投射型映像表示装置、それに用いる光学ユニット及び偏光分離体
【課題】
投射型映像表示技術において、偏光分離部の光反射や非点収差などを抑えて映像の高画質性を確保可能な技術を提供する。
【解決手段】
偏光分離部に用いる偏光分離体として、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成した構成とする。また、偏光分離面を、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材によって形成し、上記媒質または該基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、該基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となるものを用いる。
投射型映像表示技術において、偏光分離部の光反射や非点収差などを抑えて映像の高画質性を確保可能な技術を提供する。
【解決手段】
偏光分離部に用いる偏光分離体として、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成した構成とする。また、偏光分離面を、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材によって形成し、上記媒質または該基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、該基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となるものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型映像表示装置に関し、特に、液晶パネル等のライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００１−１４２０２８号公報（特許文献１）及び特開２００３−１３１２１２号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２００１−１４２０２８号公報には、偏光分離手段として、２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）（以下、ＰＢＳという）が形成されたＰＢＳプリズムが記載され、特開２００３−１３１２１２号公報には、ガラス基板上にワイヤグリッド（金属格子）を所定のピッチ（形成周期）で形成して回折格子としたワイヤグリッド型偏光分離素子が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４２０２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特開２００１−１４２０２８号公報記載のＰＢＳプリズムでは、光軸とＰＢＳ膜面の法線とで形成する面（主入射面）に平行でない斜め光が入射した場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下するおそれがある。また、上記特開２００３−１３１２１２号公報記載のワイヤグリッド型偏光分離素子では、空気層とガラス基板面との境界において、光のガラス基板での反射による明るさの低下や、非点収差による投射レンズの結像性能の低下などが発生し易く、また、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離が長くなり投射レンズの収差補正も困難となる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示装置において、偏光分離部の光の反射、非点収差、及び、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離の増大を抑えられるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、明るく高画質の映像を表示可能な投射型映像表示技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題点を解決するために、本発明では、偏光分離部に用いる偏光分離体として、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成した構成とする。また、上記偏光分離面を、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材によって形成し、上記媒質または該基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、該基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となるものを用いる。この値が０．００１以下の場合には、さらに優れた偏光分離特性を得ることができる。また、光源側からの光をライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置またはそれに用いる光学ユニットとしては、該ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を、上記偏光分離体により偏光分離し、該偏光分離した光を色合成手段で色合成し、該色合成した光を投射レンズユニットでスクリーン等に拡大投射する構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、投射型映像表示技術において、偏光分離部における光の反射や、非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、コントラストの低下なども抑えた高画質の映像が得られる。さらに、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離を短くすることができるため、収差の補正が容易となり、低コストな投射レンズとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。なお、全図面において同じ構成・機能の構成要素には同一の符号を付す。
図１〜図４は、本発明の第１の実施例としての投射型映像表示装置の説明図である。本第１の実施例は、ライトバルブとして反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置の場合の例である。図１は、第１の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型映像表示装置における偏光分離部の構成例図、図３は、図２に示す偏光分離部の偏光分離面構成部を示す図、図４は、図３の偏光分離面構成部における光の透過率特性図である。
【０００８】
図１において、１１は光源、１２は放物反射面形状のリフレクタ、１３は、紫外線を除去するための紫外線カットフィルタ、１４、１５は、集光と平行光化を行うためのコリメートレンズ、１６は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され複数の２次光源像を形成する第１のマルチレンズアレイ、１７は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され、第１のマルチレンズアレイ１６の個々のレンズセル像を結像させる第２のマルチレンズアレイ、１８は、光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部としての偏光変換素子、１９、２５、２６、３７は集光レンズ、２１は、色分離部としての赤色光反射用ダイクロイックミラー、２２は、同じく色分離部としての緑色光反射用ダイクロイックミラー、３５はリレーレンズ、３６はフィールドレンズ、２９は全反射ミラー、３３は、赤色光中の赤外線を吸収するための赤外線吸収フィルタ、５１は、赤色光用のライトバルブとしての赤色光用の反射型液晶パネル、５２は、緑色光用のライトバルブとしての緑色光用の反射型液晶パネル、５３は、青色光用のライトバルブとしての青色光用の反射型液晶パネル、７１は、透過する赤色光の偏光方向を揃える赤色光用の１／４波長位相差板、７２は、同緑色光用の１／４波長位相差板、７３は、同青色光用の１／４波長位相差板、４１は、入射した光を偏光分離する赤色光用の偏光分離部、４２は、同緑色光用の偏光分離部、４３は、同青色光用の偏光分離部、４０１は、赤色光用の１／２波長位相差板、４０３は、青色光用の１／２波長位相差板である。
【０００９】
本実施例では、青色光用の偏光分離部４３が、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する偏光分離面をプリズム材の間に有し、該偏光分離面が、該プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成された構成を備えているものとし、赤色光用の偏光分離部４１及び緑色光用の偏光分離部４２は、例えば、有機多層膜を用いた従来の偏光分離構成を有するものとする。４１１は、偏光分離部４１内で赤色光用の偏光分離面を構成する赤色光用の偏光分離面構成部、４２１は、偏光分離部４２内で緑色光用の偏光分離面を構成する緑色光用の偏光分離面構成部、４３１は、偏光分離部４３内で格子構造により青色光用の偏光分離面を構成する青色光用の偏光分離面構成部である。赤色光用の偏光分離部４１は、上記赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される光及び該反射型液晶パネル５１で変調された光をその赤色光用の偏光分離面構成部４１１の偏光分離面により偏光分離し、緑色光用の偏光分離部４２は、上記緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される光及び該反射型液晶パネル５２で変調された光をその緑色光用の偏光分離面構成部４２１の偏光分離面により偏光分離し、青色光用の偏光分離部４３は、上記青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される光及び該反射型液晶パネル５３で変調された光をその青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面により偏光分離する。また、８０は、色合成部としてのクロスダイクロイックプリズム、８０１、８０２はそれぞれ、クロスダイクロイックプリズム８０のダイクロイック面、９０は、色合成された光をスクリーン等に拡大投射するための投射レンズユニット、１００は、映像信号に応じて上記反射型液晶パネル５１、５２、５３のそれぞれを駆動する駆動回路である。
【００１０】
上記図１の構成において、光源１１から出射した光は、放物反射面形状のリフレクタ１２で反射され、紫外線カットフィルタ１３に入射する。紫外線カットフィルタ１３で紫外線を除去された光は、コリメートレンズ１４、１５で平行光化され、第１のアレイレンズ１６、第２のアレイレンズ１７を通って、複数の２次光源像を結像する。該結像光は、偏光変換素子１８に入射され、該偏光変換素子１８内で偏光ビームスプリッタ（図示なし）により白色光のＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、同じく該偏光変換素子１８内で１／２波長位相差板（図示なし）により、該分離されたＰ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、集光レンズ１９を経て赤色光反射用ダイクロイックミラー２１に入射される。該赤色光反射用ダイクロイックミラー２１では、その色分離膜において、白色光のＳ偏光光のうち赤色光のＳ偏光光が反射され、緑色光＋青色光のＳ偏光光が透過される。反射された赤色光のＳ偏光光は、リレーレンズ３５を経て全反射ミラー２９で反射され、フィールドレンズ３６、赤外線吸収フィルタ３３、集光レンズ３７を通って赤色光用の偏光分離部４１に入射される。
【００１１】
赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の偏光分離面構成部４１１の有機多層膜による偏光分離面で偏光分離されながら反射される。該反射された赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の１／４波長位相差板７１で偏光方向を揃えられ、赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５１では、該照射された赤色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射されて、赤色光のＰ偏光光として出射される。該出射された赤色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７１を通った後、再び偏光分離部４１に入射される。該赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＰ偏光光は、赤色光用の偏光分離面構成部４１１の偏光分離面を透過する。該透過した該赤色光のＰ偏光光は、偏光分離部４１内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４１から出射され、１／２波長位相差板４０１を通過するときＳ偏光光に変換され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該赤色光のＳ偏光光はダイクロイック面８０１で反射される。
【００１２】
一方、赤色光反射用ダイクロイックミラー２１を透過した緑色光＋青色光のＳ偏光光は、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２に入射する。緑色光反射用ダイクロイックミラー２２では、その色分離膜において、緑色光が反射され、青色光が透過される。反射された緑色光は、集光レンズ２６を通って緑色光用の偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２内では、緑色光用の偏光分離面構成部４２１の有機多層膜による偏光分離面で偏光分離されながら反射される。該反射された緑色光のＳ偏光光は、緑色光用の１／４波長位相差板７２で偏光方向を揃えられ、緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５２では、該照射された緑色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、緑色光のＰ偏光光として出射される。該出射された緑色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７２を通った後、再び偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２内では、該緑色光のＰ偏光光は、緑色光用の偏光分離面構成部４２１の偏光分離面を透過する。該透過した該緑色光のＰ偏光光は、偏光分離部４２内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４２から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該緑色光のＰ偏光光はダイクロイック面８０１、８０２を透過する。
【００１３】
また、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２を透過した青色光のＳ偏光光は、集光レンズ２５を通り、青色光用の偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＳ偏光光は、青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面で格子構造に基づく回折により偏光分離されながら反射される。該反射された青色光のＳ偏光光は、青色光用の１／４波長位相差板７３で偏光方向を揃えられ、青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される。駆動回路１００で駆動される該反射型液晶パネル５３では、該照射された青色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、青色光のＰ偏光光として出射される。該出射された青色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７３を通った後、再び偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＰ偏光光は、青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面を透過する。該透過した該青色光のＰ偏光光は、１／２波長位相差板４０３を通過するときＳ偏光光に変換され、偏光分離部４３内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４３から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該青色光のＳ偏光光はダイクロイック面８０２で反射される。
【００１４】
上記クロスダイクロイックプリズム８０内では、上記偏光分離部４１から出射された赤色光のＳ偏光光と、上記偏光分離部４２から出射された緑色光のＰ偏光光と、上記偏光分離部４３から出射された青色光のＳ偏光光とが互いに色合成され、白色光の光学像光として出射される。該出射された光学像光は投射レンズユニット９０に入射され、スクリーン等に拡大投射されて映像表示が行われる。この時、スクリーン等での反射むらを軽減するために、クロスダイクロイックプリズム８０の出射面に１／４波長位相差板を設けて、青、赤、緑の色光全てを円偏光にするとよい。
【００１５】
以下の説明中で用いる図１の構成要素には、該図１で用いた符号と同じ符号を付して用いる。
【００１６】
図２は、上記図１の投射型映像表示装置における青色光用の偏光分離部４３を構成する偏光分離体の構成例図である。本構成例の場合、青色光用の偏光分離部４３は、偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材（ワイヤグリッド）により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填されている。
図２において、４３Ａは青色光用の偏光分離体、４３ａ、４３ｂはプリズム材、４３１は偏光分離面構成部、４３１ａは格子状に配列された光反射性の格子部材（ワイヤグリッド）、４３１ｂ１、４３１ｂ２はそれぞれ、上記格子部材４３１ａが平面上に配された光透過性の基板、４３１ｃは、光反射性の格子部材４３１ａと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２との間にあって、格子部材４３１ａの面及び光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の面に接して充填されている光透過性の媒質、４３２は、基板４３１ｂ１とプリズム材４３ａとの間及び基板４３１ｂ２とプリズム材４３ｂとの間に配された光透過性の媒質である。偏光分離面構成部４３１は、上記基板４３１ｂ１、４３１ｂ２と、上記光反射性の格子部材４３１ａと、上記光透過性の媒質４３１ｃとを備えて成る。媒質４３１ｃと媒質４３２は同じ材質のものであってもよいし、異なる材質のものであってもよい。本第１の実施例の場合は、媒質４３１ｃと媒質４３２とに同じ材質の接着剤または粘着剤を用い、媒質４３１ｃは基板４３１ｂ１、４３１ｂ２間を接着または粘着剤で固定し、媒質４３２は、基板４３１ｂ１とプリズム材４３ａとの間及び基板４３１ｂ２とプリズム材４３ｂとの間をそれぞれ接着または粘着剤で固定するものとする。
【００１７】
図３は、偏光分離面構成部４３１の斜視図である。２枚の光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２間に、光反射性の格子部材４３１ａが格子状に配列され、光透過性の媒質４３１ｃが格子部材４３１ａの面及び光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の面に接して充填されている。媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、それぞれの光の屈折率が互いに等しいことが光の偏光分離処理上望ましいが、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となる範囲内にあれば、該屈折率ｎ１と該屈折率をｎ２とが互いに等しい場合と略同等の偏光分離性能が得られる。また、これが０．００１以下であれば、さらに優れた偏光分離特性が得られる。基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板は、ガラス基板に比べて耐熱性が高くかつ熱伝導性が良い。特に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板の場合は、光軸に対する軸調整が不要となる。
【００１８】
図４は、上記図３の偏光分離面構成部４３１の光の透過率特性を示す図である。
図４の特性から、偏光分離面構成部４３１の光の透過率は、波長帯域６００×１０−９ｍ以上の青色光の場合は約９５％超、波長帯域５００×１０−９ｍ以上の緑色光の場合も約９５％以上となる。このため、偏光分離処理時の青色光の損失は５％未満であり、実用上全く支障ないレベルである。
上記第１の実施例の投射型映像表示装置によれば、光の反射や、非点収差などが抑えられ、この結果、明るく、コントラストの低下なども抑えた高画質の映像が得られる。さらに、投射レンズとライトバルブの間の光学的距離を短くすることができるため、投射レンズの収差補正が容易となり、投射レンズのコスト低減も可能となる。
【００１９】
なお、上記第１の実施例の投射型映像表示装置では、青色光用の偏光分離部４３だけが、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有するとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、該青色光用の偏光分離部４３と併せ、緑色光用の偏光分離部４２も該格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有するようにしてもよいし、青色光用の偏光分離部４３、緑色光用の偏光分離部４２及び赤色光用の偏光分離部４１がそれぞれ、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を備えるようにしてもよい。また、第１の実施例の投射型映像表示装置の上記偏光変換素子１８では、その内部で分離したＰ偏光光をＳ偏光光とし白色光のＳ偏光光を出射するとしたが、これとは逆に、分離したＳ偏光光をＰ偏光光とし白色光のＰ偏光光を出射する構成としてもよい。また、第１の実施例の投射型映像表示装置では、ライトバルブとして、反射型液晶パネルを用いたが、透過型液晶パネルを用いてもよいし、または液晶パネル以外のライトバルブであってもよい。
【００２０】
図５は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する偏光分離体の第２の実施例と第３の実施例を示す図である（図２の偏光分離体４３Ａを青色光用の偏光分離体の第１の実施例とする）。本実施例は、偏光分離面構成部の基板をプリズム材４３ａ、４３ｂの表面よりも突出させた場合であり、（ａ）は、第２の実施例であって、偏光分離面構成部の２枚の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２を突出させた場合、（ｂ）は、第３の実施例であって、２枚の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２のうちの一方の基板４３１ｂ１だけを突出させた場合である。
【００２１】
図５（ａ）において、４３Ｂは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１１、４３１ｂ１２はそれぞれ、基板４３１ｂ１がプリズム材４３ａよりも突出した部分、４３１ｂ２１、４３１ｂ２２はそれぞれ、基板４３１ｂ２がプリズム材４３ｂよりも突出した部分である。他の符号は、上記図２の場合と同様である。基板４３１ｂ１及び基板４３１ｂ２はそれぞれ、プリズム材４３ａ、４３ｂに対し、紙面に直角な方向にも突出しているものとする。基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。また、媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となる範囲内にあるものとする。これが０．００１以下であれば、より優れた偏光分離特性が得られる。かかる図５（ａ）の構成により、プリズム材４３ａ、４３ｂの表面よりも突出した部分には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｂの全体や偏光分離面構成部４３１の冷却効率を向上させることができる。光透過性の媒質４３１ｃは、突出した部分４３１ｂ１１と同４３１ｂ１２との間にも充填してもよい。
【００２２】
図５（ｂ）において、４３Ｃは青色光用の偏光分離体、他の符号は、図５（ａ）の場合と同様である。この場合も、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いるものとする。また、媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた偏光分離特性が得られる。かかる図５（ｂ）の構成によっても、プリズム材４３ａよりも突出した部分には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｃ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
【００２３】
上記図５の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や、非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。また、上記のように、偏光分離体全体や偏光分離面構成部などの冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
図６は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する偏光分離体の第４の実施例を示す図である。本実施例は、偏光分離面構成部に１枚の基板を用いた場合の例である。
【００２５】
図６において、４３Ｄは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１は、偏光分離面構成部４３１を形成する１枚の基板である。他の符号は、図５の場合と同様である。本実施例構成においては、偏光分離面構成部４３１は、光反射性の格子部材４３１ａ、基板４３１ｂ１及び媒質４３２で構成される。この場合も、基板４３１ｂ１としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。また、媒質４３２と基板４３１ｂ１とは、媒質４３２の光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた偏光分離特性が得られる。
上記図６の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や、非点収差などを抑えられ、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。
【００２６】
図７は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する第５の実施例を示す図である。本実施例は、偏光分離面構成部に１枚の基板を用いかつ該基板をプリズム材の表面よりも突出させた場合の例である。（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
図７において、４３Ｅは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１１は、基板４３１ｂ１がプリズム材４３ａ、４３ｂよりも突出した部分である。他の符号は、図５や図６の場合と同様である。本実施例構成においても、偏光分離面構成部４３１は、光反射性の格子部材４３１ａ、基板４３１ｂ１及び媒質４３２で構成される。この場合も、基板４３１ｂ１としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いるものとする。また、媒質４３２と基板４３１ｂ１とは、媒質４３２の光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた+が得られる。かかる図７の構成によっても、プリズム材４３ａ、４３ｂよりも突出した部分４３１ｂ１１には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｅ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
上記図７の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。また、上記のように、偏光分離体４３Ｅ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
【００２７】
上記図５〜図７の構成及びその説明ではそれそれ、青色光用の偏光分離部４３に用いる偏光分離体の場合につき説明したが、さらに、青色光用の偏光分離部４３と緑色光用の偏光分離部４２との双方に、かかる格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成の偏光分離体を用いるとした場合や、青色光用の偏光分離部４３、緑色光用の偏光分離部４２及び赤色光用の偏光分離部４１の全偏光分離部に、かかる格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成の偏光分離体を用いるとした場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図である。
【図２】図１の投射型映像表示装置の偏光分離部の構成例図である。
【図３】図２の偏光分離部の偏光分離面構成部を示す図である。
【図４】図３の偏光分離面構成部における光の透過率特性図である。
【図５】偏光分離体の第２、第３の実施例図である。
【図６】偏光分離体の第４の実施例図である。
【図７】偏光分離体の第５の実施例図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１…光源、
１２…リフレクタ、
１３…紫外線カットフィルタ、
１６…第１のマルチレンズアレイ、
１７…第２のマルチレンズアレイ、
１４、１５…コリメートレンズ、
１８…偏光変換素子、
１９、２５、２６、３７…集光レンズ、
２１、２２…ダイクロイックミラー、
２９…全反射ミラー、
３３…赤外線吸収フィルタ、
３５…リレーレンズ、
３６…フィールドレンズ、
４０１、４０３…１／２波長位相差板、
４１、４２、４３…偏光分離部、
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ…偏光分離体、
４１１、４２１、４３１…偏光分離面構成部、
５１、５２、５３…反射型液晶パネル、
７１、７２、７３…１／４波長位相差板、
４０１、４０３…１／２波長位相差板、
４１、４２、４３…偏光分離部、
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ…偏光分離体、
４１１、４２１、４３１…偏光分離面構成部、
８０…クロスダイクロイックプリズム、
８０１、８０２…ダイクロイック面、
９０…投射レンズユニット、
１００…駆動回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型映像表示装置に関し、特に、液晶パネル等のライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００１−１４２０２８号公報（特許文献１）及び特開２００３−１３１２１２号公報（特許文献２）に記載されたものがある。特開２００１−１４２０２８号公報には、偏光分離手段として、２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）（以下、ＰＢＳという）が形成されたＰＢＳプリズムが記載され、特開２００３−１３１２１２号公報には、ガラス基板上にワイヤグリッド（金属格子）を所定のピッチ（形成周期）で形成して回折格子としたワイヤグリッド型偏光分離素子が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４２０２８号公報
【特許文献２】特開２００３−１３１２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特開２００１−１４２０２８号公報記載のＰＢＳプリズムでは、光軸とＰＢＳ膜面の法線とで形成する面（主入射面）に平行でない斜め光が入射した場合には、漏れ光が生じて消光比が低下し、コントラストが低下するおそれがある。また、上記特開２００３−１３１２１２号公報記載のワイヤグリッド型偏光分離素子では、空気層とガラス基板面との境界において、光のガラス基板での反射による明るさの低下や、非点収差による投射レンズの結像性能の低下などが発生し易く、また、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離が長くなり投射レンズの収差補正も困難となる。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示装置において、偏光分離部の光の反射、非点収差、及び、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離の増大を抑えられるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、明るく高画質の映像を表示可能な投射型映像表示技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題点を解決するために、本発明では、偏光分離部に用いる偏光分離体として、格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面を、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成した構成とする。また、上記偏光分離面を、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材によって形成し、上記媒質または該基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、該基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となるものを用いる。この値が０．００１以下の場合には、さらに優れた偏光分離特性を得ることができる。また、光源側からの光をライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置またはそれに用いる光学ユニットとしては、該ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を、上記偏光分離体により偏光分離し、該偏光分離した光を色合成手段で色合成し、該色合成した光を投射レンズユニットでスクリーン等に拡大投射する構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、投射型映像表示技術において、偏光分離部における光の反射や、非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、コントラストの低下なども抑えた高画質の映像が得られる。さらに、投射レンズからライトバルブまでの光学的な距離を短くすることができるため、収差の補正が容易となり、低コストな投射レンズとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。なお、全図面において同じ構成・機能の構成要素には同一の符号を付す。
図１〜図４は、本発明の第１の実施例としての投射型映像表示装置の説明図である。本第１の実施例は、ライトバルブとして反射型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ装置の場合の例である。図１は、第１の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型映像表示装置における偏光分離部の構成例図、図３は、図２に示す偏光分離部の偏光分離面構成部を示す図、図４は、図３の偏光分離面構成部における光の透過率特性図である。
【０００８】
図１において、１１は光源、１２は放物反射面形状のリフレクタ、１３は、紫外線を除去するための紫外線カットフィルタ、１４、１５は、集光と平行光化を行うためのコリメートレンズ、１６は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され複数の２次光源像を形成する第１のマルチレンズアレイ、１７は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され、第１のマルチレンズアレイ１６の個々のレンズセル像を結像させる第２のマルチレンズアレイ、１８は、光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部としての偏光変換素子、１９、２５、２６、３７は集光レンズ、２１は、色分離部としての赤色光反射用ダイクロイックミラー、２２は、同じく色分離部としての緑色光反射用ダイクロイックミラー、３５はリレーレンズ、３６はフィールドレンズ、２９は全反射ミラー、３３は、赤色光中の赤外線を吸収するための赤外線吸収フィルタ、５１は、赤色光用のライトバルブとしての赤色光用の反射型液晶パネル、５２は、緑色光用のライトバルブとしての緑色光用の反射型液晶パネル、５３は、青色光用のライトバルブとしての青色光用の反射型液晶パネル、７１は、透過する赤色光の偏光方向を揃える赤色光用の１／４波長位相差板、７２は、同緑色光用の１／４波長位相差板、７３は、同青色光用の１／４波長位相差板、４１は、入射した光を偏光分離する赤色光用の偏光分離部、４２は、同緑色光用の偏光分離部、４３は、同青色光用の偏光分離部、４０１は、赤色光用の１／２波長位相差板、４０３は、青色光用の１／２波長位相差板である。
【０００９】
本実施例では、青色光用の偏光分離部４３が、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する偏光分離面をプリズム材の間に有し、該偏光分離面が、該プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成された構成を備えているものとし、赤色光用の偏光分離部４１及び緑色光用の偏光分離部４２は、例えば、有機多層膜を用いた従来の偏光分離構成を有するものとする。４１１は、偏光分離部４１内で赤色光用の偏光分離面を構成する赤色光用の偏光分離面構成部、４２１は、偏光分離部４２内で緑色光用の偏光分離面を構成する緑色光用の偏光分離面構成部、４３１は、偏光分離部４３内で格子構造により青色光用の偏光分離面を構成する青色光用の偏光分離面構成部である。赤色光用の偏光分離部４１は、上記赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される光及び該反射型液晶パネル５１で変調された光をその赤色光用の偏光分離面構成部４１１の偏光分離面により偏光分離し、緑色光用の偏光分離部４２は、上記緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される光及び該反射型液晶パネル５２で変調された光をその緑色光用の偏光分離面構成部４２１の偏光分離面により偏光分離し、青色光用の偏光分離部４３は、上記青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される光及び該反射型液晶パネル５３で変調された光をその青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面により偏光分離する。また、８０は、色合成部としてのクロスダイクロイックプリズム、８０１、８０２はそれぞれ、クロスダイクロイックプリズム８０のダイクロイック面、９０は、色合成された光をスクリーン等に拡大投射するための投射レンズユニット、１００は、映像信号に応じて上記反射型液晶パネル５１、５２、５３のそれぞれを駆動する駆動回路である。
【００１０】
上記図１の構成において、光源１１から出射した光は、放物反射面形状のリフレクタ１２で反射され、紫外線カットフィルタ１３に入射する。紫外線カットフィルタ１３で紫外線を除去された光は、コリメートレンズ１４、１５で平行光化され、第１のアレイレンズ１６、第２のアレイレンズ１７を通って、複数の２次光源像を結像する。該結像光は、偏光変換素子１８に入射され、該偏光変換素子１８内で偏光ビームスプリッタ（図示なし）により白色光のＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、同じく該偏光変換素子１８内で１／２波長位相差板（図示なし）により、該分離されたＰ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、集光レンズ１９を経て赤色光反射用ダイクロイックミラー２１に入射される。該赤色光反射用ダイクロイックミラー２１では、その色分離膜において、白色光のＳ偏光光のうち赤色光のＳ偏光光が反射され、緑色光＋青色光のＳ偏光光が透過される。反射された赤色光のＳ偏光光は、リレーレンズ３５を経て全反射ミラー２９で反射され、フィールドレンズ３６、赤外線吸収フィルタ３３、集光レンズ３７を通って赤色光用の偏光分離部４１に入射される。
【００１１】
赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の偏光分離面構成部４１１の有機多層膜による偏光分離面で偏光分離されながら反射される。該反射された赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の１／４波長位相差板７１で偏光方向を揃えられ、赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５１では、該照射された赤色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射されて、赤色光のＰ偏光光として出射される。該出射された赤色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７１を通った後、再び偏光分離部４１に入射される。該赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＰ偏光光は、赤色光用の偏光分離面構成部４１１の偏光分離面を透過する。該透過した該赤色光のＰ偏光光は、偏光分離部４１内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４１から出射され、１／２波長位相差板４０１を通過するときＳ偏光光に変換され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該赤色光のＳ偏光光はダイクロイック面８０１で反射される。
【００１２】
一方、赤色光反射用ダイクロイックミラー２１を透過した緑色光＋青色光のＳ偏光光は、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２に入射する。緑色光反射用ダイクロイックミラー２２では、その色分離膜において、緑色光が反射され、青色光が透過される。反射された緑色光は、集光レンズ２６を通って緑色光用の偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２内では、緑色光用の偏光分離面構成部４２１の有機多層膜による偏光分離面で偏光分離されながら反射される。該反射された緑色光のＳ偏光光は、緑色光用の１／４波長位相差板７２で偏光方向を揃えられ、緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５２では、該照射された緑色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、緑色光のＰ偏光光として出射される。該出射された緑色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７２を通った後、再び偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２内では、該緑色光のＰ偏光光は、緑色光用の偏光分離面構成部４２１の偏光分離面を透過する。該透過した該緑色光のＰ偏光光は、偏光分離部４２内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４２から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該緑色光のＰ偏光光はダイクロイック面８０１、８０２を透過する。
【００１３】
また、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２を透過した青色光のＳ偏光光は、集光レンズ２５を通り、青色光用の偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＳ偏光光は、青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面で格子構造に基づく回折により偏光分離されながら反射される。該反射された青色光のＳ偏光光は、青色光用の１／４波長位相差板７３で偏光方向を揃えられ、青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される。駆動回路１００で駆動される該反射型液晶パネル５３では、該照射された青色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、青色光のＰ偏光光として出射される。該出射された青色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７３を通った後、再び偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＰ偏光光は、青色光用の偏光分離面構成部４３１の偏光分離面を透過する。該透過した該青色光のＰ偏光光は、１／２波長位相差板４０３を通過するときＳ偏光光に変換され、偏光分離部４３内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４３から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該青色光のＳ偏光光はダイクロイック面８０２で反射される。
【００１４】
上記クロスダイクロイックプリズム８０内では、上記偏光分離部４１から出射された赤色光のＳ偏光光と、上記偏光分離部４２から出射された緑色光のＰ偏光光と、上記偏光分離部４３から出射された青色光のＳ偏光光とが互いに色合成され、白色光の光学像光として出射される。該出射された光学像光は投射レンズユニット９０に入射され、スクリーン等に拡大投射されて映像表示が行われる。この時、スクリーン等での反射むらを軽減するために、クロスダイクロイックプリズム８０の出射面に１／４波長位相差板を設けて、青、赤、緑の色光全てを円偏光にするとよい。
【００１５】
以下の説明中で用いる図１の構成要素には、該図１で用いた符号と同じ符号を付して用いる。
【００１６】
図２は、上記図１の投射型映像表示装置における青色光用の偏光分離部４３を構成する偏光分離体の構成例図である。本構成例の場合、青色光用の偏光分離部４３は、偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材（ワイヤグリッド）により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填されている。
図２において、４３Ａは青色光用の偏光分離体、４３ａ、４３ｂはプリズム材、４３１は偏光分離面構成部、４３１ａは格子状に配列された光反射性の格子部材（ワイヤグリッド）、４３１ｂ１、４３１ｂ２はそれぞれ、上記格子部材４３１ａが平面上に配された光透過性の基板、４３１ｃは、光反射性の格子部材４３１ａと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２との間にあって、格子部材４３１ａの面及び光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の面に接して充填されている光透過性の媒質、４３２は、基板４３１ｂ１とプリズム材４３ａとの間及び基板４３１ｂ２とプリズム材４３ｂとの間に配された光透過性の媒質である。偏光分離面構成部４３１は、上記基板４３１ｂ１、４３１ｂ２と、上記光反射性の格子部材４３１ａと、上記光透過性の媒質４３１ｃとを備えて成る。媒質４３１ｃと媒質４３２は同じ材質のものであってもよいし、異なる材質のものであってもよい。本第１の実施例の場合は、媒質４３１ｃと媒質４３２とに同じ材質の接着剤または粘着剤を用い、媒質４３１ｃは基板４３１ｂ１、４３１ｂ２間を接着または粘着剤で固定し、媒質４３２は、基板４３１ｂ１とプリズム材４３ａとの間及び基板４３１ｂ２とプリズム材４３ｂとの間をそれぞれ接着または粘着剤で固定するものとする。
【００１７】
図３は、偏光分離面構成部４３１の斜視図である。２枚の光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２間に、光反射性の格子部材４３１ａが格子状に配列され、光透過性の媒質４３１ｃが格子部材４３１ａの面及び光透過性の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の面に接して充填されている。媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、それぞれの光の屈折率が互いに等しいことが光の偏光分離処理上望ましいが、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となる範囲内にあれば、該屈折率ｎ１と該屈折率をｎ２とが互いに等しい場合と略同等の偏光分離性能が得られる。また、これが０．００１以下であれば、さらに優れた偏光分離特性が得られる。基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板は、ガラス基板に比べて耐熱性が高くかつ熱伝導性が良い。特に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板の場合は、光軸に対する軸調整が不要となる。
【００１８】
図４は、上記図３の偏光分離面構成部４３１の光の透過率特性を示す図である。
図４の特性から、偏光分離面構成部４３１の光の透過率は、波長帯域６００×１０−９ｍ以上の青色光の場合は約９５％超、波長帯域５００×１０−９ｍ以上の緑色光の場合も約９５％以上となる。このため、偏光分離処理時の青色光の損失は５％未満であり、実用上全く支障ないレベルである。
上記第１の実施例の投射型映像表示装置によれば、光の反射や、非点収差などが抑えられ、この結果、明るく、コントラストの低下なども抑えた高画質の映像が得られる。さらに、投射レンズとライトバルブの間の光学的距離を短くすることができるため、投射レンズの収差補正が容易となり、投射レンズのコスト低減も可能となる。
【００１９】
なお、上記第１の実施例の投射型映像表示装置では、青色光用の偏光分離部４３だけが、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有するとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、該青色光用の偏光分離部４３と併せ、緑色光用の偏光分離部４２も該格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有するようにしてもよいし、青色光用の偏光分離部４３、緑色光用の偏光分離部４２及び赤色光用の偏光分離部４１がそれぞれ、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を備えるようにしてもよい。また、第１の実施例の投射型映像表示装置の上記偏光変換素子１８では、その内部で分離したＰ偏光光をＳ偏光光とし白色光のＳ偏光光を出射するとしたが、これとは逆に、分離したＳ偏光光をＰ偏光光とし白色光のＰ偏光光を出射する構成としてもよい。また、第１の実施例の投射型映像表示装置では、ライトバルブとして、反射型液晶パネルを用いたが、透過型液晶パネルを用いてもよいし、または液晶パネル以外のライトバルブであってもよい。
【００２０】
図５は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する偏光分離体の第２の実施例と第３の実施例を示す図である（図２の偏光分離体４３Ａを青色光用の偏光分離体の第１の実施例とする）。本実施例は、偏光分離面構成部の基板をプリズム材４３ａ、４３ｂの表面よりも突出させた場合であり、（ａ）は、第２の実施例であって、偏光分離面構成部の２枚の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２を突出させた場合、（ｂ）は、第３の実施例であって、２枚の基板４３１ｂ１、４３１ｂ２のうちの一方の基板４３１ｂ１だけを突出させた場合である。
【００２１】
図５（ａ）において、４３Ｂは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１１、４３１ｂ１２はそれぞれ、基板４３１ｂ１がプリズム材４３ａよりも突出した部分、４３１ｂ２１、４３１ｂ２２はそれぞれ、基板４３１ｂ２がプリズム材４３ｂよりも突出した部分である。他の符号は、上記図２の場合と同様である。基板４３１ｂ１及び基板４３１ｂ２はそれぞれ、プリズム材４３ａ、４３ｂに対し、紙面に直角な方向にも突出しているものとする。基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。また、媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下となる範囲内にあるものとする。これが０．００１以下であれば、より優れた偏光分離特性が得られる。かかる図５（ａ）の構成により、プリズム材４３ａ、４３ｂの表面よりも突出した部分には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｂの全体や偏光分離面構成部４３１の冷却効率を向上させることができる。光透過性の媒質４３１ｃは、突出した部分４３１ｂ１１と同４３１ｂ１２との間にも充填してもよい。
【００２２】
図５（ｂ）において、４３Ｃは青色光用の偏光分離体、他の符号は、図５（ａ）の場合と同様である。この場合も、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いるものとする。また、媒質４３１ｃと基板４３１ｂ１、４３１ｂ２とは、媒質４３１ｃの光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１、４３１ｂ２の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた偏光分離特性が得られる。かかる図５（ｂ）の構成によっても、プリズム材４３ａよりも突出した部分には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｃ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
【００２３】
上記図５の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や、非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。また、上記のように、偏光分離体全体や偏光分離面構成部などの冷却効率を向上させることができる。
【００２４】
図６は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する偏光分離体の第４の実施例を示す図である。本実施例は、偏光分離面構成部に１枚の基板を用いた場合の例である。
【００２５】
図６において、４３Ｄは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１は、偏光分離面構成部４３１を形成する１枚の基板である。他の符号は、図５の場合と同様である。本実施例構成においては、偏光分離面構成部４３１は、光反射性の格子部材４３１ａ、基板４３１ｂ１及び媒質４３２で構成される。この場合も、基板４３１ｂ１としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いる。また、媒質４３２と基板４３１ｂ１とは、媒質４３２の光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた偏光分離特性が得られる。
上記図６の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や、非点収差などを抑えられ、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。
【００２６】
図７は、格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成を有する第５の実施例を示す図である。本実施例は、偏光分離面構成部に１枚の基板を用いかつ該基板をプリズム材の表面よりも突出させた場合の例である。（ａ）は平面図、（ｂ）は斜視図である。
図７において、４３Ｅは青色光用の偏光分離体、４３１ｂ１１は、基板４３１ｂ１がプリズム材４３ａ、４３ｂよりも突出した部分である。他の符号は、図５や図６の場合と同様である。本実施例構成においても、偏光分離面構成部４３１は、光反射性の格子部材４３１ａ、基板４３１ｂ１及び媒質４３２で構成される。この場合も、基板４３１ｂ１としては、例えば、ガラス基板、水晶基板、サファイア基板または酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板などを用いるものとする。また、媒質４３２と基板４３１ｂ１とは、媒質４３２の光の屈折率をｎ１、基板４３１ｂ１の光の屈折率をｎ２としたとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２が０．００３以下を満たす関係にあるものとし、該値を０．００１以下とした場合には、より優れた+が得られる。かかる図７の構成によっても、プリズム材４３ａ、４３ｂよりも突出した部分４３１ｂ１１には冷却風を当てることができるため、偏光分離体４３Ｅ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
上記図７の偏光分離体を用いて偏光分離部を形成した投射型映像表示装置においても、光の反射や非点収差などを抑えられ、この結果、明るく、かつ、色むらの増大やコントラストの低下などを抑えた高画質の映像が得られる。また、上記のように、偏光分離体４３Ｅ全体や偏光分離面構成部４３１などの冷却効率を向上させることができる。
【００２７】
上記図５〜図７の構成及びその説明ではそれそれ、青色光用の偏光分離部４３に用いる偏光分離体の場合につき説明したが、さらに、青色光用の偏光分離部４３と緑色光用の偏光分離部４２との双方に、かかる格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成の偏光分離体を用いるとした場合や、青色光用の偏光分離部４３、緑色光用の偏光分離部４２及び赤色光用の偏光分離部４１の全偏光分離部に、かかる格子構造に基づく回折で光を偏光分離する構成の偏光分離体を用いるとした場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図である。
【図２】図１の投射型映像表示装置の偏光分離部の構成例図である。
【図３】図２の偏光分離部の偏光分離面構成部を示す図である。
【図４】図３の偏光分離面構成部における光の透過率特性図である。
【図５】偏光分離体の第２、第３の実施例図である。
【図６】偏光分離体の第４の実施例図である。
【図７】偏光分離体の第５の実施例図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１…光源、
１２…リフレクタ、
１３…紫外線カットフィルタ、
１６…第１のマルチレンズアレイ、
１７…第２のマルチレンズアレイ、
１４、１５…コリメートレンズ、
１８…偏光変換素子、
１９、２５、２６、３７…集光レンズ、
２１、２２…ダイクロイックミラー、
２９…全反射ミラー、
３３…赤外線吸収フィルタ、
３５…リレーレンズ、
３６…フィールドレンズ、
４０１、４０３…１／２波長位相差板、
４１、４２、４３…偏光分離部、
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ…偏光分離体、
４１１、４２１、４３１…偏光分離面構成部、
５１、５２、５３…反射型液晶パネル、
７１、７２、７３…１／４波長位相差板、
４０１、４０３…１／２波長位相差板、
４１、４２、４３…偏光分離部、
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄ、４３Ｅ…偏光分離体、
４１１、４２１、４３１…偏光分離面構成部、
８０…クロスダイクロイックプリズム、
８０１、８０２…ダイクロイック面、
９０…投射レンズユニット、
１００…駆動回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源側からの光をライトバルブで映像信号に応じて変調し光学像を形成して、拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成され、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
上記偏光分離部は、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填された構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項３】
上記偏光分離部は、上記光透過性の基板が、上記格子部材をはさんでその両側に配された構成である請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
上記偏光分離部は、上記基板が、上記プリズム材の表面よりも突出した構成である請求項１から３のいずれかに記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
上記偏光分離部は、上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填され、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、
｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３
を満たす構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項６】
上記光透過性の媒質は、接着剤または粘着剤である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項７】
プリズム材の間に偏光分離面を有し、入射光を偏光分離する偏光分離体であって、
上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填された構成であることを特徴とする偏光分離体。
【請求項８】
上記媒質または上記基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、
｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３
を満たす請求項７に記載の偏光分離体。
【請求項９】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成され、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項１０】
光源側からの光をライトバルブで映像信号に応じて変調し光学像を形成して、拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填され、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３の関係を満たす構成を有し、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項１】
光源側からの光をライトバルブで映像信号に応じて変調し光学像を形成して、拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成され、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
上記偏光分離部は、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填された構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項３】
上記偏光分離部は、上記光透過性の基板が、上記格子部材をはさんでその両側に配された構成である請求項２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
上記偏光分離部は、上記基板が、上記プリズム材の表面よりも突出した構成である請求項１から３のいずれかに記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
上記偏光分離部は、上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填され、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、
｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３
を満たす構成である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項６】
上記光透過性の媒質は、接着剤または粘着剤である請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項７】
プリズム材の間に偏光分離面を有し、入射光を偏光分離する偏光分離体であって、
上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ、該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填された構成であることを特徴とする偏光分離体。
【請求項８】
上記媒質または上記基板は、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、
｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３
を満たす請求項７に記載の偏光分離体。
【請求項９】
光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
格子構造に基づく回折により光を偏光分離する偏光分離面が、プリズム材の間において光透過性の媒質に接して形成され、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【請求項１０】
光源側からの光をライトバルブで映像信号に応じて変調し光学像を形成して、拡大投射する投射型映像表示装置であって、
光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
上記偏光分離面が、光透過性の基板上に格子状に配列された光反射性の格子部材により形成され、かつ該格子部材と該基板との間に、該格子部材面及び該基板面に接して光透過性の媒質が充填され、該媒質の光の屈折率をｎ１、上記基板の光の屈折率をｎ２とするとき、｛（ｎ２−ｎ１）／（ｎ２＋ｎ１）｝２≦０．００３の関係を満たす構成を有し、上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
を備えた構成を特徴とする光学ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３０１３３８（Ｐ２００６−３０１３３８Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２３４５２（Ｐ２００５−１２３４５２）
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]