JP2008281629A - 色合成装置、映像表示装置及び投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示素子の出側に偏光素子を用いないで不要光を除去することにより、高輝度化を図っても熱的問題を抑えることができるようにした色合成装置、これを用いた映像表示装置及び投写型映像表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係る色合成装置１１は、複数の表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇと光合成部材とを備えている。複数の表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇは、入射した偏光を映像信号に基づいて変調して、必要光である白信号に相当する偏光と、不要光である黒信号に相当する偏光とを出射する。光合成部材は、例えば、偏光ビームスプリッタ１０であって、複数の表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇそれぞれにて変調された必要光である白信号に相当する偏光を合成するとともに、不要光である黒信号に相当する偏光を除去する。なお、合成された必要光である白信号に相当する偏光は、所定の方向、例えば、投写レンズ１２の方向に出射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、色合成装置、この色合成装置を用いた映像表示装置及び投写型映像表示装置に関する。

従来より、大画面像を表示する装置として、光源の強力な光を液晶パネルに照射し、この液晶パネルに表示されている映像をスクリーン上に拡大投写する投写型映像表示装置が知られている。

この種の投写型映像表示装置には、照明光学系装置、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色光成分に色分離する色分離装置、分離された光を赤、緑、青の３色光成分を映像信号に応じて変調して合成する色合成装置、合成された光をスクリーンに投写する投写光学系装置が用いられている。図５に、このような投写型映像表示装置一例を示す。なお、このような投写型映像表示装置の例として特許文献１を挙げることができる。

従来の投写型映像表示装置を図５により説明する。図５は、この従来の投写型映像表示装置としての液晶プロジェクタの全体概略構成図である。
図５に示された投写型映像表示装置は、模式図であるため照明光学系装置として光源１０１のみが記載されている。光源１０１から照射される光は色分離装置により分離される。色分離装置は、この模式図においては、二つのダイクロイックミラー１０２Ｂ，１０２Ｇと三つの全反射ミラー１０３，１０４，１１１により構成されている。光源１０１から照射された光は、ダイクロイックミラー１０２Ｂに４５度の角度で入射される。ダイクロイックミラー１０２Ｂは青色を示す波長帯域を有する光（青色光）のみを透過し、それ以外の波長帯域を有する光は反射する。ダイクロイックミラー１０２Ｂを透過した青色光は、全反射ミラー１０３に照射され、全反射ミラー１０３で反射されて液晶パネル１０５Ｂに照射される。

ダイクロイックミラー１０２Ｂからの反射光は、ダイクロイックミラー１０２Ｇに、４５度の入射角で入射する。ダイクロイックミラー１０２Ｇは、この入射光のうち赤色を示す波長帯域（赤色光）を有する光のみを透過し、それ以外の波長帯域を有する光は反射する。ここで、ダイクロイックミラー１０２Ｇへの入射光は、青色を示す波長帯域を有する光がダイクロイックミラー１０２Ｂによって既に抽出されているので、ダイクロイックミラー１０２Ｇにおいては、赤色光と緑色を示す波長帯域を有する光（緑色光）とに分離されることになる。すなわち、赤色光はダイクロイックミラー１０２Ｇを通過し、緑色光はダイクロイックミラー１０２Ｇで反射されて、液晶パネル１０５Ｇに照射される。

一方、ダイクロイックミラー１０２Ｇを透過した赤色光は、全反射ミラー１１１及び１０４で反射されて液晶パネル１０５Ｒに照射される。
以上のように、色分離装置により分離生成された赤色光、緑色光及び青色光は、色合成装置を構成する液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂにそれぞれ照射される。ここで、色合成装置は、液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂ、クロスプリズム１０９等により構成されている。

液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂは、液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂの入り側に偏光素子１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂが、また、出側に偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂがそれぞれ配置されている。したがって、液晶パネル１０５Ｒ，１０５Ｇ，１０５Ｂに照射されたＲ、Ｇ、Ｂ各色光は、入り側の偏光素子１０７Ｒ，１０７Ｇ，１０７Ｂにより偏光されて、液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに入射され、変調される。また、変調された光のうち白信号に相当する必要な光（以下必要光という）は、液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂの出側に配置された偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂを透過し、変調された光のうち黒信号に相当する不要な光（以下不要光という）は、偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂに吸収若しくは反射される。

そして、偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂを透過した必要光は、クロスプリズム１０９によって合成され、投写レンズ１１０によって不図示のスクリーンへ拡大して投写される。
特開２００３−１２１９２３号公報、第２頁〜第３頁、図５

しかしながら、上記の投写型映像表示装置に用いられている色合成装置は、不要光が各偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂに吸収若しくは反射される。このため、光源の照明光量を増加させて投写型映像表示装置の高輝度化を図ろうとすると、黒を表示する際に出側の偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂの吸収量若しくは反射量が増加し、出側の偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂ若しくは液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂが高温になり易い。

例えば、偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂが有機フィルムを用いたものである場合は、不要光は吸収され、これにより偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂが高温になり易く、フィルムの劣化や焼けが生じ易くなる。また、偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂが金属や多層膜である場合は、不要光が偏光素子１０８Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂで反射されて液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂに戻るため、液晶表示素子１０６Ｒ，１０６Ｇ，１０６Ｂが高温になり易く、劣化しやすいという問題がある。また、反射光が多重に反射することで、不図示のスクリーン上への光漏れが発生する可能性があり、映像が不鮮明になり易いという問題がある。

本発明は、従来技術に存在するこのような問題点に着目してなされたものであって、液晶表示素子の出側に偏光素子を用いないで不要光を除去することにより、高輝度化を図っても熱的問題を抑えることができるようにした色合成装置、これを用いた映像表示装置及び投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る色合成装置は、映像信号に基づいて入射した偏光を変調して必要光である白信号に相当する偏光と、不要光である黒信号に相当する偏光とを出射する複数の表示素子と、この複数の表示素子それぞれにて変調された必要光である白信号に相当する偏光を合成するとともに、不要光である黒信号に相当する偏光を除去する光合成部材とを備えたことを特徴とする。このように構成すると、表示素子の出側に熱を吸収する偏光素子を使用することなく不要光を除去することができるので、従来のように不要光である黒信号に相当する光を吸収したり反射したりする偏光素子を表示素子に隣接して配置する必要がなくなる。したがって、熱的問題を抑制した色合成装置を提供することができる。また、色合成装置の高輝度化を図ることも容易になる。

また、前記光合成部材は、偏光ビームスプリッタからなり、前記複数の表示素子から出射された必要光である白信号に相当する偏光を合成して同一方向に出射するとともに、前記複数の表示素子から出射された不要光である黒信号に相当する偏光を前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向とは異なる方向に放射して除去するように構成することができる。このようにすると、簡易な構成で、従来のように不要光を吸収若しくは反射する偏光素子を表示素子に隣接して配置することが不要な構成とすることができる。

また、前記表示素子は、異なる色を発する３種の表示素子からなり、前記合成部材は、偏光ビームスプリッタと合成用ダイクロイックミラーとからなり、前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離面が必要光である白信号に相当する偏光の出射方向に対し４５度傾斜するように配置され、前記合成用ダイクロイックミラーは、前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向と直角を成す方向を成す位置であって、かつ、偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対し４５度を成す方向の位置に配置され、前記３種の表示素子のうちの２種の表示素子は、それぞれから出射された異なる色についての必要光である白信号に相当する偏光及び不要光である黒信号に相当する偏光がこの合成用ダイクロイックミラーで合成されて偏光ビームスプリッタの偏光分離面に照射するように配置され、さらに、他の１種の表示素子は、前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向と同一方向に出射して偏光ビームスプリッタの偏光分離面に照射するように配置されるように構成されている。なお、ここで、「合成用ダイクロイックミラー」は、光の合成のために使用されるダイクロイックミラーの称呼として用いたものである。このようにすれば、必要光を所定の方向に射出し、不要光を他の方向に放出することにより、熱的問題の発生し難い液晶表示素子を用いた色合成装置を形成することができる。

また、前記表示素子は、予め赤，緑，青の３色光成分に色分離された光を受光し、入力された映像信号に基づき入射光を変調する赤，緑，青各色光用の液晶表示素子であり、前記２種の表示素子は、青色光用の液晶表示素子と赤色光用の液晶表示素子であり、前記他の１種の表示素子は、緑色光用の液晶表示素子であり、前記青色光用の液晶表示素子及び赤色光用の液晶表示素子から出射された偏光のうち必要光である白信号に相当する偏光は前記偏光分離面で反射され、不要光である黒信号に相当する偏光は前記偏光分離面を通過し、前記緑色光用の液晶表示素子から出射された偏光のうち必要光である白信号に相当する偏光は前記偏光分離面を通過し、不要光である黒信号に相当する偏光は前記偏光分離面で反射されるように構成してもよい。このように構成すれば、赤、緑、青に色分離された３色光を赤，緑，青各色光用の液晶表示素子により変調制御してカラー映像を形成することができる。

また、本発明に係る映像表示装置は、上記のように構成される何れかの色合成装置を用いたものである。したがって、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできる映像表示装置を提供することができる。

また、本発明に係る映像表示装置は、光源と、光源からの光を単一の偏光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子で単一の偏光に変換された光を、青，緑，青の３色光成分に色分離する色分離装置と、前記のように液晶表示素子を用いた色合成装置とを有し、前記液晶表示素子は透過型液晶表示素子であり、前記色分離装置は、前記透過型液晶表示素子の入り側において、分離用ダイクロイックミラーに形成されているものとすることもできる。なお、ここで、「分離用ダイクロイックミラー」は、光を色分離するために使用されるダイクロイックミラーの称呼として用いたものである。このようにすると、透過型液晶表示素子を用いて、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできるカラー映像表示装置を提供することができる。また、各透過型液晶表示素子の入り側に偏光素子を設ける必要がない。

前記偏光変換素子は、光源からの光を第１の偏光に変換するものであり、前記青色光用の透過型液晶表示素子及び赤色光用の透過型液晶表示素子の入り側にはそれぞれ位相差板が配置され、これら位相差板を透過することにより、前記青色光用の透過型液晶表示素子及び赤色光用の透過型液晶表示素子に入射される偏光が第２の偏光に変換され、前記緑色光用の透過型液晶表示素子に入射される偏光は、前記偏光変換素子で変換された第１の偏光のままであり、前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離面において第１の偏光を反射し、第２の偏光を透過するように構成することができる。このようにすると、赤、緑、青の３色光成分について、簡易な構成で必要光を合成するとともに不要光を除去することができる。

光源と、光源からの光を第１の偏光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子で第１の偏光に変換された光を、赤、緑、青の３色光成分に色分離する色分離装置と、前記のように液晶表示素子を用いた色合成装置とを有し、前記液晶表示素子は反射型液晶表示素子であり、前記色分離装置は、前記偏光ビームスプリッタに対し、前記合成用ダイクロイックミラー側の面の反対側の面に対し出射するように配置された波長選択偏光回転素子と、前記偏光ビームスプリッタと、前記合成用ダイクロイックミラーから構成されるものであり、前記波長選択偏光回転素子は、青色光及び赤色光を第２の偏光に変換して出射し、緑を第１の偏光のまま出射するものであり、前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離面において第１の偏光を反射し、第２の偏光を透過するものであり、前記合成用ダイクロイックミラーは、青色光及び赤色光の何れか一方を反射し、他方を透過するように構成されているように構成されているものとしてもよい。このようにすると、反射型液晶表示素子を用いて、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできるカラー映像表示装置を提供することができる。

また、本発明に係る投写型映像表示装置は、上記のような映像表示装置であって、記色合成装置における第１の偏光の出射側に、合成された光を拡大投射する投写レンズが配置されたものである。このように構成すると、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできる投写型映像表示装置を提供することができる。

本発明によれば、表示素子の出側に熱を吸収する偏光素子を使用することなく不要光を除去することができるので、従来のように不要光である黒信号に相当する光を吸収したり反射したりする偏光素子を表示素子に隣接して配置する必要がなくなる。したがって、熱的問題を抑制した色合成装置を提供することができる。また、このような色合成装置を用いた映像表示装置や投写型映像表示装置を提供することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１である投写型映像表示装置としての液晶プロジェクタについて図１及び図２に基づき説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る液晶プロジェクタの全体概略構成図である。図２は、この液晶プロジェクタのうちの色合成部分を拡大した図面である。なお、これら図中においてＳ，Ｐは、Ｓ偏光、Ｐ偏光を表わすものとする。

この投写型映像表示装置において、照明光学系装置は、光源１、インテグレータレンズ２、偏光変換素子３、集光レンズ４等により構成されている。光源１から出射された白色光は、インテグレータレンズ２に照射される。このインテグレータレンズ２に照射された光は、偏光変換素子３を経て集光レンズ４に至るように構成されている。

光源１は、放射状の光線を出射する放射光源としての光源ランプ１ａ、光源ランプ１ａから出射された放射光をほぼ平行な光線束として出射する凹面鏡１ｂとを有している。凹面鏡１ｂとしては、放物面鏡を用いることが好ましい。

インテグレータレンズ２は、一対のレンズ群から構成され、個々のレンズ部分が後述する透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇの全面を照射するように設計されており、光源１から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化し、画面中央と周辺部とでの光量差を低減する。

偏光変換素子３は、ランダムな偏光方向を有する光源１の光を、全てＳ偏光に変換することによって、投写型表示装置における光の利用効率を高めている。なお、このＳ偏光は、この実施の形態においては本発明における第１の偏光に相当する。また、偏光変換素子３においては光の吸収がほとんどないので、これに起因する発熱も少ない。

本実施の形態に係る投写型映像表示装置は、上記の照明光学系装置における偏光変換素子３を経てＳ偏光に変換された光を赤、緑、青に色分離する色分離装置を有する。
この色分離装置は、２個の分離用ダイクロイックミラー５Ｂ，５Ｒ、２個の全反射ミラー６Ｂ，６Ｇ、２個の位相差板７Ｂ，７Ｒ等から構成されている。

集光レンズ４を透過したＳ偏光は、分離用ダイクロイックミラー５Ｂへ４５度の入射角で入射する。分離用ダイクロイックミラー５Ｂは、青色を示す波長帯域を有する光（青色光）のみを反射し、それ以外の波長帯域を有する光を透過する。ここで、分離用ダイクロイックミラー５Ｂで反射した青色光は、全反射ミラー６Ｂに照射され、全反射ミラー６Ｂで反射されて位相差板７Ｂに照射される。そして、位相差板７Ｂに照射された青色光であるＳ偏光は、位相差板７ＢにおいてＰ偏光に変換されて出射され、透過型液晶表示素子８Ｂに照射される。したがって、この位相差板７Ｂは、Ｐ偏光を透過型液晶表示素子８Ｂに入射させる偏光変換手段として機能する。

一方、分離用ダイクロイックミラー５Ｂを透過した光は、分離用ダイクロイックミラー５Ｒに４５度の入射角で入射する。分離用ダイクロイックミラー５Ｒは、この入射光のうち赤色を示す波長帯域を有する光（赤色光）のみを反射し、それ以外の波長帯域を有する光を透過する。ここで、分離用ダイクロイックミラー５Ｒへの入射光は、青色光が分離用ダイクロイックミラー５Ｂによって既に抽出されているので、分離用ダイクロイックミラー５Ｒにより、赤色光と緑色を示す波長帯域を有する光（緑色光）とに分離されることになる。分離用ダイクロイックミラー５Ｒを反射した赤色光は位相差板７Ｒに照射される。そして、位相差板７Ｒに照射された赤色光であるＳ偏光は、位相差板７ＲにおいてＰ偏光に変換されて出射され、透過型液晶表示素子８Ｒに照射される。したがって、この位相差板７Ｒは、Ｐ偏光を透過型液晶表示素子８Ｒに入射させる偏光変換手段として機能する。

一方、分離用ダイクロイックミラー５Ｒを透過した緑色光は、全反射ミラー６Ｇに照射され、全反射ミラー６Ｇで反射されて、緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇに直接導かれる。この、透過型液晶表示素子８Ｇに対しては、位相差板を介さずにＳ偏光が直接透過型液晶表示素子８Ｇに照射される。

この実施の形態に係る投写型映像表示装置は、色分離装置で分離された赤、緑、青の各色を変調制御して所定の映像を形成するように合成する色合成装置１１及びこの色合成装置１１から出射される光を投写する投写レンズ１２を備えている。

色合成装置１１は、合成部材として偏光ビームスプリッタ１０を用いたものであって、図１において破線で区画した部分に構成される。すなわち、この色合成装置１１は、３個の透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇ、１個の合成用ダイクロイックミラー９、１個の偏光ビームスプリッタ１０等から構成されている。

偏光ビームスプリッタ１０は、図２に示すように、キューブ状のものであって、二つの対称角部を結ぶ面に張り合わせ面を有し、この張り合わせ面を偏光分離面１０ａとしたものである。したがって、偏光分離面１０ａを側方から見ると偏光ビームスプリッタ１０の外表面に対し４５度の傾斜面に構成されている。そして、偏光分離面１０ａを側方から見た状態において、この偏光分離面１０ａと４５度を成す方向に投写レンズ１２が配置されている。

また、偏光分離面１０ａと４５度の角度を成す方向であって、前記投写レンズを設置する方向とは９０度の角度を成す方向には、この方向線と４５度の角度を成すように合成用ダイクロイックミラー９が設置されている。また、同方向には、所定の距離をおいて青色光用の透過型液晶表示素子８Ｂが配置されている。なお、前述の位相差板７Ｂは、この青色光用の透過型液晶表示素子８Ｂの反合成用ダイクロイックミラー側に配置されている。また、この合成用ダイクロイックミラー９から、青色光用の液晶表示素子の方向と直角の方向には、所定の距離をおいて赤色光用の透過型液晶表示素子８Ｒが配置されている。なお、前述の位相差板７Ｒは、この赤色光用の透過型液晶表示素子８Ｒの反合成用ダイクロイックミラー側に配置されている。

また、偏光分離面１０ａと４５度の角度を成す方向であって、前記投写レンズ１２を設置する方向と反対の方向には、所定の距離をおいて緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇが配置されている。なお、この透過型液晶表示素子８Ｇの入り側には位相差板は配置されていない。

本実施の形態における色表示装置は以上のように構成されている。そして、前述の色分離装置で分離された偏光は、拡大図である図２に示すように次のように処理される。
前記のように、位相差板７ＢにおいてＰ偏光に変換されて出射され、透過型液晶表示素子８Ｂに照射されたＰ偏光の青色光は、透過型液晶表示素子８Ｂによって、必要光である白信号に相当する光はＳ偏光（第１の偏光）に変換されて、不要光である黒信号に相当する光はＰ偏光（第２の偏光）のままで、それぞれ出射されるように変調される。透過型液晶表示素子８Ｂから出射された青色光は、合成用ダイクロイックミラー９に照射される。この合成用ダイクロイックミラー９は赤色光を反射し、青色光を透過する特性を持つ。したがって、変調された青色光は、合成用ダイクロイックミラー９を透過して偏光ビームスプリッタ１０に照射される。

一方、位相差板７ＲにおいてＰ偏光に変換されて出射され、透過型液晶表示素子８Ｒに照射されたＰ偏光の赤色光は、透過型液晶表示素子８Ｒによって、必要光である白信号に相当する光はＳ偏光（第１の偏光）に変換されて、不要光である黒信号に相当する光はＰ偏光（第２の偏光）のままで、それぞれ出射されるように変調される。透過型液晶表示素子８Ｒから出射された赤色光は、合成用ダイクロイックミラー９に照射される。この合成用ダイクロイックミラー９は赤色光を反射し、青色光を透過する特性を持つ。したがって、変調された赤色光は、合成用ダイクロイックミラー９で反射されて偏光ビームスプリッタ１０に照射される。なお、このとき、赤色光は、先の青色光と合成されて偏光ビームスプリッタ１０に照射されることになる。

また、全反射ミラー６Ｇで全反射されて緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇに導かれたＳ偏光の緑色光は、透過型液晶表示素子８Ｇによって、必要光である白信号に相当する光はＰ偏光に変換され、不要光である黒信号に相当する光はＳ偏光のままで、それぞれ出射するように変調されて偏光ビームスプリッタ１０に照射される。

そして、偏光ビームスプリッタ１０は、偏光分離面１０ａでＳ偏光である第１編光を反射し、第２偏光であるＰ偏光を透過するように構成されている。
このため、合成用ダイクロイックミラー９から偏光ビームスプリッタ１０に入射された青色光と赤色光の合成光のうち必要光である白信号に相当する光は、Ｓ偏光（第１偏光）であるため偏光分離面１０ａで反射され、投写レンズ１２の方向へ出射される（図１参照）。また、偏光ビームスプリッタ１０に入射された青色光と赤色光の合成光のうち不要光である黒信号に相当する光は、Ｐ偏光（第２の偏光）であるため偏光分離面１０ａを透過し、投写レンズ１２とは異なる方向へ出射される。

また、透過型液晶表示素子８Ｇから入射した緑色光のうち必要光である白信号に相当する光は、Ｐ偏光（第２の偏光）であるため偏光分離面１０ａを透過し、投写レンズ１２の方向へ出射される。また、透過型液晶表示素子８Ｇから入射した緑色光のうち不要光である黒信号に相当する光は、Ｓ偏光（第１偏光）であるため偏光分離面１０ａで反射され、投写レンズ１２とは異なる方向へ出射される。

実施の形態１に係る投写型映像表示装置に搭載されている色合成装置１１及び投写型映像表示装置は、以上のごとく構成されているので次のような効果を奏することができる。
（１）透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇの出側に熱を吸収する偏光素子を使用することなく不要光を除去することができるので、従来のように不要光を吸収又は反射する偏光素子が表示素子に隣接して配置されていない構成となる。したがって、熱的問題を抑制した色合成装置１１を提供することができる。また、色合成装置１１の高輝度化を図ることも容易になる。

（２）この実施の形態における色合成装置１１は、合成部材として偏光ビームスプリッタ１０を用いたものである。そして、この偏光ビームスプリッタ１０により、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇから出射された必要光である白信号に相当する偏光を合成して同一方向に出射するとともに、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇから出射された不要光である黒信号に相当する偏光を必要光である白信号に相当する偏光の出射方向とは異なる方向に放射する。したがって、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇの出側に熱を吸収する偏光素子を使用することなく不要光を除去することができる。

（３）この色合成装置１１では、偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａに対し２方向から光を導入するようにしている。また、一方の方向から導入する光については異なる色を同種の性質を持つようにして導入している。具体的には、一方の方向から導入する青色光と赤色光とは何れも透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇに入射させる光をＰ偏光とし、必要光である白信号に相当する光を変調したＳ偏光としている。これに対し、異なる方向から導入する緑色光については、入射させる光をＳ偏光とし、必要光である白信号に相当する光を変調したＰ偏光としている。これにより、偏光ビームスプリッタ１０の偏光分離面１０ａにより、必要光を所定の同一方向に出射し、不要光を他方向に出射するように構成することができる。

（４）本実施の形態の色合成装置１１は、赤，緑，青各色光用の透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇを使用するものであって、これら液晶を変調制御することによりカラー映像を形成することができる。

（５）上記のような色合成装置１１を用いた映像表示装置、すなわち、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできる映像表示装置を提供することができる。
（６）透過型液晶表示素子を用い、かつ、各液晶表示素子の入り側に偏光素子を設けずに、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできるカラー映像表示装置を提供することができる。

（７）光源１から出射される光を偏光変換素子３で第１の偏光に変換し、青色光及び赤色光用の透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒの入り側に位相差板７Ｂ，７Ｒを配置し、緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇにはこのような位相差板を配置しないで、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒと透過型液晶表示素子８Ｇとを異なる位置に配置している。また、偏光ビームスプリッタ１０に対し青色光及び赤色光と緑色光とは異なる方向から入射するように構成されている。このため、偏光分離面１０ａにおいて、青色光及び赤色光の必要光は反射し、緑色光の必要光は透過し、結局３色が同一の方向に出射されるように構成されている。また、青色光及び赤色光の不要光は透過し、緑色光の不要光は反射し、必要光とは異なる方向に除去されている。このように、簡易な構成で不要光を除去することができる。

（８）上記のような映像表示装置において、偏光ビームスプリッタ１０の必要光の出射側に投写レンズ１２を配置することにより、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできる投写型映像表示装置を提供することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図３及び図４に基づき説明する。なお、図３は実施の形態２に係る投写型映像表示装置としてのカラー液晶プロジェクタの全体概略構成図であり、図４は、同カラー液晶プロジェクタの色合成装置１１周りの拡大図である。なお、この図４においては、液晶表示素子に至る光を幅広の矢印線として理解を容易になるようにしている。また、これら図中においてＳ，Ｐは、Ｓ偏光、Ｐ偏光を表わすものとする。

実施の形態２の投写型映像表示装置は、実施の形態１における色分離装置と色合成装置１１とを変更したものである。なお、実施の形態１における構成要素と同一又は相当する部分には同一の符号を付しその説明を省略する。

実施の形態２における照明光学装置及び投写レンズ１２は、図３に示すように、実施の形態１と同一である。
また、この実施の形態２における色合成装置２０は、実施の形態１における色合成装置１１と比較すると、図４に示すように、構成部品及びその配置関係は同一であり、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇを反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇに変更した点で相違する。

一方、色分離装置の構成は、上記のように反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇを反射型に変更することに関連する。つまり、これら反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇを使用するものでは、光の入射と出射とが同一面で行う必要がある。また、実施の形態１の場合と同様に、青色光用の反射型液晶表示素子２１Ｂ及び赤色光用の反射型液晶表示素子２１Ｒに入射する偏光をＰ偏光とし、緑色光用の反射型液晶表示素子２１Ｇに入射する偏光をＳ偏光とする必要がある。

このような色分離装置を構成するために、集光レンズ４を透過したＳ偏光を全反射ミラー１５，１６により２回全反射させ、偏光ビームスプリッタ１０に対し、青色光用の反射型液晶表示素子２１Ｂ側の面とは反対の面からＳ偏光を導入するようにしている。また、このＳ偏光は。波長選択偏光回転素子１７を経て偏光ビームスプリッタ１０に導入するように構成されている。

この波長選択偏光回転素子１７は、波長により偏光を変えるものであって、ここでは青色光及び赤色光をＰ偏光に変換し、緑色光をＳ偏光のまま透過させるものである。したがって、全反射ミラー１６で反射されて、波長選択偏光回転素子１７に導入されたＳ偏光は、青色光及び赤色光がＰ偏光（第２の偏光）に変換され、また、緑色光がＳ偏光（第１の偏光）のままで、偏光ビームスプリッタ１０へ出射される。そして、Ｐ偏光に変換されて出射された青色光及び赤色光は、偏光分離面１０ａにおいて反射されずにそのまま透過し、合成用ダイクロイックミラー９に照射され、Ｓ偏光のまま出射された緑色光は、偏光分離面１０ａで反射されて緑色光用の反射型液晶表示素子２１Ｇに入射される。

合成用ダイクロイックミラー９に照射された青色光及び赤色光のうち青色光は、合成用ダイクロイックミラー９を透過して青色光用の反射型液晶表示素子２１Ｂに入射する。また、合成用ダイクロイックミラー９に照射された青色光及び赤色光のうち赤色光は、合成用ダイクロイックミラー９で反射されて赤色光用の反射型液晶表示素子２１Ｒに入射する。

各反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇに入射した偏光は、それぞれの反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇで変調されて反射光として実施の形態１と同様に変調光が出射される。すなわち、青色光用の反射型液晶表示素子２１Ｂに導かれた青色光は、反射型液晶表示素子２１Ｂによって、必要光である白信号に相当する光はＳ偏光（第１の偏光）に変換されて、また、不要光である黒信号に相当する光はＰ偏光（第２の偏光）のままで、それぞれ出射するように変調されて合成用ダイクロイックミラー９に照射される。そして、この青色光は、合成用ダイクロイックミラー９を透過して偏光ビームスプリッタ１０に照射される。

また、赤色光用の反射型液晶表示素子２１Ｒに導かれた赤色光は、反射型液晶表示素子２１Ｒによって、必要光である白信号に相当する光はＳ偏光（第１の偏光）に変換されて、また、不要光である黒信号に相当する光はＰ偏光（第２の偏光）のままで、それぞれ出射するように変調されて合成用ダイクロイックミラー９に照射される。そして、この赤色光は、合成用ダイクロイックミラー９で反射されて偏光ビームスプリッタ１０に照射される。

また、緑色光用の反射型液晶表示素子２１Ｇに導かれた緑色光は、反射型液晶表示素子２１Ｇによって、必要光である白信号に相当する光はＰ偏光（第２の偏光）に変換され、不要光である黒信号に相当する光はＳ偏光（第１の偏光）のままで、それぞれ出射するように変調されて偏光ビームスプリッタ１０に照射される。

前述のようにして合成用ダイクロイックミラー９から偏光ビームスプリッタ１０に照射された青色光及び赤色光のうち必要光である白信号に相当する光はＳ偏光（第１偏光）であるため偏光分離面１０ａで反射され、投写レンズ１２の方向へ出射される（図３参照）。また、合成用ダイクロイックミラー９から偏光ビームスプリッタ１０に照射された青色光及び赤色光のうち不要光である黒信号に相当する光は、Ｐ偏光（第２の偏光）であるため偏光分離面１０ａを透過し、投写レンズ１２とは異なる方向へ出射される。

また、反射型液晶表示素子２１Ｇから照射された緑色光のうち必要光である白信号に相当する光は、Ｐ偏光（第２の偏光）であるため偏光分離面１０ａを透過し、投写レンズ１２の方向へ出射される。また、反射型液晶表示素子２１Ｇから照射された緑色光のうち不要光である黒信号に相当する光は、Ｓ偏光（第１偏光）であるため偏光分離面１０ａで反射され、投写レンズ１２とは異なる方向へ出射される。

実施の形態２に係る投写型映像表示装置に搭載されている色合成装置２０及び投写型映像表示装置は、以上のごとく構成されているので次のような効果を奏することができる。
（１）実施の形態２に係る色合成装置２０は、実施の形態１における透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒ，８Ｇを反射型液晶表示素子２１Ｂ，２１Ｒ，２１Ｇに偏光したものであるので、実施の形態１における色合成装置１１と同様の効果を奏することができる。

（２）同様に、この実施の形態２に係る投写型映像表示装置は、色分離装置及び色合成装置２０が実施の形態１と構成を異にするが、実施の形態１のものと同様、熱的問題の発生を抑制しながら高輝度化することのできるカラー映像表示装置として提供することができる。

（３）また、この実施の形態の場合は、実施の形態１の場合より構成部品が少なくなるので、コストを軽減することができる。
（変形例）
上記実施の形態において以下のように変更することもできる。

（１）上記各実施の形態において、偏光ビームスプリッタ１０は、Ｓ偏光であるかＰ偏光であるかにより、偏光分離面１０ａを反射又は透過するものであるが、本発明においては、偏光ビームスプリッタ１０は、このような機能を備えるもの全てを包含するものとする。例えば、本発明における偏光ビームスプリッタ１０としてキューブ状のものを記載しているが、偏光分離面１０ａを同様に備えた板状の偏光ビームスプリッタとしてもよい。また、上記偏光ビームスプリッタ１０と同様の作用を有する反射型の偏光素子としてもよい。

（２）上記実施の形態において、偏光ビームスプリッタ１０は、偏光分離面１０ａにおいてＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過するように構成されているが、これを偏光分離面１０ａにおいてＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を反射させるようにしたものとしてもよい。なお、このようにする場合には、例えば、実施の形態１において青色光及び赤色光用の透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒの入り側に設けた位相差板７Ｂ，７Ｒを廃止し、この位相差板を緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇの入り側に設けるなどの適宜の変更を行えばよい。

（３）上記実施の形態において、偏光変換素子３は、ランダムな偏光方向を有する光源１の光を全てＳ偏光に変換する物を例に掲げたが、これとは逆にＰ偏光に変換するものとしてもよい。この場合も、上記の変形例の場合のように、透過型液晶表示素子８Ｂ，８Ｒの入り側に設けた位相差板７Ｂ，７Ｒを廃止し、この位相差板を緑色光用の透過型液晶表示素子８Ｇの入り側に設けるなどの適宜の変更を行えばよい。

（４）上記実施の形態においては、Ｓ偏光を第１の偏光と称し、Ｐ偏光を第２の偏光と称しているが、この称し方を逆にしてもよい。

本発明に係る投射型映像表示装置は、家庭用及び業務用に関係なく、また、画面サイズにも関係なく各種のものに応用することができる。

本発明の実施形態１に係る液晶プロジェクタの全体概略構成図である。 同液晶プロジェクタの色合成部分を拡大した図面である。 本発明の実施の形態２に係る液晶プロジェクタの全体概略構成図である。 同液晶プロジェクタの色合成部分を拡大した図面である。 従来の液晶プロジェクタの全体概略構成図である。

符号の説明

１…光源、３…偏光変換素子、５Ｒ．５Ｂ…分離用ダイクロイックミラー、７Ｒ，７Ｂ…位相差板、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…透過型液晶表示素子、９…合成用ダイクロイックミラー、１０…偏光ビームスプリッタ、１０ａ…偏光分離面、１１，２０…色合成装置、１７…波長選択偏光回転素子、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…反射型液晶表示素子。

Claims (9)

1. 映像信号に基づいて入射した偏光を変調して必要光である白信号に相当する偏光と、不要光である黒信号に相当する偏光とを出射する複数の表示素子と、
   この複数の表示素子それぞれにて変調された必要光である白信号に相当する偏光を合成するとともに、不要光である黒信号に相当する偏光を除去する光合成部材とを
   備えたことを特徴とする色合成装置。
2. 前記光合成部材は、偏光ビームスプリッタからなり、前記複数の表示素子から出射された必要光である白信号に相当する偏光を合成して同一方向に出射するとともに、前記複数の表示素子から出射された不要光である黒信号に相当する偏光を前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向とは異なる方向に放射して除去するようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の色合成装置。
3. 前記表示素子は、異なる色を発する３種の表示素子からなり、
   前記合成部材は、偏光ビームスプリッタと合成用ダイクロイックミラーとからなり、
   前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離面が必要光である白信号に相当する偏光の出射方向に対し４５度傾斜するように配置され、
   前記合成用ダイクロイックミラーは、前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向と直角を成す方向を成す位置であって、かつ、偏光ビームスプリッタの偏光分離面に対し４５度を成す方向の位置に配置され、
   前記３種の表示素子のうちの２種の表示素子は、それぞれから出射された異なる色についての必要光である白信号に相当する偏光及び不要光である黒信号に相当する偏光がこの合成用ダイクロイックミラーで合成されて偏光ビームスプリッタの偏光分離面に照射するように配置され、
   さらに、他の１種の表示素子は、前記必要光である白信号に相当する偏光の出射方向と同一方向に出射して偏光ビームスプリッタの偏光分離面に照射するように配置されてなる
   ことを特徴とする請求項２記載の色合成装置。
4. 前記表示素子は、予め赤，緑，青の３色光成分に色分離された光を受光し、入力された映像信号に基づき入射光を変調する赤，緑，青各色光用の液晶表示素子であり、
   前記２種の表示素子は、青色光用の液晶表示素子と赤色光用の液晶表示素子であり、
   前記他の１種の表示素子は、緑色光用の液晶表示素子であり、
   前記青色光用の液晶表示素子及び赤色光用の液晶表示素子から出射された偏光のうち必要光である白信号に相当する偏光は前記偏光分離面で反射され、不要光である黒信号に相当する偏光は前記偏光分離面を通過し、
   前記緑色光用の液晶表示素子から出射された偏光のうち必要光である白信号に相当する偏光は前記偏光分離面を通過し、不要光である黒信号に相当する偏光は前記偏光分離面で反射されるように構成されている
   ことを特徴とする請求項３記載の色合成装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項の色合成装置を用いたことを特徴とする映像表示装置。
6. 光源と、
   光源からの光を単一の偏光に変換する偏光変換素子と、
   偏光変換素子で単一の偏光に変換された光を、赤、緑、青の３色光成分に色分離する色分離装置と、
   請求項４に記載された色合成装置とを有し、
   前記液晶表示素子は透過型液晶表示素子であり、
   前記色分離装置は、前記透過型液晶表示素子の入り側において、分離用ダイクロイックミラーにより形成されている
   ことを特徴とする映像表示装置。
7. 前記偏光変換素子は、光源からの光を第１の偏光に変換するものであり、
   前記青色光用の透過型液晶表示素子及び赤色光用の透過型液晶表示素子の入り側にはそれぞれ位相差板が配置され、これら位相差板を透過することにより、前記青色光用の透過型液晶表示素子及び赤色光用の透過型液晶表示素子に入射される偏光が第２の偏光に変換され、
   前記緑色光用の透過型液晶表示素子に入射される偏光は、前記偏光変換素子で変換された第１の偏光のままであり、
   前記偏光ビームスプリッタは、偏光分離面において第１の偏光を反射し、第２の偏光を透過するように構成されている
   ことを特徴とする請求項６記載の映像表示装置。
8. 光源と、
   光源からの光を第１の偏光に変換する偏光変換素子と、
   偏光変換素子で第１の偏光に変換された光を、赤、緑、青の３色光成分に色分離する色分離装置と、
   請求項４に記載された色合成装置とを有し、
   前記液晶表示素子は反射型液晶表示素子であり、
   前記色分離装置は、前記偏光ビームスプリッタに対し、前記合成用ダイクロイックミラー側の面の反対側の面に対し出射するように配置された波長選択偏光回転素子と、前記偏光ビームスプリッタと、前記ダイクロイックミラーから構成されるものであり、
   前記波長選択偏光回転素子は、青色光及び赤色光を第２の偏光に変換して出射し、緑を第１の偏光のまま出射するものであり、
   前記偏光ビームスプリッタは、第１の偏光を反射し、第２の偏光を透過するものであり、
   前記合成用ダイクロイックミラーは、青色光及び赤色光の何れか一方を反射し、他方を透過するように構成されている
   ことを特徴とする映像表示装置。
9. 請求項５〜８の何れか１項に記載された映像表示装置であって、
   前記色合成装置における第１の偏光の出射側に、合成された光を拡大投射する投写レンズが配置されている
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。

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