JP4956684B2 - 画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、反射型の液晶表示素子を用いた画像表示装置（プロジェクタ）に用いられる偏光ビームスプリッタ及びそれを用いた画像表示装置に関するものである。詳細には、光源から射出された光束を複数の色光に色分解し、それぞれの色光を対応する反射型の液晶パネル液晶表示素子）に導き、その反射型液晶パネルによって変調された色光を色合成した上で、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ー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ーが注目されている。このようなプロジェクターでは、反射型液晶パネルの変調によってスクリーン上での画像の表示（光を投射する状態、明表示）、非表示（光を投射しない状態、暗表示）とを切り替える必要があり、さらに、光源からの光を複数の色光に分解したり、複数の反射型液晶パネルからの色光を合成したりするために、液晶パネルの前に偏光ビームスプリッタを配置する。このため、反射型液晶を用いたプロジェクターの色分離合成システムは一般に大きくなる傾向がある。

この問題を解決するために３原色３つの反射型液晶パネルに対して３つの偏光ビームスプリッタで色分離合成を行うプロジェクターが特許文献１に開示されている。これを図７に図示する。

この特許文献１では、偏光ビームスプリッタ１１と、２つの反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｂと、偏光ビームスプリッタ１１の入射側及び出射側に配置された波長選択性偏光回転素子９および１６を用いて、２つの反射型液晶パネル１３Ｒ、１３Ｂからの色光の表示、非表示（オンオフ）の選択（制御）を行っている。

特開２００１−１５４２６８号公報

しかしながら、ここで用いられている波長選択性偏光回転素子は、一般に高価である。さらに、この波長選択性偏光回転素子を用いると、光源からの光の一部を所望の偏光状態とは異なる偏光状態のまま反射型液晶パネルに導いてしまったり、画像光（スクリーン上に表示されるべき光）の一部が後段の偏光ビームスプリッタ２０で反射されてしまったり（投射光学系に導かれなかったり）することがあり、コントラストを低下させる原因となっていた。

さらに、反射型液晶パネルを用いたプロジェクターにおいては、投射光学系内のレンズ面における反射光が反射型パネルの反射面に戻り、そこで再反射してスクリーン面まで到達し、スクリーン上の画像のコントラストを劣化させる所謂ゴースト光となる場合もあった。このような、特許文献１には記載されていない課題を解決するのが本発明の目的である。

本発明は上記課題を解決するために、
第１波長領域の光に対応する第１の反射型液晶表示素子と、
前記第１波長領域と異なる第２波長領域の光に対応する第２の反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２波長領域と異なる第３波長領域の光に対応する第３の反射型液晶表示素子と、
前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子からの光を投射面に投射する投射光学系と、
前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子と前記投射光学系との間の光路に配置され、前記第１波長領域の光に対しては、第１偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１偏光方向の光と偏光方向が直交する第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波長領域の光に対しては、前記第１偏光方向の光、及び前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導き、前記第３の波長領域の光に対しては、前記第１偏光方向の光、及び前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導く誘電体多層膜を有し、前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子からの光を合成する色合成素子と、
前記第１、第２の反射型液晶表示素子各々から出射する光を合成して前記投射光学系に導く偏光ビームスプリッタＡと、
前記第３の反射型液晶表示素子から出射する光を前記色合成素子に導く偏光ビームスプリッタＢを有し、
前記偏光ビームスプリッタＡと前記色合成素子との間に配置され、前記第２波長領域の前記第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２波長領域の前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１波長領域の前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導く波長選択性偏光板を有することを特徴とする。
なお、投射光学系が一体に設けられた又は取り外し可能に装着される画像投射装置も本発明の他の一側面を構成する。

本発明の画像表示装置によれば、高いコントラスト性能を有する画像表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例である色分離合成系の構成図 本発明の第１実施例における色合成面の必要特性 本発明の第２実施例である色分離合成系の構成図 本発明の第２実施例における色合成面の必要特性 色合成素子における各色光の偏光を示した説明図 色合成素子の例 従来の色分離合成系の構成図

本発明の実施例について説明を行う。本実施形態の画像表示装置は、３つの色光（ここで言う色光とは、所定の波長領域内の光のことを言うのであって、色光とは、光の３原色である赤色光、緑色光、青色光に限ったものではなく、４２０〜５５０ｎｍや５５０ｎｍ〜７００ｎｍや４２０〜４８０ｎｍや６４０〜７００ｎｍの波長領域の光等の可視領域内の任意の波長領域の光を意味している）それぞれに対応する３つの反射型液晶表示素子と、前記３つの反射型液晶表示素子各々から出射する３つの色光を色合成する色合成系と、前記色合成された３つの色光を投射する投射光学系とを備える画像表示装置であって、前記色合成系が、前記３つの色光のうち第１色光に対しては、第１偏光方向を前記投射光学系に導き、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対して遮光し、前記３つの色光のうち第２色光に対しては、偏光方向に関わらず前記投射光学系に導く色合成素子を備えるように構成している。ここで、前記第２色光領域内の前記第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２色光領域内の前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導く波長選択性偏光板を備える。さらに、前記波長選択性偏光板は、前記第２色光領域内の前記第１偏光方向の光を吸収するように構成している。前記波長選択性偏光板は、前記３つの色光のうち第３色光に対して偏光板として機能する、又は前記第３色光を吸収するように構成している。ここで、前記第１色光と前記第２色光とを合成する偏光ビームスプリッタを有し、該偏光ビームスプリッタと前記色合成素子との間に、前記波長選択性偏光板が配置されるように構成している。さらに、前記色合成系と前記投射光学系との間に配置された位相板を有するように構成している。

また、本実施形態の画像表示装置は、３つの色光それぞれに対応する３つの反射型液晶表示素子と、前記３つの反射型液晶表示素子各々から出射する３つの色光を色合成する色合成系と、前記色合成された３つの色光を投射する投射光学系とを備える画像表示装置であって、前記色合成系が、前記３つの色光のうち第１色光に関しては、偏光方向に関わらず前記投射光学系に導き、前記３つの色光のうち第２色光の第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２色光領域内の前記第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波長選択性偏光板を備えるように構成している。

また、本実施形態の画像表示装置は、第１、第２、第３色光それぞれに対応する第１、第２、第３反射型液晶表示素子と、光源からの光で前記第１、２、３反射型液晶表示素子を照明する照明系と、前記３つの反射型液晶表示素子からの光を合成する色合成系と、前記色合成系からの光を投射する投射光学系とを備える画像表示装置であって、前記第１色光を、前記第２、３色光に対して色分離する第１色分離素子と、前記第１色分離素子で分離された前記第１色光のうち所望の偏光方向の光を前記第１反射型液晶表示素子に導くとともに、前記第１反射型液晶表示素子から反射する光を検光する第１偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタＢ）と、前記第１色分離素子で分離された前記第２、３色光のうち前記第２色光を前記第２反射型液晶表示素子に導き、前記第３色光を前記第３反射型液晶表示素子に導くと共に、前記第２、３反射型液晶表示素子からの反射光を検光する第２偏光ビームスプリッタ（偏光ビームスプリッタＡ）と、
前記第１偏光ビームスプリッタからの前記第１色光と、前記第２偏光ビームスプリッタからの前記第２、３色光とを合成し、前記投影光学系に導く色合成素子とを有しており、
前記色合成素子が、前記第２色光に関しては、第１偏光方向を前記投射光学系に導き、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対して遮光し、前記第３色光に関しては、偏光方向に関わらず前記投射光学系に導く機能を有するように構成している。ここで、前記第２偏光ビームスプリッタと前記色合成素子との間の光路上に配置され、前記第３色光の前記第１偏光方向の光を吸収し、前記第３色光の前記第２偏光方向の光を前記投影光学系に導く波長選択性偏光板と、前記色合成素子と前記投射光学系との間に配置された、１／４波長板とを備えるように構成している。

また、本実施形態の画像表示装置は、光源からの光が偏光ビームスプリッタを経て反射型液晶パネルによって任意の映像信号に応じて変調・反射され、再び偏光ビームスプリッタを通り、投射レンズによってスクリーン上に投射表示を行う投射型画像表示装置であって、光源からの白色光を第１色光が通る第一光路と第２・第３色光が通る第二光路に分離する色分離手段を備え、第一光路には第１偏光ビームスプリッタと第１色光を反射する第１反射型液晶パネルを備え、第二光路には第２偏光ビームスプリッタと第２・第３色光が反射する第２・第３反射型液晶パネルを備え、第一光路および第二光路を経た光が光路合成手段によって光路が合成されて投射レンズによって投射表示を行う投射型表示装置において、第２偏光ビームスプリッタは無偏光を第１偏光状態、第２偏光状態に分離する作用を有し、第二光路を経た光が光路合成手段に到達する光路上には、第３色光に対しては第１・第２いずれの偏光状態も透過させ、第２色光に対しては第１偏光状態を吸収し、第２偏光状態を透過する検光作用を有した偏光板が配置され、光路合成手段が第３色光に対しては第１偏光状態を投射レンズに向かわせしめ、第２偏光状態は投射レンズに向かわせない所謂偏光ビームスプリッタとして働き、第２色光に対しては第２偏光状態を投射レンズに向かわせしめる特性を有するように構成している。

ここで、図１は本発明の第１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、図面を用いて実施例を詳細に説明する。

（実施例１）
以下図１を用いて本発明の第一の実施例を詳細に説明する。光源１から射出された白色光は、リフレクタ（ここでは放物面ミラーであるが、勿論楕円ミラーや球形状のミラーであっても構わない。）で反射され、略平行光２となる。この図１においては、この白色光を赤・緑・青の色の３原色の光に分解して図示しており、それぞれを赤色光２ｒ、緑色光２ｇ、青色光２ｂとして図示している。勿論、この赤、緑、青色光それぞれは、図３上では便宜上空間的に分離して記載しているが、この３つの光はこの段階では空間的に分離されている訳ではない。

これらの光は照明光学系の中にある偏光変換素子３によってＰ偏光（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。勿論、これらの光は、偏光変換素子３によって、Ｓ偏光の赤色光、緑色光、青色光に変換されても構わない。

偏光変換素子を経た３色の光は、緑色光成分のみを反射する特性を持つダイクロイックミラー５において、赤色光と青色光が透過され、緑色光が反射されることにより、緑色光は他の色光に対して分離される。ダイクロイックミラー５を透過した４ｒ、４ｂは偏光板６を透過することにより偏光度が向上され、波長選択性偏光回転素子（所定の波長領域の光のみの偏光方向を回転させる、すなわち所定の波長領域の光に対してのみ位相差板として機能する素子）７に入射する。ここで、赤、緑、青の３色の光ではなく、可視光領域内の波長を４つに分割したそれぞれの波長領域の光を上記のダイクロイックミラーにより２つずつの色光に分離し、その分離された２つずつの色光を後段の偏光ビームスプリッタでさらに色分離するようにしても構わない。また、偏光板６は必ずしも必須ではなく、偏光ビームスプリッタの性能が良ければ、偏光板６は無くても構わない。

波長選択性偏光回転素子７は、赤色光（成分）の偏光方向を９０度回転させると共に透過させ、青色光（成分）の偏光方向は回転させずに透過させる特性を持っている。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に入射した赤色光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）内の各画素は、オン（明表示）状態の画素は入射光の偏光方向を９０度回転させ、オフ（暗表示）状態の画素は入射光の偏光方向を回転させない。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）を配置すると好ましいが、ここでは図示しないこととする。

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に入射し、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、偏光板１３は、必須ではなく、無くても構わない。

ここで偏光ビームスプリッタを射出して色合成素子１８に向かう各色光には、理想的なオン状態の各色光１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ以外にも、オフ状態の画素からの光のうち偏光ビームスプリッタ９、１４を介して色合成素子に入射した光（もれ光）なども含まれている。このような漏れ光には、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おり、何らかの光学素子、例えば偏光素子によって不要な偏光成分を除去することが望ましい。

偏光ビームスプリッタ１４を射出した１２ｇは、偏光板１６に到達し、不要な偏光成分を除去された後、色合成素子１８に入射する。ここで、偏光板１６は無くても構わない。

偏光ビームスプリッタ９を射出した１２ｒ、１２ｂは、波長選択性偏光板１７に到達する。波長選択性偏光板１７は、青色成分（第２波長領域の光）に対してのみ偏光板として機能し、赤色光（第１波長領域の光）に対しては影響を与えない。したがって１２ｂ（第２波長領域の光）のみ不要な偏光成分（Ｐ偏光、第１偏光方向の光）を除去されて、１２ｒは偏光成分を除去されないまま色合成素子１８に入射する。このような波長選択性偏光板は染料系分子材料を適切に選択することで作ることが可能であり、例えば特開２００３−２１５３３８などで開示されている。

この実施例１において色合成素子１８の色合成面１９に必要とされる特性を図２に示す。この図２においては、縦軸が透過率であり、上方ほど透過率が高く、下方ほど透過率が低く反射率が高いことを示しており、横軸は波長（左側が短波長、右側が長波長）を示している。また、簡単な説明図を図５（い）に示す。

この図５（い）を見れば、色合成素子１８は、短波長側から順に、Ｓ偏光（第２の偏光方向）の青色光を透過し、Ｓ偏光の緑色光を透過し、Ｐ偏光の赤色光を透過する特性を有していることが分かる。その他の領域、すなわちＰ偏光の青色光、緑色光に対する特性や、Ｓ偏光の赤色光に対する特性に関しては任意であっても構わないが、Ｓ偏光の赤色光に関しては、この光を反射する特性を有するように構成することが望ましい。このように構成することによって、色合成面１９は、赤色光に対しては偏光ビームスプリッタとして機能する。

このような色合成素子１８は誘電体多層膜によって実現することが可能である。その一例を図６に図示する。図６の構成によれば色合成素子は２つのプリズムを貼り合わせた構成となっており、その貼り合わせ面に接着剤層を介して多層膜Ａと多層膜Ｂを有する。勿論接着剤層は無くても構わない。例えば光コンタクト等で密着させても良いし、また、色合成面１９以外の部分で両者のプリズムを接着しても良いし、両者のプリズムを接着せずに一体的に保持するように構成しても良い。

多層膜ＲはＲ透過、Ｇ反射、Ｂ透過の所謂ダイクロイック膜である（ここで、Ｒは赤色波長領域の光のことであり、同じくＧは緑色波長領域の光、Ｂは青色は長領域の光のことである）。ただし、Ｓ偏光の赤色光に対する透過率に関しては任意の値で構わない（逆に、任意の透過率特性、ここでは、特に６２０ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域の光に対する透過率が２０％以上８５％以下となるように設計することにより、多層膜の設計を容易にしている）。

多層膜Ｇは、青色光に関してはＰ偏光、Ｓ偏光の両者を透過するが、赤色光に関しては所謂ＰＢＳの特性を有する、すなわちＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する特性を有している。緑色光に関しては、多層膜ＲでＰ偏光もＳ偏光も反射されてしまうため、緑色光は多層膜Ｇには至らない。そのため、多層膜Ｇの緑色光に対する特性は任意の特性であって構わない。ここでは、緑色光の略中心の波長、すなわち５５０ｎｍのＳ偏光方向の光に対する透過率が３０〜７０％となるように設計されている。

これらの２つの多層膜はここでは接着剤層を介して隣接しているが、接着剤層は光が干渉を起こさないオーダーの厚さであり、一方の膜が他方の膜特性に影響を与えることは実質的にない。この例では、２つの多層膜で構成された例であるが、膜の層数は増えるものの１つの多層膜で、この多層膜Ｒと多層膜Ｇの両者の機能を有する多層膜を構成することも可能である。

色合成素子１８に入射した１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは色合成面１９によってそれぞれ透過、反射、透過されて、光路が合成される。このとき赤色光１２ｒは先に述べた色合成面１９の特性により、不要な偏光（ここではＳ偏光成分）が除去される。このようにして、赤色光１２ｒ、緑色光１２ｇ、青色光１２ｂ共に、反射型パネルを出射し、２度（複数回）ずつ不要な光（不要な偏光方向を有する光）を除去されつつ色合成され、投影光学系２０によりスクリーン（図示せず）等の被投射面上に投射される。

（実施例２）
図３は本発明の第２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３を用いて本発明の第２の実施例を詳細に説明する。尚、特に詳細に述べない部分に関しては実施例１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原色の光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。勿論、この３原色の光はこの段階では空間的に分離されている訳ではないが、図３上では便宜上空間的に分離して記載している。

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を透過した赤色光４ｒ、青色光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。

波長選択性偏光回転素子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いる。従って、元々Ｓ偏光の赤色光、青色光は、波長選択性偏光回転素子７を透過した後、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中のオン状態（スクリーン上に光を投射する状態、明表示状態）の画素に入射したとき、赤色光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に入射する。Ｐ偏光の赤色光は偏光分離面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、青色光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。反射型液晶パネル１１ｂのオン状態の画素に入射したとき、青色光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に入射する。青色光はＳ偏光になっているため、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偏光の緑色光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。反射型液晶パネル１１ｇのオン状態の画素に入射した緑色光４ｇは、Ｐ偏光の緑色光１２ｇに変換（変調）されて、そのＰ偏光の緑色光１２ｇが偏光ビームスプリッタ１４に入射する。そのＰ偏光の緑色光は偏光分離面１５を透過して偏光ビームスプリッタ１４を射出する。

ここで偏光ビームスプリッタを射出して色合成素子１８に向かう各色光には、オン状態の画素に入射した理想的な偏光状態を有する各色光１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ以外にも、オフ状態の画素に入射した光、すなわち画像のコントラストを低下させる漏れ光成分も実際には含まれており、何らかの偏光素子によって不要な偏光成分を除去することが必要となる。

偏光ビームスプリッタ１４を射出した緑色光１２ｇは、偏光板１６に到達し、不要な偏光成分を除去された後、色合成素子１８に入射する。ここで、本実施例においては偏光板１６は緑色成分だけでなく赤色成分についても偏光板としての機能を有する通常の全帯域用偏光板とする。勿論、緑色と赤色領域に対してのみ偏光板として機能する波長選択性偏光板であっても構わない。

偏光ビームスプリッタ９を射出した１２ｒ、１２ｂは、波長選択性偏光板１７に到達する。波長選択性偏光板１３は、青色成分に対してのみ偏光板として機能し、赤色光に対しては影響を与えない。したがって１２ｂのみ不要な偏光成分を除去されて、１２ｒは不要な偏光成分を除去されないまま色合成素子１８に入射する。

本実施例において、色合成素子１８の色合成面１９の特性を図４に示す。また、簡単な
説明図を図５（ろ）に図示する。

この図５（ろ）を見れば分かるように、色合成素子１８の色合成面１９は、短波長側から順に、Ｓ偏光の青色光を透過し、Ｓ偏光の緑色光を透過し、Ｐ偏光の赤色光を透過する特性を有していることが分かる。その他の領域、すなわちＰ偏光の青色光、緑色光に対する特性や、Ｓ偏光の赤色光に対する特性に関しては任意であっても構わないが、Ｓ偏光の赤色光に関しては、この光を反射する特性を有するように構成することが望ましい。このように構成することによって、色合成面１９は、赤色光に対しては偏光ビームスプリッタとして機能する。詳細には、実施例１と同様である。

図４は、縦軸を透過特性（縦軸上方ほど透過率が高く、縦軸下方ほど透過率が低く反射率が高い）、横軸を波長（左側が短波長、右側が長波長）とする。図４によれば、青色光においてはＳ偏光もＰ偏光も透過特性を有し、緑色光はＳ偏光もＰ偏光も反射特性を有する。赤色光に対しては実施例１と同じくＰ偏光を透過しＳ偏光を反射する偏光ビームスプリッタとしての機能を有している。

色合成素子１８に入射した赤色光１２ｒ、緑色光１２ｇ、青色光１２ｂは色合成面１９によってそれぞれ透過、反射、透過され、それぞれの色光の光路が合成される（色合成される）。このとき、赤色光１２ｒは先に述べた色合成面１９の特性により、不要な偏光（ここではＳ偏光成分）が除去される。

光路が合成された３つの色光１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、位相板２１を通過し、投射レンズ２０によってスクリーン（図示せず）上に投射される。

ここで、この位相板２１は１／４波長板であり（略四分の一波長の位相差を与える）、色合成された光（それぞれの色光は直線偏光状態）を円偏光に変換する。そして、投射光学系内のレンズ面等の、本来透過する面で反射されて戻って来た戻り光に対してさらに１／４波長の位相差を与えるため、結果として投射光学系内で反射されて戻って来た光は、色合成された直後のそれぞれの色光の偏光状態に対して、偏光方向が９０度回転された状態で色合成素子１８に、投射光学系側から入射する。但し、緑色光１２ｇ、青色光１２ｂの戻り光は、色合成面１９は緑色光、青色光に対してはダイクロイックミラーとしての機能を有するため、各々の光路を戻って、偏光板１６、１７で吸収される。しかしながら、赤色光１２ｒの戻り光は、偏光方向が９０度回転されているため、色合成面１９によって反射され緑色光１２ｇの光路と同様の光路を戻り、偏光板１６に吸収される。この偏光板１６は前述したように、赤色光に対しても偏光板としての機能を有している。

このように、投射光学系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、パネルで再反射することはない。したがって、再反射してスクリーン上に戻ることも無いため、スクリーンに投射される画像の劣化を招くことはない。この実施例２においては、３色の色光のうち、第１色光（第２実施例では赤色光）と第２色光（第２実施例では青色光）を偏光ビームスプリッタで色合成し、その後、これらと第３色光（第２実施例では緑色光）とを色合成している。その際、最初に合成される第１色光と第２色光のうち一方の色光に対しては偏光ビームスプリッタとして機能し、他方の色光に対してはダイクロイックミラーとして機能（つまり偏光方向の違いによって反射したり、透過したりせず、同一の色光に対しては偏光方向によらず反射したり、透過したりする。勿論、偏光方向によって若干特性にずれが生じる場合はありえる。）するような色合成面１９を用いて、第１色光、第２色光に対して第３色光を色合成する。その際、この色合成面１９は、第３色光に対しては、実施例２においてはダイクロイックミラーとして機能しているが、偏光ビームスプリッタとして機能しても良く、その場合には、投射光学系からの第３色光の戻り光が再び投射光学系に戻らないようにするための対策として、波長選択性偏光板１６は、第３色光（第２実施例では緑色光）に対しても、偏光板として機能することが望ましい（但し、ここでは偏光板で無くても良く、第３色光、すなわち緑色光に対しては偏光方向によらずすべてを吸収するような構成であっても構わない。）。以上のような構成を考えると、色合成面は、１つ以上（１つ又は２つ）の波長領域の光（色光）に対しては偏光ビームスプリッタとして機能し、１つ以上（２つ又は１つ）の波長領域の光（色光）に対してはダイクロイックミラーとして機能している。

ここで、第１色光と第２色光とを合成する偏光ビームスプリッタと色合成面との間には、第１色光と第２色光のうち前述の色合成面がダイクロイックミラーとして機能する方の色光に対して偏光板（所定の偏光方向の光を透過させ、それと垂直な偏光方向の光を吸収又は反射する光学部材）として機能し、他方の色光に対しては偏光板として機能しないような波長選択性偏光板を配置する。

ここまで述べてきた実施例１、２において、透過、反射という言葉を用いて来たが、勿論入射光をすべて透過したり、すべて反射したりしなくても良く、少なくとも青色光（４２０〜５００ｎｍの波長領域の光、４４０〜４７０ｎｍとしても良い。）、緑色光（５００〜５７０ｎｍの波長領域の光、５２０〜５５０ｎｍとしても良い。）、赤色光（６００〜７００ｎｍの波長領域の光、６２０〜６５０ｎｍとしても良い。）それぞれを９０％以上、好ましくは９５％以上透過すれば、それは透過すると記載し、逆に９０％以上、好ましくは９５％以上反射すれば、それは透過すると記載している。

また、本実施例においては、緑色光を最初に分離し、次に赤色光と青色光を分離したがその限りではなく、最初に赤色光、又は青色光を分離しても構わない。それに従って、赤色用の反射型液晶パネル、青色用反射型液晶パネル及び緑色用反射型液晶パネルの位置を入れ換えても構わない。勿論、本実施例に記載した赤色用の反射型液晶パネルの位置と青色用反射型液晶パネルの位置のみを入れ換えて構成しても構わない。

また、本実施例における赤色用反射型パネルと青色用反射型液晶パネルそれぞれからの色光を合成し、その後青色光に対してのみ偏光板として機能する波長選択性偏光板１６を介して色合成素子に光を入射させているが、ここで波長選択性偏光板１６は、この波長選択性偏光板１６を通過する複数の色光のうち、波長が短い方の色光に対して偏光板として機能することが望ましく、実施例１、２共にそのように構成されている。また、本実施例において偏光板と記載したものは、所定の偏光方向の光を透過し、その偏光方向に直交する偏光方向の光を吸収する機能を有していることが望ましい。勿論、その偏光方向に直交する偏光方向の光を反射しても構わないが、戻り光対策という意味での偏光板の機能を考慮に入れると、その偏光方向に直交する偏光方向の光を吸収する機能を有している方が望ましい。

また、実施例１、２において、光源と反射型液晶表示素子との間に配置された光学系のことを照明光学系、反射型液晶表示素子からの光をスクリーン等の被投射面に投射する光学系を投射光学系としている。このようにすると、偏光ビームスプリッタや不図示の１／４位相版等は、照明光学系にも投射光学系にも含まれることになる。

また、上記の実施例は、矛盾の無い範囲で任意に組合わせることが可能である。また、上述の実施例における各色光の偏光状態に関しては、Ｓ偏光とＰ偏光とを入れ換えても構わない。

最後に、本願実施例をまとめると以下のように記載できる。

本実施例の色合成素子（波長選択性偏光ビームスプリッタ）は、第１波長領域の光に対しては、第１偏光方向の光を透過し、前記第１偏光と偏光方向が直交する第２偏光方向の光を反射し、前記第１波長領域と異なる第２波長領域の光に対しては、前記第１偏光方向の光及び前記第２偏光方向の光を共に透過又は反射する特性を有することを特徴としている。ここで、前記第１波長領域及び前記第２波長領域は、可視光領域内であることが望ましい。また、可視光領域内で、前記第１波長領域及び前記第２波長領域とも異なる第３波長領域の光に対して、前記第１偏光方向の光及び前記第２偏光方向の光を共に反射又は透過する特性を有することが望ましい。

また本実施例の画像表示装置は、上述の色合成素子を有することを特徴としている。

また、本実施例の画像表示装置は、色合成素子と投射光学系とを有する画像表示装置であって、前記色合成素子が、第１波長領域の光に対しては、第１偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１偏光と偏光方向が直交する第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１波長領域とは異なる第２波長領域の光に対しては、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機能を有していることを特徴としている。ここで、前記第１、２波長領域の光それぞれに対応する第１、第２の反射型液晶表示素子と、前記２つの反射型液晶表示素子各々から出射する２つの光束の光路を合成して前記色合成素子に導く偏光ビームスプリッタＡとを備えることが望ましい。ここで、前記第１、２波長領域と異なる第３波長領域の光に対応する第３反射型液晶表示素子を有し、前記色合成素子が、該第３反射型液晶表示素子からの光と前記第１、２反射型液晶表示素子からの光とを合成して前記投射光学系に導くことが望ましい。

また、前記第３反射型液晶表示素子と前記色合成素子との間に配置された偏光ビームスプリッタＢと、前記偏光ビームスプリッタＢと前記色合成素子との間に、前記第１、３波長領域内の特定の偏光方向の光を吸収する偏光板とを有することが望ましい。また、前記偏光ビームスプリッタＡと前記色合成素子との間に、前記第２波長領域内の前記第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２波長領域内の前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導き、第１波長領域内の前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導く波長選択性偏光板を備えることが望ましい。ここで、前記波長選択性偏光板は、前記第２波長領域内の前記第１偏光方向の光を吸収することが望ましい。

ここで、前記第１、２波長領域と異なる第３波長領域の光に対応する第３反射型液晶表示素子を有し、前記色合成素子が、前記第３波長領域の光に対して、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２偏光方向の光を前記投射光学系に導く特性を有しており、前記偏光ビームスプリッタＡと前記色合成素子との間に配置され、前記第２、３波長領域内の前記第１偏光方向の光を吸収し、前記第２、３波長領域内の前記第２偏光方向の光を透過し、前記第１波長領域内の前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光を共に透過する波長選択性偏光板を有することが望ましい。

ここで、前記色合成素子と前記投射光学系との間に配置された位相板を有することが望ましい。ここで、前記位相板が、４分の１位相差板であることが望ましい。

また、本実施例の画像表示装置は、互いに波長領域が異なる第１、２、３波長領域それぞれに対応する第１、２、３反射型液晶表示素子からの光を合成して投射する画像表示装置であって、光源からの光のうち前記第１、２波長領域の光を、前記第３波長領域の光に対して分離する分離素子と、前記分離素子で分離された前記第１、２波長領域の光のうち前記第１波長領域の光を前記第１反射型液晶表示素子に導き、前記第２波長領域の光を前記第２反射型液晶表示素子に導くと共に、前記第１、２反射型液晶表示素子からの反射光を検光する偏光ビームスプリッタＡと、前記分離素子で分離された前記第３波長領域の光のうち所望の偏光方向の光を前記第３反射型液晶表示素子に導くとともに、前記第３反射型液晶表示素子から反射する光を検光する偏光ビームスプリッタＢと、前記偏光ビームスプリッタＡからの前記第１、２波長領域の光と、前記偏光ビームスプリッタＢからの前記第３波長領域の光とを合成する色合成素子と、前記色合成素子で合成された前記第１、２、３波長領域の光を投射する投射光学系とを有しており、前記色合成素子が、前記第１波長領域の光に対しては、第１偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１偏光の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対して遮光し、前記第２波長領域の光に対しては、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機能を有していることを特徴としている。

本実施例のプロジェクター（内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ており、同時に投射レンズからの戻り光によって生じるゴースト光を排除し、コントラスト感の高い映像を提供することができる。

１１ｒ 反射型液晶パネル
１１ｂ 反射型液晶パネル
９ 第１偏光ビームスプリッタ
１７ 波長選択性偏光板
１８ 色合成素子
２０ 投射光学系

Claims (5)

1. 第１波長領域の光に対応する第１の反射型液晶表示素子と、
   前記第１波長領域と異なる第２波長領域の光に対応する第２の反射型液晶表示素子と、
   前記第１、第２波長領域と異なる第３波長領域の光に対応する第３の反射型液晶表示素子と、
   前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子からの光を投射面に投射する投射光学系と、
   前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子と前記投射光学系との間の光路に配置され、前記第１波長領域の光に対しては、第１偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１偏光方向の光と偏光方向が直交する第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波長領域の光に対しては、前記第１偏光方向の光、及び前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導き、前記第３波長領域の光に対しては、前記第１偏光方向の光、及び前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導く誘電体多層膜を有し、前記第１、第２、第３の反射型液晶表示素子からの光を合成する色合成素子と、
   前記第１、第２の反射型液晶表示素子各々から出射する光を合成して前記色合成素子に導く偏光ビームスプリッタＡと、
   前記第３の反射型液晶表示素子から出射する光を前記色合成素子に導く偏光ビームスプリッタＢを有し、
   前記偏光ビームスプリッタＡと前記色合成素子との間に配置され、前記第２波長領域の前記第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２波長領域の前記第２偏光方向の光を前記投射光学系に導き、前記第１波長領域の前記第１偏光方向の光と前記第２偏光方向の光を共に前記投射光学系に導く波長選択性偏光板を有することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記第１の反射型液晶表示素子により反射された前記第１波長領域の前記第１偏光方向の光は、前記偏光ビームスプリッタＡにより反射され、
   前記第２の反射型液晶表示素子により反射された前記第２波長領域の前記第２偏光方向の光は、前記偏光ビームスプリッタＡを透過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. 前記偏光ビームスプリッタＢと前記色合成素子との間に、前記第３波長領域の前記第１偏光方向の光または第２偏光方向の光のいずれかを吸収する偏光板を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記色合成素子と前記投射光学系との間に配置された位相板を有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. 前記位相板は４分の１位相差板であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。

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