JP3950649B2 - 映像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源側からの光を分離して表示素子に照射し映像形成する投射型映像表示技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の映像表示装置技術において、光の光路を曲げる技術としては、例えば反射ミラーのように、反射機能のみを有するものが用いられ、また、光を分離または合成する技術としては、プリズム型の偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムなどが用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来技術においては、反射ミラーについては、例えば、入射される偏光光に他の方向の偏光光が混入していた場合(例えば、入射されるS偏光光にP偏光光が混入している場合や、逆に、入射されるP偏光光にS偏光光が混入している場合など)、該混入している偏光光を除去せずにそのまま反射してしまう。このため、この反射ミラーの出射光の偏光純度の改善には、偏光板等が別途必要となる。また、プリズム型の偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムについては、プリズムによる光の透過損失があるため、明るさが低下するし、また、光学系とプリズム面の傾きによる偏光軸のズレが増大する原因となる。また、偏光ビームスプリッタの色分離面には誘電体膜が接着により多層状に形成されているため、耐熱性が十分でない。さらに、プリズム型の偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムはコストが高い。また、プリズム状のため、占有体積が大きく、これらの周辺に配される冷却が必要な部品、例えば表示素子等に対し、冷却用空気を導くためのスペース形成が困難で、冷却効率が低い。また、小形化や軽量化を図りにくい。
本発明の課題点は、(1)耐熱性を改善できるようにすること、(2)画面の明るさを向上させること、(3)偏光軸ズレによる効率劣化を減らすこと、及び(4)小形・軽量化に適した構成とすること、等である。
本発明の目的は、かかる課題点を解決できる技術を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題点を解決するために、本発明では、ガラス基板等の上にTa2O3、TiO2、SiO2等の蒸着膜や金属を微細周期の格子状(ワイアグリッド)に形成して成る微細周期格子型偏光素子を、偏光ビームスプリッタや、反射手段として用いる。微細周期格子型偏光素子の原理及び構成例については、「光学」27巻1号(1998)第12頁から第16頁の「波長より細かな格子構造による光制御」(菊田他)に説明されている。
具体的には、本発明は、
(1)光を反射型表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成し、該光学像を投射レンズにより投射する映像表示装置として、光を出射する光源と、上記光源からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光方向を有する光を形成する偏光変換手段と、上記偏光変換手段からの上記所定の偏光方向を有する光を反射する第1の微細周期格子型反射手段と、上記第1の微細周期格子型反射手段で反射した上記所定の偏光方向を有する光を反射して上記反射型表示素子に導くとともに、上記反射型表示素子で形成された上記所定の偏光光とは異なる偏光方向を有する光学像を透過する第2の微細周期格子型反射手段とを備え、該第2の微細周期格子型反射手段が、上記第1の微細周期格子型反射手段で反射した光が入射される三角柱状の第1のプリズムと、該第1のプリズムからの光を透過又は反射する平板形状の微細周期格子型偏光素子と、該微細周期格子型偏光素子を透過した光が入射される三角柱状の第2のプリズムとを有し、かつ、上記微細周期格子型偏光素子は上記第1及び第2のプリズムではさまれて形成され、該微細周期格子型偏光素子と該第1のプリズムの対向面内の外周部側が接着剤で接着され、該微細周期格子型偏光素子と上記第2のプリズムの対向面内の外周部側が接着剤で接着されている構成とする。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す。
本第1の実施例は、電子的色分離手段で電子的に色分離した光を、平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタを用いて1個の反射型表示素子に照射して映像表示する場合の構成例である。
図1において、1は光源ユニット、19は該光源ユニット1の光源部、15は、楕円面、放物面または非球面の反射面を有するリフレクタ、2は複数の微小な集光レンズより成り複数の2次光源像を形成する第1のアレイレンズ、3は、複数の微小な集光レンズより成り該第1のアレイレンズの個々のレンズ像を結像する第2のアレイレンズ、4は該第2のアレイレンズ側からの光をP偏光光とS偏光光とに分離して出射する偏光ビームスプリッタ、4aは、該偏光ビームスプリッタ4の出射光であるP偏光光とS偏光光のいずれかの偏光方向を回転するための1/2波長位相差板、7は、電子的制御によって入射光を時分割で色分離する電子的色分離手段、5、6及び8はそれぞれ、光を集める集光レンズ、16は、微細周期格子型偏光素子から成り、反射により光路の方向を変え、かつ偏光光の純度を向上させる微細周期格子型反射手段、9a、9bは所定方向の偏光光を通す偏光板、11は偏光方向を調整する1/4波長位相差板、12は反射型液晶パネル等の反射型表示素子、13は投射レンズユニット、17は、微細周期格子型偏光素子から成り、上記偏光ビームスプリッタ4と同様、入射光をP偏光光とS偏光光に分離する微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、10W1、10W2は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17に取付けられたプリズムである。上記第1のアレイレンズ2から該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17及び1/4波長位相差板11までの光学系は、上記反射型表示素子に対する照明光学系を構成する。
【0006】
上記構成において、上記光源ユニット1の光源部19から出た光は、楕円面または放物面または非球面のリフレクタ15にて反射集光され、上記第1のアレイレンズ2で複数の2次光源像を形成した後、上記第2のアレイレンズ3で該複数の2次光源像を結像し、該結像光が、偏光ビームスプリッタ4でP偏光光とS偏光光とに分離され、1/2波長位相差板4aにより、例えば該P偏光光が偏光方向を回転されてS偏光光とされ、偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光と併せ、電子的色分離手段7に入射される。該偏光ビームスプリッタ4と該1/2波長位相差板4aの該組合せは、S偏光光を出射する構成のいわゆる偏光変換部を形成している。上記1/2波長位相差板4aにおいて、上記とは反対に、上記偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光の偏光方向を回転してP偏光光とし、偏光変換部としてP偏光光を出射する構成としてもよい。本第1の実施例においては、該電子的色分離手段7では、入射されたS偏光光が、該電子的色分離手段7への電圧印加、非印加により制御され、時分割で赤色光(以下、R光という)、緑色光(以下、G光という)及び青色光(以下、B光という)に色分離される。時分割色分離されたR光のS偏光光、G光のS偏光光及びB光のS偏光光はそれぞれ、集光レンズ5、6で集光され、微細周期格子型反射手段16に、本実施例の場合は略45゜の入射角で入射する。該反射手段16では、R光、G光及びG光のS偏光光が反射されて光路方向が変更されるとともに、それぞれのS偏光光中にP偏光光が僅かに含まれているときには該P偏光光分を透過して除去し、映像形成用に出射するS偏光光の純度を上げるようにする。該微細周期格子型反射手段16から反射されたR光、G光及びB光のS偏光光は、集光レンズ8で集光されて偏光板9aに入射される。該偏光板9aでは、所定の偏光方向の光が透過されて偏光の純度がさらに上げられる。該偏光板9aを出たS偏光光は、プリズム10W1を透過して微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17に入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17では、R光、G光及びB光それぞれのS偏光光が反射され、再びプリズム10W1を透過し1/4波長位相差板11を介して、反射型液晶パネル等の反射型表示素子12に照射される。該反射型表示素子12は、映像信号に基づき駆動回路で駆動され、上記照射された光を該映像信号に対応して変調し、S偏光光をP偏光光の反射光として、再び、1/4波長位相差板11及びプリズム10W1を介し該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17側に出射する。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17においては、入射されるP偏光光の偏光状態と該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17の透過及び反射の偏光軸との関係により、投射レンズ13側へ出射される光量と光源部19側へ出射される光量が決まる。このようにして、外部入力映像信号に従った映像を投影する。反射型表示素子12が黒表示を行う場合、出射光の偏光状態は入射光のそれと略同じであり、そのまま、入射光路に沿って、光源側に戻される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17からの出射光は、プリズム10W2と偏光板9bを介して投射レンズユニット13に入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17からの出射光は、本実施例の場合、R光、G光、B光のいずれもがP偏光光である。偏光板9bの偏光度を該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17より高くすることにより、該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17からのS偏光光の漏れ光をカットし、スクリーン上における映像のコントラストを向上させる。投射レンズユニット13に入射したP偏光光はスクリーン上等に拡大投射されて映像を映し出す。
【0007】
かかる第1の実施例構成によれば、微細周期格子型反射手段16に微細周期格子型偏光素子を用いているため、該微細周期格子型反射手段16によって、集光レンズ6から出射される光に混入しているP偏光光を除き、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17側に出射するS偏光光の純度を向上させることができる。このため、上記偏光板9a、9bを削除した構成とすることが可能であり、この点での小形化及び低コスト化が図られる。また、入射光に対する角度依存性が良いため、コントラストを改善できる。また、該微細周期格子型反射手段16における反射面の角度設定をし易い。また、色分離合成系に、平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を用いているため、良好な角度特性が得られ、このため集束レンズ系のF値を小さくして、明るさを向上させることができる。また、プリズム型偏光ビームスプリッタ等を用いた場合に比べ、プリズム部による光の透過損失をなくせるため、この点からも明るさを向上できる。また、特に該色分離合成系を主体に装置の耐熱性を改善でき、かつ小形・軽量化が可能となる。平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17は、プリズム型偏光ビームスプリッタに比べ大幅な低コスト化が可能であり、光学ユニットや映像装置の低コスト化も可能となる。さらに、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17の両面にはプリズム10W1、10W2をそれぞれ配してあるため、スクリーン上の投影映像の収差を抑えさらに画質を向上できる。また、電子的色分離手段7を用い、色の切換え(色分離)を電子的制御で行う構成としているため、色分離の切換え速度を高められ、高密度画素の画像表示等にも適用できる。さらに、光源ユニットから投射レンズユニットへの光軸がU字状に折り曲がった光路形状としているため、この点からも光学ユニットや映像表示装置全体の外形サイズを小形化できる。
【0008】
図2は、図1の構成中、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17にプリズム10W1、10W2を取付けて成る部分の断面拡大図である。(a)は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17とプリズム10W1の対向面の略全域を接着部30とし、かつ、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17とプリズム10W2の対向面内の外周部側を接着部30とした場合の構成例、(b)は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17とプリズム10W1の対向面内の外周部側と、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17とプリズム10W2の対向面内の外周部側とを接着部30とした場合の構成例である。上記(a)、(b)において、上記対向面内の外周部側を接着部30とした構成では、該接着部30により外部の湿った空気や化学物質を含んだ空気等が対向面内に侵入するのが防止されるため、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17の表面のワイアグリッド等の腐食あるいは酸化等が抑えられる。
【0009】
なお、上記図1の構成においては、微細周期格子型偏光素子を、上記反射手段16と上記偏光ビームスプリッタ17との双方に用いているが、いずれか一方、例えば反射手段16側だけに用いてもよい。また、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17にプリズム10W1、10W2を取付けない構成であってもよい。該構成の場合には、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17が平板状のために、占有スペースが少なく、このために、該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17の周辺部に空きスペースを確保し易くなる。従って、表示素子12や偏光板9a、9b、11などに対し、冷却用の空気等を容易に供給でき、これらの冷却がし易くなって、冷却効率を向上できる。冷却効率向上は、光源からの光の増大を可能とし、明るさを向上させる。一方、消費電力の低減も可能となる。
【0010】
図3は本発明の第2の実施例を示す。
本第2の実施例は、微細周期格子型偏光素子を少なくとも反射手段として用い、3個の透過型表示素子に分離光を透過して映像表示を行うようにした場合の構成例である。
図3において、1は光源ユニット、19は該光源ユニット1の光源部、15は楕円面または放物面または非球面の反射面を有するリフレクタ、2は複数の微小な集光レンズより成り複数の2次光源像を形成する第1のアレイレンズ、3は、複数の微小な集光レンズより成り該第1のアレイレンズの個々のレンズ像を結像する第2のアレイレンズ、4は該第2のアレイレンズ側からの光をP偏光光とS偏光光に分離する偏光ビームスプリッタ、4aは該偏光ビームスプリッタ4の出射光であるP偏光光とS偏光光のいずれかの偏光方向を回転するための1/2波長位相差板、5、6、8a、8b、8c、21a及び21bはそれぞれ、光を集束する、あるいは再結像させるための集光レンズ、16は、微細周期格子型偏光素子から成り、反射により光路の方向を変える微細周期格子型反射手段、17a、17b、及び17cは、同じく微細周期格子型偏光素子から成り、S偏光光とP偏光光を分離する微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、18a、18bは色分離用のダイクロイックミラー、9a、9b及び9cは入射側の偏光板、9d、9e及び9fは出射側の偏光板、10は色合成用のダイクロイックプリズム、12R、12B、12Gは透過型液晶パネル等の透過型表示素子、13は拡大投射用の投射レンズユニット、24は電源回路、25は表示素子の駆動回路等を含む信号処理回路、26は冷却用のファン、29は、光源ユニットの後方への光の漏れや熱の輻射を防止するためのランプハウスである。上記第1のアレイレンズ2から上記入射側の偏光板9a、9b、9cまでの光学系は、上記透過型表示素子12R、12B、12Gに対する照明光学系を構成する。
【0011】
かかる構成において、上記光源ユニット1の光源部19から出た光は、リフレクタ15にて反射集光され、上記第1のアレイレンズ2で複数の2次光源像を形成した後、上記第2のアレイレンズ3で該複数の2次光源像を結像し、該結像光が、偏光ビームスプリッタ4でP偏光光とS偏光光とに分離され、1/2波長位相差板4aにより、該P偏光光が偏光方向を回転されてS偏光光とされ、偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光と併せ、集光レンズ5に入射される。該偏光ビームスプリッタ4と該1/2波長位相差板4aの該組合せは、いわゆるS偏光光を出射する構成の偏光変換部を形成する。上記1/2波長位相差板4aにおいて、上記と逆に、上記偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光の偏光方向を回転してP偏光光とし、偏光変換部としてはP偏光光を出射する構成としてもよい。本第2の実施例の場合は、S偏光光が集光レンズ5に入射されるものとする。P偏光光の反射の場合には、微細周期格子型反射手段16の前にS偏光光に変換する1/2波長位相差板が必要となる。透過で使う場合は、1/2波長位相差板は必要ない。本実施例の場合、集光レンズ5で集光されたS偏光光は、さらに、微細周期格子型反射手段16に略45゜の入射角で入射される。該反射手段16では、R光、G光及びB光のS偏光光が反射されて光路方向が変更されるとともに、それぞれのS偏光光中にP偏光光が含まれているとき、該P偏光光分を透過して除去し、反射されるS偏光光の純度を上げるようにする。該微細周期格子型反射手段16で反射されたR光、G光及びB光のS偏光光は、集光レンズ6で集光されてダイクロイックミラー18aに入射され、ここでR光(S偏光光)と、G光(S偏光光)+B光(S偏光光)とに分離される。すなわち、R光のS偏光光は透過され、G光のS偏光光とB光のS偏光光は反射される。透過により分離されたR光のS偏光光は微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aに入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aにおいて、R光のS偏光光中にP偏光光分がある場合の該P偏光光分や赤外線は透過されて除去され、純度をさらに上げられたR光のS偏光光は反射されて集光レンズ8aに入射される。該集光レンズ8aから出たR光のS偏光光は、入射側偏光板9aで偏光方向を揃えられてからR光用の透過型表示素子12Rに照射される。透過型表示素子12Rでは、該R光のS偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され、R光のP偏光光となって出射される。透過型表示素子12Rを出たR光のP偏光光は出射側の偏光板9dで偏光方向を揃えられた後、ダイクロイックプリズム10に入射され、そのダイクロイック面31で反射されて投射レンズユニット13に入る。一方、ダイクロイックミラー18aにおいて反射により分離されたG光とB光のS偏光光はダイクロイックミラー18bに入射され、ここで、反射されるG光(S偏光光)と透過されるB光(S偏光光)とに分離される。該分離されたG光のS偏光光は、集光レンズ8b、入射側の偏光板9bを経て、G光用の透過型表示素子12Gに照射される。透過型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が透過時に映像信号に基づいて変調され、G光のP偏光光となって出射される。透過型表示素子12Gを出たG光のP偏光光は出射側の偏光板9eで偏光方向を揃えられた後、ダイクロイックプリズム10に入射され、そのダイクロイック面31、32を透過して投射レンズユニット13に入る。また、上記ダイクロイックミラー18bを透過したB光のS偏光光は、集光レンズ21aで集光され、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bに入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bにおいて、B光のS偏光光中のP偏光光分や紫外線分は透過されて除去され、反射され純度をさらに上げられたB光のS偏光光は集光レンズ21b側に出射される。集光レンズ21bを出たB光のS偏光光は微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cにおいても、B光のS偏光光中のP偏光光分や紫外線分は透過によって除去される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cで反射されたB光のS偏光光は集光レンズ8cに入射される。該集光レンズ8cから出たB光のS偏光光は、入射側の偏光板9cで偏光方向を揃えられてからB光用の透過型表示素子12Bに照射される。該透過型表示素子12Bでは、該B光のS偏光光が映像信号に基づき変調され、B光のP偏光光となって出射される。透過型表示素子12Bを出たB光のP偏光光は出射側の偏光板9fで偏光方向を揃えられ、ダイクロイックプリズム10に入射され、ダイクロイック面32で反射されて投射レンズユニット13に入る。このように、R光、G光及びB光それぞれのP偏光光が合成されてダイクロイックプリズム10から投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。本構成はこれに限るものではなく、G光はP偏光光で、R光、B光は1/2波長位相差板を利用し、S偏光光としてダイクロイックプリズム10に入射する場合もある。なお、上記照明光学系の光学要素のうちダイクロイックミラー18a、18b、上記ダイクロイックプリズム10、及び出射側偏光板9d、9e、9fは、投射型映像表示装置の色分離合成系を形成する。
【0012】
かかる第2の実施例構成によれば、(1)反射手段16に微細周期格子型偏光素子を用いているため、該微細周期格子型反射手段16によって、集光レンズ5から出射される光に混入しているP偏光光を除き、ダイクロイックミラー18a側に出射するS偏光光の純度を向上させることができる。このため、(2)上記入射側の偏光板9a、9b、9cを削除した構成とすることも可能であり、この点での小形化及び低コスト化も図られる。赤外線や紫外線も除去できる。また、(3)入射光に対する角度依存性が良いため、コントラストを改善できるし、微細周期格子型反射手段16における反射面の角度設定もし易く、組立ての作業性も改善できる。また、(4)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17b、17cを用いているため、良好な角度特性が得られ、このため、レンズ系のF値を小さくして、明るさを向上させることができる。また、(5)プリズム型偏光ビームスプリッタ等を用いた場合に比べ、プリズムガラスによる光の透過損失をなくせるため、この点からも明るさを向上できる。また、特に(6)該色分離合成系を主体に装置の耐熱性を改善でき、かつ(7)小形・軽量化が可能となる。(8)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17b、17cは、プリズム型偏光ビームスプリッタに比べ大幅低コスト化が可能なため、光学ユニットや映像装置の低コスト化も可能となる。さらに、(9)微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17b、17cが平板状のため、占有スペースが少なく、周辺部に空きスペースを確保し易くなる。このため、液晶パネル等表示素子12R、12G、12Bや偏光板9a、9b、9c、9d、9e、9fなどに対し、冷却用の空気等を容易に供給でき、これらの冷却がし易くなって、冷却効率を向上できる。冷却効率向上は、光源からの光の増大を可能とし、明るさを向上させることができる。また、消費電力の低減化も可能となる。
なお、上記図3の構成においては、微細周期格子型偏光素子を、上記反射手段16と上記偏光ビームスプリッタ17a、17b、17cとの双方に用いているが、これらのうちのいずれか一方、例えば反射手段16側だけに設ける構成であってもよい。また、上記偏光板9a、9b、9c、9d、9e、9fの全部または一部に、微細周期格子型偏光素子を用いてもよい。これら偏光板として該微細周期格子型偏光素子を用いた場合には、該偏光板の耐熱性を改善でき、偏光純度を改善できる。明るさの向上にもつながる。
【0013】
図4は、本発明の第3の実施例を示す。
本第3の実施例は、微細周期格子型偏光素子を、反射手段、及び色分離合成系の偏光ビームスプリッタとして用いた場合の構成例である。本構成例では、色分離合成系は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタを、従来方式のプリズム型の偏光ビームスプリッタと組合せた構成とし、さらに、R、G、B光をそれぞれ別個に偏光変換可能な特定波長域偏光変換素子(以下、リターダという)と組合せる。
図4において、1は光源ユニット、2は第1のアレイレンズ、3は第2のアレイレンズ、4は偏光ビームスプリッタ、4aは1/2波長位相差板、5、6及び6'はそれぞれ、集光レンズ、16は、微細周期格子型偏光素子を用いて構成され、反射により光路の方向を変える微細周期格子型反射手段、17は、偏光ビームスプリッタと同様、入射光をP偏光光とS偏光光に分離する微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、9a、9bは偏光板、11a、11b、11cは1/4波長位相差板、20R、20G1、20G2、20Bはそれぞれ、R光偏光変換用のリターダ(特定波長域偏光変換素子)、第1のG光偏光変換用のリターダ、第2のG光偏光変換用のリターダ、B光偏光変換用のリターダであり、10G、10RBはそれぞれ、プリズム型偏光ビームスプリッタ、10はダイクロイックプリズムもしくはプリズム型偏光ビームスプリッタである色合成プリズム(以下色合成プリズムと呼称する)、12RはR光用の反射型表示素子、12GはG光用の反射型表示素子、12BはB光用の反射型表示素子、13は投射レンズユニット、24は電源回路、25は信号処理回路、26は冷却用ファン、100は、これらを備えて構成される映像表示装置である。上記第1のアレイレンズ2から偏光板11a、11b、11cまでの光学系は、上記3個の反射型表示素子12R、12G、12Bに対する照明光学系を構成する。
【0014】
上記構成において、上記光源ユニット1の光源部19から出た光は、リフレクタ15にて反射集光され、上記第1のアレイレンズ2で複数の2次光源像を形成した後、上記第2のアレイレンズ3で該複数の2次光源像を結像し、該結像光が、偏光ビームスプリッタ4でP偏光光とS偏光光とに分離され、1/2波長位相差板4aにより、該P偏光光が偏光方向を回転されてS偏光光とされ、偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光と併せ、集光レンズ5、6側に出射される。該偏光ビームスプリッタ4と該1/2波長位相差板4aの該組合せは、いわゆるS偏光光を出射する構成の偏光変換部を形成する。レンズ6を出たS偏光光は、さらに、微細周期格子型反射手段16に略45゜の入射角で入射される。該反射手段16では、R光、G光及びB光のS偏光光が反射されて光路方向が変更されるとともに、P偏光光が含まれているとき、該P偏光光分を透過して除去し、反射されるR光、G光及びB光それぞれのS偏光光の純度を上げるようにする。該反射手段16で反射されたR光、G光及びB光のS偏光光は、集光レンズ6'で集光されて第1のG光偏光変換用のリターダ20G1に入射され、ここで、G光のS偏光光がP偏光光に偏光変換される。R光とB光は偏光変換されずにS偏光光のまま該リターダ20G1を透過する。従って、該リターダ20G1からはG光のP偏光光とR光及びB光のS偏光光とが出射され、それぞれが次段の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17に略45゜の方向で入射される。該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17においては、R光及びB光のS偏光光は反射され、その出射光(R光及びB光のS偏光光)が偏光板9aを介してB光偏光変換用のリターダ20Bに入射される。該B光偏光変換用のリターダ20Bでは、B光がS偏光光からP偏光光に偏光変換される。該偏光変換されたB光のP偏光光は、プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBの色分離面を透過し、1/4波長位相差板11bで偏光方向を揃えられてB光用の反射型表示素子12Bに照射される。該B光用の反射型表示素子12Bでは、該B光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、B光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11bを通って上記プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBに入射される。該プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBに入射された該B光のS偏光光は、その色分離面で反射され、さらに、R光用のリターダ20R及び偏光板9bを通って、色合成プリズム10に入射される。該色合成プリズム10内ではそのダイクロイック面あるいはPBS面で反射され、投射レンズユニット13側に出射される。上記B光偏光変換用のリターダ20Bで偏光変換されないR光のS偏光光は、プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBに入射されると、その色分離面で反射され、1/4波長位相差板11aで偏光方向を揃えられてR光用の反射型表示素子12Rに照射される。該R光用の反射型表示素子12Rでは、該R光のS偏光光が映像信号に基づいて変調されて、R光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11aを通って上記プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBに入射される。該プリズム型偏光ビームスプリッタ10RBに入射された該R光のP偏光光は、その色分離面を透過し、R光偏光変換用のリターダ20Rに入射される。及び偏光板9bを通って、色合成プリズム10に入射される。該R光偏光変換用のリターダ20Rでは、該R光のP偏光光はS偏光光に偏光変換される。該偏光変換されたR光のS偏光光は偏光板9bで偏光方向を揃えられ、該色合成プリズム10に入射される。該色合成プリズム10内ではそのダイクロイック面あるいはPBS面で反射され、投射レンズユニット13側に出射される。一方、上記第1のG光偏光変換用のリターダ20G1から出射されたG光のP偏光光は、上記微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17に略45゜の方向で入射されと、該微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を透過して第2のG光偏光変換用のリターダ20G2に入射される。G光のP偏光光は、ここでS偏光光に変換され、プリズム型偏光ビームスプリッタ10Gに入射される。該プリズム型偏光ビームスプリッタ10G内では、該G光のS偏光光は、その色分離面で反射され、1/4波長位相差板11cを経てG光用の反射型表示素子12Gに照射される。該G光用の反射型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が映像信号に基づいて変調されて、G光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11cを通って上記プリズム型偏光ビームスプリッタ10Gに入射される。該プリズム型偏光ビームスプリッタ10Gに入射された該G光のP偏光光は、その色分離面を透過し、色合成プリズム10に入射される。該G光のP偏光光は、さらに、該色合成プリズム10のダイクロイック面あるいはPBS面を通って、投射レンズユニット13側に出射される。このように、R光及びB光のS偏光光と、G光のP偏光光とが合成されて投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。
【0015】
かかる第3の実施例構成によれば、(1)反射手段16に微細周期格子型偏光素子を用いているため、該反射手段16によって、集光レンズ5から出射される偏光光の純度を向上させることができる。このため、(2)上記入射側偏光板9a、9bや1/4波長位相差板11a、11b、11cを削除した構成とすることも可能である。また、(3)入射光に対する角度依存性が良いため、コントラストを改善できるし、反射手段16における反射面の角度設定もし易く、組立ての作業性も改善できる。また、(4)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を用いているため、良好な角度特性が得られ、このため、レンズ系のF値を小さくして、明るさを向上させることができる。また、(5)プリズム型偏光ビームスプリッタ等を用いた場合に比べ、プリズムガラスによる光の透過損失をなくせるため、この点でも明るさを向上できる。また、特に(6)該色分離合成系を主体に装置の耐熱性を改善でき、かつ(7)小形・軽量化が可能となる。(8)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17は、プリズム型偏光ビームスプリッタに比べ大幅な低コスト化が可能なため、光学ユニットや映像装置も低コスト化が可能となる。さらに、(9)微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17が平板状のため、占有スペースが少なく、その周辺部を空きスペースとして確保できる。このため、液晶パネル等表示素子12R、12G、12Bや偏光板9a、9b、1/4波長位相差板11a、11b、11cなどに対し、冷却用の空気等を容易に供給でき、これらの冷却がし易くなって、冷却効率を向上できる。冷却効率向上は、光源からの光の増大を可能とし、明るさを向上させることができる。また、消費電力の低減化も可能となる。
なお、上記図4の構成においては、R、G、B光の色合成用にダイクロイックプリズム10を用いたが、本発明はこれに限定されず、偏光ビームスプリッタを用いてもよい。
さらに、本実施例のR、G、B表示素子12R、12G、12Bの配置、及び投射レンズユニット13の配置はこれに限定するものではない。
【0016】
図5は本発明の第4の実施例を示す。
本第4の実施例は、R光、G光、B光のいずれかの色分離用及びにR光、G光、B光の色合成用に平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタを用いた場合の構成例である。図4の第3の実施例構成とは、ダイクロイックプリズム10を微細周期格子型偏光ビームスプリッタに替えている点が異なる。
図5において、17'は、色分離合成用の微細周期格子型偏光ビームスプリッタである。その他、図4の第3の実施例構成と同様の構成部については、図4の構成と同じ符号を付してその説明を略す。本図5の構成においては、図4で説明したと同様にして、反射型表示素子12R、12B、12Gで変調された後出射されて来る、R光及びB光のS偏光光と、G光のP偏光光とが微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'に入射され、ここで合成されて投射レンズユニット13側に出射される。つまり、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'は、平面上の一方の部分(図中右上部)では、第1のG光偏光変換用のリターダ20G1からの出射光に対しては該出射光を、G光のP偏光光と、R光及びB光のS偏光光とに分離し、平面上の他方の部分(図中左下部)では、プリズム型偏光ビームスプリッタ10G側から出射されて来るG光のP偏光光と、R光偏光変換用のリターダ20Rから出射されて来るR光及びB光のS偏光光とを合成する。
【0017】
上記第4の実施例によれば、1枚構成の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'を用いて色分離と色合成とを行うため、色分離合成系の構成をダイクロイックプリズム10を用いる図4の構成に比較しても部品数を減らし、より一層、小形、軽量、簡易、高耐熱性で、かつ組立て作業をし易い構成にできる。また、R光偏光変換用のリターダ20R側から出射されて来るR光及びB光のS偏光光中に、赤外線、紫外線またはP偏光光分等が含まれているときは、これらを除去して、投射レンズユニットに出射される光の純度を一層高められる。その他の効果は、上記図4の第3の実施例の場合とほぼ同様である。
なお、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'は、例えば、色分離用のものと、色合成用のものを別個に設ける複数構成のものであってもよい。
【0018】
図6は本発明の第5の実施例を示す。
本第5の実施例は、上記図4または図5におけるプリズム型偏光ビームスプリッタ10G、10RBに微細周期格子型偏光ビームスプリッタを用いた場合の構成例である。
図6において、17'は、1枚構成の色分離合成用の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、17''は、1枚構成の色分離用及び反射用の微細周期格子型偏光ビームスプリッタである。その他、図4の構成及び図5の構成と同様の構成部については、図4、図5の構成と同じ符号を付してその説明を略す。本図6の構成においては、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'は、上記図4に示す微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'と同様に作用する。また、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17''についても、上記図4に示すプリズム型偏光ビームスプリッタ10G、10RBとほぼ同様に作用する。つまり、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'は、平面上の一方の部分(図中右上部)では、第1のG光偏光変換用のリターダ20G1からの出射光に対して、該出射光を、G光のP偏光光と、R光及びB光のS偏光光とに分離する作用をし、平面上の他方の部分(図中左下部)では、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17''から出射されるG光のP偏光光と、R光偏光変換用のリターダ20Rから出射されるR光及びB光のS偏光光とを合成する。また、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17''は、平面上の一方の部分(図中右下部)では、B光偏光変換用のリターダ20Bからの出射光に対して、該出射光を、透過させるB光のP偏光光と、反射するR光のS偏光光とに分離する作用をし、平面上の他方の部分(図中左上部)では、第2のG光偏光変換用のリターダ20G2から出射されるG光のS偏光光を反射して、G光用の反射型表示素子12Gに照射させる。
【0019】
上記第5の実施例によれば、プリズム型偏光ビームスプリッタ10G、10RBや色合成プリズム10を用いずに、それぞれ1枚構成の平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'と微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17''とを用いて色分離及び色合成とを行うため、図5の構成よりもさらに部品数を減らし、一層、小形、軽量、簡易、高耐熱性で、かつ組立て作業をし易い構成にできる。特に、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17'において、図4のダイクロイックプリズム10に該当する部分(図中左下部)と、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17''において、図4及び図5のプリズム型偏光ビームスプリッタ10Gに該当する部分(図中左上部)とは、収差を互いに相殺する関係にあるため、投射レンズユニット13に出射される光の収差を減らし画質を向上できる。その他の効果は、上記図4、図5の場合とほぼ同様である。
【0020】
図7は本発明の第6の実施例を示す。
本第6の実施例は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタで最初に色分離した偏光光を、色合成用のダイクロイックプリズム等に入射させ、該色光に対応した反射型表示素子に導くようにした場合の構成例である。
図7において、1は光源ユニット、2は第1のアレイレンズ、3は第2のアレイレンズ、4は偏光ビームスプリッタ、4aは1/2波長位相差板、5、6及び6'はそれぞれ、集光レンズ、16は、微細周期格子型偏光素子を用いて構成され、反射により光路の方向を変える微細周期格子型反射手段、17a、17bはそれぞれ、偏光ビームスプリッタと同様、入射光をP偏光光とS偏光光に分離する第1、第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、11a、11b、11cは1/4波長位相差板、20R1、20R2、20Bはそれぞれ、第1のR光偏光変換用のリターダ(特定波長域偏光変換素子)、第2のR光偏光変換用のリターダ、B光偏光変換用のリターダであり、10RGはプリズム型偏光ビームスプリッタ、10Bはダイクロイックプリズム、12RはR光用の反射型表示素子、12GはG光用の反射型表示素子、12BはB光用の反射型表示素子、13は投射レンズユニット、24は電源回路、25は信号処理回路、26は冷却用ファン、100は、これらを備えて構成される映像表示装置である。上記第1のアレイレンズ2から1/4波長位相差板11a、11b、11cまでの光学系は、上記3個の反射型表示素子12R、12G、12Bに対する照明光学系を構成する。
【0021】
図7において、光源ユニット1の光源部19から出た光は、リフレクタ15にて反射集光され、第1のアレイレンズ2で複数の2次光源像を形成した後、第2のアレイレンズ3で該複数の2次光源像を結像し、該結像光が、偏光ビームスプリッタ4でP偏光光とS偏光光とに分離され、1/2波長位相差板4aにより、該P偏光光が偏光方向を回転されてS偏光光とされ、偏光ビームスプリッタ4で分離されたS偏光光と併せ、集光レンズ5、6側に出射される。該偏光ビームスプリッタ4と該1/2波長位相差板4aの該組合せは、S偏光光を出射する偏光変換部を形成する。集光レンズ6を出たS偏光光は、さらに、微細周期格子型反射手段16に略45゜の入射角で入射される。該反射手段16では、R光、G光及びB光のS偏光光が反射されて光路方向が変更されるとともに、P偏光光が含まれているとき、該P偏光光分を透過して除去し、反射されるR光、G光及びB光それぞれのS偏光光の純度を上げる。該反射手段16で反射されたR光、G光及びB光のS偏光光は、集光レンズ6'で集光された後、B光偏光変換用のリターダ20Bに入射され、ここで、B光のS偏光光のみがP偏光光に偏光変換される。偏光変換された該B光のP偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aを透過して、色合成プリズム10Bに入射される。該B光のP偏光光はさらに、該色合成プリズム10Bのダイクロイック面も通過し、1/4波長位相差板11aで偏光方向を揃えられてB光用の反射型表示素子12Bに照射される。該B光用の反射型表示素子12Bでは、該B光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、B光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11aを経て上記色合成プリズム10Bに入射される。該色合成プリズム10B内では、そのダイクロイック面等で該B光のS偏光光は反射されて投射レンズユニット13側に出射される。一方、上記B光偏光変換用のリターダ20Bから、偏光変換されないまま出射されるR光及びG光のS偏光光は、上記第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aで反射されて、さらに、第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bで反射されて、第1のR光偏光変換用のリターダ20R1に入射される。該第1のR光偏光変換用のリターダ20R1では、R光のS偏光光がP偏光光に偏光変換され、G光のS偏光光はそのまま透過する。変換されたR光のP偏光光は、プリズム型偏光ビームスプリッタ10RGに入射され、その色分離面を透過し1/4波長位相差板11bで偏光方向を揃えられてR光用の反射型表示素子12Rに照射される。該R光用の反射型表示素子12Rでは、該R光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、R光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11bを通って、再びプリズム型偏光ビームスプリッタ10RGに入射される。該プリズム型偏光ビームスプリッタ10RG内では、その色分離面で該R光のS偏光光は反射され、第2のR光偏光変換用のリターダ20R2に入射される。該R光のS偏光光は、該第2のR光偏光変換用のリターダ20R2でR光のP偏光光に変換され、色合成プリズム10Bに入射される。該色合成プリズム10B内では、該R光のP偏光光はダイクロイック面等をそのまま透過して投射レンズユニット13側に出射される。また、上記第1のR光偏光変換用のリターダ20R1で偏光変換されないG光のS偏光光は、プリズム型偏光ビームスプリッタ10RGに入射されると、その色分離面で反射され、1/4波長位相差板11cを経て、G光用の反射型表示素子12Gに照射される。該G光用の反射型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が映像信号に基づいて変調されて、G光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11cを通ってプリズム型偏光ビームスプリッタ10RGに入射される。該G光のP偏光光は、該プリズム型偏光ビームスプリッタ10RG内では、その色分離面をそのまま透過し、さらに上記第2のR光偏光変換用のリターダ20R2も透過して色合成プリズム10Bに入射される。さらに、該色合成プリズム10B内でも、該G光のP偏光光はダイクロイック面等をそのまま透過して投射レンズユニット13側に出射される。このように、R光及びG光のP偏光光と、B光のS偏光光とが合成されて投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。
【0022】
かかる第6の実施例構成によれば、(1)反射手段16に微細周期格子型偏光素子を用いているため、該反射手段16によって、集光レンズ5から出射される偏光光の純度を向上させることができる。このため、偏光板(図示せず)を削除した構成とすることが可能である。また、入射光に対する角度依存性が良いため、コントラストを改善できるし、反射手段16における反射面の角度設定もし易く、組立ての作業性も改善できる。また、(2)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17bを用いているため、良好な角度特性が得られ、このため、レンズ系のF値を小さくして、明るさを向上させることができる。また、(3)プリズム型偏光ビームスプリッタ等を用いた場合に比べ、プリズムガラスによる光の透過損失をなくせるため、この点でも明るさを向上できる。また、特に(4)該色分離合成系を主体に装置の耐熱性を改善でき、かつ(5)小形・軽量化が可能となる。(6)平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17bは、プリズム型偏光ビームスプリッタに比べ大幅な低コスト化が可能なため、光学ユニットや映像装置も低コスト化が可能となる。さらに、(7)微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a、17bが平板状のため、占有スペースが少なく、その周辺部を空きスペースとして確保できる。このため、液晶パネル等表示素子12R、12G、12Bや1/4波長位相差板11a、11b、11cなどに対し、冷却用空気等を容易に供給でき、冷却がし易くなって、冷却効率を向上できる。冷却効率向上は、光源からの光の増大を可能とし、明るさを向上させることができる。また、消費電力の低減化も可能となる。
なお、上記反射ミラー16'を微細周期格子型偏光素子を用いて構成してもよい。
【0023】
図8は本発明の第7の実施例を示す。
本第7の実施例は、上記図7に示す第6の実施例におけるプリズム型偏光ビームスプリッタ及びダイクロイックプリズムを、微細周期格子型偏光素子を用いて構成し、プリズム型光学部品を使わずに構成した場合の例である。
図8において、17aは、R光+G光+B光を、R光+G光と、B光とに分離する部分と、R光+G光を、R光とG光とに分離する部分とを備えた色分離用の第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、17cは、色合成用の第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタである。その他、図7の第6の実施例構成と同様の構成部については、図7の構成と同じ符号を付してその説明を略す。本図8の構成においては、図7の場合と同様にして、R光、G光、B光のそれぞれのS偏光光が、B光偏光変換用のリターダ20Bに入射され、ここで、B光のS偏光光のみがP偏光光に偏光変換される。偏光変換された該B光のP偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aを透過して、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射される。該B光のP偏光光はさらに、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cも通過し、反射ミラー16'で反射されて1/4波長位相差板11aで偏光方向を揃えられてB光用の反射型表示素子12Bに照射される。該B光用の反射型表示素子12Bでは、該B光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、B光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11a、反射ミラー16'を経て上記第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射される。該第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cでは、該B光のS偏光光は反射されて投射レンズユニット13側に出射される。一方、上記B光偏光変換用のリターダ20Bから、偏光変換されないまま出射されるR光及びG光のS偏光光は、上記第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aで反射されて、さらに、第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bで反射されて、第1のR光偏光変換用のリターダ20R1に入射される。該第1のR光偏光変換用のリターダ20R1では、R光のS偏光光がP偏光光に偏光変換され、G光のS偏光光はそのまま透過する。変換されたR光のP偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aに入射され、そこを透過し1/4波長位相差板11bで偏光方向を揃えられてR光用の反射型表示素子12Rに照射される。該R光用の反射型表示素子12Rでは、該R光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、R光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11bを通って、再び第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aに入射される。第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aでは、該R光のS偏光光は反射され、第2のR光偏光変換用のリターダ20R2に入射される。該R光のS偏光光は、該第2のR光偏光変換用のリターダ20R2でR光のP偏光光に変換され、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射される。該第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cでは、該R光のP偏光光はそのまま透過して投射レンズユニット13側に出射される。また、上記第1のR光偏光変換用のリターダ20R1で偏光変換されないG光のS偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aに入射されると反射され、1/4波長位相差板11cを経て、G光用の反射型表示素子12Gに照射される。該G光用の反射型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が映像信号に基づいて変調されて、G光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11cを通って第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aに入射される。該G光のP偏光光は、該第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aをそのまま透過し、さらに上記第2のR光偏光変換用のリターダ20R2も透過して第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射される。さらに、該G光のP偏光光は該第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cをそのまま透過して投射レンズユニット13側に出射される。このように、R光及びG光のP偏光光と、B光のS偏光光とが合成されて投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。
【0024】
上記第7の実施例によれば、プリズム型偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムを用いずに、平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタを用いて色分離合成系を構成できるため、図7の構成よりもさらに部品数を減らし、一層、小形、軽量、簡易、高耐熱性で、かつ組立て作業をし易い構成にできる。その他の効果は、上記図7の場合とほぼ同様である。
なお、上記反射ミラー16'は、微細周期格子型偏光素子を用いて構成してもよい。
【0025】
図9は本発明の第8の実施例を示す。
本第8の発明は、上記第7の実施例構成の一部を変更した構成であって、プリズム型偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムを用いない構成において、投射レンズユニットの光軸延長上で平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタにより、照明光学系における光の最初の色分離を行うようにした場合の構成例である。
図9において、17aは、R光(P偏光光)+G光(S偏光光)+B光(P偏光光)を、G光(S偏光光)と、R光(P偏光光)+B光(P偏光光)とに分離する色分離用の第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、17bは、該第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aにより色分離されたG光のS偏光光を反射する第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、もちろん通常の反射ミラーでもよいが、17cは、R光のS偏光光とB光のP偏光光とを分離する部分と、R光のS偏光光とB光のS偏光光とG光のP偏光光とを合成する色合成用の第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタである。その他、図8の実施例構成と同様の構成部については、図8の構成と同じ符号を付してその説明を略す。図9の構成においては、集光レンズ6からはR光、G光、B光のそれぞれのP偏光光が出射される。該出射されたR光、G光、B光のそれぞれのP偏光光は、微細周期格子型反射手段16で反射され、集光レンズ6'を経てG光偏光変換用のリターダ20Gに入射される。該G光偏光変換用のリターダ20Gでは、G光のP偏光光がS偏光光に偏光変換される。変換されたG光のS偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aで反射されて第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bに入射する。G光のS偏光光は、さらに該第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17bで反射され、1/4波長位相差板11cを経てG光用の反射型表示素子12Gに照射される。該G光用の反射型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が映像信号に基づいて変調されて、G光のP偏光光となって出射され、G光のP偏光光は、再び1/4波長位相差板11cを通り、さらに、第2の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17b、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17a及び第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cを通って投射レンズユニット13側に出射される。上記G光偏光変換用のリターダ20Gで偏光変換されないR光とB光のP偏光光は、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aを透過して第1のR光偏光変換用のリターダ20R1に入射され、ここでR光のP偏光光がS偏光光に偏光変換され、B光のP偏光光はそのまま透過される。偏光変換されたR光のS偏光光は、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射されて反射され、1/4波長位相差板11bを通ってR光用の反射型表示素子12Rに照射される。該反射型表示素子12Rでは、該R光のS偏光光が映像信号に基づき変調されて、R光のP偏光光となって出射される。該R光のP偏光光は、再び1/4波長位相差板11bを通り、さらに、第1の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17aを透過して、第2のR光偏光変換用のリターダ20R2に入射され、ここで、該S偏光光に偏光変換される。変換された該R光のS偏光光は、第4の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17dで反射され、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cに入射されて反射され投射レンズユニット13側に出射される。一方、第1のR光偏光変換用のリターダ20R1で偏光変換されないB光のP偏光光は、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cを透過し、1/4波長位相差板11aを経てB光用の反射型表示素子12Bに照射される。該B光用の反射型表示素子12Bでは、該B光のP偏光光が映像信号に基づいて変調されて、B光のS偏光光となって出射される。該B光のS偏光光は、再び1/4波長位相差板11aを通り、さらに、第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cで反射し、さらに第4の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17dで反射し、再び第3の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17cで反射し、投射レンズユニット13側に出射される。このように、G光のP偏光光と、R光及びB光のS偏光光とが合成されて投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。
【0026】
上記第8の実施例によれば、上記図8に示す第7の実施例の場合と同様に、プリズム型偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムを用いずに、平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタを用いて色分離合成系を構成できるため、部品数を減らし、一層、小形、軽量、簡易、高耐熱性で、かつ組立て作業をし易い構成にできる。その他の効果は、上記図7の場合とほぼ同様である。
【0027】
図10は本発明の第9の実施例を示す。
本第9の実施例は、プリズム型偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムを用いない構成において、投射レンズユニットの光軸延長上に設けた1枚の平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタと1枚のダイクロイックミラーにより、色分離及び合成を行うようにした場合の構成例である。
図10において、17は、S偏光光を反射し、P偏光光を透過させることによって、S偏光光とP偏光光とを分離、または該両偏光光を合成する色分離合成用の微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、18は、R光とG光を分離、または該両光を合成するダイクロイックミラーである。その他、図7、図8及び図9の実施例構成と同様の構成部については、それぞれと同じ符号を付してその説明を略す。図10の構成においては、偏光ビームスプリッタ4と1/2波長位相差板4aによる偏光変換により、集光レンズ6からはR光、G光、B光のそれぞれのS偏光光が出射されるものとする。該出射されたR光、G光、B光のそれぞれのS偏光光は、微細周期格子型反射手段16で反射され、集光レンズ6'を経てB光偏光変換用のリターダ20Bに入射される。該B光偏光変換用のリターダ20Bでは、B光のS偏光光がP偏光光に偏光変換される。変換されたB光のP偏光光は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を透過し、1/4波長位相差板11aで偏光方向を揃えられてB光用の反射型表示素子12Bに照射される。該反射型表示素子12Bでは、該B光のP偏光光が映像信号に基づいて変調され、B光のS偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11aを通り、さらに、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17で反射され、投射レンズユニット13側に出射される。一方、上記B光偏光変換用のリターダ20Bで偏光変換されないR光及びG光のS偏光光は、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17で反射され、ダイクロイックミラー18に入射される。ダイクロイックミラー18では、ダイクロイック面でR光のS偏光光とG光のS偏光光とに分離される(R光はダイクロイック面で反射、G光はダイクロイック面を透過)。分離されたR光のS偏光光は、1/4波長位相差板11bを通って、R光用の反射型表示素子12Rに照射される。該反射型表示素子12Rでは、該R光のS偏光光が映像信号に基づいて変調され、R光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11bを通り、ダイクロイックミラー18で反射され、さらに、微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を透過して、投射レンズユニット13側に入る。また、上記ダイクロイックミラー18で分離されたG光のS偏光光は、1/4波長位相差板11cを通って、G光用の反射型表示素子12Gに照射される。該反射型表示素子12Gでは、該G光のS偏光光が映像信号に基づいて変調され、G光のP偏光光となって出射され、再び1/4波長位相差板11cを通り、ダイクロイックミラー18及び微細周期格子型偏光ビームスプリッタ17を透過して、投射レンズユニット13側に入る。このように、G光及びR光のP偏光光と、B光のS偏光光とが合成されて投射レンズユニット13に出射され、該投射レンズユニット13により映像がスクリーン等に拡大投射される。
【0028】
上記第9の実施例によれば、上記図8に示す第7の実施例や、上記図9に示す第8の実施例の場合と同様に、プリズム型偏光ビームスプリッタやダイクロイックプリズムを用いずに、投射レンズユニットの光軸延長上に設けた1枚の平板状の微細周期格子型偏光ビームスプリッタと1枚のダイクロイックミラーにより、色分離合成を行う構成のため、部品数の削減、小形化、軽量化高耐熱性化等を達成できるようになる。特に、構成の簡易化の効果は多面的かつ顕著である。その他の効果は、上記第6の実施例や第7の実施例の場合とほぼ同様である。さらに、ダイクロイックミラー18と表示素子12R、12Gの向きを逆向きに配置して、傾斜配置の収差をキャンセルする方向にすることも可能である。
なお、上記実施例においては、表示素子を1個または3個用いる構成としたが、本発明はこれに限定されない。また、該各実施例では、微細周期格子型偏光素子を、平板状のものとしたが、本発明は、これにも限定されない。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、光の利用率を上げ、明るい映像面の映像表示装置を提供できる。また、小形化に適した構成も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】プリズムを取付けた微細周期格子型偏光ビームスプリッタの構成例である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図5】本発明の第4の実施例を示す図である。
【図6】本発明の第5の実施例を示す図である。
【図7】本発明の第6の実施例を示す図である。
【図8】本発明の第7の実施例を示す図である。
【図9】本発明の第8の実施例を示す図である。
【図10】本発明の第9の実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…光源ユニット、 2…第1のアレイレンズ、 3…第2のアレイレンズ、4…偏光ビームスプリッタ、 4a…1/2波長位相差板、 5、6、6'、8、8a、8b、8c、21a、21b…集光レンズ、 7…電子的色分離手段、 9a、9b、9c、9d、9e、9f…偏光板、 11、11a、11b、11c…1/4波長位相差板、 10…ダイクロイックプリズムまたは偏光ビームスプリッタ、 10G、10RB、10RG…プリズム型偏光ビームスプリッタ、 12R、12B、12G…反射型表示素子または透過型表示素子、 13…投射レンズユニット、 15…リフレクタ、 16…微細周期格子型反射手段、 17、17'、17''、17a、17b、17c、17d…微細周期格子型偏光ビームスプリッタ、 18a、18b…ダイクロイックミラー、 20R、20G1、20G2、20B、20R1、20R2…リターダ、 24…電源回路、 25…信号処理回路、 26…冷却用ファン、 100…映像表示装置。
Claims (1)
- 光を反射型表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成し、該光学像を投射レンズにより投射する映像表示装置であって、
光を出射する光源と、
上記光源からの光の偏光方向を揃え、所定の偏光方向を有する光を形成する偏光変換手段と、
上記偏光変換手段からの上記所定の偏光方向を有する光を反射する第1の微細周期格子型反射手段と、
上記第1の微細周期格子型反射手段で反射した上記所定の偏光方向を有する光を反射して上記反射型表示素子に導くとともに、上記反射型表示素子で形成された上記所定の偏光光とは異なる偏光方向を有する光学像を透過する第2の微細周期格子型反射手段と、
を備え、
上記第2の微細周期格子型反射手段が、
上記第1の微細周期格子型反射手段で反射した光が入射される三角柱状の第1のプリズムと、
上記第1のプリズムからの光を透過又は反射する平板形状の微細周期格子型偏光素子と、
上記微細周期格子型偏光素子を透過した光が入射される三角柱状の第2のプリズムと、
を有し、かつ
上記微細周期格子型偏光素子は上記第1及び第2のプリズムではさまれて形成され、
上記微細周期格子型偏光素子と上記第1のプリズムの対向面内の外周部側が接着剤で接着され、上記微細周期格子型偏光素子と上記第2のプリズムの対向面内の外周部側が接着剤で接着された構成であることを特徴とする映像表示装置。
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