投射型表示装置
【課題】３色合成クロスダイクロイックプリズムと各色光用の三角柱状支持部材とをベース台に取り付ける。
【解決手段】ＲＧＢ３原色光に対応して各色光用の三角柱状支持部材（直角三角柱）３１を各色光ごとに用意し、この三角柱状支持部材３１の第１面３１ｃにワイヤグリッド偏光子３２を、第２面３１ｄに反射型液晶パネル３３を、第３面３１ｅに透過性偏光板３５をそれぞれ取り付けると共に、ベース台２５は光学ガラスを用いて直方体に形成した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有する材料を用いており、このベース台２５に固定した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して各色光用の三角柱状支持部材３１を近接配置した。
【解決手段】ＲＧＢ３原色光に対応して各色光用の三角柱状支持部材（直角三角柱）３１を各色光ごとに用意し、この三角柱状支持部材３１の第１面３１ｃにワイヤグリッド偏光子３２を、第２面３１ｄに反射型液晶パネル３３を、第３面３１ｅに透過性偏光板３５をそれぞれ取り付けると共に、ベース台２５は光学ガラスを用いて直方体に形成した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有する材料を用いており、このベース台２５に固定した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して各色光用の三角柱状支持部材３１を近接配置した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＧＢ３原色光に対応して各色光ごとに用意した３つの反射型空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成して、カラー画像光を投射レンズによりスクリーン上に拡大して表示する投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、映像情報の多様化・高画質化が進み、ハイビジョン放送規格やコンピータ・グラフィクスのＳＶＧＡ規格に代表される高品質画像データが増加し、これに伴って高品質画像データを拡大表示するために投射型表示装置が盛んに利用されている。
【０００３】
この種の投射型表示装置のうちで３板式の投射型表示装置では、ＲＧＢ３原色光と対応して各色光ごとに用意した３つの空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成して、カラー画像光を投射レンズによりスクリーン上に拡大して表示している。
【０００４】
この際、投射型表示装置は、これに適用される空間光変調素子の種類によって、透過型空間光変調素子を適用したもの、反射型空間光変調素子を適用したもの、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００５】
透過型空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００６】
とくに、反射型空間光変調素子を適用した投射型表示装置は、反射型空間光変調素子に照射される入射光と当該反射型空間光変調素子で光変調・反射された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とする。高コントラストを実現するためには一つの反射型空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させるために、これが投射型表示装置の光学構成を複雑にしていたが、最近、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置してセラミックスベース等に接着固定し、光学系を構成することにより小型化を達成している。
【０００７】
この投射型表示装置において、ＲＧＢ３原色光に対応した３つの反射型空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成する際、各色光用の反射型空間光変調素子の光学的画像合成手段に対する位置がずれれば、スクリーン上に拡大して表示したカラー画像光のレジストレーションがずれて画質を損なうことになる。
【０００８】
一方、近年高精細化によって表示画素数が多い反射型空間光変調素子が使われるようになり、一つの画素の大きさが１０μｍを切るようになってきており、反射型空間光変調素子中の一つの画素の大きさが数十μｍと大きい場合には数μｍの取り付け誤差は問題とならないが、一つの画素の大きさが１０μｍ以下になると、数μｍの取り付け誤差はレジストレーションずれとなって色ずれが発生してしまう。
【０００９】
そこで、本出願人は、反射型空間光変調素子の脱着作業を行ってもレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ、反射型空間光変調素子を上下に配置したセラミックスベース材にしっかりと固定できる光学デバイスの製造方法及び投射表示装置を先に提案した（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２５９１７号公報
【００１０】
従来の投射表示装置は上記した特許文献１（特開２００４−３２５９１７号公報）に開示されており、ここでの図示を省略するものの、ＲＧＢ３原色光と対応して各色光ごとに用意した３つの反射型空間光変調素子と、複数の偏光ビームスプリッタと、複数のカラー偏光フィルタとを上下方向からセラミックスベース材に固定し、且つ、上下のセラミックスベース材に複数の素子固定金具をセラミックス接着剤により接着して固定すると共に、反射型空間光変調素子を固定している素子パッケージをさらにレジストレーション調整を実施しながら複数の素子固定金具に半田付けにより固定している。こうすることにより、反射型空間光変調素子の脱着作業を行ってもセラミックスベース材及び素子パッケージに引き剥がし応力や熱の影響がおよばないのでレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ、反射型空間光変調素子を上下に配置したセラミックスベース材にしっかりと固定できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記した従来の投射型表示装置では、複数の偏光ビームスプリッタと、複数のカラー偏光フィルタとを上下方向からセラミックスベース材に固定しているものの、ＲＧＢ３原色光と対応して設けた各色光用の反射型空間光変調素子に照射される入射光と当該反射型空間光変調素子で光変調・反射された反射光とを分離するために、複数の偏光ビームスプリッタに代えて複数のワイヤグリッド偏光子を用いて新たに投射型表示装置を開発した場合に、光源からの熱による各種の光学部材の熱変形を考慮する必要がある。
【００１２】
そこで、複数のワイヤグリッド偏光子を用いた場合に、高いコントラス性能が得られ、且つ、各種の光学部材の熱変形を考慮しながらこれらの光学部材を固定できる投射型表示装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、ベース台と、前記ベース台上に固定され、光源から出射された３原色光が各色光用の反射型空間光変調素子でそれぞれ光変調されて、所定の偏光光のみを反射するワイヤグリッド偏光子が取り付けられた支持部材と、前記ベース台上に固定され、前記ワイヤグリッド偏光子で反射された前記所定の偏光光の各色光を合成してカラー画像光として出射する合成光学系と、を備えた投射表示装置において、
前記合成光学系で合成される前記各色光のレジストレーションずれを抑えるように、前記ベース台及び前記合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたことを特徴とする投射表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の投射型表示装置によると、とくに、合成光学系で合成される各色光のレジストレーションずれを抑えるように、ベース台及び合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたために、ベース台及び色合成光学系に生じる熱膨張、熱収縮による寸法変化を略等しくすることができるので、各色光用の反射型空間光変調素子からの各色光を色合成光学系で色合成したカラーが像光はレジストレーションずれが生じにくくなり、スクリーン上に良好なカラー画像光を投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明に係る投射型表示装置の一実施例について図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明に係る実施例の投射型表示装置を説明するための平面図、
図２は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図、
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内のワイヤグリッド偏光子を説明するための図である。
【００１７】
図１に示した如く、本発明に係る実施例の投射型表示装置１０は、後述するようにＲ光，Ｇ光，Ｂ光にそれぞれ対応した空間光変調素子として光を反射する反射型を用いて構成されている。
【００１８】
この実施例の投射型表示装置１０では、無偏光の白色光を出射する光源１１と、光源１１からの白色光をＲ光（赤色光），Ｇ光（緑色光），Ｂ光（青色光）に色分解する色分解光学系１７〜１９と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型空間光変調素子（以下、反射型液晶パネルと記す）３３と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル３３でそれぞれ光変調された各色の変調画像光を色合成する３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と、この３色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光を投射する投射レンズ４２とが同一平面上に配置されている。
【００１９】
まず、光源１１はメタルハライドランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプなどを用いてＲ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ無偏光の白色光を出射しており、この光源１１から出射した白色光が放物面鏡１２で反射されることにより、略々平行光となって放物面鏡１２の前面に取り付けた第１のフライアイレンズアレイ１３と、この第１のフライアイレンズアレイ１３の前方に設けた第２のフライアイレンズアレイ１４とに順に入射される。これら第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４は、対をなして白色光の光束内の照度分布を均一化するためのインテグレータを構成している。尚、光源１１の前方に、紫外光及び赤外光をカットする図示しない可視外光除去フィルタを配置しても良い。
【００２０】
この後、第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４により照度分布を均一化された無偏光の白色光は、偏光変換光学素子となる偏光変換プリズムアレイ１５に入射される。この偏光変換プリズムアレイ１５は、偏光分離プリズムアレイと、λ／２位相差板とを有して、全体として平板状に構成されている。即ち、この偏光変換プリズムアレイ１５に入射した光は、まず、偏光分離プリズムアレイが有する偏光ビームスプリッタ膜面により、この偏光ビームスプリッタ膜面に対するＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００２１】
この際、偏光変換プリズムアレイ１５の偏光ビームスプリッタ膜面は、平行なストライプ状に複数設けられており、それぞれが偏光変換プリズムアレイ１５の主面に対して４５°の傾斜を有している。この偏光ビームスプリッタ膜面において、Ｐ偏光成分は透過して偏光変換プリズムアレイ１５の前面側に出射され、Ｓ偏光成分は反射される。一つの偏光ビームスプリッタ膜面によって反射されたＳ偏光成分は、光路を９０°曲げられ、隣接する他の偏光ビームスプリッタ膜面によって再び反射されて光路を９０°曲げられて、偏光変換プリズムアレイ１５の前面側に出射される。
【００２２】
そして、このようなＳ偏光成分が出射される領域には、λ／２位相差板が設けられている。このλ／２位相差板を透過したＳ偏光成分は、偏光方向を９０°回転され、偏光ビームスプリッタ膜面を透過したＰ偏光成分（または、偏光ビームスプリッタ膜面に２回反射されたＳ偏光成分）と同一の偏光方向となされる。このようにして、光源１１からの無偏光の白色光が偏光変換プリズムアレイ１５を透過した後に、所定の一方向の偏光光となされている。
【００２３】
この実施例の形態においては、偏光変換プリズムアレイ１５を透過した光は、図１中の符号で示すように、所定の一方向の偏光光として例えばＰ偏光光に変換されている。ただし、偏光変換プリズムアレイ１５における偏光変換効率は１００％ではなく、この偏光変換プリズムアレイ１５からの出射光には、数％乃至数十％のＳ偏光成分が混入している。
【００２４】
尚、以下では、偏光変換プリズムアレイ１５によって得られる所定の一方向の偏光光を第１偏光成分光であるＰ偏光光として説明するが、これに限られるわけではなく、光源１１からの白色光を偏光変換プリズムアレイ１５でＳ偏光光に偏光変換する方法も可能である。
【００２５】
この後、偏光変換プリズムアレイ１５を透過したＰ偏光光（第１偏光成分光）の白色光は、フィールドレンズ１６を経て、第１のダイクロイックミラー１７に入射する。この第１のダイクロイックミラー１７では、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ白色光からＲ光及びＧ光の２色の成分を反射させて９０°方向を変え、残りのＢ光を透過させてそのまま直進させている。
【００２６】
そして、第１のダイクロイックミラー１７で反射されたＲ光及びＧ光は、第１の金属膜反射ミラー１８に入射し、この第１の金属膜反射ミラー１８で反射されて９０°方向を変えた後に第２のダイクロイックミラー１９に入射する。この第２のダイクロイックミラー１９では、Ｒ光を透過させてそのまま直進させて、Ｒ光をＲ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒに入射させる一方、Ｇ光を反射させて９０°方向を変えて、Ｇ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇに入射させている。
【００２７】
また、第１のダイクロイックミラー１７を透過したＢ光は、第２，第３の金属膜反射ミラー２０，２１で順に反射されてＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射される。
【００２８】
上記から第１，第２のダイクロイックミラー１７，１９が光源１１からの白色光をＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解する色分解光学系を構成しており、且つ、光源１１から色分解光学系１７，１９までの各構成部材が、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を、各色光用の反射型液晶パネル（反射型空間光変調素子）３３にそれぞれ照明するための各色光照明手段となっている。
【００２９】
尚、この実施例では、光源１１からの白色光を色分解光学系１７，１９によりＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解させた例を用いて説明しているが、これに限ることなく、例えば、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光をそれぞれ出射するＲ光用，Ｇ光用，Ｂ光用の各ＬＥＤ光源を用いれば、色分解光学系１７，１９を設ける必要がなくなるので、各色光照明手段となる各色光用のＬＥＤ光源からそれぞれ出射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各一方向の偏光成分（第１偏光成分）を、各色光に対応した各色光用の反射型液晶パネル３３にそれぞれ直接照明しても良いものである。
【００３０】
ここで、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは全て同一に構成されており、且つ、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは、直方体形状に形成された色合成光学系となる３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して近接配置されている。
【００３１】
更に、図２に拡大して示した如く、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂのそれぞれは、アルミ材とかステンレス材などを用いて直角三角形状の下面３１ａ及び上面３１ｂとの間に、各色光照明手段による各色光の光軸に対して４５°傾けた第１面３１ｃと、この第１面３１ｃを挟んで互いに直交した第２面３１ｄ及び第３面３１ｅとをそれぞれ枠状に形成して、各面３１ａ〜３１ｅで囲まれた内部を中空状の空洞に形成した三角柱状支持部材（直角三角柱）３１を各色光ごとに用意している。
【００３２】
そして、各色光用の三角柱状支持部材３１内で各色光照明手段による各色光の光軸に対して４５°傾けて配置した第１面３１ｃに各色光照明手段からの各色光中に含まれる第１偏光成分の各色光を透過させた後に各色光用の反射型液晶パネル３３に入射して光変調・反射された第２偏光成分の各色光を反射させる各色光用のワイヤグリッド偏光子３２が接着剤などを用いて取り付けられ、且つ、各色光用のワイヤグリッド偏光子３２を透過させた各透過光の光軸に対して直交して配置した第２面３１ｄに各色光用の反射型液晶パネル３３が不図示の液晶パネル取り付け調整機構部を介して取り付けられている。
【００３３】
更に、各色光用の反射型液晶パネル３３からの反射光を各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射させた各反射光の光軸に対して直交して配置した第３面３１ｅに各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射された第２偏光成分の各色光から不要な第１偏光成分の各色光を除去して出射させる各色光用の透過型偏光板３５が接着剤を用いて取り付けられている。
【００３４】
尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の第３面に、各色光用の透過型偏光板３５に代えて光透過性光学ガラス板（図示せず）を取り付けても良く、この場合には、不要な偏光成分を除去する各色光用の透過型偏光板（図示せず）を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに接着剤を用いて固着させれば良い。従って、各色光用の三角柱状支持部材３１の第３面には、透過型偏光板３５又は光透過性光学ガラス板（図示せず）などの光透過性光学板を取り付ければ良い。
【００３５】
尚、上記した三角柱状支持部材３１は、直角三角柱に限定されるものでもなく、即ち、各色光用のワイヤグリッド偏光子３２を接着した第１面３１ｃと各色光用の反射型液晶パネル３３を接着した第２面３１ｄとのなす角度が４５°であることが必要であるものの、第１面３１ｃに接着した各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射させた第２偏光成分の各色光を第３面３１ｅから透過できれば良いので、第２面３１ｄと第３面３１ｅのなす角度は９０°に限定されるものではない。
【００３６】
更に、三角柱状支持部材３１の下面３１ａ及び上面３１ｂと第１面３１ｃ〜第３面３１ｅとで直角三角柱状に囲まれた内部空間に窒素又はアルゴンなどの不活性ガスを１気圧以上の気圧状態で封入させて塵埃などに対して密閉させた状態で、各色光用の透過型偏光板３５側を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対してそれぞれ隙間を隔てて対向させている。
【００３７】
また、各色光用の三角柱状支持部材３１にそれぞれ取り付けたワイヤグリッド偏光子３２及び反射型液晶パネル３３並びに透過型偏光板３５は、後述するベース台２５（図４）に対して垂設されている。
【００３８】
また、反射型液晶パネル３３は、この反射型液晶パネル３３を冷却するためのヒートシンク３４が裏面に取り付けられている。尚、反射型液晶パネル３３の前面に波長板（図示せず）を必要に応じて取り付けても良い。
【００３９】
そして、例えば、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０ＲにＰ偏光成分（第１偏光成分）のＲ光を入射させる時に、このＰ偏光成分のＲ光を三角柱状支持部材３１に取り付けたワイヤグリッド偏光子３２を透過させて、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３に入射させている。
【００４０】
上記したワイヤグリッド偏光子３２は、従来技術で説明したような偏光ビームスプリッタと同じ偏光分離機能を備えているものの、偏光ビームスプリッタは熱応力によるシェーディングを発生させないために透明なガラスの中に鉛が混入されているのに対してワイヤグリッド偏光子３２は地球環境問題上で有害である鉛は使用されていなので公害問題の発生がない。
【００４１】
また、上記したワイヤグリッド偏光子２３は、図３（ａ）に示した如く、光学ガラス板３２ａ上に、アルミニウムなどの金属線３２ｂを例えば１４０ｎｍのピッチで規則正しくストライプ状に多数本並べて形成したものであり、金属線３２ｂに垂直な偏光成分（例えば、Ｐ偏光光）をそのまま透過させ、且つ、金属線３２ｂに平行な偏光成分（例えば、Ｓ偏光光）は反射する機能を有している。
【００４２】
そして、図３（ｂ）に示した如く、ワイヤグリッド偏光子３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θをパラメータとした時に、Ｐ偏光成分の透過率の波長依存性を図３（ｃ）に示している。この図３（ｃ）において、ａはワイヤグリッド偏光子３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θが０°、ｂは入射角θが−１５°、ｃは入射角θが＋１５°の場合を示している。尚、入射角θは、ワイヤグリッド偏光子３２への入射光が光軸に対してなす角度であり、ワイヤグリッド偏光子３２の入射面は光軸に対して４５°傾斜されている。このワイヤグリッド偏光子３２においては、入射角θが±１５°に達しても、Ｐ偏光光の透過率の波長依存性は、可視波長領域で極めて小さく、安定している。
【００４３】
このため、ワイヤグリッド偏光子３２を用いると、明るく、色再現性の良好な表示画像が得られることがわかる。また、ワイヤグリッド偏光子３２は、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。また、ワイヤグリッド偏光子３２は、光源１１（図１）から発せられる光を吸収しにくいため、複屈折による表示画像の品質低下を抑えることができる。
【００４４】
再び図１に戻り、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２を透過したＰ偏光光によるＲ光がＲ光用の反射型液晶パネル３３に入射すると、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３内でＲ光の画像信号に応じて光変調された後に反射された光束は再びＲ光用のワイヤグリッド偏光子３２に戻る。ここで、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２においては、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３を照明する第１偏光成分のＲ光であるＰ偏光光とは異なって、反射型液晶パネル３３で光変調・反射された第２偏光成分のＲ光であるＳ偏光光（第２偏光成分光）の光束のみを反射する。
【００４５】
この際、反射型液晶パネル３３は、シリコン基板上にスイッチング素子をマトリックス状に設けると共にこの上方に絶縁層を介してアルミニウムなどの金属からなる画素電極をマトリックス状に複数設け、この複数の画素電極と透明基板に設けた共通電極との間に液晶を封入して、複数の画素電極と共通電極との間に電圧を印加して、透明基板側から入射させた入射光に各色光の画像信号に応じて光変調し、この入射光を複数の画素電極で反射させた変調画像光を出射するように反射型として構成されている。このような反射型液晶パネル３３は、画素集積度が高いので高解像度画像に適しており、また、複数の画素電極の下方に回路構造を積層できるので、開口率を９０％程度に高めることができ、明るく滑らかで細密な画像を表示できるという長所がある。
【００４６】
この後、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射されたＳ偏光光（第２偏光成分光）によるＲ光は、Ｒ光用の三角柱状支持部材３１内で３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ａと対向して配置されたＲ光用の不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３５に入射され、この透過型偏光板３５で不要な第１偏光成分のＲ光であるＰ偏光光（第１偏光成分光）を除去しながら透過型偏光板３５を透過したＳ偏光成分のＲ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ａから入射させている。
【００４７】
この際、上記した不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３５は、ワイヤグリッド偏光子３２で反射された反射光に不要偏光光であるＰ偏光光が混入されている場合に、このままでは表示画像のコントラスト比が低下する要因となるので、不要なＰ偏光光を除去するために設けられている。
【００４８】
そして、透過型偏光板３５としては、基材フィルム（ポリビニルアルコール；ＰＶＡ）にヨウ素や有機染料などの二色性の材料を染色、吸着させ、高度に延伸、配向させることで、吸収二色性を発現させているものである。このＰＶＡ偏光層をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）層で挟んだ偏光フィルムを、ガラス基板上に粘着材、または、接着剤で貼り付けた構成である。このような吸収二色性を基本原理とした透過型偏光板３５は、入射する光束の直交する偏光成分のうち、二色性染料の配列と同方向の偏光成分を吸収し、他方の偏光成分を透過する。
【００４９】
この透過型偏光板３５は光吸収型であるので、耐熱性、放熱性を考慮し、水晶やサファイアなどの熱伝導性に優れた基板を用いて構成することが望ましい。光利用率の向上のためと、界面での不要反射光による表示画像の品位低下を防止するため、透過型偏光板３５の空気界面には、減反射コートを施す必要がある。これらの偏光特性、反射防止膜特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色について最適化されることが望ましい。
【００５０】
また、透過型偏光板３５は、片面フィルムで構成しても良いが、フィルムの表面を波長オーダで平坦化するのは困難であるので、このフィルム表面の非平面性が波面収差となり、解像度を劣化させる要因となる。そこで、より高い解像度を実現するためには、この偏光フィルムを平坦な光学研磨の施された基板（白板ガラス、光学ガラス、水晶、石英、サファイアなど）で挟み、接着剤、または、粘着材でフィルムの凹凸を埋めることで、解像度劣化を防ぐことができる。
【００５１】
以下、上記したＲ光と同様に、Ｇ光及びＢ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ及びＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射させた時に、Ｇ光用及びＢ光用の反射型液晶パネル３３，３３で光変調されて反射されたＳ偏光光のＧ光及びＢ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ｂ及び入射面４０ｃから入射させている。
【００５２】
この後、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃから入射されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各変調画像光は、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆによって色合成され、この色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光が出射面４０ｄから出射されて１／４波長板４１を介して投射レンズ４２に入射され、この投射レンズ４２によって図示しないスクリーン上に拡大投射されて実像を結像し、色合成画像光を表示している。
【００５３】
上記した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０は、光学ガラスを用いて直方体（立方体も含む）に形成されており、上面から見た時に第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆがＸ字状にクロスしている。
【００５４】
この際、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第１ダイクロイック膜４０ｅは、入射面４０ａから入射したＲ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ｃから入射したＢ光も透過させる機能を備えている。
【００５５】
また、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第２ダイクロイック膜４０ｆは、入射面４０ｃから入射したＢ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ａから入射したＲ光も透過させる機能を備えている。
【００５６】
従って、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆで３色合成が可能になっている。
【００５７】
また、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と投射レンズ４２との間に配置した１／４波長板４１は、投射レンズ４２のレンズ表面からの微量な反射光が３色合成クロスダイクロイックプリズム４０，透過型偏光板３５，ワイヤグリッド偏光子３２を介して反射型液晶パネル３３側に戻り、再度反射されてスクリーンに達し、ゴースト状に不要光が現われるのを防ぐためのものであり、この１／４波長板４１は必要に応じて設置すれば良いものである。
【００５８】
ここで、各色光用の三角柱状支持部材３１と３色合成クロスダイクロイックプリズム４０とを少なくとも固定する構造形態について図４及び図５を用いて説明する。
【００５９】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定する状態を示した斜視図，側面図、
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定し、且つ、各色光用の三角柱状支持部材を天板の裏面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【００６０】
まず、図４（ａ），（ｂ）に示した如く、ベース台２５の上面２５ａには、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の下面４０ｇが接着剤を用いて固定され、且つ、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して各色光用の三角柱状支持部材３１が取り付けられている。具体的には、ベース台２５の裏面２５ｂから複数のネジ２６をベース台２５に穿設した複数の取り付け孔２５ｃ内に挿入して、これら複数のネジ２６を各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａに形成した各ネジ孔（図示せず）に締結することで、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａがベース台２５の上面２５ａに固定されている。尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａをベース台２５の上面２５ａに接着剤を用いて固定しても良い。
【００６１】
この際、ベース台２５は、光学ガラスを用いて直方体に形成した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の素材となる光学ガラス材の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有する材料を用いており、例えば、光学ガラスよりも安価に入手できるステンレスとか、ファインセラミックスや、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）などのプラスチック材料や、ニッケル合金材料などのいづれか一つを用いている。この際、ベース台に適用可能な上記各材料は線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有するように材料成分を選定すれば良いものである。
【００６２】
そして、ベース台２５は３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有しているため、照明光学系からの熱によりベース台２５及び３色合成クロスダイクロイックプリズム４０に生じる熱膨張、熱収縮による寸法変化を略等しくすることができるので、各色光用の反射型液晶パネル３３に対してレジストレーション調整を行った後に各色光用の反射型液晶パネル３３からの各色光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０で色合成したカラー画像光はレジストレーションずれが生じにくくなり、不図示のスクリーン上に良好なカラー画像光を投射することができる。
【００６３】
更に、図５（ａ），（ｂ）に示した如く、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａと３色合成クロスダイクロイックプリズム４０とを上記した材料を用いたベース台２５上に固定した上で、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂをベース台２５と同じ材料を用いた天板２７の裏面２７ａに締結すれば、各色光用の三角柱状支持部材３１がより一層強固に固定できるのでより好ましい。具体的には、天板２７の上面２７ｂから複数のネジ２８を天板２７に穿設した複数の取り付け孔２７ｃ内に挿入して、これら複数のネジ２８を各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂに形成した各ネジ孔３１ｂ１に締結することで、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂが天板２７の裏面２７ａに固定されている。尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂを天板２７の裏面２７ａに接着剤を用いて固定しても良い。
【００６４】
この際、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の上面４０ｈは、天板２７の裏面２７ａに接着されてなく、天板２７の裏面２７ａと色合成クロスダイクロイックプリズム４０の上面４０ｈとの間に隙間Ｓを設けることにより、各色光用の三角柱状支持部材３１と３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の材料が異なる時に生じる熱変形の違いの影響を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る実施例の投射型表示装置を説明するための平面図である。
【図２】本発明に係る実施例の投射型表示装置において、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内のワイヤグリッド偏光子を説明するための図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定し、且つ、各色光用の三角柱状支持部材を天板の裏面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…投射型表示装置、
１１…光源、１２…放物面鏡、
１３…第１のフライアイレンズアレイ、１４…第２のフライアイレンズアレイ、
１５…偏光変換光学素子（偏光変換プリズムアレイ）、
１７…第１のダイクロイックミラー、１９…第２のダイクロイックミラー、
２５…ベース台、２５ａ…上面、２５ｂ…裏面、２６…ネジ、
２７…天板、２７ａ…裏面、２７ｂ…上面、２８…ネジ、
３０Ｒ…Ｒ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｇ…Ｇ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｂ…Ｂ光用反射型液晶パネル組立体、
３１…三角柱状支持部材、
３１ａ…下面、３１ｂ…上面、３１ｃ〜３１ｅ…第１面〜第３面、
３２…ワイヤグリッド偏光子、
３３…反射型空間光変調素子（反射型液晶パネル）、
３５…透過型偏光板、
４０…３色合成クロスダイクロイックプリズム、
４０ａ〜４０ｃ…入射面、４０ｄ…出射面、
４０ｅ，４０ｆ…第１，第２ダイクロイック膜、４０ｇ…下面、４０ｈ…上面、
４２…投射レンズ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＧＢ３原色光に対応して各色光ごとに用意した３つの反射型空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成して、カラー画像光を投射レンズによりスクリーン上に拡大して表示する投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、映像情報の多様化・高画質化が進み、ハイビジョン放送規格やコンピータ・グラフィクスのＳＶＧＡ規格に代表される高品質画像データが増加し、これに伴って高品質画像データを拡大表示するために投射型表示装置が盛んに利用されている。
【０００３】
この種の投射型表示装置のうちで３板式の投射型表示装置では、ＲＧＢ３原色光と対応して各色光ごとに用意した３つの空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成して、カラー画像光を投射レンズによりスクリーン上に拡大して表示している。
【０００４】
この際、投射型表示装置は、これに適用される空間光変調素子の種類によって、透過型空間光変調素子を適用したもの、反射型空間光変調素子を適用したもの、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を適用したものがある。
【０００５】
透過型空間光変調素子及びＤＭＤは、光学構成が比較的簡単にできるために小型化が容易であるが高解像度化に難がある。一方、反射型空間光変調素子は高解像度化に有利であるが光学構成が複雑となるために小型化に難がある。
【０００６】
とくに、反射型空間光変調素子を適用した投射型表示装置は、反射型空間光変調素子に照射される入射光と当該反射型空間光変調素子で光変調・反射された反射光とを分離するために偏光ビームスプリッタを必要とする。高コントラストを実現するためには一つの反射型空間光変調素子に対して、通常２つ以上の偏光ビームスプリッタを作用させるために、これが投射型表示装置の光学構成を複雑にしていたが、最近、複数の偏光ビームスプリッタを至近距離に配置してセラミックスベース等に接着固定し、光学系を構成することにより小型化を達成している。
【０００７】
この投射型表示装置において、ＲＧＢ３原色光に対応した３つの反射型空間光変調素子に表示された各色の変調画像光を光学的に合成する際、各色光用の反射型空間光変調素子の光学的画像合成手段に対する位置がずれれば、スクリーン上に拡大して表示したカラー画像光のレジストレーションがずれて画質を損なうことになる。
【０００８】
一方、近年高精細化によって表示画素数が多い反射型空間光変調素子が使われるようになり、一つの画素の大きさが１０μｍを切るようになってきており、反射型空間光変調素子中の一つの画素の大きさが数十μｍと大きい場合には数μｍの取り付け誤差は問題とならないが、一つの画素の大きさが１０μｍ以下になると、数μｍの取り付け誤差はレジストレーションずれとなって色ずれが発生してしまう。
【０００９】
そこで、本出願人は、反射型空間光変調素子の脱着作業を行ってもレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ、反射型空間光変調素子を上下に配置したセラミックスベース材にしっかりと固定できる光学デバイスの製造方法及び投射表示装置を先に提案した（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２５９１７号公報
【００１０】
従来の投射表示装置は上記した特許文献１（特開２００４−３２５９１７号公報）に開示されており、ここでの図示を省略するものの、ＲＧＢ３原色光と対応して各色光ごとに用意した３つの反射型空間光変調素子と、複数の偏光ビームスプリッタと、複数のカラー偏光フィルタとを上下方向からセラミックスベース材に固定し、且つ、上下のセラミックスベース材に複数の素子固定金具をセラミックス接着剤により接着して固定すると共に、反射型空間光変調素子を固定している素子パッケージをさらにレジストレーション調整を実施しながら複数の素子固定金具に半田付けにより固定している。こうすることにより、反射型空間光変調素子の脱着作業を行ってもセラミックスベース材及び素子パッケージに引き剥がし応力や熱の影響がおよばないのでレジストレーション調整の精度が維持でき、且つ、反射型空間光変調素子を上下に配置したセラミックスベース材にしっかりと固定できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記した従来の投射型表示装置では、複数の偏光ビームスプリッタと、複数のカラー偏光フィルタとを上下方向からセラミックスベース材に固定しているものの、ＲＧＢ３原色光と対応して設けた各色光用の反射型空間光変調素子に照射される入射光と当該反射型空間光変調素子で光変調・反射された反射光とを分離するために、複数の偏光ビームスプリッタに代えて複数のワイヤグリッド偏光子を用いて新たに投射型表示装置を開発した場合に、光源からの熱による各種の光学部材の熱変形を考慮する必要がある。
【００１２】
そこで、複数のワイヤグリッド偏光子を用いた場合に、高いコントラス性能が得られ、且つ、各種の光学部材の熱変形を考慮しながらこれらの光学部材を固定できる投射型表示装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、ベース台と、前記ベース台上に固定され、光源から出射された３原色光が各色光用の反射型空間光変調素子でそれぞれ光変調されて、所定の偏光光のみを反射するワイヤグリッド偏光子が取り付けられた支持部材と、前記ベース台上に固定され、前記ワイヤグリッド偏光子で反射された前記所定の偏光光の各色光を合成してカラー画像光として出射する合成光学系と、を備えた投射表示装置において、
前記合成光学系で合成される前記各色光のレジストレーションずれを抑えるように、前記ベース台及び前記合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたことを特徴とする投射表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の投射型表示装置によると、とくに、合成光学系で合成される各色光のレジストレーションずれを抑えるように、ベース台及び合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたために、ベース台及び色合成光学系に生じる熱膨張、熱収縮による寸法変化を略等しくすることができるので、各色光用の反射型空間光変調素子からの各色光を色合成光学系で色合成したカラーが像光はレジストレーションずれが生じにくくなり、スクリーン上に良好なカラー画像光を投射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明に係る投射型表示装置の一実施例について図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明に係る実施例の投射型表示装置を説明するための平面図、
図２は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図、
図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内のワイヤグリッド偏光子を説明するための図である。
【００１７】
図１に示した如く、本発明に係る実施例の投射型表示装置１０は、後述するようにＲ光，Ｇ光，Ｂ光にそれぞれ対応した空間光変調素子として光を反射する反射型を用いて構成されている。
【００１８】
この実施例の投射型表示装置１０では、無偏光の白色光を出射する光源１１と、光源１１からの白色光をＲ光（赤色光），Ｇ光（緑色光），Ｂ光（青色光）に色分解する色分解光学系１７〜１９と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型空間光変調素子（以下、反射型液晶パネルと記す）３３と、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル３３でそれぞれ光変調された各色の変調画像光を色合成する３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と、この３色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光を投射する投射レンズ４２とが同一平面上に配置されている。
【００１９】
まず、光源１１はメタルハライドランプ，キセノンランプ，ハロゲンランプなどを用いてＲ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ無偏光の白色光を出射しており、この光源１１から出射した白色光が放物面鏡１２で反射されることにより、略々平行光となって放物面鏡１２の前面に取り付けた第１のフライアイレンズアレイ１３と、この第１のフライアイレンズアレイ１３の前方に設けた第２のフライアイレンズアレイ１４とに順に入射される。これら第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４は、対をなして白色光の光束内の照度分布を均一化するためのインテグレータを構成している。尚、光源１１の前方に、紫外光及び赤外光をカットする図示しない可視外光除去フィルタを配置しても良い。
【００２０】
この後、第１，第２のフライアイレンズアレイ１３，１４により照度分布を均一化された無偏光の白色光は、偏光変換光学素子となる偏光変換プリズムアレイ１５に入射される。この偏光変換プリズムアレイ１５は、偏光分離プリズムアレイと、λ／２位相差板とを有して、全体として平板状に構成されている。即ち、この偏光変換プリズムアレイ１５に入射した光は、まず、偏光分離プリズムアレイが有する偏光ビームスプリッタ膜面により、この偏光ビームスプリッタ膜面に対するＰ偏光成分とＳ偏光成分とに分離される。
【００２１】
この際、偏光変換プリズムアレイ１５の偏光ビームスプリッタ膜面は、平行なストライプ状に複数設けられており、それぞれが偏光変換プリズムアレイ１５の主面に対して４５°の傾斜を有している。この偏光ビームスプリッタ膜面において、Ｐ偏光成分は透過して偏光変換プリズムアレイ１５の前面側に出射され、Ｓ偏光成分は反射される。一つの偏光ビームスプリッタ膜面によって反射されたＳ偏光成分は、光路を９０°曲げられ、隣接する他の偏光ビームスプリッタ膜面によって再び反射されて光路を９０°曲げられて、偏光変換プリズムアレイ１５の前面側に出射される。
【００２２】
そして、このようなＳ偏光成分が出射される領域には、λ／２位相差板が設けられている。このλ／２位相差板を透過したＳ偏光成分は、偏光方向を９０°回転され、偏光ビームスプリッタ膜面を透過したＰ偏光成分（または、偏光ビームスプリッタ膜面に２回反射されたＳ偏光成分）と同一の偏光方向となされる。このようにして、光源１１からの無偏光の白色光が偏光変換プリズムアレイ１５を透過した後に、所定の一方向の偏光光となされている。
【００２３】
この実施例の形態においては、偏光変換プリズムアレイ１５を透過した光は、図１中の符号で示すように、所定の一方向の偏光光として例えばＰ偏光光に変換されている。ただし、偏光変換プリズムアレイ１５における偏光変換効率は１００％ではなく、この偏光変換プリズムアレイ１５からの出射光には、数％乃至数十％のＳ偏光成分が混入している。
【００２４】
尚、以下では、偏光変換プリズムアレイ１５によって得られる所定の一方向の偏光光を第１偏光成分光であるＰ偏光光として説明するが、これに限られるわけではなく、光源１１からの白色光を偏光変換プリズムアレイ１５でＳ偏光光に偏光変換する方法も可能である。
【００２５】
この後、偏光変換プリズムアレイ１５を透過したＰ偏光光（第１偏光成分光）の白色光は、フィールドレンズ１６を経て、第１のダイクロイックミラー１７に入射する。この第１のダイクロイックミラー１７では、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を含んだ白色光からＲ光及びＧ光の２色の成分を反射させて９０°方向を変え、残りのＢ光を透過させてそのまま直進させている。
【００２６】
そして、第１のダイクロイックミラー１７で反射されたＲ光及びＧ光は、第１の金属膜反射ミラー１８に入射し、この第１の金属膜反射ミラー１８で反射されて９０°方向を変えた後に第２のダイクロイックミラー１９に入射する。この第２のダイクロイックミラー１９では、Ｒ光を透過させてそのまま直進させて、Ｒ光をＲ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒに入射させる一方、Ｇ光を反射させて９０°方向を変えて、Ｇ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇに入射させている。
【００２７】
また、第１のダイクロイックミラー１７を透過したＢ光は、第２，第３の金属膜反射ミラー２０，２１で順に反射されてＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射される。
【００２８】
上記から第１，第２のダイクロイックミラー１７，１９が光源１１からの白色光をＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解する色分解光学系を構成しており、且つ、光源１１から色分解光学系１７，１９までの各構成部材が、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光を、各色光用の反射型液晶パネル（反射型空間光変調素子）３３にそれぞれ照明するための各色光照明手段となっている。
【００２９】
尚、この実施例では、光源１１からの白色光を色分解光学系１７，１９によりＲ光，Ｇ光，Ｂ光に色分解させた例を用いて説明しているが、これに限ることなく、例えば、Ｒ光，Ｇ光，Ｂ光をそれぞれ出射するＲ光用，Ｇ光用，Ｂ光用の各ＬＥＤ光源を用いれば、色分解光学系１７，１９を設ける必要がなくなるので、各色光照明手段となる各色光用のＬＥＤ光源からそれぞれ出射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各一方向の偏光成分（第１偏光成分）を、各色光に対応した各色光用の反射型液晶パネル３３にそれぞれ直接照明しても良いものである。
【００３０】
ここで、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは全て同一に構成されており、且つ、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂは、直方体形状に形成された色合成光学系となる３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して近接配置されている。
【００３１】
更に、図２に拡大して示した如く、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｒ及びＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ並びにＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂのそれぞれは、アルミ材とかステンレス材などを用いて直角三角形状の下面３１ａ及び上面３１ｂとの間に、各色光照明手段による各色光の光軸に対して４５°傾けた第１面３１ｃと、この第１面３１ｃを挟んで互いに直交した第２面３１ｄ及び第３面３１ｅとをそれぞれ枠状に形成して、各面３１ａ〜３１ｅで囲まれた内部を中空状の空洞に形成した三角柱状支持部材（直角三角柱）３１を各色光ごとに用意している。
【００３２】
そして、各色光用の三角柱状支持部材３１内で各色光照明手段による各色光の光軸に対して４５°傾けて配置した第１面３１ｃに各色光照明手段からの各色光中に含まれる第１偏光成分の各色光を透過させた後に各色光用の反射型液晶パネル３３に入射して光変調・反射された第２偏光成分の各色光を反射させる各色光用のワイヤグリッド偏光子３２が接着剤などを用いて取り付けられ、且つ、各色光用のワイヤグリッド偏光子３２を透過させた各透過光の光軸に対して直交して配置した第２面３１ｄに各色光用の反射型液晶パネル３３が不図示の液晶パネル取り付け調整機構部を介して取り付けられている。
【００３３】
更に、各色光用の反射型液晶パネル３３からの反射光を各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射させた各反射光の光軸に対して直交して配置した第３面３１ｅに各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射された第２偏光成分の各色光から不要な第１偏光成分の各色光を除去して出射させる各色光用の透過型偏光板３５が接着剤を用いて取り付けられている。
【００３４】
尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の第３面に、各色光用の透過型偏光板３５に代えて光透過性光学ガラス板（図示せず）を取り付けても良く、この場合には、不要な偏光成分を除去する各色光用の透過型偏光板（図示せず）を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに接着剤を用いて固着させれば良い。従って、各色光用の三角柱状支持部材３１の第３面には、透過型偏光板３５又は光透過性光学ガラス板（図示せず）などの光透過性光学板を取り付ければ良い。
【００３５】
尚、上記した三角柱状支持部材３１は、直角三角柱に限定されるものでもなく、即ち、各色光用のワイヤグリッド偏光子３２を接着した第１面３１ｃと各色光用の反射型液晶パネル３３を接着した第２面３１ｄとのなす角度が４５°であることが必要であるものの、第１面３１ｃに接着した各色光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射させた第２偏光成分の各色光を第３面３１ｅから透過できれば良いので、第２面３１ｄと第３面３１ｅのなす角度は９０°に限定されるものではない。
【００３６】
更に、三角柱状支持部材３１の下面３１ａ及び上面３１ｂと第１面３１ｃ〜第３面３１ｅとで直角三角柱状に囲まれた内部空間に窒素又はアルゴンなどの不活性ガスを１気圧以上の気圧状態で封入させて塵埃などに対して密閉させた状態で、各色光用の透過型偏光板３５側を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対してそれぞれ隙間を隔てて対向させている。
【００３７】
また、各色光用の三角柱状支持部材３１にそれぞれ取り付けたワイヤグリッド偏光子３２及び反射型液晶パネル３３並びに透過型偏光板３５は、後述するベース台２５（図４）に対して垂設されている。
【００３８】
また、反射型液晶パネル３３は、この反射型液晶パネル３３を冷却するためのヒートシンク３４が裏面に取り付けられている。尚、反射型液晶パネル３３の前面に波長板（図示せず）を必要に応じて取り付けても良い。
【００３９】
そして、例えば、Ｒ光用反射型液晶パネル組立体３０ＲにＰ偏光成分（第１偏光成分）のＲ光を入射させる時に、このＰ偏光成分のＲ光を三角柱状支持部材３１に取り付けたワイヤグリッド偏光子３２を透過させて、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３に入射させている。
【００４０】
上記したワイヤグリッド偏光子３２は、従来技術で説明したような偏光ビームスプリッタと同じ偏光分離機能を備えているものの、偏光ビームスプリッタは熱応力によるシェーディングを発生させないために透明なガラスの中に鉛が混入されているのに対してワイヤグリッド偏光子３２は地球環境問題上で有害である鉛は使用されていなので公害問題の発生がない。
【００４１】
また、上記したワイヤグリッド偏光子２３は、図３（ａ）に示した如く、光学ガラス板３２ａ上に、アルミニウムなどの金属線３２ｂを例えば１４０ｎｍのピッチで規則正しくストライプ状に多数本並べて形成したものであり、金属線３２ｂに垂直な偏光成分（例えば、Ｐ偏光光）をそのまま透過させ、且つ、金属線３２ｂに平行な偏光成分（例えば、Ｓ偏光光）は反射する機能を有している。
【００４２】
そして、図３（ｂ）に示した如く、ワイヤグリッド偏光子３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θをパラメータとした時に、Ｐ偏光成分の透過率の波長依存性を図３（ｃ）に示している。この図３（ｃ）において、ａはワイヤグリッド偏光子３２へのＰ偏光光による入射光の入射角θが０°、ｂは入射角θが−１５°、ｃは入射角θが＋１５°の場合を示している。尚、入射角θは、ワイヤグリッド偏光子３２への入射光が光軸に対してなす角度であり、ワイヤグリッド偏光子３２の入射面は光軸に対して４５°傾斜されている。このワイヤグリッド偏光子３２においては、入射角θが±１５°に達しても、Ｐ偏光光の透過率の波長依存性は、可視波長領域で極めて小さく、安定している。
【００４３】
このため、ワイヤグリッド偏光子３２を用いると、明るく、色再現性の良好な表示画像が得られることがわかる。また、ワイヤグリッド偏光子３２は、一枚の板状の偏光分離板であるので、軽量である。また、ワイヤグリッド偏光子３２は、光源１１（図１）から発せられる光を吸収しにくいため、複屈折による表示画像の品質低下を抑えることができる。
【００４４】
再び図１に戻り、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２を透過したＰ偏光光によるＲ光がＲ光用の反射型液晶パネル３３に入射すると、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３内でＲ光の画像信号に応じて光変調された後に反射された光束は再びＲ光用のワイヤグリッド偏光子３２に戻る。ここで、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２においては、Ｒ光用の反射型液晶パネル３３を照明する第１偏光成分のＲ光であるＰ偏光光とは異なって、反射型液晶パネル３３で光変調・反射された第２偏光成分のＲ光であるＳ偏光光（第２偏光成分光）の光束のみを反射する。
【００４５】
この際、反射型液晶パネル３３は、シリコン基板上にスイッチング素子をマトリックス状に設けると共にこの上方に絶縁層を介してアルミニウムなどの金属からなる画素電極をマトリックス状に複数設け、この複数の画素電極と透明基板に設けた共通電極との間に液晶を封入して、複数の画素電極と共通電極との間に電圧を印加して、透明基板側から入射させた入射光に各色光の画像信号に応じて光変調し、この入射光を複数の画素電極で反射させた変調画像光を出射するように反射型として構成されている。このような反射型液晶パネル３３は、画素集積度が高いので高解像度画像に適しており、また、複数の画素電極の下方に回路構造を積層できるので、開口率を９０％程度に高めることができ、明るく滑らかで細密な画像を表示できるという長所がある。
【００４６】
この後、Ｒ光用のワイヤグリッド偏光子３２で反射されたＳ偏光光（第２偏光成分光）によるＲ光は、Ｒ光用の三角柱状支持部材３１内で３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ａと対向して配置されたＲ光用の不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３５に入射され、この透過型偏光板３５で不要な第１偏光成分のＲ光であるＰ偏光光（第１偏光成分光）を除去しながら透過型偏光板３５を透過したＳ偏光成分のＲ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ａから入射させている。
【００４７】
この際、上記した不要偏光光除去手段となる透過型偏光板３５は、ワイヤグリッド偏光子３２で反射された反射光に不要偏光光であるＰ偏光光が混入されている場合に、このままでは表示画像のコントラスト比が低下する要因となるので、不要なＰ偏光光を除去するために設けられている。
【００４８】
そして、透過型偏光板３５としては、基材フィルム（ポリビニルアルコール；ＰＶＡ）にヨウ素や有機染料などの二色性の材料を染色、吸着させ、高度に延伸、配向させることで、吸収二色性を発現させているものである。このＰＶＡ偏光層をＴＡＣ（トリアセチルセルロース）層で挟んだ偏光フィルムを、ガラス基板上に粘着材、または、接着剤で貼り付けた構成である。このような吸収二色性を基本原理とした透過型偏光板３５は、入射する光束の直交する偏光成分のうち、二色性染料の配列と同方向の偏光成分を吸収し、他方の偏光成分を透過する。
【００４９】
この透過型偏光板３５は光吸収型であるので、耐熱性、放熱性を考慮し、水晶やサファイアなどの熱伝導性に優れた基板を用いて構成することが望ましい。光利用率の向上のためと、界面での不要反射光による表示画像の品位低下を防止するため、透過型偏光板３５の空気界面には、減反射コートを施す必要がある。これらの偏光特性、反射防止膜特性は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色について最適化されることが望ましい。
【００５０】
また、透過型偏光板３５は、片面フィルムで構成しても良いが、フィルムの表面を波長オーダで平坦化するのは困難であるので、このフィルム表面の非平面性が波面収差となり、解像度を劣化させる要因となる。そこで、より高い解像度を実現するためには、この偏光フィルムを平坦な光学研磨の施された基板（白板ガラス、光学ガラス、水晶、石英、サファイアなど）で挟み、接着剤、または、粘着材でフィルムの凹凸を埋めることで、解像度劣化を防ぐことができる。
【００５１】
以下、上記したＲ光と同様に、Ｇ光及びＢ光をＧ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｇ及びＢ光用反射型液晶パネル組立体３０Ｂに入射させた時に、Ｇ光用及びＢ光用の反射型液晶パネル３３，３３で光変調されて反射されたＳ偏光光のＧ光及びＢ光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の入射面４０ｂ及び入射面４０ｃから入射させている。
【００５２】
この後、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃから入射されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光の各変調画像光は、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆによって色合成され、この色合成クロスダイクロイックプリズム４０で得られた色合成画像光が出射面４０ｄから出射されて１／４波長板４１を介して投射レンズ４２に入射され、この投射レンズ４２によって図示しないスクリーン上に拡大投射されて実像を結像し、色合成画像光を表示している。
【００５３】
上記した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０は、光学ガラスを用いて直方体（立方体も含む）に形成されており、上面から見た時に第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆがＸ字状にクロスしている。
【００５４】
この際、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第１ダイクロイック膜４０ｅは、入射面４０ａから入射したＲ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ｃから入射したＢ光も透過させる機能を備えている。
【００５５】
また、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内の第２ダイクロイック膜４０ｆは、入射面４０ｃから入射したＢ光を反射して９０°方向を変えて出射面４０ｄから出射させ、且つ、入射面４０ｂから入射したＧ光をそのまま透過して出射面４０ｄから出射させ、入射面４０ａから入射したＲ光も透過させる機能を備えている。
【００５６】
従って、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０内に形成した第１，第２ダイクロイック膜４０ｅ，４０ｆで３色合成が可能になっている。
【００５７】
また、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０と投射レンズ４２との間に配置した１／４波長板４１は、投射レンズ４２のレンズ表面からの微量な反射光が３色合成クロスダイクロイックプリズム４０，透過型偏光板３５，ワイヤグリッド偏光子３２を介して反射型液晶パネル３３側に戻り、再度反射されてスクリーンに達し、ゴースト状に不要光が現われるのを防ぐためのものであり、この１／４波長板４１は必要に応じて設置すれば良いものである。
【００５８】
ここで、各色光用の三角柱状支持部材３１と３色合成クロスダイクロイックプリズム４０とを少なくとも固定する構造形態について図４及び図５を用いて説明する。
【００５９】
図４（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定する状態を示した斜視図，側面図、
図５（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定し、且つ、各色光用の三角柱状支持部材を天板の裏面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【００６０】
まず、図４（ａ），（ｂ）に示した如く、ベース台２５の上面２５ａには、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の下面４０ｇが接着剤を用いて固定され、且つ、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の各入射面４０ａ〜４０ｃに対向して各色光用の三角柱状支持部材３１が取り付けられている。具体的には、ベース台２５の裏面２５ｂから複数のネジ２６をベース台２５に穿設した複数の取り付け孔２５ｃ内に挿入して、これら複数のネジ２６を各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａに形成した各ネジ孔（図示せず）に締結することで、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａがベース台２５の上面２５ａに固定されている。尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａをベース台２５の上面２５ａに接着剤を用いて固定しても良い。
【００６１】
この際、ベース台２５は、光学ガラスを用いて直方体に形成した３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の素材となる光学ガラス材の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有する材料を用いており、例えば、光学ガラスよりも安価に入手できるステンレスとか、ファインセラミックスや、バルクモールディングコンパウンド（ＢＭＣ）などのプラスチック材料や、ニッケル合金材料などのいづれか一つを用いている。この際、ベース台に適用可能な上記各材料は線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有するように材料成分を選定すれば良いものである。
【００６２】
そして、ベース台２５は３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の線膨張係数に近い線膨張係数６〜１０×１０−６／°Ｃを有しているため、照明光学系からの熱によりベース台２５及び３色合成クロスダイクロイックプリズム４０に生じる熱膨張、熱収縮による寸法変化を略等しくすることができるので、各色光用の反射型液晶パネル３３に対してレジストレーション調整を行った後に各色光用の反射型液晶パネル３３からの各色光を３色合成クロスダイクロイックプリズム４０で色合成したカラー画像光はレジストレーションずれが生じにくくなり、不図示のスクリーン上に良好なカラー画像光を投射することができる。
【００６３】
更に、図５（ａ），（ｂ）に示した如く、各色光用の三角柱状支持部材３１の下面３１ａと３色合成クロスダイクロイックプリズム４０とを上記した材料を用いたベース台２５上に固定した上で、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂをベース台２５と同じ材料を用いた天板２７の裏面２７ａに締結すれば、各色光用の三角柱状支持部材３１がより一層強固に固定できるのでより好ましい。具体的には、天板２７の上面２７ｂから複数のネジ２８を天板２７に穿設した複数の取り付け孔２７ｃ内に挿入して、これら複数のネジ２８を各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂに形成した各ネジ孔３１ｂ１に締結することで、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂが天板２７の裏面２７ａに固定されている。尚、各色光用の三角柱状支持部材３１の上面３１ｂを天板２７の裏面２７ａに接着剤を用いて固定しても良い。
【００６４】
この際、３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の上面４０ｈは、天板２７の裏面２７ａに接着されてなく、天板２７の裏面２７ａと色合成クロスダイクロイックプリズム４０の上面４０ｈとの間に隙間Ｓを設けることにより、各色光用の三角柱状支持部材３１と３色合成クロスダイクロイックプリズム４０の材料が異なる時に生じる熱変形の違いの影響を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る実施例の投射型表示装置を説明するための平面図である。
【図２】本発明に係る実施例の投射型表示装置において、Ｒ，Ｇ，Ｂ光用の各反射型液晶パネル組立体を拡大して示した斜視図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、反射型液晶パネル組立体内のワイヤグリッド偏光子を説明するための図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明に係る実施例の投射型表示装置において、各色光用の三角柱状支持部材と３色合成クロスダイクロイックプリズムとをベース台の上面に固定し、且つ、各色光用の三角柱状支持部材を天板の裏面に固定する状態を示した斜視図，側面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…投射型表示装置、
１１…光源、１２…放物面鏡、
１３…第１のフライアイレンズアレイ、１４…第２のフライアイレンズアレイ、
１５…偏光変換光学素子（偏光変換プリズムアレイ）、
１７…第１のダイクロイックミラー、１９…第２のダイクロイックミラー、
２５…ベース台、２５ａ…上面、２５ｂ…裏面、２６…ネジ、
２７…天板、２７ａ…裏面、２７ｂ…上面、２８…ネジ、
３０Ｒ…Ｒ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｇ…Ｇ光用反射型液晶パネル組立体、
３０Ｂ…Ｂ光用反射型液晶パネル組立体、
３１…三角柱状支持部材、
３１ａ…下面、３１ｂ…上面、３１ｃ〜３１ｅ…第１面〜第３面、
３２…ワイヤグリッド偏光子、
３３…反射型空間光変調素子（反射型液晶パネル）、
３５…透過型偏光板、
４０…３色合成クロスダイクロイックプリズム、
４０ａ〜４０ｃ…入射面、４０ｄ…出射面、
４０ｅ，４０ｆ…第１，第２ダイクロイック膜、４０ｇ…下面、４０ｈ…上面、
４２…投射レンズ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース台と、前記ベース台上に固定され、光源から出射された３原色光が各色光用の反射型空間光変調素子でそれぞれ光変調されて、所定の偏光光のみを反射するワイヤグリッド偏光子が取り付けられた支持部材と、前記ベース台上に固定され、前記ワイヤグリッド偏光子で反射された前記所定の偏光光の各色光を合成してカラー画像光として出射する合成光学系と、を備えた投射表示装置において、
前記合成光学系で合成される前記各色光のレジストレーションずれを抑えるように、前記ベース台及び前記合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたことを特徴とする投射表示装置。
【請求項１】
ベース台と、前記ベース台上に固定され、光源から出射された３原色光が各色光用の反射型空間光変調素子でそれぞれ光変調されて、所定の偏光光のみを反射するワイヤグリッド偏光子が取り付けられた支持部材と、前記ベース台上に固定され、前記ワイヤグリッド偏光子で反射された前記所定の偏光光の各色光を合成してカラー画像光として出射する合成光学系と、を備えた投射表示装置において、
前記合成光学系で合成される前記各色光のレジストレーションずれを抑えるように、前記ベース台及び前記合成光学系の線膨張係数を所定範囲内にしたことを特徴とする投射表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１９９４８６（Ｐ２００７−１９９４８６Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８９６６（Ｐ２００６−１８９６６）
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２７日（２００６．１．２７）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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