JP2006126458A - 光学ユニット及びそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
投写型映像表示装置において、輝度性能やコントラスト性能を確保しつつ視聴環境に対応できるようにする。
【解決手段】
光路上に、偏光板の他に、その偏光軸の方向に対応して赤、緑、青のいずれかの単色光を反射または透過させて偏光分離する反射型偏光素子を設ける。反射型偏光素子は、例えば、可視光の波長よりも微細なピッチで縞状にされたワイヤグリッドなどから成り、偏光軸方向を電動式に回転可能な構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置に関する。

従来の投写型映像表示装置は、例えば特開２００２−２７７９６０号公報（特許文献１）の図５のように、光源より出射した光は、一対のレンズアレイから成るインテグレータで均一化され、色分離光学系であるダイクロイックミラーでＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各単色光に分離されて、各色光用の映像表示素子に入射する。各映像表示素子は、入射した色光を、対応した色映像信号に応じて光強度変調を行い、光学像を形成する。そして、それぞれの光学像は、色合成ダイクロイックプリズムによって色合成され、投写レンズによってスクリーン上へと投写され、大画面映像を得る。

投写型映像表示装置の用途としては、プレゼンテーション等でＰＣ等の画像を投写する業務用途が多かった。これに対し近年では、ＶＴＲやＤＶＤなどの画像を投写するホームシアター等のホームユースとして用いられることが多くなってきている。
ホームユースとして投写型映像表示装置を使用する場合、２つの主な視聴環境が存在する。１つは、リビング等の照明下の明室空間で投写を行う視聴環境、もう１つは、専用ルーム等の暗室空間で投写を行う視聴環境である。上記リビング等の明室空間においては、明るい照明下でも鮮明な映像を得るため、Ｇ光の光量を多くし、輝度を高めている（以下、この視聴環境における映像モードを「リビングモード」という）。一方、専用ルーム等の暗室空間においては高い輝度は必要なく、Ｇ光の光量を下げて色再現性能を良くし、コントラスト感のある映像を得ている（以下、この視聴環境における映像モードを「シアターモード」という）。両モードの白色の色度は、リビングモードでは、ｘ値は０．３１０以下、ｙ値は０．３５０以下、シアターモードでは、ｘ値は０．３１０以下、ｙ値は０．３３０以下が望ましいとされる。

上記リビングモード、シアターモードの両モードを１台の投写型映像表示装置で実現させるには、一般的に、リビングモードではＧ光の光量を１００％とし、シアターモードではＧ光の光量を下げる（例えば約７０％程度に）方法がある。しかし、Ｇ光の光量低減を、入射光量を変えずに映像表示素子の制御で行う（例えば、Ｇ光用映像表示素子に印加する映像信号の大きさを下げて光量調整を行う）と、階調表示が犠牲となってしまい、高品位な画像を得ることができない。

これを解決する一方法として、上記特許文献１に記載されている技術がある。これは、Ｇ光の映像表示素子の入射側にメッシュ状のスクエアメッシュワイヤクロスを配置し、このスクエアメッシュワイヤクロスに外力を与えてスクエアメッシュワイヤクロスの開口率を変化させてＧ光の映像表示素子への入射光量（以下、単に「入射光量」という）を制御するものである。

また、光量を可変する別の方法として、特開平６−１６７７１７号公報（特許文献２）に記載されている技術もある。これは、映像表示素子入射側に偏光フィルタを配置し、偏光フィルタを回転させて入射光量を制御するものである。

特開２００２−２７７９６０号公報 特開平６−１６７７１７号公報

上記特許文献１に記載された投写型映像表示装置においては、Ｇの映像表示素子の入射側に配置したメッシュ状のスクエアメッシュワイヤクロスに外力を付加し、スクエアメッシュワイヤクロスの開口率を約７０％とし、Ｇ光の入射光量を約７０％まで絞ってシアターモードとしている。しかし、このスクエアメッシュワイヤクロスの開口率は最大でも８０％弱であるため、輝度優先のリビングモードにおいても約２０％の光がスクエアメッシュワイヤクロスによって遮光されてしまうため、光源からの光を最大限に利用することができない。また、光路内に配置したスクエアメッシュワイヤクロスの影が投写映像に映り込むおそれがあるため、該スクエアメッシュワイヤクロスを、映像表示素子に対しフォーカスの合わない離れた位置に配置しなければならず、スクエアメッシュワイヤクロスの外形が大きくなってしまう問題がある。

また、上記特許文献２に記載された偏光フィルタを回転させて入射光量を制御する技術は、光源やダイクロイックミラーなどの光学部品のバラツキによって崩れた白色の色度を調整するためのものであり、数％程度の光量制御についてしか考慮されていない。さらに、入射光量を制御する偏光フィルタは、偏光方向が同一の光を透過させ、それ以外の光を吸収するタイプと記載されており、例えば、一軸延伸フィルム等のような吸収型偏光フィルタ（偏光板）を使用していると推定される。吸収型偏光フィルタ（偏光板）は、一般に、偏光作用を有する偏光基材と、これを間に挟んで保護する２枚のベース基板（例えばトリアセチルセルロース（ＴＡＣ））から構成されており、該ベース基板は一般にわずかであるが複屈折性を持つ。従って、偏光フィルムの回転角度が小さく、白色の色度調整時の数％程度の光量制御では光量低下が少なく、上記吸収型偏光フィルタのベース基板で生じる複屈折の影響も小さいことから、表示性能的にはあまり問題にはならないが、シアターモードに対応させるために、特許文献２の技術を適用して偏光フィルタを大きく回転させ、例えば約３０％と大きく光量を絞る場合には、光量低下が大きくなり、このために、ベース基板で生じる複屈折の影響を受け、コントラスト性能が劣化してしまうことになる。また、吸収型偏光フィルタは、透過光以外を吸収するため、発熱により偏光フィルタが劣化し易くなる。

本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、１台の投写型映像表示装置において、輝度性能やコントラスト性能を確保しつつ、また表示階調を犠牲にすることなく、リビングモードやシアターモードといった様々な視聴環境に対応した映像モードを実現できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、使い勝手性の優れた投写型映像表示技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、光源側からの光を映像表示素子に照射し、映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置技術として、光路上に、偏光板の他に、その偏光軸の方向に対応して赤、緑、青のいずれかの単色光を反射または透過させて偏光分離する反射型偏光素子を設ける。反射型偏光素子は、例えば、可視光の波長よりも微細なピッチで縞状にされたワイヤグリッドなどから成り、偏光軸方向を電動式に回転可能な構成とする。

本発明によれば、１台の投写型映像表示装置において、輝度性能やコントラスト性能を確保しつつ、また表示階調を犠牲にすることなく、リビングモードやシアターモードといった様々な視聴環境に対応することが可能となる。

以下、本発明による最良の形態について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第１の実施例としての投写型映像表示装置の構成図である。図１において、一点鎖線で囲まれた部分が、光源からの光を映像表示素子で映像信号に応じて光強度変調して光学像を形成し、該光学像を投写レンズで拡大して投写する光学ユニットである。投写型映像表示装置は、該光学ユニットを回路基板（図示なし）とともに筐体（図示なし）内に収納して成る。

図１において、光源２０より出射した光は、第１レンズアレイ３１と第２レンズアレイ３２とから成るインテグレータ３０に入射する。該インテグレータ３０は光源２０からの光を均一化する。該インテグレータ３０の第１レンズアレイ３１はマトリックス状に複数のレンズセルが配列されて成り、入射した光を複数の光に分割し、効率的に第２レンズアレイ３２、偏光変換素子４０を通過するように導く。第２レンズアレイ３２は、第１レンズアレイ３１と同様にマトリックス状に複数のレンズセルが配列されて成り、レンズセルそれぞれが、対応する第１レンズアレイ３１の各レンズセルの投影像を集光レンズ５０、コンデンサレンズ１１０Ｒ、１１０Ｇ、第１リレーレンズ８０、第２リレーレンズ８１及びコンデンサレンズ１１０Ｂにより、例えば液晶パネル等の各映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ上に重ね合わせる。このようにして、インテグレータ３０は表示素子への照射光の均一化を行う。このとき、第２のレンズアレイ３２を出射した光は、偏光変換素子４０により所定方向の偏光光（ここでは、Ｓ偏光光とする）に揃えられ、後述する色分離光学系にて色分離され、各色対応の映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂに照射される。

次に、色分離光学系につき説明する。集光レンズ５０を出射した光は、赤反射緑青透過ダイクロイックミラー（赤色光を反射し、緑色光と青色光を透過するダイクロイックミラー）６０において、赤色光の成分（Ｒ光）は反射し、赤色光用全反射ミラー７０を経て、映像表示素子１４０Ｒに入射する。赤反射緑青透過ダイクロイックミラー６０において、透過した緑青色光の成分（ＧＢ光）は、緑反射青透過ダイクロイックミラー６１に入射し、該緑反射青透過ダイクロイックミラー６１を反射した緑色光の成分（Ｇ光）は映像表示素子１４０Ｇに入射する。緑反射青透過ダイクロイックミラー６１を透過した青色光の成分（Ｂ光）は青色光用全反射ミラー７１、７２とリレーレンズ８０、８１を経て、映像表示素子１４０Ｂに入射する。図１に示すようにＢ光の光路は、Ｒ光、Ｇ光の光路に対して長いため、リレーレンズ８０、８１により、効率的に映像表示素子１４０ＢにＢ光が照射されるようにしている。

液晶パネル等のＧ光用映像表示素子１４０Ｇは、その入射側には、入射側偏光板１２０Ｇが配され、偏光変換素子４０にてＳ偏光光に揃えられなかったＰ偏光光成分を除去している。該映像表示素子１４０Ｇは、素子駆動回路２３０により、Ｇ映像信号（図示せず）に応じて映像表示素子１４０Ｇの各画素に対応する透明電極に印加する電圧を制御することで、偏光の捩れ量を変化させている。映像表示素子１４０Ｇの出射側には出射側偏光板１３０Ｇが配置されており、該出射側偏光板１３０Ｇは、入射側偏光板１２０Ｇとは偏光方向が９０°異なるようにされている。このため、各画素において偏光の捩れ量が変化しＰ偏光光となったもののみ、出射側偏光板１３０Ｇを透過する。このように、各画素に濃淡（偏光の捩れ量）を変える光強度変調を行うことで光学像を形成する。この結果得られた映像表示素子１４０Ｇ上の光学像は、色合成ダイクロイックプリズム１５０を透過し、投写レンズユニット１６０によってスクリーン１７０上に投写され、大画面映像が得られる。

映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｂ側も上記映像表示素子１４０Ｇ側と同様に構成されている。しかし、映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｂにおいては、透過した光が投写レンズユニット１６０によって投写されるためには、色合成ダイクロイックプリズム１５０内のプリズム面にて反射する必要がある。該プリズム面の反射効率は、Ｓ偏光光の方が効率が良いため、該プリズム面には映像表示素子１４０Ｒ、１４０ＢからＳ偏光光が入射するように、入射側偏光板１２０Ｒ、１２０Ｂの入射側にλ／２板１１５Ｒ、１１５Ｂを配してＳ偏光光をＰ偏光光に変換し、該Ｐ偏光光が映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｂに入射するようにしている。すなわち、入射側偏光板１２０Ｒ、１２０Ｂにおいては、Ｓ偏光光成分を除去するよう作用し、映像表示素子１４０Ｒ、１４０Ｂの各画素にて偏光が捩れＳ偏光光となったもののみ、出射側偏光板１３０Ｒ、１３０Ｂを透過し、その光は色合成ダイクロイックプリズム１５０内のプリズム面にて反射し、投写レンズユニット１６０によってスクリーン１７０上に投写される。
また、Ｒ光路には赤外線をカットするＩＲカットフィルタ９０、Ｂ光路には紫外線をカットするＵＶカットフィルタ１００が配置されている。

Ｇ光路には反射型偏光素子１０Ｇが配されている。反射型偏光素子は透過軸に平行な偏光方向の偏光光（例えばＳ偏光光）を透過させ、透過軸に直交する偏光方向の偏光光（例えばＰ偏光光）を反射させる。該反射型偏光素子１０Ｇは、回転手段１８０Ｇにより光軸を中心に、光軸に直交する面内で電動式に回転可能で、その回転角度は、回転駆動回路２１０により回転手段１８０Ｇを介して制御され、視聴環境に応じた映像モードに対応して設定された所定角度にされる。

図２は、上記反射型偏光素子１０Ｇを回転させる回転手段の構造例を示す図である。反射型偏光素子１０Ｇは、回転手段１８０Ｇにより、該反射型偏光素子１０Ｇの光軸を中心に（ｚ軸回りに）、ｚ軸に直交するｘｙ平面内で、入射側偏光板１２０Ｇの偏光軸（透過軸）１２０Ｇａに対し角度αを回転可能にされている。回転手段１８０Ｇは、モータ１８１Ｇと、該モータ１８１Ｇの回転軸に設けたウォームギヤ１８２Ｇと、反射型偏光素子１０Ｇ側に設けられ該ウォームギヤ１８２Ｇに噛合うウォームホイールギヤ１９０Ｇから成る。ウォームホイールギヤ１９０Ｇは、反射型偏光素子１０Ｇ側にあって保持機構手段２００Ｇの一部も構成する。回転手段１８０Ｇでは、ウォームギヤ１８２Ｇとウォームホイールギヤ１９０Ｇとが噛合うことで、モータ１８１Ｇの回転駆動力がウォームホイールギヤ１９０Ｇに伝達され、該ウォームホイールギヤ１９０Ｇは所定角度回転する。回転手段１８０Ｇは、回転駆動回路２１０により駆動される。該回転駆動回路２１０は映像調整手段２２０により制御される。

映像調整手段２２０は、映像モードに応じて、回転駆動回路２１０、回転手段１８０Ｇを介して、反射型偏光素子１０Ｇを回転させ、映像表示素子１４０Ｇに入射する光量を可変するとともに、必要に応じ、該映像表示素子１４０Ｇの入射光量の可変に同期して、映像表示素子１４０Ｂによる光量制御を、表示素子駆動回路２３０を介して行う。なお、Ｂ光の光量低減を、映像表示素子の制御で行う（例えば映像表示素子に印加する映像信号の大きさを下げて光量調整を行う）と、階調表示が犠牲となるが、青色については視感度が低いために、階調表示が低下しても一般には実用上問題とならない。

再び図１において、メモリ３１０は、上記したそれぞれの視聴環境に応じた映像モード（例えばリビングモードやシアターモード）にそれぞれ対応した反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αを格納しておくメモリである。メモリ３１０には、Ｇ光の光量調整を行う反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αとともに、信号処理手段（図示なし）で視聴環境に応じて用いられるγ特性を対応させて記憶させてもよい。また、Ｂ光の光量調整をＢ光用の映像表示素子１４０Ｂで行う場合、この調整値も対応させて記憶させてもよい。

入力手段３００は、映像モードの選択を映像調整手段２２０に指示するもので、映像調整手段２２０は、入力手段３００で選択された、視聴環境に応じた映像モードに従って、メモリ３１０から、対応するＧ光の光量調整を行う反射型偏光素子１０Ｇの回転角度α、γ特性，Ｂ光用映像表示素子１４０Ｂによる光量調整値を読み出し、回転駆動回路２１０、回転手段１８０Ｇを介して反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αを制御するとともに、信号処理手段（図示なし）に対応するγ特性を設定し、また、表示素子駆動回路２３０を介して、Ｂ光用映像表示素子１４０Ｂに対応する光量調整値を設定する。このように、様々な視聴環境に応じた複数の回転角度α、γ特性、Ｂ光用映像表示素子１４０Ｂによる光量調整値を、それぞれの映像モードに対応させて予めメモリ３１０に設定しておけば、映像調整手段２２０を介してなされる入力手段３００による映像モードの選択だけで、視聴環境に最適な色度を有する投写映像が得られる。
視聴者がそれぞれの視聴環境に応じた最適な回転角度αを映像調整手段２２０でメモリ３１０にそれぞれの視聴環境に対応させてメモリできるようにして、入力手段３００で所望の視聴環境（映像モード）を選択すれば、容易に該所望の回転角度αを再現できるようにしてもよい。

上記では、映像モードを視聴環境に対応させている。しかし、視聴する映像ソフトにも様々なジャンルがあり、ジャンルで映像の特性が異なる。従って、視聴環境とともに、ジャンルにも対応させて映像特性を選択できるようにするのが好ましい。すなわち、例えばテレビモード、スポーツモード、ミュージックモードといった映像モードも設ける方が好ましい。このようにすれば、視聴環境や映像ジャンルに対応した映像モードを１台の投射型映像表示装置により実現することができる。

図３は、反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αと、映像表示素子１４０Ｇに入射する光量との関係を示す図である。図３において、横軸は、反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αであり、反射型偏光素子１０Ｇの偏光軸（透過軸）１０Ｇａと、入射側偏光板１２０Ｇの偏光軸（透過軸）１２０Ｇａとのずれ量を示す。また、縦軸は、反射型偏光素子１０Ｇに入射する光量に対する映像表示素子１４０Ｇに入射する光量の比（％）である。曲線２４０が示すように、反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αを変化させ、入射側偏光板１２０Ｇとの偏光軸（透過軸）のずれを変化させることにより、映像表示素子１４０Ｇに入射する光量を０％から１００％まで変化させることができる。

反射型偏光素子１０Ｇとしては、本発明では、例えば特開２００３−５０２７０８号公報に記載されたワイヤグリッド型偏光素子を用いる。該偏光素子は、所定方向に沿って周期的に形成された微細構造体を備える。該微細構造体のピッチは、入射する光の波長よりも小さい。なお、該微細構造体の材質やピッチ等を調整することにより、所望の屈折率分布や光学異方性を実現することができ、この結果、所望の偏光特性を実現することができる。

図４は、ワイヤグリッド型偏光素子の一例を示す。
図４において、ワイヤグリッド型偏光素子は、透光性基板（例えばガラス基板）１７上に、ストライプ状の金属薄膜（以下、「ワイヤグリッド」という）１５を、溝１６を介して周期的に配列したもので、該ピッチは光の波長より小さい（例えば光の波長の数分の一から十分の一程度）。ワイヤグリッド型偏光素子に入射光１２が入射すると、ワイヤグリッド１５に平行な偏光方向の偏光光１０１は反射されて反射光１４となり、また、ワイヤグリッドに直交する偏光方向の偏光光１０２は透過して透過光１３となる。すなわち、ワイヤグリッド１５に直交する方向の偏光光１０２は透過し、ワイヤグリッド１５に平行な偏光光１０１は反射される。すなわち、ワイヤグリッド１５に直交する方向はワイヤグリッド型偏光素子の透過軸（偏光軸）方向、ワイヤグリッド１５に平行な方向はワイヤグリッド型偏光素子の吸収軸方向となる。例えば、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（商品名）がこの一例である。

ワイヤグリッド型偏光素子の透光性基板１７にはガラス基板が用いられるため、複屈折はなく、ワイヤグリッド型偏光素子を反射型偏光素子１０Ｇに適用して、これを回転させてＧ光の入射光量を減少させても、従来の吸収型偏光板（偏光フィルム）と異なり、コントラストの低下を招くおそれがない。また、ワイヤグリッド型偏光素子は透過軸に直交する偏光波を反射させるため、熱の発生が少なく、発熱による劣化を低減することができる。さらに、ワイヤグリッド型偏光素子を用いても、コントラスト低下を招くことがなく、映像表示素子への入射光量の低減が可能となるため、光量低減を映像表示素子で制御する必要がなく、階調表示を犠牲とすることもない。

以上の構成により、リビング等の明室空間や専用ルーム等の暗室空間において、その視聴環境に応じた映像調整を視聴者が選択的に行う場合、映像調整手段２２０を介して入力手段３００によって視聴環境に応じた映像モード（例えばシアターモードやリビングモード）を選択すれば、回転駆動回路２１０および回転手段１８０Ｇによって、反射型偏光素子１０Ｇが光軸を中心に回転し、映像表示素子１４０Ｇに入射するＧ光の光量を変化させ、選択した映像モードに最適な白色の色度を有する投写映像を得ることができる。

図５は、本実施例の特性例として、上記反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αと白色の色度及び明るさとの関係を示す特性例をに示す図である。
図５において、横軸は色度ｘ、縦軸は色度ｙで、各プロット点は反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αである。図５に示すように、反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αが入射側偏光板１２０Ｇと同じ偏光軸角度の０°の場合の白色の色度、ｘ＝０．３１０、ｙ＝０．３５０（リビングモード）に対して、視聴者が、映像調整手段２２０によりシアターモードを選択することによって、回転駆動回路２１０及び回転手段１８０Ｇにより、反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αがシアターモードの設定値である反射型偏光素子１０Ｇの回転角度α＝３０°に制御され、映像表示素子１４０Ｇに入射するＧ光の光量を約３０％減少させることで、視聴者が選択した映像モードに最適な白色の色度、ｘ＝０．３０８、ｙ＝０．３０７（シアターモード）を有する投写映像を得ることができる。

さらに、映像表示素子１４０Ｂを駆動する素子駆動回路２３０は、映像調整手段２２０の制御に対応して動作するため、上記の反射型偏光素子１０Ｇの回転によるＧ光の光量制御による白色の色度調整による効果に加え、映像表示素子１４０Ｂを駆動する素子駆動回路２３０に印加する電圧を制御し、入射する光の光量調整をすることで、より視聴環境に最適な投写映像が得られる。例えば、上記のシアターモードに加え、映像表示素子１４０Ｂを駆動する素子駆動回路２３０に印加する電圧制御により、映像表示素子１４０Ｂに入射する光量を、１０％減少させることで、白色の色度を、ｘ＝０．３１６、ｙ＝０．３１９に変化させることができ、上記反射型偏光素子１０Ｇの回転によるＧ光の光量調整による白色の色度調整よりも、色温度が低く、シアターモードにとってより最適な投写映像を得ることができる。なお、映像表示素子１４０Ｂを駆動する表示素子駆動回路２３０の電圧制御による光量調整により、Ｂ光の階調劣化が懸念されるが、Ｂ光に関しては視感度が低いため、階調の劣化は実用上問題とならない。
なお、上記では反射型偏光素子１０Ｇの回転角度αが３０°の場合をシアターモード、０°をリビングモードとして設定しているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、例えば映像表示素子や光源などの特性により種々の値に設定されてもよい。

以上述べたように、本発明の第１の実施例によれば、映像表示素子への光路上に配した反射型偏光素子は、透光性基板にガラスを用いているため、複屈折がなく、これに起因するコントラスト低下を招くおそれがない。また、上記反射型偏光素子は透過軸に直交する偏光波を反射させるため、熱の発生が少なく、発熱による劣化が低減される。さらに、映像表示素子への入射光量の低減が可能となり、光量低減を映像表示素子で制御する必要がなく、階調表示を犠牲とすることもない。

なお、上記実施例では、反射型偏光素子としてワイヤグリッド型偏光素子を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばガラスやこれと同等の複屈折のない透光性基板上に反射型偏光子が設けられて成る射型偏光素子であればよい。また、上記実施例では、回転可能な反射型偏光素子をＧ光用映像表示素子の光路上にのみ配したが、これに限定されるものではなく、Ｒ光用映像表示素子やＢ光用映像表示素子の光路上に配してもよい。

図６は、本発明の第２の実施例としての投写型映像表示装置の構成図である。図６では、Ｇ光の光路のみを示し、他のＲ光の光路、Ｂ光の光路については図示を省略している。また、色分離光学系や光路を折り曲げるミラーを省略し、直線光路として示している。なお、図６において、図１と同じ機能を有する要素には、同一符号を付し、煩雑さを避けるためにその説明を省いている。

図６において、ワイヤグリッド型の反射型偏光素子１０Ｇは、上記第１の実施例の場合とは異なり、Ｇ光路の光軸１０５Ｇに対し、角度βだけ傾けて配されている。該角度βは、偏光変換素子４０や光源２０に戻る光量を低減し、発熱を十分に抑えるためには、＋５°以上あるいは−５°以上とすることが望ましく、また、反射型偏光素子１０Ｇの面積を小さく保つためには、角度βは＋３０°以下または−３０°下とすることが望ましい。さらに、該反射型偏光素子１０Ｇは、上記第１の実施例の場合と同様、回転手段１８０Ｇにより、光軸１０５Ｇとの交点を中心に電動式に回転可能で、その回転角度は映像調整手段２２０により回転駆動回路２１０を介して制御されるものとする。

本第２の実施例によれば、上記第１の実施例の場合の効果に加え、反射型偏光素子１０Ｇを光軸に対し、角度βだけ傾けることによって、反射型偏光素子１０Ｇによって反射した光が、偏光変換素子４０や光源２０に入射することを防止あるいは減少させることが可能となる。このため、偏光変換素子４０や光源２０における発熱が抑えられ、光学特性の劣化を防止することが可能となる。従って、冷却構造を不要にするなどにより、投写型映像表示装置を静音化かつ簡素化した構造にでき、小型化も可能となる。

なお、上記第２の実施例でも、反射型偏光素子としてワイヤグリッド型偏光素子を用いたが、これに限定されるものではなく、例えばガラスやこれと同等の複屈折のない透光性基板上に反射型偏光子が設けられて成る射型偏光素子であればよい。また、上記第２の実施例では、回転可能な反射型偏光素子をＧ光用映像表示素子の光路上にのみ配したが、これに限定されるものではなく、Ｒ光用映像表示素子やＢ光用映像表示素子の光路上に配してもよい。

本発明の第１の実施例としての投写型映像表示装置の構成図である。 図１の装置に用いる反射型偏光素子の説明図である。 反射型偏光素子の回転による映像表示素子への入射光量の分布図である。 反射型偏光素子の構成例図である。 投写型映像表示装置におけるｘｙ色度図である。 本発明の第２の実施例としての投写型映像表示装置の構成図である。

符号の説明

１…光学ユニット、
１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…反射型偏光素子、
１０Ｇａ…偏光軸（透過軸）、
１２…入射光、
１３…透過光、
１４…反射光、
１７…透光性基板、
２０…光源、
３０…インテグレータ、
３１…第１レンズアレイ、
３２…第２レンズアレイ、
４０…偏光変換素子、
５０…集光レンズ、
５１…伝達レンズ、
６０…赤反射緑青透過ダイクロイックミラー、
６１ 緑反射青透過ダイクロイックミラー、
７０ 赤色光用全反射ミラー、
７１、７２…青色光用全反射ミラー、
８０…第１リレーレンズ、
８１…第２リレーレンズ、
９０…ＩＲカットフィルタ、
１００…ＵＶカットフィルタ、
１０５Ｇ…光軸、
１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ…コンデンサレンズ、
１１５Ｒ、１１５Ｂ…λ/２板、
１２０Ｒ、１２０Ｇ、１２０Ｂ…入射側偏光板、
１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ…出射側偏光板、
１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ…映像表示素子、
１５０…色合成ダイクロイックプリズム、
１６０…投写レンズユニット、
１７０…スクリーン、
１８０Ｒ、１８０Ｇ、１８０Ｂ…回転手段、
２００Ｇ…保持機構手段、
２１０…回転駆動回路、
２２０…映像調整手段、
２３０…表示素子駆動回路、
３００…入力手段、
３１０…メモリ。

Claims (10)

1. 光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置用の光学ユニットであって、
   上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
   上記偏光光から赤、緑、青の各単色光を分離する色分離手段と、
   偏光軸方向を回転可能な状態で支持され、上記色分離された少なくともいずれかの単色光が入射され、偏光軸方向に対応して該単色光を反射または透過させる反射型偏光素子と、
   上記映像表示素子の入射側、出射側のいずれか一方または両方に配され、所定の偏光方向の光を通す偏光板と、
   上記映像表示素子で形成された各単色光の光学像を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された光学像を拡大投写する投写レンズユニットと、
   を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
2. 光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置用の光学ユニットであって、
   上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
   上記偏光光から赤、緑、青の各単色光を分離する色分離手段と、
   偏光軸方向を回転可能な状態で支持され、上記色分離された少なくともいずれかの単色光が入射され、偏光軸方向に対応して該単色光を反射または透過させる反射型偏光素子と、
   上記映像表示素子の入射側、出射側のいずれか一方または両方に配され、所定の偏光方向の光を通す偏光板と、
   上記映像表示素子で形成された各単色光の光学像を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された光学像を拡大投写する投写レンズユニットと、
   上記反射型偏光素子の上記偏光軸方向を回転させる回転手段と、
   を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
3. 上記反射型偏光素子は、複屈折のない透光性基板上に反射型偏光子が設けられて成り、入射側偏光板に対し上記色分離手段側に配される請求項１または請求項２に記載の光学ユニット。
4. 上記反射型偏光素子は、可視光の波長よりも微細なピッチで縞状にされたワイヤグリッドから成り、入射光を偏光分離する構成である請求項１または請求項２に記載の光学ユニット。
5. 上記回転手段は、モータに結合されたウォームギヤと、上記反射型偏光素子側に結合されたウォームホイールギヤとが互いに係合され、電動式に駆動される構成である請求項２に記載の光学ユニット。
6. 上記反射型偏光素子は、その入射面を光軸に対し傾斜させて配される請求項１から５のいずれかに記載の光学ユニット。
7. 上記反射型偏光素子は、その入射面を光軸に対し、＋５から＋３０°の範囲または−５から−３０°の範囲で傾斜させて配される請求項１から５のいずれかに記載の光学ユニット。
8. 光源側からの光を映像表示素子に照射し映像信号に基づき変調して光学像を形成する投写型映像表示装置であって、
   上記光源側からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光光を形成する偏光変換手段と、
   上記偏光光から赤、緑、青の各単色光を分離する色分離手段と、
   偏光軸方向を回転可能な状態で支持され、上記色分離された少なくともいずれかの単色光が入射され、偏光軸方向に対応して該単色光を反射または透過させる反射型偏光素子と、
   上記映像表示素子の入射側、出射側のいずれか一方または両方に配され、所定の偏光方向の光を通す偏光板と、
   上記映像表示素子で形成された各単色光の光学像を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された光学像を拡大投写する投写レンズユニットと、
   映像信号に基づき上記映像表示素子を駆動する表示素子駆動回路と、
   上記反射型偏光素子の上記偏光軸方向を上記偏光板に偏光軸方向に対し回転させる回転手段と、
   上記回転手段を駆動する回転駆動回路と、
   少なくとも上記表示素子駆動回路及び上記回転駆動回路とを制御し、投射映像の画質を調整する映像調整手段と、
   を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
9. 上記反射型偏光素子は、その入射面を光軸に対し傾斜させて配される請求項８に記載の投写型映像表示装置。
10. 上記映像調整手段は、上記回転手段による上記反射型偏光素子の回転動作と、上記表示素子駆動回路による映像表示素子の駆動とが同期して行われるように、上記回転駆動回路と上記表示素子駆動回路とを制御する構成である請求項８に記載の投写型映像表示装置。
    

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