JP2015232673A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜した光学軸を有する位相補償板は角度敏感度が高く、位相補償板および偏光分離プリズム其々の配置、組付け時の位置ズレによりコントラストが変動する。また水晶やサファイア等の位相補償板を用いる場合に厚みが薄く、ハンドリングが困難である。
【解決手段】位相補償板を偏光分離プリズムの光入出射面のうち画像表示素子と対向する面に精密に接合することで、位相補償板の軸の配置角度の精度を高めるとともに、ハンドリングを容易にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、投射型画像表示装置に関するものであり、特に偏光分離プリズムを用いた反射型の投射型画像表示素子に関するものである。

従来より光源部と、光源からの照明光束を偏光に応じて分離、合成する光学系と、照射された光を画像光へ変換する画像表示素子と、変換された画像光を結像させる投射光学系とを有する投射型画像表示装置が知られている。

以下、代表的な構成を示す。光源から照射された白色光は偏光変換素子によりある所定の偏光方向に揃えられ、ダイクロイックミラーで緑色帯域と、青、赤色帯域の光に分離される。青、赤色帯域の光はさらに色選択性位相板により所定の波長帯域の偏光方向が９０°変換され、偏光分離プリズム、位相差板を介して所定の色の光は所定の色に対応した画像表示素子を照明する。画像表示素子は画像信号に応じて照明光を画像光に変換して反射する。画像光は偏光分離プリズム、合成プリズム等により合成され、投射光学系によりスクリーンに投影される。

ところで、一般的に投射型画像表示装置では、前記画像表示素子が黒表示状態であるにもかかわらず、投射光学系側に光が漏れることにより画像のコントラストが低下する。画像表示装置を構成する素子のうち、偏光分離プリズムや位相差板の偏光特性は入射角度依存性を持ち、そのため素子を透過若しくは反射する偏光の特性も入射角度に依存して変化する。つまり入射角度に応じて偏光状態にズレが生じるため、偏光分離プリズムで全ての入射角度の偏光を一様に偏光分離することは出来ず、一部の光は漏れ光となる。

また一般的に画像表示素子の各画素は数μｍ程度のオーダで規則的に配列しており、入射光は画像表示素子によって反射される際に、その開口形状や画素ピッチに応じた回折光を生じる。回折光はその回折次数に応じ正反射光（０次反射光）とは異なる角度で反射されるため、反射回折光と正反射光とでは各偏光素子で受ける偏光特性が変化する。その結果、回折光の多くは所望の偏光状態から外れたものとなり、漏れ光の要因となる。

これらの光は画像表示素子が黒表示状態であるにもかかわらず、偏光分離プリズム、投射レンズを通じてスクリーンへ投射されるため、表示画像のコントラストを低下させる。

特許文献１では、光学軸の傾いた位相補償板を画像表示素子と偏光分離プリズムの間に配置することにより、偏光分離プリズムで生じる偏光特性を補償し、画像表示素子で生じる回折漏れ光を抑制している。また特許文献２に記載の投射型表示装置では、位相波長板や偏光分離プリズムの表面反射を抑制するために偏光分離プリズムと位相波長板を接合する構成が開示されている。

特開２０１１−３３７６２号公報 特開２００６−３０１５１９号公報

しかし、特許文献１の位相補償板は、その光学軸の配置角度に敏感であり、位相補償板および偏光分離プリズム其々の配置、組付け時の位置ズレによりコントラストが変動する、という課題がある。さらに耐熱、耐ＵＶ性などの観点から水晶やサファイア等の無機誘電体結晶を使用した場合、非常に厚みが薄く、精度の高い組付け等が困難であるという課題がある。特許文献２では、位相波長板の軸方向の敏感度に対しては何ら言及されていない。

本発明に係る投射型画像表示装置の構成は、光源と、光源から入射した光を画像に応じて異なる偏光状態の画像光として反射させる反射型画像表示素子と、光源または画像表示素子からの光が入射または出射する入出射面と、該入出射面に対して傾斜して配置され、入射光のうち一方の偏光を透過し、それと直交する他方の偏光を反射させる偏光分離面とを有する偏光分離プリズムと、該偏光分離プリズムと該反射型画像表示素子の間に配置された位相補償板と、画像光を投射する投射光学系と、を有する投射型画像表示装置であって、該位相補償板は光学軸が板面法線に対して傾斜しており、かつ該光学軸が板面法線と該偏光分離面法線とがなす面内に配置された状態で、該偏光分離プリズムの入出射面のうち該画像表示素子と対向する面に接合されていることを特徴としている。

本発明によれば、位相補償板のハンドリング性を向上させると同時に偏光分離プリズムに対する配置精度を高め、角度ズレによるコントラストの変動を抑制することで高品位な画像を投射可能な画像表示装置を提供できる。

投射型画像表示装置の構成概略図 Ｇ光路の構成の模式図 偏光分離プリズムで分離された偏光状態の角度分布図 偏光分離プリズムと位相補償板を通過後の偏光状態の角度分布図 位相補償板の光学軸θとコントラスト変化の相関図 位相補償板の光学軸φとコントラスト変化の相関図 （θ、φ）の方向および位相補償板の接合方法を示す図 （θ、φ）の方向および位相補償板の接合方法を示す図 （θ、φ）の方向および位相補償板の接合方法を示す図 投射型画像表示装置の構成概略図 Ｇ光路の構成の模式図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の投射型画像表示装置１００の構成概略図である。図中１は光源、２は光源から出射する光で２ｇ，２ｂ，２ｒはそれぞれ緑色、青色、赤色光を示す。３は偏光変換素子、４ｇ，４ｂ，４ｒは偏光変換された緑色、青色、赤色光を示す。５はダイクロイックミラー、６は偏光板、７は波長選択性位相差板、９ａ，９ｂは緑色用、及び青、赤色用偏光分離プリズムである。１１ｇ，１１ｂ，１１ｒは反射型の画像表示素子、１２ｇ，１２ｂ，１２ｒは位相補償板、１８は合成プリズム、２０は投射レンズ光学系である。

光源１から照射される光束は、リフレクタによって反射され略平行光束２となって偏光変換素子３に入射する。この図においては、この白色平行光束２を緑・青・赤色の３原色の光に分解して図示しており、それぞれを緑色光２ｇ、青色光２ｂ、赤色光２ｒとして図示している。勿論、この緑、青、赤色光それぞれは、図上では便宜上空間的に分離して記載しているが、この３つの光はこの段階では空間的に分離されている訳ではない。以下、緑色光はＧ，青色光はＢ、赤色光はＲと省略する。

光源から発せられる各色の光は様々な偏光を含んでおり、偏光変換素子３を透過することにより、一様な偏光方向へ揃えられてＧ偏光４ｇ、Ｂ偏光４ｂ、Ｒ偏光４ｒとなり、ダイクロイックミラー５へ入射する。ダイクロイックミラー５はＧ帯域のみ反射する特性を有しており、Ｇ偏光は反射され、Ｒ、Ｂ偏光は透過することでＧ偏光が色分離される。Ｇ偏光はそのまま偏光分離プリズム９ａに入射し、位相補償板１２ｇを透過してＧ用画像表示素子１１ｇに照射される。

色分離されたＲとＢの偏光は偏光板６を透過することにより偏光度が向上した後に色選択性位相板７に入射する。色選択性位相板７はＢ偏光のみ偏光方向を９０°変換させる特性を有しており、これによりＲ偏光の偏光状態は維持したまま、Ｂ偏光は９０°偏光方向が回転した状態で偏光分離プリズム９ｂに入射する。偏光分離プリズム９ａ、９ｂは偏光分離面９ａ１，９ｂ１に入射する偏光のうち、Ｐ偏光を透過しＳ偏光を反射する素子である。このような作用を有する素子は、例えば屈折率の異なる薄膜を偏光分離面９ａ１，９ｂ１に積層したものなどがある。

偏光分離プリズム９ｂの偏光分離面９ｂ１によりＢ偏光は反射、Ｒ偏光は透過して色分離され、位相補償板１２ｂ、１２ｒを透過して各色に対応する画像表示素子１１ｂ、１１ｒに照射される。画像表示素子１１ｂ、１１ｒ、１１ｇに照明された光は画像信号に応じて画素ごとに照明光の偏光方向を９０°変換され、反射されることにより画像光となる。

ＢとＲの画像光は再び位相補償板１２ｂ、１２ｒを透過した後に偏光分離プリズム９ｂに再入射する。ここでＢ偏光の画像光は透過して青色光１５ｂとなり、Ｒ偏光の画像光は偏光分離面９ｂ１に反射され赤色光１５ｒとなって偏光分離プリズム９ｂを出射することで画像光１５ｂ、１５ｒが合成される。Ｇ偏光の画像光１５ｇも、位相補償板１２ｇを透過した後に偏光分離プリズム９ａの偏光分離面９ａ１により反射され、合成プリズム１８に入射する。合成プリズム内のダイクロイック膜１９により、Ｇの画像光１５ｇは反射され、ＲとＢの光１５ｂ、１５ｒは透過することでＧとＲとＢの光が合成されて出射される。色合成された画像光は投射レンズ光学系２０により投影、結像される。

このとき位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒは板面法線に対し傾いた光学軸を持つ位相補償板であり、偏光分離プリズム９ａ，９ｂの入出射面のうち画像表示素子１１ｇ，１１ｂ，１１ｒと対向する面に接合されている。以下、図２のＧ光路の画像表示素子近傍の概略図を用いて構成の詳細を説明する。なお、以下の説明はＲ，Ｂ光路についても同様である。

図２は偏光分離プリズム９ａ、画像表示素子１１ｇ、位相補償板１２ｇの詳細な配置を示す模式図である。まず図中左下のｘｙｚ座標系は各色光路に対し次のように定義される。偏光分離プリズム９ａの複数の面のうち画像表示素子１１ｇと対向する面の法線方向と平行な方向をｚ方向、ｚ方向と偏光分離面９ａ１の面法線方向ｎがなす面に垂直な方向をｙ方向、ｚ、ｙ方向と直交する方向をｘ方向とする。このとき位相補償板１２ｇの光学軸をｃとすると、ｃの方向はｘｚ面内かつｚ方向に対して傾斜（図２ではθだけ傾斜）して配置された状態で、偏光分離プリズム９ａの入出射面に接着層１４ｇを介して接合されている。このときｘｚ面内に配置するとは、理想的かつ厳密に寸分のズレなく、という意味ではなく、現実的な公差の範囲内で平行に配置されていればよい。具体的な角度範囲については後述する。

また偏光分離プリズムおよび位相補償板１２ｇの表面には反射防止膜ｒ１，ｒ２，ｒ３が形成され、不要な反射光を低減している。このような構成とすることで、位相補償板１２ｇの軸方向を偏光分離面９ａ１に対して高い精度で配置することができ、安定して高いコントラストを得ることができる。以下で、図３、図４を用いて本発明の構成による効果について説明する。

図３（ａ）は比較例として位相補償板１２ｇがない場合に、偏光分離プリズム９ａに入射した後に透過する光束を示す模式図を示し、図３（ｂ）は透過後の偏光状態の角度依存性を示す分布図５０を表している。偏光分離プリズム９ａに入射した光は、互いに直交する直線偏光として透過光および反射光に分離される。分布図５０の黒線は透過偏光の振動方向を示し、位置の違いは入射角度、入射方位の違いを表している。円の中心はｚ方向と平行に入射する光線に対応し、円の周辺は射入射光線に対応する。

偏光分離面９ａ１は図２および図３に示すようにその法線ｎがｘｚ面内かつｚ軸に対して４５度傾いており、透過偏光の角度分布は入射角度、入射方位に応じてｙ軸に対して非対称（ｚ軸に対して対称）に偏光軸が傾いた分布を有する。画像表示素子１１ｇで反射された光束は、再度偏光分離プリズムに入射し検光されるが、偏光分離特性の角度分布は入射時と反射後でｙ軸に対して反転するため、非対称部分は偏光分離素子での検光が充分に行われず、光漏れを生じる。また液晶表示素子で回折光が生じた場合は入射時と反射時で光線角度が異なるためさらに光漏れが増大する。

それに対して本発明の構成である図４（ａ）は、位相補償板１２ｇを配置した場合における透過光束の模式図を示し、図４（ｂ）は偏光分離プリズム９ａと位相補償板１２ｇを透過後の偏光状態の角度依存性を示す分布図５１を表している。位相補償板１２ｇは１軸性の屈折率異方性（ｎｅ，ｎｏ）を持ち、その光学軸ｃの方向（ｎｅ方向）がｘｚ面内かつｚ方向に対して傾斜している。そのため屈折率楕円体の断面形状、楕円長軸、短軸の方向の入射角度分布は図４（ｃ）の分布図５２のようにｙ軸に対して非対称（ｘ軸に対して対称）に傾き、入射角度・入射方位によって遅相軸、進相軸の方位が変化する位相補償板として振る舞う。

入射角度に応じた位相補償により位相補償板１２ｇを透過した偏光は図４（ｂ）の分布図５１のようにほぼ一様な方向に振動する直線偏光となる。このように偏光分離プリズム９ａで生じる非対称な偏光特性を位相補償板１２ｇを用いて補償することができ、画像表示素子１１ｇによる正反射光だけでなく、回折光などの入射時と反射時で角度が異なるような光線に対しても光漏れを抑制することができる。

このような位相補償を行うためには、位相補償板の光学軸が板面法線（ｚ方向）となす角度をθとしたとき、下記条件式（１）を満たすことが望ましい。

５５≦θ≦７５ ［ｄｅｇ］ ・・・（１）
また位相補償板の光学軸ｃのｘｙ面内射影方向と、ｘ軸との成す角度をφとしたとき、下記条件式（２）を満たすことが望ましい。

−０．５≦φ≦０．５ ［ｄｅｇ］ ・・・（２）
また位相補償板の屈折率異方性の最大値と最小値の差Δｎと厚みｄの積Δｎｄは、入射光線波長λに対し下記条件式（３）を満たすことが望ましい。

０．３５λ＜Δｎｄ＜０．７０λ ・・・（３）
ここでλは位相補償板を使用する際の主たる光線波長のことであり、可視光領域から選択される。条件式（１）、（２）、（３）を満たすように位相補償板の厚みや軸方向を制御し、また適切に配置することで上述の効果を得ることが出来る。またこのような効果は偏光分離面９ａ１においてＰ偏光またはＳ偏光を透過または反射する偏光分離特性を有する偏光分離プリズムに対して高い補償効果が得られる。

しかし上述の補償効果は位相補償板１２ｇの光学軸の角度に敏感であり、適切な配置から外れると補償効果が大きく低減してコントラストを損なう。図５は位相補償板１２ｇの光学軸ｃがｚ軸となす角度θの変化（ただしｃはｘｚ面内）に対するコントラストの変化を示している。また、図６は位相補償板１２ｇの光学軸ｃのｘｙ面射影成分ｅがｘ軸と成す角度φの変化（ただしθは一定）に対するコントラストの変化を示している。どちらも横軸に角度を取り、０を最適値としたときの差分値で示している。また図７に角度（θ，φ）を表す図を示す。

図５、図６から判るように、どちらも軸方向が最適値から外れると急激にコントラストが低下することが見て取れる。位相補償板１２ｇは偏光分離プリズム９ａに対して補償を行うことから、偏光分離面９ａ１と位相補償板１２ｇの軸方向の相対配置、すなわち偏光分離面９ａ１に対する光学軸の角度（θ，φ）には高い精度が求められる。また図５、図６の計算では位相補償板にサファイアを用い、その場合の最適な厚みは約４０μｍであったが、一般的な無機結晶材料を考えた場合、厚くとも１００μｍ以下が望ましく、素子を高い精度で保持、配置するには厚みが非常に薄くハンドリングが難しい。

そこで、図２のように位相補償板１２ｇを偏光分離プリズム９ａの光入出射面に接合する。このようにすることで、偏光分離プリズム９ａと位相補償板１２ｇは互いの相対位置が固定されるため、組み付け時の相対角度ズレを低減できるだけでなく、厚みの薄い位相補償板１２ｇが偏光分離プリズム９ａに一体化されるため、ハンドリングが容易になる。この方法以外にも位相補償板１２ｇを別の基板に接合して独立に配置することでもハンドリング性は改善できるが、偏光分離プリズム９ａと位相補償板１２ｇが組み付け時に独立に公差を持つため、相対位置精度は低下する。また画像表示素子１１ｇと偏光分離プリズム９ａの間に余計にスペースが必要となる。よって上記に示した位相補償板を高い精度で保持する場合、偏光分離プリズム９ａに接合することが望ましい。

接合のプロセスについては接着、位置合わせなど各プロセスで様々な方法が考えられ、どのような方法を用いても良いが、光学軸の方向ズレや接合時の厚みの面内バラつき等を小さく抑えて接合する必要がある。例えば接合時において軸方向はｘｚ面内やｚ軸との角度を精密に合わせる必要があるが、軸方向は通常目に見える物性ではないため、接合時に直接的に合わせ込むことは難しい。よって、例えばまず位相補償板加工の際に無機結晶材料の結晶育成の方向を基に、位相補償板１２ｇの光学軸ｃの方向がｚ方向に対し所定の傾斜角度となるように加工する。さらに光学軸ｃの面内射影方向ｅが、予め位相補償板の側辺のうち少なくとも１辺と平行または垂直となるように加工することが望ましい。そうすることで光学軸の面内射影方向ｅを目視で確認することができる。図７の例では射影方向ｅが長辺方向と平行かつ短辺と直交するように加工されている。上記以外にも切り欠きによる目印など他の方法を用いてもよい。

その後、位相補償板１２ｇの光学軸ｃの面内射影方向ｅと平行または垂直な辺が、偏光分離プリズム９ａの接合面の辺のうち少なくとも１つの辺に対して平行となるように位置合わせを行う。図７では位相補償板１２ｇの其々の長辺、短辺が偏光分離プリズム９ａの接合面の其々の長辺、短辺（辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＤ、辺ＤＡ）に平行に重なり合うように配置されている。位相補償板１２ｇと偏光分離プリズム９ａの接合面の長辺同士または短辺同士を重ね合わせるように位置合わせすることで、簡易に軸方向を所定の方向に配置することが出来る。なお図７では４辺すべてを用いたが、少なくとも１つの辺を用いて位置合わせを行えば良い。例えば図７以外にも図８や図９のように辺ＡＢと辺ＡＣのみで位置合わせを行ったり、辺ＡＢのみを用いて位置合わせを行っても良い。その際、辺の長さが長い方が高い精度が得られるため、長辺を利用して位置合わせを行うことがより望ましい。

また、図７、図８、図９に示したように、位相補償板１２ｇの接合面の表面積は偏光分離プリズム９ａ側の接合面の表面積以下とすることが望ましい。偏光分離プリズムの側部に段差や面取りによる接着剤の退避領域等を設けるとなお良い。上記を満たさない場合、接合後に位相補償板１２ｇが偏光分離プリズム９ａからはみ出てハンドリングが難しくなるだけでなく、端部における接着剤の硬化収縮による応力の影響を受けやすくなるため好ましくない。

接合に用いる接着剤についてはＵＶ硬化型や熱硬化型等の接着剤が一般的であるが、それ以外にも金属原子拡散接合や無機ゾルゲル膜を利用したもの等でも良く、加工後に可視光領域で充分透明であれば良い。ただし位相補償板の厚みが薄いため、接着層が厚いと撓みや面内厚みバラつきが生じて補償効果にムラが生じる可能性がある。よって接着層の厚みはなるべく薄く、接着層の厚み面内バラつきは面内平均値の１０％以内に収めることが望ましい。そのような接着方法としては、例えば接着層を挟んで偏光分離プリズムに位相補償板を配置した状態で均一に圧力をかけ、その状態を保持しつつ接着剤を硬化させることで均一に接合することができる。しかし特にこの方法に限らず他の手法を用いても良い。

また、本発明の位相補償板以外にも、液晶表示素子１１ｇで生じる位相ズレに応じて他の位相補償板を追加しても良い。図１０に第２の位相補償板１３ｇを追加した場合の投射型画像表示装置の構成概略図を示す。また図１１はＧ光路の部分を抜き出して示した模式図である。例えば液晶表示素子１１ｇに垂直配向型（ＶＡ）の液晶表示素子を用いる場合、黒表示状態での液晶分子の配向方向はｚ方向から微小角度倒れており、面内位相差が生じることが知られている。このため黒表示状態の液晶表示素子であっても微小の面内位相差が生じる。

この位相差に対し、例えば光学軸ｄがｘｙ面内にあり面内位相差を有する第２の位相補償板１３ｇを適切な面内軸方向で配置することで位相補償することができる。第２の位相補償板１３ｇについても軸方向を高い精度で配置する必要があるが、液晶分子の倒れ角度の個体差によってはコントラストが著しく低下する場合がある。そのような場合には、第２の位相補償板にｚ軸を回転中心とした面内角度調整機構を設け、上述のバラつきに合わせて調整を行うことで安定して高いコントラストを得ることができる。また、位相補償板１２ｇの軸角度φにズレが微小に生じた場合にも、第２の位相補償板の角度調整によりズレを補償してコントラストの低下を抑制することができる。そのため、図１０のように位相補償板１２ｇに加えて第２の位相補償板１３ｇを配置した場合には、条件式（２）のφの角度範囲を緩めることができ、そのときφは下記条件式（４）を満たす事が望ましい。

−２．５≦φ≦２．５ ［ｄｅｇ］ ・・・（４）
以上のことから第２の位相補償板１３ｇは偏光分離プリズム９ａには接着せず、角度調整機構を設けて独立に調整できるような構成とすることが望ましい。

この他にも、面法線方向に光学軸を有し、面内異方性を持たない位相補償板を追加しても良い。このような素子を追加することで、液晶分子自体の屈折率異方性や位相補償板１１ｇの射入射特性自体を補償して、さらに高い位相補償効果が得られる。これ以外にも、液晶表示素子の特性に応じて必要な位相補償板を追加しても良い。

本発明の第１の実施例の投射型画像表示装置について説明する。素子構成は図１と同様であり詳細は略するが、位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒが偏光分離プリズム９ａ，９ｂの液晶表示素子１１ｇ，１１ｂ，１１ｒと対向する面側に、図７に示すような形態で接合されている。表１，２，３に各色の位相補償板の近傍の構成を示す。各位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒはサファイアからなり、光学軸ｃが面法線方向に対して表１から３の角度θとなるように、かつ光学軸ｃの面射影方向ｅが位相補償板の長辺方向と平行となるように加工されている。

その後位相補償板の長辺および短辺が偏光分離プリズムの長辺（辺ＡＣ，辺ＢＤ）および短辺（辺ＡＢ，辺ＣＤ）に対してそれぞれ位置合わせされ、各辺同士が０．５ｄｅｇ以下で平行となるように位置合わせされる。そして屈折率１．５２のＵＶ硬化型の接着剤を介して屈折率１．８の偏光分離プリズム基材に接合されている。その際、位相補償板両面および偏光分離プリズムには表１から３に示したような反射防止コートが施され、各面での干渉縞やゴーストが画像へ及ぼす影響が極力低減されるように構成されている。このようにすることで、位相補償板が偏光分離プリズムに対して高精度に配置され、高い位相補償効果を得ることが出来る。

本発明の第２の実施例の投射型画像表示装置について説明する。素子構成は図１と同様であり詳細は略するが、位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒが偏光分離プリズム９ａ，９ｂの液晶表示素子１１ｇ，１１ｂ，１１ｒと対向する面側に、図８に示すような形態で接合されている。表４，５，６に各色の位相補償板の近傍の構成を示す。各位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒともに水晶からなり、光学軸ｃが面法線方向に対して表４から６の角度θとなるように、かつ光学軸ｃの面射影方向ｅが位相補償板の長辺方向と平行となるように加工されている。また位相補償板の表面積は偏光分離プリズムよりも５％程度小さく加工されている。

その後位相補償板の１つの角を挟んだ長辺および短辺が偏光分離プリズムの上部長辺（辺ＡＣ）および一方の短辺（辺ＡＢ）に対して位置合わせされ、各辺同士が０．５ｄｅｇ以下で平行となるように位置合わせされる。そして屈折率１．５２の接着剤を介して屈折率１．８の偏光分離プリズム基材に接合されている。また位相補償板の接合面側以外には反射防止コートが施され、各面での干渉縞やゴーストが画像へ及ぼす影響が極力低減されるように構成されている。このようにすることで、位相補償板が偏光分離プリズムに対して高精度に配置され、高い位相補償効果を得ることが出来る。

本発明の第３の実施例の投射型画像表示装置について説明する。素子構成は図１０と同様であり、位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒと液晶表示素子１１ｇ，１１ｂ，１１ｒとの間にさらに第２の位相補償板１３ｇ，１３ｂ，１３ｒが独立に配置された構成からなる。位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒ近傍の構成は表１、表２、表３に示すようにサファイアからなり、図９に示す状態となるように接合されている。光学軸ｃが面法線方向に対して表１から３の角度θとなるように、かつ光学軸ｃの面射影方向ｅが位相補償板の長辺方向と直交するように加工されている。また位相補償板の表面積は偏光分離プリズムよりも５％程度小さく加工されている。

そして各位相補償板の一方の長辺が偏光分離プリズムの接合面の側部長辺（辺ＡＢ）に対して位置合わせされ、各辺同士の成す角度が２．５ｄｅｇ以下で平行となるように位置合わせされる。そして屈折率１．５２の接着剤を介して屈折率１．８の偏光分離プリズム基材に接合されている。また位相補償板の接合面側以外には反射防止コートが施され、各面での干渉縞やゴーストが画像へ及ぼす影響が極力低減されるように構成されている。また第２の位相補償板１３ｇ，１３ｂ，１３ｒは５０ｎｍのリターダンスを有する位相差板であり、光学軸がｙ方向に平行にセットされた状態からｚ軸を回転中心として±５ｄｅｇ程度の回転調整機構を有する。

このような調整機構を有することで、液晶分子の倒れによる位相ズレを色毎かつ個体ごとに高精度に補償できるだけでなく、接合時に位相補償板の微小な軸方向ズレが生じたとしてもそのズレを補償することができる。そのため実施例３の投射型画像表示装置においては、位相補償板１２ｇ，１２ｂ，１２ｒの位置合わせの精度は実施例１、実施例２の場合に比べて緩く設定することができる。

１ 光源、２ 入射光、３ 偏光変換素子、４ｇ,４ｂ,４ｒ 緑色光、青色光、赤色光、５ ダイクロイックミラー、６ 偏光板、７ 波長選択性位相差板、
９ａ,９ｂ 偏光分離プリズム、１１ｇ,１１ｂ,１１ｒ 位相補償板、
１３ｒ,１３ｂ,１３ｇ 第２の位相補償板、１５ 画像光、１８ 合成プリズム、
１９ ダイクロイック膜、２０ 投射光学系、５０ 分布図、
１００ 投射型画像表示装置、２００ 投射型画像表示装置

Claims (11)

1. 光源と、
   光源から入射した光を画像に応じて異なる偏光状態の画像光として反射させる反射型画像表示素子と、
   光源または画像表示素子からの光が入射または出射する複数の入出射面と、該入射面に対して傾斜して配置され、入射光のうち一方の偏光を透過し、それと直交する他方の偏光を反射させる偏光分離面とを有する偏光分離プリズムと、
   該偏光分離プリズムと該反射型画像表示素子との間に配置された位相補償板と、
   画像光を投射する投射光学系と、を有する投射型画像表示装置であって、
   該位相補償板は光学軸が板面法線に対して傾斜しており、かつ該光学軸が板面法線と該偏光分離面法線とがなす面内に配置された状態で、該偏光分離プリズムの入出射面のうち該画像表示素子と対向する面に接合されていることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 前記位相補償板の光学軸が板面法線となす角度θは、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
   ５５≦θ≦７５ ［ｄｅｇ］
3. 前記位相補償板の面法線方向をｚ軸、前記偏光分離面の法線と前記位相補償板面の法線とがなす面の法線方向をｙ軸、ｚ軸とｙ軸の両方に垂直な方向をｘ軸としたとき、前記位相補償板の光学軸の面内射影方向が、ｘ軸となす角度φは、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
   −０．５≦φ≦０．５ ［ｄｅｇ］
4. 位相補償板の屈折率異方性の最大値と最小値の差Δｎと厚みｄの積Δｎｄは、入射光線波長λに対し下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
   ０．３５λ＜Δｎｄ＜０．７０λ
5. 前記位相補償板の光学軸の面内射影方向は、前記位相補償板の辺のうち少なくとも１辺と垂直または平行であり、かつ該１辺が前記偏光プリズムの接合面の辺のうちの少なくとも１つの辺と平行に位置合わせされて接合されることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記位相補償板の厚みは１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
7. 前記位相補償板は接着層を介して偏光分離プリズムの接合面と接合され、該接着層の厚みバラつきは、平均値の１０％以内であることを特徴とする請求項６に記載の投射型画像表示装置。
8. 前記位相補償板の接合面の表面積は、前記偏光分離プリズムの接合面の表面積以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
9. 前記偏光分離面は、Ｐ偏光またはＳ偏光を透過または反射する偏光分離特性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の投射型画像表示装置。
10. 前記位相補償板と前記画像表示素子との間に、さらに第２の位相補償板が配置され、該第２の位相補償板は面内位相差を有し、板面法線方向を回転軸とした回転調整機構を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
11. 前記位相補償板の面法線方向をｚ軸、前記偏光分離面の法線と前記位相補償板面の法線とがなす面の法線方向をｙ軸、ｚ軸とｙ軸の両方に垂直な方向をｘ軸としたとき、前記位相補償板の光学軸の面内射影方向が、ｘ軸となす角度φは、下記条件式を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の投射型画像表示装置。
    −２．５≦φ≦２．５ ［ｄｅｇ］