JPH09236778A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投射型画像表示装置に用いられる偏向ビーム
スプリッタの改良に関する。 【解決手段】 反射ミラーを備えた光源からの入射光を
偏光ビームスプリッタで分割し反射型液晶装置に入射す
る。反射型液晶装置は入射した光を映像信号の画素信号
に応じて各画素部分ごとに入射光の偏光状態を変換し、
偏光を入射方向に出射した画像を拡大投写する投写レン
ズとを備えた投写型画像表示装置であり、偏光ビームス
プリッタに入射される入射角が光軸に対して（４８−
０．５）度〜（４８＋１）度に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００１】

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型画像表示装置に
用いられる偏向ビームスプリッタの改良に関する。

【０００３】

【０００２】

【０００４】

【従来の技術】テレビの大型化に伴い、従来の直視型の
画像表示装置よりも容易に大型化に対応できることによ
り投写型画像表示装置の需要が高まっている。特に１０
０インチ以上の画面を必要とする業務用分野では、その
需要の伸びが従来のイベント、監視用途だけでなくコン
ピュータと接続してプレゼンテーション用途などにおい
てもその需要は着実に拡大している。このため、画面の
大型化はもとより、高精細度の画質が要求されるに至
り、投写型画像表示装置に用いられる各光学系部材に対
するコントラスト等の特性改善、発熱への対応または光
学系の光路に対する改善等種々提案されている。

【０００５】

【０００３】光学系の光路に関するものとして、インテ
グレータ照明系と呼ばれる方法がある。これは光源から
の平行光線を照明対象、例えば液晶表示装置の表面に均
一に照射する方法であり、複数の矩形形状のレンズで構
成された第１のインテグレータに入射した光束は、第１
のインテグレータの各矩形レンズを介して第２のインテ
グレータ内の対応する矩形レンズの中心に光源の像を形
成する。そして、第２のインテグレータの像を照明対
象、即ち液晶表示装置上に重畳結像される。従って、照
明対象には第１のインテグレータの矩形レンズと相似な
矩形形状で照射されることになり、光源からの平行光線
を液晶表示装置に照射することができるというものであ
る。ここでインテグレータ照明系で構成した投写型画像
表示装置について図６を用いて説明する。尚、説明を簡
略するため、３原色の内、単色光の光学系だけで構成し
てある。

【０００６】

【０００４】図６に示すように、光源ランプ１は、メタ
ルハライドランプなど点に近い白色光源であり、放射さ
れた光はリフレクタ２で反射され、ほぼ平行光の光束で
出射される。リフレクタ２によって反射された光束は、
第１のインテグレータ３に入射し、反射ミラー４で反射
され、第２のインテグレータ５を経て偏光ビームスプリ
ッタ６に照射される。偏光ビームスプリッタ６に入射さ
れた光束は、偏光ビームスプリッタ６内部に設けられた
反射板７で入射光のうちＰ成分偏光（又はＳ成分偏光）
を透過し、Ｓ成分偏光（又はＰ成分偏光）を反射し、反
射型液晶装置８の表示面に照射される。反射型液晶装置
８に入射したＳ成分偏光は、ＲＧＢの各原色映像信号の
画素信号に応じて各画素部分毎に偏光面の回転した偏
光、つまりＲＧＢ入射光の偏光状態を変換した偏光を入
射方向に出射する。

【０００７】

【０００５】反射型液晶装置８から出射された光のう
ち、偏光状態が偏光されたＰ成分偏光（又はＳ成分偏
光）は、偏光ビームスプリッタ６の反射板７を透過し、
偏光されない光は、反射板７で反射され光源方向に放出
される。偏光ビームスプリッタ６の反射板７を透過した
Ｐ成分偏光は、投写レンズ９で拡大され、スクリーン１
０上に拡大投写される。

【０００８】ここで用いられる偏光ビームスプリッタ６
の内部には、ガラス部材で構成される反射板７が設けら
れ、反射型液晶装置８の入射面を垂直に結ぶ光軸上に投
写レンズ９を配置し、反射ミラー４によって反射された
白色光源の光束に対して９０度になるように、反射板７
が各光軸に対して４５度になるように設ける。

【０００９】

【０００６】即ち、この様な構成を取ることで、光源か
ら出射された光束は、偏光ビームスプリッタ６の反射板
７の反射面上に均一に照射されるので、偏光ビームスプ
リッタ６による分割作用と、反射型液晶装置８による偏
光作用によって、画素の或る部分は透過し、或る部分は
反射（遮断）することで画像を構成し、これを投写レン
ズで拡大投写してコントラストの良い大型画面の画像が
得られる。

【００１０】

【０００７】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、イン
テグレータ照明系を用いることで光源からの白色光が完
全な平行光とすることができれば、偏光ビームスプリッ
タの反射板を各光軸に対して４５度に設ければ、効率の
良い偏光ビームスプリッタとなる。しかし、実際は完全
な平行光を得ることが困難である。このため、反射板の
反射面上の場所によって、光源からの光束の入射角が異
なり、波長に対する分光特性や消光比（本来通過すべき
Ｓ（Ｐ）波成分の偏向が反射されたり、本来反射すべき
Ｐ（Ｓ）波成分の偏向が通過されてしまうこと）の劣化
要因となり、コントラスト低下や色むらが生じる。

【００１２】

【０００８】また、光学系の光路の問題以外に、光学機
器部材の熱の影響による屈折率等の特性劣化があり、こ
の特性劣化に対応した表面膜（例えば反射板の表面膜）
処理の改良が難しく大幅なコストアップにつながる。

【００１３】本発明は上述した課題に着目してなされた
もので、コントラスト低下や色むらの原因となる分光特
性や消光比を改善した偏光ビームスプリッタを提供する
と共に、熱による影響を抑え、且つ反射板の複屈折を改
善した偏向ビームスプリッタを用いた投射型画像表示装
置を提供することにある。

【００１４】

【０００９】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するため、請求項１の投射型画像表示装置は、発光
体に反射ミラーを備えてなる光源と、光源よりの光より
の入射光を少なくとも２方向に分割する偏光ビームスプ
リッタと、偏光ビームスプリッタにより分割された光が
入射され映像信号の画素信号に応じ各画素部分ごとに入
射光の偏光状態を変換した偏光を入射方向に出射する反
射型液晶装置と、反射型液晶装置より出射された画像を
拡大投写する投写レンズとを備えた投写型画像表示装置
であって、偏光ビームスプリッタは、その入射角が光軸
に対して（４８−０．５）度〜（４８＋１）度に設定さ
れていることを特徴とする。

【００１６】

【００１０】また、請求項２の投射型画像表示装置は、
発光体に反射ミラーを備えてなる光源と、光源よりの光
をＲＧＢ各色の色光に分光する分光手段と、分光手段よ
りのＲＧＢの各色光を少なくとも２方向に分割する偏光
ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタにより分割
されたＲＧＢの各色がそれぞれ入射されＲＧＢ各原色映
像信号の画素信号に応じて各画素部分ごとにＲＧＢ入射
光の偏光状態を変換した偏光を入射方向に出射する反射
型液晶装置と、それぞれの反射型液晶装置より出射され
たＲＧＢの各画像を合成する合成手段と、合成手段より
出射された画像を拡大投写する投写レンズとを備えた投
射型画像表示装置であって、偏光ビームスプリッタは、
その入射角度が光軸に対して（４８−０．５）度〜（４
８＋１）度に設定されていることを特徴とする。

【００１７】

【００１１】また、請求項３の投射型画像表示装置は、
請求項１および２に記載の投射型画像表示装置におい
て、偏光ビームスプリッタは、光学ケース内に液体を充
填させた液浸光学装置であって、液体を撹拌させる手段
を備え、撹拌手段により液体が光学ケース内で対流する
ようにした液浸光学装置を備えたことを特徴とする。

【００１８】

【００１２】また、請求項４の投射型画像表示装置は、
請求項３に記載の投射型画像表示装置において、偏光ビ
ームスプリッタは、該反射板が石英硝子とその表面に積
層された多層膜で構成されていることを特徴とする。

【００１９】

【００１３】また、請求項５の投射型画像表示装置は、
請求項３に記載の投射型画像表示装置において、偏光ビ
ームスプリッタは、光学ケース内に液体を充填させた液
浸光学装置であって、液体はグリセリンとエチレングリ
コールの混合液である液浸光学装置を備えたことを特徴
とする。

【００２０】

【００１４】

【００２１】

【作用】本発明は、反射ミラーを備えた光源からの入射
光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタにおいて、
光源からの入射光の入射角が光軸に対して（４８−０．
５）度〜（４８＋１）度になるように設定したことによ
り、可視光（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って分光特
性や消光比が改善される。

【００２２】

【００１５】

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の実施例による投射型画像表
示装置のブロック図である。図１を用いて本発明の実施
例を説明するに当たり、従来例と同一部分には同一の符
号を付してある。また、図１は、白色光源を赤、緑、青
の３原色に対応した光学系で構成しているので、各色光
に対応した光学系を明確にするため、図中赤色光を２点
鎖線で、緑色光を実線で、また青色光を点線で表示して
ある。

【００２４】図１において、光源ランプ１は、メタルハ
ライドランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなど点
に近い白色光源であり、放射された光はリフレクタ２で
反射され、ほぼ平行光の光束として出射される。この光
束は、複数の球面レンズがマトリックス状に配置された
レンズ板である第１のインテグレータ３を透過し、反射
ミラー４で反射され、第２のインテグレータ５を透過
し、分光手段としてのダイクロイックミラー１１ａに照
射される。

【００２５】

【００１６】このダイクロイックミラー１１ａは、３原
色のうち青色光（Ｂ）だけを透過して、緑色光（Ｇ）及
び赤色光（Ｒ）を反射する特性を有するので、ダイクロ
イックミラー１１ａで反射した緑色光及び赤色光は、新
たに設けられたダイクロイックミラー１１ｂに入射され
る。このダイクロイックミラー１１ｂは、赤色光を透過
し、緑色光を反射させる特性を有するので、ダイクロイ
ックミラー１１ｂを透過した赤色光は、赤色光用の偏光
ビームスプリッタ６ａに入射する。また、ダイクロイッ
クミラー１１ｂで反射した緑色光は、緑色光用の偏光ビ
ームスプリッタ６ｂに入射する。一方、ダイクロイック
ミラー１１ａを透過した青色光は、反射ミラー１２で反
射され、青色光用の偏光ビームスプリッタ６ｃに入射す
る。

【００２６】

【００１７】赤、緑、青の３原色は、各色光用に設けら
れた偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃによって反
射するＳ偏光成分と、透過するＰ偏光成分とに分離さ
れ、Ｓ偏光成分は反射型液晶装置８に入射する。反射型
液晶装置８は、液晶の複屈折性を利用するもので、各画
素に光を反射させる図示せぬ反射電極を有している。液
晶層に電圧が印加されると複屈折性を生じ、所定の偏光
方向の直線偏光が入射すると楕円偏光となる。Ｓ偏光成
分は反射型液晶装置８により、一部がＰ偏光成分に変換
されて再び各偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃに
入射する。反射光に含まれるＰ偏光成分は各偏光ビーム
スプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃを透過して合成手段として
のクロスプリズム１３に入射し、Ｓ偏光成分は反射して
光源１の方に進む。

【００２７】

【００１８】各偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃ
を透過したＰ偏光成分の３原色はクロスプリズム１３で
合成され、合成光となって投写レンズ９に入射する。こ
のようにして、反射型液晶装置８によって複屈折性の変
化として形成された光学像は投写レンズ９によりスクリ
ーン１０上に拡大投写される。

【００２８】では、ここで本発明に用いられる実施例に
用いられる各光学部材に対して個々に説明する。

【００２９】

【００１９】（１）偏光ビームスプリッタの入射角 本発明による実施例では、偏光ビームスプリッタの反射
板に入射する入射角を光軸に対し（４８−０．５）度〜
（４８＋１）度に設定している。

【００３０】図２及び図３は、偏光ビームスプリッタの
反射板に入射する光の入射角を光軸に対して、０°、＋
８°、−８°に変化させた場合の、Ｐ偏光透過率特性と
Ｓ偏光透過率率特性の関係を求め、グラフ化して表示し
たものである。図２は、従来例と同様に入射角を４５度
を中心に±８度変化させた時の事例であり、縦軸は割合
（％）を、横軸は波長（ｎｍ）で示している。また、図
３は入射角を４８度を中心に±８度変化させた時の事例
であり、縦軸は割合（％）を、横軸は波長（ｎｍ）で示
している。

【００３１】

【００２０】図２において、グラフの上部に分布する３
種の曲線は、反射板に対するＰ偏光の透過率特性を示し
ている。即ち、透過すべき光が透過するか否かを示し、
上部に位置するほど良く、曲線が平坦であるほど可視光
全体に渡り一定の透過率を有することを示している。ま
た、グラフの下部に分布する３種の曲線は、反射板に対
するＳ偏光透過率特性を示している。即ち、反射すべき
光が透過してしまう割合を示し、下部に位置するほど良
く、曲線が平坦であるほど、可視光全体に渡り一定の反
射率（Ｓ偏光）を有することを示している。また、３種
の曲線のうち、実線で示した曲線は設定した入射角（４
５度）に対して０度の時の特性であり、点線は−８度の
時の特性であり、２点鎖線は−８度の時の特性である。

【００３２】

【００２１】図２に示すように、波長の短い光に対して
は、Ｐ偏光透過率特性もＳ偏光透過率特性も全体的に特
性が悪く、特に設定した４５度に対して−８度の時、即
ち３７度で入射した光に対してはＰ偏光透過率特性に著
しい劣化が見られる。

【００３３】また、図３は、上述した２図と同様に構成
したグラフであり、図２のグラフと比較して、Ｐ偏光透
過率特性及びＳ偏光透過率特性が共に優れていることが
視認できる。

【００３４】上述したように、本発明による実施例で
は、実験により求められた結果から偏光ビームスプリッ
タの反射板に入射する光の入射角を光軸に対して（４８
−０．５）度〜（４８＋１）度に設定することにより、
可視光（４００〜７００ｎｍ）全域に渡り優れた透過率
特性及び反射率特性を得ることが可能である。

【００３５】

【００２２】（２）液浸偏光ビームスプリッタ また、本発明の実施例に用いられる偏光ビームスプリッ
タ６は、図４（ａ）に示すように液体２０が充填され、
液体２０を撹拌するためのプロペラ装置２１及び駆動装
置２２を有する液侵偏光ビームスプリッタである。投射
型画像表示装置を大画面化し、しかも高輝度のとするた
めには、光源からの強烈な光が、各光学機器を温めてし
まう。即ち、偏光ビームスプリッタ６やクロスプリズム
１３に用いられる反射板や光学ケ−スは、光学的或いは
熱的ストレスを受けやすく、コントラス低下や画像の色
均一性の劣化を招くことがある。図５は光学器機に充填
されている液体の種類とその屈折率を示した図である。
図５に示すように液体は昇温されると屈折率が次第に低
下していく特性を示している。

【００３６】

【００２３】即ち、光源の熱によって偏光ビ−ムスプリ
ッタ６やクロスプリズム１３内部の中央付近とガラス等
他の物質と接触している部分とでは温度上昇に時間的な
差が生じる。このため、偏光ビ−ムスプリッタ６やクロ
スプリズム１３が温められる過程で、充填されている液
体は、中央付近の液体が早く温められ、これに反してガ
ラス付近の温度はゆっくり温められるので、偏光ビ−ム
スプリッタ６やクロスプリズム１３の液体は温度むらが
発生する。この結果、温度むらに対応した屈折率の不均
一化が発生する。そこで、これを解決するために、偏光
ビ−ムスプリッタ６やクロスプリズム１３の内部に撹拌
用プロペラ装置２１を備え、内部の液体を撹拌するよう
にしてある。即ち、図４（ａ）に示すように、反射板７
は光学ケ−ス２３の内部側面部に液体の対流を可能とす
る間隙を設けた状態で固着されている。

【００３７】

【００２４】また、光学ケ−ス２３の一方の内部側面に
設けられた撹拌用プロペラ装置２１を取付けた状態で完
全に密閉された構造となり、駆動装置２２によって内部
に充填された液体を常に撹拌するようにしている。

【００３８】偏光ビ−ムスプリッタ６やクロスプリズム
１３の内部に充填する液体は、反射板の表面膜の物質に
よって大きく影響されるので、この影響を受けないよう
にするため、グリセリンとエチレングリコ−ルの混合液
からなる液体とし、且つ屈折率がｎ＝１．４５８５とな
る混合液を充填している。

【００３９】

【００２５】（３）反射板の蒸着膜 また、図２（ｂ）に示すように、反射板７は屈折率がｎ
＝１．４５８５の石英硝子を用い、反射板７の表面には
３０層以下（例えば２７層）の多層膜２４で構成する。
この多層膜２４は蒸着により形成された蒸着膜物質であ
り、屈折率は例えば、ｎ＝１．３８、１．４６、１．７
１、１．８０、１．９２、２．０２であり、その物質は
例えば、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）、ＳＩ０２（ｎ＝
１．４６）、（Ｍ２ ＯＭ６ ＭＪＭ１）（ｎ＝１．７
１）、（ＯＭ８ Ｙ２０３）（ｎ＝１．８０）、（ＥＵ
２０３ ＺＲ０２）（ｎ＝１．９２）、（ＯＡ５００
Ｔａ２０５ Ｈｆ０２）（ｎ＝２．０２）の６種類から
成り、この内任意の４種類の物質で構成している。

【００４０】

【００２６】尚、本発明の実施例を説明するに当たり、
偏光ビームスプリッタを２個とクロスプリズムによる投
射型画像表示装置として説明したが、光学系の光路の構
成に限定されるものではなく、特公平５−８２７９３号
公報や特願平７−４１３５８号に記載されている構成の
偏光ビームスプリッタに適用しても同様の効果が得られ
る。

【００４１】また、カラー用の投射型画像表示装置とし
て説明したが、白黒映像信号を表示しても同様の効果を
得ることができる。

【００４２】また、白色光源からの平行光を得る方法と
してインテグレータ照明系による方式を用いて説明した
が、インテグレータを用いない方法においても同様の効
果を得ることができる。

【００４３】

【００２７】

【００４４】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、偏光ビ
ームスプリッタの入射角度を（４８−０．５）度〜（４
８＋１）度に設定することで、実際の光が４８±８度の
入射角で入射された場合においても可視光全域（４００
〜７００ｎｍ）に対して満足する特性を得ることができ
る。また、偏光ビ−ムスプリッタ−に液体を充填する
と、その特性、性能は反射板の膜物質や硝材（液体）の
屈折率と膜面への入射角度によって決定するため、可視
光線全域において入射角度が膜特性によって強い影響を
受けるが、入射角度を（４８−０．５）度〜（４８＋
１）度に設定すると共に、液体の屈折率を低下させるこ
とにより入射角度の膜特性による影響を少なくすること
ができる。これは、膜物質の材料選択肢が大きくなるこ
とによる性能の向上につながり、従来では所望の性能を
得るために膜総数が４０〜５０層必要であったが、これ
を３０層以下（例えば２７層）に抑える事が可能とな
り、ローコスト化が図れる。また、液体を低屈折率化す
ることにより液体単体での分光特性を短波長域まで平坦
にする事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による投射型画像表示装置のブ
ロック図。

【図２】偏光ビームスプリッタの反射板に入射する光の
入射角を光軸に対して、４５±８°に変化させた場合
の、反射率特性と透過率特性の関係を示すグラフ。

【図３】偏光ビームスプリッタの反射板に入射する光の
入射角を光軸に対して、４８±８°に変化させた場合
の、反射率特性と透過率特性の関係を示すグラフ。

【図４】本発明の実施例による投射型画像表示装置に用
いられる液侵偏光ビームスプリッタの構造図。

【図５】液体の種類に対する温度と屈折率の関係を示す
図。

【図６】従来例における投射型画像表示装置のブロック
図。

【符号の説明】

１・・・光源ランプ ２・・・リフレクタ ３・・・第１のインテグレータ ４、１２・・・反射ミラー ５・・・第２のインテグレータ ６ａ、６ｂ、６ｃ・・・偏光ビームスプリッタ ７・・・反射板 ８ａ、８ｂ、８ｃ・・・反射型液晶装置 ９・・・投写レンズ １０・・スクリーン １１ａ、１１ｂ・・ダイクロイックミラー１１ １３・・クロスプリズム ２０・・液体 ２１・・プロペラ装置 ２２・・駆動装置 ２３・・光学ケ−ス

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年２月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型画像表示装置に
用いられる偏向ビームスプリッタの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビの大型化に伴い、従来の直視型の
画像表示装置よりも容易に大型化に対応できることによ
り投写型画像表示装置の需要が高まっている。特に１０
０インチ以上の画面を必要とする業務用分野では、その
需要の伸びが従来のイベント、監視用途だけでなくコン
ピュータと接続してプレゼンテーション用途などにおい
てもその需要は着実に拡大している。このため、画面の
大型化はもとより、高精細度の画質が要求されるに至
り、投写型画像表示装置に用いられる各光学系部材に対
するコントラスト等の特性改善、発熱への対応または光
学系の光路に対する改善等種々提案されている。

【０００３】光学系の光路に関するものとして、インテ
グレータ照明系と呼ばれる方法がある。これは光源から
の平行光線を照明対象、例えば液晶表示装置の表面に均
一に照射する方法であり、複数の矩形形状のレンズで構
成された第１のインテグレータに入射した光束は、第１
のインテグレータの各矩形レンズを介して第２のインテ
グレータ内の対応する矩形レンズの中心に光源の像を形
成する。そして、第２のインテグレータの像を照明対
象、即ち液晶表示装置上に重畳結像される。従って、照
明対象には第１のインテグレータの矩形レンズと相似な
矩形形状で照射されることになり、光源からの平行光線
を液晶表示装置に照射することができるというものであ
る。ここでインテグレータ照明系で構成した投写型画像
表示装置について図６を用いて説明する。尚、説明を簡
略するため、３原色の内、単色光の光学系だけで構成し
てある。

【０００４】図６に示すように、光源ランプ１は、メタ
ルハライドランプなど点に近い白色光源であり、放射さ
れた光はリフレクタ２で反射され、ほぼ平行光の光束で
出射される。リフレクタ２によって反射された光束は、
第１のインテグレータ３に入射し、反射ミラー４で反射
され、第２のインテグレータ５を経て偏光ビームスプリ
ッタ６に照射される。偏光ビームスプリッタ６に入射さ
れた光束は、偏光ビームスプリッタ６内部に設けられた
反射板７で入射光のうちＰ成分偏光（又はＳ成分偏光）
を透過し、Ｓ成分偏光（又はＰ成分偏光）を反射し、反
射型液晶装置８の表示面に照射される。反射型液晶装置
８に入射したＳ成分偏光は、ＲＧＢの各原色映像信号の
画素信号に応じて各画素部分毎に偏光面の回転した偏
光、つまりＲＧＢ入射光の偏光状態を変換した偏光を入
射方向に出射する。

【０００５】反射型液晶装置８から出射された光のう
ち、偏光状態が偏光されたＰ成分偏光（又はＳ成分偏
光）は、偏光ビームスプリッタ６の反射板７を透過し、
偏光されない光は、反射板７で反射され光源方向に放出
される。偏光ビームスプリッタ６の反射板７を透過した
Ｐ成分偏光は、投写レンズ９で拡大され、スクリーン１
０上に拡大投写される。ここで用いられる偏光ビームス
プリッタ６の内部には、ガラス部材で構成される反射板
７が設けられ、反射型液晶装置８の入射面を垂直に結ぶ
光軸上に投写レンズ９を配置し、反射ミラー４によって
反射された白色光源の光束に対して９０度になるよう
に、反射板７が各光軸に対して４５度になるように設け
る。

【０００６】即ち、この様な構成を取ることで、光源か
ら出射された光束は、偏光ビームスプリッタ６の反射板
７の反射面上に均一に照射されるので、偏光ビームスプ
リッタ６による分割作用と、反射型液晶装置８による偏
光作用によって、画素の或る部分は透過し、或る部分は
反射（遮断）することで画像を構成し、これを投写レン
ズで拡大投写してコントラストの良い大型画面の画像が
得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、イン
テグレータ照明系を用いることで光源からの白色光が完
全な平行光とすることができれば、偏光ビームスプリッ
タの反射板を各光軸に対して４５度に設ければ、効率の
良い偏光ビームスプリッタとなる。しかし、実際は完全
な平行光を得ることが困難である。このため、反射板の
反射面上の場所によって、光源からの光束の入射角が異
なり、波長に対する分光特性や消光比（本来通過すべき
Ｓ（Ｐ）波成分の偏向が反射されたり、本来反射すべき
Ｐ（Ｓ）波成分の偏向が通過されてしまうこと）の劣化
要因となり、コントラスト低下や色むらが生じる。

【０００８】また、光学系の光路の問題以外に、光学機
器部材の熱の影響による屈折率等の特性劣化があり、こ
の特性劣化に対応した表面膜（例えば反射板の表面膜）
処理の改良が難しく大幅なコストアップにつながる。本
発明は上述した課題に着目してなされたもので、コント
ラスト低下や色むらの原因となる分光特性や消光比を改
善した偏光ビームスプリッタを提供すると共に、熱によ
る影響を抑え、且つ反射板の複屈折を改善した偏向ビー
ムスプリッタを用いた投射型画像表示装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
解決するため、請求項１の投射型画像表示装置は、発光
体に反射ミラーを備えてなる光源と、光源よりの光より
の入射光を少なくとも２方向に分割する偏光ビームスプ
リッタと、偏光ビームスプリッタにより分割された光が
入射され映像信号の画素信号に応じ各画素部分ごとに入
射光の偏光状態を変換した偏光を入射方向に出射する反
射型液晶装置と、反射型液晶装置より出射された画像を
拡大投写する投写レンズとを備えた投写型画像表示装置
であって、偏光ビームスプリッタは、その入射角が光軸
に対して（４８−０．５）度〜（４８＋１）度に設定さ
れていることを特徴とする。

【００１０】また、請求項２の投射型画像表示装置は、
発光体に反射ミラーを備えてなる光源と、光源よりの光
をＲＧＢ各色の色光に分光する分光手段と、分光手段よ
りのＲＧＢの各色光を少なくとも２方向に分割する偏光
ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタにより分割
されたＲＧＢの各色がそれぞれ入射されＲＧＢ各原色映
像信号の画素信号に応じて各画素部分ごとにＲＧＢ入射
光の偏光状態を変換した偏光を入射方向に出射する反射
型液晶装置と、それぞれの反射型液晶装置より出射され
たＲＧＢの各画像を合成する合成手段と、合成手段より
出射された画像を拡大投写する投写レンズとを備えた投
射型画像表示装置であって、偏光ビームスプリッタは、
その入射角度が光軸に対して（４８−０．５）度〜（４
８＋１）度に設定されていることを特徴とする。

【００１１】また、請求項３の投射型画像表示装置は、
請求項１および２に記載の投射型画像表示装置におい
て、偏光ビームスプリッタは、光学ケース内に液体を充
填させた液浸光学装置であって、液体を撹拌させる手段
を備え、撹拌手段により液体が光学ケース内で対流する
ようにした液浸光学装置を備えたことを特徴とする。

【００１２】また、請求項４の投射型画像表示装置は、
請求項３に記載の投射型画像表示装置において、偏光ビ
ームスプリッタは、該反射板が石英硝子とその表面に積
層された多層膜で構成されていることを特徴とする。

【００１３】また、請求項５の投射型画像表示装置は、
請求項３に記載の投射型画像表示装置において、偏光ビ
ームスプリッタは、光学ケース内に液体を充填させた液
浸光学装置であって、液体はグリセリンとエチレングリ
コールの混合液である液浸光学装置を備えたことを特徴
とする。

【００１４】

【作用】本発明は、反射ミラーを備えた光源からの入射
光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタにおいて、
光源からの入射光の入射角が光軸に対して（４８−０．
５）度〜（４８＋１）度になるように設定したことによ
り、可視光（４００〜７００ｎｍ）全域に渡って分光特
性や消光比が改善される。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の実施例による投射型画像表
示装置のブロック図である。図１を用いて本発明の実施
例を説明するに当たり、従来例と同一部分には同一の符
号を付してある。また、図１は、白色光源を赤、緑、青
の３原色に対応した光学系で構成しているので、各色光
に対応した光学系を明確にするため、図中赤色光を２点
鎖線で、緑色光を実線で、また青色光を点線で表示して
ある。図１において、光源ランプ１は、メタルハライド
ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプなど点に近い
白色光源であり、放射された光はリフレクタ２で反射さ
れ、ほぼ平行光の光束として出射される。この光束は、
複数の球面レンズがマトリックス状に配置されたレンズ
板である第１のインテグレータ３を透過し、反射ミラー
４で反射され、第２のインテグレータ５を透過し、分光
手段としてのダイクロイックミラー１１ａに照射され
る。

【００１６】このダイクロイックミラー１１ａは、３原
色のうち青色光（Ｂ）だけを透過して、緑色光（Ｇ）及
び赤色光（Ｒ）を反射する特性を有するので、ダイクロ
イックミラー１１ａで反射した緑色光及び赤色光は、新
たに設けられたダイクロイックミラー１１ｂに入射され
る。このダイクロイックミラー１１ｂは、赤色光を透過
し、緑色光を反射させる特性を有するので、ダイクロイ
ックミラー１１ｂを透過した赤色光は、赤色光用の偏光
ビームスプリッタ６ａに入射する。また、ダイクロイッ
クミラー１１ｂで反射した緑色光は、緑色光用の偏光ビ
ームスプリッタ６ｂに入射する。一方、ダイクロイック
ミラー１１ａを透過した青色光は、反射ミラー１２で反
射され、青色光用の偏光ビームスプリッタ６ｃに入射す
る。

【００１７】赤、緑、青の３原色は、各色光用に設けら
れた偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃによって反
射するＳ偏光成分と、透過するＰ偏光成分とに分離さ
れ、Ｓ偏光成分は反射型液晶装置８に入射する。反射型
液晶装置８は、液晶の複屈折性を利用するもので、各画
素に光を反射させる図示せぬ反射電極を有している。液
晶層に電圧が印加されると複屈折性を生じ、所定の偏光
方向の直線偏光が入射すると楕円偏光となる。Ｓ偏光成
分は反射型液晶装置８により、一部がＰ偏光成分に変換
されて再び各偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃに
入射する。反射光に含まれるＰ偏光成分は各偏光ビーム
スプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃを透過して合成手段として
のクロスプリズム１３に入射し、Ｓ偏光成分は反射して
光源１の方に進む。

【００１８】各偏光ビームスプリッタ６ａ、６ｂ、６ｃ
を透過したＰ偏光成分の３原色はクロスプリズム１３で
合成され、合成光となって投写レンズ９に入射する。こ
のようにして、反射型液晶装置８によって複屈折性の変
化として形成された光学像は投写レンズ９によりスクリ
ーン１０上に拡大投写される。では、ここで本発明に用
いられる実施例に用いられる各光学部材に対して個々に
説明する。

【００１９】（１）偏光ビームスプリッタの入射角 本発明による実施例では、偏光ビームスプリッタの反射
板に入射する入射角を光軸に対し（４８−０．５）度〜
（４８＋１）度に設定している。図２及び図３は、偏光
ビームスプリッタの反射板に入射する光の入射角を光軸
に対して、０゜、＋８゜、−８゜に変化させた場合の、
Ｐ偏光透過率特性とＳ偏光透過率率特性の関係を求め、
グラフ化して表示したものである。図２は、従来例と同
様に入射角を４５度を中心に±８度変化させた時の事例
であり、縦軸は割合（％）を、横軸は波長（ｎｍ）で示
している。また、図３は入射角を４８度を中心に±８度
変化させた時の事例であり、縦軸は割合（％）を、横軸
は波長（ｎｍ）で示している。

【００２０】図２において、グラフの上部に分布する３
種の曲線は、反射板に対するＰ偏光の透過率特性を示し
ている。即ち、透過すべき光が透過するか否かを示し、
上部に位置するほど良く、曲線が平坦であるほど可視光
全体に渡り一定の透過率を有することを示している。ま
た、グラフの下部に分布する３種の曲線は、反射板に対
するＳ偏光透過率特性を示している。即ち、反射すべき
光が透過してしまう割合を示し、下部に位置するほど良
く、曲線が平坦であるほど、可視光全体に渡り一定の反
射率（Ｓ偏光）を有することを示している。また、３種
の曲線のうち、実線で示した曲線は設定した入射角（４
５度）に対して０度の時の特性であり、点線は−８度の
時の特性であり、２点鎖線は−８度の時の特性である。

【００２１】図２に示すように、波長の短い光に対して
は、Ｐ偏光透過率特性もＳ偏光透過率特性も全体的に特
性が悪く、特に設定した４５度に対して−８度の時、即
ち３７度で入射した光に対してはＰ偏光透過率特性に著
しい劣化が見られる。また、図３は、上述した２図と同
様に構成したグラフであり、図２のグラフと比較して、
Ｐ偏光透過率特性及びＳ偏光透過率特性が共に優れてい
ることが視認できる。上述したように、本発明による実
施例では、実験により求められた結果から偏光ビームス
プリッタの反射板に入射する光の入射角を光軸に対して
（４８−０．５）度〜（４８＋１）度に設定することに
より、可視光（４００〜７００ｎｍ）全域に渡り優れた
透過率特性及び反射率特性を得ることが可能である。

【００２２】（２）液浸偏光ビームスプリッタ また、本発明の実施例に用いられる偏光ビームスプリッ
タ６は、図４（ａ）に示すように液体２０が充填され、
液体２０を撹拌するためのプロペラ装置２１及び駆動装
置２２を有する液侵偏光ビームスプリッタである。投射
型画像表示装置を大画面化し、しかも高輝度のとするた
めには、光源からの強烈な光が、各光学機器を温めてし
まう。即ち、偏光ビームスプリッタ６やクロスプリズム
１３に用いられる反射板や光学ケースは、光学的或いは
熱的ストレスを受けやすく、コントラス低下や画像の色
均一性の劣化を招くことがある。図５は光学器機に充填
されている液体の種類とその屈折率を示した図である。
図５に示すように液体は昇温されると屈折率が次第に低
下していく特性を示している。

【００２３】即ち、光源の熱によって偏光ビームスプリ
ッタ６やクロスプリズム１３内部の中央付近とガラス等
他の物質と接触している部分とでは温度上昇に時間的な
差が生じる。このため、偏光ビームスプリッタ６やクロ
スプリズム１３が温められる過程で、充填されている液
体は、中央付近の液体が早く温められ、これに反してガ
ラス付近の温度はゆっくり温められるので、偏光ビーム
スプリッタ６やクロスプリズム１３の液体は温度むらが
発生する。この結果、温度むらに対応した屈折率の不均
一化が発生する。そこで、これを解決するために、偏光
ビームスプリッタ６やクロスプリズム１３の内部に撹拌
用プロペラ装置２１を備え、内部の液体を撹拌するよう
にしてある。即ち、図４（ａ）に示すように、反射板７
は光学ケース２３の内部側面部に液体の対流を可能とす
る間隙を設けた状態で固着されている。

【００２４】また、光学ケース２３の一方の内部側面に
設けられた撹拌用プロペラ装置２１を取付けた状態で完
全に密閉された構造となり、駆動装置２２によって内部
に充填された液体を常に撹拌するようにしている。偏光
ビームスプリッタ６やクロスプリズム１３の内部に充填
する液体は、反射板の表面膜の物質によって大きく影響
されるので、この影響を受けないようにするため、グリ
セリンとエチレングリコールの混合液からなる液体と
し、且つ屈折率がｎ＝１．４５８５となる混合液を充填
している。

【００２５】（３）反射板の蒸着膜 また、図２（ｂ）に示すように、反射板７は屈折率がｎ
＝１．４５８５の石英硝子を用い、反射板７の表面には
３０層以下（例えば２７層）の多層膜２４で構成する。
この多層膜２４は蒸着により形成された蒸着膜物質であ
り、屈折率は例えば、ｎ＝１．３８、１．４６、１．７
１、１．８０、１．９２、２．０２であり、その物質は
例えば、ＭｇＦ２（ｎ＝１．３８）、ＳＩ０２（ｎ＝
１．４６）、（Ｍ２ ＯＭ６ ＭＪＭ１）（ｎ＝１．７
１）、（ＯＭ８ Ｙ２０３）（ｎ＝１．８０）、（ＥＵ
２０３ ＺＲ０２）（ｎ＝１．９２）、（ＯＡ５００
Ｔａ２０５ Ｈｆ０２）（ｎ＝２．０２）の６種類から
成り、この内任意の４種類の物質で構成している。

【００２６】尚、本発明の実施例を説明するに当たり、
偏光ビームスプリッタを２個とクロスプリズムによる投
射型画像表示装置として説明したが、光学系の光路の構
成に限定されるものではなく、特公平５−８２７９３号
公報や特願平７−４１３５８号に記載されている構成の
偏光ビームスプリッタに適用しても同様の効果が得られ
る。また、カラー用の投射型画像表示装置として説明し
たが、白黒映像信号を表示しても同様の効果を得ること
ができる。また、白色光源からの平行光を得る方法とし
てインテグレータ照明系による方式を用いて説明した
が、インテグレータを用いない方法においても同様の効
果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、偏光ビ
ームスプリッタの入射角度を（４８−０．５）度〜（４
８＋１）度に設定することで、実際の光が４８±８度の
入射角で入射された場合においても可視光全域（４００
〜７００ｎｍ）に対して満足する特性を得ることができ
る。また、偏光ビームスプリッターに液体を充填する
と、その特性、性能は反射板の膜物質や硝材（液体）の
屈折率と膜面への入射角度によって決定するため、可視
光線全域において入射角度が膜特性によって強い影響を
受けるが、入射角度を（４８−０．５）度〜（４８＋
１）度に設定すると共に、液体の屈折率を低下させるこ
とにより入射角度の膜特性による影響を少なくすること
ができる。これは、膜物質の材料選択肢が大きくなるこ
とによる性能の向上につながり、従来では所望の性能を
得るために膜総数が４０〜５０層必要であったが、これ
を３０層以下（例えば２７層）に抑える事が可能とな
り、ローコスト化が図れる。また、液体を低屈折率化す
ることにより液体単体での分光特性を短波長域まで平坦
にする事ができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光体に反射ミラーを備えてなる光源
   と、 前記光源よりの光よりの入射光を少なくとも２方向に分
   割する偏光ビームスプリッタと、 前記偏光ビームスプリッタにより分割された光が入射さ
   れ映像信号の画素信号に応じて各画素部分ごとに入射光
   の偏光状態を変換した偏光を入射方向に出射する反射型
   液晶装置と、 前記反射型液晶装置より出射された画像を拡大投写する
   投写レンズとを備えた投写型画像表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタは、その入射角が光軸に対し
   て（４８−０．５）度〜（４８＋１）度に設定されてい
   ることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 発光体に反射ミラーを備えてなる光源
   と、 前記光源よりの光をＲＧＢ各色の色光に分光する分光手
   段と、 前記分光手段よりのＲＧＢの各色光を少なくとも２方向
   に分割する偏光ビームスプリッタと、 前記偏光ビームスプリッタにより分割されたＲＧＢの各
   色がそれぞれ入射されＲＧＢ各原色映像信号の画素信号
   に応じて各画素部分ごとにＲＧＢ入射光の偏光状態を変
   換した偏光を入射方向に出射する反射型液晶装置と、 前記それぞれの反射型液晶装置より出射されたＲＧＢの
   各画像を合成する合成手段と、 前記合成手段より出射された画像を拡大投写する投写レ
   ンズとを備えた投射型画像表示装置であって、 前記偏光ビームスプリッタは、その入射角度が光軸に対
   して（４８−０．５）〜度（４８＋１）度に設定されて
   いることを特徴とする投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記偏光ビームスプリッタは、光学ケー
   ス内に液体を充填させた液浸光学装置であって、 前記液体を撹拌させる手段を備え、前記撹拌手段により
   前記液体が光学ケース内で対流するようにした液浸光学
   装置を備えたことを特徴とする請求項１および２に記載
   の投射型画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記偏光ビームスプリッタは、該反射板
   が石英硝子とその表面に積層された多層膜で構成されて
   いることを特徴とする請求項３に記載の投射型画像表示
   装置。
5. 【請求項５】 前記偏光ビームスプリッタは、光学ケー
   ス内に液体を充填させた液浸光学装置であって、 前記液体はグリセリンとエチレングリコールの混合液で
   ある液浸光学装置を備えたことを特徴とする請求項３に
   記載の投射型画像表示装置。