JP3690285B2 - 色分解合成光学系及びこれを用いた投射表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の偏光ビームスプリッターを備えた色分解合成光学系及びこれを用いた投射表示装置に係り、特に表示品質を劣化させる不要光が投射されるのを防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、当該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。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって３種類に大別される。例えば、透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、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ーを必要とする。高コントラストを実現するためには一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ーを作用させるために、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。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決した色分解合成光学系が、最近、米国のカラーリンク社（Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋ ｉｎｃ．）から提供された。また、これに関しては、文献（Michael G.Robinson et."High Contrast Color Splitting Architecture Using Color Polaraization Filters",SID 00 DIGEST ,92-95(2000)に紹介されている。
【０００７】
図５は、カラーリンク社が提供する反射型空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５を、その偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッター１０２の入射側の透光面（図５においては、第１の偏光ビームスプリッターの左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッター１０５の出射側の透光面（図５においては、第４の偏光ビームスプリッターの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有する第１の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｇ用位相板という）１０６、１０７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッター１０２、１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッター１０４、１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有する第２の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｒ用位相板という）１０８、１０９を備えている。
【０００８】
ここで、Ｓ偏光及びＰ偏光は、直線偏光の偏波面と、それが入射する偏光ビームスプリッターの偏光分離面との相対関係で決まり、直線偏光の偏波面が偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対する入射面に垂直である場合にはＳ偏光といい、平行である場合にはＰ偏光という。
【０００９】
上記Ｇ用位相板１０６、１０７には、図６に示す特性を有する位相板が適用される。図６においてクロス−ポラライザー（Crossed Polarizers）とは、波長選択性偏光変換手段を介して偏光子と検光子とをクロスに配置して測定したときの出力光の分光特性であり、パラレル−ポラライザー（Parallel Polaraizers）とは、偏光子と検光子とをパラレルに配置したときの出力光の分光特性である。同図より、Ｇ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１０】
また、上記Ｒ用位相板１０８、１０９は図７に示す特性を有している。図７においてクロス−ポラライザー及びパラレル−ポラライザーとは、上記と同じ意味である。同図より、Ｒ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１１】
また、Ｂ光の偏波面のみを９０°回転させる機能を有する波長選択性偏光変換手段（Ｂ用位相板）も作製することが可能である。
なお、これらの波長選択性偏光変換手段については、ＵＳＰ５７５１３８４に詳細に説明されている。
【００１２】
上記の色分解合成光学系２９０においては、第１の偏光ビームスプリッター１０２が入射側偏光ビームスプリッターとなり、また、その対角に位置する第４の偏光ビームスプリッター１０５が出射側偏光ビームスプリッターとなる。また、その中間位置に配置された第２及び第３の偏光ビームスプリッター１０３、１０４は、反射型空間光変調素子を照射する入射光と当該反射型空間光変調素子で変調された反射光を分離する作用をする、いわゆる主偏光ビームスプリッターとなる。
【００１３】
上記色分解合成光学系２９０の第２の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０３の透光面１０３ｃ側にはＧ対応の反射型空間光変調素子１６１を、第３の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０４の透光面１０４ｂ側にはＲ対応の反射型空間光変調素子１６２を、また透光面１０４ａ側にはＢ対応の反射型空間光変調素子１６３を備え、さらに第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の入射側前方には白色光を発する光源１７１及び第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の偏光分離面１２１に対してＳ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第１の偏光板１８１を備え、また第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の出射側後方には、第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の偏光分離面１５１に対してＰ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第２の偏光板１８２、及びカラーの映像光を拡大投影する投射レンズ１９１を備えて投射表示装置３００を構成している。
【００１４】
なお、第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５の各偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１は、その入射面が共通面となるように配置されているため、Ｓ偏光及びＰ偏光を決める直線偏光の偏波面と偏光分離面との相対関係は、全ての偏光ビームスプリッターに対して同じとなることから、以後Ｓ偏光及びＰ偏光がいずれの偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対するものであるかの説明は省略する。
【００１５】
上記投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用位相板１０６に入射する。
Ｇ用位相板１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段（図６を参照）であるため、Ｇ用位相板１０６を透過するＧ光（図５の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用位相板１０６はＲ光（図５の破線）及びＢ光（図５の２点鎖線）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。
【００１６】
先ず、Ｇ用位相板１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッター１０２、１０３の偏光分離面１２１、１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッター１０３の透光面１０３ｃ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。
【００１７】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッター１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１８】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用位相板１０６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッター１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８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光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、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。
【００１９】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９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ー１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター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ー１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２０】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用位相板１０６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ー１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。
【００２１】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａ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。
【００２２】
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ー１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９は上記したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター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ー１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２３】
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１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。
以上説明したように、上記投射表示装置３００によれば１つの反射型空間光変調素子に対して３個の偏光ビームスプリッターを作用させていながら、比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるという特徴を有している。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記色分解合成光学系２９０は、4個の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５を、その偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであるために、図８に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ−（入射側偏光ビームスプリッター）１０２に入射した光の一部が、第４の偏光ビームスプリッター（射出側偏光ビームスプリッタ−）１０５に漏れ込み、その不要光Ｌが投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーン上に明部を生成させ、映像品質を劣化させる問題があった。特に、上記４個の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５が、透明な接着剤等の接合部材１１０で互いに接合されている場合に顕著である。
【００２５】
反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３面上に光源像側や光源側にインテグレータを配設している場合には、この反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３を照明する照明光は、当該インテグレータのセグメントの像を結像させる。しかし、現実には反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３の周辺部にも広がった光線が存在し、この光線の一部が上記の不要光Ｌとなって投影像上に表示される場合がある。
【００２６】
また、反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３で反射された光の一部が、入射側に配設した第１の偏光板１８１の表面で再反射され、それが不要光Ｌとして投影される場合もある。
【００２７】
本発明は、懸かる問題を解決するためになされたものであり、投影表示に不要な光線を遮断して映像品質に優れた色分解合成光学系及びこれを用いた投射表示装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる色分解合成光学系の第１の発明は、対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、前記偏光分離面が互いに交差する交差部にあって、かつ前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターで囲まれた中央部に、前記第１の偏光ビームスプリッターから前記第４の偏光ビームスプリッターへ漏れ込む光を遮断する遮光手段を備えたことを特徴とする。
【００２９】
第２の発明は、対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、前記第１偏光ビームスプリッター及び前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに対向する角を面取りし、この面取り部に遮光手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】
第３の発明に係わる投射表示装置は、請求項１または２記載の色分解合成光学系を備え、この色分解合成光学系の前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側には、光源と、この光源から発した不定偏光のうち所定の直線偏光のみを透過する第１の偏光手段とを、前記第４の偏光ビームスプリッターの光射出側には、所定の直線偏光のみを透過する第２の偏光手段と投射レンズとを、前記第２、第３の偏光ビームスプリッターの外側透光面には空間光変調素子とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至４を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。
図１において、１が本発明の第１実施形態に係る投射表示装置であり、色分解合成光学系２と、当該色分解合成光学系２の光入射側に配設した光源３及び当該光源３の射出光である不定偏光の白色光から所定の直線偏光のみを選択的に透過させる第１の偏光手段（例えば、偏光板）４と、上記色分解合成光学系２の光射出側に配設した所定の直線偏光のみを選択的に透過させる第２の偏光手段（例えば、偏光板）５及び投射レンズ６とを有する。
【００３２】
上記色分解合成光学系２は、立方体または角柱状の第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１を、その偏光分離面７１、８１、９１、１１１が略Ｘ字状に交差するように配置した構成を有し、偏光分離面７１、８１、９１、１１１が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１で囲まれた中央部に遮光手段１２を備える。ここで、第１の偏光ビームスプリッター７を入射側偏光ビームスプリッターとして選択すると、その対角の位置にある第４の偏光ビームスプリッター１１が出射側偏光ビームスプリッターとされる。
【００３３】
さらに、色分解合成光学系２は、第１の偏光ビームスプリッター７の光入射側の透光面７ａ、及び第４の偏光ビームスプリッター１１の光出射側の透光面１１ｃに第１の色光（例えば、Ｇ光）の偏波面を９０°回転させる第１の波長選択性偏光変換手段（例えば、Ｇ用位相板）１２、１３を備え、第１と第３の偏光ビームスプリッター７、９の対向部の間隙、及び第３と第４の偏光ビームスプリッター９、１１の対向部の間隙には第２の色光（例えば、Ｒ光）の偏波面を９０°回転させる第２の波長選択性偏光変換手段（例えば、Ｒ用位相板）１４を備えている。なお、色分解合成光学系２の上記構成要素は透明な接合部材（例えば、接着剤）１８で接合して一体化されてもよい。
【００３４】
当該色分解合成光学系２の第２及び第３の偏光ビームスプリッター８、９の透光面８ｃ、９ａ、９ｂには、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８が配設される。
【００３５】
本発明の第１実施形態に係る投射表示装置１においては、第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）７からの不要光である漏れ光（図１における実線）Ｌは、偏光分離面７１、８１、９１、１１１が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１で囲まれた中央部に備えた遮光手段１２において遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１１から投射レンズ６を介して図示せぬスクリーン上に投射されることがない（図中破線）。
従って、投射映像中に不要光による明部が生成され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１と同一の要素については同一符号を用い説明する。また、ここでは、図１と異なる部分についてのみ説明する。
図２において、２０が第２実施形態に係る投射表示装置である。図１と異なる部分は、色分解合成光学系２１の構成要素である第１の偏光ビームスプリッター２２及び第４の偏光ビームスプリッター２３が、対角の位置関係において互いに対向する角隅部２２ｅ、２３ｅを面取りし、この面取りした角隅部に遮光手段２４を備えた点である。
【００３７】
さらに、第４の偏光ビームスプリッター２３の光出射側の透光面２３ｃであって、当該透光面２３ｃの第２の偏光ビームスプリッター８寄りの一部に、遮光手段２５を配設している。
なお、上記遮光手段２５は、遮光の効果を高めるために必要とされるが、実用的には遮光手段２４のみでも十分な効果が得られる。
【００３８】
本発明の第２実施形態においても前述の第１実施形態と同様に、第１の偏光ビームスプリッター２２で発生した不要光である漏れ光（図２において実線）Ｌが遮光手段２４及び２５で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター２３から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
従って、本発明の第２実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１と同一の要素については同一符号を用いて説明する。また、ここでは、図１と異なる部分についてのみ説明する。
図３において、３０は本発明の第３実施形態に係る投射表示装置である。図１と異なる部分は、色分解合成光学系３１の構成要素である第２及び第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、適用される反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応させて小さくしたものである。
【００４０】
また、光源３から反射型の空間光変調素子２６、２７、２８までの光学的距離、及び反射型空間光変調素子２６、２７、２８から投射レンズ６までの光学的距離はそれぞれ略一致するようにされている。
【００４１】
また、上記光学距離の短縮と、上記第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１における表面反射を防止する目的からカップリング手段（例えば、透明なガラス基体）３４、３５を各偏光ビームスプリッターの対向部の間隙に挿入して備えている。なお、第１と第３の偏光ビームスプリッター７、３３の対向部、及び第３と第４の偏光ビームスプリッター３３、１１の対向部の間隙に備えた第２の波長選択性偏光変換手段３６は、図３においては第３の偏光ビームスプリッターの形状に合わせて小さく表しているが、これに限定されるものではない。
【００４２】
色分解合成光学系３１は、さらに、図１と同様に、第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１の偏光分離面７１、３２１、３３１、１１１が略Ｘ字状に交差する交差部にあって、かつ第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１で囲まれた中央部に遮光手段３７を備えている。なお、遮光手段３７の形状は図３に示されている形状に限定されるものではない。
【００４３】
本発明の第３実施形態によれば、図１と同様に第１の偏光ビームスプリッター７で発生した不要光である漏れ光（図３において実線）Ｌが遮光手段３７で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター１１から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
【００４４】
従って、本発明の第３実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
また、本発明の第３実施形態によれば、第２、第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応して小さく形成しているので、色分解合成光学系及び投射表示装置のコストアップを抑制できる効果を有する。
【００４５】
次に本発明の第４実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１及び図２と同一の要素については同一符号を用い説明する。また、ここでは、図２と異なる部分についてのみ説明する。
図４において、４０は本発明の第４実施形態に係る投射表示装置である。図２と異なる部分は、色分解合成光学系４１の構成要素である第２及び第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、適用される反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応させて小さくしたものである。
【００４６】
また、光源３から反射型空間光変調素子２６、２７、２８までの光学的距離、及び反射型空間光変調素子２６、２７、２８から投射レンズ６までの光学的距離はそれぞれ略一致するようにされている。
【００４７】
また、上記光学距離の短縮と、上記第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、２３における表面反射を防止する目的からカップリング手段（例えば、ガラス基体）４２、３５を各偏光ビームスプリッターの対向部の間隙に挿入して備えている。なお、第３実施形態と同様に、第２の波長選択性偏光変換手段３６の形状は図４に記載した形状に限定されない。
【００４８】
色分解合成光学系４１は、さらに、上記カップリング手段４２の内側側面に遮光手段４３を備えている。なお、遮光手段４３は必須の要素ではなく、第１及び第４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３に備えた遮光手段２４のみでは不要光の遮断が不十分である場合に適用するようにしてもよい。または、第１乃至４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３の偏光分離面２２１、３２１、３３１、２３１が略Ｘ字状に交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３で囲まれた中央部に板状またはブロック状の遮光手段を備えてもよい。
【００４９】
本発明の第４実施形態によれば、図２と同様に第１の偏光ビームスプリッター２２で発生した不要光である漏れ光（図４において実線）Ｌが遮光手段２４及び４３で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター２３から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
【００５０】
従って、本発明の第４実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
さらにまた、本発明の第４実施形態は本発明の第３実施形態と同様に、第２、第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応して小さく形成しているので、色分解合成光学系及び投射表示装置のコストアップを抑制できる効果を有する。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきて明らかなように、本発明は、４個の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を略Ｘ字状に交差するように配置して構成した色分解光学系において、上記した偏光分離面が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッターで囲まれた中央部に、遮光手段を備えることにより、光入射側の偏光ビームスプリッターで発生した不要な漏れ光がこの遮光手段によって遮断され、光出射側偏光ビームスプリッター及び投射レンズを介してスクリーンに投射されることを抑制でき、映像の表示品質に優れた投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図５】従来技術になる投射表示装置の概略平面図である。
【図６】Ｇ用位相板の分光特性である。
【図７】Ｒ用位相板の分光特性である。
【図８】第１の偏光ビームスプリッターで発生した不要光の漏れ光が投射映像に及ぼす影響を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０…投射表示装置、２，２１，３１，４１…色分解合成光学系、３…光源、４…第１の偏光手段、５…第２の偏光手段、６…投射レンズ、７，２２…第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）、８，３２…第２の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）、９，３３…第３の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）、８ｃ，９ａ，９ｂ…透光面、１１，２３…第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）、１２、２３，３７，４３…遮光手段、１３，１４，３６…波長選択性偏光変換手段、２６，２７，２８…空間光変調素子、３４，３５，４２…カップリング手段、７１，８１，９１，１１１，３２１，３３１…偏光分離面
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型の空間光変調素子を用いた投射表示装置の偏光ビームスプリッターを備えた色分解合成光学系及びこれを用いた投射表示装置に係り、特に表示品質を劣化させる不要光が投射されるのを防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、当該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。
【０００３】
カラー投射表示装置は、それに適用される空間光変調素子の種類によって３種類に大別される。例えば、透過型の空間光変調素子を適用したもの、反射型の空間光変調素子を適用したもの、またＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００４】
透過型の空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型の空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００５】
特に、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ーを必要とする。高コントラストを実現するためには一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ーを作用させるために、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。
【０００６】
このような反射型の空間光変調素子における光学構成の課題を解決した色分解合成光学系が、最近、米国のカラーリンク社（Ｃｏｌｏｒｌｉｎｋ ｉｎｃ．）から提供された。また、これに関しては、文献（Michael G.Robinson et."High Contrast Color Splitting Architecture Using Color Polaraization Filters",SID 00 DIGEST ,92-95(2000)に紹介されている。
【０００７】
図５は、カラーリンク社が提供する反射型空間光変調素子を適用した投射表示装置の光学構成を示した概略平面図である。
色分解合成光学系２９０（図中破線で囲まれた部分）は、立方体または角柱状の第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５を、その偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであり、さらに、第１の偏光ビームスプリッター１０２の入射側の透光面（図５においては、第１の偏光ビームスプリッターの左側面）、及び第４の偏光ビームスプリッター１０５の出射側の透光面（図５においては、第４の偏光ビームスプリッターの右側面）には、共にＧ光の偏波面を９０°回転する機能を有する第１の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｇ用位相板という）１０６、１０７を、また、第１と第３の偏光ビームスプリッター１０２、１０４間及び第３と第４の偏光ビームスプリッター１０４、１０５間には、共にＲ光の偏波面を９０°回転させる機能を有する第２の波長選択性偏光変換手段（以下、Ｒ用位相板という）１０８、１０９を備えている。
【０００８】
ここで、Ｓ偏光及びＰ偏光は、直線偏光の偏波面と、それが入射する偏光ビームスプリッターの偏光分離面との相対関係で決まり、直線偏光の偏波面が偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対する入射面に垂直である場合にはＳ偏光といい、平行である場合にはＰ偏光という。
【０００９】
上記Ｇ用位相板１０６、１０７には、図６に示す特性を有する位相板が適用される。図６においてクロス−ポラライザー（Crossed Polarizers）とは、波長選択性偏光変換手段を介して偏光子と検光子とをクロスに配置して測定したときの出力光の分光特性であり、パラレル−ポラライザー（Parallel Polaraizers）とは、偏光子と検光子とをパラレルに配置したときの出力光の分光特性である。同図より、Ｇ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１０】
また、上記Ｒ用位相板１０８、１０９は図７に示す特性を有している。図７においてクロス−ポラライザー及びパラレル−ポラライザーとは、上記と同じ意味である。同図より、Ｒ光の偏波面が９０°回転していることが分かる。
【００１１】
また、Ｂ光の偏波面のみを９０°回転させる機能を有する波長選択性偏光変換手段（Ｂ用位相板）も作製することが可能である。
なお、これらの波長選択性偏光変換手段については、ＵＳＰ５７５１３８４に詳細に説明されている。
【００１２】
上記の色分解合成光学系２９０においては、第１の偏光ビームスプリッター１０２が入射側偏光ビームスプリッターとなり、また、その対角に位置する第４の偏光ビームスプリッター１０５が出射側偏光ビームスプリッターとなる。また、その中間位置に配置された第２及び第３の偏光ビームスプリッター１０３、１０４は、反射型空間光変調素子を照射する入射光と当該反射型空間光変調素子で変調された反射光を分離する作用をする、いわゆる主偏光ビームスプリッターとなる。
【００１３】
上記色分解合成光学系２９０の第２の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０３の透光面１０３ｃ側にはＧ対応の反射型空間光変調素子１６１を、第３の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）１０４の透光面１０４ｂ側にはＲ対応の反射型空間光変調素子１６２を、また透光面１０４ａ側にはＢ対応の反射型空間光変調素子１６３を備え、さらに第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の入射側前方には白色光を発する光源１７１及び第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）１０２の偏光分離面１２１に対してＳ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第１の偏光板１８１を備え、また第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の出射側後方には、第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１０５の偏光分離面１５１に対してＰ偏光の関係を有する直線偏光のみを透過させるように透過軸を選択した第２の偏光板１８２、及びカラーの映像光を拡大投影する投射レンズ１９１を備えて投射表示装置３００を構成している。
【００１４】
なお、第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５の各偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１は、その入射面が共通面となるように配置されているため、Ｓ偏光及びＰ偏光を決める直線偏光の偏波面と偏光分離面との相対関係は、全ての偏光ビームスプリッターに対して同じとなることから、以後Ｓ偏光及びＰ偏光がいずれの偏光ビームスプリッターの偏光分離面に対するものであるかの説明は省略する。
【００１５】
上記投射表示装置３００は次のように動作する。
光源１７１から発した不定偏光の白色光は第１の偏光板１８１に入射する。そして、Ｓ偏光のみが第１の偏光板１８１を透過して、Ｇ用位相板１０６に入射する。
Ｇ用位相板１０６はＧ光のみの偏波面を９０°回転させる波長選択性偏光変換手段（図６を参照）であるため、Ｇ用位相板１０６を透過するＧ光（図５の実線）に係るＳ偏光はＰ偏光に変換される。また、Ｇ用位相板１０６はＲ光（図５の破線）及びＢ光（図５の２点鎖線）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。
【００１６】
先ず、Ｇ用位相板１０６を透過したＰ偏光のＧ光（実線）は、第１及び第２の偏光ビームスプリッター１０２、１０３の偏光分離面１２１、１３１を透過直進して、第２の偏光ビームスプリッター１０３の透光面１０３ｃ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。
【００１７】
光変調されて生成したＧ光のＳ偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッター１０３の偏光分離面１３１で反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター１０５の偏光分離面１５１において反射され、第４の偏光ビームスプリッター１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は前述したようにＧ光に係る偏波面を９０°回転させる機能を有するものであるので、Ｇ光のＳ偏光はＰ偏光に変換されて出射する。
【００１８】
次に、Ｒ光（破線）について説明する。Ｇ用位相板１０６を透過したＳ偏光のＲ光は、第１の偏光ビームスプリッター１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８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光はＳ偏光からＰ偏光に偏光変換されてこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。さらに、Ｐ偏光のＲ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１を直進透過しての透光面１０４ｂより出射し、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。
【００１９】
光変調されて生成したＲ光のＳ偏光成分は、第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され、Ｒ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９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ー１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター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ー１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７はＲ光には何ら作用せず、Ｒ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２０】
次に、Ｂ光（２点鎖線）について説明する。Ｇ用位相板１０６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ー１０２の偏光分離面１２１で反射されＲ用位相板１０８に入射する。ここで、Ｒ用位相板１０８は上記したようにＲ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光は偏光変換されることなくＳ偏光のままこれを出射し、第３の偏光ビームスプリッター１０４に入射する。
【００２１】
Ｓ偏光のＢ光は第３の偏光ビームスプリッター１０４の偏光分離面１４１で反射され透光面１０４ａ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。
【００２２】
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ー１０４の偏光分離面１４１を透過直進しＲ用位相板１０９に入射する。当該Ｒ用位相板１０９は上記したようにＢ光に対しては何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射して第４の偏光ビームスプリッター１０５に入射する。そして、第４の偏光ビームスプリッター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ー１０５の透光面１０５ｃより出射し、後段に配置したＧ用位相板１０７に入射する。
Ｇ用位相板１０７は前述したように、Ｇ光のみに作用しＢ光には何ら作用しないため、Ｂ光はＰ偏光のままこれを出射する。
【００２３】
このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏波面はＰ偏光に揃えられて、投射レンズ１９１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。
以上説明したように、上記投射表示装置３００によれば１つの反射型空間光変調素子に対して３個の偏光ビームスプリッターを作用させていながら、比較的簡易な光学構成とすることができ、高コントラストな投射表示装置が実現できるという特徴を有している。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記色分解合成光学系２９０は、4個の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５を、その偏光分離面１２１、１３１、１４１、１５１が略Ｘ字状に交差するように配置したものであるために、図８に示すように、第１の偏光ビームスプリッタ−（入射側偏光ビームスプリッター）１０２に入射した光の一部が、第４の偏光ビームスプリッター（射出側偏光ビームスプリッタ−）１０５に漏れ込み、その不要光Ｌが投射レンズ１９１を介して図示せぬスクリーン上に明部を生成させ、映像品質を劣化させる問題があった。特に、上記４個の偏光ビームスプリッター１０２、１０３、１０４、１０５が、透明な接着剤等の接合部材１１０で互いに接合されている場合に顕著である。
【００２５】
反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３面上に光源像側や光源側にインテグレータを配設している場合には、この反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３を照明する照明光は、当該インテグレータのセグメントの像を結像させる。しかし、現実には反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３の周辺部にも広がった光線が存在し、この光線の一部が上記の不要光Ｌとなって投影像上に表示される場合がある。
【００２６】
また、反射型空間光変調素子１６１、１６２、１６３で反射された光の一部が、入射側に配設した第１の偏光板１８１の表面で再反射され、それが不要光Ｌとして投影される場合もある。
【００２７】
本発明は、懸かる問題を解決するためになされたものであり、投影表示に不要な光線を遮断して映像品質に優れた色分解合成光学系及びこれを用いた投射表示装置を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる色分解合成光学系の第１の発明は、対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、前記偏光分離面が互いに交差する交差部にあって、かつ前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターで囲まれた中央部に、前記第１の偏光ビームスプリッターから前記第４の偏光ビームスプリッターへ漏れ込む光を遮断する遮光手段を備えたことを特徴とする。
【００２９】
第２の発明は、対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、前記第１偏光ビームスプリッター及び前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに対向する角を面取りし、この面取り部に遮光手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】
第３の発明に係わる投射表示装置は、請求項１または２記載の色分解合成光学系を備え、この色分解合成光学系の前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側には、光源と、この光源から発した不定偏光のうち所定の直線偏光のみを透過する第１の偏光手段とを、前記第４の偏光ビームスプリッターの光射出側には、所定の直線偏光のみを透過する第２の偏光手段と投射レンズとを、前記第２、第３の偏光ビームスプリッターの外側透光面には空間光変調素子とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至４を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。
図１において、１が本発明の第１実施形態に係る投射表示装置であり、色分解合成光学系２と、当該色分解合成光学系２の光入射側に配設した光源３及び当該光源３の射出光である不定偏光の白色光から所定の直線偏光のみを選択的に透過させる第１の偏光手段（例えば、偏光板）４と、上記色分解合成光学系２の光射出側に配設した所定の直線偏光のみを選択的に透過させる第２の偏光手段（例えば、偏光板）５及び投射レンズ６とを有する。
【００３２】
上記色分解合成光学系２は、立方体または角柱状の第１、第２、第３、第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１を、その偏光分離面７１、８１、９１、１１１が略Ｘ字状に交差するように配置した構成を有し、偏光分離面７１、８１、９１、１１１が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１で囲まれた中央部に遮光手段１２を備える。ここで、第１の偏光ビームスプリッター７を入射側偏光ビームスプリッターとして選択すると、その対角の位置にある第４の偏光ビームスプリッター１１が出射側偏光ビームスプリッターとされる。
【００３３】
さらに、色分解合成光学系２は、第１の偏光ビームスプリッター７の光入射側の透光面７ａ、及び第４の偏光ビームスプリッター１１の光出射側の透光面１１ｃに第１の色光（例えば、Ｇ光）の偏波面を９０°回転させる第１の波長選択性偏光変換手段（例えば、Ｇ用位相板）１２、１３を備え、第１と第３の偏光ビームスプリッター７、９の対向部の間隙、及び第３と第４の偏光ビームスプリッター９、１１の対向部の間隙には第２の色光（例えば、Ｒ光）の偏波面を９０°回転させる第２の波長選択性偏光変換手段（例えば、Ｒ用位相板）１４を備えている。なお、色分解合成光学系２の上記構成要素は透明な接合部材（例えば、接着剤）１８で接合して一体化されてもよい。
【００３４】
当該色分解合成光学系２の第２及び第３の偏光ビームスプリッター８、９の透光面８ｃ、９ａ、９ｂには、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８が配設される。
【００３５】
本発明の第１実施形態に係る投射表示装置１においては、第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）７からの不要光である漏れ光（図１における実線）Ｌは、偏光分離面７１、８１、９１、１１１が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター７、８、９、１１で囲まれた中央部に備えた遮光手段１２において遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）１１から投射レンズ６を介して図示せぬスクリーン上に投射されることがない（図中破線）。
従って、投射映像中に不要光による明部が生成され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
【００３６】
図２は、本発明の第２実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１と同一の要素については同一符号を用い説明する。また、ここでは、図１と異なる部分についてのみ説明する。
図２において、２０が第２実施形態に係る投射表示装置である。図１と異なる部分は、色分解合成光学系２１の構成要素である第１の偏光ビームスプリッター２２及び第４の偏光ビームスプリッター２３が、対角の位置関係において互いに対向する角隅部２２ｅ、２３ｅを面取りし、この面取りした角隅部に遮光手段２４を備えた点である。
【００３７】
さらに、第４の偏光ビームスプリッター２３の光出射側の透光面２３ｃであって、当該透光面２３ｃの第２の偏光ビームスプリッター８寄りの一部に、遮光手段２５を配設している。
なお、上記遮光手段２５は、遮光の効果を高めるために必要とされるが、実用的には遮光手段２４のみでも十分な効果が得られる。
【００３８】
本発明の第２実施形態においても前述の第１実施形態と同様に、第１の偏光ビームスプリッター２２で発生した不要光である漏れ光（図２において実線）Ｌが遮光手段２４及び２５で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター２３から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
従って、本発明の第２実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１と同一の要素については同一符号を用いて説明する。また、ここでは、図１と異なる部分についてのみ説明する。
図３において、３０は本発明の第３実施形態に係る投射表示装置である。図１と異なる部分は、色分解合成光学系３１の構成要素である第２及び第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、適用される反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応させて小さくしたものである。
【００４０】
また、光源３から反射型の空間光変調素子２６、２７、２８までの光学的距離、及び反射型空間光変調素子２６、２７、２８から投射レンズ６までの光学的距離はそれぞれ略一致するようにされている。
【００４１】
また、上記光学距離の短縮と、上記第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１における表面反射を防止する目的からカップリング手段（例えば、透明なガラス基体）３４、３５を各偏光ビームスプリッターの対向部の間隙に挿入して備えている。なお、第１と第３の偏光ビームスプリッター７、３３の対向部、及び第３と第４の偏光ビームスプリッター３３、１１の対向部の間隙に備えた第２の波長選択性偏光変換手段３６は、図３においては第３の偏光ビームスプリッターの形状に合わせて小さく表しているが、これに限定されるものではない。
【００４２】
色分解合成光学系３１は、さらに、図１と同様に、第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１の偏光分離面７１、３２１、３３１、１１１が略Ｘ字状に交差する交差部にあって、かつ第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、１１で囲まれた中央部に遮光手段３７を備えている。なお、遮光手段３７の形状は図３に示されている形状に限定されるものではない。
【００４３】
本発明の第３実施形態によれば、図１と同様に第１の偏光ビームスプリッター７で発生した不要光である漏れ光（図３において実線）Ｌが遮光手段３７で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター１１から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
【００４４】
従って、本発明の第３実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
また、本発明の第３実施形態によれば、第２、第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応して小さく形成しているので、色分解合成光学系及び投射表示装置のコストアップを抑制できる効果を有する。
【００４５】
次に本発明の第４実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４実施形態に係る投射表示装置の概略構成を示した平面図である。図１及び図２と同一の要素については同一符号を用い説明する。また、ここでは、図２と異なる部分についてのみ説明する。
図４において、４０は本発明の第４実施形態に係る投射表示装置である。図２と異なる部分は、色分解合成光学系４１の構成要素である第２及び第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、適用される反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応させて小さくしたものである。
【００４６】
また、光源３から反射型空間光変調素子２６、２７、２８までの光学的距離、及び反射型空間光変調素子２６、２７、２８から投射レンズ６までの光学的距離はそれぞれ略一致するようにされている。
【００４７】
また、上記光学距離の短縮と、上記第１乃至４の偏光ビームスプリッター７、３２、３３、２３における表面反射を防止する目的からカップリング手段（例えば、ガラス基体）４２、３５を各偏光ビームスプリッターの対向部の間隙に挿入して備えている。なお、第３実施形態と同様に、第２の波長選択性偏光変換手段３６の形状は図４に記載した形状に限定されない。
【００４８】
色分解合成光学系４１は、さらに、上記カップリング手段４２の内側側面に遮光手段４３を備えている。なお、遮光手段４３は必須の要素ではなく、第１及び第４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３に備えた遮光手段２４のみでは不要光の遮断が不十分である場合に適用するようにしてもよい。または、第１乃至４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３の偏光分離面２２１、３２１、３３１、２３１が略Ｘ字状に交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッター２２、３２、３３、２３で囲まれた中央部に板状またはブロック状の遮光手段を備えてもよい。
【００４９】
本発明の第４実施形態によれば、図２と同様に第１の偏光ビームスプリッター２２で発生した不要光である漏れ光（図４において実線）Ｌが遮光手段２４及び４３で遮断されるため、第４の偏光ビームスプリッター２３から投射レンズ６を介してスクリーンに投射されることがない（図中破線）。
【００５０】
従って、本発明の第４実施形態においても、投影映像中に不要光による明部が表示され、映像品質を劣化させるという従来技術の問題が解消される。
さらにまた、本発明の第４実施形態は本発明の第３実施形態と同様に、第２、第３の偏光ビームスプリッター３２、３３の大きさを、反射型の空間光変調素子２６、２７、２８のサイズに対応して小さく形成しているので、色分解合成光学系及び投射表示装置のコストアップを抑制できる効果を有する。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきて明らかなように、本発明は、４個の偏光ビームスプリッターの偏光分離面を略Ｘ字状に交差するように配置して構成した色分解光学系において、上記した偏光分離面が互いに交差する交差部にあって、かつ第１乃至第４の偏光ビームスプリッターで囲まれた中央部に、遮光手段を備えることにより、光入射側の偏光ビームスプリッターで発生した不要な漏れ光がこの遮光手段によって遮断され、光出射側偏光ビームスプリッター及び投射レンズを介してスクリーンに投射されることを抑制でき、映像の表示品質に優れた投射表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る投射表示装置の概略平面図である。
【図５】従来技術になる投射表示装置の概略平面図である。
【図６】Ｇ用位相板の分光特性である。
【図７】Ｒ用位相板の分光特性である。
【図８】第１の偏光ビームスプリッターで発生した不要光の漏れ光が投射映像に及ぼす影響を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
１，２０，３０，４０…投射表示装置、２，２１，３１，４１…色分解合成光学系、３…光源、４…第１の偏光手段、５…第２の偏光手段、６…投射レンズ、７，２２…第１の偏光ビームスプリッター（入射側偏光ビームスプリッター）、８，３２…第２の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）、９，３３…第３の偏光ビームスプリッター（主偏光ビームスプリッター）、８ｃ，９ａ，９ｂ…透光面、１１，２３…第４の偏光ビームスプリッター（出射側偏光ビームスプリッター）、１２、２３，３７，４３…遮光手段、１３，１４，３６…波長選択性偏光変換手段、２６，２７，２８…空間光変調素子、３４，３５，４２…カップリング手段、７１，８１，９１，１１１，３２１，３３１…偏光分離面
Claims (3)
- 対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、
前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、
前記偏光分離面が互いに交差する交差部にあって、かつ前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターで囲まれた中央部に、前記第１の偏光ビームスプリッターから前記第４の偏光ビームスプリッターへ漏れ込む光を遮断する遮光手段を備えたことを特徴とする色分解合成光学系。 - 対角方向に形成された偏光分離面がＸ字状になるように配置された立方体又は角柱状の第１乃至第４の偏光ビームスプリッターと、
前記第１の偏光ビームスプリッターと前記第４の偏光ビームスプリッターとが対角、かつ前記第１の偏光ビームスプリッターが光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターが光出射側に配置される時、前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側、前記第４の偏光ビームスプリッターの光出射側及び前記第１乃至前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに直交する内側対向面のうち、２つ以上の前記内側対向面の間に配置された所定の色光の偏波面を９０°回転させる波長選択性変換手段とを備え、
前記第１偏光ビームスプリッター及び前記第４の偏光ビームスプリッターの互いに対向する角隅を面取りし、この面取り部に遮光手段を備えたことを特徴とする色分解合成光学系。 - 請求項１または２記載の色分解合成光学系を備え、この色分解合成光学系の前記第１の偏光ビームスプリッターの光入射側には、光源と、この光源から発した不定偏光のうち所定の直線偏光のみを透過する第１の偏光手段とを、前記第４の偏光ビームスプリッターの光射出側には、所定の直線偏光のみを透過する第２の偏光手段と投射レンズとを、前記第２、第３の偏光ビームスプリッターの外側透光面には空間光変調素子とを備えたことを特徴とする投射表示装置。
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