JP2006047968A

JP2006047968A - 投射表示装置

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Publication number: JP2006047968A
Application number: JP2005065199A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kobayashi; 学小林; Riyuusaku Takahashi; 竜作高橋
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-03-09
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2025-03-09
Also published as: JP4581755B2

Abstract

【課題】軸上色収差を付与した色収差プレートを配置することにより、高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を提供する。
【解決手段】光源１１１から出射された白色光はインテグレータ光学系１１２で均一化されるとともに、カラー偏光子１１３を透過し、Ｐ偏光のＲ光及びＧ光にされ、さらにカラー偏光子１１８にてＳ偏光のＧ光とＰ偏光のＲ光にされる。これらＲ光及びＧ光は、偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１から不等距離に配置された、Ｇ用反射型空間光変調素子１６１、Ｒ用反射型空間光変調素子１６２にてそれぞれ光変調を受け、前記不等距離に応じた軸上色収差を設けた色収差プレート１２６を介して出射される。
【選択図】図４

Description

本発明は、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置に関する。

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）の色光を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。

カラー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。それは、反射型の空間光変調素子を適用した投射表示装置は、空間光変調素子を照射する入射光と当該空間光変調素子で変調された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とするためである。高コントラストを実現するためには１つの空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させることが必要であり、これが反射型の投射表示装置の光学構成を複雑にしていた。この課題を解決すべく様々な構成が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−１７４７５５公報

ところで、上述の特許文献１に提案されているように、反射型の空間光変調素子を用いたカラー投射表示装置を小型化するためには、作用させる複数の偏光ビームスプリッタの内の１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの空間光変調素子を配置するようにした構成をとる必要がある。

この２つの反射型の空間光変調素子を配置するようにした偏光ビームスプリッタには、それぞれの色光に対応した２色の色光が互いの偏光状態が９０度異なる状態で入射され、偏光ビームスプリッタの偏光分離面で分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタに入射した２色の色光は、偏光状態に応じて透過するか反射するかによって分離され、それぞれ反射型の空間光変調素子に入射する。

この偏光ビームスプリッタの偏光分離面における一般的な特性を考慮した場合、全透過、すなわち、透過を１００％達成することは困難であり、若干の反射が発生する。今、入射された２色の色光の内、この偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過して対応した反射型の空間光変調素子に入射される色光に注目する。この色光は、偏光分離面を透過して対応した反射型の空間光変調素子に入射され、この空間光変調素子においてこの色光に応じた画像信号により変調、すなわち、偏光状態を変化させ反射される。

この反射された変調光は、再び偏光分離面に入射されるが、偏光状態を変化させられているので偏光分離面により反射され色光を合成する偏光ビームスプリッタに出射され、投影レンズを介してスクリーン上に投射される。

着目した色光のうち、上述の若干の反射により反射された光は、着目した色光とは異なる一方の色光に対応した反射型の空間光変調素子に入射される。若干の反射により反射された光は、この空間光変調素子によりさらに反射され再び偏光分離面に入射されるが、こちらは、偏光状態は変化しておらず偏光分離面を透過して色光を合成する偏光ビームスプリッタに出射され、投影レンズを介してスクリーン上に投射される。

通常、投射表示装置においては、スクリーン上に投射される画像の焦点を各色光にて均一にするため、スクリーンから各反射型の空間光変調素子までの距離を均一に、且つ、投射レンズの軸上色収差を各色光で最小になるよう設定されている。このため、着目した色光に対応した反射型の空間光変調素子で反射してきた着目した色光と、着目した色光とは異なる一方の色光に対応した反射型の空間光変調素子で反射してきた着目した色光と、が投射されるスクリーン上で干渉して干渉縞となるという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、投射画像の干渉縞を低減し、高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜２）に記載の手段よりなる。
すなわち、
１）投射表示装置（３０１）において、
不定偏光光を出射する光源（１１１）と、
前記不定偏光光を色分解した３原色光を光変調する第１〜第３の反射型空間光変調素子（１６１，１６２，１６３）と、
前記光源（１１１）から出射された前記不定偏光光を、第１の偏波面を有する第１の色成分光と、該第１の偏波面とは偏波面が９０度異なるもう一方の偏波面である第２の偏波面を有する第２及び第３の色成分光と、に分離して出射する第１の波長選択性偏光変換手段（１１３）と、
前記第１の波長選択性偏光変換手段（１１３）を透過した光束が入射され、前記第１の色成分光と前記第２及び第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子（１０２）と、
前記第１の偏光分離素子（１０２）から前記第２及び第３の色成分光が入射され、前記第２の色成分光の偏波面と第３の色成分光の偏波面とを互いに直交する状態として出射する第２の波長選択性偏光変換手段（１１８）と、
前記第２の波長選択性偏光変換手段（１１８）から前記第２及び第３の色成分光が入射される偏光分離面（１３１）を有し、前記偏光分離面（１３１）は前記第２の色成分光を透過させて、前記偏光分離面（１３１）に対して第１の距離を設けて設置した前記第２の反射型空間光変調素子（１６２）に入射させると共に、前記第３の色成分光を反射させて、前記偏光分離面（１３１）に対して前記第１の距離とは異なる第２の距離を設けて設置した前記第３の反射型空間光変調素子（１６１）に入射させる第２の偏光分離素子（１０３）と、
前記第１〜第３の反射型空間光変調素子（１６１，１６２，１６３）によって変調された変調光が入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子（１０５）と、
前記第２の偏光分離素子（１０３）の後段に、前記第１の距離と前記第２の距離との差に応じた軸上色収差を設けた色収差プレート（１２６）と、
を有することを特徴とする投射表示装置（３０１）。
２）前記色収差プレート（１２６）の軸上色収差ΔＩを、２０μｍ＜ΔＩ＝｜ｔ／ｎ１−ｔ／ｎ２｜≦７０μｍの関係を有して構成したことを特徴とする３）に記載の投射表示装置（３０１）。
但し、前記色収差プレート（１２６）を構成するガラス基板の厚みをｔ、前記第２の反射型空間光変調素子（１６２）に入射する前記第２の色成分光の中心波長λ１に対する屈折率をｎ１、前記第３の反射型空間光変調素子（１６１）に入射する前記第３の色成分光の中心波長λ２に対する屈折率をｎ２とする。

本発明の投射表示装置によれば、１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成された各々の反射型の空間光変調素子と、スクリーンと、の距離を異なるように反射型の空間光変調素子を配置し、その距離の差に応じて軸上色収差を設けた色収差プレートを、前記偏光ビームスプリッタと投射結像レンズ系との間に配置することにより、スクリーンに投射される画像の干渉縞を低減し、高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を提供することができる。特に暗い画像の画像品位の向上に効果を奏するものである。

以下、本発明に係る投射表示装置の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。

図１は、実施例１に適用される投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
破線にて囲んだ色分解合成光学系２９０は、立方体または角柱状の偏光分離素子として作用する第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４、偏光合成素子として作用する第４の偏光ビームスプリッタ１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が全体として略Ｘ字状の如くに配置したものである。さらに、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の入射側の透光面（第１の偏光ビームスプリッタの上側面）には、Ｒ光とＧ光との偏波面を９０度回転する機能を有するカラー偏光子１１３を、第１と第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３間には、Ｇ光の偏波面を９０°回転する機能を有するカラー偏光子１１８を備えている。また、第２と第４の偏光ビームスプリッタ１０３，１０５間には、Ｒ光の偏波面を９０°回転する機能を有するカラー偏光子１２４、第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、Ｂ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するカラー偏光子１１５を備えている。

実施例１に適用される投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１１１から発した不定偏光の白色光はインテグレータ光学系１１２に入射する。そして、白色光が均一化されるとともにＳ偏光にそろえられカラー偏光子１１３に入射する。カラー偏光子１１３はＲ光とＧ光との偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、カラー偏光子１１３を透過するＲ光とＧ光とに係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、カラー偏光子１１３は、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。

先ず、カラー偏光子１１３を透過したＰ偏光のＧ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１を透過直進して、カラー偏光子１１８に入射する。カラー偏光子１１８はＧ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、カラー偏光子１１８を透過するＧ光に係るＰ偏光はＳ偏光に変換される。カラー偏光子１１８を透過したＳ偏光のＧ光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３に入射され、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１において反射され透光面１０３ａより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６１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Ｐ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１を透過直進して、カラー偏光子１２４に入射する。カラー偏光子１２４は、Ｒ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｇ光に対しては何ら作用せずＧ光のＰ偏光成分はＰ偏光のまま透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射する。

次に、Ｒ光について説明する。カラー偏光子１１３を透過したＰ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１を透過直進して、カラー偏光子１１８に入射する。カラー偏光子１１８はＧ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光に対しては何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のまま第２の偏光ビームスプリッタ１０３に入射される。第２の偏光ビームスプリッタ１０３に入射されたＰ偏光のＲ光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１を透過直進して透光面１０３ｂより出射してＲ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２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。

光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１で反射され、カラー偏光子１２４に入射する。当該カラー偏光子１２４は、Ｒ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射する。

次に、Ｂ光について説明する。カラー偏光子１１３は、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＳ偏光のままであるのでカラー偏光フィルタ１６を透過したＳ偏光のＢ光は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離面１２１で反射され、第３の偏光ビームスプリッタ１０４に入射する。

Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ｄより出射し、Ｂ対応の反射型空間光変調素子１６３に入射する。そして、当該反射型空間光変調素子１６２においてＢ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Ｂ光のＰ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッタ１０４の偏光分離面１４１を透過直進しカラー偏光子１１５に入射する。当該カラー偏光子１１５は、前述したようにＢ光の偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるためＢ光のＰ偏光成分はＳ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１で反射され、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射する。

このようにして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、後段に配置された投射レンズ１３０を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。

ここで図２を用いて、従来の光学系で問題となっていた干渉縞の発生を説明する。同図は、第２の偏光ビームスプリッタ１０３、Ｇ光対応の反射型空間光変調素子１６１、及びＲ光対応の反射型空間光変調素子１６２の配置部分を拡大表示したものである。上述の発明が解決しようとする課題において説明したように、１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの反射型空間光変調素子を配置するようにした構成をとり、その偏光ビームスプリッタの偏光分離面を透過直進し、反射型空間光変調素子で光変調を受けて反射され、当該偏光分離面で反射される色光において干渉縞が発生するので、第２の偏光ビームスプリッタ１０３に入射したＰ偏光のＲ光が問題となる。

説明のため図中各Ｒ光にそれぞれ記号Ｒ，Ｒｍｉ，Ｒｍｏ，Ｒｓｉ，Ｒｓｏをつける。第２の偏光ビームスプリッタ１０３に入射にするＲ光は、上述の説明のようにＰ偏光Ｒとして入射する。そして、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１を透過直進してＲｍｉとなって透光面１０３ｂより出射してＲ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射する。

しかしながら、偏光ビームスプリッタの偏光分離面の一般的な特性により、入射したＲ光Ｒの一部は偏光分離面１３１で反射し第２の偏光ビームスプリッタ１０３の透光面１０３ａより出射してＧ対応の反射型空間光変調素子１６１にＲ光Ｒｓｉとなって入射する。
このＲ光ＲｓｉはＧ対応の反射型空間光変調素子１６１で反射しＲ光Ｒｓｏとなる。Ｒ光ＲｓｏはＰ偏光のため偏光分離面１３１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進し、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射する。

一方、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１を透過直進し透光面１０３ｂより出射してＲ対応の反射型空間光変調素子１６２に入射したＲ光Ｒｍｉは、当該反射型空間光変調素子１６２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。光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分Ｒｍｏは、第２の偏光ビームスプリッタ１０３の偏光分離面１３１で反射され、カラー偏光子１２４に入射する。当該カラー偏光子１２４において、Ｒ光のＳ偏光成分はＰ偏光に偏光変換されて第４の偏光ビームスプリッタ１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の偏光分離面１５１を透過直進して、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射する。

これら、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射されたＲ光ＲｍｉとＲ光Ｒｍｏとが投射レンズ１２３を介してスクリーン上で干渉し干渉縞となる。この干渉縞は、Ｒ光Ｒｍｏのレベルが小さくＲ光ＲｍｏとＲ光Ｒｍｉとが同じようなレベルになる暗い画面で、且つ、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、が一致するとき最も目立つようになるものであった。

通常、投射表示装置においては、スクリーン上に投射される画像の焦点を各色光にて均一にするため、スクリーンから各色反射型空間光変調素子までの距離を均一になるよう配置する構成をとる。すなわち、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、が一致するようにしている。

そこで、この配置関係を改良した光学配置、及び投射レンズ１３０について説明する。偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、が異なる位置にそれぞれＧ対応の対応の反射型空間光変調素子１６１、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２を設置する。

しかし、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、が異なる位置にそれぞれＧ対応の対応の反射型空間光変調素子１６１、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２を設置すると当然ながらスクリーン上での焦点がＲ光とＧ光とでずれてしまう。

そのため、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒが偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇより大きくなる位置にそれぞれＧ対応の反射型空間光変調素子１６１、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２を設置し、投射レンズ１３０にＲ領域の軸上色収差が大きく、Ｇ領域のフォーカス位置とＲ領域のフォーカス位置に差異ができるように軸上色収差を付与している。

すなわち、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、の差分に相当する軸上色収差を、投射レンズ１３０に付与している。図３（ａ）に球面収差、同図（ｂ）に非点収差の付与例を示す。同図（ａ）、（ｂ）に示す球面収差、非点収差は、スクリーンに画像を投射した際の投射レンズ１３０における入射側で発生する収差量を示している。横軸はそれぞれ収差量である収差の大きさを表しており、単位はμｍである。同図（ａ）に示す球面収差における縦軸は、投射レンズ１３０に入射する光線の高さであり、投射レンズ１３０の光軸（中心からの距離）からの距離を最大値を１に正規化して表している。同図（ｂ）に示す非点収差における縦軸は、それぞれ投射レンズ１３０のバックフォーカス位置に配置された反射型空間光変調素子の位置における投射レンズ１３０のレンズ光軸（中心からの距離）からの距離であり、最大値を１に正規化して表している。

同図（ａ）、（ｂ）に示す球面収差、非点収差のそれぞれ縦軸上０、投射レンズ１３０の光軸上の値が軸上色収差である。緑領域の収差と赤領域の収差とに色間で差異があるということは、バックフォーカス位置が異なることを意味しており、この収差の差異が緑領域のバックフォーカス位置と赤領域のバックフォーカス位置との距離の差異に相当するものである。同図より、赤領域の軸上色収差が大きく、緑領域のフォーカス位置と赤領域のフォーカス位置に約６７μｍの差異があることがわかる。従って、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、の差分も約６７μｍに設置している。

なお、同図中、Ｇは光線波長０.５４６０７μm、Ｒは光線波長０.６３０μm、の収差をそれぞれ示している。非点収差Ｓはサジタル光線、Tはタンジェンシャル光線の収差を示しており、それぞれＳＲはＲ光のサジタル光線の収差、ＳＧはＧ光のサジタル光線の収差、ＴＲはＲ光のタンジェンシャル光線の収差、ＴＧはＧ光のタンジェンシャル光線の収差を示している。

上述の偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、の差分はすなわち、投射レンズ１３０のそれぞれのＲ対応の反射型空間光変調素子１６２に対するバックフォーカス距離と、Ｇ対応の反射型空間光変調素子１６１に対するバックフォーカス距離と、の差分に相当するものである。
なぜなら、スクリーン上で画像の焦点があっている場合、各色対応の反射型空間光変調素子は、投射レンズ１３０のバックフォーカス距離の位置にあるからである。

従って、投射レンズ１３０の軸上色収差をΔＬとした場合、ΔＬの下限値、すなわち、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、の差異の下限値は可干渉距離の条件から、干渉縞を発生しない値、また、それぞれの偏光ビームスプリッタ及び投射レンズ１３０の製造誤差を考慮して２０μｍを超える値とした。さらに好ましくは、３０μｍ以上の値、とすることが望ましい。
干渉縞を発生する光の中心波長をλ0、スペクトルの広がりをΔλとすると可干渉距離は一般的にλ0²／Δλで表わされる。λ0＝０．６μｍ、Δλ＝０．０１８μｍであるとするとλ0²／Δλ＝２０μｍとなり、この値より大であることが望ましいからである。

また、ΔＬの上限値は投射レンズ１３０の軸上色収差の条件から設定すればよいが、白色光をG／B／Rの３色に分割合成している場合、G／B／R各色は単色光ではなく幾らかのスペクトル広がりをもつ光のため、投射レンズ１３０の軸上色収差が過大になると、それぞれの色光でボケが発生し所望の結像性能が得られないことになる。そのため発明者は、実験によりΔＬの上限値は、投射レンズ１３０の軸上色収差が過大とならない７０μｍが望ましいという結果を得た。
以上のように、投射レンズ１３０の軸上色収差の値は、２０μｍ〜７０μｍであることが望ましく、さらに好ましくは、３０μｍ〜７０μｍとすることが望ましい。

このように、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置において、１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成された各々の反射型の空間光変調素子とスクリーンとの距離を異なるように反射型の空間光変調素子を配置し、その距離の差に応じて投射結像レンズの軸上色収差を設けることにより、当該偏光ビームスプリッタにＰ偏光状態で入射し、Ｓ偏光状態で反射され出射される色光の干渉縞を目立ちにくくし暗い画像の画像品位を著しく上げることができるようにしたものである。

また実施例１による光学系の構成は従来例と同一であり、新たな構成部品の追加なしに実現することができる。さらには、調整法の変更等も必要がないものである。

次に図４を用いて、実施例２に適用される投射表示装置の光学構成について説明する。同図は、実施例２に適用される投射表示装置の光学構成を示した概略平面図であり、上述の実施例１と同一の構成については同一の番号を付与している。

図４は、実施例２に適用される投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
破線にて囲んだ色分解合成光学系２９０は、立方体または角柱状の偏光分離素子として作用する第１，第２，第３の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３，１０４、偏光合成素子として作用する第４の偏光ビームスプリッタ１０５を、その偏光分離面１２１，１３１，１４１，１５１が全体として略Ｘ字状の如くに配置したものである。さらに、第１の偏光ビームスプリッタ１０２の入射側の透光面（第１の偏光ビームスプリッタの上側面）には、Ｒ光とＧ光との偏波面を９０度回転する機能を有するカラー偏光子１１３を、第１と第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０３間には、Ｇ光の偏波面を９０°回転する機能を有するカラー偏光子１１８を備えている。また、第２と第４の偏光ビームスプリッタ１０３，１０５間には、Ｒ光の偏波面を９０°回転する機能を有するカラー偏光子１２４、第３と第４の偏光ビームスプリッタ１０４，１０５間には、Ｂ光の偏波面を９０°回転させる機能を有するカラー偏光子１１５を備えている。

実施例２に適用される投射表示装置３０１は次のように動作する。
光源１１１から発した不定偏光の白色光はインテグレータ光学系１１２に入射する。そして、白色光が均一化されるとともにＳ偏光にそろえられカラー偏光子１１３に入射する。カラー偏光子１１３はＲ光とＧ光との偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段であるため、カラー偏光子１１３を透過するＲ光とＧ光とに係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、カラー偏光子１１３は、Ｂ光に対しては何ら作用しないため、それらはＳ偏光のままである。
以後、それぞれの色光について個別にその光路及び偏波面の変移について説明する。

このようにして、第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃより出射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、後段に配置された投射レンズ１２３を介して図示せぬスクリーンにカラー映像を拡大表示する。

従来の光学系で問題となっていた干渉縞の発生の原理は図２で説明した通りである。
実施例２では、図４に示すように偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒが偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇより大きくなる位置にそれぞれＧ対応の反射型空間光変調素子１６１、Ｒ対応の反射型空間光変調素子１６２を設置し、この距離Ｌｒと距離Ｌｇとの差異に対応したＲ領域の軸上色収差を付与した色収差プレート１２６を第４の偏光ビームスプリッタ１０５の透光面１０５ｃと投射レンズ１２３との間隙に設置した。ただし、これらの差異は、スクリーン上における画像のフォーカスがボケない範囲で設定する必要があり、表１に色収差プレート１２６の例を示す。

ただし、表１中の数値は、
色収差プレートの軸上色収差：ΔＩ＝｜ｔ／ｎ１−ｔ／ｎ２｜
ｎｄ：色収差プレート１２６に用いるガラス基板の屈折率
νｄ：色収差プレート１２６に用いるガラス基板のアッベ数
ｔ：色収差プレート１２６に用いるガラス基板の厚み
ｎ１：第２の反射型液晶素子１６２に対応した中心波長λ１における屈折率
ｎ２：第３の反射型液晶素子１６３に対応した中心波長λ２における屈折率
とする。

表１に示す例１〜例３は、赤領域の軸上色収差が大きく、緑領域のバックフォーカス位置と赤領域のバックフォーカス位置にそれぞれ約５１μｍ，約５５μｍ，約５７μｍの差異があること示している。従って、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、の差分もそれぞれ約５１μｍ，約５５μｍ，約５７μｍに設置すればよい。

上述の偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、の差分はすなわち、投射レンズ１２３のそれぞれのＲ対応の反射型空間光変調素子１６２に対するバックフォーカス距離と、Ｇ対応の反射型空間光変調素子１６１に対するバックフォーカス距離と、の差分に相当するものである。
なぜなら、スクリーン上で画像の焦点があっている場合、各色対応の反射型空間光変調素子は、投射レンズ１３０のバックフォーカス距離の位置にあるからである。

従って、色収差プレートの軸上色収差をΔＩとした場合、ΔＩの下限値、すなわち、この偏光分離面１３１とＧ対応の反射型空間光変調素子１６１との距離Ｌｇと、偏光分離面１３１とＲ対応の反射型空間光変調素子１６２との距離Ｌｒと、の差異の下限値は可干渉距離の条件から、干渉縞を発生しない値、また、それぞれの偏光ビームスプリッタ及び色収差プレート１２６の製造誤差を考慮して２０μｍを超える値とした。さらに好ましくは、３０μｍ以上の値、とすることが望ましい。
干渉縞を発生する光の中心波長をλ0、スペクトルの広がりをΔλとすると可干渉距離は一般的にλ0²／Δλで表わされる。λ0＝０．６μｍ、Δλ＝０．０１８μｍであるとするとλ0²／Δλ＝２０μｍとなり、この値より大であることが望ましいからである。

また、ΔＩの上限値は色収差プレート１２６の軸上色収差の条件から設定すればよいが、白色光をG／B／Rの３色に分割合成している場合、G／B／R各色は単色光ではなく幾らかのスペクトル広がりをもつ光のため、色収差プレート１２６の軸上色収差が過大になると、それぞれの色光でボケが発生し所望の結像性能が得られないことになる。そのため発明者は、実験によりΔＬの上限値は、色収差プレート１２６の軸上色収差が過大とならない７０μｍが望ましいという結果を得た。
以上のように、色収差プレート１２６の軸上色収差の値は、２０μｍ〜７０μｍであることが望ましく、さらに好ましくは、３０μｍ〜７０μｍとすることが望ましい。

このように、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置において、１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成された各々の反射型の空間光変調素子と、スクリーンと、の距離を異なるように反射型の空間光変調素子を配置し、その距離の差に応じて色収差プレートを設けることにより、当該偏光ビームスプリッタにＰ偏光状態で入射し、Ｓ偏光状態で反射され出射される色光の干渉縞を目立ちにくくし暗い画像の画像品位を著しく上げることができるようにしたものである。

なお、上述の説明では色収差プレートを設ける構成としたが、投射レンズと干渉縞が発生する色光に対応した反射型空間光変調素子との間に配置される偏光ビームスプリッタで所望の軸上色収差を設けてもよいし、その偏光ビームスプリッタと色収差プレートとの軸上色収差を合算して所望の軸上色収差を得る構成としてもよい。

さらに、実施例２による光学系の構成は従来例と同一の構成に色収差プレートを追加することにより実現することができるため、光学系の構造の変更、調整法の変更等を必要とせずに高品位の画像を投射することのできる投射表示装置を実現することができる。

上述の各実施例の説明では構成例の光学系の色配置から、赤色光の干渉縞に関して説明したが、反射型空間光変調素子を用いた投射表示装置において、１つの偏光ビームスプリッタに対して、２つの反射型の空間光変調素子を配置するようにして構成し、当該偏光ビームスプリッタにＰ偏光状態で入射し、Ｓ偏光状態で反射され出射される色光で発生しうる問題であるため、青色光や緑色光の干渉縞を低減するよう構成してもよい。
また、上述の各実施例の説明では、、光源から発した白色光の内の２色の色光が、２つの反射型の空間光変調素子を配置する偏光ビームスプリッタに対して、この偏光ビームスプリッタの前段に配置された偏光ビームスプリッタを透過直進して入射するよう構成したが、前段に配置された偏光ビームスプリッタで反射されて入射するよう構成してもよい。
本発明は、以上説明した各実施例に限定したものでない。

実施例１に適用される投射表示装置の光学系の概略構成図である。各実施例に適用される投射表示装置における問題となる光学系を詳細に説明するための構成図である。実施例１に適用される投射レンズの色収差の例を示したものである。実施例２に適用される投射表示装置の光学系の概略構成図である。

符号の説明

１１１…光源
１１２…インテグレータ光学系
１１３，１１５，１１８，１２４…カラー偏光子
１０２，１０３，１０４，１０５…偏光ビームスプリッタ
１２１，１３１，１４１，１５１…偏光分離面
１２３，１３０…投射レンズ
１２６…色収差プレート
１６１，１６２，１６３…反射型空間光変調素子

Claims

投射表示装置において、
不定偏光光を出射する光源と、
前記不定偏光光を色分解した３原色光を光変調する第１〜第３の反射型空間光変調素子と、
前記光源から出射された前記不定偏光光を、第１の偏波面を有する第１の色成分光と、該第１の偏波面とは偏波面が９０度異なるもう一方の偏波面である第２の偏波面を有する第２及び第３の色成分光と、に分離して出射する第１の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の波長選択性偏光変換手段を透過した光束が入射され、前記第１の色成分光と前記第２及び第３の色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子から前記第２及び第３の色成分光が入射され、前記第２の色成分光の偏波面と第３の色成分光の偏波面とを互いに直交する状態として出射する第２の波長選択性偏光変換手段と、
前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第２及び第３の色成分光が入射される偏光分離面を有し、前記偏光分離面は前記第２の色成分光を透過させて、前記偏光分離面に対して第１の距離を設けて設置した前記第２の反射型空間光変調素子に入射させると共に、前記第３の色成分光を反射させて、前記偏光分離面に対して前記第１の距離とは異なる第２の距離を設けて設置した前記第３の反射型空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、
前記第１〜第３の反射型空間光変調素子によって変調された変調光が入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、
前記第２の偏光分離素子の後段に、前記第１の距離と前記第２の距離との差に応じた軸上色収差を設けた色収差プレートと、
を有することを特徴とする投射表示装置。
前記色収差プレートの軸上色収差ΔＩを、２０μｍ＜ΔＩ＝｜ｔ／ｎ１−ｔ／ｎ２｜≦７０μｍの関係を有して構成したことを特徴とする請求項３に記載の投射表示装置。
但し、前記色収差プレートを構成するガラス基板の厚みをｔ、前記第２の反射型空間光変調素子に入射する前記第２の色成分光の中心波長λ１に対する屈折率をｎ１、前記第３の反射型空間光変調素子に入射する前記第３の色成分光の中心波長λ２に対する屈折率をｎ２とする。