JP4939161B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル等の液晶表示素子（特に反射型液晶表示素子）を用いた画像表示装置に関する発明である。特に、偏光ビームスプリッタ（偏光分離素子）を用いて、色分解、色合成、検光を行う画像表示装置に適用されるものである。

偏光ビームスプリッタにより色分解および色合成を行う画像投射装置が、特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の装置では、光源から射出された無偏光光をレンズアレイによって複数の光束に分割し、各光束により複数の２次光源像を形成する。それらの２次光源像からの光束をコンデンサレンズによって液晶パネル上に重畳させることによって、液晶パネルを略均一な明るさで照明する。

ここで、レンズアレイから射出した各分割光束は、偏光変換素子に設けられた、レンズアレイのそれぞれのレンズセルに対応した複数の偏光変換セルに入射する。各偏光変換セルは、偏光分離膜と１／２波長板と反射面とを有する。各偏光変換セルに入射した無偏光光は、偏光分離膜でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。Ｐ偏光は、偏光分離膜を透過した後、１／２波長板によってその偏光方向が９０°回転させられてＳ偏光として射出する。

一方、Ｓ偏光は偏光分離膜によって反射され、反射面で反射してＳ偏光のまま射出される。偏光変換素子から偏光方向が揃えられて射出したＳ偏光は、コンデンサレンズに入射する。

一般的に、偏光変換素子においては、有限の大きさを有する光源から発した無偏光光を１００％の効率である直線偏光光に変換することは難しい。その為に偏光変換素子以降に偏光板を配置し、その偏光板によって不要な偏光光を除いている。このような偏光板は不要光を除く機能を持っているが、正規の偏光方向の光（所望の偏光方向の光）を１０％以上遮光してしまうため、投射される画像が若干暗くなってしまう。

偏光変換素子によって偏光方向がＳ偏光に揃えられた光は、ダイクロイック素子によって赤及び青の波長帯域の光と緑の波長帯域の光とに分離される。この段階では、赤及び青の波長帯域の光は同じ光路を進み、かつ同じ偏光方向を有する。そしてこの後、偏光ビームスプリッタを用いて赤及び青の波長帯域の光をそれぞれ赤用及び青用の液晶パネルに導くため、波長（色）選択性位相差板を通過させる。

波長選択性位相差板を通過させることにより、赤及び青の波長帯域の光を互いに異なる偏光方向を有する光に変換することができる。このように偏光ビームスプリッタを用いて色分解を行う画像投射装置には、レンズアレイの近傍に配置される偏光変換素子、偏光板、ダイクロイック素子と、波長選択性位相差板、偏光ビームスプリッタが用いられることが一般的である。
特開２００１−１５４１５２号公報（段落００４５、図１等）

上記の構成において、液晶パネルに入射する照明光の偏光度を向上させるためには、偏光板を配置しなければならないが、偏光板を配置すると照明光の光量が落ちてしまう。また、逆に、照明光の光量を落とさないようにするために、偏光板を無くすことが考えられる。しかしながら、偏光板を無くすと、例えば緑用の液晶パネルに対して所望の方向とは逆の偏光方向の光が入射してしまったり、赤用や青用の液晶パネルに緑の波長帯域の光が入射してしまったりする。そうすると、比視感度の高い緑色の光がスクリーン等に投射されてしまい、画像のコントラストが低下してしまうことがある。また、赤色光や青色光がそれぞれの対応する液晶パネル以外に入射してしまったり、所望の偏光方向とは異なる偏光方向の光が液晶パネルに入射してしまったりして、コントラスト低下の原因となってしまう。

そこで、本願発明は、光量の低下を抑えつつ、コントラストを向上させることが可能な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、本発明の画像表示装置は、第１色光に対応する第１液晶表示素子と、前記第１色光とは波長帯域が異なる第２色光に対応する第２液晶表示素子と、前記第１色光及び前記第２色光とは波長帯域が異なる第３色光に対応する第３液晶表示素子と、光源から発する無偏光光のうち前記第２色光を第１直線偏光に変換する偏光変換素子と、前記偏光変換素子から出射する前記第１、第２、第３色光のうち、前記第２色光を前記第１、第３色光から分離する光路分離素子とを含み、前記光源から発し前記光路分離素子を介した前記第１、第２、第３色光各々で、前記第１、第２、第３液晶表示素子を照明することによって、画像表示を行う画像表示装置であって、前記光路分離素子が、前記第２色光のうち前記第１直線偏光成分の光を前記第２反射型液晶パネルに導き、前記第２色光のうち前記第１直線偏光成分と偏光方向が直交する第２直線偏光成分の光を、前記第１、第２、第３液晶表示素子いずれとも異なる方向に導く。そして、前記光路分離素子が、前記第２色光のうち前記第２直線偏光成分の光を、前記偏光変換素子から前記光路分離素子に至る光束の光路に沿って、前記光源方向に戻すことを特徴としている。

本発明によれば、ある色光が別の色用の液晶表示素子に入射してしまうことによるコントラストを低下の影響を低減することができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に本発明の第１の実施例図を示す。図中、１は光源で、２はリフレクターで、３は複数のレンズからなる第１のレンズアレイで、４は複数のレンズからなる第２のレンズアレイで、５はコンデンサーレンズである。また、６は光源から発する無偏光光を所定の直線偏光光にそろえる偏光変換素子で、７は色分離機能及び検光機能を持つ３Ｐダイクロ偏光プリズムである。８は第１の偏光ビームスプリッターで、９は第２の偏光ビームスプリッターである。１０はＧ（緑）の光を反射し、Ｂ（青）の光を透過し、Ｒ（赤）の不要偏光成分を反射し、Ｒの投射光を透過する図２に示す特性を有するダイクロ偏光プリズムである。１１はＲの偏光方向を９０度変換させ、Ｂの偏光方向を変換しない色選択性位相板である。１２、１３、１４は照明光の波長に最適化された位相板である。１５、１６、１７はＲ、Ｂ、Ｇの画像を表示する反射型液晶表示素子（透過型でも可）で、それぞれが赤色光、青色光、緑色光に対応する液晶パネルである。１８はＢ帯域のみ検光作用するＢ専用偏光板、１９は偏光板で２０は投射レンズである。ここで、Ｂ、Ｇ、Ｒは、それぞれ略青色波長帯域（４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の光）、緑色波長帯域（５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光）、赤色波長帯域（５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長の光）を指す。

偏光変換素子６で偏光変換された白色光（ここでは偏光ビームスプリッタの膜に対してＰ偏光光）および偏光変換されきれなかった不要光（ここでは偏光ビームスプリッタの膜に対してＳ偏光光）は前記３Ｐダイクロ偏光プリズム７に入射しする。ここで偏光変換されきれなかった不要光は３Ｐダイクロ偏光プリズムにおいてカットされる。３Ｐダイクロ偏光プリズム７の構成および光学作用の詳細については後述する。

一方偏光変換されたＰ偏光のＲ帯域は３Ｐダイクロ偏光プリズム７を反射し、波長選択性位相板１１で偏光が回転しＳ偏光光となり、第１の偏光分離プリズム８で反射し、Ｒ用位相板１２を透過しＲの反射型画像表示素子１５を照明する。Ｒの反射型液晶表示素子１５で偏光状態をＲの画像に基づいて変調された光は、第１の偏光ビームスプリッター８を透過して、ダイクロ偏光プリズム１０を透過して投射レンズ２０へ至る。次にＢ帯域のＰ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム７を反射して、第１の偏光分離プリズム８を透過し、Ｂ用位相板１３を透過し、Ｂの反射型画像表示素子１６を照明する。Ｂの反射型液晶表示素子１６で偏光状態をＢの画像に基づいて変調された光は、第１の偏光ビームスプリッター８を反射して、Ｂ用の偏光板１８で検光され、ダイクロ偏光プリズム１０を透過して投射レンズ２０へ至る。

一方、Ｇ帯域のＰ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム７を透過して、第２の偏光分離プリズム９を透過し、Ｇ用位相板１４を透過して、Ｇの反射型画像表示素子１７を照明する。Ｇの反射型液晶表示素子１７で偏光状態をＧの画像に基づいて変調された光は、第２の偏光ビームスプリッター９を反射して、Ｇ用の偏光板１９で検光され、ダイクロ偏光プリズム１０を反射して投射レンズ２０へ至る。

次に、前述した３Ｐダイクロ偏光プリズム７の構成および光学作用について図３〜図５を用いて詳しく説明する。３Ｐダイクロ偏光プリズム７は図３に示すように３つの三角プリズム２１、２２、２３によって組み合わされ２つの膜２４（以後Ａ膜）、２５（以後Ｂ膜）によって構成される。Ａ膜２４、Ｂ膜２５の特性を図４、図５に示す。

ここで、この３Ｐダイクロ偏光プリズム（プリズム体）は、第１プリズム２１、第２プリズム２２、第３プリズム２３と言う３つのプリズムを有している。この第１プリズムと第２プリズムとが同形状のプリズムであり、第３プリズムは、第１プリズム及び第２プリズムとを貼り合わせた形と同形状のプリズムである。第１プリズムと第２プリズムとの間にはＢ膜２５（第１光学構造体）が、第１プリズムと第３プリズムの間及び第２プリズムと第３プリズムの間には、Ｂ膜２５とは特性が異なるＡ膜（第２光学構造体）が構成されている。更に、第１、２プリズムは、同じ大きさの直角二等辺三角形の面を持ち、第３プリズムは、前記第１、２プリズムとは異なる大きさの直角二等辺三角形の面を有している。その上で、第１プリズムと第２プリズムとは、お互いに直角部分を合わせるように貼り合わされており、第１、２プリズムの直角部分と第３プリズムの斜辺部分とが貼りあわされている。別の言い方をすれば、第１、２プリズムの直角を挟む面同士を貼り合わせ、それらを貼り合わせて出来た直角二等辺三角形の斜辺の面と、第３プリズムの斜辺の面とを貼り合わせて３Ｐダイクロ偏光プリズムを構成している。尚、貼り合わせる順番はどのような順番であっても構わない。

まず、偏光変換された白色光であるＰ偏光光について説明する。図４、図５からＢＲ帯域はＡ膜２４を反射、Ｂ膜２５を透過するために、図６に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム７を反射する。一方Ｇ帯域は図４、図５からＡ膜２４、Ｂ膜２５共に透過する為、図６に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム７を透過する。

次に偏光変換されきれなかった不要光であるＳ偏光光がカットされる（液晶表示素子に至らない）理由を説明する。図４、図５に示すようにＡ膜２４、Ｂ膜２５においてＳ偏光全帯域は反射特性を示す。従って図７に示すように不要光であるＳ偏光光はＡ膜２４、Ｂ膜２５共に反射しランプ側へ戻っていく。このようにして、Ｓ偏光光は液晶表示素子に至ることが無くなる（液晶表示素子に至る光量を減らすことができる）ため、コントラストを向上させることができる。

このように３Ｐダイクロ偏光プリズム７で検光作用と色分離作用が同時に行われる為に、従来ＲＢ光路にあった偏光板が必要としない。その為にＢＲの光量が増え、通常モードにおいては明るく、白の色味の品質が高いプロジェクタが実現し、シネマモードにおいては明るいシネマモードが実現する。仮にシネマモードにおいて明るすぎる場合はランプの光量を落とすことが可能で、その結果装置の冷却ファンの風量を下げることが可能になり、静音効果を得ることができる。

一方Ｇ光路では従来第２の偏光分離プリズム９のみで検光していたのに対して、３Ｐダイクロ偏光プリズム７においても検光するため従来に対してコントラストが向上する。

尚、この実施例（及び実施例２、３においても）では、不要光を光源方向に戻しているがその限りではない。いずれの液晶表示素子にも入射しないようにすれば、必ずしも光源方向に戻す必要は無い。具体的には、Ｂ膜は必ずしもＡ膜に対して９０度をなすように設ける必要は無く、Ａ膜とＢ膜のなす角度は６０度以上１２０度以下（好ましくは８０度以上１００度以下）であれば構わない。

また、本実施例においては、３Ｐダイクロ偏光プリズム７と第１の偏光ビームスプリッターの間及び、３Ｐダイクロ偏光プリズム７と第２の偏光ビームスプリッターとの間に、偏光板を配置しないことが望ましい。つまり、３Ｐダイクロ偏光プリズムを射出した光束が偏光板を介さずに第１、２の偏光ビームスプリッター（又は反射型液晶表示素子）に入射させることが望ましい。このように構成すれば、明るさをあまり落とす事無く、コントラストを向上させることができる。

但し、本実施例１においては、３Ｐダイクロ偏光プリズム７と第１の偏光ビームスプリッターの間及び、３Ｐダイクロ偏光プリズム７と第２の偏光ビームスプリッターとの間に、偏光板を配置しても構わない。配置した場合でもコントラストをより向上させることが出来ると言う効果は担保される。

また、３Ｐダイクロ偏光プリズムと第１及び第２の偏光ビームスプリッター（反射型液晶表示素子）との間に、トリミングフィルタ（特定の波長の光を反射又は吸収するフィルタ）を挿入しても構わない。そうすれば、緑色用液晶表示素子に入射する赤色光や青色光の光量を低減したり、赤色用、青色用液晶表示素子に入射する緑色光の光量を低減したりすることができ、コントラストの向上及び色味悪化の防止等の効果がある。

実施例１に記載した内容については以下の実施例２、３においても矛盾しない限り適用可能である。

図８に本発明の第２の実施例図を示す。

図中、１０１は光源、１０２はリフレクター、１０３は複数のレンズからなる第１のレンズアレイ、１０４は複数のレンズからなる第２のレンズアレイ、１０５はコンデンサーレンズである。１０６は白色の無偏光光のＲ帯域をＳ偏光光（偏光ビームスプリッターの膜に対してＳ偏光）に、ＢＧ帯域をＰ偏光光（偏光ビームスプリッターの膜に対してＰ偏光）にそろえる色選択性偏光変換素子である。１０７は色分離機能と検光機能とを併せ持つ３Ｐダイクロ偏光プリズムである。１０８は第１の偏光ビームスプリッター、１０９は第２の偏光ビームスプリッターである。そして、１１０はＧの光を反射し、Ｂの光を透過し、Ｒの不要偏光成分を反射し、Ｒの投射光を透過する図２に示す特性を有するダイクロ偏光プリズムである。１１１、１１２、１１３は照明光の波長に最適化された位相板、１１４、１１５、１１６はＲ、Ｂ、Ｇの画像を表示する反射型液晶表示素子、１１７はＢ帯域のみ検光作用するＢ専用偏光板、１１８は偏光板、１１９は投射レンズである。

色選択性偏光変換素子１０６の構成および光学作用については、本実施例２の最後で詳細に説明する。

色選択性偏光変換素子１０６でＳ偏光に変換されたＲ帯域、Ｐ偏光に変換されたＢＧ帯域および偏光変換されきれなかった不要光であるＲ帯域Ｐ偏光光とＢＧ帯域Ｓ偏光光は前記３Ｐダイクロ偏光プリズム７に入射する。偏光変換されきれなかったＢＧ帯域のＳ偏光は３Ｐダイクロ偏光プリズムにおいてカットされる。また、偏光変換されきれなかったＲ帯域Ｐ偏光は３Ｐダイクロ偏光プリズムをＧ光路へ透過する。

一方、偏光変換されたＳ偏光のＲ帯域は３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７を反射し、第１の偏光ビームスプリッター１０８を反射し、Ｒ用位相板１１１を透過しＲの反射型画像表示素子１１４を照明する。Ｒの反射型液晶表示素子１１４で偏光状態をＲの画像に基づいて変調された光は、第１の偏光ビームスプリッター１０８を透過して、ダイクロ偏光プリズム１１０を透過して投射レンズ１１９へ至る。

次に、Ｂ帯域のＰ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７を反射して、第１の偏光分離プリズム１０８を透過し、Ｂ用位相板１１２を透過し、Ｂの反射型画像表示素子１１５を照明する。Ｂの反射型液晶表示素子１１５で偏光状態をＢの画像に基づいて変調された光は、第１の偏光ビームスプリッター１０８を反射して、Ｂ用の偏光板１１７で検光され、ダイクロ偏光プリズム１１０を透過して投射レンズ１１９へ至る。

Ｇ帯域のＰ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７を透過して、第２の偏光分離プリズム１０９を透過し、Ｇ用位相板１１３を透過して、Ｇの反射型画像表示素子１１６を照明する。Ｇの反射型液晶表示素子１１６で偏光状態をＧの画像に基づいて変調された光は、第２の偏光ビームスプリッター１０９を反射して、Ｇ用の偏光板１１８で検光され、ダイクロ偏光プリズム１１０を反射して投射レンズ１１９へ至る。

ここで偏光変換されたＢ帯域のＰ偏光光、Ｒ帯域のＳ偏光光について説明する。３Ｐダイクロ偏光プリズムの構成は実施例１と同様で膜特性のみ異なる。図９、図１０に示すように両光ともＡ膜２４を反射、Ｂ膜２５を透過する。両偏光光は図１１に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７を反射する。一方Ｇ帯域のＰ偏光光はＡ膜２４、Ｂ膜２５共に透過するため、図１１に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７を透過する。

次に偏光変換されきれなかったＲ帯域のＰ偏光についてだが、図９、図１０に示すようにＡ膜２４、Ｂ膜２５においてＲ帯域のＰ偏光は透過特性を示す。従って図１２に示すようにＲ帯域のＰ偏光光はＡＢ膜共に透過するためＧのＰ偏光光と同光路を辿る。

一方偏光変換されきれなかった不要光であるＢＧ帯域のＳ偏光光がカットされる理由を説明する。３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７の構成は実施例１と同様で膜特性のみ異なる。図９、図１０に示すようにＡ膜２４、Ｂ膜２５においてＢＧ帯域のＳ偏光は反射特性を示す。従って図１２に示すようにＳ偏光光はＡ膜２４、Ｂ膜２５共に反射するためランプ側へ戻っていく。

このように３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７で検光作用と色分離作用が同時に行われる為に、従来ＲＢ光路にあった偏光板、また波長選択性位相板が不要となる。その為にＢＲの光量が増え、通常モードにおいては明るく、白の色味の品質が高いプロジェクタが実現し、シネマモードにおいては明るいシネマモードが実現する。仮にシネマモードにおいて明るすぎる場合はランプの消費電力を落とすことで、暗くすることが可能で、この場合は静音効果が得ることができる。

一方、Ｇ帯域の光に対しては、３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７にも検光作用を持つため、従来に比べてコントラストが向上する。さらに本実施例では非常に高価である波長選択性位相板と偏光板を無くすことができるため、大幅なコストダウンと光量アップを実現することができる。但し、３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７と第２の偏光ビームスプリッター１０９との間に偏光板を配置しても構わない。

また、３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７と第１の偏光ビームスプリッター１０８との間、及び／又は、３Ｐダイクロ偏光プリズム１０７と第２の偏光ビームスプリッター１０９との間にトリミングフィルタを配置しても構わない。

一方偏光変換されなかったＲ帯域のＰ偏光について示す。図１２に記載されているようにＲ帯域のＰ偏光光はＧのＰ偏光光と同じ光路を辿る。但し、Ｒ帯域の光はＧ帯域の光に対して比視感度が低く、Ｇ帯域の光に若干混ざったとしてもさほど色味に影響を与えることは無い。そのため、Ｒ帯域の光がＧ帯域の光と同じ光路を辿ったとしても、Ｇ帯域の光がＲ帯域の光と同じ光路を辿るよりは問題にはならない。従って、本実施例において、３Ｐダイクロ偏光プリズムはＧ帯域の不要光を遮光する機能を持ち、Ｇ帯域の光が他の帯域の光に対応する液晶表示素子に入射することを防止する（入射する光量を減らす）ことが望ましい。しかしながら、光源の発光スペクトル（ＢＧＲ帯域の光量のバランス等）や、その他光学系の特性に従って、３Ｐダイクロ偏光プリズムがＢＧＲ帯域の光のいずれに対して不要光を遮光する機能を持っていても構わない。

次に、前述した色選択性偏光変換素子１０６の構成および光学作用について図１９〜２４を用いて詳しく説明する。図１９の右側には、色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６の概略構成を示している。図中に点線の丸で囲んだ部分が１つの偏光変換セル３０５ａを構成し、同じ構成の複数の偏光変換セル３０５ａがフライアイレンズ１０３，１０４を構成する複数のレンズセルに対応して設けられている。なお、各偏光変換セル３０５ａの光入射面のうち、後述する反射膜３１の位置から上方向に隣接する偏光変換セルまでの領域には遮光板３０５ｂが設けられており、この部分への光の入射を遮っている。これにより、光は入射面のうち反射膜３３１と後述する第１の波長選択性偏光分離膜３３２との間の領域からのみ入射する。

図１９の左側の図は、１つの偏光変換セル３０５ａを拡大して模式的に示したものである。３３１は前述した反射膜である。また、光入射側から順に、３３２は第１の波長選択性偏光分離膜（光分離膜）、３３３は位相差板、３３４は第２の波長選択性偏光分離膜（光分離膜）を示す。以下、波長選択性偏光分離膜は、単に光分離膜と略記する。

なお、これら第１の光分離膜３３２、位相差板３３３および第２の光分離膜３３４は、光の入射光軸方向（図の左側から右側に向かう方向）に対して４５度の傾きを有する。また、反射膜３３１は、第１の光分離膜３３２に対して平行に配置されている。また、各光分離膜は、実際には平行平板であるガラスやアクリル製の基板の表面に多層膜として形成されている。また、位相差板３３３はフィルム状に形成され、同様の基板上に貼り付けられている。

第１の光分離膜３３２および第２の光分離膜３３４の特性をそれぞれ、図２０および図２１に示す。第１の光分離膜３３２は、Ｂ帯域光とＧ帯域光のＳ偏光に対する透過率が０％又はそれに近く（５０％より低く）、Ｒ帯域光のＳ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近い（５０％より高い）特性を有する。一方、第２の光分離膜３３４は、Ｂ帯域光とＧ帯域光のＳ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｒ帯域光のＳ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。すなわち、第１および第２の光分離膜３３２，３３４は、互いにＳ偏光に対する透過率が、波長帯によって逆となる特性を有する。

また、これら第１および第２の光分離膜３３２，３３４は、Ｐ偏光に対する透過率が波長帯にかかわらず１００％又はそれに近い（５０％より高い）特性を有する。

さらに、位相差板３３３は、１／２波長板であり、入射した直線偏光の偏光方向を９０度回転させる機能を有する。

このように構成された色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６には、白色の無偏光光が図の左側から入射する。該無偏光光のうちＢ帯域およびＧ帯域のＰ偏光は、第１の光分離膜３３２を透過した後、位相差板３３３を透過してＳ偏光に変換され、第２の光分離膜３３４を透過し、Ｓ偏光として色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６から射出する。

また、Ｂ帯域およびＧ帯域のＳ偏光は、第１の光分離膜３２で反射し、さらに反射膜３１で反射してＳ偏光として色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６から射出する。

また、Ｒ帯域のＰ偏光は、第１の光分離膜３３２を透過した後、位相差板３３３を透過してＳ偏光に変換され、第２の光分離膜３３４で反射する。そして、この反射光は、再度位相差板３３３を透過してＰ偏光に変換され、第１の光分離膜３３２を透過して反射膜３３１で反射され、Ｐ偏光として色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６から射出する。

さらに、Ｒ帯域のＳ偏光は、第１の光分離膜３３２を透過した後、位相差板３３３を透過してＰ偏光に変換され、第２の光分離膜３３４を透過して、Ｐ偏光として色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６から出射する。

このように、単一の素子として構成された色選択性偏光変換素子色選択性偏光変換素子１０６に入射した白色無偏光光は、Ｂ帯域およびＧ帯域のＳ偏光とＲ帯域のＰ偏光に変換されて該素子１０６から射出する。

したがって、該偏光変換素子１０６からＢ帯域光とＲ帯域光とを、従来用いられていた波長選択性位相差板を介さずにダイクロ偏光素子１０７から第１の偏光ビームスプリッタ１０８に導くことができる。

ここで、図２２には、上記図２０および図２１で説明した第１および第２の光分離膜３３２，３３４の多層膜としての構成例を示す。いずれの分離膜３３２，３３４においても、ガラス基板としてはＯＨＡＲＡ社製のＰＢＨ５６を用いた。また、図中のＨ，Ｍ，Ｌはそれぞれ、高屈折率層、中屈折率層および低屈折率層を示し、Ｈ，Ｍ，Ｌの左側の数字は各層（膜）の厚み（ｎｍ）を示す。本構成例では、高屈折率層としてＴｉＯ_２を、中屈折率層としてＡｌ_２Ｏ_３を、低屈折率層としてＳｉＯ_２を用いた。

図２３および２４にはそれぞれ、図２２に示した膜構成を有する第１および第２の光分離膜３３２，３３４の透過率特性データを示している。Ｔｐ４５は、Ｐ偏光を該光分離膜に対して４５度の入射角で入射させたときの透過率特性を、Ｔｓ４５は、Ｓ偏光を該光分離膜に対して４５度の入射角で入射させたときの透過率特性を示している。

図１３に本発明の第３の実施例図を示す。

図１３中、２０１は光源、２０２はリフレクター、２０３は複数のレンズからなる第１のレンズアレイ、２０４は複数のレンズからなる第２のレンズアレイ、２０５はコンデンサーレンズである。２０６は白色の無偏光光のＢＲ帯域をＳ偏光光に、Ｇ帯域をＰ偏光光にそろえる色選択性偏光変換素子、２０７は色分離手段および検光手段である３Ｐダイクロ偏光プリズムである。そして、２０８はＢ帯域のＰ偏光光を反射、Ｓ偏光光を透過、Ｒ帯域のＰ偏光光を透過、Ｓ偏光光を反射する図１４に示す特性の偏光プリズムである。また、２０９は第１の偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳ）、２１０は第２の偏光ビームスプリッター、２１１、２１２、２１３は照明光の波長に最適化された位相板である。２１４、２１５、２１６はＲ、Ｂ、Ｇの画像を表示する反射型液晶表示素子で、２１７は偏光板で２１８は投射レンズである。

色選択性偏光変換素子２０６で変換されたＳ偏光のＢＲ帯域（ＰＢＳ膜に対してＳ偏光）、Ｐ偏光のＧ帯域（ＰＢＳ膜に対してＰ偏光）及び偏光変換されなかったＰ偏光のＲＢ帯域（不要光）とＳ偏光のＧ帯域（不要光）は前記３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７に入射する。偏光変換されきれなかったＧ帯域のＳ偏光は３Ｐダイクロ偏光プリズムにおいてカットされる。また、偏光変換されきれなかったＲＢ帯域Ｐ偏光は３Ｐダイクロ偏光プリズムをＧ光路へ透過する。

一方偏光変換されたＳ偏光のＲ帯域は３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７を反射し、偏光プリズム２０８を反射し、Ｒ用位相板２１１を透過しＲの反射型画像表示素子２１４を照明する。Ｒの反射型液晶表示素子１１４で偏光状態をＲの画像に基づいて変調された光は、偏光プリズム２０８を透過して、第２の偏光ビームスプリッター２１０を透過して投射レンズ２１８へ至る。

次にＢ帯域のＳ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７を反射して、偏光プリズム２０８を透過し、Ｂ用位相板２１２を透過し、Ｂの反射型画像表示素子２１５を照明する。Ｂの反射型液晶表示素子２１５で偏光状態をＢの画像に基づいて変調された光は、偏光プリズム２０８を反射して、第２の偏光ビームスプリッター２１０を透過して投射レンズ２１９へ至る。

Ｇ帯域のＰ偏光成分は３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７を透過して、第１の偏光分離プリズム２０９を透過し、Ｇ用位相板２１３を透過して、Ｇの反射型画像表示素子２１６を照明する。Ｇの反射型液晶表示素子２１６で偏光状態をＧの画像に基づいて変調された光は、第１の偏光ビームスプリッター２０９を反射して、Ｇ用の偏光板２１７で検光され、第２の偏光ビームスプリッター２１０を反射して投射レンズ２１８へ至る。

ここで偏光変換されたＢＲ帯域のＳ偏光光について説明する。３Ｐダイクロ偏光プリズムの構成は実施例１と同様で膜特性のみ異なる。Ａ膜２４、Ｂ膜２５の特性を図１５、図１６に示す。両光ともＡ膜２４を反射、Ｂ膜２５を透過するために、図１７に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７を反射する。一方Ｇ帯域のＰ偏光光はＡ膜２４、Ｂ膜２５共に透過するため、図１７に示すように３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７を透過する。

次に偏光変換されきれなかったＧ帯域のＳ偏光光が検光される理由を説明する。図１５、図１６に示すようにＡ膜２４、Ｂ膜２５においてＧ帯域のＳ偏光は反射特性を示す。従って図１８に示すようにＳ偏光光はＡ膜２４、Ｂ膜２５共に反射するためランプ側へ戻っていく。

一方偏光変換されなかったＢＲ帯域のＰ偏光について示す。図１５、図１６に示すようにＡ膜２４、Ｂ膜２５がＢＲ帯域のＰ偏光を透過する特性を持つため、図１８に示すようにＲ帯域のＰ偏光光はＡ膜Ｂ膜を透過してＧのＰ偏光光と同光路を辿る。ＢＲ帯域の光はＧに対して比視感度が低く、Ｇの光に若干混ざったとしてもさほど色味に影響を与えることは無い。そのため、ＢＲ帯域の光がＧの光と同じ光路を辿ったとしても、Ｇ帯域の光がＢ帯域の光やＲ帯域の光と同じ光路を辿るよりは問題にはならない。従って、本実施例において、３Ｐダイクロ偏光プリズムはＧ帯域の不要光を遮光する機能を持つことが望ましい。しかしながら、光源の発光スペクトル（ＢＧＲ帯域の光量のバランス等）や、その他光学系の特性に従って、ＢＧＲ帯域の光のいずれに対して不要光を遮光する機能を持たせても構わない。

このように３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７で検光作用と色分離作用が同時に行われる為に、従来ＲＢ光路にあった偏光板、また波長選択性位相板も不要となる。その為にＢＲの光量が増え、通常モードにおいては明るく、白の色味の品質が高いプロジェクタが実現し、シネマモードにおいては明るいシネマモードが実現する。仮にシネマモードにおいて明るすぎる場合はランプの消費電力を落とすことで、暗くすることが可能で、この場合は静音効果を得ることができる。

一方、Ｇ光路では、３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７においても検光するため従来に対してコントラストが向上する。さらに本実施例では非常に高価である波長選択性位相板と偏光板を無くすことができる為大幅なコストダウン及び光量アップを実現することができる。但し、３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７と偏光ダイクロプリズム２０８との間や、３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７と第１の偏光ビームスプリッタ２０９との間に偏光板を配置しても構わない。

また、３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７と偏光ダイクロプリズム２０８との間、及び／又は、３Ｐダイクロ偏光プリズム２０７と第１の偏光ビームスプリッター２０９との間にトリミングフィルタを配置しても構わない。

上記の実施例によれば、以下のような効果が得られる。従来、プロジェクタを明るくする為にオレンジ光を多く取り入れると白の（色度座標上の）ｙ値が高くなる。本実施例によれば、Ｂの光量を上げることができ、白のｙ値を下げることができる。

また、逆に、色再現領域を広げる為に、オレンジ光をカットすると白のｘ値が下がる。そのため、ｘ値を上げる為に、従来はシアンをカットしていた。しかしながら、本実施例によれば、Ｒの光量を多くすることができるため、シアンをカットする量が少なくて済むため、明るさを落とさずに色再現領域を広げることができる。

また、上記実施例に記載した画像表示装置（プロジェクタ）と、その画像表示装置に画像信号を供給する手段（画像信号供給手段）とを組み合わせた画像表示システムにも、本実施例は適用可能である。画像信号供給手段（画像信号供給ユニット）としては、スチールカメラやビデオカメラ等の撮像装置、テレビアンテナ、コンピュータ、ビデオデッキやＤＶＤプレイヤーやゲーム機等の画像再生装置が挙げられる。

本発明実施例１の光学系の図 ダイクロ偏光プリズムの特性 本発明の３Ｐダイクロ偏光プリズムの構成図 本発明実施例１の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２４の特性 本発明実施例１の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２５の特性 本発明実施例１における正規光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本発明実施例１における不要光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本発明実施例２の光学系の図 本発明実施例２の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２４の特性 本発明実施例２の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２５の特性 本発明実施例２における正規光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本発明実施例２における不要光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本発明実施例３の光学系の図 本発明実施例３で用いる偏光プリズムの特性 本発明実施例３の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２４の特性 本発明実施例３の３Ｐダイクロ偏光プリズムの２５の特性 本発明実施例３における正規光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本発明実施例３における不要光の３Ｐダイクロ偏光プリズム内経路 本実施例２における波長選択性偏光変換素子の断面図 第１の光分離膜３３２の特性図 第２の光分離膜３３４の特性図 第１及び第２光分離膜の多層膜としての構成例 図２２の膜構成に基づく第１の光分離膜の特性図 図２２の膜構成に基づく第２の光分離膜の特性図

符号の説明

１ 光源
２ リフレクタ
３ 第１のレンズアレイ
４ 第２のレンズアレイ
５ コンデンサレンズ
６ 偏光変換素子
７ ３Ｐダイクロ偏光プリズム
８ 第１の偏光ビームスプリッター
９ 第２の偏光ビームスプリッター
１０ ダイクロ偏光プリズム
１１ 色選択性位相板
１２ Ｒ用位相板
１３ Ｂ用位相板
１４ Ｇ用位相板
１５ Ｒ用反射型画像表示素子
１６ Ｂ用反射型画像表示素子
１７ Ｇ用反射型画像表示素子
１８ Ｂ用偏光板
１９ 偏光板
２０ 投射レンズ

Claims (7)

1. 第１色光に対応する第１液晶表示素子と、
   前記第１色光とは波長帯域が異なる第２色光に対応する第２液晶表示素子と、
   前記第１色光及び前記第２色光とは波長帯域が異なる第３色光に対応する第３液晶表示素子と、
   光源から発する無偏光光のうち前記第２色光を第１直線偏光に変換する偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子から出射する前記第１、第２、第３色光のうち、前記第２色光を前記第１、第３色光から分離する光路分離素子とを含み、
   前記光源から発し前記光路分離素子を介した前記第１、第２、第３色光各々で、前記第１、第２、第３液晶表示素子を照明することによって、画像表示を行う画像表示装置であって、
   前記光路分離素子が、前記第２色光のうち前記第１直線偏光成分の光を前記第２液晶表示素子に導き、前記第２色光のうち前記第１直線偏光成分と偏光方向が直交する第２直線偏光成分の光を、前記第１、第２、第３液晶表示素子いずれとも異なる方向に導き、
   前記光路分離素子が、前記第２色光のうち前記第２直線偏光成分の光を、前記偏光変換素子から前記光路分離素子に至る光束の光路に沿って、前記光源方向に戻すことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記偏光変換素子は、前記光源からの無偏光光のうち、前記第１色光又は前記第３色光のいずれかを前記第２直線偏光に変換し、他の色光を前記第１直線偏光に変換することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記光路分離素子と前記第２液晶表示素子との間に配置された第１偏光ビームスプリッタを有しており、
   前記光路分離素子を出射した前記第２色光が、偏光板を介さずに前記第１偏光ビームスプリッタに入射することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記光路分離素子と前記第１及び第３液晶表示素子との間に配置された第２偏光ビームスプリッタとを有しており、
   前記光路分離素子を出射した前記第１及び第３色光が、偏光板を介さずに前記第２偏光ビームスプリッタに入射することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記光路分離素子は、第１プリズム、第２プリズム、第３プリズムから構成され、
   前記第１、第２、第３プリズムのうち、前記第１プリズムと第２プリズムとの間には膜Ｂが構成されており、
   前記第１プリズムと前記第３プリズムの間及び前記第２プリズムと前記第３プリズムの間には、前記膜Ｂとは特性が異なる膜Ａが構成されており、
   前記膜Ｂは、前記第１、第２、第３色光すべてに対して偏光分離特性を持ち、
   前記膜Ａは、前記第２色光に対しては偏光分離特性を持ち、前記第１、第３色光に対しては、偏光方向に関わらず反射或いは透過する特性を持つことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記第１プリズムと前記第２プリズムとが、同形状のプリズムであり、
   前記第３プリズムは、前記第１プリズム及び前記第２プリズムとを貼り合わせた形と同形状のプリズムであることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記第１、第２プリズムは、同じ大きさの直角二等辺三角形の面を持ち、
   前記第３プリズムは、前記第１、第２プリズムとは異なる大きさの直角二等辺三角形の面を持ち、
   前記第１プリズムと前記第２プリズムとは、お互いに直角部分を合わせるように貼り合わされており、
   前記第１、第２プリズムの直角部分と、前記第３プリズムの斜辺部分とが貼り合わされていることを特徴とする請求項６に記載の画像表示装置。

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