JPH11249076A

JPH11249076A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JPH11249076A
Application number: JP10335250A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Numazaki; 潔沼崎; Yuji Mabe; 雄二間辺; Mikio Okamoto; 幹夫岡本
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】投射像がひずむ。投射像に非点収差がある。【解決手段】光源１光をＰＢＳ３に透過させてＰ偏光と
なしＰ偏光を色分解・色合成光学系４によって３色光に
し、これらでそれぞれの液晶ライトバルブ５Ｂ５Ｇ５Ｒ
を照明し、該バルブによってＰ偏光をそれぞれ画像情報
に従いＳ偏光に変調し、変調光を未変調Ｐ偏光と共に再
び光学系４に入射させて合成光を作り、合成光をＰＢＳ
３に入射させ、そこで反射された光を検光光として出射
させ、検光光を投射光学系１３によって投射するフルカ
ラー投射型表示装置において、ＰＢＳ３は、第１プリズ
ム、その上に形成された偏光分離膜、接着剤層及び第２
プリズムの順に構成され、合成光は第１プリズムへ入射
し、検光光は（課題の原因となる）接着剤層を透過せず
に第１プリズムから出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型ライトバル
ブ上に形成される画像をスクリーン上に投射するフルカ
ラー投射型表示装置及びそれに使用される偏光ビームス
プリッタに関するものである。ここでライトバルブと
は、液晶表示装置その他の表示装置のことである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、反射型ライトバルブを使用し
たフルカラー投射型表示装置として、特開昭６３−３９
２９４号公報に記載された装置が知られている。図３
に、この従来の投射型表示装置の構成図を示し、本図を
参照して、この投射型表示装置について説明する。

【０００３】すなわち、図３において、符号２１１は色
分解・合成光学系であり、当該色分解・合成光学系（フ
ィリップス型プリズム）２１１は本図に示すように配置
された第１プリズム２１１Ａ、第２プリズム２１１Ｂ及
び第３プリズム２１１Ｃを備えている。その第１プリズ
ム２１１Ａの面２１１ｅには、青色光を反射し、それよ
り長波長域の光を透過させるダイクロイック膜が蒸着等
の方法によって形成されている。また、その第１プリズ
ム２１１Ａと第２プリズム２１１Ｂとの間には空隙が形
成されている。さらに、第２プリズム２１１Ｂと第３プ
リズム２１１Ｃとの間の面２１１ｆには、赤色光を反射
し緑色光を透過させるダイクロイック膜が同様に形成さ
れている。

【０００４】したがって、面２１１ａから白色光が入射
すると、面２１１ｅにて青色光は反射され、この反射さ
れた青色光は進行して射出面２１１ｂに向かう。また、
面２１１ｅを透過した光のうちの緑色光は、面２１１ｆ
を透過し、射出面２１１ｄに向かう。さらに、面２１１
ｆにて反射された赤色光は射出面２１１ｃに向かう。ま
た、本図において、符号２１２、２１３、２１４は、透
過型ライトバルブの裏面にそれぞれ誘電体による反射層
２１５、２１６、２１７がそれぞれ形成された構成とな
っており、反射型ライトバルブとして構成されている。

【０００５】さらに、本図において、符号２２１は偏光
ビームスプリッタであり、色分解・合成光学系２１１の
設定光軸Ｏ上に配置されている。符号２２２はコリメー
ションレンズであり、このコリメーションレンズ２２２
のほぼ焦点位置にはハロゲンランブ等の白色光源２２３
が配置されている。以上の構成を有している従来の投射
型表示装置では、白色光源２２３を発した光束はコリメ
ーションレンズ２２２へ入射して平行光束となり、偏光
ビームスプリッタ２２１の偏光分離膜によって反射され
たＳ偏光が色分解光学系２１１に入射する。因みに偏光
ビームスプリッタは、特開昭６３−３９２９４号公報に
は開示されていないが、一般に第１プリズム、偏光分離
膜、接着剤層及び第２プリズムの順に構成されている。

【０００６】この色分解・合成光学系２１１に入射した
直線偏光光（Ｓ偏光）は、各色光に色分解されて各色光
用ライトバルブ２１２、２１３、２１４にそれぞれ入射
し、各色光の画像信号によって空間変調される。このと
きＳ偏光は偏光方向を９０度変換されてＰ偏光となり反
射される。反射光は、光路を逆行して色分解・合成光学
系２１１に入射し、当該光学系２１１は今度は色合成光
学系として作用し、当該光学系２１１にて合成された合
成光は、前記面２１１ａから出射し、前記ライトバルブ
２１２、２１３、２１４にて変換された成分（Ｐ偏光）
が未変調のＳ偏光と共に偏光ビームスプリッタ２２１に
入射する。そこにおいて、Ｐ偏光／Ｓ偏光は偏光分離膜
によって検光され、検光光（つまりＰ偏光）だけが、偏
光分離膜を透過する。透過したＰ偏光は、投射レンズ２
２４にてスクリーン２２５上に投射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の投射型表示装置
は、（１）投射像がひずむ、（２）投射像に非点収差が
あるという問題があることが判明した。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意研究
の結果、上記問題点の原因が偏光ビームスプリッタにあ
ることを見いだした。偏光ビームスプリッタは、図５に
示すように、第１プリズム、第１プリズム上に形成され
た偏光分離膜、接着剤層及び第２プリズムの順に構成さ
れている。このとき、製造の都合で、どうしても、接着
剤層が厚さムラを持つ。また、しばしば、偏光分離膜の
厚さムラから、第１プリズムと第２プリズムとの隙間が
平行ではなく楔状になる。このような接着剤層の厚さム
ラや楔状の隙間を合成光が透過すると、合成光は画像情
報を持つため、上記問題点が発生することが判った。

【０００９】そこで、更に研究を進めた結果、本発明者
らは、合成光が隙間や接着剤層を透過しなければ良いこ
と、そうするには、合成光を第１プリズムに入射させ、
第１プリズム上に形成された偏光分離膜で反射させて検
光光（Ｓ偏光）を得ればよいことを着想し、本発明を成
すに至った。そうすれば、検光光は、隙間や接着剤層を
透過せずに、第１プリズムから出射し、投影光学系に向
かうことができる。

【００１０】よって、本発明は、第一に、「白色光源
１、偏光ビームスプリッタ３、色分解・色合成光学系
４、青光用、緑光用及び赤光用反射型ライトバルブ５
Ｂ、５Ｇ、５Ｒ並びに投射光学系１３を備え、前記光源
１からの白色光を前記偏光ビームスプリッタ３に入射さ
せ、そこを透過させることによりＰ偏光を作り、当該
Ｐ偏光を前記色分解・色合成光学系４によって、青光、
緑光及び赤光を作り、これらの光でそれぞれ相応する前
記ライトバルブ５Ｂ、５Ｇ、５Ｒを照明し、前記ライト
バルブによって前記Ｐ偏光をそれぞれ画像情報に従いＳ
偏光に変調し、これらの変調された変調光を未変調のＰ
偏光と共に再び前記色分解・色合成光学系４に入射させ
て合成光を作り、次いで、この合成光を再び前記偏光ビ
ームスプリッタ３に入射させ、そこで反射された反射光
を検光光として出射させ、当該検光光を前記投射光学系
１３によって投射するフルカラー投射型表示装置におい
て、前記偏光ビームスプリッタ３は、第１プリズム３
ａ、第１プリズム３ａ上に形成された前記偏光分離膜３
ｅ、接着剤層及び第２プリズム３ｂの順に構成され、前
記合成光は前記第１プリズム３ａへ入射し、前記検光光
は前記接着剤層を透過することなく前記第１プリズム３
ａから出射する構成であることを特徴とするフルカラー
投射型表示装置」を提供する（請求項１）。

【００１１】また、本発明は、「第１プリズム３ａ、第
１プリズム３ａ上に形成された偏光分離膜３ｅ、接着剤
層及び第２プリズム３ｂの順に構成された偏光ビームス
プリッタであって、合成光が前記第１プリズム３ａへ入
射したとき、当該合成光は前記偏光分離膜３ｅで反射さ
れて検光光となり、当該検光光は前記接着剤層を透過す
ることなく前記第１プリズム３ａから出射することを特
徴とする偏光ビームスプリッタ」を提供する（請求項
２）。

【００１２】更に、本発明は、「合成光を請求項２記載
の偏光ビームスプリッタ３に入射させ、当該偏光ビーム
スプリッタの偏光分離膜３ｅで反射させて検光光を得、
当該検光光を前記接着剤層を透過させることなく前記第
１プリズム３ａから出射させ、その後、投射光学系１３
によって投射することを特徴とする投射方法」を提供す
る（請求項３）。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に示す構成図は、本発明の一
実施例に係る投射型表示装置を示している。すなわち、
楕円鏡からなる凹面鏡とランプとから構成される白色光
源１から白色光が射出する。この白色光はレンズ１１及
び１２から構成される整形光学系によって略平行光束に
変換され、さらに両レンズ１１、１２間に配置された折
曲げミラー２によって光軸の方向を直角に変える構成と
なっている。

【００１４】そして、前記整形光学系による略平行光束
（白色光）は、「偏光分離光学系及び検光光学系」とし
ての偏光ビームスプリッタ３に入射し、そのまま透過し
て進行するＰ偏光と当該偏光ビームスプリッタ３の偏光
分離膜３ｅによって反射されて廃棄されるＳ偏光とに偏
光分離される。この偏光ビームスプリッタ３を透過した
Ｐ偏光は、「色分解光学系及び合成光学系」としてのフ
ィリップス型プリズム４を構成するプリズム群に入射す
る。

【００１５】ここでは、第１プリズム４Ａに入射面４ａ
から入射した光は、そのまま進行して、面４ｃに設けら
れたＢ光反射ダイクロイック膜によって反射されるＢ光
（青色光）と、当該膜を透過して第１プリズム４Ａの面
４ｃから出射するＧ光（緑色光）、Ｒ光（赤色光）の混
合光とに色分解される。面４ｃに設けられたＢ光反射ダ
イクロイック膜によって反射されたＢ光は、進行して第
１プリズム４Ａの面４ａにて全反射作用を受けて進行
し、出射面４ｂから出射し、出射面４ｂ近傍に配置した
Ｂ光用の反射型ライトバルブ５Ｂに入射する。

【００１６】前記第１プリズム４Ａの面４ｃから射出さ
れたＧ、Ｒ混合光は、当該第１プリズム４Ａの面４ａと
空隙を介して、面４ｄを有する第２プリズム４Ｂに入射
し、そのまま進行する。この第２プリズム４Ｂと第３プ
リズム４Ｃとの間の面４ｅにはＧ光反射ダイクロイック
膜があり、当該膜によって反射されるＧ光と透過して進
行するＲ光とに色分解される。

【００１７】このダイクロイック膜４ｅにて反射された
Ｇ光は、第２プリズム４Ｂを進行して、前記空隙を構成
している面４ｄにて全反射される。その後、Ｇ光は、出
射面４ｆから出射し、当該出射面４ｆ近傍に配置された
Ｇ光用反射型ライトバルブ５Ｇに入射する。また、前記
のように第２プリズム４Ｂと第３プリズム４Ｃの間の面
４ｅに設けたＧ光反射ダイクロイック膜を透過したＲ光
は、第３プリズム４Ｃに入射する。そして、Ｒ光は、４
Ｃを進行し、出射面４ｇから出射する。出射したＲ光
は、当該射出面４ｇ近傍に配置されたＲ光用反射型ライ
トバルブ５Ｒに入射する。

【００１８】ここで、反射型ライトバルブ５Ｂ、５Ｇ、
５Ｒについて説明する。反射型ライトバルブとしては、
光書き込み式反射型ライトバルブと電気書き込み式反射
型ライトバルブが知られているが、本実施の形態におい
ては電気書き込み式を使用した。当該ライトバルブは、
所有する各画素ごとに各画素入射面側に配置された液晶
層の液晶分子の配列を、液晶層間に電圧を当該画素毎に
配置したＴＦＴ等のスイッチング素子を各色信号（画像
情報）に応じてスイッチングすることにより選択印加さ
せることにより変化させ、変調素子として使用するもの
である。

【００１９】このことより、選択した画素に入射した入
射光は、液晶変調層を経由して反射層によって反射さ
れ、再度変調層を経由して出射する。これにより入射し
た偏光（Ｐ偏光）は、振動方向が９０度異なる偏光（Ｓ
偏光）に変換され、Ｓ偏光が射出する。一方、スイッチ
ング選択されない画素部分に入射した液晶層部に入射し
た偏光（Ｐ偏光）は、液晶分子の捻れ構造に従って旋光
し、反射層に反射されて前記液晶分子を逆行して進行
し、入射光と同じ偏光（Ｐ偏光）のまま、射出する。

【００２０】かくして、変調された画素部分に対応する
箇所の出射光（Ｓ偏光）と、変調されなかった画素部分
に対応する箇所の出射光（Ｐ偏光）とが、混ざって、ラ
イトバルブから出射する。各色光ライトバルブからの出
射光は、前述の説明とそれぞれ逆方向に進行し、プリズ
ム群４に入射し、そこで合成されてフルカラーの合成光
になる。プリズム群４は、色分解光学系として機能する
と同時に色合成光学系として機能し、色分解・色合成光
学系と呼ばれる。

【００２１】合成光は、第１プリズム４Ａの面４ａから
出射する。出射した合成光は、再び偏光ビームスプリッ
タ３に入射し、当該偏光ビームスプリッタ３の偏光分離
膜３ｅによって反射される変調光（Ｓ偏光）と、３ｅを
透過して廃棄される非変調光（Ｐ偏光）とに分離され
る。反射された変調光（Ｓ偏光）は、検光光として、偏
光ビームスプリッタ３を出射する。

【００２２】出射した検光光（Ｓ偏光）は、投射レンズ
１３に入射し、同レンズによって、スクリーン６上に投
射される。その結果、スクリーン６上には、フルカラー
の投射像が映しだされる。次に、本発明の実施の形態に
係る投射型表示装置に採用したダイクロイック膜につい
て、従来例のそれと比較して検討する。

【００２３】本実施の形態において、面４ｃに設けたＢ
光反射ダイクロイック膜は、従来例におけるＢ光反射ダ
イクロイック膜と同じであるので、比較しない。ところ
が、本実施の形態において、面４ｅに設けられたＧ光反
射ダイクロイック膜は、Ｇ光波長領域を反射しＲ光波長
域を透過させる必要がある。波長はＢ→Ｇ→Ｒと長くな
る。この波長をどの境界で切って、その境界より短い
（又は長い）波長を反射させ、その境界より長い（又は
短い）波長を透過させるか、これがダイクロイック膜の
特性を設計するときの第１要求となる。ここでは、この
ダイクロイック膜に入射する光が既にＢ光波長領域の光
を含まないので、Ｂ光及びＧ光波長領域を反射し、Ｒ光
波長域を透過させる特性のものを使用する。

【００２４】他方、従来例における面２１１ｆに配置さ
れたＲ光反射ダイクロイック膜は、Ｒ光波長領域を反射
しＧ光波長域を透過させる必要がある。この時、この膜
に入射する光が既にＢ光波長領域の光を含まない。そこ
で、Ｒ光反射ダイクロイック膜は、Ｒ光波長領域を反射
し、Ｂ光及びＧ光波長領域を透過させる特性のものを使
用する必要がある。

【００２５】図２に、本実施の形態に係るＧ光反射ダイ
クロイック膜の特性を、図４に、従来例に係るＲ光反射
ダイクロイック膜の特性を示す。なお、本発明の実施の
形態に係るダイクロイック膜の膜構成は、ガラス基板／（Ｈ／２・Ｌ・Ｈ／２）n の構成を有しており、ＨとＬは、それぞれ高屈折率膜
（ＴｉＯ２：屈折率ｎ＝２．２０）と低屈折率膜（Ｓｉ
Ｏ２：屈折率ｎ＝１．４７）のλ／４膜を示している。

【００２６】本実施の形態では、ｎとして１０の値を、
ガラス基板として屈折率１．５７のＢＡＣ４ガラスを使
用したときの特性とした。このときの高屈折率膜の総厚
は５７５ｎｍ、低屈折率膜の総厚は８７４ｎｍ、合計総
厚は１４４９ｎｍとなる。従来例のダイクロイック膜も
上記構成の膜であって、ｎとして１０を採用し、同ガラ
ス基板を採用した時の特性を示している。このダイクロ
イック膜の高屈折率の膜厚は７７１ｎｍ、低屈折率の膜
厚は１１７１ｎｍ、合計膜厚は１９４２ｎｍとなる。

【００２７】この両特性から理解できるように、従来例
に係るＲ光反射ダイクロイック膜においては、図４に示
すように、Ｇ光波長領域において透過特性の劣化を示す
リップルが存在する。このリップルは、一部が反射され
ることを意味し、その反射されたＧ光部分がＲ光と混合
してＲ光用ライトバルブ２１３ヘ入射する。これによ
り、投射像の色バランスが劣化する。

【００２８】一方、本実施の形態に係るＧ光反射ダイク
ロイック膜においては、図２に示すように、Ｒ光波長領
域における透過特性のリップルは大きく存在せず、Ｇ光
用ライトバルブ５ＧにＲ光が混合されることもなく、良
好な色バランスを持つ投射像を投射させることができ
る。なお、従来例のダイクロイック膜において、Ｇ光波
長領域に存在するリップルを除去することは可能である
が、そのためにはダイクロイック膜を構成する高屈折率
ならびに低屈折率膜の膜数を多くする必要があり、コス
トアップにつながることになる。

【００２９】偏光ビームスプリッタ３は、本実施の形態
においては、光源光から所定の偏光を分離する偏光子
と、変調された所定の偏光のみを取り出す検光子を兼ね
て使用される。本実施の形態においては、光源光を当該
偏光ビームスプリッタ３に入射させ、そこ（３）を透過
するＰ偏光を各色用ライトバルブ５Ｂ、５Ｇ、５Ｒに照
明光として入射させ、そこ（３）を反射するＳ偏光は廃
棄する構成を採用した。

【００３０】本実施の形態では、各色光用ライトバルブ
５Ｂ、５Ｇ、５Ｒからの変調光は、Ｓ偏光である。但
し、未変調のＰ偏光を含んでいる。このＳ偏光とＰ偏光
との混合状態は、合成光となった後も変わらない。従っ
て、偏光ビームスプリッタ３の偏光分離膜３ｅにて反射
されるＳ偏光が、投射光として投射レンズ１３系に導か
れることとなる。未変調のＰ偏光は、偏光分離膜３ｅを
透過し廃棄される。

【００３１】偏光ビームスプリッタ３は、色合成光の入
射面側から直角三角柱形状のガラスプリズム３ａ、当該
プリズム３ａの斜面に直接形成された誘電体多層膜から
構成された偏光分離膜３ｅ、接着剤層、前記と同形状の
ガラスプリズム３ｂとから構成されている。従って、本
実施の形態においては、合成光は、一方のガラスプリズ
ム３ａに入射し、その中を進行する。合成光は、変調さ
れたＳ偏光と未変調のＰ偏光を含んおり、このうち、Ｓ
偏光が偏光分離膜３ｅによって反射される。他方、Ｐ偏
光は膜３ｅを透過する。これを称して、Ｓ偏光が検光さ
れると言う。検光光はＳ偏光である。このような構成と
なっているために、検光光は接着剤層を経由する構成と
なっていない。このために、この接着剤層の膜厚ムラ等
のの影響を全く受けることなく、投射レンズ１３に検光
光を導き入れることができる。

【００３２】従来例においては、各色ライトバルブ２１
２、２１３、２１４を射出した変調光（Ｐ偏光）を、偏
光ビームスプリッタ２２１を透過させることにより、検
光する。そのため、検光光は、偏光ビームスプリッタ２
２１の接着剤層を経由する。その結果、その接着剤層の
膜厚ムラならびに屈折率ムラによって投射像のひずみを
形成する問題を引き起こす。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、検光光が接着剤層を経由しないことから、接着剤層
に起因する（１）投射像がひずむ、（２）投射像に非点
収差があるという問題点が解消され、投射像の形状が良
好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る投射型表示装置の構
成図である。

【図２】同実施の形態に係る投射型表示装置に使用する
ダイクロイック膜の透過特性図である。

【図３】従来の投射型表示装置の構成図である。

【図４】従来の投射型表示装置に使用するダイクロイッ
ク膜の透過特性図である。

【符号の説明】

１：光源２：折曲げミラー３：偏光ビームスプリッタ（偏光分離光学系、検光光
学系）３ｅ：偏光分離膜４：フィリップス型プリズム（色分解・色合成光学
系）４Ａ、４Ｂ、４Ｃ：フィリップス型プリズムを構成する
プリズム５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ：反射型ライトバルブ１１、１２：整形レンズ１３：投射レンズ（投射光学系）以上

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】白色光源、偏光ビームスプリッタ、色分
解・色合成光学系、青光用、緑光用及び赤光用反射型ラ
イトバルブ並びに投射光学系を備え、前記光源からの白色光を前記偏光ビームスプリッタに入
射させ、そこを透過させることによりＰ偏光を作り、
当該Ｐ偏光を前記色分解・色合成光学系によって、青
光、緑光及び赤光を作り、これらの光でそれぞれ相応す
る前記ライトバルブを照明し、前記ライトバルブによっ
て前記Ｐ偏光をそれぞれ画像情報に従いＳ偏光に変調
し、これらの変調された変調光を未変調のＰ偏光と共に
再び前記色分解・色合成光学系に入射させて合成光を作
り、次いで、この合成光を再び前記偏光ビームスプリッタに
入射させ、そこで反射された反射光を検光光として出射
させ、当該検光光を前記投射光学系によって投射するフ
ルカラー投射型表示装置において、前記偏光ビームスプリッタは、第１プリズム、第１プリ
ズム上に形成された前記偏光分離膜、接着剤層及び第２
プリズムの順に構成され、前記合成光は前記第１プリズムへ入射し、前記検光光は
前記接着剤層を透過することなく前記第１プリズムから
出射する構成であることを特徴とするフルカラー投射型
表示装置。
【請求項２】第１プリズム、第１プリズム上に形成さ
れた偏光分離膜、接着剤層及び第２プリズムの順に構成
された偏光ビームスプリッタであって、合成光が前記第
１プリズムへ入射したとき、当該合成光は前記偏光分離
膜で反射されて検光光となり、当該検光光は前記接着剤
層を透過することなく前記第１プリズムから出射するこ
とを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
【請求項３】合成光を請求項２記載の偏光ビームスプ
リッタに入射させ、当該偏光ビームスプリッタの偏光分
離膜で反射させて検光光を得、当該検光光を前記接着剤
層を透過させることなく前記第１プリズムから出射さ
せ、その後、投射光学系によって投射することを特徴と
する投射方法。