色分離合成光学系およびそれを用いた投射型画像表示装置
【課題】温度変化による投射画像のずれを低減させる。
【解決手段】色分離合成光学系２，３，４，５、９，１０，１１、１２，１３は、光源からの光を第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子６，７，８に導く色分離素子と、画像表示素子６，７，８により変調された第１波長帯域の光と第２波長帯域の光を合成する色合成素子５と、画像表示素子６，７，８と色合成素子５との間に配置された偏光手段１３と、偏光手段１３に接するように配置された光学素子１１を有し、光学素子１１が適切な条件を満足する。
【解決手段】色分離合成光学系２，３，４，５、９，１０，１１、１２，１３は、光源からの光を第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子６，７，８に導く色分離素子と、画像表示素子６，７，８により変調された第１波長帯域の光と第２波長帯域の光を合成する色合成素子５と、画像表示素子６，７，８と色合成素子５との間に配置された偏光手段１３と、偏光手段１３に接するように配置された光学素子１１を有し、光学素子１１が適切な条件を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射画像を高画質化するための色分離合成光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の投射型画像表示装置は、色分離合成光学系に偏光ビームスプリッタや色合成素子を用いる。また、画像のコントラスト特性を改善するために、色合成素子の入射側に偏光板を配置することが多い。偏光板として基板ガラスに誘電体多層膜を蒸着した偏光フィルムを用いる場合、その偏光板を偏光ビームスプリッタや色合成素子に接着して用いることが多い。その際、偏光板に入射する不要な偏光光を偏光板が吸収するため熱を発生し、その熱が基板ガラスを通して偏光ビームスプリッタや色合成素子に伝達され、偏光ビームスプリッタや色合成素子に温度分布が発生する。
【０００３】
特許文献１は、温度分布の影響により光弾性の色むらを改善するために、偏光板に放熱性の高いサファイア基板を接合する発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、温度の絶対値を下げるのには効果が大きいが、偏光板に接する素子に温度分布が生じてしまう。従って、その素子の材料の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄｔが大きいときには、素子において屈折力が発生し、投射画像の倍率が大きく変化してしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は素子の温度による屈折率変化が小さいものを用いることによって、投射倍率のずれを抑えることが可能な色分離合成光学系およびそれを用いた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、
光源からの光を複数の波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子に導く色分離素子と、
前記画像表示素子により形成された画像光を合成する色合成素子、
前記画像表示素子と前記色合成素子との間に偏光手段と、
前記画像表示素子と前記偏光板との間に光学素子を有し、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【０００８】
【数１】
【０００９】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、偏光板の近くに配置された素子の厚みと、温度に依存する屈折率分布を適切に設定することによって投射倍率のずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明第１実施例の概略構成図
【図２】本発明第１実施例の温度分布説明図
【図３】本発明第１実施例の偏光フィルム位置での照度分布図
【図４】本発明第２実施例の構成図
【図５】本発明の第３実施例の構成図
【図６】本発明の第４実施例の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について詳細な説明を行う前に、本発明の概要を以下に述べる。
【００１３】
反射型の液晶パネル（画像表示素子）を用いたプロジェクタ（投射型画像表示装置）では、一般的に、色分離合成光学系に複数の偏光ビームスプリッタを用いるため、色分離合成光学系が大型化してしまう。そのため、投射レンズ（投射光学系）のバックフォーカス、すなわち、投射レンズの最も液晶パネル側の光学面から、液晶パネルまでの空気換算した距離が長くなってしまう。投射レンズのバックフォーカスが長くなると、投射レンズが大型化し、プロジェクタ全体の大きさも増してしまう。
【００１４】
また、反射型の液晶パネルを用いた色分離合成光学系においては、画像のコントラスト特性を改善するために、黒表示時の漏れ光を低減するための偏光板が、一般的には必要である。この偏光板は、複数の色光を合成する合成素子の入射側に配置されることが多いが、誘電体多層膜を有する偏光板（有機材料の偏光板）は表面の偏光フィルムが柔らかいため、面精度が良くない。そこで、投射レンズの解像性能を高めるためには、偏光板を平板状のカバーガラスで挟み込む必要がある。また、カバーガラスの厚みが厚いほど、偏光板の面精度を極力高めることができる。さらに、カバーガラスの厚みが厚くなれば、投射レンズのバックフォーカスを短くできるので、装置の大型化を抑えることも可能である。
【００１５】
一方、カバーガラスを厚くすると、偏光板の発熱によってカバーガラス内に生じる温度分布がより顕著となってしまう。ガラス（硝子）は通常、温度によってその屈折率が変化する。以後、この温度変化に対する屈折率ｎの変化率（屈折率を温度で微分した値、言いかえれば単に温度の変化に対する屈折率の変化量）をｄｎ／ｄｔと記す。屈折率が変化すると、屈折力が変化するので、屈折力の変化に応じて倍率も変化してしまい、スクリーン面で色ずれが発生する。単色の画像を表示させる場合は、画像の倍率が変化してしまう。
【００１６】
そこで本発明は、カバーガラスの厚みが所定量以上であって、且つ、温度に対する屈折率変化ｄｎ／ｄｔが小さいものを用いることで、装置の大型化を抑制しつつ、熱に起因する投射画像の色ずれを低減することができる。
【００１７】
また、本発明のその他の効果として、複数の色の光を用いて投射型画像表示装置の場合、色ずれが低減されるので、投射画像が高解像化される。
【００１８】
本発明の偏光板のカバーガラスは、カバーガラスの厚さをＤ、液晶パネルの有効部の対角方向の長さをＰとしたとき、以下の式（１）を満足する。
【００１９】
【数２】
【００２０】
偏光板のカバーガラスが式（１）の範囲の下限値を下回ると、カバーガラスの厚みが薄くなってしまうので、投射レンズのバックフォーカスが長くなり、装置が大型化してしまう。一方、式（１）の上限値を上回ると、厚みが厚くなりすぎるため、温度分布の影響が大きくなり、色ずれ抑制の効果が十分に得られない。
【００２１】
さらに好ましくは、以下を満足するのが良い。
０．５＞Ｄ／Ｐ＞０．３・・・（１ａ）
さらに、偏光板のカバーガラスは、波長５８７．６ｎｍにおける温度による屈折率変化をｄｎ／ｄｔ（屈折率の温度係数）としたとき、以下の式を満足する。
【００２２】
【数３】
【００２３】
偏光板のカバーガラスが、式２の条件式を満足しないと、偏光板の熱に起因するカバーガラスの温度分布によって、カバーガラスに屈折率分布が発生してしまうので、投射画像の倍率が変化してしまう。このため、複数の色の光を分離、合成する光学系においては、投射画像に色ずれが発生してしまう。
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、偏光板を有する投射型画像表示装置の概略構成図である。
【００２６】
１は照明光学系、２はＧ光（緑の波長帯域の光、第１波長帯域の光）を透過し、Ｒ光（赤の波長帯域の光）とＢ光（青の波長帯域の光、第２波長帯域の光）を反射するダイクロイックミラー（色分離素子）である。３はＧ光路に設けられた偏光ビームスプリッタ、４はＲＢ光路に設けられた偏光ビームスプリッタである。
【００２７】
５はＲＧＢの色光を合成する色合成素子、６はＧパネル（Ｇ光が入射する液晶表示素子）、７はＲパネル（Ｒ光が入射する液晶表示素子）、８はＢパネル（Ｂ光が入射する液晶表示素子）である。
【００２８】
９はＢ光に対してλ／２の位相差が付与され、Ｒ光に対しては位相差を付与しない波長選択性位相板、１２はλ／２の位相差フィルム、１０は位相差フィルム１２のカバーガラスである。
【００２９】
１３はＢ光に対してのみ偏光板として作用する青専用の偏光フィルム（偏光フィルタ）、１１は青専用偏光フィルム１３のカバーガラス（光学素子）、１４は投射光学系である。
【００３０】
不図示の光源から発せられた光は、照明光学系１に含まれる不図示の偏光変換素子によって、Ｓ偏光に揃えられ、照明光学系１によってダイクロイックミラー２に入射する。ダイクロイックミラー２に入射した光のうち、Ｇ帯域（緑の波長帯域）の光は、ダイクロイックミラー２を透過し、ＲＢ帯域（赤と青の波長帯域）の光は、ダイクロイックミラー２で反射される。ダイクロイックミラー２を透過したＧ帯域の光は、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光で入射し、偏光ビームスプリッタの膜面で反射され、Ｇ光に対応するＧ用の液晶パネル６に入射する。Ｇ用の液晶パネルに入射した光のうち変調された画像光は、Ｐ偏光となって、再び偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３に入射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ３の膜面を透過し、色合成素子５の入射側に接着されたλ／２位相差フィルム１２のカバーガラス１０に入射する。カバーガラス１０に入射した光は、カバーガラスを透過した後、λ／２位相差フィルム１２に入射し、Ｐ偏光からＳ偏光に偏光変換され、色合成素子５に入射する。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラーで反射されたＲＢ帯域の光は、波長選択性位相板９に入射し、Ｂ帯域の光はλ／２の位相差が付与され、Ｒ帯域の光は位相差が付与されない状態で、波長選択性位相板９から出射される。したがって、Ｂ帯域の光はＰ偏光となり、Ｒ帯域の光はＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ４に入射する。偏光ビームスプリッタ４に入射したＢ帯域の光はＰ偏光なので、偏光ビームスプリッタ４の膜面を透過し、青用の液晶パネル８に入射する。青用の液晶パネル８に入射したＢ帯域の光のうち、変調された画像光は、その偏光方向がＰ偏光からＳ偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタ４の膜面で反射され、色合成素子５側に導かれる。色合成素子５側に導かれたＢ帯域の光は、色合成素子５の入射側に設けられた青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１に入射する。カバーガラス１１を透過した光は、青専用偏光フィルム１３を透過し、色合成素子５に導かれる。ここで、青専用偏光フィルムとは青の波長帯域の光に対してのみ特定の偏光方向の光を吸収あるいは反射するフィルムのことである。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ４に入射した赤の波長帯域の光はＳ偏光なので、偏光ビームスプリッタ４の膜面で反射され、赤用の液晶パネル７に入射する。赤用の液晶パネル７に入射後、変調された光は、その偏光がＳ偏光からＰ偏光に変換され、画像光として再び偏光ビームスプリッタ４に入射する。入射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ４の膜面を透過し、色合成素子５側に導かれ、色合成素子５側に導かれた赤の波長帯域の光は、色合成素子５の入射側に設けられた青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１に入射する。カバーガラス１１を透過した光は、青専用偏光フィルム１３を透過し、色合成素子５に導かれる。
【００３３】
そして、色合成素子５に入射した赤、青、緑の波長帯域の光は、色合成素子５の膜面で合成され、投射レンズ１４側を介して不図示のスクリーン面（投射面）に投射される。
【００３４】
本明細書における色分離合成光学系とは、光源からの光を複数の色光に分解するダイクロイックミラー２、偏光ビームスプリッタ３、４、波長選択性位相板９、１０、カバーガラス１１。さらに、λ／２位相差フィルム１２、青専用偏光フィルム１３、色合成素子５を含み、液晶パネル６、７、８は除いたものを指す。
【００３５】
図２は、実施形態１における、青専用偏光フィルム１３で発生する熱によって生じるカバーガラス１１及び色合成素子５の温度分布を説明する図である。青専用偏光フィルム１３の青の波長帯域での透過率は現状８０％から９０％の間であり、青の波長帯域の光に対する吸収作用が大きい。一方、光のエネルギーは、短波長になるほど高いため、青専用偏光フィルム１３で吸収される青の波長帯域の光が多ければ多いほど、発熱量が大きくなる。青専用偏光フィルム１３で発せられる熱によって、青専用偏光フィルム１３に接着されたカバーガラス１１と色合成素子５に熱が伝達され、温度むらが生じる。図２の曲線は温度分布を表わすための等高線であり、青専用偏光フィルム１３の中心部に近い領域で温度が高く、周辺部で温度が低くなっていることを示している。
【００３６】
図３は、青専用偏光フィルム１３の位置での照度分布を示している。照度分布は中心部では照度が高く、周辺部で照度が低下している。図３に示した照度むらが生じる理由は、液晶パネル面の近傍においては、ほぼ均一であった照度分布が、液晶パネルから投射光学系に入射するまでの間において変化するためである。青専用偏光フィルム１３においては、この照度分布と略同一形状の温度分布が発生する。
【００３７】
青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１における硝材の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄｔが大きいときは、温度むらによって、ガラス内で屈折率分布が発生してしまう。さらに、カバーガラスが一定以上の厚みを有する場合、温度むらによって生じる屈折率の差が大きくなってしまう。そして、ガラス内で屈折率が不均一となる場合、ガラスは実質的に屈折力を有することになるので、画像をスクリーン面に拡大投射する倍率が変化してしまう。本構成は、色合成素子のＲＢ光路側には青専用偏光フィルム１３を接着し、Ｇ光路側には青専用偏光フィルムを接着していない。つまり、発熱源がＲＢ光路にのみ存在するため、ＲＢ光路とＧ光路それぞれで投射倍率が変化し、投射画像に色ずれが発生してしまう。
【００３８】
本発明では、色ずれが根本的に発生しないようにするべく、青専用偏光フィルムのカバーガラスのｄｎ／ｄｔを小さくすることで、偏光フィルムによる温度むらの影響を低減させている。本発明の第１実施例では、青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１の硝材として、Ｓ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ社）を用いている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率の変化が小さい。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンに対しても有利である。以下に実施例１のカバーガラス１１の数値実施例１を示す。
【００３９】
【数４】
【００４０】
尚、カバーガラスがある一定以上の厚みを有することで、投射レンズ１４のバックフォーカスを短くすることができる。
【００４１】
また、青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１と同様に、青専用偏光フィルムに接して配置されている色合成素子５に関しても、図２にあるように、温度分布が発生してしまう。そのため、色合成素子５についても、硝材のｄｎ／ｄｔを小さくすることが望ましい。
【００４２】
色合成素子５の硝材は波長５８７．６ｍｍにおける温度による屈折率変化を（ｄｎ／ｄｔ）’とするとき、
｜（ｄｎ／ｄｔ）’｜＜３．５×１０−６（／℃）・・・（３）
を満足すれば、投射画像の倍率変化を低減できる、色ずれの低減が可能となる。
【００４３】
本発明の第１実施例では、色合成素子５の硝材をＳ−ＢＳＬ７としている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率の変化が小さいので、また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に実施例１の色合成素子５の数値実施例２を示す。
【００４４】
【数５】
【００４５】
本発明のその他の効果は、サファイア等の高価な材料を使用しないので、偏光板の材料にかかるコストを抑えることができる点にある。
【００４６】
本発明のその他の効果は、放熱性の高い材料の基板（例えば、サファイアなど）を用いていないので、基板を冷却するための手段の追加による装置の大型化を抑えることができる。
【００４７】
本発明のその他の効果は、青専用偏光フィルム１３を液晶パネル７、８からできるだけ遠い位置に配置することで、青専用偏光フィルム１３が劣化した場合も、劣化による照明の負均一性を目立たなくすることができる点にある。仮に、液晶パネルに近い位置に偏光フィルムを配置してしまった場合、パネル面と投射面は結像関係にあるので、パネル面に近い位置に配置するほど、劣化による光量変化が目立ってしまう。これに対して、色合成素子５とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟み込むことにより、偏光フィルムの劣化による照明ムラを目立ちにくくすることができる。
【００４８】
また、本発明のその他の効果は、光源からできるだけ遠い位置に、熱に対する耐性の低い偏光フィルムを配置することで、偏光フィルムに対して与えられる熱を低減することができるので、偏光フィルムの劣化を抑えることができる点にある。
【００４９】
尚、青専用偏光フィルム１３は色合成素子５とは、必ずしも接している必要はないが、実施形態１のように接しているほうが、屈折率の変化が小さくなるので好ましい。
【００５０】
（実施形態２）
図５は、偏光板を有する投射型画像表示装置の実施形態２の概略構成図である。実施形態１と異なる点は、偏光ビームスプリッタ４とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟んでいる点である。この時のカバーガラス１１が実施形態１に示した条件を満足すればよい。実施形態１の方が、偏光フィルムの劣化を抑えるという観点からは好ましいが、実施形態２のように構成しても、投射レンズのバックフォーカスを短くしつつ、熱による屈折率変化の影響を低減させるという効果を得ることができる。
【００５１】
尚、実施形態１、２では青専用偏光フィルム１３としているが、赤専用偏光フィルムであっても良いし、パネルの配置や用いる光の偏光方向に応じてその他の色用の偏光フィルムとしても良い。
【００５２】
また、実施形態２の変形例について図６を用いて説明する。実施形態２と異なる点は、色合成素子５を有さない点である。本形態は用いる波長帯域の光は第１波長帯域と第２波長帯域の２色である。そして、光源は偏光光を射出するレーザー光である。図６の変形例では偏光ビームスプリッタ４とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟みこんでいる。
【００５３】
このような形態であっても、カバーガラス１１の厚みと、適切な温度変化による屈折率の変化を適切に設定してやることにより、投射レンズのバックフォーカスを短くしつつ、投射画像の色ずれを低減させることができる。
【００５４】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３の説明図である。１５は照明光学系、１６はＢ光を反射し、ＲとＧ光を透過するダイクロイックミラー、１７はＲとＧの光を反射し、Ｂ光を透過するダイクロイックミラー、１８と１９はミラーである。２０はＧ光を反射し、Ｒ光を透過するダイクロイックミラー、２１、２２、２３は偏光ビームスプリッタである。２４はＲパネル、２５はＧパネル、２６はＢパネル、３０、３１、３２は偏光フィルム、２７、２８、２９は偏光フィルムのカバーガラス、３３は色合成素子、３４は投射光学系である。
【００５５】
不図示の光源から発せられた光は、照明光学系１５に含まれる不図示の偏光変換素子によって、Ｓ偏光に揃えられた光となる。Ｓ偏光光は、照明光学系１５によってダイクロイックミラー１６、１７に導かれ、色分離合成光学系に入射する。色分離合成光学系に入射した光のうち、Ｂ光は、ダイクロイックミラー１６で反射され、ミラー１９で再び反射され、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３に入射したＳ偏光は、膜面で反射されてＢパネル２６側に導かれる。白表示時の場合、Ｂパネル２６に入射した光は、パネルで画像変調を受けてＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ２３に入射し、膜面を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３２のカバーガラス２９に入射し、偏光フィルム３２を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５６】
一方、色分離合成光学系に入射した光のうち、ＧとＲ帯域の光は、ダイクロイックミラー１７で反射され、ミラー１８で反射され、ダイクロイックミラー２０に入射する。ダイクロイックミラー２０に入射した光のうち、Ｇ光は反射され、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、Ｓ偏光のため、膜面で反射され、Ｇパネル２５側に導かれる。Ｇパネル２５に入射した光は、Ｇパネルで画像変調を受けて、Ｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ２２に入射し、膜面を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３１のカバーガラス２８と偏光フィルム３１を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５７】
一方、ダイクロイックミラー２０に入射したＲ光は、ダイクロイックミラー２０を透過し、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。偏光ビームスプリッタ２１に入射した光はＳ偏光であるため、膜面で反射され、Ｒパネル２４側に導かれる。Ｒパネル２４に入射した光は画像変調を受けてＰ偏光となり、偏光ビームスプリッタ２１を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３０のカバーガラス２７と偏光フィルム３０を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５８】
ここで、本明細書における色分離合成光学系とは、ダイクロイックミラー１６から色合成素子３３までである。色合成素子３３に入射した光は、ＲＧＢの合成光として投射光学系３４側に導かれ、投射光学系３４に入射する。投射光学系３４に入射した光は不図示のスクリーンに投射される。
【００５９】
実施例１と同様に、偏光フィルムに光が入射することで、発熱が生じ、偏光フィルムのカバーガラスに温度分布が発生する。カバーガラスの材料の温度による屈折率分布が大きいときには、前記温度むらによって、ガラス内に屈折率分布が発生してしまう。これによって投射画像の倍率が変化してしまう。また、偏光フィルムの透過率は、一般的に、Ｂの波長域が他の波長域よりも低めである。さらに、光のエネルギーは短波長側で大きいこともあり、Ｂ光路の偏光フィルムでの発熱が、他の光路の偏光フィルムでの発熱よりも大きい。したがって、Ｂ光の画像の投射倍率が、他の色光の画像の投射倍率よりも大きく変化してしまうため、スクリーン面で色ずれが発生してしまう。
【００６０】
本発明では、色ずれが根本的に発生しないようにするべく、偏光フィルムのカバーガラスのｄｎ／ｄｔを小さくすることで、偏光フィルムによる温度むらの影響を低減している。
【００６１】
本発明の第２実施例では、偏光フィルム３０、３１、３２のカバーガラス２７、２８、２９の硝材として、Ｓ−ＢＳＬ７を用いている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率差の広がりを低減することができる。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に、実施例２のカバーガラス２７、２８、２９の数値実施例３を示す。
【００６２】
【数６】
【００６３】
また、偏光フィルムのカバーガラスと同様に、偏光フィルムに接して配置されている色合成素子３３に関しても、実施例１と同様に、温度分布が発生してしまう。そのため、色合成素子３３についても、硝材のｄｎ／ｄｔを小さくすることが望ましい。式（３）の範囲を満足させることで、投射画像の倍率変化を低減できるので、色ずれの低減が可能となる。本発明の第２実施例では、色合成素子の硝材をＳ−ＢＳＬ７としている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率差の広がりを低減することができる。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に、色合成素子３３の数値実施例４を示す。
【００６４】
【数７】
【００６５】
また、実施例１と２において、偏光フィルムのカバーガラスの硝材を、Ｓ−ＢＡＬ２とすることで色ずれをほぼゼロにすることができるので、さらに良い。以下に、偏光フィルムのカバーガラスの硝材の数値実施例５を示す。
【００６６】
【数８】
【００６７】
また、上記実施例１と２において、偏光フィルムのカバーガラスの硝材を、Ｓ−ＢＡＬ３とすることで色ずれを大幅に低減できるので、さらに良い。以下に、偏光フィルムのカバーガラスの硝材の数値実施例６を示す。
【００６８】
【数９】
【００６９】
尚、偏光フィルムは非吸収型のワイヤーグリッドであっても、本発明の効果を得ることができる。
【００７０】
尚、以上の説明では反射型の液晶パネルを用いた投射型画像表示装置について説明したが、透過型の液晶パネルを用いた投射型画像表示装置に本発明を適用しても、偏光板により発生する温度分布を低減させるという効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
５ 色合成素子
１１ カバーガラス
１３ 偏光フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射画像を高画質化するための色分離合成光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の投射型画像表示装置は、色分離合成光学系に偏光ビームスプリッタや色合成素子を用いる。また、画像のコントラスト特性を改善するために、色合成素子の入射側に偏光板を配置することが多い。偏光板として基板ガラスに誘電体多層膜を蒸着した偏光フィルムを用いる場合、その偏光板を偏光ビームスプリッタや色合成素子に接着して用いることが多い。その際、偏光板に入射する不要な偏光光を偏光板が吸収するため熱を発生し、その熱が基板ガラスを通して偏光ビームスプリッタや色合成素子に伝達され、偏光ビームスプリッタや色合成素子に温度分布が発生する。
【０００３】
特許文献１は、温度分布の影響により光弾性の色むらを改善するために、偏光板に放熱性の高いサファイア基板を接合する発明を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１５４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の技術では、温度の絶対値を下げるのには効果が大きいが、偏光板に接する素子に温度分布が生じてしまう。従って、その素子の材料の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄｔが大きいときには、素子において屈折力が発生し、投射画像の倍率が大きく変化してしまうという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は素子の温度による屈折率変化が小さいものを用いることによって、投射倍率のずれを抑えることが可能な色分離合成光学系およびそれを用いた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、
光源からの光を複数の波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子に導く色分離素子と、
前記画像表示素子により形成された画像光を合成する色合成素子、
前記画像表示素子と前記色合成素子との間に偏光手段と、
前記画像表示素子と前記偏光板との間に光学素子を有し、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【０００８】
【数１】
【０００９】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、偏光板の近くに配置された素子の厚みと、温度に依存する屈折率分布を適切に設定することによって投射倍率のずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明第１実施例の概略構成図
【図２】本発明第１実施例の温度分布説明図
【図３】本発明第１実施例の偏光フィルム位置での照度分布図
【図４】本発明第２実施例の構成図
【図５】本発明の第３実施例の構成図
【図６】本発明の第４実施例の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態について詳細な説明を行う前に、本発明の概要を以下に述べる。
【００１３】
反射型の液晶パネル（画像表示素子）を用いたプロジェクタ（投射型画像表示装置）では、一般的に、色分離合成光学系に複数の偏光ビームスプリッタを用いるため、色分離合成光学系が大型化してしまう。そのため、投射レンズ（投射光学系）のバックフォーカス、すなわち、投射レンズの最も液晶パネル側の光学面から、液晶パネルまでの空気換算した距離が長くなってしまう。投射レンズのバックフォーカスが長くなると、投射レンズが大型化し、プロジェクタ全体の大きさも増してしまう。
【００１４】
また、反射型の液晶パネルを用いた色分離合成光学系においては、画像のコントラスト特性を改善するために、黒表示時の漏れ光を低減するための偏光板が、一般的には必要である。この偏光板は、複数の色光を合成する合成素子の入射側に配置されることが多いが、誘電体多層膜を有する偏光板（有機材料の偏光板）は表面の偏光フィルムが柔らかいため、面精度が良くない。そこで、投射レンズの解像性能を高めるためには、偏光板を平板状のカバーガラスで挟み込む必要がある。また、カバーガラスの厚みが厚いほど、偏光板の面精度を極力高めることができる。さらに、カバーガラスの厚みが厚くなれば、投射レンズのバックフォーカスを短くできるので、装置の大型化を抑えることも可能である。
【００１５】
一方、カバーガラスを厚くすると、偏光板の発熱によってカバーガラス内に生じる温度分布がより顕著となってしまう。ガラス（硝子）は通常、温度によってその屈折率が変化する。以後、この温度変化に対する屈折率ｎの変化率（屈折率を温度で微分した値、言いかえれば単に温度の変化に対する屈折率の変化量）をｄｎ／ｄｔと記す。屈折率が変化すると、屈折力が変化するので、屈折力の変化に応じて倍率も変化してしまい、スクリーン面で色ずれが発生する。単色の画像を表示させる場合は、画像の倍率が変化してしまう。
【００１６】
そこで本発明は、カバーガラスの厚みが所定量以上であって、且つ、温度に対する屈折率変化ｄｎ／ｄｔが小さいものを用いることで、装置の大型化を抑制しつつ、熱に起因する投射画像の色ずれを低減することができる。
【００１７】
また、本発明のその他の効果として、複数の色の光を用いて投射型画像表示装置の場合、色ずれが低減されるので、投射画像が高解像化される。
【００１８】
本発明の偏光板のカバーガラスは、カバーガラスの厚さをＤ、液晶パネルの有効部の対角方向の長さをＰとしたとき、以下の式（１）を満足する。
【００１９】
【数２】
【００２０】
偏光板のカバーガラスが式（１）の範囲の下限値を下回ると、カバーガラスの厚みが薄くなってしまうので、投射レンズのバックフォーカスが長くなり、装置が大型化してしまう。一方、式（１）の上限値を上回ると、厚みが厚くなりすぎるため、温度分布の影響が大きくなり、色ずれ抑制の効果が十分に得られない。
【００２１】
さらに好ましくは、以下を満足するのが良い。
０．５＞Ｄ／Ｐ＞０．３・・・（１ａ）
さらに、偏光板のカバーガラスは、波長５８７．６ｎｍにおける温度による屈折率変化をｄｎ／ｄｔ（屈折率の温度係数）としたとき、以下の式を満足する。
【００２２】
【数３】
【００２３】
偏光板のカバーガラスが、式２の条件式を満足しないと、偏光板の熱に起因するカバーガラスの温度分布によって、カバーガラスに屈折率分布が発生してしまうので、投射画像の倍率が変化してしまう。このため、複数の色の光を分離、合成する光学系においては、投射画像に色ずれが発生してしまう。
【００２４】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
図１は、偏光板を有する投射型画像表示装置の概略構成図である。
【００２６】
１は照明光学系、２はＧ光（緑の波長帯域の光、第１波長帯域の光）を透過し、Ｒ光（赤の波長帯域の光）とＢ光（青の波長帯域の光、第２波長帯域の光）を反射するダイクロイックミラー（色分離素子）である。３はＧ光路に設けられた偏光ビームスプリッタ、４はＲＢ光路に設けられた偏光ビームスプリッタである。
【００２７】
５はＲＧＢの色光を合成する色合成素子、６はＧパネル（Ｇ光が入射する液晶表示素子）、７はＲパネル（Ｒ光が入射する液晶表示素子）、８はＢパネル（Ｂ光が入射する液晶表示素子）である。
【００２８】
９はＢ光に対してλ／２の位相差が付与され、Ｒ光に対しては位相差を付与しない波長選択性位相板、１２はλ／２の位相差フィルム、１０は位相差フィルム１２のカバーガラスである。
【００２９】
１３はＢ光に対してのみ偏光板として作用する青専用の偏光フィルム（偏光フィルタ）、１１は青専用偏光フィルム１３のカバーガラス（光学素子）、１４は投射光学系である。
【００３０】
不図示の光源から発せられた光は、照明光学系１に含まれる不図示の偏光変換素子によって、Ｓ偏光に揃えられ、照明光学系１によってダイクロイックミラー２に入射する。ダイクロイックミラー２に入射した光のうち、Ｇ帯域（緑の波長帯域）の光は、ダイクロイックミラー２を透過し、ＲＢ帯域（赤と青の波長帯域）の光は、ダイクロイックミラー２で反射される。ダイクロイックミラー２を透過したＧ帯域の光は、偏光ビームスプリッタ３にＳ偏光で入射し、偏光ビームスプリッタの膜面で反射され、Ｇ光に対応するＧ用の液晶パネル６に入射する。Ｇ用の液晶パネルに入射した光のうち変調された画像光は、Ｐ偏光となって、再び偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３に入射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ３の膜面を透過し、色合成素子５の入射側に接着されたλ／２位相差フィルム１２のカバーガラス１０に入射する。カバーガラス１０に入射した光は、カバーガラスを透過した後、λ／２位相差フィルム１２に入射し、Ｐ偏光からＳ偏光に偏光変換され、色合成素子５に入射する。
【００３１】
一方、ダイクロイックミラーで反射されたＲＢ帯域の光は、波長選択性位相板９に入射し、Ｂ帯域の光はλ／２の位相差が付与され、Ｒ帯域の光は位相差が付与されない状態で、波長選択性位相板９から出射される。したがって、Ｂ帯域の光はＰ偏光となり、Ｒ帯域の光はＳ偏光のまま、偏光ビームスプリッタ４に入射する。偏光ビームスプリッタ４に入射したＢ帯域の光はＰ偏光なので、偏光ビームスプリッタ４の膜面を透過し、青用の液晶パネル８に入射する。青用の液晶パネル８に入射したＢ帯域の光のうち、変調された画像光は、その偏光方向がＰ偏光からＳ偏光に変換されるので、偏光ビームスプリッタ４の膜面で反射され、色合成素子５側に導かれる。色合成素子５側に導かれたＢ帯域の光は、色合成素子５の入射側に設けられた青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１に入射する。カバーガラス１１を透過した光は、青専用偏光フィルム１３を透過し、色合成素子５に導かれる。ここで、青専用偏光フィルムとは青の波長帯域の光に対してのみ特定の偏光方向の光を吸収あるいは反射するフィルムのことである。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ４に入射した赤の波長帯域の光はＳ偏光なので、偏光ビームスプリッタ４の膜面で反射され、赤用の液晶パネル７に入射する。赤用の液晶パネル７に入射後、変調された光は、その偏光がＳ偏光からＰ偏光に変換され、画像光として再び偏光ビームスプリッタ４に入射する。入射したＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ４の膜面を透過し、色合成素子５側に導かれ、色合成素子５側に導かれた赤の波長帯域の光は、色合成素子５の入射側に設けられた青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１に入射する。カバーガラス１１を透過した光は、青専用偏光フィルム１３を透過し、色合成素子５に導かれる。
【００３３】
そして、色合成素子５に入射した赤、青、緑の波長帯域の光は、色合成素子５の膜面で合成され、投射レンズ１４側を介して不図示のスクリーン面（投射面）に投射される。
【００３４】
本明細書における色分離合成光学系とは、光源からの光を複数の色光に分解するダイクロイックミラー２、偏光ビームスプリッタ３、４、波長選択性位相板９、１０、カバーガラス１１。さらに、λ／２位相差フィルム１２、青専用偏光フィルム１３、色合成素子５を含み、液晶パネル６、７、８は除いたものを指す。
【００３５】
図２は、実施形態１における、青専用偏光フィルム１３で発生する熱によって生じるカバーガラス１１及び色合成素子５の温度分布を説明する図である。青専用偏光フィルム１３の青の波長帯域での透過率は現状８０％から９０％の間であり、青の波長帯域の光に対する吸収作用が大きい。一方、光のエネルギーは、短波長になるほど高いため、青専用偏光フィルム１３で吸収される青の波長帯域の光が多ければ多いほど、発熱量が大きくなる。青専用偏光フィルム１３で発せられる熱によって、青専用偏光フィルム１３に接着されたカバーガラス１１と色合成素子５に熱が伝達され、温度むらが生じる。図２の曲線は温度分布を表わすための等高線であり、青専用偏光フィルム１３の中心部に近い領域で温度が高く、周辺部で温度が低くなっていることを示している。
【００３６】
図３は、青専用偏光フィルム１３の位置での照度分布を示している。照度分布は中心部では照度が高く、周辺部で照度が低下している。図３に示した照度むらが生じる理由は、液晶パネル面の近傍においては、ほぼ均一であった照度分布が、液晶パネルから投射光学系に入射するまでの間において変化するためである。青専用偏光フィルム１３においては、この照度分布と略同一形状の温度分布が発生する。
【００３７】
青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１における硝材の温度による屈折率変化ｄｎ／ｄｔが大きいときは、温度むらによって、ガラス内で屈折率分布が発生してしまう。さらに、カバーガラスが一定以上の厚みを有する場合、温度むらによって生じる屈折率の差が大きくなってしまう。そして、ガラス内で屈折率が不均一となる場合、ガラスは実質的に屈折力を有することになるので、画像をスクリーン面に拡大投射する倍率が変化してしまう。本構成は、色合成素子のＲＢ光路側には青専用偏光フィルム１３を接着し、Ｇ光路側には青専用偏光フィルムを接着していない。つまり、発熱源がＲＢ光路にのみ存在するため、ＲＢ光路とＧ光路それぞれで投射倍率が変化し、投射画像に色ずれが発生してしまう。
【００３８】
本発明では、色ずれが根本的に発生しないようにするべく、青専用偏光フィルムのカバーガラスのｄｎ／ｄｔを小さくすることで、偏光フィルムによる温度むらの影響を低減させている。本発明の第１実施例では、青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１の硝材として、Ｓ−ＢＳＬ７（ＯＨＡＲＡ社）を用いている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率の変化が小さい。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンに対しても有利である。以下に実施例１のカバーガラス１１の数値実施例１を示す。
【００３９】
【数４】
【００４０】
尚、カバーガラスがある一定以上の厚みを有することで、投射レンズ１４のバックフォーカスを短くすることができる。
【００４１】
また、青専用偏光フィルム１３のカバーガラス１１と同様に、青専用偏光フィルムに接して配置されている色合成素子５に関しても、図２にあるように、温度分布が発生してしまう。そのため、色合成素子５についても、硝材のｄｎ／ｄｔを小さくすることが望ましい。
【００４２】
色合成素子５の硝材は波長５８７．６ｍｍにおける温度による屈折率変化を（ｄｎ／ｄｔ）’とするとき、
｜（ｄｎ／ｄｔ）’｜＜３．５×１０−６（／℃）・・・（３）
を満足すれば、投射画像の倍率変化を低減できる、色ずれの低減が可能となる。
【００４３】
本発明の第１実施例では、色合成素子５の硝材をＳ−ＢＳＬ７としている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率の変化が小さいので、また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に実施例１の色合成素子５の数値実施例２を示す。
【００４４】
【数５】
【００４５】
本発明のその他の効果は、サファイア等の高価な材料を使用しないので、偏光板の材料にかかるコストを抑えることができる点にある。
【００４６】
本発明のその他の効果は、放熱性の高い材料の基板（例えば、サファイアなど）を用いていないので、基板を冷却するための手段の追加による装置の大型化を抑えることができる。
【００４７】
本発明のその他の効果は、青専用偏光フィルム１３を液晶パネル７、８からできるだけ遠い位置に配置することで、青専用偏光フィルム１３が劣化した場合も、劣化による照明の負均一性を目立たなくすることができる点にある。仮に、液晶パネルに近い位置に偏光フィルムを配置してしまった場合、パネル面と投射面は結像関係にあるので、パネル面に近い位置に配置するほど、劣化による光量変化が目立ってしまう。これに対して、色合成素子５とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟み込むことにより、偏光フィルムの劣化による照明ムラを目立ちにくくすることができる。
【００４８】
また、本発明のその他の効果は、光源からできるだけ遠い位置に、熱に対する耐性の低い偏光フィルムを配置することで、偏光フィルムに対して与えられる熱を低減することができるので、偏光フィルムの劣化を抑えることができる点にある。
【００４９】
尚、青専用偏光フィルム１３は色合成素子５とは、必ずしも接している必要はないが、実施形態１のように接しているほうが、屈折率の変化が小さくなるので好ましい。
【００５０】
（実施形態２）
図５は、偏光板を有する投射型画像表示装置の実施形態２の概略構成図である。実施形態１と異なる点は、偏光ビームスプリッタ４とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟んでいる点である。この時のカバーガラス１１が実施形態１に示した条件を満足すればよい。実施形態１の方が、偏光フィルムの劣化を抑えるという観点からは好ましいが、実施形態２のように構成しても、投射レンズのバックフォーカスを短くしつつ、熱による屈折率変化の影響を低減させるという効果を得ることができる。
【００５１】
尚、実施形態１、２では青専用偏光フィルム１３としているが、赤専用偏光フィルムであっても良いし、パネルの配置や用いる光の偏光方向に応じてその他の色用の偏光フィルムとしても良い。
【００５２】
また、実施形態２の変形例について図６を用いて説明する。実施形態２と異なる点は、色合成素子５を有さない点である。本形態は用いる波長帯域の光は第１波長帯域と第２波長帯域の２色である。そして、光源は偏光光を射出するレーザー光である。図６の変形例では偏光ビームスプリッタ４とカバーガラス１１で青専用偏光フィルム１３を挟みこんでいる。
【００５３】
このような形態であっても、カバーガラス１１の厚みと、適切な温度変化による屈折率の変化を適切に設定してやることにより、投射レンズのバックフォーカスを短くしつつ、投射画像の色ずれを低減させることができる。
【００５４】
（実施形態３）
図４は、本発明の実施形態３の説明図である。１５は照明光学系、１６はＢ光を反射し、ＲとＧ光を透過するダイクロイックミラー、１７はＲとＧの光を反射し、Ｂ光を透過するダイクロイックミラー、１８と１９はミラーである。２０はＧ光を反射し、Ｒ光を透過するダイクロイックミラー、２１、２２、２３は偏光ビームスプリッタである。２４はＲパネル、２５はＧパネル、２６はＢパネル、３０、３１、３２は偏光フィルム、２７、２８、２９は偏光フィルムのカバーガラス、３３は色合成素子、３４は投射光学系である。
【００５５】
不図示の光源から発せられた光は、照明光学系１５に含まれる不図示の偏光変換素子によって、Ｓ偏光に揃えられた光となる。Ｓ偏光光は、照明光学系１５によってダイクロイックミラー１６、１７に導かれ、色分離合成光学系に入射する。色分離合成光学系に入射した光のうち、Ｂ光は、ダイクロイックミラー１６で反射され、ミラー１９で再び反射され、偏光ビームスプリッタ２３に入射する。偏光ビームスプリッタ２３に入射したＳ偏光は、膜面で反射されてＢパネル２６側に導かれる。白表示時の場合、Ｂパネル２６に入射した光は、パネルで画像変調を受けてＰ偏光となり、再び偏光ビームスプリッタ２３に入射し、膜面を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３２のカバーガラス２９に入射し、偏光フィルム３２を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５６】
一方、色分離合成光学系に入射した光のうち、ＧとＲ帯域の光は、ダイクロイックミラー１７で反射され、ミラー１８で反射され、ダイクロイックミラー２０に入射する。ダイクロイックミラー２０に入射した光のうち、Ｇ光は反射され、偏光ビームスプリッタ２２に入射する。偏光ビームスプリッタ２２に入射した光は、Ｓ偏光のため、膜面で反射され、Ｇパネル２５側に導かれる。Ｇパネル２５に入射した光は、Ｇパネルで画像変調を受けて、Ｐ偏光となり、偏光ビームスプリッタ２２に入射し、膜面を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３１のカバーガラス２８と偏光フィルム３１を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５７】
一方、ダイクロイックミラー２０に入射したＲ光は、ダイクロイックミラー２０を透過し、偏光ビームスプリッタ２１に入射する。偏光ビームスプリッタ２１に入射した光はＳ偏光であるため、膜面で反射され、Ｒパネル２４側に導かれる。Ｒパネル２４に入射した光は画像変調を受けてＰ偏光となり、偏光ビームスプリッタ２１を透過し、色合成素子３３側に導かれる。色合成素子３３側に導かれた光は、偏光フィルム３０のカバーガラス２７と偏光フィルム３０を透過し、色合成素子３３に入射する。
【００５８】
ここで、本明細書における色分離合成光学系とは、ダイクロイックミラー１６から色合成素子３３までである。色合成素子３３に入射した光は、ＲＧＢの合成光として投射光学系３４側に導かれ、投射光学系３４に入射する。投射光学系３４に入射した光は不図示のスクリーンに投射される。
【００５９】
実施例１と同様に、偏光フィルムに光が入射することで、発熱が生じ、偏光フィルムのカバーガラスに温度分布が発生する。カバーガラスの材料の温度による屈折率分布が大きいときには、前記温度むらによって、ガラス内に屈折率分布が発生してしまう。これによって投射画像の倍率が変化してしまう。また、偏光フィルムの透過率は、一般的に、Ｂの波長域が他の波長域よりも低めである。さらに、光のエネルギーは短波長側で大きいこともあり、Ｂ光路の偏光フィルムでの発熱が、他の光路の偏光フィルムでの発熱よりも大きい。したがって、Ｂ光の画像の投射倍率が、他の色光の画像の投射倍率よりも大きく変化してしまうため、スクリーン面で色ずれが発生してしまう。
【００６０】
本発明では、色ずれが根本的に発生しないようにするべく、偏光フィルムのカバーガラスのｄｎ／ｄｔを小さくすることで、偏光フィルムによる温度むらの影響を低減している。
【００６１】
本発明の第２実施例では、偏光フィルム３０、３１、３２のカバーガラス２７、２８、２９の硝材として、Ｓ−ＢＳＬ７を用いている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率差の広がりを低減することができる。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に、実施例２のカバーガラス２７、２８、２９の数値実施例３を示す。
【００６２】
【数６】
【００６３】
また、偏光フィルムのカバーガラスと同様に、偏光フィルムに接して配置されている色合成素子３３に関しても、実施例１と同様に、温度分布が発生してしまう。そのため、色合成素子３３についても、硝材のｄｎ／ｄｔを小さくすることが望ましい。式（３）の範囲を満足させることで、投射画像の倍率変化を低減できるので、色ずれの低減が可能となる。本発明の第２実施例では、色合成素子の硝材をＳ−ＢＳＬ７としている。Ｓ−ＢＳＬ７はｄｎ／ｄｔが小さいため、温度分布が発生しても、屈折率差の広がりを低減することができる。また、Ｓ−ＢＳＬ７は安価であるため、コストダウンが可能である。以下に、色合成素子３３の数値実施例４を示す。
【００６４】
【数７】
【００６５】
また、実施例１と２において、偏光フィルムのカバーガラスの硝材を、Ｓ−ＢＡＬ２とすることで色ずれをほぼゼロにすることができるので、さらに良い。以下に、偏光フィルムのカバーガラスの硝材の数値実施例５を示す。
【００６６】
【数８】
【００６７】
また、上記実施例１と２において、偏光フィルムのカバーガラスの硝材を、Ｓ−ＢＡＬ３とすることで色ずれを大幅に低減できるので、さらに良い。以下に、偏光フィルムのカバーガラスの硝材の数値実施例６を示す。
【００６８】
【数９】
【００６９】
尚、偏光フィルムは非吸収型のワイヤーグリッドであっても、本発明の効果を得ることができる。
【００７０】
尚、以上の説明では反射型の液晶パネルを用いた投射型画像表示装置について説明したが、透過型の液晶パネルを用いた投射型画像表示装置に本発明を適用しても、偏光板により発生する温度分布を低減させるという効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
５ 色合成素子
１１ カバーガラス
１３ 偏光フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子に導く色分離素子と、
前記画像表示素子により変調された第１波長帯域の光と第２波長帯域の光を合成する色合成素子と、
前記画像表示素子と前記色合成素子との間に配置された偏光手段と、
前記偏光手段に接するように配置された光学素子を有し、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【数１】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項２】
光源からの光を偏光方向に応じて第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応する画像表示素子に導くとともに、前記画像表示素子により反射された光を合成し投射光学系へと導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記投射光学系との間に配置された偏光手段と、
前記偏光手段に接するように配置された光学素子と、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【数２】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、前記第１および第２波長帯域の光のうち、波長帯域が短い光の光路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の色分離合成光学系。
【請求項４】
前記偏光手段は、誘電体多層膜を有する偏光フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の色分離合成光学系。
【請求項５】
前記偏光手段は、前記光学素子に対して接着されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の色分離合成光学系。
【請求項６】
複数の画像表示素子と、
請求項１乃至５いずれか１項に記載の色分離合成光学系と、
前記色合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１】
光源からの光を第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応した画像表示素子に導く色分離素子と、
前記画像表示素子により変調された第１波長帯域の光と第２波長帯域の光を合成する色合成素子と、
前記画像表示素子と前記色合成素子との間に配置された偏光手段と、
前記偏光手段に接するように配置された光学素子を有し、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【数１】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項２】
光源からの光を偏光方向に応じて第１波長帯域の光と第２波長帯域の光に分離し、それぞれの波長帯域の光に対応する画像表示素子に導くとともに、前記画像表示素子により反射された光を合成し投射光学系へと導く偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタと前記投射光学系との間に配置された偏光手段と、
前記偏光手段に接するように配置された光学素子と、
前記光学素子の厚さをＤ、波長５８７．６ｎｍの光に対する屈折率をｎ、温度変化に対する前記屈折率の変化率をｄｎ／ｄｔ、とし、前記画像表示素子の有効部の対角方向の長さをＰとするとき、
【数２】
を満足することを特徴とする色分離合成光学系。
【請求項３】
前記光学素子は、前記第１および第２波長帯域の光のうち、波長帯域が短い光の光路に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の色分離合成光学系。
【請求項４】
前記偏光手段は、誘電体多層膜を有する偏光フィルタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の色分離合成光学系。
【請求項５】
前記偏光手段は、前記光学素子に対して接着されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の色分離合成光学系。
【請求項６】
複数の画像表示素子と、
請求項１乃至５いずれか１項に記載の色分離合成光学系と、
前記色合成素子により合成された光を投射面に投射する投射光学系を有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２３１９４（Ｐ２０１２−１２３１９４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３９００（Ｐ２０１０−２７３９００）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]