JP2003195221A

JP2003195221A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2003195221A
Application number: JP2001398198A
Authority: JP
Inventors: Takashi Aizaki; 隆嗣相崎; Toshihisa Moriyama; 敏尚森山; Atsuhiro Yonekura; 淳博米倉; Yoshio Kojima; 良雄小島
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-09

Abstract

(57)【要約】【課題】シェーディングを抑制して高輝度、高コント
ラスト化が可能な投射型表示装置を提供する。【解決手段】読出し用の光源光をＲ，Ｇ，Ｂの３原色
光に色分解する色分解手段６、７、８、９と、前記色分
解手段で色分解された３原色光を収束する各色対応のフ
ィールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒと、前記各色対
応のフィールドレンズで収束された前記３原色光を各色
対応の空間光変調部１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒに導く各色
対応の偏光ビームスプリッタ１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ
と、前記各色対応の偏光ビームスプリッタから出射して
前記空間光変調部で光変調された変調光を光学的に合成
して画像光として出射するダイクロイックプリズム１７
と、からなる投射型表示装置において、前記各色対応の
フィールドレンズと前記各色対応の偏光ビームスプリッ
タとの間に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投射型表示装置に係
り、反射型空間光変調部を用いた３板式カラープロジェ
クタ等に適用され、高コントラスト化に伴い発生する光
学部材の複屈折による色むらを好適に抑制した光学系の
配置構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空間光変調部として液晶表示パネ
ルを用いた３板式の投射型表示装置として、例えば、特
開２００１−１５９７８２号（以下、第１従来例として
説明する）、特許第３０４２４６０号（以下、第２従来
例として説明する）等に開示されており、また、本出願
人等により特願２０００−１７７６９４号（以下、第３
従来例として説明する）に提案されている。以下、図面
を参照して、これらを順次説明する。

【０００３】図９は、第１従来例の投射型表示装置を示
す概略構成図である。なお、同図に示すように、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸を定義する。同図に示すように、第１従来例の
反射型表示装置１００において、ランプならびに放物面
鏡等の凹面鏡から構成される光源１から射出された略平
行光束の光源光は折り曲げミラー（コールドミラー）２
を経て偏光変換装置４に入射されて偏光変換を受ける。
偏光変換装置４は第１のレンズ板４１と第２のレンズ板
４２とからなるフライアイインテグレータと、偏光ビー
ムスプリッタをアレイ状に形成した偏光ビームスプリッ
タアレイ４３と、所定位置に形成した１／２波長位相板
４４とから構成される。

【０００４】上記の偏光変換装置４から射出された光は
大部分がＳ偏光であるが、一部Ｐ偏光が混じっている。
偏光装置４を射出した光はコンデンサレンズ５を経てＢ
（青）光反射ダイクロイックミラー６１と、Ｒ（赤）光
とＧ（緑）光を反射するダイクロイックミラー６２とを
互いに直交するようにＸ型に配置したクロスダイクロイ
ックミラー６に入射され、入射光軸に直交し互いに反対
方向に進行するＢ光と、Ｒ光、Ｇ光とに色分解する。

【０００５】前記色分解されたＢ光は偏光ビームスプリ
ッタ（以後、プリＰＢＳと称する）７に入射し、Ｓ偏光
のみが反射されて進行し、フィールドレンズ１０Ｂを経
て偏光ビームスプリッタ（以後、メインＰＢＳと称す
る）１１Ｂに入射される。なお、プリＰＢＳ７に入射す
る光のうちのＰ偏光は不要光として廃棄される。一方、
前記色分解されたＲ光、Ｇ光は偏光ビームスプリッタ
（以後、プリＰＢＳと称する）８に入射して、Ｐ偏光は
廃棄され、反射されたＳ偏光は進行し、Ｇ光反射ダイク
ロイックミラー９に入射されて、ここで反射するＧ光
と、透過するＲ光とに色分解され、それぞれフィールド
レンズ１０Ｇ，１０Ｒを経て偏光ビームスプリッタ（以
後、メインＰＢＳと称する）１１Ｇ，１１Ｒに入射され
る。

【０００６】メインＰＢＳ（１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ）
に入射した各色光は偏光分離部に反射されて射出し、そ
れぞれ射出面近傍に配置された反射型空間光変調部（反
射型液晶パネル）１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒに入射され
る。反射型光変調部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒに入射した
入射偏光のうち画像信号に基づく選択された箇所に対す
る光は変調されて、反射射出され、それらの光はそれぞ
れ再度メインＰＢＳ１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒに入射さ
れ、前記変調光のみをメインＰＢＳ透過光として取り出
され（検光され）、色合成光学系を構成するクロスダイ
クロイックプリズム１７に入射される。クロスダイクロ
イックプリズム１７による合成光は投射レンズ（図示し
ない）に入射され、スクリーン上にフルカラー像として
投射される。

【０００７】次に、第２従来例の投射型表示装置を説明
する。図１０は、第２従来例の投射型表示装置を斜め上
方から見てその光学要素の配置関係を示した概略斜視構
成図であり、図１１は、第２従来例の投射型表示装置の
光源部と色分解・導光光学系の階層を下側から見た平面
図であり、図１２は、第２従来例の投射型表示装置の偏
光選択光学系の階層を下側から見た平面図であり、図１
３は、第２従来例の投射型表示装置の変調・色合成・投
射光学系の階層を下側から見た平面図である。

【０００８】第２従来例の反射型表示装置２００は、下
階層の色分解・導光光学系と、中間階層の偏光選択光学
系と、上階層の変調・色合成・投射光学系とから構成され
ている。

【０００９】先ず、図１０及び１１に示すように、色分
解・導光光学系において、光源１０１から発した白色光
は、コリメータレンズ１０２と第１及び第２のインテグ
レータ１０３、１０４を透過し、コールドミラー１０５
によって反射されて、不要な赤外光が除去された均一な
照度分布の読出し光（白色光）ｗとなる。次に、コール
ドミラー１０５により水平面内で９０°方向変換され、
４５°傾斜させて配置されているダイクロイックミラー
１０６に入射した白色光ｗのうちマゼンタ光ｒｂは、ダ
イクロイックミラー１０６をそのまま透過するが、緑光
ｇは反射されて水平面内で９０°方向変換する。

【００１０】ダイクロイックミラー１０６で反射した緑
光ｇは、その光軸に対して４５°傾斜させた態様でフィ
ールドレンズ１１１Ｇの直下に配置されている反射ミラ
ー１０７Ｇへ入射し、その反射ミラー１０７Ｇで反射さ
れることによって垂直方向へ９０°方向変換されてフィ
ールドレンズ１１１Ｇへ入射せしめられる。また、ダイ
クロイックミラー１０６を透過したマゼンタ光ｒｂは、
その光軸に対して４５°傾斜させた態様でフィールドレ
ンズ１１１Ｂの直下に配置されているダイクロイックミ
ラー１０８へ入射する。

【００１１】ダイクロイックミラー１０８は入射したマ
ゼンタ光ｒｂの内の赤光ｒをそのまま透過させるが青光
ｂを反射して垂直方向へ９０°方向変換させる。従っ
て、青光ｂは偏光選択光学系（図１２）におけるフィー
ルドレンズ１１１Ｂへ入射することになる。

【００１２】一方、ダイクロイックミラー１０８を透過
した赤光ｒはその透過光の光軸上に配置されている補正
レンズ１０９へ入射し、補正レンズ１０９で所定の集光
作用を受けた後、反射ミラー１１０によって水平面内で
９０°方向変換され、その方向変換後の光軸上に配置さ
れている別の補正レンズ１０９’で所定の集光作用を受
け、更に反射ミラー１１０’によって水平面内で９０°
方向変換され、その光軸に対して４５°傾斜させた態様
で偏光選択光学系（図１２参照）におけるフィールドレ
ンズ１１１Ｒの直下に配置されている反射ミラー１０７
Ｒに入射する。そして、その反射ミラー１０７Ｒで反射
された赤光ｒがフィールドレンズ１１１Ｒへ入射せしめ
られる。

【００１３】次に、図１２に示すように、偏光選択光学
系を構成するフィールドレンズと偏光ビームスプリッタ
（以後、プリＰＢＳともいう）からなる各ユニット１１
１Ｂ・１１２Ｂ、１１１Ｇ・１１２Ｇ、１１１Ｒ・１１
２Ｒはこれら３ユニットがコーナーを接する態様で投射
方向に対称に配置されている。各フィールドレンズ１１
１Ｂ，１１１Ｇ，１１１Ｒに入射・透過した各光ｂ、
ｇ、ｒはそれぞれ各プリＰＢＳ１１２Ｂ，１１２Ｇ，１
１２Ｒに入射して、内部に設けられた各偏光膜１１１
ｂ、１１２ｇ、１１２ｒによってＰ偏光が選択透過さ
れ、Ｓ偏光は反射されて不要光として、棄てられる。

【００１４】図１３に示すように、偏光選択光学系で選
択された各光ｂ（ｐ）、ｇ（ｐ）、ｒ（ｐ）は、変調・
色合成・投射光学系の各偏光ビームスプリッタ（以後、
メインＰＢＳともいう）１１３Ｂ、１１３Ｇ、１１３Ｒ
に入射する。当該メインＰＢＳ１１３Ｂ，１１３Ｇ，１
１３Ｒでは、入射した各光ｂ（ｐ）、ｇ（ｐ）、ｒ
（ｐ）は更に偏光されて、反射型の各空間光変調部１１
４Ｂ，１１４Ｇ，１１４Ｒに照射され、変調反射され、
各光ｂ’（ｐ）、ｇ’（ｐ）、ｒ’として色合成用の交
叉型ダイクロイックプリズム１１５に入射し、ここで色
合成された光は投射レンズ１１６により投射されて、ス
クリーン上にカラー画像を表示する。

【００１５】次に、第３従来例の投射型表示装置を説明
する。図１４は、第３従来例の投射型表示装置を示す概
略構成図である。同図において、無偏光白色光として光
源２０３よりから出力された照明光は、フィルム状（プ
ラスチック）の偏光板２０４により所定のＳ偏光にそろ
えられ、偏光ビームスプリッタ２０５に入射する。尚、
偏光板２０４と偏光ビームスプリッタ２０５の間に図示
しないフィールドレンズを配置する場合もある。偏光ビ
ームスプリッタ２０５に入射した照明光はＳ偏光とされ
ているので偏光分離層２０５Ａにおいて反射され、この
偏光ビームスプリッタ２０５と接合している色分解合成
プリズム２０１に入射する。

【００１６】色分解合成プリズム２０１は、３つのプリ
ズム２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃを組み合わせてな
る。すなわち、光軸に沿って偏光ビームスプリッタ２０
５側から順番に第１のプリズム２０１Ａ，第２のプリズ
ム２０１Ｂ及び第３のプリズム２０１Ｃが配列され、第
１のプリズム２０１Ａと第２のプリズム２０１Ｂは緑色
光のみを反射する第１のダイクロイック層２１１Ｄを介
して接合され、さらに第２のプリズム２０１Ｂと第３の
プリズム２０１Ｃとは青色光を反射し、赤色光を透過す
る第２のダイクロイック層２１１Ｅを介して接合されて
いる。

【００１７】これにより、偏光ビームスプリッタ２０５
からこの色分解合成プリズム２０１に入射した光束は
Ｂ、Ｒ、Ｇ３原色光に分解され、さらに、各色光毎に対
応するプリズム２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃの光入出
射端面２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃから射出されると
ともに、各色光に対応する反射型液晶表示パネル２０２
Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ上に照射され、これらの液晶表
示パネル２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ上に形成された
各色光の被写体像情報を担持した状態でＰ偏光に変換さ
れ、対応する各プリズム２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ
の光入出射端面２１１Ａ、２１１Ｂ、２１１Ｃに再入射
せしめられる。

【００１８】この後、各色光の被写体像が映出された反
射型液晶表示パネル２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃによ
り被写体像情報を担持せしめられた各色光は各反射型液
晶表示パネル２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃへの入射光
路を戻るように導びかれ、上記色分解合成プリズム２０
１によって色合成され、さらに偏光ビームスプリッタ２
０５の偏光分離面２０５Ａを直進し、図示されない投影
レンズによりスクリーン上に所望のカラー被写体像が拡
大投射される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の第１
乃至第３従来例の反射型の投射型表示装置においては、
偏光ビームスプリッタ（メインＰＢＳ）１１Ｂ，１１
Ｇ，１１Ｒ、１１３Ｂ、１１３Ｇ、１１３Ｒ、２０５に
用いるガラスとしては、光弾性係数の小さいガラス材を
使用している。その理由は、光弾性係数が大きい場合に
は、照射された光の有する熱によりガラスが膨張し、そ
の結果誘起される応力の存在により、光弾性を介して、
ガラスの屈折率変化が生じ、それにより複屈折が発生
し、黒状態の画面においてシェーデイングが発生するか
らである。従って、従来は、低い光弾性係数を有するガ
ラスをメインＰＢＳのガラスとして用いることにより、
必要な光学的特性を得ていた。

【００２０】しかしながら、投射型表示装置に対する市
場のニーズとして、表示画像の一層の高輝度化・高コン
トラスト化が求められている。これらに対応するため
に、光源を構成するランプの光量増加等、照明光学系の
効率を改善することにより、投射レンズより投射できる
光量を増加させて、高コントラストのシステムを構成し
ようとすると、従来問題になっていなかったレベル及び
構成要素の特性の影響が大きく、高コントラスト化を実
現することは困難であるという問題があった。

【００２１】すなわち、第１及び第２従来例において
は、光源の光量を増大すると、プリＰＢＳ及びフィール
ドレンズを構成するガラスが発熱の増加により、複屈折
が増大し、これによって色ムラ（シェーディング）が増
加することが特に問題であり、また第３従来例にあって
は、一般的に用いられているプラスチック偏光板の耐熱
性が十分でないことによるシェーディングの増加が問題
であった。

【００２２】そこで本発明は、上記問題を解決し、シェ
ーディングを抑制して高輝度、高コントラスト化が可能
な投射型表示装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、第１の発明は、読出し用の光源光をＲ，
Ｇ，Ｂの３原色光に色分解する色分解手段（クロスダイ
クロイックミラー６、偏光ビームスプリッタ７，８、Ｇ
光反射ダイクロイックミラー９）と、前記色分解手段で
色分解された３原色光を収束する各色対応のフィールド
レンズ（１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ）と、前記各色対応の
フィールドレンズで収束された前記３原色光を各色対応
の空間光変調部（１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ）に導く各色
対応の偏光ビームスプリッタ（１１Ｂ，１１Ｇ，１１
Ｒ）と、前記各色対応の偏光ビームスプリッタから出射
して前記空間光変調部で光変調された変調光を光学的に
合成して画像光として出射するダイクロイックプリズム
１７と、からなる投射型表示装置において、金属偏光板
（２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒ）を前記色分解手段と前記各
色対応のフィールドレンズとの間か、又は、前記各色対
応のフィールドレンズと前記各色対応の偏光ビームスプ
リッタとの間に配置したことを特徴とする投射型表示装
置である。

【００２４】また、第２の発明は、白色光を放射する光
源（２０３）と、前記光源から放射された前記白色光を
偏光して出射する偏光ビームスプリッタ（２０５）と、
前記偏光された白色光をダイクロイック層（２１１Ｄ，
２１１Ｅ）により３原色光に分解してそれぞれ出射する
色分解合成プリズム（２０１）と、入射する前記偏光さ
れた３原色光をそれぞれ変調して反射する各色対応の空
間光変調部（液晶パネル２０２Ａ、２０２Ｂ，２０２
Ｃ）とを有し、前記光分解合成プリズムは前記空間光変
調部で光変調された後再入射する前記３原色光を前記ダ
イクロイック層により合成して画像光として前記偏光ビ
ームスプリッタに出射する投射型表示装置において、前
記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、フィール
ドレンズ（２１０）及び金属偏光板（２２０）を配置し
たことを特徴とする投射型表示装置である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
なお、上記した各従来例における構成要素と同一の構成
要素については、同一の参照符号を付しその説明を省略
する。

【００２６】＜第1実施例＞図１は、本発明の投射型表
示装置の第１実施例を示す概略構成図である。なお、同
図に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を定義する。また、本発
明の投射型表示装置の第１実施例は、上述の第１従来例
の投射型表示装置の改良である。同図に示すように、第
１実施例の反射型表示装置１００Ａにおいて、ランプな
らびに放物面鏡等の凹面鏡から構成される光源１から射
出された略平行光束の光源光（白色光）１ａは折り曲げ
ミラー（コールドミラー）２を経て水平方向に所定の角
度例えば略９０に折り曲げられて偏光変換装置４に入射
して偏光変換を受ける。

【００２７】ここで、偏光変換装置４は複数のフライア
イレンズ４１ａを有する第１のレンズ板４１と複数のフ
ライアイレンズ４２ａを有する第２のレンズ板４２とか
らなるフライアイインテグレータと、偏光ビームスプリ
ッタをアレイ状に形成した偏光ビームスプリッタアレイ
４３と、所定位置に形成した１／２波長位相板４４とか
ら構成される。

【００２８】上記の偏光変換装置４から射出された光は
大部分がＳ偏光であるが、一部Ｐ偏光が混じっている。
偏光変換装置４を射出した光はコンデンサレンズ５を経
てＢ（青）光反射ダイクロイックミラー６１と、Ｒ
（赤）光とＧ（緑）光を反射するダイクロイックミラー
６２とを互いに直交するようにＸ型に配置したクロスダ
イクロイックミラー６に入射され、入射光軸に直交し互
いに反対方向に進行するＢ光（図中上方へ進行）と、Ｒ
光、Ｇ光（図中下方へ進行）とに色分解する。

【００２９】前記色分解されたＢ光は偏光ビームスプリ
ッタ（以後、プリＰＢＳと称する）７に入射し、Ｓ偏光
のみが反射されて進行し、フィールドレンズ１０Ｂ、次
いで金属偏光板２０Ｂを経て偏光ビームスプリッタ（以
後、メインＰＢＳと称する）１１Ｂに入射される。な
お、プリＰＢＳ７に入射する光のうちのＰ偏光は不要光
として廃棄される。

【００３０】一方、前記色分解されたＲ光、Ｇ光は偏光
ビームスプリッタ（以後、プリＰＢＳと称する）８に入
射して、Ｐ偏光は廃棄され、反射されたＳ偏光は進行
し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー９に入射されて、こ
こで反射するＧ光（図中上方へ進行）と、透過するＲ光
（図中左方へ進行）とに色分解され、それぞれフィール
ドレンズ１０Ｇと金属偏光板２０Ｇ、フィールドレンズ
１０Ｒと金属偏光板２０Ｒを経て偏光ビームスプリッタ
（以後、メインＰＢＳと称する）１１Ｇ，１１Ｒに入射
される。ここで、プリＰＢＳ７，８を構成するガラス材
（単に硝材ともいう）は一般的に用いられるＳＫ１６
（ドイツＳｃｈｏｔｔ社製）であり、ＳＫ１６の光弾性
定数は１．８９×１０^-8ｃｍ²／Ｎである。

【００３１】また、金属偏光板２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒ
は、ワイヤーグリッド偏光板（ｗｉｒｅｇｒｉｄｐ
ｏｌａｒｉｚｅｒ）として開発されたものであり、ガラ
ス等の耐熱性の透明基板上に、金属薄膜の短冊状のスト
ライプ（グリッド）を間隔が波長の数分の一から十分の
１程度の間隔でもって並べたもので、グリッドの間隔よ
り長い波長の光が入射するとＳ偏光のみを透過すると共
に耐熱性に優れた特性を有するものである。この例とし
て、ＭＯＸＴＥＫ社のＰｒｏＦｌｕｘ（商品名）があ
る。また、フィールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒに
は、従来一般的に用いられている白板ガラスを用いてお
り、いずれも正のパワーを有する。

【００３２】メインＰＢＳ（１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒ）
に入射した各色光は偏光分離部に反射されて射出し、そ
れぞれ射出面近傍に配置された反射型空間光変調部（反
射型液晶パネル）１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒに入射され
る。反射型光変調部１２Ｂ、１２Ｇ、１２Ｒに入射した
入射偏光のうち画像信号に基づく選択された箇所に対す
る光は変調されて、反射射出され、それらの光はそれぞ
れ再度メインＰＢＳ１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒに入射さ
れ、前記変調光のみをメインＰＢＳ透過光として取り出
され（検光され）、色合成光学系を構成するクロスダイ
クロイックプリズム１７に入射される。クロスダイクロ
イックプリズム１７による合成光は投射レンズ（図示し
ない）に入射され、スクリーン上にフルカラー像として
投射される。

【００３３】次に、高輝度、高コントラスト化を測るた
めに光量を増加すると、表示装置を構成する光学部品に
おける発熱の増加による複屈折により問題になるシェー
ディングを評価した。シェーディングの測定方法は以下
の通りである。すなわち、画像信号を黒レベルにして、
投射スクリーンに黒画面を投射し、画面中心及び画面４
隅の合計５点について、ｕｖ座標系にて、市販の色度計
を用いて色度を測定し、さらに、ｕｖ座標系上での各点
間の距離を求め、その中で最大のものを最大偏差Δｕｖ
とした。画面の４隅は特に、光学部品の複屈折による影
響を受けやすい部分である。Δｕｖの値が小さいほど、
シェーディングが少なく良好な黒画面と評価できる。

【００３４】得られたΔｕｖは、０．０４９７であっ
た。また、画面全体に亘って目視でも評価した。その結
果、シェーディングが少ない極めて良好な黒画面であっ
た（評価結果は◎である）。これは、フィールドレンズ
１０Ｂ，１０Ｇ，１０ＲとメインＰＢＳ１１Ｂ，１１
Ｇ，１１Ｒとの間にそれぞれ挿入した金属偏光板２０
Ｂ、２０Ｇ，２０Ｒにより、プリＰＢＳ７，８及びフィ
ールドレンズ１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒから発生する複屈
折に起因するシェーディングを除去することが出来たた
めである。

【００３５】なお、プリＰＢＳ７，８を構成するガラス
材が有する光弾性定数としては、１．５×１０^-8〜２．
５×１０^-8ｃｍ²／Ｎの範囲が好適であり、２．５×１
０^-8ｃｍ²／Ｎより大きくなると、シェーディングが大
きくなり、所定の特性を得ることが出来ず、１．５×１
０^-8ｃｍ²／Ｎより小さくなると、シェーディングが少
なくなるもののその寄与率が小さくなり、ガラス材の成
分も加工が困難なものとなりコストが上昇し好ましくな
い。

【００３６】＜第２実施例＞図２は、本発明の投射型表
示装置の第２実施例を示す概略構成図である。同図に示
すように、第２実施例の投射型表示装置１００Ｂは、第
１実施例の投射表示装置１００Ａにおいて、フィールド
レンズ１０ＢとメインＰＢＳ１１Ｂとの間に金属偏光板
２０Ｂを配置したのに代えて、プリＰＢＳ７とフィール
ドレンズ１０Ｂとの間に金属偏光板３０Ａを配置し、さ
らに、フィールドレンズ１０ＧとメインＰＢＳ１１Ｇと
の間に金属偏光板２０Ｇを配置し且フィールドレンズ１
０ＲとメインＰＢＳ２０Ｒとの間に金属偏光板２０Ｒを
配置したのに代えて、プリＰＢＳ８とダイクロイックミ
ラー９との間に金属偏光板３０Ｂを配置した（すなわち
プリＰＢＳ８とフィールドレンズ１０Ｇ，１０Ｒ間に配
置したことになる）以外は、第１実施例の投射表示装置
１００Ａと同様に構成した。

【００３７】第１実施例の投射表示装置１００Ａと同様
にシェーディングを測定評価した。その結果、Δｕｖの
値は０．０５７５であり、目視の評価もシェーディング
の少ない良好な黒画面であった（評価結果は○であ
る）。

【００３８】＜第１比較例＞図示しない第１比較例の投
射型表示装置は、第１実施例の投射表示装置１００Ａに
おいて、金属偏光板２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒを配置しな
い以外は、第１実施例の投射表示装置１００Ａと同様に
構成した。これは上述の投射型表示装置の第１従来例の
構成である。第１実施例の投射表示装置１００Ａと同様
にシェーディングを測定評価した。その結果、Δｕｖの
値は０．１０１７であり、目視の評価はシェーディング
の多い不良の黒画面であった（評価結果は×である）。

【００３９】＜第２比較例＞図示しない第２比較例の投
射型表示装置は、第１実施例の投射表示装置１００Ａに
おいて、金属偏光板２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒを配置せ
ず、且プリＰＢＳ７、８を構成するガラス材を光弾性定
数の小さいＰＢＨ５５（小原光学硝子（株）製：光弾性
定数は０．０４×１０^-8ｃｍ²／Ｎである）とした以外
は、第１実施例の投射表示装置１００Ａと同様に構成し
た。第１実施例の投射表示装置１００Ａと同様にシェー
ディングを測定評価した。

【００４０】その結果、Δｕｖの値は０．０８４３であ
り、目視の評価はシェーディングのやや多い不良の黒画
面であった（評価結果は△である）。以上より、第１比
較例に比べ、第１実施例に示す「金属偏光板をフィール
ドレンズとメインＰＢＳとの間に挿入したした場合」及
び第２実施例に示す「金属偏光板をプリＰＢＳとフィー
ルドレンズとの間に挿入した場合」には、顕著なシェー
ディングの改善効果が得られ、プリＰＢＳおよびフィー
ルドレンズの複屈折による悪影響を補正できていること
がわかる。一方、第２比較例で示したように、プリＰＢ
Ｓを、光弾性常数の小さなガラスに変更したものは、多
少シェーディングが良化しているものの金属偏光板を所
定の位置に配置したほどの改善効果を得られない。

【００４１】以上の結果より、第１及び第２実施例に示
す光学部品の配置においては、光源からの光量を増加さ
せた場合において、（１）複屈折の主要因はプリＰＢＳ
であること、（２）フィールドレンズも複屈折を発生さ
せているがプリＰＢＳに比べて発生量は少ない、という
ことがわかる。なお、第１比較例において、フィールド
レンズのガラス材を白板ガラスより光弾性定数の小さい
ＳＦ６（ドイツＳｈｏｔｔ社製：光弾性定数は０．５９
×１０ ^-8ｃｍ²／Ｎである）に変更しても顕著な改善効
果は得られなかった。

【００４２】さらに、光弾性定数の小さなガラス材は鉛
含有量が多く、短波長側の透過率が低く、且高価である
ので、光弾性定数の小さなガラスをプリＰＢＳに使う
（第２比較例）よりも、ある程度大きな光弾性定数の値
のガラスをプリＰＢＳに使用し、金属偏光板を上述した
第１及び第２実施例で示したように配置したほうが、コ
スト的にも、シェーディング特性においても優れてい
る。

【００４３】＜第３実施例＞図３は、本発明の投射型表
示装置の第３実施例を斜め上方から見てその光学要素の
配置関係を示した概略斜視構成図であり、図４は、第３
実施例の投射型表示装置の光源部と色分解・導光光学系
の階層を下側から見た平面図であり、図５は、第３実施
例の投射型表示装置の偏光選択光学系の階層を下側から
見た平面図であり、図６は、第３実施例の投射型表示装
置の変調・色合成・投射光学系の階層を下側から見た平
面図である。

【００４４】本発明の投射型表示装置の第３実施例は、
上述の第２従来例の投射型表示装置の改良である。第３
実施例の反射型表示装置２００Ａは、下階層の色分解・
導光光学系と、中間階層の偏光選択光学系と、上階層の
変調・色合成・投射光学系とから構成されている。

【００４５】先ず、図３及び４に示すように、色分解・
導光光学系において、光源１０１から発した白色光は、
コリメータレンズ１０２と第１及び第２のインテグレー
タ１０３、１０４を透過し、コールドミラー１０５によ
って反射されて、不要な赤外光が除去された均一な照度
分布の読出し光（白色光）ｗとなる。次に、コールドミ
ラー１０５により水平面内で９０°方向変換され、４５
°傾斜させて配置されているダイクロイックミラー１０
６に入射した白色光ｗのうちマゼンタ光ｒｂは、ダイク
ロイックミラー１０６をそのまま透過するが、緑光ｇは
反射されて水平面内で９０°方向変換する。

【００４６】ダイクロイックミラー１０６で反射した緑
光ｇは、その光軸に対して４５°傾斜させた態様でフィ
ールドレンズ１１１Ｇの直下に配置されている反射ミラ
ー１０７Ｇへ入射し、その反射ミラー１０７Ｇで反射さ
れることによって垂直方向へ９０°方向変換されてフィ
ールドレンズ１１１Ｇへ入射せしめられる。また、ダイ
クロイックミラー１０６を透過したマゼンタ光ｒｂは、
その光軸に対して４５°傾斜させた態様でフィールドレ
ンズ１１１Ｂの直下に配置されているダイクロイックミ
ラー１０８へ入射する。

【００４７】ダイクロイックミラー１０８は入射したマ
ゼンタ光ｒｂの内の赤光ｒをそのまま透過させるが青光
ｂを反射して垂直方向へ９０°方向変換させる。従っ
て、青光ｂは偏光選択光学系（図５）におけるフィール
ドレンズ１１１Ｂへ入射することになる。

【００４８】一方、ダイクロイックミラー１０８を透過
した赤光ｒはその透過光の光軸上に配置されている補正
レンズ１０９へ入射し、補正レンズ１０９で所定の集光
作用を受けた後、反射ミラー１１０によって水平面内で
９０°方向変換され、その方向変換後の光軸上に配置さ
れている別の補正レンズ１０９’で所定の集光作用を受
け、更に反射ミラー１１０’によって水平面内で９０°
方向変換され、その光軸に対して４５°傾斜させた態様
で偏光選択光学系（図５参照）におけるフィールドレン
ズ１１１Ｒの直下に配置されている反射ミラー１０７Ｒ
に入射する。そして、その反射ミラー１０７Ｒで反射さ
れた赤光ｒがフィールドレンズ１１１Ｒへ入射せしめら
れる。なお、フィールドレンズ１１１Ｂ，１１１Ｇ，１
１１Ｒはいずれも正のパワーを有するものである。

【００４９】次に、図５に示すように、偏光選択光学系
を構成する、フィールドレンズと偏光ビームスプリッタ
（以後、プリＰＢＳともいう）と金属偏光板とからなる
各ユニット１１１Ｂ・１１２Ｂ・１２０Ｂ、１１１Ｇ・
１１２Ｇ・１２０Ｇ、１１１Ｒ・１１２Ｒ・１２０Ｒは
これら３ユニットがコーナーを接する態様で投射方向に
対称に配置されている。各フィールドレンズ１１１Ｂ，
１１１Ｇ，１１１Ｒに入射・透過した各光ｂ、ｇ、ｒは
それぞれ各プリＰＢＳ１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２Ｒに
入射して、内部に設けられた各偏光膜１１１ｂ、１１２
ｇ、１１２ｒによってＰ偏光が選択透過され、Ｓ偏光は
反射されて不要光として、棄てられる。透過して射出し
たＰ偏光ｂ（ｐ）、ｇ（ｐ）、ｒ（ｐ）は、それぞれ金
属偏光板１２０Ｂ，１２０Ｇ，１２０Ｒに入射し各プリ
ＰＢＳ１１２Ｂ、１１２Ｇ，１１２Ｒで除去出来なかっ
た不要成分を除去されて射出される。

【００５０】次に、図６に示すように、偏光選択光学系
で選択された各光ｂ（ｐ）、ｇ（ｐ）、ｒ（ｐ）は、変
調・色合成・投射光学系の各偏光ビームスプリッタ（以
後、メインＰＢＳともいう）１１３Ｂ、１１３Ｇ、１１
３Ｒに入射する。当該メインＰＢＳ１１３Ｂ，１１３
Ｇ，１１３Ｒでは、入射した各光ｂ（ｐ）、ｇ（ｐ）、
ｒ（ｐ）は更に偏光されて、反射型の各空間光変調部１
１４Ｂ，１１４Ｇ，１１４Ｒに照射され、変調反射さ
れ、各光ｂ’（ｐ）、ｇ’（ｐ）、ｒ’として色合成用
の交叉型ダイクロイックプリズムに入射し、ここで色合
成された光は投射レンズ１１６により投射されて、スク
リーン上にカラー画像を表示する。

【００５１】なお、プリＰＢＳ１１２Ｂ，１１２Ｇ，１
１２Ｒを構成するガラス材は上述のＳＫ１６（ドイツＳ
ｃｈｏｔｔ社製：光弾性定数は１．８９×１０^-8ｃｍ²
／Ｎである）であり、金属偏光板１２０Ｂ，１２０Ｇ，
１２０Ｒは上述の金属偏光板２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒと
同様のものである。

【００５２】次に、本第３実施例の投射型表示装置２０
０Ａについて、第１実施例と同様にシェーディング特性
を評価した。但し、目視評価のみを行った。その結果
は、シェーディングが少ない極めて良好な黒画面であっ
た（評価結果は◎である）。

【００５３】＜第４実施例＞図７は、本発明の投射型表
示装置の第４実施例における偏光選択光学系の階層を下
側から見た平面図である。同図に示すように、第４実施
例の投射型表示装置２００Ｂは、第３実施例の投射型表
示装置２００Ａにおいて、プリＰＢＳ１１２Ｂとメイン
ＰＢＳ１１３Ｂとの間に金属偏光板１２０Ｂを、プリＰ
ＢＳ１１２ＧとメインＰＢＳ１１３ＧＢとの間に金属偏
光板１２０Ｇを、且プリＰＢＳ１１２ＲとメインＰＢＳ
１１３Ｒとの間に金属偏光板１２０Ｒをそれぞれ配置し
たのに代えて、フィールドレンズ１１１ＢとプリＰＢＳ
１１２Ｂとの間に金属偏向板１２０Ｂを、フィールドレ
ンズ１１１ＧとプリＰＢＳ１１２Ｇとの間に金属偏向板
１２０Ｇを、且フィールドレンズ１１１ＲとプリＰＢＳ
１１２Ｒとの間に金属偏向板１２０Ｒをそれぞれ配置し
た以外は、第３実施例の投射型表示装置２００Ａと同様
に構成した。

【００５４】本第４実施例の投射型表示装置２００Ｂの
シェーディング特性を第３実施例の投射型表示装置２０
０Ａと同様にして評価した。その結果は、シェーディン
グが少ない極めて良好な黒画面であった（評価結果は◎
である）。

【００５５】＜第３比較例＞図示しない第３比較例の投
射型表示装置は、第３実施例の投射表示装置２００Ａに
おいて、金属偏光板１２０Ｂ，１２０Ｇ，１２０Ｒを配
置しない以外は、第３実施例の投射表示装置２００Ａと
同様に構成した。これは上述の第２従来例の構成であ
る。第３実施例の投射表示装置２００Ａと同様にシェー
ディングを評価した。その結果は、目視の評価はシェー
ディングの多い不良の黒画面であった（評価結果は×で
ある）。

【００５６】＜第４比較例＞図示しない第４比較例の投
射型表示装置は、第３実施例の投射表示装置２００Ａに
おいて、金属偏光板１２０Ｂ，１２０Ｇ，１２０Ｒを配
置せず、且プリＰＢＳ１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒを
構成するガラス材を上述の光弾性定数の小さいＰＢＨ５
５（光弾性定数は０．０４×１０^-8ｃｍ²／Ｎである）
とした以外は、第３実施例の投射表示装置２００Ａと同
様に構成した。第３実施例の投射表示装置２００Ａと同
様にシェーディングを評価した。その結果は、シェーデ
ィングのやや多い不良の黒画面であった（評価結果は△
である）。

【００５７】以上より、第３比較例に比べ、第３実施例
に示す「金属偏光板をプリＰＢＳ（この前にフィールド
レンズが配置されている）とメインＰＢＳとの間に挿入
した場合」及び第４実施例に示す「金属偏光板をフィー
ルドレンズとプリＰＢＳとの間に挿入した場合」には、
顕著なシェーディングの改善効果が得られている。これ
らの場合、フィールドレンズが光源に近く配置されてい
るので、光源から離れて配置されているプリＰＢＳより
も複屈折の発生が大きく、これが金属偏光板により除去
されていることがわかる。

【００５８】従って、第４比較例で示したように、プリ
ＰＢＳを、光弾性常数の小さなガラスに変更したもの
は、多少シェーディングが良化しているものの金属偏光
板を所定の位置に配置したほどの改善効果を得られな
い。以上の結果より、第４及び第５実施例に示す光学部
品の配置においては、（１）複屈折の主要因は光源に近
いフィールドレンズであること、（２）プリＰＢＳも複
屈折を発生させているがフィールドレンズに比べて発生
量は少ない、ということがわかる。

【００５９】＜第５実施例＞図８は、本発明の投射型表
示装置の第５実施例を示す概略構成図である。本発明の
投射型表示装置の第５実施例は、上述の第３従来例の投
射型表示装置の改良である。第５実施例の投射型表示装
置３００Ａは、第３従来例の投射型液晶表示装置３００
において、プラスチックの偏光板２０４に代えて、光源
２０３と偏光ビームスプリッタ２０５との間に、光源２
０３からの光の進行方向に沿って、正のパワーを有す
る、光源光を収束するためのフィールドレンズ２１０と
金属偏光板２２０を順に配置した以外は、上述した第３
従来例の投射型表示装置３００と同様に構成したもので
ある。尚、金属偏光板２２０としては、上述した金属偏
光板２０Ｂ，２０Ｇ，２０Ｒと同様のものを用いた。

【００６０】＜第５比較例＞第５比較例の投射型表示装
置は、第５実施例の投射型表示装置３００Ａにおいて、
フィールドレンズ２１０と金属偏光板２２０の配置を順
序を逆にして配置したものである。第５実施例の投射型
表示装置３００Ａ及び第５比較例の投射型表示装置３０
０について、それぞれ投射光が黒レベルの場合におけ
る、放射照度の波長依存性を測定した。

【００６１】図１５は、第５実施例及び第５従来例の投
射型表示装置の放射照度の波長依存性を示すグラフ図で
ある。同図において、曲線ｌは白画面の場合を、曲線ｍ
は第５比較例における黒画面の場合を、曲線ｎは第５実
施例における黒画面の場合をそれぞれ示す。曲線ｍと曲
線ｌより、第５比較例においては、コントラストは１５
０であり、曲線ｎと曲線ｌより、第５実施例において
は、コントラストが２００であった。このことより、光
源からの光量を増加させると、フィールドレンズは一層
加熱されることにより複屈折を増加するが、フィールド
レンズの後方に配置されている耐熱性の良好な金属偏光
板を通過することにより、不要成分の少ない良好な偏光
を次段に供給することができ、コントラストを向上させ
ることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の投射型表示
装置は、請求項１によれば、金属偏光板を前記色分解手
段と前記各色対応のフィールドレンズとの間か、又は、
前記各色対応のフィールドレンズと前記各色対応の偏光
ビームスプリッタとの間に配置したことにより、シェー
ディングを抑制して高輝度、高コントラスト化が可能な
投射型表示装置を提供することができるという効果があ
る。

【００６３】また、本発明の投射型表示装置は、請求項
２によれば、光源と偏光ビームスプリッタとの間に、フ
ィールドレンズ及び金属偏光板を配置したことにより、
シェーディングを抑制して高輝度、高コントラスト化が
可能な投射型表示装置を提供することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型表示装置の第１実施例を示す概
略構成図である。

【図２】本発明の投射型表示装置の第２実施例を示す概
略構成図である。

【図３】本発明の投射型表示装置の第３実施例を斜め上
方から見てその光学要素の配置関係を示した概略斜視構
成図である。

【図４】第３実施例の投射型表示装置の光源部と色分解
・導光光学系の階層を下側から見た平面図である。

【図５】第３実施例の投射型表示装置の偏光選択光学系
の階層を下側から見た平面図である。

【図６】第３実施例の投射型表示装置の変調・色合成・
投射光学系の階層を下側から見た平面図である。

【図７】本発明の投射型表示装置の第４実施例における
偏光選択光学系の階層を下側から見た平面図である。

【図８】本発明の投射型表示装置の第５実施例を示す概
略構成図である。

【図９】第１従来例の投射型表示装置を示す概略構成図
である。

【図１０】第２従来例の投射型表示装置を斜め上方から
見てその光学要素の配置関係を示した概略斜視構成図で
ある。

【図１１】第２従来例の投射型表示装置の光源部と色分
解・導光光学系の階層を下側から見た平面図である。

【図１２】第２従来例の投射型表示装置の偏光選択光学
系の階層を下側から見た平面図である。

【図１３】第２従来例の投射型表示装置の変調・色合成
・投射光学系の階層を下側から見た平面図である。

【図１４】第３従来例の投射型表示装置を示す概略構成
図である。

【図１５】第５実施例及び第５比較例の投射型表示装置
の放射照度の波長依存性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１…光源、２…コールドミラー、４…偏光変換装置、５
…コンデンサレンズ、６…クロスダイクロイックミラ
ー、７，８…偏光ビームスプリッタ、９…Ｇ光反射ダイ
クロイックミラー、１０Ｂ，１０Ｇ，１０Ｒ…フィール
ドレンズ、１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ…偏光ビームスプリ
ッタ、１２Ｂ，１２Ｇ，１２Ｒ…反射型の空間光変調
部、１７…クロスダイクロイックプリズム、２０Ｂ，２
０Ｇ，２０Ｒ…金属偏向板、３０Ａ，３０Ｂ…金属偏光
板、４１…第１のレンズ板、４２…第２のレンズ板、４
３…偏光ビームスプリッタアレイ、４４…１／２波長位
相板、１００，１００Ａ，１００Ｂ…投射型表示装置、
１０１…光源、１０２…コリメータレンズ、１０３…第
１のインテグレータ、１０４…第２のインテグレータ、
１０５…コールドミラー、１０６…ダイクロイックミラ
ー、１０７Ｇ，１０７Ｒ…反射ミラー、１０８…ダイク
ロイックミラー、１０９，１０９’…補正レンズ、１１
０，１１０’…反射ミラー、１１１Ｂ，１１１Ｇ，１１
１Ｒ…フィールドレンズ、１１２Ｂ，１１２Ｇ，１１２
Ｒ…偏光ビームスプリッタ（プリＰＢＳ）、１１２ｂ，
１１２ｇ，１１２ｒ…偏光膜、１１３Ｂ，１１３Ｇ，１
１３Ｂ…偏光ビームスプリッタ（メインＰＢＳ）、１１
３ｂ，１１３ｇ，１１３ｒ…偏光膜、１１４Ｂ，１１４
Ｇ，１１４Ｒ…反射型の空間光変調部、１１５…色合成
用の交叉型ダイクロイックプリズム、１１５ｂ，１１５
ｒ…ダイクロイックミラー面、１１６…投射レンズ、１
２０Ｂ，１２０Ｇ，１２０Ｒ…金属偏光板、１３１…色
分解・導光光学系が平面的に占める領域を画する方形領
域、１３２…変調・色合成・投射光学系が平面的に占め
る領域を画する方形領域、２００，２００Ａ，２００Ｂ
…投射型表示装置、２０１…色分解合成プリズム、２０
１Ａ…第１のプリズム、２０１Ｂ…第２のプリズム、２
０１Ｃ…第３のプリズム、２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２
Ｃ…反射型の液晶表示パネル、２０３…光源、２０４…
偏光板、２０５…偏光ビームスプリッタ、２０５Ａ…偏
光分離層、２１０…フィールドレンズ、２１１Ａ，２１
１Ｂ，２１１Ｃ…光入出射端面、２１１Ｄ，２１１Ｅ…
ダイクロイック層、２２０…金属偏光板、３００，３０
０Ａ…投射型表示装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者米倉淳博神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内 (72)発明者小島良雄神奈川県横浜市神奈川区守屋町３丁目12番地日本ビクター株式会社内Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA12 CA17 2H049 BA02 BA46 BC22 2H099 AA12 BA09 CA06 CA08 CA11 DA01 5C060 HC01 HC09 HC21 HC26 JA17 JA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】読出し用の光源光をＲ，Ｇ，Ｂの３原色光
に色分解する色分解手段と、前記色分解手段で色分解された３原色光を収束する各色
対応のフィールドレンズと、前記各色対応のフィールドレンズで収束された前記３原
色光を各色対応の空間光変調部に導く各色対応の偏光ビ
ームスプリッタと、前記各色対応の偏光ビームスプリッタから出射して前記
空間光変調部で光変調された変調光を光学的に合成して
画像光として出射するダイクロイックプリズムと、から
なる投射型表示装置において、金属偏光板を前記色分解手段と前記各色対応のフィール
ドレンズとの間か、又は、前記各色対応のフィールドレ
ンズと前記各色対応の偏光ビームスプリッタとの間に配
置したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】白色光を放射する光源と、前記光源から放射された前記白色光を偏光して出射する
偏光ビームスプリッタと、前記偏光された白色光をダイクロイック層により３原色
光に分解してそれぞれ出射する色分解合成プリズムと、入射する前記偏光された３原色光をそれぞれ変調して反
射する各色対応の空間光変調部とを有し、前記光分解合成プリズムは前記空間光変調部で光変調さ
れた後再入射する前記３原色光を前記ダイクロイック層
により合成して画像光として前記偏光ビームスプリッタ
に出射する投射型表示装置において、前記光源と前記偏光ビームスプリッタとの間に、フィー
ルドレンズ及び金属偏光板を配置したことを特徴とする
投射型表示装置。