JP2014085570A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜め姿勢で配置された板状光学素子の側面での光軸に対して直交する方向への反射を抑制することのできる投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】投射型表示装置１において、板状の光路分離素子（板状光学素子）として用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、入射光軸Ｌ０に４５°の角度で配置されている。かかる斜め姿勢の結果、光軸方向でずれた側面１０ｅ、１０ｆには、入射光軸Ｌ０に平行な方向に向いている。このため、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３）が位置する側に向かうことを防止することができる。かかる構成によれば、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されることを防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ライトバルブによって変調した光を投射して表示する投射型表示装置に関するものである。

投射型表示装置は、液晶装置等のライトバルブによって変調した光をスクリーン等の被投射面に投射する。このため、投射型表示装置は、概ね、光源部と、光源部から出射された光源光を変調するライトバルブと、ライトバルブによって変調された光を投射する投射光学系とを有しており、光源部からライトバルブを経由して投射光学系に至る光路には複数の光学素子が配置されている。また、複数の光学素子には、光路の光軸に対して斜めに配置された透光性基板を備えた板状光学素子が含まれている。

例えば、図８（ａ）、（ｂ）に模式的に示すように、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）は、光源部から照明光学系７を経て液晶パネル１１（ライトバルブ）に向かう第１光路と、液晶パネル１１から投射光学系５に向かう第２光路とを分離する光路分離素子であるため、第１光路および第２光路に対して４５°の角度をなす斜め姿勢で配置されることになる（例えば、特許文献１参照）。

なお、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、照明光学系７とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０との間には偏光子９が配置され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と液晶パネル１１との間には位相差板１２が配置され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と投射光学系５との間には検光子１３が配置されている。

特開２００７−２１２９９７号公報

しかしながら、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を斜め姿勢で配置すると、光軸方向の前後方向にずれた一対の側面１０ｅ、１０ｆは、前側の側面１０ｅ（第１側面）が光軸方向の前側に向かって４５°の角度をなし、後側の側面１０ｆ（第２側面）は、光軸方向の後側に向かって４５°の角度をなすことになる。その結果、光源光の一部は、矢印Ｌｓで示すように、前側に位置する側面１０ｅにおいてワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０への入射光軸に対して直交する方向に向かって反射することになる。また、光源光の一部は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射した後、矢印Ｌｔで示すように、後側に位置する側面１０ｆにおいてワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０への入射光軸に対して直交する方向に向かって反射することになる。その結果、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光も変調光と同様に投射光学系５から被投射面５０に投射される結果、投射画像のコントラストを低下させる等の問題点が発生する。

なお、同様なコントラストの低下は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に限らず、ダイクロイックミラー等の板状の光路分離素子を斜め姿勢で配置した場合でも発生する。また、光路分離素子に限らず、他の板状光学素子を斜め姿勢で配置した場合の側面での光軸と直交する方向への反射は、迷光が発生する原因となるため、好ましくない。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、斜め姿勢で配置された板状光学素子の側面での光軸に対して直交する方向への反射を抑制することのできる投射型表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、光源部と、該光源部から出射された光源光を変調するライトバルブと、該ライトバルブによって変調された光を投射する投射光学系と、前記光源部から前記ライトバルブを経由して前記投射光学系に至る光路に配置された複数の光学素子と、を有する投射型表示装置であって、前記複数の光学素子は、前記光路の光軸に対して斜めに配置されることにより、第１側面が前記第１側面に対向する第２側面より前記光路の前記光源部側に位置する透光性基板を備えた板状光学素子を含み、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方で、当該板状光学素子に向かう前記光源光が前記光軸方向に直交する方向に反射することを防止する反射防止構造を有していることを特徴とする。

本発明において、光軸に対して斜めに配置された板状光学素子は、板状光学素子に向かう光源光が板状光学素子の第１側面および第２側面の少なくとも一方で光軸方向に直交する方向に反射することを防止する反射防止構造を有しているため、板状光学素子の側面で反射した光によって投射画像の品位が低下しにくい。

本発明は、前記板状光学素子が、前記光源部から前記ライトバルブに向かう第１光路と、前記ライトバルブから前記投射光学系に向かう第２光路とを分離する光路分離素子であって、前記第１光路および前記第２光路に対して４５°の角度をなすように傾いている場合に適用すると特に効果的である。光軸に対して４５°の角度で配置された光路分離素子の場合、光源光が板状光学素子の側面で光軸方向に直交する方向に反射されると、分離したはずの光路に光が漏れて投射画像の品位が低下しやすいが、かかる光路分離素子の側面に反射防止構造を設ければ、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。

また、本発明は、前記板状光学素子は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターである場合に適用すると特に効果的である。各種の光路分離素子のうち、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターの場合には透光性基板が厚いので、側面での反射が大きいが、かかるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターの側面に反射防止構造を設ければ、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、少なくとも、前記第１側面に前記反射防止構造を有していることが好ましい。前側（光源部側）に位置する第１側面には光源光が到達しやすいが、かかる前側の第１側面に反射防止構造を設ければ、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。

本発明は、前記板状光学素子には、前記光源部の側から平行光あるいは発散光が入射する場合に適用すると特に効果的である。光源部の側から平行光あるいは発散光が入射する場合には、収束光が入射する場合に比較して、側面に光源光が入射しやすいが、光源部の側から平行光あるいは発散光が入射する場合に板状光学素子の側面に反射防止構造を設ければ、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記板状光学素子への入射光軸に対して平行な方向に前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方が向いた構造を有している構成を採用することができる。かかる構成によれば、側面に入射した光は、光軸に沿って反射されるので、投射光学系から出射されにくい。それ故、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記板状光学素子への入射光軸に対して直交する方向に前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方が向いた構造を有している構成を採用してもよい。かかる構成によれば、側面に光が入射しにくい。従って、側面で反射した光が投射光学系から出射されにくい。それ故、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の一方の側面が前記板状光学素子への入射光軸に対して直交する方向に向き、他方の側面が前記板状光学素子への入射光軸に平行な方向に向いた構造を有していることが好ましい。かかる構成によれば、板状光学素子の近傍に他の光学素子を配置することができるので、板状光学素子が配置される周辺を小型化することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方に光吸収層が形成された構造を有している構成を採用してもよい。かかる構成によれば、側面で光が反射しにくいので、側面で反射した光が投射光学系から出射されにくい。それ故、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方に光散乱性が付された構造を有している構成を採用してもよい。かかる構成によれば、側面で光が反射しにくいので、側面で反射した光が投射光学系から出射されにくい。それ故、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

本発明において、前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方の前記光源部側に遮光部材が配置された構造を有している構成を採用してもよい。かかる構成によれば、側面に光が入射しにくい。従って、側面で反射した光が投射光学系から出射されにくい。それ故、側面で反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

本発明を適用した投射型表示装置の説明図である。 本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 本発明の実施の形態３に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 本発明の実施の形態４に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 本発明の実施の形態５に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 本発明の実施の形態６に係る投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図である。 従来の投射型表示装置の説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に参照する図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。また、以下の説明では、図８を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して省略する。

［実施の形態１］
（投射型表示装置の構成）
図１は、本発明を適用した投射型表示装置の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、投射型表示装置の概略構成図、および投射型表示装置に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子）の説明図である。

図１（ａ）に示す投射型表示装置１は、３枚の反射型液晶ライトバルブ（反射型の液晶パネル）を備えたプロジェクターであり、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）、青色光（Ｂ光）からなる３色の色光を出射する照明装置２と、各色光による画像を形成する３組の液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂと、３色の色光を合成する色合成素子４（色合成光学系）と、合成された光をスクリーン等の被投射面（図示せず）に投射する投射光学系５とを備えている。照明装置２は、光源部６と照明光学系７とを有しており、照明光学系７は、インテグレーター光学系７１と色分離光学系７２とを備えている。

液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは、偏光子９と、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）と、反射型の液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ（ライトバルブ）と、位相差板１２と、検光子１３とを備えている。

かかる投射型表示装置１において、光源部６から出射された白色光は、照明光学系７のインテグレーター光学系７１に入射する。インテグレーター光学系７１に入射した白色光は、照度が均一化されるとともに偏光状態が所定の直線偏光に揃えられて出射される。インテグレーター光学系７１から出射された白色光は、照明光学系７の色分離光学系７２によりＲ、Ｇ、Ｂの各色光に分離され、色光毎に異なる組の液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射する。各液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射した色光は、表示すべき画像の画像信号に基づいて変調された変調光となる。３組の液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂから出射された３色の変調光は、色合成素子４（色合成光学系）により合成されて多色光となり、投射光学系５に入射する。投射光学系５に入射した多色光は、スクリーン等の被投射面５０に投射される。このようにして、被投射面にフルカラーの画像が表示される。

このように構成した投射型表示装置１において、光源部６は、光源ランプ１５と放物面リフレクター１６とを有している。光源ランプ１５から放射された光は、放物面リフレクター１６によって一方向に反射されて略平行な光束となり、光源光としてインテグレーター光学系７１に入射する。光源ランプ１５は、例えばメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ等により構成される。放物面リフレクター１６に代えて、楕円リフレクター、球面リフレクター等によりリフレクターを構成してもよい。リフレクターの形状に応じて、リフレクターから出射された光を平行化する平行化レンズを用いてもよい。

インテグレーター光学系７１は、第１レンズアレイ１７と、第２レンズアレイ１８と、偏光変換素子１９と、重畳レンズ２０とを有している。第１レンズアレイ１７は、光軸Ｌ（装置光軸）に略直交する面に配列された複数のマイクロレンズ２１を有している。第２レンズアレイ１８は、第１レンズアレイ１７と同様、複数のマイクロレンズ２２を有している。各マイクロレンズ２１、２２はマトリクス状に配列されており、光軸Ｌに直交する平面における平面形状が、液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの被照明領域と相似形状（略矩形）になっている。被照明領域とは、液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂにおいて複数の画素がマトリクス状に配列されて表示に実質的に寄与する領域のことである。

偏光変換素子１９は、複数の偏光変換ユニット２３を有している。各偏光変換ユニット２３は、その詳細な構造を省略するが、偏光分離膜、１／２位相板、および反射ミラーを有している。第１レンズアレイ１７の各マイクロレンズ２１は、第２レンズアレイ１８の各マイクロレンズ２２と１対１で対応している。第２レンズアレイ１８の各マイクロレンズ２２は、偏光変換素子１９の各偏光変換ユニット２３と１対１で対応している。

インテグレーター光学系７１に入射した光源光は、第１レンズアレイ１７の複数のマイクロレンズ２１に空間的に分かれて入射し、マイクロレンズ２１に入射した光束毎に集光される。各マイクロレンズ２１により集光された光源光は、マイクロレンズ２１と対応する第２レンズアレイ１８のマイクロレンズ２２に結像する。すなわち、第２レンズアレイ１８の複数のマイクロレンズ２２の各々に二次光源像が形成される。マイクロレンズ２２に形成された二次光源像からの光は、このマイクロレンズ２２に対応する偏光変換ユニット２３に入射する。

偏光変換ユニット２３に入射した光は、偏光分離膜に対するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分離された一方の偏光（例えばＳ偏光）は、反射ミラーで反射した後に１／２位相板を通ることで偏光状態が変換され、他方の偏光（例えばＰ偏光）に揃えられる。ここでは、偏光変換ユニット２３を通った光の偏光状態が、後述する偏光子９を透過する偏光状態に揃えられるようになっている。複数の偏光変換ユニット２３から出射された光は、重畳レンズ２０によって液晶パネル１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの被照明領域上に重畳される。第１レンズアレイ１７により空間的に分割された各光束が被照明領域の略全域を照明することにより照度分布が平均化され、被照明領域上の照度が均一化される。

色分離光学系７２は、波長選択面を有する第１ダイクロイックミラー２５、第２ダイクロイックミラー２６、第３ダイクロイックミラー２７、および第１反射ミラー２８、第２反射ミラー２９を有している。第１ダイクロイックミラー２５は、赤色光ＬＲを反射させるとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを透過させる分光特性を有している。第２ダイクロイックミラー２６は、赤色光ＬＲを透過させるとともに、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢを反射させる分光特性を有している。第３ダイクロイックミラー２７は、緑色光ＬＧを反射させるとともに、青色光ＬＢを透過させる分光特性を有している。第１ダイクロイックミラー２５と第２ダイクロイックミラー２６とは、各々の波長選択面が互いに略直交するように、かつ各々の波長選択面がインテグレーター光学系７１の光軸Ｌ２と略４５°の角度をなすように配置されている。

色分離光学系７２に入射した光源光に含まれる赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢは、以下のようにして分離され、分離された色光毎に対応する液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂに入射する。すなわち、赤色光ＬＲは、第２ダイクロイックミラー２６を透過するとともに第１ダイクロイックミラー２５で反射した後、第１反射ミラー２８で反射し、赤色光用の液晶装置３Ｒに入射する。緑色光ＬＧは、第１ダイクロイックミラー２５を透過するとともに第２ダイクロイックミラー２６で反射した後、第２反射ミラー２９で反射し、第３ダイクロイックミラー２７で反射して、緑色光用の液晶装置３Ｇに入射する。青色光ＬＢは、第１ダイクロイックミラー２５を透過するとともに第２ダイクロイックミラー２６で反射した後、第２反射ミラー２９で反射し、第３ダイクロイックミラー２７を透過して、青色光用の液晶装置３Ｂに入射する。各液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂで変調された各色光は色合成素子４に入射する。

色合成素子４は、ダイクロイックプリズムにより構成されている。ダイクロイックプリズムは、４つの三角柱プリズムが互いに貼り合わされた構造になっている。三角柱プリズムにおいて貼り合わされる面は、ダイクロイックプリズムの内面になる。ダイクロイックプリズムの内面に、赤色光ＬＲが反射して緑色光ＬＧが透過するミラー面と、青色光ＬＢが反射して緑色光ＬＧが透過するミラー面とが互いに直交して形成されている。ダイクロイックプリズムに入射した緑色光ＬＧは、ミラー面をそのまま直進して出射される。ダイクロイックプリズムに入射した赤色光ＬＲ、青色光ＬＢは、ミラー面で選択的に反射あるいは透過して、緑色光ＬＧの出射方向と同じ方向に出射される。このようにして３つの色光（画像）が重ね合わされて合成され、合成された色光が投射光学系５によってスクリーン等に拡大投写される。投射光学系５は、第１レンズ群４４および第２レンズ群４５を有している。

液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂはいずれもユニット化されており、同様の構成になっている。このため、液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂを区別せず、液晶装置３として説明する。液晶装置３は、偏光子９（入射側偏光板）と、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と、液晶パネル１１と、位相差板１２と、検光子１３（出射側偏光板）とを備えている。かかる液晶装置３において、光源光から分離された光は偏光子９に入射する。本形態において、位相差板１２はＣプレートであり、厚さ方向の位相差Ｒｔｈは２４０ｎｍである。かかる位相差板１２は、光軸に対して直交する姿勢で配置される場合がある他、光軸に対して直交する姿勢からやや傾いた姿勢で配置される場合もある。偏光子９は所定の方向に振動する直線偏光を透過するものであり、例えば、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に対するＰ偏光を透過するように透過軸が設定されている。以下、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に対するＰ偏光を単にＰ偏光と称し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に対するＳ偏光を単にＳ偏光と称する。上述したように、インテグレーター光学系７１を通った光源光は、偏光状態がＰ偏光に揃えられているため、光源光から分離された光の略全てが偏光子９を透過してワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射する。

ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、光源部６から液晶パネル１１に向かう第１光路と、液晶パネル１１から投射光学系５に向かう第２光路とを分離する光路分離素子であって、第１光路および第２光路に対して４５°の角度をなすように傾いて配置された光路分離素子である。

図１（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、例えば、ガラス基板等の透光性基板１０ａと、その上に形成された複数の金属線等からなるワイヤーグリッド１０ｂとにより構成された板状光学素子である。複数のワイヤーグリッド１０ｂは、全てが一方向に延在しており、互いに略平行に離間して透光性基板１０ａ上に形成されている。複数のワイヤーグリッド１０ｂが形成された透光性基板１０ａの主面が偏光分離面となり、複数のワイヤーグリッド１０ｂの延在方向が反射軸方向であり、複数のワイヤーグリッド１０ｂの配列方向が透過軸方向である。

ここで、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、入射する光Ｌｉの中心軸（入射光軸Ｌ０）に対して略４５°の角度をなすように斜め姿勢で配置される（図１参照）。従って、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈのうち、相対向する辺に位置する一対の側面１０ｅ、１０ｆは、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射する光Ｌｉの光軸方向で前後方向にずれることになる。従って、一対の側面１０ｅ、１０ｆのうち、側面１０ｅは、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射する光Ｌｉの光軸方向の前側（光源部６の側）の第１側面となり、側面１０ｆは、後側（液晶パネル１１の側）の第２側面となる。

かかるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、入射する光Ｌｉのうち、偏光方向が反射軸方向と一致するＳ偏光は偏光分離面で反射し、偏光方向が透過軸方向と一致するＰ偏光は偏光分離面を透過する。本形態では、インテグレーター光学系７１の偏光変換素子１９および偏光子９の作用によって光Ｌｉは、概ねＰ偏光になっているため、光Ｌｉの略全てがワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の偏光分離面を透過して液晶パネル１１に入射する。なお、偏光子９および検光子１３も、耐熱性等を考慮してワイヤーグリッド型偏光板で構成されていることが望ましい。

再び図１（ａ）において、液晶パネル１１は反射型の液晶パネルであり、液晶モードは、垂直配向（Vertical Alien）モードである。かかる液晶パネル１１の詳細な説明は省略するが、液晶層は誘電率異方性が負の液晶材料で構成されている。本形態において、液晶層の位相差ｎｄは０．２１６（波長５８９ｎｍ）である。セル厚は２．１μｍであり、プレチルト角は４°である。

かかる液晶装置３において、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を透過した光Ｌｉは、位相差板１２、液晶パネル１１に入射した後、反射して折り返される。その際、光Ｌｉは変調光となり、かかる変調光のうち、Ｓ偏光はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０で検光子１３に向けて反射される。ここで、液晶装置３はノーマリブラックとなるように構成されており、検光子１３と偏光子９とは、互いの透過軸を液晶パネル１１に光学的に投影したときに直交するように配置されている。このため、位相差板１２を再度透過した変調光のうち、Ｓ偏光はワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０で反射された後、検光子１３を透過することになる。かかる変調は、液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのいずれにおいても同様に行われる。従って、液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂから出射された３色の変調光は、色合成素子４（色合成光学系）により合成されて多色光となり、投射光学系５に入射し、投射光学系５から投射される。

（ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆの詳細構成）
図２は、本発明の実施の形態１に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と他の光学系との位置関係を模式的に示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図である。なお、本形態および後述するいずれの形態でも、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の構成は、液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂのいずれにおいても同様であるため、液晶装置３Ｒ、３Ｇ、３Ｂの区別を行わずにワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に設けた反射防止構造を説明する。また、本形態で参照する図２、および後述する形態で参照する図３〜図７では、図１（ｂ）に透光性基板１０ａおよびワイヤーグリッド１０ｂの各々の図示を省略し、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０全体を板状に表してある。

図２に示すように、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）は、入射光軸Ｌ０に対して略４５°の角度をなすように斜め姿勢で配置されている。このため、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の一対の側面１０ｅ、１０ｆのうち、側面１０ｅは、入射光軸方向の前側（光源部６の側）に位置し、側面１０ｆは、入射光軸方向の後側に位置する。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０には、図１（ａ）を参照して説明した光源部６の側から平行光あるいは発散光が入射する。

そこで、本形態のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、側面１０ｅ、１０ｆの少なくとも一方の側面で光軸方向に直交する方向に反射することを防止する反射防止構造を有している。より具体的には、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、反射防止構造として、入射光軸Ｌ０に平行な方向に側面１０ｅ、１０ｆが向いた構造を有している。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、スクライブ時、斜めに切断する方法等により製造することができる。

かかる構成の反射防止構造によれば、側面１０ｅに到達した光は、入射光軸Ｌ０に沿って反射される。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の端部に入射して側面１０ｆに到達した光は、入射光軸Ｌ０に沿って反射される。従って、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３が位置する側）に向かうことを防止することができる。それ故、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態が発生しにくいので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因するコントラスト比（白表示の明るさと黒表示の明るさとの比）の低下が発生しにくい。よって、投射画像の品位の低下を抑制することができる。特に光路分離素子（ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０）の場合、側面１０ｅ、１０ｆで光軸方向に直交する方向に反射されると、分離したはずの光路に光が漏れて投射画像の品位が低下しやすいが、かかるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆに反射防止構造を設けたので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。また、特にワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の場合には、撓み等を防止すること等を目的に透光性基板１０ａとして比較的厚い基板が用いられるので、側面１０ｅ、１０ｆでの反射が大きいが、かかるワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆに反射防止構造を設ければ、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を効果的に防止することができる。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と他の光学系との位置関係を模式的に示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図である。なお、本形態および後述するいずれの形態も、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、対応する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。

図３に示すように、本形態の投射型表示装置１においても、実施の形態１と同様、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）は、入射光軸Ｌ０に対して略４５°の角度をなすように斜め姿勢で配置されている。このため、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の一対の側面１０ｅ、１０ｆのうち、側面１０ｅは、入射光軸方向の前側（光源部６の側）に位置し、側面１０ｆは、入射光軸方向の後側に位置する。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０には、図１（ａ）を参照して説明した光源部６の側から平行光あるいは発散光が入射する。

そこで、本形態のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、側面１０ｅ、１０ｆの少なくとも一方の側面で光軸方向に直交する方向に反射することを防止する反射防止構造を有している。より具体的には、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０は、反射防止構造として、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に側面１０ｅ、１０ｆが向いた構造を有している。

かかる構成によれば、側面１０ｅ、１０ｆに向けて進行する光は、側面１０ｅ、１０ｆに入射しない。従って、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３が位置する側）に向かうことを防止することができる。それ故、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態が発生しにくいので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

［実施の形態３］
図４は、本発明の実施の形態３に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を投射型表示装置１に配置した状態の説明図である。

実施の形態１では、反射防止構造として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆが入射光軸Ｌ０に平行な方向に側面１０ｅ、１０ｆが向いた構造が採用され、実施の形態２では、反射防止構造として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆが入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に側面１０ｅ、１０ｆが向いた構造が採用されている。

これに対して、本形態では、図４に示すように、反射防止構造として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の前側の側面１０ｅ（第１側面）が入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向き、後側の側面１０ｆ（第２側面）が入射光軸Ｌ０に平行な方向に向いている。このため、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３が位置する側）に向かうことを防止することができる。

また、図４（ｂ）に示すように、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の前側の側面１０ｅが入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向いているため、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と隣り合う位置で、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向く検光子１３をワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と近接させることができる。また、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の後側の側面１０ｆが入射光軸Ｌ０に平行な方向に向いているため、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と隣り合う位置で、入射光軸Ｌ０に平行な方向に向く位相差板１２をワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０と近接させることができる。それ故、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０が配置される空間を狭めることができるので、液晶装置３および投射型表示装置１の小型化を図ることができる。

［実施の形態４］
図５は、本発明の実施の形態４に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図５（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の斜視図である。

実施の形態１〜３では、反射防止構造として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆの向きを最適化したが、本形態では、図５に示すように、側面１０ｅ、１０ｆには、金属膜や黒色塗膜等の光吸収層１０ｊ（反射防止層）が形成されている。すなわち、本形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆに光吸収層１０ｊが形成されている。かかる光吸収層１０ｊは厚さが３００ｎｍ程度である。

かかる構成の反射防止構造によれば、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の前側の側面１０ｅに到達した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３が位置する側）に向かうことを防止することができる。なお、光吸収層１０ｊの場合、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の端部でワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射した光の一部は、光吸収層１０ｊに到達する前に後側の側面１０ｆで一部が反射するが、かかる光の強度は、側面１０ｅで反射した場合の光の強度に比して小である。それ故、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態が発生しにくいので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

なお、本形態の投射型表示装置１では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射する光は、色分離光学系７２によりＲ、Ｇ、Ｂの各色光に分離された光である。従って、光吸収層１０ｊとしては。黒色の光吸収層１０ｊに代えて、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０に入射する色光を吸収可能な波長選択性を有する光吸収層１０ｊ（色素層）を用いてもよい。

［実施の形態４の改良例］
図５に示す形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆに光吸収層１０ｊ（反射防止層）を形成したが、実施の形態１、２、３で説明したように、入射光軸Ｌ０に平行な方向に向く側面１０ｅ、１０ｆや、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向く側面１０ｅ、１０ｆに光吸収層１０ｊ（反射防止層）を形成してもよい。かかる構成によれば、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態をより確実に防止することができる。

［実施の形態５］
図６は、本発明の実施の形態５に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の斜視図である。

実施の形態４では、側面１０ｅ、１０ｆに光吸収層１０ｊ（反射防止層）を形成したが、本形態では、図６に示すように、側面１０ｅ、１０ｆに光拡散性が付与されている。すなわち、本形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆに微細な凹凸１０ｋが形成されており、光散乱性が付与されている。かかる光散乱性は、側面１０ｅ、１０ｆに対するフッ酸処理やサンドブラスト等によって付与することができる。

かかる構成の反射防止構造によれば、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の前側の側面１０ｅ、１０ｆに到達した光が、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向（検光子１３が位置する側）に向かうことを防止することができる。それ故、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態が発生しにくいので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

［実施の形態５の改良例］
図６に示す形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆに光散乱性付与用の凹凸１０ｋを形成したが、実施の形態１、２、３で説明したように、入射光軸Ｌ０に平行な方向に向く側面１０ｅ、１０ｆや、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向く側面１０ｅ、１０ｆに凹凸１０ｋを形成して光散乱性を付与してもよい。かかる構成によれば、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態をより確実に防止することができる。

［実施の形態６］
図７は、本発明の実施の形態６に係る投射型表示装置１に用いたワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０（板状光学素子）に設けた反射防止構造の説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を拡大して示す説明図、およびワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の斜視図である。

実施の形態１〜３では、反射防止構造として、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の側面１０ｅ、１０ｆの向きを最適化し、実施の形態４、５では、側面１０ｅ、１０ｆに成膜等の処理を行ったが、本形態では、図７に示すように、側面１０ｅ、１０ｆの前側に遮光部材１０ｒが配置されている。すなわち、本形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆの前側に矩形枠状の遮光部材１０ｒが配置されており、側面１０ｅ、１０ｆへの光の入射が阻止されている。本形態において、遮光部材１０ｒは、例えば、金属板の前側の面に、カーボン等を利用して艶消しの黒色処理を行ったフレーム板からなる。

かかる構成の反射防止構造によれば、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０の前側の側面１０ｅ、１０ｆに光が到達しない。それ故、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態が発生しにくいので、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光に起因する投射画像の品位の低下を抑制することができる。

なお、図７に示す形態では、矩形枠状の遮光部材１０ｒを用いたが、側面１０ｅ、１０ｆの前側のみに遮光部材１０ｒを設けてもよい。また、遮光部材１０ｒにフックを設けて透光性基板１０ａと一体化すれば、遮光部材１０ｒが一体となったワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を構成することができる。

［実施の形態６の改良例］
図７に示す形態では、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０において入射光軸Ｌ０に４５°の角度をなす側面１０ｅ、１０ｆの前側に遮光部材１０ｒを配置したが、実施の形態１、２、３で説明したように、入射光軸Ｌ０に平行な方向に向く側面１０ｅ、１０ｆや、入射光軸Ｌ０に対して直交する方向に向く側面１０ｅ、１０ｆの前側に遮光部材１０ｒを配置してもよい。また、実施の形態４、５のように、光吸収層１０ｊや光散乱性を付与した側面１０ｅ、１０ｆの前側に遮光部材１０ｒを配置してもよい。かかる構成によれば、側面１０ｅ、１０ｆで反射した光が投射光学系５から出射されるという事態をより確実に防止することができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、光軸に対して斜めに配置される板状光学素子として、光路分離素子としてのワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター１０を例示したが、光の波長によって光路を分離する板状のダイクロイックミラー（光路分離素子）に本発明を適用してもよい。

また、上記実施の形態では、光源部６から液晶パネル１１に向かう第１光路と、液晶パネル１１から投射光学系５に向かう第２光路とを分離する光路分離素子に本発明を適用したが、他の光路に配置されたダイクロイックミラー、ハーフミラー、全反射ミラー等、透光性基板を備えた他の板状光学素子が斜めに配置される場合に本発明を適用してもよい。

１・・投射型表示装置、２・・照明装置、３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ・・液晶装置、４・・色合成素子（色合成光学系）、５・・投射光学系、６・・光源部、７・・照明光学系、９・・偏光子、１０・・ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッター（板状光学素子／光路分離素子）、１０ｅ・・ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターの側面（第１側面）、１０ｆ・・ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターの側面（第２側面）、１０ｊ・・光吸収層、１０ｋ・・光散乱性付与用の凹凸、１０ｒ・・遮光部材、１１・・液晶パネル（ライトバルブ）、１２・・位相差板、１３・・検光子、５０・・被投射面

Claims (11)

1. 光源部と、該光源部から出射された光源光を変調するライトバルブと、該ライトバルブによって変調された光を投射する投射光学系と、前記光源部から前記ライトバルブを経由して前記投射光学系に至る光路に配置された複数の光学素子と、を有する投射型表示装置であって、
   前記複数の光学素子は、前記光路の光軸に対して斜めに配置されることにより、第１側面が前記第１側面に対向する第２側面より前記光路の前記光源部側に位置する透光性基板を備えた板状光学素子を含み、
   前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方で、当該板状光学素子に向かう前記光源光が前記光軸方向に直交する方向に反射することを防止する反射防止構造を有していることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記板状光学素子は、前記光源部から前記ライトバルブに向かう第１光路と、前記ライトバルブから前記投射光学系に向かう第２光路とを分離する光路分離素子であって、前記第１光路および前記第２光路に対して４５°の角度をなすように傾いていることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記板状光学素子は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
4. 前記板状光学素子は、少なくとも、前記第１側面に前記反射防止構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
5. 前記板状光学素子には、前記光源部の側から平行光あるいは発散光が入射することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
6. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記板状光学素子への入射光軸に対して平行な方向に前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方が向いた構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
7. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記板状光学素子への入射光軸に対して直交する方向に前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方が向いた構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
8. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の一方の側面が前記板状光学素子への入射光軸に対して直交する方向に向き、他方の側面が前記板状光学素子への入射光軸に平行な方向に向いた構造を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
9. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方に光吸収層が形成された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
10. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方に光散乱性が付された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。
11. 前記板状光学素子は、前記反射防止構造として、前記第１側面および前記第２側面の少なくとも一方の前記光源部側に遮光部材が配置された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の投射型表示装置。

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