀灯１１と、透明な平面板の一面に偏光光反射面を有し入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する平板型偏光ビームスプリッター１８とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８からの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有した反射ミラー５、λ／４位相差板６と、平板型偏光ビームスプリッター１８について反射ミラー５、λ／４位相差板６の対面側に配置された反射型液晶素子７とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８について高圧水銀灯１１から入射する方向と対面側に配置された投写レンズ１０を備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。

高圧水銀灯１１から出射された光は放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２により開口方向に出射される。

光は矩形形状の開口を持つマイクロレンズの集合体である第１レンズアレイ１３に入射する。

第１レンズアレイ１３上のマイクロレンズがそれぞれ光源像を結ぶ位置には第１レンズアレイ１３のマイクロレンズと１対１に対応するマイクロレンズの集合体である第２レンズアレイ１４が配置され、その出射側に集光レンズ１５がある。

これら第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、集光レンズ１５はインテグレータ照明光学系を構成しており、被照明部を均一に照明可能とする。

出射光はテレセントリックレンズ１６に入射する。これによりインテグレータ光学系からの光は主光線が平行なテレセントリックな光として被照明部を照明できる。

その出射光には偏光板１７が設けられている。これにより光源からの光のうち、偏光板１７の透過軸と同じ方向の偏光光は透過するが、直交する方向の偏光光は吸収される。

透過光は光軸に対して斜めに配置された平板型偏光ビームスプリッター１８に入射する。

この平板型偏光ビームスプリッター１８は米国モックステック社が発表しているプロフラックス、ワイヤーグリッドポラライザの様なものでも、米国スリーエム社の偏光フィルムでも構成可能である。

この平板型偏光ビームスプリッター１８は入射面に対してＳ偏光の光を反射する。この偏光方向は偏光板１７の透過軸と一致していることは言うまでもない。

平板型偏光ビームスプリッター１８で反射された光は反射ミラー５上に備えられたλ／４位相差板６に入射する。

λ／４位相差板６は入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６で円偏光となり、裏面の反射ミラー５で逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６に戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として平板型偏光ビームスプリッター１８に戻す。

偏光方向を変換された光は平板型偏光ビームスプリッター１８に対してＰ偏光の光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７に入射する。

反射型液晶素子７は液晶層８と裏面の反射面９から構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７で変調されなかった光は偏光方向を変えずに平板型偏光ビームスプリッター１８を透過する。

一方反射型液晶素子７で変調された光は平板型偏光ビームスプリッター１８に対しＳ偏光の光であることからここで反射され、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子上の画像を拡大投写することが出来る。

本実施の形態においては第１レンズアレイ１３上のマイクロレンズと反射型液晶素子７とが共役な関係にあり均一照明されるよう構成されている。

ここで平板型偏光ビームスプリッター１８が偏光選択面を有する場合には、反射型液晶素子７面側とすることで投写光学系に非点収差の影響なく高画質な画像を得ることが出来る。

ここでガラスプリズムによる偏光ビームスプリッターと比較して材料内の歪みによる不均一性なく構成できることから均一なコントラストを実現できる。

本実施の形態においては、光源は自然光を発することから偏光光を利用するにあたり、光の半分しか利用することが出来ない。

そこで現在透過型液晶素子を用いた投写型画像表示装置で主流になっているインテグレータ光学系に偏光ビームスプリッターと位相差板を導入した偏光光変換光学系を導入することで光源からの自然光を一方向の偏光光に変換できる。この偏光方向を平板型偏光ビームスプリッター１８のＳ偏光方向に合わせることで光利用効率を改善できる。

なお、この構成は前述した実施の形態１においても自然光を発する光源を利用する際には応用可能であることは言うまでもない。

なお、平板型偏光ビームスプリッター１８は本発明の面部に対応し、反射ミラー５、λ／４位相差板６を含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、高圧水銀灯１１は、本発明の光源に対応する。また、リフレクタ１２、第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、集光レンズ１５を含む手段は、本発明の入射光制御手段に対応する。

（実施の形態３）
はじめに、本発明の実施の形態３の投写型画像表示装置の全体構成図である図３を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、第１の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ａと、第２の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ｂと、第３の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ｃとからなる光源部を備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光の光路上毎に設けられた透明な高屈折率材料からなる立方体形状をなして入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光毎に設けられた偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃからの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有した反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃについて反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃの対面側に配置された各色光毎の反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光毎に設けられた偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃについて各色光のレーザー光源１Ａ、レーザー光源１Ｂ、レーザー光源１Ｃから入射する方向と対面側に配置され、各色光を１つの光軸上に合成する色合成プリズム２０と、投写レンズ１０とを備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。

レーザー光源１Ａから出射された青色光はビーム拡大光学系２Ａにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ａを経て、偏光ビームスプリッター３Ａに入射する。

偏光ビームスプリッター３Ａは２つの三角柱のガラスプリズムの界面に偏光選択性多層膜４Ａを備えた四角柱形状を成している。

偏光選択性多層膜４Ａは入射光に対し斜めになるよう配置されており、レーザー光源１Ａは青色偏光光を出射し、その偏光方向は偏光選択性多層膜４Ａに対してＳ偏光の光とすることで、入射光は偏光選択性多層膜４Ａで反射せしめられ、反射ミラー５Ａ上に備えられたλ／４位相差板６Ａに入射する。

λ／４位相差板６Ａは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ａで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ａで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ａに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として偏光ビームスプリッター３Ａに戻す。

偏光方向を変換された光は偏光選択性多層膜４Ａに対してＰ偏光の青色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ａに入射する。

反射型液晶素子７Ａは液晶層８Ａと裏面の反射面９Ａから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ａで変調されなかった光は偏光方向を変えずに偏光選択性多層膜４Ａを透過する。

一方反射型液晶素子７Ａで変調された光は偏光選択性多層膜４Ａに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を偏光ビームスプリッター３Ａに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ａを透過し、色合成プリズム２０に入射する。

レーザー光源１Ｂから出射された緑色光はビーム拡大光学系２Ｂにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ｂを経て、偏光ビームスプリッター３Ｂに入射する。

偏光ビームスプリッター３Ｂは２つの三角柱のガラスプリズムの界面に偏光選択性多層膜４Ｂを備えた四角柱形状を成している。

偏光選択性多層膜４Ｂは入射光に対し斜めになるよう配置されており、レーザー光源１Ｂは緑色偏光光を出射し、その偏光方向は偏光選択性多層膜４Ｂに対してＳ偏光の光とすることで、入射光は偏光選択性多層膜４Ｂで反射せしめられ、反射ミラー５Ｂ上に備えられたλ／４位相差板６Ｂに入射する。

λ／４位相差板６Ｂは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ｂで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ｂで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ｂに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として偏光ビームスプリッター３Ｂに戻す。

偏光方向を変換された光は偏光選択性多層膜４Ｂに対してＰ偏光の緑色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ｂに入射する。

反射型液晶素子７Ｂは液晶層８Ｂと裏面の反射面９Ｂから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ｂで変調されなかった光は偏光方向を変えずに偏光選択性多層膜４Ｂを透過する。

一方反射型液晶素子７Ｂで変調された光は偏光選択性多層膜４Ｂに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を偏光ビームスプリッター３Ｂに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ｂを透過し、色合成プリズム２０に入射する。

レーザー光源１Ｃから出射された赤色光はビーム拡大光学系２Ｃにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ｃを経て、偏光ビームスプリッター３Ｃに入射する。

偏光ビームスプリッター３Ｃは２つの三角柱のガラスプリズムの界面に偏光選択性多層膜４Ｃを備えた四角柱形状を成している。

偏光選択性多層膜４Ｃは入射光に対し斜めになるよう配置されており、レーザー光源１Ｃは赤色偏光光を出射し、その偏光方向は偏光選択性多層膜４Ｃに対してＳ偏光の光とすることで、入射光は偏光選択性多層膜４Ｃで反射せしめられ、反射ミラー５Ｃ上に備えられたλ／４位相差板６Ｃに入射する。

λ／４位相差板６Ｃは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ｃで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ｃで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ｃに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として偏光ビームスプリッター３Ｃに戻す。

偏光方向を変換された光は偏光選択性多層膜４Ｃに対してＰ偏光の赤色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ｃに入射する。

反射型液晶素子７Ｃは液晶層８Ｃと裏面の反射面９Ｃから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ｃで変調されなかった光は偏光方向を変えずに偏光選択性多層膜４Ｃを透過する。

一方反射型液晶素子７Ｃで変調された光は偏光選択性多層膜４Ｃに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を偏光ビームスプリッター３Ｃに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ｃを透過し、色合成プリズム２０に入射する。

色合成プリズム２０に入射する各色光は青色反射多層膜２０Ａ、赤色反射多層膜２０Ｂによって同一光軸上に導かれ、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ上の画像を拡大投写することが出来る。

このように構成することで各色光を発する光源を用いることでカラー画像を得ることが出来る。

偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、偏光ビームスプリッター３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、λ／４位相差板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは各色光に合わせて最適化できることから高コントラストな画像を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態ではレーザー光源としたが前述した実施の形態２のように高圧水銀灯のような自然光を発する光源を用いることも可能である。このとき偏光変換光学系を用いることで高効率化も可能である。

また、本実施の形態では偏光ビームスプリッター３Ａ、３Ｂ、３ＣについてＳ偏光の光は色合成プリズム２０の青色反射多層膜２０Ａ、赤色反射多層膜２０ＢについてもＳ偏光になるような構成としたが、２つの素子の位置関係をねじれの関係とすることでも構成可能である。

なお、偏光選択性多層膜４Ａ、偏光選択性多層膜４Ｂ、偏光選択性多層膜４Ｃを含む手段は本発明の面部に対応し、反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを含む手段は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、レーザー光源１Ａ、レーザー光源１Ｂ、レーザー光源１Ｃを含む手段は、本発明の光源に対応する。また、ビーム拡大光学系２Ａ、偏光板１７Ａ；ビーム拡大光学系２Ｂ、偏光板１７Ｂ；ビーム拡大光学系２Ｃ、偏光板１７Ｃを含む手段は、本発明の入射光制御手段に対応する。また、偏光板１９Ａ、偏光板１９Ｂ、偏光板１９Ｃ、色合成プリズム２０を含む手段は、本発明の投射光制御手段に対応する。

（実施の形態４）
はじめに、本発明の実施の形態４の投写型画像表示装置の全体構成図である図４を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、第１の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ａと、第２の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ｂと、第３の色光について任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１Ｃとからなる光源部を備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光の光路上毎に設けられた透明な平面板の一面に偏光光反射面を有し入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃからの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有し各色光毎に設けられた反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃについて反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃの対面側に配置された各色光毎の反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃについて各色光のレーザー光源１Ａ、レーザー光源１Ｂ、レーザー光源１Ｃから入射する方向と対面側に配置され、各色光を１つの光軸上に合成する第１の色合成プリズム２１、第２の色合成プリズム２２と、投写レンズ１０とを備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。

レーザー光源１Ａから出射された青色光はビーム拡大光学系２Ａにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ａを経て、透過光は光軸に対して斜めに配置された平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに入射する。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ａは米国モックステック社が発表しているプロフラックス、ワイヤーグリッドポラライザの様なものでも、米国スリーエム社の偏光フィルムでも構成可能である。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ａは入射面に対してＳ偏光の光を反射する。この偏光方向は偏光板１７Ａの透過軸と一致していることは言うまでもない。

平板型偏光ビームスプリッター１８Ａで反射された光は反射ミラー５Ａ上に備えられたλ／４位相差板６Ａに入射する。

λ／４位相差板６Ａは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ａで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ａで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ａに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに戻す。

偏光方向を変換された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対してＰ偏光の青色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ａに入射する。

反射型液晶素子７Ａは液晶層８Ａと裏面の反射面９Ａから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ａで変調されなかった光は偏光方向を変えずに平板型偏光ビームスプリッター１８Ａを透過する。

一方反射型液晶素子７Ａで変調された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ａを透過し、第１の色合成プリズム２１に入射する。

レーザー光源１Ｂから出射された緑色光はビーム拡大光学系２Ｂにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ｂを経て、透過光は光軸に対して斜めに配置された平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂに入射する。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂは米国モックステック社が発表しているプロフラックス、ワイヤーグリッドポラライザの様なものでも、米国スリーエム社の偏光フィルムでも構成可能である。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂは入射面に対してＳ偏光の光を反射する。この偏光方向は偏光板１７Ｂの透過軸と一致していることは言うまでもない。

平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂで反射された光は反射ミラー５Ｂ上に備えられたλ／４位相差板６Ｂに入射する。

λ／４位相差板６Ｂは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ｂで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ｂで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ｂに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂに戻す。

偏光方向を変換された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂに対してＰ偏光の緑色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ｂに入射する。

反射型液晶素子７Ｂは液晶層８Ｂと裏面の反射面９Ｂから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ｂで変調されなかった光は偏光方向を変えずに平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂを透過する。

一方反射型液晶素子７Ｂで変調された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ｂを透過し、第１の色合成プリズム２１に入射する。

レーザー光源１Ｃから出射された赤色光はビーム拡大光学系２Ｃにより光束を拡大された後、透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ｃを経て、透過光は光軸に対して斜めに配置された平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃに入射する。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃは米国モックステック社が発表しているプロフラックス、ワイヤーグリッドポラライザの様なものでも、米国スリーエム社の偏光フィルムでも構成可能である。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃは入射面に対してＳ偏光の光を反射する。この偏光方向は偏光板１７Ｃの透過軸と一致していることは言うまでもない。

平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃで反射された光は反射ミラー５Ｃ上に備えられたλ／４位相差板６Ｃに入射する。

λ／４位相差板６Ｃは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ｃで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ｃで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ｃに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃに戻す。

偏光方向を変換された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃに対してＰ偏光の赤色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ｃに入射する。

反射型液晶素子７Ｃは液晶層８Ｃと裏面の反射面９Ｃから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ｃで変調されなかった光は偏光方向を変えずに平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃを透過する。

一方反射型液晶素子７Ｃで変調された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ｃを透過し、第２の色合成プリズム２２に入射する。

第１の色合成プリズム２１の緑反射多層膜２１ａにより青色光は透過、緑色光は反射されることで２つの色光は同軸上に合成され、この合成光と赤色光は第２の色合成プリズム２２の赤反射多層膜２２ａによって３色光は同軸上に合成され、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。

このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ上の画像を拡大投写することが出来る。

このように構成することで各色光を発する光源を用いることでカラー画像を得ることが出来る。

偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、λ／４位相差板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは各色光に合わせて最適化できることから高コントラストな画像を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態ではレーザー光源としたが前述した実施の形態２のように高圧水銀灯のような自然光を発する光源を用いることも可能である。このとき偏光変換光学系を用いることで高効率化も可能である。

ここで平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが偏光選択面を有する場合には、反射型液晶素子面側とすることで投写光学系に非点収差の影響なく高画質な画像を得ることが出来る。

ここでガラスプリズムによる偏光ビームスプリッターと比較して材料内の歪みによる不均一性なく構成できることから均一なコントラストを実現できる。

なお、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃを含む手段は本発明の面部に対応し、反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを含む手段は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、レーザー光源１Ａ、レーザー光源１Ｂ、レーザー光源１Ｃを含む手段は、本発明の光源に対応する。また、ビーム拡大光学系２Ａ、偏光板１７Ａ；ビーム拡大光学系２Ｂ、偏光板１７Ｂ；ビーム拡大光学系２Ｃ、偏光板１７Ｃを含む手段は、本発明の入射光制御手段に対応する。また、偏光板１９Ａ、偏光板１９Ｂ、偏光板１９Ｃ、第１の色合成プリズム２１、第２の色合成プリズム２２を含む手段は、本発明の投射光制御手段に対応する。

（実施の形態５）
はじめに、本発明の実施の形態５の投写型画像表示装置の全体構成図である図５を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、白色の任意の偏光方向の光を出射するレーザー光源１と、レーザー光源１からの白色偏光光を第１の色光と第２の色光と第３の色光に分解し各色光毎に異なる光路上に出射する赤透過ダイクロイックミラー２３、全反射ミラー２４、全反射ミラー２５、青透過ダイクロイックミラー２６、全反射ミラー２７とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光の光路上毎に設けられた透明な高屈折率材料からなる立方体形状をなして入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光毎に設けられた偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃからの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有した反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃについて反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃの対面側に配置された各色光毎の反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光毎に設けられた偏光ビームスプリッター３Ａ、偏光ビームスプリッター３Ｂ、偏光ビームスプリッター３Ｃについて入射する方向と対面側に配置され、各色光を１つの光軸上に合成する色合成プリズム２０と、投写レンズ１０とを備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。

レーザー光源１から出射された白色光はビーム拡大光学系２により光束を拡大された後、青色、緑色を反射し、それより長波長域を透過する赤透過ダイクロイックミラー２３に入射し、青色光は全反射ミラー２４、２５で反射せしめられた後、テレセントリックレンズ１６Ａ、偏光板１７Ａに至る。

この透過軸が光源からの光の偏光方向と一致して配置されている偏光板１７Ａを経て、偏光ビームスプリッター３Ａに入射する。

偏光ビームスプリッター３Ａは２つの三角柱のガラスプリズムの界面に偏光選択性多層膜４Ａを備えた四角柱形状を成している。

偏光選択性多層膜４Ａは入射光に対し斜めになるよう配置されており、レーザー光源１Ａは青色偏光光を出射し、その偏光方向は偏光選択性多層膜４Ａに対してＳ偏光の光とすることで、入射光は偏光選択性多層膜４Ａで反射せしめられ、反射ミラー５Ａ上に備えられたλ／４位相差板６Ａに入射する。

λ／４位相差板６Ａは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ａで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ａで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ａに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として偏光ビームスプリッター３Ａに戻す。

偏光方向を変換された光は偏光選択性多層膜４Ａに対してＰ偏光の青色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ａに入射する。

反射型液晶素子７Ａは液晶層８Ａと裏面の反射面９Ａから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ａで変調されなかった光は偏光方向を変えずに偏光選択性多層膜４Ａを透過する。

一方反射型液晶素子７Ａで変調された光は偏光選択性多層膜４Ａに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を偏光ビームスプリッター３Ａに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ａを透過し、色合成プリズム２０に入射する。

レーザー光源１から出射された緑色光は赤透過ダイクロイックミラー２３に入射し、ここで反射された後、青色を透過しそれより長波長域を透過する青透過ダイクロイックミラー２６で反射されてテレセントリックレンズ１６Ｂ、偏光板１７Ｂに至る。

ここから色合成プリズム２０に入射するまでの構成、作用は青色の光路と同様であるので説明は割愛する。

また、レーザー光源１から出射された赤色光は赤透過ダイクロイックミラー２３を透過し、全反射ミラー２７で反射されてテレセントリックレンズ１６Ｃ、偏光板１７Ｃに至る。

ここから色合成プリズム２０に入射するまでの構成、作用は青色、緑色の光路と同様であるので説明は割愛する。

色合成プリズム２０に入射する各色光は青色反射多層膜２０Ａ、赤色反射多層膜２０Ｂによって同一光軸上に導かれ、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。

このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ上の画像を拡大投写することが出来る。

このように構成することで白色光を発する１つの光源によりカラー画像を得ることが出来る。

偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、偏光ビームスプリッター３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、λ／４位相差板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは各色光に合わせて最適化できることから高コントラストな画像を得ることが可能となる。

なお、本実施の形態ではレーザー光源としたが前述した実施の形態２のように高圧水銀灯のような自然光を発する光源を用いることも可能である。

このとき偏光変換光学系を用いることで高効率化も可能である。

また、この構成では偏光ビームスプリッター３Ａ、３Ｂ、３ＣについてＳ偏光の光は色合成プリズム２０の青色反射多層膜２０Ａ、赤色反射多層膜２０ＢについてもＳ偏光になるような構成としたが、２つの素子の位置関係をねじれの関係とすることでも構成可能である。

この実施の形態において青色についての色分解の光路は他の色に比べて長いことから、途中リレーレンズを挿入して光学的に補整することも可能なことは周知である。

ここで詳細な説明は避けるが色合成手段はクロスタイプのプリズムとしたがこれに縛られるものではなく、前述した実施の形態４の様な合成も可能であるし、色分解においては色合成のように投写光学系への非点収差の影響を考える必要がないので、ダイクロイックミラーでクロスミラーを構成するもの、合成と同じ様なクロスタイプのものなど様々な応用について制限を加えるものではない。

なお、偏光選択性多層膜４Ａ、偏光選択性多層膜４Ｂ、偏光選択性多層膜４Ｃを含む手段は本発明の面部に対応し、反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを含む手段は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、レーザー光源１は本発明の光源に対応し、赤透過ダイクロイックミラー２３、全反射ミラー２４、全反射ミラー２５、青透過ダイクロイックミラー２６、全反射ミラー２７を含む手段は本発明の色分解光学系に対応する。また、ビーム拡大光学系２は、本発明の入射光制御手段に対応する。また、偏光板１９Ａ、偏光板１９Ｂ、偏光板１９Ｃ、色合成プリズム２０を含む手段は、本発明の投射光制御手段に対応する。

（実施の形態６）
はじめに、本発明の実施の形態６の投写型画像表示装置の全体構成図である図６を主として参照しながら、本実施の形態の投写型画像表示装置の構成について説明する。

本実施の形態の投写型画像表示装置は、白色の任意の偏光方向の光を出射する高圧水銀灯１１と、高圧水銀灯１１からの白色偏光光を第１の色光と第２の色光と第３の色光に分解し各色光毎に異なる光路上に出射する青透過ダイクロイックミラー２８、全反射ミラー２９、赤透過ダイクロイックミラー３１、全反射ミラー３２、全反射ミラー３４とを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、各色光の光路上毎に設けられた透明な平面板の一面に偏光光反射面を有し入射光に対し斜めに偏光光反射面を有する平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃからの反射光の入射する位置に配置された入射光の偏光方向を変更する機能を有し各色光毎に設けられた反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを備えている。また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃについて偏光方向変換反射手段の対面側に配置された各色光毎の反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを備えている。

また、本実施の形態の投写型画像表示装置は、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃについて各色光の光源装置から入射する方向と対面側に配置され、各色光を１つの光軸上に合成する第１の色合成プリズム３０、第２の色合成プリズム３３、第３の色合成プリズム３５と、投写レンズ１０とを備えている。

つぎに、本実施の形態の投写型画像表示装置の動作について説明する。

高圧水銀灯１１から出射された光は放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２により開口方向に出射される。

光は矩形形状の開口を持つマイクロレンズの集合体である第１レンズアレイ１３に入射する。

第１レンズアレイ１３上のマイクロレンズがそれぞれ光源像を結ぶ位置には第１レンズアレイ１３のマイクロレンズと１対１に対応するマイクロレンズの集合体である第２レンズアレイ１４が配置され、その出射側に集光レンズ１５がある。

これら第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、集光レンズ１５はインテグレータ照明光学系を構成しており、被照明部を均一に照明可能とする。

出射光は緑色、赤色を反射し、それより短波長域を透過する青透過ダイクロイックミラー２８に入射し、青色光は全反射ミラー２９で反射せしめられた後、テレセントリックレンズ１６Ａ、偏光板１７Ａに至る。

これによりインテグレータ光学系からの光は主光線が平行なテレセントリックな光として被照明部を照明できる。

その出射光には偏光板１７Ａが設けられている。これにより光源からの光のうち、偏光板１７Ａの透過軸と同じ方向の偏光光は透過するが、直交する方向の偏光光は吸収される。

透過光は光軸に対して斜めに配置された平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに入射する。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ａは米国モックステック社が発表しているプロフラックス、ワイヤーグリッドポラライザの様なものでも、米国スリーエム社の偏光フィルムでも構成可能である。

この平板型偏光ビームスプリッター１８Ａは入射面に対してＳ偏光の光を反射する。この偏光方向は偏光板１７Ａの透過軸と一致していることは言うまでもない。

平板型偏光ビームスプリッター１８Ａで反射された光は反射ミラー５Ａ上に備えられたλ／４位相差板６Ａに入射する。

λ／４位相差板６Ａは入射光の偏光方向に対し４５度の角度を成すように位相軸を持つことから、入射光はλ／４位相差板６Ａで円偏光となり、裏面の反射ミラー５Ａで逆回転の円偏光となって再度λ／４位相差板６Ａに戻ることにより、入射光を入射光と直交した方向の直線偏光光として平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに戻す。

偏光方向を変換された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対してＰ偏光の青色光となっているのでここを透過し、反射型液晶素子７Ａに入射する。

反射型液晶素子７Ａは液晶層８Ａと裏面の反射面９Ａから構成されており、入射光のうち反射型液晶素子７Ａで変調されなかった光は偏光方向を変えずに平板型偏光ビームスプリッター１８Ａを透過する。

一方反射型液晶素子７Ａで変調された光は平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対しＳ偏光の光であることからここで反射され、透過軸を平板型偏光ビームスプリッター１８Ａに対しＳ偏光の光が透過するように合わせた偏光板１９Ａを透過し、第１の色合成プリズム３０に入射する。

インテグレータ照明光学系からの出射光のうち緑色光は赤色を透過しそれより短波長域を反射する赤透過ダイクロイックミラー３１で反射され、全反射ミラー３２で反射されてテレセントリックレンズ１６Ｂ、偏光板１７Ｂに至る。

ここから第２の色合成プリズム３３に入射するまでの構成、作用は青色の光路と同様であるので説明は割愛する。

さらにインテグレータ照明光学系からの出射光のうち赤色光は赤透過ダイクロイックミラー３１を透過し、全反射ミラー３４で反射されてテレセントリックレンズ１６Ｃ、偏光板１７Ｃに至る。

ここから第３の色合成プリズム３５に入射するまでの構成、作用は青色、緑色の光路と同様であるので説明は割愛する。

第１の色合成プリズム３０に入射した青色光は面３０ａで内面反射された後、第１の色合成プリズム３０と第２の色合成プリズム３３との間に設けられた青反射の特性を有する色選択性多層膜３０ｂによって反射せしめられ、再度面３０ａに入射透過して投写レンズ１０に入射する。

第２の色合成プリズム３３に入射した緑色光は、第２の色合成プリズム３３と第３の色合成プリズム３５との間に設けられた赤透過の特性を有する色選択性多層膜３３ａによって反射せしめられ、色選択性多層膜３０ｂ、面３０ａに入射透過して投写レンズ１０に入射する。

第３の色合成プリズム３５に入射した赤色光は、色選択性多層膜３３ａ、色選択性多層膜３０ｂ、面３０ａに入射透過して投写レンズ１０に入射する。

色合成プリズムに入射する各色光はこのようにして同一光軸上に導かれ、投写光学系である投写レンズ１０を透過しスクリーンに至る。

このように構成することでスクリーン上に反射型液晶素子７Ａ、７Ｂ、７Ｃ上の画像を拡大投写することが出来る。

本実施の形態によれば白色光を発する１つの光源によりカラー画像を得ることが出来る。ここで用いた合成プリズムはクロスタイプのように反射面に張り合わせを持たないので、高解像度化を進める上で有利である。

なお、その他の実施の形態についても同じことが言えるが、ここでの各色光の光路は前述の構成に縛られるものでなく変更可能である。

偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、λ／４位相差板６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは各色光に合わせて最適化できることから高コントラストな画像を得ることが可能となる。

また、光源にハロゲン光源、ＬＥＤやレーザー光源を用いて構成可能なことは言うまでもない。

本実施の形態では他の平板型偏光ビームスプリッターを用いたものと同様に、立方体（四角柱）形状の偏光ビームスプリッターに比べて内部応力の偏りによる性能の不均一性を生みにくいので高画質が得やすい。ただし反射型液晶素子から投写レンズを経てスクリーンに至るまでの投写光学系において良好な結像性能を実現するために、平板型偏光ビームスプリッターの反射光を投写光学系に利用する本実施の形態のような構成が適切である。

このとき平板型偏光ビームスプリッターが板厚を持つ場合には、反射作用のある面が反射型液晶素子側になるよう配置されていることは言うまでもない。

ここで色合成手段をクロスタイプのプリズムや前述した実施の形態４の様な合成も可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態では偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃを用いたが、あらかじめ偏光性を持つ光を発する光源を用いる際には必ずしも偏光板１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃは必要ではない。

また、偏光板１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃはコントラストの保証のために配置されており、これも必ずしも無いと構成できないというものではない。

なお、平板型偏光ビームスプリッター１８Ａ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｂ、平板型偏光ビームスプリッター１８Ｃを含む手段を含む手段は本発明の面部に対応し、反射ミラー５Ａ、λ／４位相差板６Ａ；反射ミラー５Ｂ、λ／４位相差板６Ｂ；反射ミラー５Ｃ、λ／４位相差板６Ｃを含む手段は本発明の偏光方向変換反射手段に対応し、反射型液晶素子７Ａ、反射型液晶素子７Ｂ、反射型液晶素子７Ｃを含む手段は本発明の反射型変調素子に対応し、投写レンズ１０は本発明の投写光学系に対応する。また、高圧水銀灯１１は本発明の光源に対応し、青透過ダイクロイックミラー２８、全反射ミラー２９、赤透過ダイクロイックミラー３１、全反射ミラー３２、全反射ミラー３４を含む手段は本発明の色分解光学系に対応する。また、リフレクタ１２、第１レンズアレイ１３、第２レンズアレイ１４、集光レンズ１５を含む手段は、本発明の入射光制御手段に対応する。また、第１の色合成プリズム３０、第２の色合成プリズム３３、第３の色合成プリズム３５を含む手段は、本発明の投射光制御手段に対応する。

以上においては、実施の形態１〜６について詳細に説明を行った。

これらの実施の形態における反射型液晶素子を用いた投写型画像表示装置は非点収差のない良好な結像性能と、均一で良好なコントラストを得られる光学系を小型に実現することが可能な長所を有し、高画質投写型画像表示装置実現手段として有用である。

本発明の投写型画像表示装置、および投写型画像表示方法は、たとえば、より良好にピントを調節することができ、有用である。

本発明の実施の形態１の投写型画像表示装置の全体構成図 本発明の実施の形態２の投写型画像表示装置の全体構成図 本発明の実施の形態３の投写型画像表示装置の全体構成図 本発明の実施の形態４の投写型画像表示装置の全体構成図 本発明の実施の形態５の投写型画像表示装置の全体構成図 本発明の実施の形態６の投写型画像表示装置の全体構成図 従来の投写型画像表示装置（その１）の全体構成図 従来の投写型画像表示装置（その２）の全体構成図

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ レーザー光源
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ ビーム拡大光学系
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 偏光ビームスプリッター
４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 偏光選択性多層膜
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 全反射ミラー
６、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ λ／４位相差板
８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ 液晶層
９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 反射面
１２ リフレクター
１３ 第１レンズアレイ
１４ 第２レンズアレイ
１５ 集光レンズ
１６、１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ テレセントリックレンズ
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ、１９、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃ 偏光板
１８、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 平板型偏光ビームスプリッター
２１、３０ 第１の色合成プリズム
２２、３３ 第２の色合成プリズム
３０ａ 面
３０ｂ 第１の色合成プリズムの第２の色合成プリズム側の面
３３ａ 第２の色合成プリズムの第３の色合成プリズム側の面
３５ 第３の色合成プリズム
２６ 青透過ダイクロイックミラー
１１、１０１、２０１ 光源
１０２ コリメートレンズ
１０３ 偏光ビームスプリッター
１０４ 色分解プリズム
１０４Ａ 第１プリズム
１０４Ｂ 第２プリズム
１０４Ｃ 第３プリズム
１０４ａ 面
１０４ｂ 面
１０４ｄ 面
１０４ｅ 面
１０４ｆ 面
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、１０５、１０６、１０７、２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ 反射型液晶素子
１０８、１０９、１１０ 誘電体反射ミラー
１０、１１１、２０９ 投写レンズ
２８、２０２ 青透過ダイクロイックミラー
２４、２５、２７、２９、３４、２０３ 全反射ミラー
２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃ 平板状の偏光ビームスプリッター
２３、２０７ 赤透過ダイクロイックミラー
２０、２０８ 色合成プリズム
２０８ａ 青色反射多層膜
２０８ｂ 赤色反射多層膜

Claims (12)

1. 入射される光を反射または透過させる面部と、
   前記面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する偏光方向変換反射手段と、
   前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する反射型変調素子と、
   前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する、前記面部を基準として前記反射型変調素子と同じ側に配置された投写光学系とを備えた、投写型画像表示装置。
2. 前記面部に入射される光は、前記面部に対してＳ偏光の光である請求項１記載の、投写型画像表示装置。
3. 前記偏光方向変換反射手段は、前記面部で反射された光の偏光方向を変換する位相差板と、前記面部側に前記光を反射する反射ミラーとを有し、
   前記位相差板は、前記面部に対してＳ偏光の光を前記面部に対してＰ偏光の光に変換するように設定されている請求項１記載の、投写型画像表示装置。
4. 前記反射型変調素子は、前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調する液晶層と、前記面部側に前記光を反射する反射面とを有し、
   前記液晶層は、表示に利用されるべき前記面部に対してＰ偏光の光を前記面部に対してＳ偏光の光に変調するように制御される請求項１記載の、投写型画像表示装置。
5. 前記面部は、透明なプリズムを利用して形成されており、
   前記面部は、前記入射される光に対して斜めに配されている請求項１記載の、投写型画像表示装置。
6. 前記面部は、透明な平面板を利用して形成されており、
   前記面部は、前記入射される光に対して斜めに配されている請求項１記載の、投写型画像表示装置。
7. 白色光を生成する光源と、
   前記生成された白色光に対する色分解を利用して、前記面部に入射される光を生成する色分解光学系をさらに備えた請求項１記載の、投写型画像表示装置。
8. レーザーまたは放電ランプを利用して、前記面部に入射される光を生成する光源をさらに備えた請求項１記載の、投写型画像表示装置。
9. 前記面部に入射されるべき光に対して所定の制御を行う入射光制御手段をさらに備えた請求項１記載の、投写型画像表示装置。
10. 前記投写光学系によって投射されるべき光に対して所定の制御を行う投射光制御手段をさらに備えた請求項１記載の、投写型画像表示装置。
11. 前記反射型変調素子は、複数の画素構造を有し、
    前記投写光学系は、前記複数の画素構造の拡大投射を行う請求項１記載の、投写型画像表示装置。
12. 入射される光を反射または透過させる面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する偏光方向変換反射手段を利用して、前記面部で反射された光の偏光方向を変換するとともに、前記面部側に前記光を反射する第１ステップと、
    前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する反射型変調素子を利用して、前記偏光方向変換反射手段によって反射され前記面部を透過した光を変調するとともに、前記面部側に前記光を反射する第２ステップと、
    前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する、前記面部を基準として前記反射型変調素子と同じ側に配置された投写光学系を利用して、前記反射型変調素子によって反射され前記面部で反射された光を投射する第３ステップとを備えた、投写型画像表示方法。

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