JP3711670B2 - 投射型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調素子（ライトバルブ）を使用した投射型表示装置に関し、特に応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保し、投射像の画質劣化を効果的に抑える構造を備えた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、投射型表示装置用に用いられる空間光変調素子（ライトバルブ）としては、偏光を利用して空間的に変調する位相差変調型（偏光変調型）の空間光変調素子が知られている。そして、この位相差変調型の空間光変調素子として、例えば液晶を用いて構成されたもの（位相差変調型液晶ライトバルブ）が実用化されている。
【０００３】
このような位相差変調型の空間光変調素子を用いた従来の投射型表示装置では、偏光子及び検光子となる偏光ビームスプリッタが用いられる。従来の投射型表示装置においては、偏光ビームスプリッタに入射された光（照明用の光源から直接入射された光又は入射前に色分解された光等）がこの偏光ビームスプリッタにより透過するＰ偏光成分と当該偏光ビームスプリッタにて反射されるＳ偏光成分の光に分離される。通常、反射分離されたＳ偏光成分が空間光変調素子に対して照射される。そして、この空間光変調素子の液晶層によって変調され、かつ当該素子の反射層によって反射された光は、再び偏光ビームスプリッタに戻る。この際、当該空間光変調素子からの反射光は上述の偏光ビームスプリッタによって検光される。前述の偏光ビームスプリッタはＳ偏光光は反射されるために空間光変調素子によって変調されてＰ偏光光となった光のみ当該偏光ビームスプリッタを透過することとなり、検光が達成される。この透過したＰ偏光光（すなわち、検光光）が投射光学系を介して投射画像としてスクリーン上に投射される。
【０００４】
このような投射型表示装置としては、例えば、ヒューズエアクラフト社の米国特許第４，６８７，３０１号公報に開示されている装置が知られている。この従来の投射型表示装置では、偏光ビームスプリッタとして、屈折率が調整された液体中に偏光ビームスプリッタ用のコーティングが施された透光性材料板を浸漬させた構成の液体浸漬型の偏光ビームスプリッタが用いられている。なお、上記液体の屈折率は、所定の液温において浸漬された透光性材料板の屈折率と同一になるように調整されている。このように液体中に浸漬する理由は、空気中では、コーティングの界面が空気対透光性材料となり、屈折率が異なるために偏光ビームスプリッタとして機能しないためである。そして、この従来の投射型表示装置では、当該偏光ビームスプリッタの近傍には前記位相差変調型の空間光変調素子が配置されている。偏光ビームスプリッタに入射した光は当該偏光ビームスプリッタによってＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とに偏光分離され、このうちのＳ偏光成分光が前記空間光変調素子に照射される。照射されたＳ偏光性分光は前述のとおり液晶層によって変調され、かつ反射層によって反射出射される。この変調光光は、偏光ビームスプリッタに再度入射されて検光される。この検光光は、投射光学系によって投射画像としてスクリーン上に投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタを採用した投射型表示装置には以下のような課題がある。
【０００６】
第１に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、透光性材料板が浸漬される液体の屈折率の変化は、該液温の変化に依存する。すなわち、ある液温で屈折率が調整されている液体でも、該液体自体の温度変化によって、該液体の屈折率と該透光性材料板の屈折率との間に差を生じる。これにより、当該偏光ビームスプリッタ全体の性能が変化する。例えば、あるサンプル（上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタ用の液体）の場合、１℃の温度上昇につき、屈折率は０．０００３４９程度変化するが、この変化率は一般の透光性材料板の基板材料のそれより２桁大きい。通常、投射型表示装置の使用環境（例えば温度）は約２０℃〜６０℃程度変化する可能性があり、この屈折率の差は無視できないものとなる。また、分散も変化するため、投射画像において色ズレや色ムラの原因となる。
【０００７】
第２に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、液温が該液体全体にわたって均一でない場合、上述した液体の屈折率の温度特性により、該液体の屈折率の均一性が損なわれ、該液体中に屈折率分布が生じてしまう。現実的な投射型表示装置においては、液温が該液体全体に渡って均一に変化することはなく（液体全体の屈折率は均一にはならない）、したがって、投射画像の均一性が損なわれる大きな原因となる。
【０００８】
第３に、液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、上記液体の不均一な温度変化に伴い、上述した該液体の屈折率とともに該液体の密度の均一性も損なわれ、結果的に該液体中に対流が生じる。この対流は、上述した液体中の不均一な屈折率の分布の時間変動をもたらすので、該対流の発生は投射型表示装置における画質の不均一性が時間とともに変動する原因となる。
【０００９】
第４に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、液温変化に伴い上記液体自身の体積も変化する。上述のサンプルの場合、１℃の液温変化に対し、その体積は１ｃｃ当たり０．０００７３ｃｃ変化する。投射型表示装置の使用環境（例えば温度）としては４０℃程度の温度差であるが、それの輸送や倉庫での保管を考慮した場合、−１０℃〜８０℃ほどの温度範囲を考慮する必要がある。該液体の体積変化自体は投射画像への影響は小さいが、当該装置の構造上、液体の体積変化を吸収するためのなんらかの機構を設ける必要がなる。
【００１０】
第５に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタの液体中にゴミがある場合、該液体浸漬型偏光ビームスプリッタを採用した投射型表示装置では、該液体中のゴミが焦点位置の近辺でなくても、該液体中のゴミが数十〜数百倍に拡大された投射画像中に写ってしまう。このような状況を考慮すると、決して該液体中にはゴミがあってはならない。したがって、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタの組立にはクリーンルームが必要となる上、該液体のゴミや異物を除去する作業が必要となる。
【００１１】
第６に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、その液体中に気泡があると、該気泡が投射された画像に現れてしまうので、これもあらかじめ取り除いておく必要がある。
【００１２】
第７に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、構造上、液体を使用するために、該液体を収容するケースにＯリングを設けるなど、液漏れ防止の対策を施す必要がある。
【００１３】
以上のように、液体浸漬型偏光ビームスプリッタは、その構造的特徴等から課題も多く、これを採用した投射型表示装置は、必然的に製作に非常に手間がかかり、コストアップにつながっている。特に、該液体の液温変化による、屈折率等の特性変化に関しては、本質的に避け難い問題である。
【００１４】
一方、透光性材料ブロックにより構成された従来の偏光ビームスプリッタでは、種々の原因で生じるガラスの光学的異方性が複屈折を誘発し、該偏光ビームスプリッタの偏光特性を乱して不均一にしまい、投射画像の画質劣化を十分に抑制することができず、均一で色ムラのない投射像を得ることができない。ここで、種々の原因とは、主に、透光性材料の加工工程（切断、他の材料との接合、表面への成膜）や、透光性材料を光学系に組み込む操作（治具での保持、接着など）の際い生じる外部応力や、透光性材料内部の発熱（光エネルギーの吸収など）あるいは外部の発熱（周辺機器の発熱など）などにより生じる熱応力、さらに発熱の際に、透光性材料と熱膨張率の異なる材料を接触接合した場合に生じる応力などである。このように、これら種々の熱応力や外部応力が生じる時期は、透光性材料ブロックの作製、偏光ビームスプリッタ加工から、投射型表示装置使用中に至っており、全てを排除することは非常に難しい。
【００１５】
本発明は以上の課題を解決すべくなされたものであり、透光性材料ブロックで構成された偏光ビームスプリッタを採用することにより、上述した液体浸漬型偏光ビームスプリッタの採用に伴う種々の課題を除去するとともに、しかも、該透光性材料ブロックにおける種々の熱応力、外部応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保でき画質の劣化の少ない投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による投射型表示装置は、入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００１７】
本発明の第２の態様による投射型表示装置は、入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００１８】
なお、前記第１及び第２の態様においては、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタにそれぞれ入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光は既に偏光されたものでもよいし未だ偏光されていないものでもよい。前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタに偏光光が入射される場合には、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタは、前記第１、第２及び第３のライトバルブに入射させる光を偏光させる偏光光学系としては実質的に作用せずに、前記第１、第２及び第３のライトバルブからの変調光を検光する検光光学系としてのみ作用することになる。一方、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタに偏光されていない光が入射される場合には、前記偏光光学系及び前記検光光学系として作用することになる。
【００１９】
また、前記第１及び第２の態様による投射型表示装置は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成して１本の投射レンズで画像を投射する１投射レンズタイプの投射型表示装置であってもよいし、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成することなく３本の投射レンズでそれぞれスクリーン上に投射してスクリーン上で色合成を行う３投射レンズタイプの投射型表示装置であってもよい。
【００２０】
本発明の第３の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２１】
本発明の第４の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２２】
本発明の第５の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２３】
本発明の第６の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２４】
本発明の第７の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２５】
本発明の第８の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２６】
本発明の第９の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、前記偏光ビームスプリッタは、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２７】
本発明の第１０の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、前記偏光ビームスプリッタは、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２８】
本発明の第１１の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２９】
本発明の第１２の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００３０】
なお、前記第１乃至第１２の態様において、前記透光性材料は、Ｒ光に対する光弾性定数が＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下の材料であることが好ましい。
【００３１】
本発明者らの研究の結果、ガラス等の透光性材料の光弾性定数は波長の関数として右上がり（波長が大きくなるほど光弾性定数も大きくなる）でかつ上に凸の形状となる特性を有することが判明した。そして、当該透光性材料の組成を変えることにより、このような形状の特性を維持したまま光弾性定数の絶対値が最小値となる波長を変えることができることが判明した。さらに、透光性材料の光弾性定数の絶対値が小さいほど種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生が少なくなって光学的に安定な性能を確保でき、光弾性定数の絶対値の小さい透光性材料を用いて構成した偏光ビームスプリッタを投射型表示装置において使用すれば投射像の画質の劣化を抑えることができるが、当該画質の劣化を抑制する上で、短波長の光に対する光弾性定数の絶対値ほど小さくすることが好ましいのに対し長波長の光に対する光弾性定数の絶対値はさほど小さくする必要がないことが判明した。これは、透光性材料が光を吸収して発熱し、当該透光性材料が自身の線熱膨張係数によって膨張して内部応力を発生させてしまうが、その吸収が短波長の光ほど大きく長波長の光ほど小さいので、光吸収による内部応力の発生が短波長の光ほど大きく長波長の光ほど小さいからである。
【００３２】
本発明は、このような本発明者らによる新たな知見に基づいてなされたものである。
【００３３】
前述した本発明の第１乃至第１２の態様によれば、透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられており、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを用いていない。したがって、前記第１乃至第１２の態様によれば、先に述べたような対流やゴミや気泡などの、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを採用することに伴う種々の問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られる。
【００３４】
また、前記第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様によれば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光用の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長、すなわち、当該光弾性定数が実質的にゼロとなる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、前述したように透光性材料は光弾性定数が波長の関数として右上がりでかつ上に凸の形状となる特性を有しているので、Ｒ光及びＧ光に関してはＢ光に比べると光弾性定数が比較的大きくなるものの、いずれの色光に対しても光弾性定数を十分に小さくすることができる。そして、前述したように短波長の光ほどその吸収が大きいことからＢ光に対しては光吸収が最も多く光吸収による内部応力の発生量が最も大きいが、Ｂ光領域において光弾性定数が最小値となるので、Ｂ光に対する光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。一方、Ｒ光及びＧ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、Ｂ光の場合と比べて光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。
【００３５】
このため、前記第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様によれば、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、画質の劣化を抑えることができる。さらに、このように、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、各色光用の偏光ビームスプリッタとして互いに異なる透光性材料を用いたものを使用する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
また、前記第２、第４、第６、第８、第１０及び第１２の態様によれば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光用の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されている。この場合、前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、結局、光吸収が最も多く光吸収による内部応力の発生量が最も大きいＢ光に対して平均的な光弾性定数の絶対値を最も小さくすることになるので、前述した第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様と同様に、Ｂ光に対する光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができ、また、Ｒ光及びＧ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、Ｂ光の場合と比べて平均的な光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。一方、前記第２の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、結局、Ｇ光に対して平均的な光弾性定数の絶対値を最も小さくすることになる。この場合、前述したように透光性材料は光弾性定数が波長の関数として右上がりの形状となる特性を有しているので、Ｂ光に対する光弾性定数は比較的大きくなるものの当該Ｂ光に対する光弾性定数はかなり小さく抑えることができる。また、Ｒ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、平均的な光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。したがって、前記第２の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いた場合であっても、入射光量の比較的少ない投射型表示装置であれば、各色光に対して、光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。なお、前記第１の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、Ｂ光に対する光弾性定数がかなり大きくなってしまい、Ｂ光に対する光弾性定数を小さく抑えることができなくなってしまう。
【００３７】
したがって、前記第２、第４、第６、第８、第１０及び第１２の態様によっても、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、画質の劣化を抑えることができる。また、このように、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、各色光用の偏光ビームスプリッタとして互いに異なる透光性材料を用いたものを使用する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の種々の実施例による投射型表示装置について、図面を参照して説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。説明の便宜上、図に示すように互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をそれぞれ定義する（後述する図４乃至図８についても同様）。
【００４１】
本実施の形態による投射型表示装置では、図面には示していないが、前記光源は、ランプと、該ランプの背部に配置された楕円鏡等の凹面鏡とから構成されている。前記光源から出射された光源光は、図示しない赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタを経由し、更に図示しない整形光学系によって略平行光束に変換されてＸ方向に進行し、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１に入射される。クロスダイクロイックミラー１１は、Ｂ光反射の特性を有するダイクロイックミラー１１ＢとＲ光反射の特性を有するダイクロイックミラー１１Ｒとを互いに直交するようにＸ型に配置した構成を有している。クロスダイクロイックミラー１１に入射された光は、ダイクロイックミラー１１Ｂにて反射されて−Ｙ方向に進行するＢ光（青色光）と、ダイクロイックミラー１１Ｒにて反射されてＹ方向に進行するＲ光（赤色光）と、ダイクロイックミラー１１Ｂ，１１Ｒを透過してそのままＸ方向に進行するＧ光（緑色光）とに色分解される。色分解された各色光は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってそれぞれ光軸を−Ｚ方向に変え、各々が各色光用の偏光分離光学系及び検光光学系を兼用する第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにそれぞれ入射される。偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、透光性材料としてのガラス組成部材にて形成された２つの直角プリズムを誘電体多層膜等からなる偏光分離膜を挟み込んで貼り合わせた構造を有している。いずれの偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの偏光分離膜も同じ方向を向いており、前記色分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光とも各偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに−Ｚ方向にそれぞれ入射され、各色光は前記偏光分離膜を透過して−Ｙ方向に廃棄されるＰ偏光光と反射してＸ方向に出射されるＳ偏光とにそれぞれ偏光分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１４Ｒは入射したＲ光に基づく第１の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射し、偏光ビームスプリッタ１４Ｇは入射したＧ光に基づく第２の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射し、偏光ビームスプリッタ１４Ｂは入射したＢ光に基づく第３の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射する。
【００４２】
各色光用偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４ＢのＳ偏光光の出射面近傍には、空間光変調素子としてライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂがそれぞれ配置されており、各色光用偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂからそれぞれ出射された各色光のＳ偏光光がライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにそれぞれ入射される。本実施の形態では、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとして、位相差変調型の空間光変調素子である光書き込み式の反射型液晶ライトバルブが用いられている。
【００４３】
ここで、光書き込み式の反射型液晶ライトバルブの構造及び機能について説明する。図面には示していないが、このライトバルブは、例えば、入射光側から順に配置された、透明ガラス基板、ＩＴＯ透明電極膜、液晶配向層、ＴＮ液晶層、液晶配向層、誘電体反射ミラー層、遮光層、水素化非晶質シリコン層等からなる光導電体層、ＩＴＯ透明電極層及び透明ガラス基板から構成されている。すなわち、入射光と反対側から書き込み光信号が入射すると、当該箇所の前記光導電体層はそのインピーダンスを減らすこととなり、前記両ＩＴＯ電極間に常時交流を印加させて当該素子を作動させることから、印加電圧が前記液晶間に印加され、液晶分子が電界方向に配列することによって液晶層自体が１／４波長板としての機能を有することとなる。一方、書き込み光信号がない場合は、当該箇所の前記光導電体層が高インピーダンスを有するために両ＩＴＯ電極間に印加された電圧は有効に液晶に印加されないこととなり、液晶層中の液晶分子は配列せず、液晶配向層に倣って配向し、ねじれ構造を構成する。以上の機能を有するために、書き込み光信号が入射された箇所においては、入射した直線偏光光（読み出し光）は液晶層を通過して円偏光となってミラー層により反射され、再度液晶層を通過して入射時と偏光方向が９０度変換されて出射される。つまり、入射光（読み出し光）がＳ偏光光である場合、Ｐ偏光光として出射される。書き込み光信号が入射されない箇所では、入射偏光光は液晶分子のねじれに倣って旋光し、反射層にて反射されて、再度ねじれに倣って旋光されて出射するので、入射光と同じ偏光で出射する。つまり、入射光（読み出し光）がＳ偏光光である場合、Ｓ偏光光として出射される。
【００４４】
以上が光書き込み式の反射型ライトバルブの構造及び機能である。なお、本発明で用いることができるライトバルブは、このような光書き込み式の反射型ライトバルブに限定されるものではなく、例えば電気書き込み式の反射型ライトバルブを使用することができることは言うまでもない。この場合には、光書き込み光学系が不要となり、装置の小型化に寄与することができる。
【００４５】
各空間光変調素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射された各色光のＳ偏光光は、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって書き込み光信号に従って変調され、当該各色光の変調光は、それぞれ−Ｘ方向に出射され、再度偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにそれぞれ入射される。前述した光書き込み式反射型ライトバルブの原理からわかるように、前記各色の変調光には、書き込み光信号により選択された箇所のＰ偏光光（信号成分）と選択されない箇所のＳ偏光光とが混在している。ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂから偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射した各色の変調光のうち、Ｐ偏光光（信号成分）のみが偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの偏光分離膜をそれぞれ透過して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂからそれぞれ−Ｘ方向に出射され、Ｓ偏光光は当該偏光分離膜にてそれぞれ−Ｚ方向に反射されて廃棄される。すなわち、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより変調された各色の変調光は、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによってそれぞれ検光され、各色の変調光のうちのＰ偏光光のみが偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂから各色の検光光としてそれぞれ−Ｘ方向に出射されることになる。
【００４６】
Ｒ光の検光光及びＢ光の検光光は、折り曲げミラー１６Ｒ，１６Ｂによってそれぞれ光軸を−Ｙ方向及びＹ方向に変え、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズム１７にそれぞれ入射される。Ｇ光の検光光は、そのまま−Ｘ方向にクロスダイクロイックプリズム１７に入射される。クロスダイクロイックプリズム１７は、直角二等辺三角柱の光学透明プリズム４個を互いに直角部を合わせて、当該合わせ面にはＲ光反射ダイクロイック膜１７Ｒ又はＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂを挟みこんで貼り合わせ、当該Ｒ光反射ダイクロイック膜１７ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂが互いにＸ型に配置された構造を有する。
【００４７】
当該クロスダイクロイックプリズム１７に−Ｘ方向に入射したＧ光の検光光はダイクロイック膜１７Ｒ，１７Ｂを透過してそのまま−Ｘ方向に出射され、クロスダイクロイックプリズム１７に−Ｙ方向に入射されたＲ光の検光光はＲ光反射ダイクロイック膜１７Ｒによって反射されて同じく−Ｘ方向に出射され、クロスダイクロイックプリズム１７にＹ方向に入射されたＢ光の検光光はＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂによって反射されて同じく−Ｘ方向に出射される。
【００４８】
前記各色の検光光は、このようにしてクロスダイクロイックプリズム１７により色合成されて−Ｘ方向に出射され、投射光学系としての投射レンズ１８によってスクリーン（図示せず）上にフルカラーの投射像として投射される。
【００４９】
そして、本実施の形態では、前記偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材（前述した直角プリズムに相当）を用いて構成されている。前記偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材（前述した直角プリズムに相当）を用いて構成されてもよい。
【００５０】
以下に、この透光性材料について説明する。
【００５１】
一般に、ガラスのような等方等質な透光性材料に力を加えて応力を生じさせると、この透光性材料に光学的な異方性が生じ、ある種の結晶体と同じように複屈折性を持つようになる。このような現象は、光弾性効果と呼ばれている。応力が生じたときの透光性材料の屈折率は屈折率楕円体で表すことができ、この屈折率楕円体の主屈折率軸は主応力軸に一致する。一般に、主屈折率をｎ1，ｎ2，ｎ3、主応力をσ1，σ2，σ3（それぞれ添字が共通なものは同一方向にある）とすると、これらの間には次式のような関係が成立する。
【００５２】
【数１】
ｎ1＝ｎ0＋Ｃ1σ1＋Ｃ2（σ2＋σ3） ・・・（１）
【００５３】
【数２】
ｎ2＝ｎ0＋Ｃ1σ2＋Ｃ2（σ3＋σ1） ・・・（２）
【００５４】
【数３】
ｎ3＝ｎ0＋Ｃ1σ3＋Ｃ2（σ1＋σ2） ・・・（３）
【００５５】
ここで、Ｃ1，Ｃ2は光の波長及び透光性材料の物質に固有の定数である。なお、ｎ0は無応力の時の屈折率である。
【００５６】
このような透光性材料に光を入射させた場合、その方向がσ3と同一な方向となるように座標をとれば、入射光はそれぞれσ1，σ2方向の、すなわち互いに振動面が直交する２つの直線偏光成分に分かれる。当該透光性材料から光が出射する際には、各主応力方向の屈折率（ｎ1，ｎ2）が異なるため、これら２つの直線偏光成分の間には次式で表されるような光路差（位相差）Δφが生じる。
【００５７】
【数４】
【００５８】
ここで、λは光の波長、ｌは透光性材料の光透過厚である。Ｃ＝（Ｃ1−Ｃ2）は光弾性定数と呼ばれ、応力によって生じる複屈折の大きさを示す係数（単位応力当たりの複屈折量）である。
【００５９】
本発明者らは、偏光ビームスプリッタ用の透光性材料として種々の組成のガラスを作製し、直線偏光の種々の波長の単色光を用いて、当該試料にσ2＝σ3＝０となる方向に既知の応力をかけた状態で当該試料の複屈折を測定し、上述の数１〜数４から当該試料の光弾性定数Ｃを算出した。作製したガラスの組成の範囲は、酸化物換算の重量％で以下に示すようにした。
【００６０】
ＳｉＯ2 １７．０〜２９．０％
ＬｉＯ2＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ ０．５〜 ５．０％
ＰｂＯ ７０．０〜７５．０％
Ａｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3 ０ 〜 ３．０％
【００６１】
各成分の組成範囲をこのように設定した理由は、次の通りである。
【００６２】
上記組成成分のうちのＰｂＯ（酸化鉛）は、ＰｂＯを含有する組成系のガラスにおいては、光弾性定数Ｃの値がＰｂＯの含有量に大きく依存することを利用し、光弾性定数Ｃの値制御するために用いられたものである。ＰｂＯの含有量により光弾性定数Ｃの値が変化するのは、鉛イオンの配位状態がその含有量の増加とともに変化するためと考えられる。
【００６３】
ＳｉＯ2は、このガラスの光学用ガラス形成酸化物であり、１７重量％以上含有されることが望ましい。ただし、当該ＳｉＯ2の含有量は上記ＰｂＯの含有量を上記重量％としたことにより２９重量％がその上限となる。
【００６４】
ＬｉＯ2＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏといったアルカリ金属成分は、ガラスの熔解温度及びガラス転移温度を下げ、ガラスの失透に対する安定性を高める効果を有するため、０．５重量％以上含有されることが望ましい。ただし、その含有量が５重量％を越えると当該ガラスの化学的耐久性が損なわれることとなるために好ましくない。
【００６５】
脱泡剤として使用すべきＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3あるいは（Ａｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3）は必要に応じて、ガラス原料中に混入させることが可能であるが、その含有量が３重量％を越えると当該ガラスの耐失透性、分光透過性が損なわれるので好ましくない。
【００６６】
前述したようにして行った測定結果の一部を表１に示す。表１には、各ガラス試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の組成と、当該ガラス試料の光弾性定数Ｃの絶対値が最小になる（すなわち、実質的にゼロになる）波長とを示している。
【００６７】
【表１】
【００６８】
なお、ここで製造したガラスは、表１に示す各成分に対応する原料として酸化物、フッ化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを用意し、それらを所定の割合に秤量、混合して調合原料とし、９００℃〜１３００℃に加熱して電気炉中で熔解、清澄、撹拌を行って均質化した後に、予熱された金型に鋳込み徐冷することによって製造したものである。そして、光弾性定数Ｃの測定サンプルとしてのガラス試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８はこのようにして製造した各組成のガラスを研削、研磨して作製したものである。
【００６９】
表１に示す測定結果、すなわち、光弾性定数Ｃの絶対値が最小になる光の波長の測定結果から、上述の組成範囲のガラスでは、当該ガラスの組成中のＰｂＯ含有量と光弾性定数の絶対値が最小となる波長との間に図２に示す相関関係があることが判明した。ただし、図２中の曲線は、ＰｂＯの含有量を７１重量％〜７５重量％の間で、３次多項式にフィッティングしたものである。これにより、図２中の範囲の組成では、ＰｂＯ含有量を制御することにより、光弾性定数Ｃの絶対値が最小値となる光の波長を制御することができることが判明した。図２から、例えば、Ｂ光波長領域３８０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて光弾性定数Ｃの絶対値を最小値とするには、ＰｂＯ含有量を７１．０重量％〜７３．７重量％にすればよいことがわかる。
【００７０】
一方、本発明者らは、３種類の偏光ビームスプリッタを用意し、当該偏光ビームスプリッタの評価結果から、偏光ビームスプリッタにおいて用いる透光性材料部材は入射光の波長に対して光弾性定数の絶対値が１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であることが好ましいとの結論を得た。すなわち、前記３種類の偏光ビームスプリッタとしては、（１）前述した組成範囲内の組成を有し前述した工程により製造したガラスであって、所定波長の緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が０．０１×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるガラスからなる部材を用いて構成されたもの、（２）前記緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が１．３３×１０-8ｃｍ2／Ｎのガラスからなる部材を用いて構成されたもの、（３）前記緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が２．０×１０-8ｃｍ2／Ｎのガラスからなる部材を用いて構成されたもの、を用意した。そして、各偏光ビームスプリッタにＳ偏光の緑色光を入射させ、当該偏光ビームスプリッタにて反射して出射した光をミラーにて反射させて再度当該偏光ビームスプリッタに入射させ、前記ミラーにて反射されて当該偏光ビームスプリッタを透過した光をスクリーン上に投射させ、スクリーン上の照度ムラを評価した。その結果、前記（１）の偏光ビームスプリッタの場合には照度ムラの発生は非常に少なく、前記（２）の偏光ビームスプリッタの場合には照度ムラは観察できるものの実際の使用に耐える程度であり、前記（３）の偏光ビームスプリッタの場合には顕著な照度ムラが観察された。この評価結果から、投射型表示装置に採用する偏光ビームスプリッタとして、入射光に対する光弾性定数の絶対値が１．５以下（すなわち、光弾性定数が−１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以上で＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下）の透光性材料からなる部材を用いれば、従来の透光性材料部材（例えば、その光弾性定数が２．７８×１０-8ｃｍ2／ＮのＢＫ７）に比べて十分に光学的に安定な性能を確保でき、かつ投射画像の画質劣化が十分に抑制される投射型表示装置が得られることがわかる。
【００７１】
図３には、前述した測定の結果得られた、表１中の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の光弾性定数Ｃの波長依存性を示す曲線が示されている。これらの曲線は、各試料について得られた測定点を３次多項式にフィッティングしたものである。
【００７２】
図３から、以下のことが判明した。すなわち、光弾性定数は、波長を関数として、右上がりで上に凸の形状の特性を有しており、長波長にいくほど光弾性定数の大きくなる率は小さくなることである。
【００７３】
図３からわかるように、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５のようにＢ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になるようにガラスを構成すれば、前記の特性からＢ光波長域（３８０ｎｍ〜５００ｎｍ）は勿論のこと、Ｇ光波長領域（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）、Ｒ光波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）においても、前記光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下に抑えることができるばかりでなく、前述のように光吸収量は短波長側で大きく長波長側で小さいことにより、この光吸収によって発生する熱の影響による複屈折の発生は、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小にするように作製されているために、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生は極力少なくすることができる。さらに、Ｇ光波長領域及びＲ光波長領域においてはもともと光吸収による熱発生は少ない上に、Ｇ光波長領域及びＲ光波長領域においても光弾性定数の絶対値が１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるために十分に複屈折の発生を抑えることができる。
【００７４】
また、図３からわかるように、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になる試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５ほどではないが、試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．６の場合であっても、Ｂ光波長域、Ｇ光波長域及びＲ光波長域のいずれにおいても光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下である上に、Ｂ光波長域における光弾性定数の絶対値はさほど大きくなく、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生は十分に少なくすることができる。一方、試料Ｎｏ．７の場合には、Ｂ光波長域、Ｇ光波長域及びＲ光波長域のいずれにおいても光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるものの、Ｂ光波長域における光弾性定数の絶対値はかなり大きくなってしまい、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生がかなり大きくなり、本発明では許容できない。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の場合には、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値（波長の関数である光弾性定数の絶対値を６００ｎｍから７００ｎｍまで定積分した積分値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が６００ｎｍの垂直ラインと、波長が７００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１００ｎｍで除算した値。）、及び、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値（波長の関数である光弾性定数の絶対値を５００ｎｍから６００ｎｍまで定積分した積分値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が５００ｎｍの垂直ラインと、波長が６００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１００ｎｍで除算した値。）、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が３８０ｎｍの垂直ラインと、波長が５００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１２０ｎｍで除算した値。）のうち、Ｂ光波長域に関する前記第３の値が最も小さくなっている。試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６の場合には、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｇ光波長域に関する前記第２の値が最も小さくなっている。試料Ｎｏ．７の場合には、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｒ光波長域に関する前記第１の値が最も小さくなっている。したがって、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｇ光波長域に関する前記第２の値又はＢ光波長域に関する前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料部材を用いることができることがわかる。この場合、Ｒ光波長域の光弾性定数が＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であれば、図３に示す特性が右上がりであるので、Ｂ光波長域の光弾性定数の値が十分に小さくなる。
【００７５】
以上の説明からわかるように、前記試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が、本実施の形態において偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを構成する透光性材料部材として用いることができる透光性材料の例であり、前記試料Ｎｏ．７が比較例である。
【００７６】
なお、図２からわかるように、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になるようにするためには、前述した組成範囲においてＰｂＯの含有量を７１重量％〜７３．７重量％にすればよく、そのような組成範囲の透光性材料は、本実施の形態において偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを構成する透光性材料部材として用いることができる透光性材料の例である。
【００７７】
本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして、透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられており、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを用いていない。したがって、本実施の形態によれば、先に述べたような対流やゴミや気泡などの、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを採用することに伴う種々の問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして、前述した透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられているので、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、特に光吸収による熱応力を考慮した上で、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、色ムラ等の画質の劣化を抑えることができる。さらにこのように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、コストダウンを図ることができる。
【００７９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置について、図４を参照して説明する。
【００８０】
図４は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとの間にそれぞれ偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが追加された点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが、色分解された各色光を偏光分離する偏光分離光学系及びライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって変調された各光をそれぞれ検光する検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが検光光学系のみを構成し、偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが偏光分離光学系を構成している。すなわち、本実施の形態では、クロスダイクロイックミラー１１にて色分解された各色光は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを経て偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに入射し、各色光の一方の偏光光のみが偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５ＢをＺ方向に透過して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４ＢにＳ偏光光として入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各々が、前記第１の実施の形態における偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂで用いられている透光性材料（以下、説明の便宜上、「第１の実施の形態材料」という。）からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８３】
なお、本実施の形態のように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂのいずれもが第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されていると、画質の劣化を防止する程度が高く好ましいが、本発明では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを通常の透光性材料部材を用いて構成してもよし、逆に、偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通常の透光性材料からなる部材を用いて構成してもよい。
【００８４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態による投射型表示装置について、図５を参照して説明する。
【００８５】
図５は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８６】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１の前に、光源からの光を色分解前に２つの偏光光に偏光分離する偏光分離光学系として、偏光ビームスプリッタ２０を配置した点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが偏光分離光学系及び検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは偏光分離光学系を兼ねていない。本実施の形態では、光源からの光が偏光ビームスプリッタ２０にて２つの偏光光に偏光分離され、そのうちの一方の偏光光がクロスダイクロイックミラー１１にて各色光に色分解され、色分解された各色光の当該偏光光（偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに対するＳ偏光光）が偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００８７】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，２０の各々が、第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８８】
なお、本実施の形態のように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，２０のいずれもが第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されていると、画質の劣化を防止する程度が高く好ましいが、本発明では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ２０を通常の透光性材料部材を用いて構成してもよいし、逆に、偏光ビームスプリッタ２０のみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通常の透光性材料部材を用いて構成してもよい。
【００８９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態による投射型表示装置について、図６を参照して説明する。
【００９０】
図６は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図６において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００９１】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１の前に、光源からの光を色分解前に２つの偏光光に偏光分離する偏光分離光学系として、特開平５−１５７９１５号に開示されたような蛇腹状の偏光装置２１を配置した点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが偏光分離光学系及び検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは偏光分離光学系を兼ねていない。本実施の形態では、光源からの光が偏光装置２１にて２つの偏光光に偏光分離され、そのうちの一方の偏光光がクロスダイクロイックミラー１１にて各色光に色分解され、色分解された各色光の当該偏光光（偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに対するＳ偏光光）が偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００９２】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々が、第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００９３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００９４】
例えば、前述した各実施の形態による投射型表示装置は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成して１本の投射レンズで画像を投射する１投射レンズタイプの投射型表示装置の例であっが、本発明は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成することなく３本の投射レンズでそれぞれスクリーン上に投射してスクリーン上で色合成を行う３投射レンズタイプの投射型表示装置に適用することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液体を使用することなく、前記液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを使用したことに伴う問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られ、しかも、種々の熱応力、外部応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保でき画質の劣化の少ない投射型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の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】偏光ビームスプリッタに使用するガラス組成のＰｂＯの含有量と当該ガラスの光弾性定数の絶対値を最小にする波長との関係を示す図である。
【図３】ガラス試料の光弾性定数の波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ クロスダイクロイックミラー（色分解光学系）
１２Ｒ，１２Ｂ，１２Ｇ 折り曲げミラー
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ ライトバルブ
１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１６Ｒ，１６Ｂ 折り曲げミラー
１７ クロスダイクロイックプリズム（色合成光学系）
１８ 投射レンズ
２０ 偏光ビームスプリッタ
２１ 偏光装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調素子（ライトバルブ）を使用した投射型表示装置に関し、特に応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保し、投射像の画質劣化を効果的に抑える構造を備えた投射型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、投射型表示装置用に用いられる空間光変調素子（ライトバルブ）としては、偏光を利用して空間的に変調する位相差変調型（偏光変調型）の空間光変調素子が知られている。そして、この位相差変調型の空間光変調素子として、例えば液晶を用いて構成されたもの（位相差変調型液晶ライトバルブ）が実用化されている。
【０００３】
このような位相差変調型の空間光変調素子を用いた従来の投射型表示装置では、偏光子及び検光子となる偏光ビームスプリッタが用いられる。従来の投射型表示装置においては、偏光ビームスプリッタに入射された光（照明用の光源から直接入射された光又は入射前に色分解された光等）がこの偏光ビームスプリッタにより透過するＰ偏光成分と当該偏光ビームスプリッタにて反射されるＳ偏光成分の光に分離される。通常、反射分離されたＳ偏光成分が空間光変調素子に対して照射される。そして、この空間光変調素子の液晶層によって変調され、かつ当該素子の反射層によって反射された光は、再び偏光ビームスプリッタに戻る。この際、当該空間光変調素子からの反射光は上述の偏光ビームスプリッタによって検光される。前述の偏光ビームスプリッタはＳ偏光光は反射されるために空間光変調素子によって変調されてＰ偏光光となった光のみ当該偏光ビームスプリッタを透過することとなり、検光が達成される。この透過したＰ偏光光（すなわち、検光光）が投射光学系を介して投射画像としてスクリーン上に投射される。
【０００４】
このような投射型表示装置としては、例えば、ヒューズエアクラフト社の米国特許第４，６８７，３０１号公報に開示されている装置が知られている。この従来の投射型表示装置では、偏光ビームスプリッタとして、屈折率が調整された液体中に偏光ビームスプリッタ用のコーティングが施された透光性材料板を浸漬させた構成の液体浸漬型の偏光ビームスプリッタが用いられている。なお、上記液体の屈折率は、所定の液温において浸漬された透光性材料板の屈折率と同一になるように調整されている。このように液体中に浸漬する理由は、空気中では、コーティングの界面が空気対透光性材料となり、屈折率が異なるために偏光ビームスプリッタとして機能しないためである。そして、この従来の投射型表示装置では、当該偏光ビームスプリッタの近傍には前記位相差変調型の空間光変調素子が配置されている。偏光ビームスプリッタに入射した光は当該偏光ビームスプリッタによってＰ偏光成分光とＳ偏光成分光とに偏光分離され、このうちのＳ偏光成分光が前記空間光変調素子に照射される。照射されたＳ偏光性分光は前述のとおり液晶層によって変調され、かつ反射層によって反射出射される。この変調光光は、偏光ビームスプリッタに再度入射されて検光される。この検光光は、投射光学系によって投射画像としてスクリーン上に投射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタを採用した投射型表示装置には以下のような課題がある。
【０００６】
第１に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、透光性材料板が浸漬される液体の屈折率の変化は、該液温の変化に依存する。すなわち、ある液温で屈折率が調整されている液体でも、該液体自体の温度変化によって、該液体の屈折率と該透光性材料板の屈折率との間に差を生じる。これにより、当該偏光ビームスプリッタ全体の性能が変化する。例えば、あるサンプル（上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタ用の液体）の場合、１℃の温度上昇につき、屈折率は０．０００３４９程度変化するが、この変化率は一般の透光性材料板の基板材料のそれより２桁大きい。通常、投射型表示装置の使用環境（例えば温度）は約２０℃〜６０℃程度変化する可能性があり、この屈折率の差は無視できないものとなる。また、分散も変化するため、投射画像において色ズレや色ムラの原因となる。
【０００７】
第２に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、液温が該液体全体にわたって均一でない場合、上述した液体の屈折率の温度特性により、該液体の屈折率の均一性が損なわれ、該液体中に屈折率分布が生じてしまう。現実的な投射型表示装置においては、液温が該液体全体に渡って均一に変化することはなく（液体全体の屈折率は均一にはならない）、したがって、投射画像の均一性が損なわれる大きな原因となる。
【０００８】
第３に、液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、上記液体の不均一な温度変化に伴い、上述した該液体の屈折率とともに該液体の密度の均一性も損なわれ、結果的に該液体中に対流が生じる。この対流は、上述した液体中の不均一な屈折率の分布の時間変動をもたらすので、該対流の発生は投射型表示装置における画質の不均一性が時間とともに変動する原因となる。
【０００９】
第４に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、液温変化に伴い上記液体自身の体積も変化する。上述のサンプルの場合、１℃の液温変化に対し、その体積は１ｃｃ当たり０．０００７３ｃｃ変化する。投射型表示装置の使用環境（例えば温度）としては４０℃程度の温度差であるが、それの輸送や倉庫での保管を考慮した場合、−１０℃〜８０℃ほどの温度範囲を考慮する必要がある。該液体の体積変化自体は投射画像への影響は小さいが、当該装置の構造上、液体の体積変化を吸収するためのなんらかの機構を設ける必要がなる。
【００１０】
第５に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタの液体中にゴミがある場合、該液体浸漬型偏光ビームスプリッタを採用した投射型表示装置では、該液体中のゴミが焦点位置の近辺でなくても、該液体中のゴミが数十〜数百倍に拡大された投射画像中に写ってしまう。このような状況を考慮すると、決して該液体中にはゴミがあってはならない。したがって、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタの組立にはクリーンルームが必要となる上、該液体のゴミや異物を除去する作業が必要となる。
【００１１】
第６に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、その液体中に気泡があると、該気泡が投射された画像に現れてしまうので、これもあらかじめ取り除いておく必要がある。
【００１２】
第７に、上記液体浸漬型偏光ビームスプリッタでは、構造上、液体を使用するために、該液体を収容するケースにＯリングを設けるなど、液漏れ防止の対策を施す必要がある。
【００１３】
以上のように、液体浸漬型偏光ビームスプリッタは、その構造的特徴等から課題も多く、これを採用した投射型表示装置は、必然的に製作に非常に手間がかかり、コストアップにつながっている。特に、該液体の液温変化による、屈折率等の特性変化に関しては、本質的に避け難い問題である。
【００１４】
一方、透光性材料ブロックにより構成された従来の偏光ビームスプリッタでは、種々の原因で生じるガラスの光学的異方性が複屈折を誘発し、該偏光ビームスプリッタの偏光特性を乱して不均一にしまい、投射画像の画質劣化を十分に抑制することができず、均一で色ムラのない投射像を得ることができない。ここで、種々の原因とは、主に、透光性材料の加工工程（切断、他の材料との接合、表面への成膜）や、透光性材料を光学系に組み込む操作（治具での保持、接着など）の際い生じる外部応力や、透光性材料内部の発熱（光エネルギーの吸収など）あるいは外部の発熱（周辺機器の発熱など）などにより生じる熱応力、さらに発熱の際に、透光性材料と熱膨張率の異なる材料を接触接合した場合に生じる応力などである。このように、これら種々の熱応力や外部応力が生じる時期は、透光性材料ブロックの作製、偏光ビームスプリッタ加工から、投射型表示装置使用中に至っており、全てを排除することは非常に難しい。
【００１５】
本発明は以上の課題を解決すべくなされたものであり、透光性材料ブロックで構成された偏光ビームスプリッタを採用することにより、上述した液体浸漬型偏光ビームスプリッタの採用に伴う種々の課題を除去するとともに、しかも、該透光性材料ブロックにおける種々の熱応力、外部応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保でき画質の劣化の少ない投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による投射型表示装置は、入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００１７】
本発明の第２の態様による投射型表示装置は、入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００１８】
なお、前記第１及び第２の態様においては、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタにそれぞれ入射されるＲ光、Ｇ光、Ｂ光は既に偏光されたものでもよいし未だ偏光されていないものでもよい。前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタに偏光光が入射される場合には、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタは、前記第１、第２及び第３のライトバルブに入射させる光を偏光させる偏光光学系としては実質的に作用せずに、前記第１、第２及び第３のライトバルブからの変調光を検光する検光光学系としてのみ作用することになる。一方、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタに偏光されていない光が入射される場合には、前記偏光光学系及び前記検光光学系として作用することになる。
【００１９】
また、前記第１及び第２の態様による投射型表示装置は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成して１本の投射レンズで画像を投射する１投射レンズタイプの投射型表示装置であってもよいし、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成することなく３本の投射レンズでそれぞれスクリーン上に投射してスクリーン上で色合成を行う３投射レンズタイプの投射型表示装置であってもよい。
【００２０】
本発明の第３の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２１】
本発明の第４の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２２】
本発明の第５の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２３】
本発明の第６の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２４】
本発明の第７の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２５】
本発明の第８の態様による投射型表示装置は、光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２６】
本発明の第９の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、前記偏光ビームスプリッタは、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２７】
本発明の第１０の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、前記偏光ビームスプリッタは、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２８】
本発明の第１１の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００２９】
本発明の第１２の態様による投射型表示装置は、光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたものである。
【００３０】
なお、前記第１乃至第１２の態様において、前記透光性材料は、Ｒ光に対する光弾性定数が＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下の材料であることが好ましい。
【００３１】
本発明者らの研究の結果、ガラス等の透光性材料の光弾性定数は波長の関数として右上がり（波長が大きくなるほど光弾性定数も大きくなる）でかつ上に凸の形状となる特性を有することが判明した。そして、当該透光性材料の組成を変えることにより、このような形状の特性を維持したまま光弾性定数の絶対値が最小値となる波長を変えることができることが判明した。さらに、透光性材料の光弾性定数の絶対値が小さいほど種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生が少なくなって光学的に安定な性能を確保でき、光弾性定数の絶対値の小さい透光性材料を用いて構成した偏光ビームスプリッタを投射型表示装置において使用すれば投射像の画質の劣化を抑えることができるが、当該画質の劣化を抑制する上で、短波長の光に対する光弾性定数の絶対値ほど小さくすることが好ましいのに対し長波長の光に対する光弾性定数の絶対値はさほど小さくする必要がないことが判明した。これは、透光性材料が光を吸収して発熱し、当該透光性材料が自身の線熱膨張係数によって膨張して内部応力を発生させてしまうが、その吸収が短波長の光ほど大きく長波長の光ほど小さいので、光吸収による内部応力の発生が短波長の光ほど大きく長波長の光ほど小さいからである。
【００３２】
本発明は、このような本発明者らによる新たな知見に基づいてなされたものである。
【００３３】
前述した本発明の第１乃至第１２の態様によれば、透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられており、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを用いていない。したがって、前記第１乃至第１２の態様によれば、先に述べたような対流やゴミや気泡などの、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを採用することに伴う種々の問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られる。
【００３４】
また、前記第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様によれば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光用の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長、すなわち、当該光弾性定数が実質的にゼロとなる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、前述したように透光性材料は光弾性定数が波長の関数として右上がりでかつ上に凸の形状となる特性を有しているので、Ｒ光及びＧ光に関してはＢ光に比べると光弾性定数が比較的大きくなるものの、いずれの色光に対しても光弾性定数を十分に小さくすることができる。そして、前述したように短波長の光ほどその吸収が大きいことからＢ光に対しては光吸収が最も多く光吸収による内部応力の発生量が最も大きいが、Ｂ光領域において光弾性定数が最小値となるので、Ｂ光に対する光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。一方、Ｒ光及びＧ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、Ｂ光の場合と比べて光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。
【００３５】
このため、前記第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様によれば、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、画質の劣化を抑えることができる。さらに、このように、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、各色光用の偏光ビームスプリッタとして互いに異なる透光性材料を用いたものを使用する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００３６】
また、前記第２、第４、第６、第８、第１０及び第１２の態様によれば、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の各色光用の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されている。この場合、前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、結局、光吸収が最も多く光吸収による内部応力の発生量が最も大きいＢ光に対して平均的な光弾性定数の絶対値を最も小さくすることになるので、前述した第１、第３、第５、第７、第９及び第１１の態様と同様に、Ｂ光に対する光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができ、また、Ｒ光及びＧ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、Ｂ光の場合と比べて平均的な光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。一方、前記第２の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、結局、Ｇ光に対して平均的な光弾性定数の絶対値を最も小さくすることになる。この場合、前述したように透光性材料は光弾性定数が波長の関数として右上がりの形状となる特性を有しているので、Ｂ光に対する光弾性定数は比較的大きくなるものの当該Ｂ光に対する光弾性定数はかなり小さく抑えることができる。また、Ｒ光に対しては、そもそも光吸収が少ないので、平均的な光弾性定数が大きくても光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。したがって、前記第２の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いた場合であっても、入射光量の比較的少ない投射型表示装置であれば、各色光に対して、光吸収による複屈折の発生を十分に抑えることができる。なお、前記第１の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料を用いると、Ｂ光に対する光弾性定数がかなり大きくなってしまい、Ｂ光に対する光弾性定数を小さく抑えることができなくなってしまう。
【００３７】
したがって、前記第２、第４、第６、第８、第１０及び第１２の態様によっても、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、画質の劣化を抑えることができる。また、このように、各色光用の偏光ビームスプリッタとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、各色光用の偏光ビームスプリッタとして互いに異なる透光性材料を用いたものを使用する場合に比べて、コストダウンを図ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の種々の実施例による投射型表示装置について、図面を参照して説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態による投射型表示装置について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００４０】
図１は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。説明の便宜上、図に示すように互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をそれぞれ定義する（後述する図４乃至図８についても同様）。
【００４１】
本実施の形態による投射型表示装置では、図面には示していないが、前記光源は、ランプと、該ランプの背部に配置された楕円鏡等の凹面鏡とから構成されている。前記光源から出射された光源光は、図示しない赤外線カットフィルタ及び紫外線カットフィルタを経由し、更に図示しない整形光学系によって略平行光束に変換されてＸ方向に進行し、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１に入射される。クロスダイクロイックミラー１１は、Ｂ光反射の特性を有するダイクロイックミラー１１ＢとＲ光反射の特性を有するダイクロイックミラー１１Ｒとを互いに直交するようにＸ型に配置した構成を有している。クロスダイクロイックミラー１１に入射された光は、ダイクロイックミラー１１Ｂにて反射されて−Ｙ方向に進行するＢ光（青色光）と、ダイクロイックミラー１１Ｒにて反射されてＹ方向に進行するＲ光（赤色光）と、ダイクロイックミラー１１Ｂ，１１Ｒを透過してそのままＸ方向に進行するＧ光（緑色光）とに色分解される。色分解された各色光は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂによってそれぞれ光軸を−Ｚ方向に変え、各々が各色光用の偏光分離光学系及び検光光学系を兼用する第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにそれぞれ入射される。偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは、透光性材料としてのガラス組成部材にて形成された２つの直角プリズムを誘電体多層膜等からなる偏光分離膜を挟み込んで貼り合わせた構造を有している。いずれの偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの偏光分離膜も同じ方向を向いており、前記色分解されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光とも各偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに−Ｚ方向にそれぞれ入射され、各色光は前記偏光分離膜を透過して−Ｙ方向に廃棄されるＰ偏光光と反射してＸ方向に出射されるＳ偏光とにそれぞれ偏光分離される。すなわち、偏光ビームスプリッタ１４Ｒは入射したＲ光に基づく第１の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射し、偏光ビームスプリッタ１４Ｇは入射したＧ光に基づく第２の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射し、偏光ビームスプリッタ１４Ｂは入射したＢ光に基づく第３の偏光光（Ｓ偏光光）をＸ方向に出射する。
【００４２】
各色光用偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４ＢのＳ偏光光の出射面近傍には、空間光変調素子としてライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂがそれぞれ配置されており、各色光用偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂからそれぞれ出射された各色光のＳ偏光光がライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにそれぞれ入射される。本実施の形態では、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂとして、位相差変調型の空間光変調素子である光書き込み式の反射型液晶ライトバルブが用いられている。
【００４３】
ここで、光書き込み式の反射型液晶ライトバルブの構造及び機能について説明する。図面には示していないが、このライトバルブは、例えば、入射光側から順に配置された、透明ガラス基板、ＩＴＯ透明電極膜、液晶配向層、ＴＮ液晶層、液晶配向層、誘電体反射ミラー層、遮光層、水素化非晶質シリコン層等からなる光導電体層、ＩＴＯ透明電極層及び透明ガラス基板から構成されている。すなわち、入射光と反対側から書き込み光信号が入射すると、当該箇所の前記光導電体層はそのインピーダンスを減らすこととなり、前記両ＩＴＯ電極間に常時交流を印加させて当該素子を作動させることから、印加電圧が前記液晶間に印加され、液晶分子が電界方向に配列することによって液晶層自体が１／４波長板としての機能を有することとなる。一方、書き込み光信号がない場合は、当該箇所の前記光導電体層が高インピーダンスを有するために両ＩＴＯ電極間に印加された電圧は有効に液晶に印加されないこととなり、液晶層中の液晶分子は配列せず、液晶配向層に倣って配向し、ねじれ構造を構成する。以上の機能を有するために、書き込み光信号が入射された箇所においては、入射した直線偏光光（読み出し光）は液晶層を通過して円偏光となってミラー層により反射され、再度液晶層を通過して入射時と偏光方向が９０度変換されて出射される。つまり、入射光（読み出し光）がＳ偏光光である場合、Ｐ偏光光として出射される。書き込み光信号が入射されない箇所では、入射偏光光は液晶分子のねじれに倣って旋光し、反射層にて反射されて、再度ねじれに倣って旋光されて出射するので、入射光と同じ偏光で出射する。つまり、入射光（読み出し光）がＳ偏光光である場合、Ｓ偏光光として出射される。
【００４４】
以上が光書き込み式の反射型ライトバルブの構造及び機能である。なお、本発明で用いることができるライトバルブは、このような光書き込み式の反射型ライトバルブに限定されるものではなく、例えば電気書き込み式の反射型ライトバルブを使用することができることは言うまでもない。この場合には、光書き込み光学系が不要となり、装置の小型化に寄与することができる。
【００４５】
各空間光変調素子１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射された各色光のＳ偏光光は、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって書き込み光信号に従って変調され、当該各色光の変調光は、それぞれ−Ｘ方向に出射され、再度偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂにそれぞれ入射される。前述した光書き込み式反射型ライトバルブの原理からわかるように、前記各色の変調光には、書き込み光信号により選択された箇所のＰ偏光光（信号成分）と選択されない箇所のＳ偏光光とが混在している。ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂから偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射した各色の変調光のうち、Ｐ偏光光（信号成分）のみが偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの偏光分離膜をそれぞれ透過して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂからそれぞれ−Ｘ方向に出射され、Ｓ偏光光は当該偏光分離膜にてそれぞれ−Ｚ方向に反射されて廃棄される。すなわち、ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにより変調された各色の変調光は、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂによってそれぞれ検光され、各色の変調光のうちのＰ偏光光のみが偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂから各色の検光光としてそれぞれ−Ｘ方向に出射されることになる。
【００４６】
Ｒ光の検光光及びＢ光の検光光は、折り曲げミラー１６Ｒ，１６Ｂによってそれぞれ光軸を−Ｙ方向及びＹ方向に変え、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズム１７にそれぞれ入射される。Ｇ光の検光光は、そのまま−Ｘ方向にクロスダイクロイックプリズム１７に入射される。クロスダイクロイックプリズム１７は、直角二等辺三角柱の光学透明プリズム４個を互いに直角部を合わせて、当該合わせ面にはＲ光反射ダイクロイック膜１７Ｒ又はＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂを挟みこんで貼り合わせ、当該Ｒ光反射ダイクロイック膜１７ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂが互いにＸ型に配置された構造を有する。
【００４７】
当該クロスダイクロイックプリズム１７に−Ｘ方向に入射したＧ光の検光光はダイクロイック膜１７Ｒ，１７Ｂを透過してそのまま−Ｘ方向に出射され、クロスダイクロイックプリズム１７に−Ｙ方向に入射されたＲ光の検光光はＲ光反射ダイクロイック膜１７Ｒによって反射されて同じく−Ｘ方向に出射され、クロスダイクロイックプリズム１７にＹ方向に入射されたＢ光の検光光はＢ光反射ダイクロイック膜１７Ｂによって反射されて同じく−Ｘ方向に出射される。
【００４８】
前記各色の検光光は、このようにしてクロスダイクロイックプリズム１７により色合成されて−Ｘ方向に出射され、投射光学系としての投射レンズ１８によってスクリーン（図示せず）上にフルカラーの投射像として投射される。
【００４９】
そして、本実施の形態では、前記偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材（前述した直角プリズムに相当）を用いて構成されている。前記偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材（前述した直角プリズムに相当）を用いて構成されてもよい。
【００５０】
以下に、この透光性材料について説明する。
【００５１】
一般に、ガラスのような等方等質な透光性材料に力を加えて応力を生じさせると、この透光性材料に光学的な異方性が生じ、ある種の結晶体と同じように複屈折性を持つようになる。このような現象は、光弾性効果と呼ばれている。応力が生じたときの透光性材料の屈折率は屈折率楕円体で表すことができ、この屈折率楕円体の主屈折率軸は主応力軸に一致する。一般に、主屈折率をｎ1，ｎ2，ｎ3、主応力をσ1，σ2，σ3（それぞれ添字が共通なものは同一方向にある）とすると、これらの間には次式のような関係が成立する。
【００５２】
【数１】
ｎ1＝ｎ0＋Ｃ1σ1＋Ｃ2（σ2＋σ3） ・・・（１）
【００５３】
【数２】
ｎ2＝ｎ0＋Ｃ1σ2＋Ｃ2（σ3＋σ1） ・・・（２）
【００５４】
【数３】
ｎ3＝ｎ0＋Ｃ1σ3＋Ｃ2（σ1＋σ2） ・・・（３）
【００５５】
ここで、Ｃ1，Ｃ2は光の波長及び透光性材料の物質に固有の定数である。なお、ｎ0は無応力の時の屈折率である。
【００５６】
このような透光性材料に光を入射させた場合、その方向がσ3と同一な方向となるように座標をとれば、入射光はそれぞれσ1，σ2方向の、すなわち互いに振動面が直交する２つの直線偏光成分に分かれる。当該透光性材料から光が出射する際には、各主応力方向の屈折率（ｎ1，ｎ2）が異なるため、これら２つの直線偏光成分の間には次式で表されるような光路差（位相差）Δφが生じる。
【００５７】
【数４】
ここで、λは光の波長、ｌは透光性材料の光透過厚である。Ｃ＝（Ｃ1−Ｃ2）は光弾性定数と呼ばれ、応力によって生じる複屈折の大きさを示す係数（単位応力当たりの複屈折量）である。
【００５９】
本発明者らは、偏光ビームスプリッタ用の透光性材料として種々の組成のガラスを作製し、直線偏光の種々の波長の単色光を用いて、当該試料にσ2＝σ3＝０となる方向に既知の応力をかけた状態で当該試料の複屈折を測定し、上述の数１〜数４から当該試料の光弾性定数Ｃを算出した。作製したガラスの組成の範囲は、酸化物換算の重量％で以下に示すようにした。
【００６０】
ＳｉＯ2 １７．０〜２９．０％
ＬｉＯ2＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ ０．５〜 ５．０％
ＰｂＯ ７０．０〜７５．０％
Ａｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3 ０ 〜 ３．０％
【００６１】
各成分の組成範囲をこのように設定した理由は、次の通りである。
【００６２】
上記組成成分のうちのＰｂＯ（酸化鉛）は、ＰｂＯを含有する組成系のガラスにおいては、光弾性定数Ｃの値がＰｂＯの含有量に大きく依存することを利用し、光弾性定数Ｃの値制御するために用いられたものである。ＰｂＯの含有量により光弾性定数Ｃの値が変化するのは、鉛イオンの配位状態がその含有量の増加とともに変化するためと考えられる。
【００６３】
ＳｉＯ2は、このガラスの光学用ガラス形成酸化物であり、１７重量％以上含有されることが望ましい。ただし、当該ＳｉＯ2の含有量は上記ＰｂＯの含有量を上記重量％としたことにより２９重量％がその上限となる。
【００６４】
ＬｉＯ2＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏといったアルカリ金属成分は、ガラスの熔解温度及びガラス転移温度を下げ、ガラスの失透に対する安定性を高める効果を有するため、０．５重量％以上含有されることが望ましい。ただし、その含有量が５重量％を越えると当該ガラスの化学的耐久性が損なわれることとなるために好ましくない。
【００６５】
脱泡剤として使用すべきＡｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3あるいは（Ａｓ2Ｏ3＋Ｓｂ2Ｏ3）は必要に応じて、ガラス原料中に混入させることが可能であるが、その含有量が３重量％を越えると当該ガラスの耐失透性、分光透過性が損なわれるので好ましくない。
【００６６】
前述したようにして行った測定結果の一部を表１に示す。表１には、各ガラス試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の組成と、当該ガラス試料の光弾性定数Ｃの絶対値が最小になる（すなわち、実質的にゼロになる）波長とを示している。
【００６７】
【表１】
なお、ここで製造したガラスは、表１に示す各成分に対応する原料として酸化物、フッ化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩などを用意し、それらを所定の割合に秤量、混合して調合原料とし、９００℃〜１３００℃に加熱して電気炉中で熔解、清澄、撹拌を行って均質化した後に、予熱された金型に鋳込み徐冷することによって製造したものである。そして、光弾性定数Ｃの測定サンプルとしてのガラス試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８はこのようにして製造した各組成のガラスを研削、研磨して作製したものである。
【００６９】
表１に示す測定結果、すなわち、光弾性定数Ｃの絶対値が最小になる光の波長の測定結果から、上述の組成範囲のガラスでは、当該ガラスの組成中のＰｂＯ含有量と光弾性定数の絶対値が最小となる波長との間に図２に示す相関関係があることが判明した。ただし、図２中の曲線は、ＰｂＯの含有量を７１重量％〜７５重量％の間で、３次多項式にフィッティングしたものである。これにより、図２中の範囲の組成では、ＰｂＯ含有量を制御することにより、光弾性定数Ｃの絶対値が最小値となる光の波長を制御することができることが判明した。図２から、例えば、Ｂ光波長領域３８０ｎｍ〜５００ｎｍにおいて光弾性定数Ｃの絶対値を最小値とするには、ＰｂＯ含有量を７１．０重量％〜７３．７重量％にすればよいことがわかる。
【００７０】
一方、本発明者らは、３種類の偏光ビームスプリッタを用意し、当該偏光ビームスプリッタの評価結果から、偏光ビームスプリッタにおいて用いる透光性材料部材は入射光の波長に対して光弾性定数の絶対値が１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であることが好ましいとの結論を得た。すなわち、前記３種類の偏光ビームスプリッタとしては、（１）前述した組成範囲内の組成を有し前述した工程により製造したガラスであって、所定波長の緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が０．０１×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるガラスからなる部材を用いて構成されたもの、（２）前記緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が１．３３×１０-8ｃｍ2／Ｎのガラスからなる部材を用いて構成されたもの、（３）前記緑色単色光に対する光弾性定数の絶対値が２．０×１０-8ｃｍ2／Ｎのガラスからなる部材を用いて構成されたもの、を用意した。そして、各偏光ビームスプリッタにＳ偏光の緑色光を入射させ、当該偏光ビームスプリッタにて反射して出射した光をミラーにて反射させて再度当該偏光ビームスプリッタに入射させ、前記ミラーにて反射されて当該偏光ビームスプリッタを透過した光をスクリーン上に投射させ、スクリーン上の照度ムラを評価した。その結果、前記（１）の偏光ビームスプリッタの場合には照度ムラの発生は非常に少なく、前記（２）の偏光ビームスプリッタの場合には照度ムラは観察できるものの実際の使用に耐える程度であり、前記（３）の偏光ビームスプリッタの場合には顕著な照度ムラが観察された。この評価結果から、投射型表示装置に採用する偏光ビームスプリッタとして、入射光に対する光弾性定数の絶対値が１．５以下（すなわち、光弾性定数が−１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以上で＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下）の透光性材料からなる部材を用いれば、従来の透光性材料部材（例えば、その光弾性定数が２．７８×１０-8ｃｍ2／ＮのＢＫ７）に比べて十分に光学的に安定な性能を確保でき、かつ投射画像の画質劣化が十分に抑制される投射型表示装置が得られることがわかる。
【００７１】
図３には、前述した測定の結果得られた、表１中の試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．７の光弾性定数Ｃの波長依存性を示す曲線が示されている。これらの曲線は、各試料について得られた測定点を３次多項式にフィッティングしたものである。
【００７２】
図３から、以下のことが判明した。すなわち、光弾性定数は、波長を関数として、右上がりで上に凸の形状の特性を有しており、長波長にいくほど光弾性定数の大きくなる率は小さくなることである。
【００７３】
図３からわかるように、試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５のようにＢ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になるようにガラスを構成すれば、前記の特性からＢ光波長域（３８０ｎｍ〜５００ｎｍ）は勿論のこと、Ｇ光波長領域（５００ｎｍ〜６００ｎｍ）、Ｒ光波長領域（６００ｎｍ〜７００ｎｍ）においても、前記光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下に抑えることができるばかりでなく、前述のように光吸収量は短波長側で大きく長波長側で小さいことにより、この光吸収によって発生する熱の影響による複屈折の発生は、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小にするように作製されているために、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生は極力少なくすることができる。さらに、Ｇ光波長領域及びＲ光波長領域においてはもともと光吸収による熱発生は少ない上に、Ｇ光波長領域及びＲ光波長領域においても光弾性定数の絶対値が１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるために十分に複屈折の発生を抑えることができる。
【００７４】
また、図３からわかるように、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になる試料Ｎｏ．２〜Ｎｏ．５ほどではないが、試料Ｎｏ．１及び試料Ｎｏ．６の場合であっても、Ｂ光波長域、Ｇ光波長域及びＲ光波長域のいずれにおいても光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下である上に、Ｂ光波長域における光弾性定数の絶対値はさほど大きくなく、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生は十分に少なくすることができる。一方、試料Ｎｏ．７の場合には、Ｂ光波長域、Ｇ光波長域及びＲ光波長域のいずれにおいても光弾性定数の絶対値を１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であるものの、Ｂ光波長域における光弾性定数の絶対値はかなり大きくなってしまい、Ｂ光吸収により発生する熱による複屈折の発生がかなり大きくなり、本発明では許容できない。試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の場合には、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値（波長の関数である光弾性定数の絶対値を６００ｎｍから７００ｎｍまで定積分した積分値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が６００ｎｍの垂直ラインと、波長が７００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１００ｎｍで除算した値。）、及び、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値（波長の関数である光弾性定数の絶対値を５００ｎｍから６００ｎｍまで定積分した積分値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が５００ｎｍの垂直ラインと、波長が６００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１００ｎｍで除算した値。）、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値（図３において、光弾性定数がゼロの水平ラインと、波長が３８０ｎｍの垂直ラインと、波長が５００ｎｍの垂直ラインと、光弾性定数を示す曲線とにより囲まれた部分の面積に相当）を、その波長幅１２０ｎｍで除算した値。）のうち、Ｂ光波長域に関する前記第３の値が最も小さくなっている。試料Ｎｏ．５，Ｎｏ．６の場合には、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｇ光波長域に関する前記第２の値が最も小さくなっている。試料Ｎｏ．７の場合には、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｒ光波長域に関する前記第１の値が最も小さくなっている。したがって、前記第１、第２及び第３の値のうち、Ｇ光波長域に関する前記第２の値又はＢ光波長域に関する前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料部材を用いることができることがわかる。この場合、Ｒ光波長域の光弾性定数が＋１．５×１０-8ｃｍ2／Ｎ以下であれば、図３に示す特性が右上がりであるので、Ｂ光波長域の光弾性定数の値が十分に小さくなる。
【００７５】
以上の説明からわかるように、前記試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６が、本実施の形態において偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを構成する透光性材料部材として用いることができる透光性材料の例であり、前記試料Ｎｏ．７が比較例である。
【００７６】
なお、図２からわかるように、Ｂ光波長域において光弾性定数の絶対値が最小になるようにするためには、前述した組成範囲においてＰｂＯの含有量を７１重量％〜７３．７重量％にすればよく、そのような組成範囲の透光性材料は、本実施の形態において偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを構成する透光性材料部材として用いることができる透光性材料の例である。
【００７７】
本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして、透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられており、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを用いていない。したがって、本実施の形態によれば、先に述べたような対流やゴミや気泡などの、前記従来の液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを採用することに伴う種々の問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られる。
【００７８】
また、本実施の形態によれば、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして、前述した透光性材料からなる部材を用いて構成された偏光ビームスプリッタが用いられているので、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして同じ透光性材料を用いたものを使用しつつ、特に光吸収による熱応力を考慮した上で、種々の熱応力、外部応力の影響に対して複屈折の発生を軽減して光学的に安定な性能を確保でき、色ムラ等の画質の劣化を抑えることができる。さらにこのように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとして同じ透光性材料を用いたものを使用することができるので、コストダウンを図ることができる。
【００７９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置について、図４を参照して説明する。
【００８０】
図４は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図４において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８１】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂと偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとの間にそれぞれ偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが追加された点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが、色分解された各色光を偏光分離する偏光分離光学系及びライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって変調された各光をそれぞれ検光する検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが検光光学系のみを構成し、偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂが偏光分離光学系を構成している。すなわち、本実施の形態では、クロスダイクロイックミラー１１にて色分解された各色光は、折り曲げミラー１２Ｒ，１２Ｇ，１２Ｂを経て偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂに入射し、各色光の一方の偏光光のみが偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５ＢをＺ方向に透過して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４ＢにＳ偏光光として入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂの各々が、前記第１の実施の形態における偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂで用いられている透光性材料（以下、説明の便宜上、「第１の実施の形態材料」という。）からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８３】
なお、本実施の形態のように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂのいずれもが第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されていると、画質の劣化を防止する程度が高く好ましいが、本発明では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂを通常の透光性材料部材を用いて構成してもよし、逆に、偏光ビームスプリッタ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通常の透光性材料からなる部材を用いて構成してもよい。
【００８４】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態による投射型表示装置について、図５を参照して説明する。
【００８５】
図５は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図５において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８６】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１の前に、光源からの光を色分解前に２つの偏光光に偏光分離する偏光分離光学系として、偏光ビームスプリッタ２０を配置した点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが偏光分離光学系及び検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは偏光分離光学系を兼ねていない。本実施の形態では、光源からの光が偏光ビームスプリッタ２０にて２つの偏光光に偏光分離され、そのうちの一方の偏光光がクロスダイクロイックミラー１１にて各色光に色分解され、色分解された各色光の当該偏光光（偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに対するＳ偏光光）が偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００８７】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，２０の各々が、第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００８８】
なお、本実施の形態のように、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，２０のいずれもが第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されていると、画質の劣化を防止する程度が高く好ましいが、本発明では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂのみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ２０を通常の透光性材料部材を用いて構成してもよいし、逆に、偏光ビームスプリッタ２０のみを第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成して偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを通常の透光性材料部材を用いて構成してもよい。
【００８９】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態による投射型表示装置について、図６を参照して説明する。
【００９０】
図６は、本実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。図６において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００９１】
本実施の形態による投射型表示装置が前述した図１に示す第１の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー１１の前に、光源からの光を色分解前に２つの偏光光に偏光分離する偏光分離光学系として、特開平５−１５７９１５号に開示されたような蛇腹状の偏光装置２１を配置した点のみである。前記第１の実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが偏光分離光学系及び検光光学系を兼ねていたのに対し、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂは偏光分離光学系を兼ねていない。本実施の形態では、光源からの光が偏光装置２１にて２つの偏光光に偏光分離され、そのうちの一方の偏光光がクロスダイクロイックミラー１１にて各色光に色分解され、色分解された各色光の当該偏光光（偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに対するＳ偏光光）が偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂに入射し、この各色のＳ偏光光が各ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射され、以後は前記第１の実施の形態と同様である。
【００９２】
本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの各々が、第１の実施の形態材料からなる部材を用いて構成されている。したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００９３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００９４】
例えば、前述した各実施の形態による投射型表示装置は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成して１本の投射レンズで画像を投射する１投射レンズタイプの投射型表示装置の例であっが、本発明は、各色光Ｒ，Ｇ，Ｂを予め色合成することなく３本の投射レンズでそれぞれスクリーン上に投射してスクリーン上で色合成を行う３投射レンズタイプの投射型表示装置に適用することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、液体を使用することなく、前記液体浸漬型の偏光ビームスプリッターを使用したことに伴う問題点を除去することができ、製造が容易になる等の利点が得られ、しかも、種々の熱応力、外部応力の影響に対して光学的に安定な性能を確保でき画質の劣化の少ない投射型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の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】偏光ビームスプリッタに使用するガラス組成のＰｂＯの含有量と当該ガラスの光弾性定数の絶対値を最小にする波長との関係を示す図である。
【図３】ガラス試料の光弾性定数の波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による投射型表示装置の概略構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ クロスダイクロイックミラー（色分解光学系）
１２Ｒ，１２Ｂ，１２Ｇ 折り曲げミラー
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ ライトバルブ
１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１６Ｒ，１６Ｂ 折り曲げミラー
１７ クロスダイクロイックプリズム（色合成光学系）
１８ 投射レンズ
２０ 偏光ビームスプリッタ
２１ 偏光装置
Claims (12)
- 入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 入射されたＲ光に基づく第１の偏光光を出射する第１の偏光ビームスプリッタと、入射されたＧ光に基づく第２の偏光光を出射する第２の偏光ビームスプリッタと、入射されたＢ光に基づく第３の偏光光を出射する第３の偏光ビームスプリッタと、前記第１、第２及び第３の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタが、前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する投射型表示装置において、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１の偏光分離光学系及び前記第１の検光光学系が同一の第１の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第２の偏光分離光学系及び前記第２の検光光学系が同一の第２の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第３の偏光分離光学系及び前記第３の検光光学系が同一の第３の偏光ビームスプリッタで共用され、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分解された各色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離する第１、第２及び第３の偏光分離光学系と、
前記第１、第２及び第３の偏光分離光学系によってそれぞれ偏光分離された各色光の一方の偏光光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、
前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、
前記偏光ビームスプリッタは、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、
前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記偏光分離光学系は偏光ビームスプリッタからなり、
前記偏光ビームスプリッタは、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、
前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
を備え、
前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、光弾性定数の絶対値が最小値となる波長がＢ光領域に存在する透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。 - 光源からの光を第１の偏光光と第２の偏光光とに偏光分離する偏光分離光学系と、
前記第１の偏光光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解する色分解光学系と、
前記色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによってそれぞれ変調された各光をそれぞれ検光する第１、第２及び第３の検光光学系と、
前記第１、第２及び第３の検光光学系によってそれぞれ検光された各光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系によって色合成された光を投射する投射光学系と、
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前記第１、第２及び第３の検光光学系はそれぞれ第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタからなり、
前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの各々は、Ｒ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第１の値、Ｇ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第２の値、及び、Ｂ光領域における各波長に対する光弾性定数の絶対値の平均的な値である第３の値のうち、前記第２の値又は前記第３の値が他の値に比べて最も小さい透光性材料からなる部材を用いて構成されたことを特徴とする投射型表示装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP31297896A JP3711670B2 (ja) | 1996-11-09 | 1996-11-09 | 投射型表示装置 |
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Family
ID=18035773
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP (1) | JP3711670B2 (ja) |
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1996
- 1996-11-09 JP JP31297896A patent/JP3711670B2/ja not_active Expired - Lifetime
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