JP4019557B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置に関し、例えば反射型液晶パネルにより空間変調した映像光をスクリーン上に投射するプロジェクタ装置に適用することができる。本発明は、色分解合成手段の照明光が入射する側に位相差板を配置することにより、全体形状の大型化を防止して、簡易かつ確実に黒浮きによるコントラストの低下を改善することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投射型表示装置においては、反射型液晶パネルを用いて空間変調した映像光を生成し、この映像光をスクリーンに投射することにより、所望のカラー画像を形成できるようになされたものが提案されている。
【０００３】
このような投射型表示装置においては、光源より得られる照明光を赤色、青色、緑色用の照明光に分解して対応する反射型液晶パネルにそれぞれ供給すると共に、各反射型液晶パネルより得られる赤色、青色、緑色用の映像光を合成する手段として、ダイクロイックミラーを用いるものが提案されている。
【０００４】
すなわち図１０に示すように、この種の投射型表示装置１においては、例えば放電ランプ３とリフレクター４により光源２が構成され、この光源２より白色光による照明光を出射する。投射型表示装置１は、フライアイレンズ５Ａ及び５Ｂによりこの照明光の光量分布を均一化した後、続いて偏光変換素子６に入射する。ここで偏光変換素子６は、Ｓ偏光成分を主に選択的に透過すると共に、これと直交するＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換する光学素子である。
【０００５】
これにより光源２は、放電ランプ３から種々の偏光面により出射される照明光について、画像表示に有効な偏光成分を増大させると共に、これと直交する偏光成分を低減して照明光を出射し、その分照明光の利用効率を向上し、表示画像のコントラストを向上する。
【０００６】
凸レンズ８は、偏光変換素子６より出射される照明光の光路上にて、この照明光を集光して出射し、コールドミラー９は、この凸レンズ８より出射される照明光より赤外線領域を除く成分の光路を９０度折り曲げて出射する。凸レンズ１０は、このコールドミラー９で反射された照明光を集光して出射する。
【０００７】
偏光ビームスプリッタ１１は、２つの直角プリズムの斜面を貼り合わせて形成され、この貼り合わせ面に検光面１１Ａが形成される。偏光ビームスプリッタ１１は、この検光面１１Ａにより凸レンズ１０より出射されるＳ偏光による照明光を選択的に反射して出射し、このＳ偏光による照明光の光路を逆に辿って入射する合成映像光のうち、Ｐ偏光成分を選択的に透過すると共に、Ｓ偏光成分を光源２に戻す。
【０００８】
ダイクロイックミラー１２、１３は、偏光ビームスプリッタ１１より出射される照明光の光路を横切るように配置される。ダイクロイックミラー１２、１３は、誘電体膜の積層によるダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲが形成され、照明光のうち青色、赤色の照明光を各ダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲにおいて順次選択的に反射する。これによりダイクロイックミラー１２、１３は、偏光ビームスプリッタ１１より出射される照明光を青色、赤色、緑色の照明光に分解し、青色用、赤色用、緑色用の反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにそれぞれ青色、赤色、緑色の照明光を供給する。
【０００９】
各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇは、それぞれ対応する色信号により駆動され、各画素毎に、Ｓ偏光による入射する照明光の偏光面を回転させて反射し、これにより各色信号に応じて偏光面が変化してなる映像光を出射する。
【００１０】
ダイクロイックミラー１２、１３は、照明光の場合とは逆に、このようにして各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇより得られる青色、赤色、緑色の映像光を合成して合成映像光を生成し、この合成映像光を偏光ビームスプリッタ１１に射出する。これにより合成映像光は、各色信号に応じたＰ偏光及びＳ偏光の合成光により照明光の光路を逆に辿って偏光ビームスプリッタ１１に出射され、このうちＰ偏光成分だけが偏光ビームスプリッタ１１を透過して投射レンズ１５に出射されることになる。
【００１１】
投射レンズ１５は、このようにして偏光ビームスプリッタ１１を透過する合成映像光をスクリーン１６に投射し、これにより反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇで生成された映像をスクリーンに拡大投影してなるカラー画像を表示する。
【００１２】
このようにしてカラー画像を表示する投射型表示装置１においては、ダイクロイックミラー１２、１３により反射される照明光の出射方向が光源２側となるようにダイクロイックミラー１２、１３の向きが設定され、これにより反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒを光源２側に配置して全体形状を小型化できるようになされている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこの種の投射型表示装置においては、本来黒く表示される部分にも光が照射されていわゆる黒浮きが発生し、この黒浮きにより投影画像のコントラストが低下する問題点があった。
【００１４】
すなわち投射型表示装置１においては、本来黒く表示される部分においては、各反射型液晶パネルにおいて対応する照明光が何ら偏光面が回転することなく反射される。その結果、投射型表示装置１においては、偏光ビームスプリッタ１１によって対応する映像光が光源２側に戻され、これによりスクリーン１６上では対応する部分が黒く表示されるはずである。しかしながら投射型表示装置１においては、本来Ｓ偏光により偏光ビームスプリッタ１１で検光されるはずのこの種の映像光がＳ偏光とＰ偏光の合成光により検光され、これによりこの種の黒浮きが発生する。
【００１５】
すなわちこのように偏光ビームスプリッタ１１、ダイクロイックミラー１２等を配置した光学系においては、偏光ビームスプリッタ１１の入射面及び出射面、検光面、ダイクロイック膜等の境界面を基準にして、各境界面と平行なＰ偏光とこのＰ偏光成分に垂直なＳ偏光とに対して光の振動方向に位相差が与えられる。これによりこの種の投射型表示装置においては、光学系全体として見たとき偏光ビームスプリッタ１１により当初分離されたＰ偏光成分の方向が各境界面で変化することになる。これらにより投射型表示装置１においては、光学系を伝搬する照明光、映像光において偏光状態が変化し、これにより本来Ｓ偏光により黒く表示される部分に光が混入して黒浮きが発生する。
【００１６】
図１１は、この偏光状態の変化の説明に供する原理図であり、図１０について上述した構成に対応して、凸レンズ１０より入射する照明光が偏光ビームスプリッタ１１で反射した後、ダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲを順次透過して反射型液晶パネル１４Ｇに入射し、ここで無変調により反射する場合である。なお以下においては、各符号に符号Ｂを付加してベクトルである旨記述する。
【００１７】
この場合に、入射する照明光の方向を示す単位ベクトルを方向余弦ＢＣ０とし、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａ、ダイクロイック膜ＭＢ、ダイクロイック膜ＭＲである各境界面における照明光の方向を示す方向余弦をそれぞれＢＣ１、ＢＣ２、ＢＣ３とする。また反射型液晶パネル１４Ｇで反射した後、対応する境界面における映像光の方向を示す方向余弦をそれぞれＢＣ４、ＢＣ５、ＢＣ６とする。またこれらの方向余弦に対応して境界面の配置を示す単位ベクトルを法線ベクトルとし、符号ＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３、ＢＤ４、ＢＤ５、ＢＤ６により示す。
【００１８】
各境界面である入射面に垂直なＳ偏光成分ＢＥＳｎは、方向余弦と法線ベクトルとの外積により進行方向が規定され、次式により表される。
【００１９】
【数１】

【００２０】
また各境界面である入射面に平行なＰ偏光成分の方向余弦は、このＳ偏光成分ＢＥＳｎの進行方向に直交し、次式のベクトル積により表される。
【００２１】
【数２】

【００２２】
このとき法線ベクトルは、内積ＢＤ１・ＢＤ２≒０、ＢＤ２≒ＢＤ３、内積ＢＤ５・ＢＤ６≒０とする。
【００２３】
これら（１）式、（２）式と方向余弦ＢＣｎ及び法線ベクトルＢＤｎとの関係から、次式の関係式を得ることができる。なお直交するＰ偏光成分ＢＥＰｎも同様の関係となる。
【００２４】
【数３】

【００２５】
これにより投射型表示装置１においては、各境界面の前後で図１２に示すように照明光の偏光状態が変化することになる。なおこの図１２は、反射型液晶パネル１４Ｇ側より見た絶対座標系ｘ−ｙにより各境界面の前後における偏光状態を示すものであり、符号Ａ〜Ｊを用いて図１１との対比により各境界面との関係を示す。
【００２６】
ここで投射型表示装置１においては、反射型液晶パネル１４Ｇに照明光を集光させる形式であることにより、照明光は、反射型液晶パネル１４Ｇに対して所定の入射角をもって入射し、光束として捕らえるとコーン状の光束により反射型液晶パネル１４Ｇに入射することになる。
【００２７】
偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａの反射側においては（符号Ａにより示す）、偏光ビームスプリッタ１１に方向余弦ＢＣ０による照明光が入射し、この検光面１１Ａで決まるＰ偏光成分及びＳ偏光成分の方向に従って、Ｓ偏光成分のみが選択的に反射されることにより、直線偏光となる。
【００２８】
これに対して符号Ｂ及びＣにより示すダイクロイック膜ＭＢの境界面前後においては、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の方向が偏光ビームスプリッタ１１における反射時とで大きく異なり（ダイクロイック膜におけるＰ偏光成分及びＳ偏光成分を破線の矩形により示す）、これにより照明光は、このダイクロイック膜ＭＢにおいてＰ偏光成分及びＳ偏光成分に大きく分解されて位相差が与えられることになる。その結果符号Ｃにより示すダイクロイック膜ＭＢの境界面後において、照明光は、短径側が大きく膨らんだ楕円偏光となる。
【００２９】
また符号Ｄ及びＥにより示すダイクロイック膜ＭＲの境界面前後においても、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の方向が僅かに異なることにより、照明光は、このダイクロイック膜ＭＲにおいても、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分に分解されて僅かではあるが位相差が与えられることになる。
【００３０】
その結果、反射型液晶パネル１４Ｇで何ら偏光されることなく反射されると、符号Ｆによりダイクロイック膜ＭＲの境界面前を示すように、反射型液晶パネル１４Ｇの反射光は短径側が大きく膨らんだ楕円偏光となる。
【００３１】
このようにして楕円偏光として反射型液晶パネル１４Ｇより出射される映像光は、照明光の場合と同様に、ダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢにより順次対応するＰ偏光成分及びＳ偏光成分に分解されて位相差が与えられ（符号Ｆ〜Ｉ）、符号Ｊにより示すように、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａに入射する際には、破線の矩形形状により検光面１１ＡにおけるＰ偏光及びＳ偏光の向きを示すように、検光面１１Ａに対して、Ｓ偏光成分が発生していることとなる。この場合、Ｐ偏光成分の量が多い為、投射レンズ１５へ漏れ出す光量が増大し、黒浮きの状態が形成される。
【００３２】
この問題を解決する１つの方法として、図１３に示すように、上述した構成において、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｇと対応するダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲとの間に、それぞれ常光線及び異常光源に所定位相差を与える位相差板１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂを挿入する方法が考えられる。
【００３３】
この方法は、図１１及び図１２との対比により図１４及び図１５に偏光状態の変化を示すように、反射型液晶パネル１４Ｇの入射光と反射光との間で、楕円偏光による長軸がＹ軸対称になるように位相差を与えることにより、ダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢを透過する往路と復路とで位相差を打ち消すようにしたものである。
【００３４】
この方法による投射型表示装置２１においては、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａに入射する際に、映像光においては、Ｐ偏光成分が抑圧されていることにより、その分図１０について上述した構成に比して黒浮きを低減することができる。
【００３５】
しかしながらこの方法にあっても、符号Ｂ及びＣにより示すダイクロイック膜ＭＢの境界面前後においては、偏光ビームスプリッタ１１における反射時とでＰ偏光成分及びＳ偏光成分の方向が大きく異なり、これにより照明光は、このダイクロイック膜ＭＢにおいてＰ偏光成分及びＳ偏光成分に大きく分解されて結局楕円偏光となる。また映像光においても、ダイクロイック膜ＭＢの境界面後において、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分に大きく分解されて位相差が発生し、結局、Ｓ偏光方向に対して長軸が傾いた楕円偏光のまま偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａに入射することになる。
【００３６】
これによりこの方法によっては、十分にＰ偏光成分を抑圧することが困難で、これにより実用上未だ不十分な問題があった。
【００３７】
これに対して図１６に示すように、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａとダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲの各境界面とが平行になるように配置すると共に、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇに位相差板３２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇを配置する方法も提案されている。
【００３８】
この方法の場合、図１１及び図１２との対比により図１７及び図１８に偏光状態の変化を示すように、上述した構成に比してダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢの前後における楕円偏光を直線偏光に近づけることができ、その分Ｐ偏光成分の発生を更に抑圧することができると考えられる。
【００３９】
しかしながらこの方法の場合、ダイクロイック膜により反射される照明光が光源２とは逆方向に出射されることにより、反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒを光源２とは逆側に配置せざるを得ず、これにより全体構成が大型化する問題がある。
【００４０】
なお以上において、反射型液晶パネル１４Ｇへ入射する系について、偏光状態の変化を説明をしたが、反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒへ入射する系についても、同様に偏光状態が変化することになる。
【００４１】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、全体形状の大型化を防止して、簡易かつ確実に黒浮きによるコントラストの低下を改善することができる投射型表示装置を提案しようとするものである。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１に係る発明においては、偏光ビームスプリッタ及び色分解合成手段との間の光路上に、偏光ビームスプリッタの検光面を含む仮想面と、色分解合成手段における色分解合成面を含む仮想面とが交差する直線方向を基準軸として、入射光及び出射光の偏光方向が基準軸に対して略軸対称となるように位相差を与える位相差発生手段を配置する。
【００４３】
請求項１に係る構成によれば、偏光ビームスプリッタ及び色分解合成手段との間の光路上に、検光面を含む仮想面と色分解合成面を含む仮想面とが交差する直線方向を基準軸にして、入射光及び出射光の偏光方向が基準軸に対して略軸対称となるように位相差を与える位相差発生手段を配置することにより、検光面に対する色分解合成面の傾きによる位相差の発生を防止することができ、その分Ｐ偏光成分の発生を抑圧して黒浮きを防止することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００４５】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。この投射型表示装置４１においては、ダイクロイックミラー１２の光源側であるダイクロイックミラー１２及び偏光ビームスプリッタ１１間に位相差板４２が配置され、また各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇのダイクロイックミラー側に位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇがそれぞれ配置される。
【００４６】
ここでこれら各位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇは、それぞれダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲを透過する際に、照明光及び映像光に与えられる位相差を打ち消すように配置される。すなわち緑色用の位相差板４３Ｇを例に取って説明すると、この位相差板４３Ｇにあっては、緑色波長帯域の中心波長（約５５０〔μｍ〕）において、反射型液晶パネル１４Ｇに入射するＳ偏光とＰ偏光とに対して、ダイクロイック膜ＭＲ及びＭＢを透過する際に発生する位相差に１／４波長分を加えた位相差を打ち消すように配置される。
【００４７】
ここで投射型表示装置４１において、ダイクロイックミラー１２及び１３は、偏光ビームスプリッタの検光面１１Ａの法線をＢＤ１、ダイクロイックミラー１２の法線をＢＤ２、ダイクロイックミラー１３の法線をＢＤ３とすると、次式の関係式が成立し、色分解合成面であるダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢで反射される照明光の出射方向が光源２側となるように配置される。
【００４８】
【数４】

【００４９】
このダイクロイックミラー１２、１３の配置に対応して、各位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇは、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａを含む仮想面と、ダイクロイック面ＭＲ又はＭＢを含む仮想面とが交差する直線を基準にして（すなわち図１１との対比により示すｙ軸方向である）、異常光線及び常光線に位相差を与え、この位相差により各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにおいて、入射光と無偏光による反射光との間で、楕円偏光による長軸が軸対称になるようにし、すなわちこれら入射光及び反射光で偏光方向が軸対称となるようにし、これによりダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢを透過する際に発生する位相差を打ち消す。
【００５０】
これに対して位相差板４２は、所定の波長において、偏光ビームスプリッタ１１より出射される照明光のＰ偏光成分及びＳ偏光成分にほぼ１／２波長の位相差を与えるように、光学軸がＹ軸方向又はＸ軸方向に向くように配置される。これにより位相差板４２は、照明光及び映像光について、入射光及び出射光の偏光方向がＹ軸対称となるように位相差を与えるようになされている。なおこの１／２波長の位相差は、最も視感度が高い緑色波長帯域のほぼ中心波長（５５０〔ｎｍ〕）に設定するとが望ましい。
【００５１】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、光源２より出射された照明光は（図１）、コールドミラー９で赤外線を除く成分が光路を９０度折り曲げられ、偏光ビームスプリッタ１１に出射される。この偏光ビームスプリッタ１１において、照明光は、Ｓ偏光成分が選択的に反射されて第１のダイクロイックミラー１２に向けて出射され、この第１のダイクロイックミラー１２により青色の照明光が選択的に反射されて青色用の反射型液晶パネル１４Ｂに向けて出射され、残る緑色、赤色の照明光が第１のダイクロイックミラー１２を透過して続く第２のダイクロイックミラー１３に入射する。
【００５２】
この第２のダイクロイックミラー１３に入射した照明光は、赤色の照明光と緑色の照明光に分解され、それぞれ第２のダイクロイックミラー１３による反射及び透過により赤色の照明光と緑色の照明光とが赤色の反射型液晶パネル１４Ｒと緑色の反射型液晶パネル１４Ｇとに出射される。これらにより青色、赤色及び緑色の反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにそれぞれ対応する波長の照明光が供給され、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにおいて対応する色信号により偏光面が回転し、Ｐ偏光及びＳ偏光による青色、赤色、緑色の映像光が生成される。
【００５３】
このようなＰ偏光及びＳ偏光による青色、赤色、緑色の映像光は、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇに入射した照明光の光路を逆に辿り、第１及び第２のダイクロイックミラー１２及び１３により合成され、その結果得られる合成映像光のうち、Ｐ偏光成分が偏光ビームスプリッタ１１を透過して投射レンズ１５によりスクリーン１６に投射される。これにより各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇで作成された青色、赤色、緑色の映像がスクリーン１６に拡大投影され、カラーによる表示画像が形成される。
【００５４】
このようにしてスクリーン１６に投射される映像光においては、本来反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにおいて偏光されないで単に反射された無変調の成分が混入し、これによりスクリーン１６に投射された表示画像において、黒浮きによるコントラストの低下が観察される。
【００５５】
これは最終的に偏光ビームスプリッタ１１に入射する映像光が楕円偏光により入射するためである。
【００５６】
各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇから見て光学系を観察すれば、この楕円偏光は、偏光ビームスプリッタ１１において、斜めに傾いた検光面１１Ａにより照明光が検光されてＳ偏光成分が生成されることにより、反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇより見た振動面間にほぼ各色の４分の１波長に対応する位相差が与えられ、さらにこのＳ偏光成分がダイクロイックミラー１２、１３における位相特性により同様の位相差が与えられることにより発生する。
【００５７】
この実施の形態においては、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇの入射面に、位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇが配置され、各位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇにおける常光線と異常光線との間の位相差の設定により、偏光ビームスプリッタ１１による入射光の４分の１波長に相当する位相差に、色分解合成手段であるダイクロイックミラー１２、１３による位相差を加算した位相差が打ち消され、これにより黒レベルの部分で偏光ビームスプリッタ１１より投射レンズ１５に漏れ出す無変調の映像光を極めて小さくすることが可能となる。
【００５８】
すなわち投射型表示装置４１においては、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇにおける入射光と無偏光による反射光とで偏光方向がＹ軸対称となるように位相差板４３Ｂ、４３Ｒ、４３Ｇにより位相差が与えられることにより、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇに到達するまでの往路で発生する位相差が復路で打ち消され、これにより黒浮きが低減される。
【００５９】
ところがこのように抑圧されるＰ偏光成分については、各反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇより見た検光面１１Ａの傾きに由来するものであり、実際上、図１６〜図１８について上述したように、検光面１１Ａに対してダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢがほぼ平行な場合には、実用上充分な程度により黒浮きを防止することができるものの、投射型表示装置４１のように、検光面１１Ａに対してダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢが傾いている場合には、この傾きによる振動面の相違による位相差の発生については充分に防止することが困難で、結局黒浮きが発生することになる（図１６参照）。
【００６０】
ところがこの実施の形態においては、このダイクロイック膜ＭＢと偏光ビームスプリッタ１１との間にも、位相差板４２が配置され、照明光及び映像光について、この位相差板４２における入射光及び出射光の偏光方向がＹ軸対称となるように設定されることにより、このような振動面の相違による位相差の発生についても、往路及び復路で打ち消すようにすることができ、これにより黒浮きを充分に低減することができる。
【００６１】
すなわち図２及び図３は、図１４及び図１５との対比により投射型表示装置４１における偏光状態を示すものであり、偏光ビームスプリッタ１１に入射した照明光においては、検光面１１Ａにより検光され、Ｓ偏光による直線偏光成分が選択的に反射されて位相差板４２に入射する（図３（Ａ））。ここで照明光は、Ｙ軸を基準にして、偏光方向が軸対称となるように位相差が与えられ（図３（Ｂ））、続くダイクロイックミラー１２で与えられる位相差により楕円偏光となる。
【００６２】
このときこの実施の形態では、検光面１１Ａに対してダイクロイック膜ＭＢが傾いているにもかかわらず（すなわちＢＤｌ≠ＢＤ２である）、位相差板４２により偏光方向がＹ軸対称となるように位相差が与えられることにより、照明光においては、ダイクロイック膜ＭＢによってはＰ偏光成分が僅かに発生するのみであり（図３（Ｃ））、続くダイクロイック膜ＭＲがダイクロイック膜ＭＢとほぼ平行であることにより（すなわちＢＤ２≒ＢＤ３である）、ほぼ同様の偏光によりダイクロイック膜ＭＲを透過することになる（図３（Ｄ）及び（Ｅ））。
【００６３】
かくして照明光は、このようにしてＰ偏光成分が充分に抑圧された状態で位相差板４３ＧによりＹ軸対称となるように位相差が与えられ、反射型液晶パネル１４Ｇにより反射され、このとき映像信号により変調されて偏光を受け、投射型表示装置４１では映像光が生成される。
【００６４】
このようにして生成される映像光のうち、無偏光である黒に対応する成分については（図３（Ｆ））、照明光とは逆に光路を辿る際に、ダイクロイック膜ＭＲ、ＭＢにより照明光に与えられたと同一の位相差が与えられ（図３（Ｇ）〜（Ｈ））、この照明光に与えられた位相差と映像光に与えられる位相差とが位相差板４３Ｇにより与えられた位相差により打ち消されることになる。これにより映像光は、ダイクロイックミラー１２より出射される際に、このダイクロイックミラー１２に入射する照明光をＹ軸対称としたとほぼ同様な偏光により位相差板４２に出射される（図３（Ｉ））。
【００６５】
映像光は、この位相差板４２において、さらにＹ軸対称となるように位相差が与えられ、これにより位相差板４２に入射する際の偏光とほぼ同様の極めて直線偏光に近い楕円偏光により検光面１１Ａに入射し（図３（Ｊ））、これにより投射型表示装置４１では、無偏光の成分が投射レンズ１５側へ漏れ出さないようにすることができ、黒浮きによるコントラストの低下を充分に低減することができる。
【００６６】
なおこれらの関係は、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａよりダイクロイック膜ＭＢを反射して反射型液晶パネル１４Ｂに照明光を供給する系、また偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａよりダイクロイック膜ＭＢ及びＭＲを透過及び反射して反射型液晶パネル１４Ｒに照明光を供給する系についても、同様である。
【００６７】
図４〜図６は、従来例との対比により位相差板４２を配置したことによるコントラストの改善効果を示す特性曲線図である。なおこれらは、位相差板４２の位相差による黒レベルの変化を実験的に確認したものであり、反射型液晶パネル１４Ｇに代えて、鏡面ミラーに波長板を張り合わせたパネルを用いた緑色波長における測定結果である。測定結果の横軸がこの波長板の位相差を示し（単位は〔ｎｍである）、測定結果の縦軸がスクリーン上における黒レベルの輝度を正規化して示すものである。後述するコントラスト比は、測定結果において黒レベルの輝度が最小となる位相差でも白レベル（ピーク輝度）と黒レベルとの比を表すものである。なお実験は単色で行ったが、他の２色のパネルも同様に測定することにより、最適な位相条件が得られることは言うまでもない。
【００６８】
図４は、図１６のついて上述した構成による場合の測定結果であり、検光面１１Ａ、ダイクロイック膜ＭＢ、ＭＲをほぼ平行に配置した場合である。測定した結果によれば、この場合、約３００：１のコントラスト比を確保することができる。
【００６９】
これに対して図５は、図１３について上述した構成による場合の測定結果であり、この場合約８０：１のコントラスト比しか確保することができなかった。
【００７０】
図６は、この実施の形態に係る構成による場合であり、約２５０：１のコントラストを確保することができた。
【００７１】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、ダイクロイック膜の光源側に位相差板を配置し、この位相差板によりＹ軸を基準にして位相差板の入射光及び出射光の偏光方向が略軸対称となるように位相差を与えることにより、偏光ビームスプリッタの検光面に対してダイクロイックミラーを傾けて配置して反射型液晶パネルを光源側に配置する場合でも、黒浮きを低減することができる。これにより全体形状の大型化を防止して、簡易かつ確実に黒浮きによるコントラストの低下を改善することができる。
【００７２】
（２）第２の実施の形態
図７は、図１との対比により本発明の第２の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。この投射型表示装置５１においては、偏光ビームスプリッタ１１、投射レンズ１５を間に挟んで光源２と反射型液晶パネル１４Ｂ、１４Ｒ、１４Ｇとが対向するように配置する。さらにこれらの配置に対応するように、偏光ビームスプリッタ１１の検光面１１Ａに対してダイクロイックミラー１２、１３を傾けて配置し、ダイクロイックミラー１２及び１３により反射する照明光を投射レンズ１５側に出射する。なおこの図７に示す構成において、図１について上述した投射型表示装置４１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００７３】
この図７に示す構成によれば、ダイクロイックミラー１２及び１３により反射する照明光を投射レンズ１５側に出射するように、検光面１１Ａに対してダイクロイックミラー１２、１３を傾けて配置して全体形状を小型化する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
（３）第３の実施の形態
図８は、図１との対比により本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。この投射型表示装置６１においては、検光面１１Ａに対して赤色のダイクロイックミラー１３だけ傾けて配置し、これにより反射型液晶パネル１４Ｒだけ光源２側に配置する。さらにこの配置に対応して、ダイクロイックミラー１３の光源側に位相差板４２を配置する。なおこの図８に示す構成において、図１について上述した投射型表示装置４１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００７５】
この図８に示す構成によれば、ダイクロイックミラー１３により反射する照明光だけを光源２に出射するように、検光面１１Ａに対してダイクロイックミラー１３だけを傾けて配置して全体形状を小型化する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（４）第４の実施の形態
図９は、図１との対比により本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。この投射型表示装置７１においては、ダイクロイックミラー１２、１３に代えて、ダイクロイックプリズム７２により照明光を分解し、また映像光を合成する。なおこの図９に示す構成において、図１について上述した投射型表示装置４１と同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００７７】
ここでダイクロイックプリズム７２においては、偏光ビームスプリッタ１１側より、第１〜第３のプリズムが順次貼り合わされて形成され、この第１及び第２のプリズムの貼り合わせ面に青色用のダイクロイック膜ＭＢが形成される。また第２及び第３のプリズムの貼り合わせ面に赤色用のダイクロイック膜ＭＲが形成される。
【００７８】
ダイクロイックプリズム７２においては、検光面１１Ａの法線をＢＤ１、ダイクロイック膜ＭＢ及びＭＲの法線をそれぞれＢＤ２及びＢＤ３と置くと、次式により示すように、ダイクロイック膜ＭＲが検光面１１Ａに対して大きく傾くように形成される。
【００７９】
【数５】

【００８０】
投射型表示装置７１においては、各反射型液晶パネル１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂの前面にそれぞれ位相差板４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂが配置され、さらにこのダイクロイック膜ＭＲの偏光ビームスプリッタ１１側に位相差板４２が配置される。
【００８１】
図９に示す構成によれば、ダイクロイックミラーに代えてダイクロイックプリズムにより色分解合成手段を構成する場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、各反射型液晶パネルにそれぞれ位相差板４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂを配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上充分な範囲においては各反射型液晶パネルにおける位相差板の配置を省略してもよい。
【００８３】
また上述の実施の形態においては、各反射型液晶パネルにより映像光を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、反射型液晶パネルに代えて、入力信号に基づいて各々独立に駆動される２次元アレイ構造の多数の微小ミラーにより入射光を反射させて映像光を出射制御するディジタルマイクロミラーデバイスを使用する場合にも広く適用することができる。
【００８４】
また上述の実施の形態においては、位相差生成手段として位相差板４２を配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばビームスプリッタに別途形成した蒸着膜、蒸着フイィルム等により位相差生成手段を構成してもよい。また同様に、反射型液晶パネルの前面に配置する位相差板４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂに代えて、例えば反射型液晶パネルの前面に形成した蒸着膜、蒸着フィルム等により位相差を与えるようにしてもよい。
【００８５】
また上述の実施の形態においては、偏光ビームスプリッタより反射型液晶パネル間においては、単に色分解合成手段だけを配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば非点収差補正用のレンズ等を介挿する場合にも広く適用することができる。
【００８６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、色分解合成手段の照明光が入射する側に位相差板を配置することにより、全体形状の大型化を防止して、簡易かつ確実に黒浮きによるコントラストの低下を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。
【図２】図１の投射型表示装置について、各境界面を示す略線図である。
【図３】図１の投射型表示装置について、偏光状態の変化を示す略線図である。
【図４】図１の投射型表示装置との対比により従来例の係投射型表示装置によるコントラスト比を示す特性曲線図である。
【図５】図１の投射型表示装置との対比により位相差板を省略した場合のコントラスト比を示す特性曲線図である。
【図６】図１の投射型表示装置のコントラスト比を示す特性曲線図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る投射型表示装置を示す略線図である。
【図１０】従来の投射型表示装置を示す略線図である。
【図１１】図１０の投射型表示装置について、各境界面を示す略線図である。
【図１２】図１０の投射型表示装置について、偏光状態の変化を示す略線図である。
【図１３】図１０の投射型表示装置において、各反射型液晶パネルに位相差板を配置した構成を示す略線図である。
【図１４】図１３の投射型表示装置について、各境界面を示す略線図である。
【図１５】図１３の投射型表示装置について、偏光状態の変化を示す略線図である。
【図１６】検光面とダイクロイック膜とを平行に配置した従来構成による投射型表示装置を示す略線図である。
【図１７】図１６の投射型表示装置について、各境界面を示す略線図である。
【図１８】図１６の投射型表示装置について、偏光状態の変化を示す略線図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１……投射型表示装置、２……光源、１１……偏光ビームスプリッタ、１１Ａ……検光面、１２、１３……ダイクロイックミラー、１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｒ……反射型液晶パネル、１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒ、３２Ｂ、３２Ｇ、３２Ｒ、４２、４３Ｂ、４３Ｇ、４３Ｒ……位相差板、７２……ダイクロイックプリズム

Claims (5)

1. それぞれ入射光を空間変調すると共に反射して映像光を出射する複数の反射型画像形成手段と、
   照明光を前記反射型画像形成手段に対応する波長により分解して、前記各反射型画像形成手段に出射すると共に、前記各反射型画像形成手段より得られる映像光を合成して合成映像光を出射する色分解合成手段と、
   前記合成映像光を所定の投射対象に投射する投射光学系と、
   所定の光源より出射される照明光より所定の偏光面成分を前記色分解合成手段に向けて出射すると共に、前記色分解合成手段より得られる前記合成映像光を前記投射光学系に出射する偏光ビームスプリッタとを少なくとも備え、
   前記偏光ビームスプリッタ及び前記色分解合成手段の間の光路上に、
   前記偏光ビームスプリッタの検光面を含む仮想面と、前記色分解合成手段における色分解合成面を含む仮想面とが交差する直線方向を基準軸として、入射光及び出射光の偏光方向が前記基準軸に対して略軸対称となるように位相差を与える位相差生成手段が配置された
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記反射型画像形成手段は、
   入力信号に基づいて入射光の偏光面を回転させる液晶により前記映像光を生成する
   ことを特徴とする請求光１に記載の投射型表示装置。
3. 前記位相差生成手段は、
   １／２波長板である
   ことを特徴とする請求光１に記載の投射型表示装置。
4. 前記反射型画像形成手段と前記色分解合成手段との間の光路上に、
   前記直線方向を基準軸として、前記反射型画像形成手段における入射光の偏光方向と、無変調における反射光の偏光方向とが前記基準軸に対して略軸対称となるように位相差を与える位相差板が配置された
   ことを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
5. 前記偏光ビームスプリッタより出射し、前記色分解合成手段の色分解合成面により反射される前記照明光の出射方向が、前記光源側又は前記投射光学系側となるように、前記偏光ビームスプリッタの検光面に対して、前記色分解合成面に向きが設定された
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。

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