JP4913996B2

JP4913996B2 - 投射型画像表示装置

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Publication number: JP4913996B2
Application number: JP2004269956A
Authority: JP
Inventors: 和宏猪子
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Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2012-04-11
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Description

本発明は、光源から射出された光束を反射型の液晶パネルによって変調し、変調後の光束を投射光学系を介して投射面上に拡大投射するプロジェクタに関するものである。

反射型液晶パネルは透過型液晶パネルに比べ高開口率、高精細などの特徴をもっており、これを用いたプロジェクタが注目されている。しかしながら反射型プロジェクタは、透過型プロジェクタに対して光学的に次に示す主に二つの課題があり、普及が遅れていた。

その課題の１つ目としては、投射光学系において生じた映像光の面反射光が反射型液晶パネルに再入射、反射し再び投射光学系を通ってスクリーン上に到達、画像のコントラストを低下させるという課題である。２つ目の課題は、反射型液晶パネルのオン（光を投射する状態）オフ（光を投射しない状態）に応じて光を選択する必要があるため、パネルの前に偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）を配置する必要があるため色分離合成システムは一般に大きくなる傾向があるという課題である。

１つ目の課題を解決するためには、特許文献１、２に四分の一波長板を用いて戻り光の偏光方向を９０度回転させ、偏光ビームスプリッタまたは偏光板で除去する方法が提案されている。

２つ目の課題を解決するためには３原色３つの反射型液晶パネルに対して２つの偏光ビームスプリッタで色分離合成を行うシステムが特許文献３として提案されている。これによれば、波長選択性偏光回転素子を偏光ビームスプリッタの入射側および射出側に配し、これによって１つの偏光ビームスプリッタで２つの反射型液晶パネルのオンオフの制御を行い、光の投射、非投射の選択を行っている。
特開平０５−０９３８８７号公報特開平０８−２７１８５５号公報特開２００１−１５４２６８号公報

しかしながら、特許文献１には、１／４位相差板（波長板）を介して投射レンズに入射し投射レンズのレンズ面で反射されて戻って来た光（以下、戻り光と称する）は、再び１／４位相差板を介してＰＢＳに入射し、このＰＢＳによって光路外に出される。しかしながら、この特許文献１を特許文献３の構成に適用しようとしても、戻り光を光路外に出すことができず、結局反射型液晶パネルで反射されて再び投射レンズに戻って来る可能性があり、上述の１つ目の課題を解決することができない。

また、特許文献２には、ダイクロイックプリズムで色合成された光をＰＢＳで投射レンズに導く際、そのＰＢＳと投射レンズとの間に偏光板と１／４位相差板とを用いて、戻り光対策としている。この特許文献２を特許文献３を組み合わせたとしても、１つ目の課題を解決しきれない可能性がある。

そこで、本発明では、反射型液晶パネルを用いた投射型画像表示装置（プロジェクタ）で、コントラストを向上させることが可能な投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の投射型画像表示装置は、
第１波長領域の光に対応する第１反射型液晶表示素子と、
前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の光に対応する第２反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２波長領域とは異なる緑の波長領域の光に対応する第３反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２、第３反射型液晶表示素子からの光を投射する投射光学系と、
光源からの前記第１波長領域の光のうち第１偏光方向の光を前記第１反射型液晶表示素子に導き、前記第１反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第１偏光方向と直交する第２偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記光源からの前記第２波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記第２反射型液晶表示素子に導き、前記第２反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に導く第１偏光ビームスプリッタと、
前記光源からの前記緑の波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記第３反射型液晶表示素子に導き、前記第３反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導く第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタからの出射光の光路と前記第２偏光ビームスプリッタからの出射光の光路とを合成し、前記投射光学系に導く光路合成素子を有する投射型画像表示装置であって、
前記光路合成素子は、前記第１、第２及び緑の波長領域の光のうち前記緑の波長領域の光に関しては第１偏光方向の光も第２偏光方向の光も透過あるいは、第１偏光方向の光も第２偏光方向の光も反射する特性を有し、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記光路合成素子との間に、前記第２波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に対して遮光し、前記第２波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記第１波長領域の光は前記第１偏光方向の光も前記第２偏光方向の光も前記投射光学系に導く第１の偏光板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記光路合成素子との間に、前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光のうち一方を前記投射光学系に対して遮光し、他方を前記投射光学系に導く第２の偏光板と、
前記光路合成素子と前記投射光学系との間に１／４波長板を備えることを特徴としている。

本発明の色分離合成システムによれば、シンプルで低価格ながら高いコントラスト性能を有した反射型液晶パネルを用いたプロジェクタを提供することができる。

以下に、図面を用いて実施例について詳細に説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例である色分離合成系の構成を示したものである。以下図１を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。光源（無偏光光を発する光源）１から射出された白色光は、リフレクタで反射し、略平行光２となる。白色光は赤、緑、青の３原色に分解することができ、それぞれを赤色光（赤色波長領域の光）２ｒ、緑色光（緑色波長領域の光）２ｇ、青色光（青色波長領域の光）２ｂとする。

これらの光は照明光学系の過程にある偏光変換素子（偏光変換素子が光軸を横切って複数配列された偏光変換素子アレイ）３によってＰ偏光（図１中において紙面内で電場が振動する偏光状態）に偏光が揃えられ、Ｐ偏光の赤色光４ｒ、Ｐ偏光の緑色光４ｇ、Ｐ偏光の青色光４ｂとなる。ここでは、無偏光光を、偏光変換素子３ですべての色の光（可視光領域の光）がＰ偏光となるようにしたが、勿論すべての色の光がＳ偏光となるようにしても構わないし、１つの色光の偏光方向が他の２つの色光の偏光方向と略直交するような状態になるようにしても構わない。また、光源が所定の偏光方向の光しか出射しない構成の
光源（例えばレーザー光源）であれば、偏光変換素子は無くても構わない。また、レーザー光源を用いる場合には、偏光板だけを配置するようにしても構わないし、３色各々に対応するレーザー光源のうちある色の光源から出射する光の偏光方向と別の色の光源から出射する光の偏光方向とが互いに直交するように光源を配置しても構わない。

ダイクロイックミラー５は緑色光成分のみを反射する特性になっており、４ｇは反射、４ｒ、４ｂは透過する。（なお、５をＧ透過ダイクロミラーとした構成についても基本的に同等であり説明は省く。）ダイクロイックミラー５を透過した４ｒ、４ｂは偏光板６を透過して偏光度が向上され、波長選択性偏光回転素子７に入射する。

波長選択偏光回転素子７は赤色成分の偏光方向を９０度回転させ、青色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、波長選択性偏光回転素子７を透過した４ｒ、４ｂは、Ｓ偏光の赤色光８ｒ、Ｐ偏光の青色光８ｂとなって偏光ビームスプリッタ９に入射する。

偏光ビームスプリッタ９に入射した８ｒは偏光分離面１０で反射され、反射型液晶パネル１１ｒに入射する。反射型液晶パネル（１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ）は、オン（明表示、投射レンズに光が導かれ、スクリーン等の被投射面に光が投射される状態）状態は偏光を９０度回転させ、オフ（暗表示、投射レンズに対して光が遮光される状態）状態は偏光を回転させない。したがってオン状態のとき８ｒはＰ偏光の赤色光１２ｒとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｐ偏光のため今度は偏光分離面１０を透過して偏光ビームスプリッタ９から射出する。オフ状態のときは偏光分離面で反射されるが、図１においては
オフ状態の時の反射型液晶パネルからの反射光の光路の記載は省略する。また、斜入射光線の偏光方向を補正する目的で偏光ビームスプリッタと反射型液晶パネルの間に位相差板（１／４波長板であることが望ましい）を配置する場合もあるが、図１においてはこれも省略する。

一方８ｂはＰ偏光であるため、偏光分離面１０を透過し、反射型液晶パネル１１ｂに入射する。１１ｂがオン状態のとき８ｂはＳ偏光の青色光１２ｂとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｓ偏光のため今度は偏光分離面１０で反射されて偏光ビームスプリッタ９を射出する。

また、ダイクロイックミラー５で反射された４ｇは、偏光板１３を透過して偏光度を良くした後偏光ビームスプリッタ１４に入射、偏光分離面１５に到達する。Ｐ偏光の４ｇは偏光分離面１５を透過し、反射型液晶パネル１１ｇに入射する。１１ｇがオン状態のとき４ｇはＳ偏光の緑色光１２ｇとなって再び偏光ビームスプリッタ１４に入射、Ｓ偏光のため今度は偏光分離面１５で反射されて偏光ビームスプリッタ１４を射出する。

ここで偏光ビームスプリッタを射出して色合成素子（光路合成素子）１９に向かう各色光には、理想的なオン状態の各色光（反射型液晶パネルで理想的に９０度偏光された各色光）１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ以外にも、オフ状態の画素を介して、本来偏光ビームスプリッタ−で光源側に導かれるべき光のうち、偏光ビームスプリッタ−で投射レンズ側に漏れて来た漏れ光など画像のコントラストを低下させる成分も実際には含まれている。これらのコントラストを低下させる成分光は除去することが必要となる。

そこで、偏光ビームスプリッタ１４の射出側に偏光板（少なくとも緑色光と赤色光、又は緑色光と青色光のいずれかに対して偏光板として機能する）１６Ａを配置することにより、偏光ビームスプリッタ１４を射出した緑色光１２ｇは、不要な偏光成分を除去されたＳ偏光の緑色光１８ｇとなって、色合成素子１９に入射する。ここで、偏光板１６Ａは、不要な偏光光を吸収しても良いし、不要な偏光光を反射した上でその反射光を光路外に導くように構成しても良い。本発明においては、吸収されてしまった光はもはや光路中を進行することは無いので、不要な偏光光を吸収する場合も「不要な偏光光を光路外に導く」という表現の中に含めるものとする。

そして、偏光ビームスプリッタ９の射出側に、青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持つ波長選択性偏光回転素子１７を配置し、その波長選択性偏光回転素子１７の出射側に偏光板１６Ｂを配置する。このような構成とすることによって、波長選択性偏光回転素子１７を透過した１２ｒ、１２ｂは、Ｐ偏光の赤色光１８ｒ、Ｐ偏光の青色光１８ｂとなって偏光板１６Ｂに入射し、不要な偏光成分（ここでは赤色光及び青色光のＳ偏光成分）を除去された後、色合成素子１９に入射する。

色合成素子１９の色合成面２０は誘電体多層膜のＧ反射ダイクロイック膜であって、色合成面に１８ｇは反射し、１８ｒ、１８ｂは透過する。この色合成面２０によって、赤色光と青色光の光路と緑色光の光路とが合成される。このときのＲＧＢの反射、透過帯域の模式図を図３に示す。一般にダイクロイック膜の反射波長帯域はＰ偏光よりもＳ偏光の方が広い（透過帯域はＰ偏光の方がＳ偏光よりも広い）。本実施例では緑色光１８ｇはＳ偏光、１８ｒ、１８ｂはＰ偏光であるため、図３に示すようにそれぞれの色の利用帯域がオーバーラップすることになり、色の利用効率を高めることができる。

光路合成された３つの色光１８ｒ、１８ｇ、１８ｂは、色合成素子２０を、位相板（１／４波長板）２１を通過し、投射レンズ（レンズのみに限らず、ミラー等を含んでいても構わない。）２２によってスクリーン（図示せず）上に投射される。ここではフロントプロジェクターを想定しているが、勿論リアプロジェクターでも構わないので、前述の投射レンズ２２によって、レンチキュラーレンズやフレネルレンズ等を含むスクリーン部材上に画像を投射しても構わない。

位相板２１は略四分の一波長の位相差を有しており、一度位相板を介して投射レンズに入射した後、投射レンズのいずれかの透過面で反射して位相板に戻って来た戻り光の偏光方向が、最初に位相板２１に入射する時の偏光方向に対して９０度回転した状態になるようにしている。このため、例えば緑色光１８ｇのうち、投射レンズで反射されて戻って来た戻り光は、Ｐ偏光の偏光光の状態で色合成素子１９で反射されて偏光板１６Ａに入射し、この偏光板１６Ａで吸収される。同様に、１８ｒ、１８ｂの戻り光は、偏光板１６Ｂで吸収される。つまり投射レンズの透過（境界）面で反射した戻り光はパネル面に到達する前に吸収されてしまう。つまり、投射レンズで反射されて戻って来た戻り光は、いずれの色光に関しても再反射して再び投射レンズに戻らないまま、偏光板で吸収されてしまうため、投射レンズでの光の反射に起因するスクリーン上の画像劣化（コントラスト低下）を防ぐことができる。

なお、本実施例の別の形態を図２に図示する。この例は偏光変換素子３から出射する光の偏光方向がＳ偏光（紙面垂直方向に電場が振動する偏光状態）に揃えられた場合である。この場合、前述の実施例と比較して、緑色光の光路上のおける緑色用パネル１１ｂの位置が変わるとともに、緑色光１２ｂが偏光ビームスプリッター１４の出射側に配置された偏光板１６Ａを通過した後に二分の一位相差板２３によって偏光方向が９０度回転させられる。偏光方向が９０度回転させられてＳ偏光となった緑色光１８ｇが色合成素子１９に入射し、色合成素子１９で反射されて投射レンズ２２に入射する。前述の実施例と比較した時に、この点と、赤色光、青色光の光路における波長選択性偏光回転素子７が青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、この波長選択性偏光回転素子７を透過した赤色光４ｒ、青色光４ｂをそれぞれＳ偏光、Ｐ偏光に変換する点とが異なる。ただし構成上の細かい違いはあっても基本的な構成は前述の実施例と同じである。

この実施例１において、ダイクロイックミラー５を偏光ビームスプリッターに置き換えて、その偏光ビームスプリッタ−の前（つまり、ダイクロイックミラー５を置き換えた偏光ビームスプリッターと偏光変換素子との間）に、緑色光（一部の色光であればいずれの色であっても構わない。勿論２色の色光であっても構わない。）の偏光方向を９０度回転させる波長選択性偏光回転素子（波長選択性位相差板）を配置する構成としても構わない。また、ダイクロイックミラー５を偏光ビームスプリッターに置き換えて、前述のように各色に対応したレーザー光源を用いても構わない。

また、この実施例１において、色合成素子１９はダイクロイックミラー又はダイクロイックプリズムとしているが、これは偏光ビームスプリッターに置き換えても構わない。その場合は、緑色光の戻り光（Ｐ偏光）は色合成素子１９を透過するので、偏光板１６Ｂを緑色波長領域のＰ偏光を吸収する構成とし、青、赤色光の戻り光（Ｓ偏光）は色合成素子１９で反射されるので、偏光板１６Ａを青、赤色光のＳ偏光を吸収する構成とすれば良い。

（参考例）
図４は本発明の参考例の構成を示したものである。この参考例で詳細に述べない部分に関しては、第１の実施例と同様である。

光源１から射出された白色光は、リフレクタで反射し、略平行光２となる。白色光は光の３原色に分解することができ、それぞれを赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂとする。

これらの光は照明光学系の過程にある偏光変換素子３によってＳ偏光（紙面垂直方向に電場が振動する偏光状態）に偏光が揃えられ、Ｓ偏光の赤色光４ｒ、Ｓ偏光の緑色光４ｇ、Ｓ偏光の青色光４ｂとなる。

ダイクロイックミラー５は緑色光成分のみを反射する特性になっており、４ｇは反射、４ｒ、４ｂは透過する。ダイクロイックミラー５を透過した４ｒ、４ｂは偏光板６を透過して偏光度が向上され、波長選択性偏光回転素子７に入射する。

波長選択偏光回転素子７は青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、波長選択性偏光回転素子７を透過した４ｒ、４ｂは、Ｓ偏光の赤色光８ｒ、Ｐ偏光の青色光８ｂとなって偏光ビームスプリッタ９に入射する。

偏光ビームスプリッタ９に入射した８ｒは偏光分離面１０で反射され、反射型液晶パネル１１ｒに入射する。１１ｒがオン状態のとき８ｒはＰ偏光の赤色光１２ｒとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｐ偏光のため今度は偏光分離面１０を透過して偏光ビームスプリッタ９から射出する。

一方８ｂはＰ偏光であるため、偏光分離面１０を透過し、反射型液晶パネル１１ｂに入射する。オン状態のとき８ｂはＳ偏光の青色光１２ｂとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｓ偏光のため今度は偏光分離面１０で反射されて偏光ビームスプリッタ９を射出する。

また、ダイクロイックミラー５で反射された４ｇは、偏光板１３を透過して偏光度を良くした後偏光ビームスプリッタ１４に入射、偏光分離面１５に到達する。Ｓ偏光の４ｇは偏光分離面１５で反射し、反射型液晶パネル１１ｇに入射する。１１ｇがオン状態のとき４ｇはＰ偏光の緑色光１８ｇとなって再び偏光ビームスプリッタ１４に入射、Ｐ偏光のため今度は偏光分離面１５を透過して偏光ビームスプリッタ１４を射出する。

偏光ビームスプリッタ９を射出した１２ｒ、１２ｂは、波長選択性偏光回転素子１７に到達する。波長選択性偏光回転素子１７は、青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、波長選択性偏光回転素子１７を透過した１２ｒ、１２ｂは、Ｐ偏光の赤色光１８ｒ、Ｐ偏光の青色光１８ｂとなって、色合成素子１９に入射する。

色合成素子１９の色合成面２０は緑反射のダイクロイック膜であり、１８ｒ、１８ｇ、１８ｂを光路合成して射出する。色合成素子１９を射出した１８ｒ、１８ｇ、１８ｂは、偏光板１６を通り、不要な偏光成分（ここではＳ偏光）を除去された後、位相差板２１を通って、投射レンズ２２によって各色光がスクリーン等の被投射面上に投射される。

ここで、位相板２１は略四分の一波長の位相差を有しており、すべての色光の偏光状態が円偏光に変換した上で投射レンズ２２に入射させる構成となっている。このような構成とすれば、この位相板を経て投射レンズに入射し、投射レンズ内の透過面で反射されて戻って来た戻り光の偏光方向を、位相板２１に入射する時の偏光方向に対して９０度回転することができる。このため、１８ｒ、１８ｇ、１８ｂの戻り光は、位相板２１を透過した後偏光板１６で吸収される。つまり投射レンズの境界面で反射した戻り光はパネル面に到達する前に吸収されてしまうため、再反射して再びスクリーン上に投射されて投射画像の劣化（コントラストの低下）を招くことを防ぐことができる。

この参考例は第一の実施例に対して色合成手段をＲＧＢが同一偏光で抜けるため色合成効率は若干劣るが、部品点数を削減することができ、より低価格に製品を提供できることになる。

（参考例２）
図５は本発明の第２の参考例の構成を示したものである。この第２の参考例で詳細に述べない部分に関しては、第１の実施例と同様である。

ダイクロイックミラー５は緑色光成分のみを反射する特性になっており、緑色光４ｇは反射、赤色光４ｒ、青色光４ｂは透過する。ダイクロイックミラー５を透過した４ｒ、４ｂは偏光板６を透過して偏光度が向上され、波長選択性偏光回転素子７に入射する。

波長選択偏光回転素子７は青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、波長選択性偏光回転素子７を透過した赤色光４ｒ、青色光４ｂは、Ｓ偏光の赤色光８ｒ、Ｐ偏光の青色光８ｂとなって偏光ビームスプリッタ９に入射する。

偏光ビームスプリッタ９に入射した８ｒは偏光分離面１０で反射され、反射型液晶パネル１１ｒに入射する。反射型液晶パネル１１ｒがオン状態のとき８ｒはＰ偏光の赤色光１２ｒとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｐ偏光のため今度は偏光分離面１０を透過して偏光ビームスプリッタ９から出射する。

一方８ｂはＰ偏光であるため、偏光分離面１０を透過し、反射型液晶パネル１１ｂに入射する。オン状態のとき８ｂはＳ偏光の青色光１２ｂとなって再び偏光ビームスプリッタ９に入射、Ｓ偏光のため今度は偏光分離面１０で反射されて偏光ビームスプッタ９を出射する。

また、ダイクロイックミラー５で反射された緑色光４ｇは、偏光板１３を透過して偏光度を良くした後偏光ビームスプリッタ１４に入射、偏光分離面１５に到達する。Ｓ偏光の４ｇは偏光分離面１５で反射し、反射型液晶パネル１１ｇに入射する。１１ｇがオン状態のとき４ｇはＰ偏光の緑色光１２ｇとなって再び偏光ビームスプリッタ１４に入射、Ｐ偏光のため今度は偏光分離面１５を透過して偏光ビームスプリッタ１４を出射する。

偏光ビームスプリッタ９を射出した赤色光１２ｒ、青色光１２ｂは、波長選択性偏光回転素子１７に到達する。波長選択性偏光回転素子１７は、青色成分の偏光方向を９０度回転させ、赤色成分の偏光方向は回転させない特性を持っており、波長選択性偏光回転素子１７を透過した１２ｒ、１２ｂは、Ｐ偏光の赤色光１８ｒ、Ｐ偏光の青色光１８ｂとなって、偏光板１６Ｂを透過し、不要な偏光成分を除去した後、位相差板２１Ｂを通り、色合成素子１９に入射する。

偏光ビームスプリッタ１４を射出した１２ｇは、偏光板１６Ａを透過し、不要な偏光成分（ここではＳ偏光成分）を除去したＰ偏光の緑色光１８ｇとなり、位相差板２１Ａを通り、色合成素子１９に入射する。

位相差板２１Ａ、２１Ｂは略四分の一波長の位相差を各色光に与える特性をもっており、赤色光１８ｒ、緑色光１８ｇ、青色光１８ｂはいずれも円偏光光となって色合成素子１９に入射する。

色合成素子１９の色合成面２０は緑反射（赤、青透過）のダイクロイック膜であり、赤色光１８ｒ、緑色光１８ｇ、青色光１８ｂそれぞれの光路を合成する。色合成素子１９を出射した赤色光１８ｒ、緑色光１８ｇ、青色光１８ｂは、光路が合成された状態で投射レンズ２２に入射し、この投射レンズによってスクリーン上に投射される。

このように構成すれば、投射レンズ２２で反射された緑色光は、再び位相差板２１Ａに入射し、Ｓ偏光となって偏光板１６Ａに入射するため、この偏光板１６Ａで吸収される。同様に投射レンズ２２で反射された赤、青色光も、再び位相差板２１Ｂに入射し、Ｓ偏光となって偏光板１６Ｂに入射するため、この偏光板１６Ｂで吸収される。従って、投射レンズ２２で反射され、再反射されてスクリーン上に投射されるとコントラストを低下させてしまう光が、偏光板１６Ａ、１６Ｂで吸収することができ、コントラストの低下（投射画像の劣化）を防止することが可能な構成となっている。

この参考例は第１の実施例に対して部品点数は増えるものの位相差板射出後に通過する面を減らすことができるため、面反射による戻り光をさらに減らすことができ、より高いコントラストを提供できる。

（実施例２）
図６は本発明の実施例２である色分離合成系の構成を示したものである。以下図６を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。この図６の実施例は図１の実施例と以下の点においては共通である。それは、光源１から発する光のうち緑色光が色合成素子（光路合成プリズム）１９に至る様子、及び光源１から発する光のうち赤色光と青色光とが偏光分離面１０に入射し、それぞれの反射型液晶パネル１１ｒ、１１ｂで反射し、再び入射する偏光分離面１０において、赤色光と青色光との画像光の光路が合成されて、色合成素子１９に向かって偏光ビームスプリッタ９を出射する様子である。また、以下において特に記載しない部分においては図１の実施例と同じである。

図１の実施例と異なる点は、偏光ビームスプリッタ９から出射したＳ偏光（図６の紙面と垂直な方向に振動する電磁波）の青色光１２ｂと、同じく偏光ビームスプリッタ９から出射したＰ偏光の赤色光１２ｒとが、青色波長領域の光のうちＳ偏光の光を投射レンズに導くと共にＰ偏光の光を投射レンズに対して遮光し（好ましくは吸収し）、赤色の波長領域の光に対してはすべて投射レンズに導く（勿論透過率が１００％では無い場合もあるが、Ｓ偏光の光に対してもＰ偏光の光に対しても９０％、好ましくは９５％以上の透過率、又は反射率を示す）青色専用偏光板１６Ｃと、赤色波長領域の光のうちＰ偏光の光を投射レンズに導くと共にＳ偏光の光を投射レンズに対して遮光し（好ましくは吸収し）、青色の波長領域の光に対してはすべて投射レンズに導く赤色専用偏光板とを介して、色合成素子１９に入射する点である。ここで、青色専用偏光板と赤色専用偏光板の順序はどちらが光源側であっても構わないし、この両者を一体的に構成しても良いし、また両者の特性を併せ持つ波長選択性偏光板を偏光ビームスプリッタ９と色合成素子１９との間に配置しても良い。

ここで、青（赤）色専用偏光板とは、青（赤）色波長領域の光に対しては偏光板として機能し、他のある波長領域の光に対しては、Ｓ偏光もＰ偏光も透過（又は反射）するような光学素子のことである。尚、装置全体の小型化のためには、本実施例における青色専用偏光板（及び赤色専用偏光板）は、青色のＳ偏光を透過し、Ｐ偏光を吸収するように構成し、光軸（反射型液晶パネルの中心から出射する光の主光線の光路、又はその主光線の光路を光源側に揃った光路）に対して垂直に配置することが望ましい。勿論青色のＰ偏光を反射するように構成しても構わないが、その場合は、青色専用偏光板を光軸に対して傾ける必要があるため、装置が大型化してしまう恐れがある。本実施例２においては、偏光板２１を色合成素子１９と投射レンズ２２との間に配置したが、この限りではなく、色成素子１９がダイクロイックプリズム（ダイクロイックミラーでも可）であるので、１／４波長板を偏光板１６Ａと色合成素子１９との間と、赤専用偏光板１６Ｄと色合成素子１９との間の２箇所に配置する構成としても構わない。

このように構成することによって、投射レンズ２２内のレンズからの反射光が、再び反射されて投射レンズ２２に戻り、コントラストを下げることを防ぐことができるため、画像表示装置の性能（特にコントラスト）を向上させることができる。

以上の実施例１、２、参考例は、矛盾の無い範囲で任意に組合わせても構わないし、勿論実施例中の赤色光、緑色光、青色光は入れ替わっても構わない。また、本実施例では、赤色光、緑色光、青色光に限らず、可視領域を４つ以上の波長領域に分けたうちの１つの波長領域の光に対応させても構わない。

また、上記実施例は、複数の反射型液晶表示素子と、色分離、色合成を行う偏光ビームスプリッターを有する液晶表示装置に適用するのが好ましいが、勿論透過型の液晶プロジェクタや単板式の液晶プロジェクタにも適用可能である。透過型液晶プロジェクタに適用する場合は、本実施例の各反射型液晶パネルから投射光学系に至る光路は実施例と同じで、そこまでの照明光学系は公知の光学系を組合わせれば良い。

本発明の第１実施例の構成図本発明の第１実施例別形態の構成図本発明における色合成素子の特性を説明した図本発明の参考例の構成図本発明の第２参考例の構成図本発明の第２実施例の構成図

１光源
３偏光変換素子アレイ
５ダイクロイックミラー（ダイクロイックプリズム）
６、１３、１６偏光板
７、１７波長選択性偏光回転素子
９、１４偏光ビームスプリッタ
１０、１５偏光分離面
１１ｒ、ｇ、ｂ反射型液晶表示素子
１９色合成素子
２１１／４波長板
２２投射レンズ

Claims

第１波長領域の光に対応する第１反射型液晶表示素子と、
前記第１波長領域とは異なる第２波長領域の光に対応する第２反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２波長領域とは異なる緑の波長領域の光に対応する第３反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２、第３反射型液晶表示素子からの光を投射する投射光学系と、
光源からの前記第１波長領域の光のうち第１偏光方向の光を前記第１反射型液晶表示素子に導き、前記第１反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第１偏光方向と直交する第２偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記光源からの前記第２波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記第２反射型液晶表示素子に導き、前記第２反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に導く第１偏光ビームスプリッタと、
前記光源からの前記緑の波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記第３反射型液晶表示素子に導き、前記第３反射型液晶表示素子で反射した光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導く第２偏光ビームスプリッタと、
前記第１偏光ビームスプリッタからの出射光の光路と前記第２偏光ビームスプリッタからの出射光の光路とを合成し、前記投射光学系に導く光路合成素子を有する投射型画像表示装置であって、
前記光路合成素子は、前記第１、第２及び緑の波長領域の光のうち前記緑の波長領域の光に関しては第１偏光方向の光も第２偏光方向の光も透過あるいは、前記第１偏光方向の光も前記第２偏光方向の光も反射する特性を有し、
前記第１偏光ビームスプリッタと前記光路合成素子との間に、前記第２波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に対して遮光し、前記第２波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記第１波長領域の光は前記第１偏光方向の光も前記第２偏光方向の光も前記投射光学系に導く第１の偏光板と、
前記第２偏光ビームスプリッタと前記光路合成素子との間に、前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光のうち一方を前記投射光学系に対して遮光し、他方を前記投射光学系に導く第２の偏光板と、
前記光路合成素子と前記投射光学系との間に１／４波長板を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
前記光路合成素子は、前記第１、第２波長領域いずれかの光に関して、第１偏光方向の光も第２偏光方向の光も透過あるいは、前記第１偏光方向の光も前記第２偏光方向の光も反射する特性を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
前記遮光とは、偏光ビームスプリッタと前記投射光学系との間の光路外に入射光を導くことであることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
前記遮光とは、入射光を吸収することであることを特徴とする請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
前記第１偏光ビームスプリッタと前記光路合成素子との間に、
前記第１波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に対して遮光し、前記第１波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記第２波長領域の光は前記第１偏光方向の光も前記第２偏光方向の光も前記投射光学系に導く第３の偏光板を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の投射型画像表示装置。
前記第１の偏光板は、前記第１波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に対して遮光し、前記第１波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導くとともに、前記第２波長領域の光のうち前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に対して遮光し、前記第２波長領域の光のうち前記第１偏光方向の光を前記投射光学系に導く特性を有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の投射型画像表示装置。