JP2004012729A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投射型映像表示装置においては、高コントラスト化が重要な課題である。
【解決手段】初段の特定波長偏光変換板の偏光回転の効率５０％の波長と後段の特定波長偏光変換板の偏光回転の効率５０％の波長の間の帯域とノッチフィルタによりカットされる帯域に重なりがあることにより、コントラストを向上させる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型ディスプレイ装置等の投射型映像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特開２００１−１５４２６８号公報に記載の反射型映像表示素子用にＰＢＳやダイクロイックプリズム等を組合せて色分離合成系を構成する投射型映像表示装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
投射型映像表示装置においては、前記公報に記載の表示装置も含めて高コントラスト化が重要な課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するため、本願は、光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である前記映像表示素子と、色分離及び色合成を行う色分離合成系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、前記色分離合成系は、入射光の所定波長帯域のみカットする所定帯域カット素子と、偏光により光を透過光と反射光とに分離する少なくとも一つの偏光分離素子と、少なくとも２個の特定波長の偏光のみ回転させる特定波長偏光変換板とを有し、前記偏光分離素子の前記光源ユニット側に第１の特定波長偏光変換板を、前記偏光分離素子の前記投射手段側に第２の特定波長偏光変換板を配置し、前記光源ユニットからの光が前記偏光分離素子の分離面にて透過する側と反射する側にそれぞれ前記映像表示素子を配置すると共に、前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長と、前記第２の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長の間の帯域と、前記所定帯域カット素子によりカットされる所定帯域とが同一の帯域を含むように構成する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００６】
図１は、本発明における一実施例の構成図であり、ライトバルブとして反射型映像表示素子１３を３枚用いた投射型映像表示装置２２を示している。
【０００７】
投射型映像表示装置２２には光源１ａを有する光源ユニット１があり、光源１ａは、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。
【０００８】
光源１ａの電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ２にて集光されて反射される。光源１ａからの発熱により、光源１ａ及びリフレクタ２は、高温となるため、後方に配置した冷却ファン４ａにより、これを冷却している。
【０００９】
このリフレクタ２の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成され、ランプユニットから出射した光を集光して、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ６に入射し、さらに複数の集光レンズにより構成され、前述の複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子１３に第一のアレイレンズ６の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ７を透過する。この出射光は第二のアレイレンズ７の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列により構成される偏光変換素子３へ入射する。
【００１０】
図２に本実施例に用いる偏光変換素子３における光路を示す。このプリズム面には偏光分離膜３ａが施されており、入射光は、この偏光分離膜３ａにてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光分離膜３ａを透過して、このプリズムの出射面に設けられたλ／２位相差板３ｂにより、偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光分離膜３ａにより反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してから、出射される。後述のプリズム構成の色分離合成系には、Ｓ偏光光で入射させるので、ここでは、Ｓ偏光光で出射した。
【００１１】
コリメータレンズ８は、正の屈折力を有し、光を集光させる作用を持ち、光は、反射ミラー１７で光路を略９０度曲げられ、コンデンサレンズ９を透過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを照射する。
まず色分離ミラー１８ａあるいは図示していないが、色分離プリズムにより、ＧＢ光とＲ光とに２分割される。ＧＢ光はそのまま透過し、Ｒ光は光路を略９０度、垂直に曲げられ、各々、各波長域専用にコントラストが良くなるように膜を設計した偏光ビームスプリッター（以下ＰＢＳと略記）であるＰＢＳ１９ｇｂ、１９ｒに向かう。
【００１２】
色分離ミラー１８ａで反射したＲ光は、ダイクロフィルタ１６ａに入射する。このダイクロフィルタ１６ａは、赤を透過し、イエローから青を反射する。色分離ミラー１８ａは透過率５０％の波長を略５７５ｎｍに設定してあり、ダイクロフィルタ１６ａは、透過率５０％の波長を略６００ｎｍに設定してある。ダイクロフィルタ１６ａにて、黄色の光をカットし、ホワイトの色バランス及び赤、緑の単色の色純度を良くする。ダイクロフィルタ１６ａは光軸に対して略垂直、即ち、入射角略０度に配置してあるので、光軸に対して略４５度傾斜して配置している色分離ミラー１８ａに比べて、入射角度による半値ずれがより少なく、この例のように、前記色分離ミラー１８ａの後流側にダイクロフィルタ１６ａを配置することにより黄色成分の漏れこみをカットでき、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。
【００１３】
その後、偏光度を高めるＲ専用入射偏光板１４ｒを透過し、Ｒ専用ＰＢＳ１９ｒに入射する。Ｓ偏光光なので偏光分離膜面にてＲ用反射型液晶表示素子１３ｒ側へ反射され、これを照射する。また、色分離ミラー１８ａを透過したＢ光とＧ光は、ノッチフィルタ１０ａに入射する。ノッチフィルタ１０ａは、例えば図７に示すように、透過率の立ち下がり半値を４８０ｎｍ、立ち上がり半値を５２５ｎｍに設定してあり、シアン光をカットする。ノッチフィルタ１０ａは入射光線の光軸に対し略垂直、即ち、入射角略０度に配置されているために、入射角度により半値のずれによる光のもれを少なくすることができ、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。ノッチフィルタ１０ａを透過した光は、偏光度を上げるために配置されたＧＢ専用偏光板１４ｇｂに入射する。ＧＢ専用偏光板１４ｇｂは、特定偏光、ここでは、Ｐ偏光をカットするよう設定されている。ＧＢ専用偏光板１４ｇｂを透過して、偏光度を向上された光は、特定波長偏光変換板２０ａに入射する。
【００１４】
特定波長偏光変換板２０ａは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｇ光とノッチフィルタから漏れてくるシアン光はＳ偏光光のまま出射され、Ｂ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＢ光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面を透過してＢ用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＧ光とシアン光はＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面にて反射した後、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。
【００１５】
もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではなく、ＧがＰ偏光光に変換されてもよく、これとは別にもともとの照明系の偏光光がＳ偏光であり、ＲＧＢの一つの色がＰ偏光光に変換され、残りの二色がＳ偏光光となる場合も構成としては成り立つ。
【００１６】
その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再び各色専用ＰＢＳ１９ｒ、ＰＢＳ１９ｇｂに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。反射型映像表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＧ光とＢ光はＰＢＳ１９ｇｂにて、Ｒ光はＰＢＳ１９ｒにて検光される。この途中の偏光角度を持った光は、ＰＢＳ１９ｇｂ及び１９ｒの偏光度との関係で、ＰＢＳにて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、反射型映像表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
【００１７】
Ｇ光においては、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｇｂにはＳ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＳ偏光入射の反射率と透過率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＳ偏光入射でのコントラストと略記する。）一方、Ｂ光においては、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｇｂにはＰ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＰ偏光入射の透過率と反射率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＰ偏光入射でのコントラストと略記する。）よって、ＰＢＳ１９ｇｂの膜設計は、Ｓ偏光入射でのコントラストはＧ光の帯域が最もよく、Ｐ偏光入射でのコントラストはＢ光の帯域がもっとも良くなるように設定されている。
【００１８】
各色の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの直前に配置した１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇ、２３ｂを回転調整して、コントラストを向上させることができる。
【００１９】
その後、Ｇ光とシアン光がＰ偏光光、Ｂ光がＳ偏光光で、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｂに入射する。特定波長偏光変換板２０ｂは、ここでは、Ｂ光のみ偏光変換し、Ｇ光とＢ光は共にＰ偏光光として、シアン光はＳ偏光光としてＰＢＳ１９ｗに入射する。
【００２０】
図３に特定波長偏光変換板の透過率の測定方法を示す。光源１０１後に絞りを設けることによる測定物に入射する光の広がりは略Ｆ２０である。測定用光源１０１から光を出射する。光は、入射側測定用偏光板１０２を透過し、特定波長偏光変換板２０を透過し、出射側測定用偏光板１０３を透過して測定用受光器１０４に入射し、これにより、透過してきた光の強さを測定できる。入射側測定用偏光板１０２と出射側測定用偏光板１０３の偏光軸を互いに直交させた時と、平行にした時の２種類の透過率を測定した。具体的には、下記で測定した。図３（ａ）に示すように偏光板の透過率の影響を除外するため、特定波長偏光変換板２０のない状態で、偏光板２枚の偏光軸を平行に配置した状態での透過率を測定しその時の値を１００％とする。次に、図３（ｂ）に示すように特定波長偏光変換板２０を配置し、入射側測定用偏光板１０２はＳ偏光を透過するように配置し、出射側測定用偏光板１０３をＳ偏光透過に配置して上記平行のモードに相当する透過率を測定し、次に出射側測定用偏光板１０３をＰ偏光透過に配置して上記直交のモードに相当する透過率を測定した。
【００２１】
図４にその測定結果を示す。偏光軸を直交させて得られた透過率は、特定波長偏光変換板２０により、偏光を９０度変えられた光の割合を示し、偏光軸と平行とした時の透過率は、特定波長偏光変換板２０により、偏光が回転させられなかった光の割合を示す。
【００２２】
図５に初段の特定波長偏光変換板２０ａと後段の特定波長偏光変換板２０ｂの透過率を示す。２つの透過率の交差する帯域の光が漏れこみ、これが、コントラストを劣化させる。
【００２３】
図６に初段の特定波長偏光変換板２０ａと後段の特定波長偏光変換板２０ｂに関するリークの説明図を示す。ここでは青の光路について説明する。Ｐ偏光は破線で、Ｓ偏光は実線で示している。初段の特定波長偏光変換板２０ａに入射するＧＢ光のうち、図５に示す初段の特定波長偏光変換板２０ａの直交モードの透過率の割合だけＰ偏光に変換され、平行モードの透過率の割合だけ、Ｓ偏光のまま、出射する。Ｐ偏光光はＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂを透過し、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂに入射する。黒表示の時、光はＰ偏光のまま、出射され、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂに再入射する。Ｐ偏光入射では５％程度の光がＰＢＳ膜面にて反射され、後段の特定波長偏光変換板２０ｂに入射する。この入射光のうち、後段の特定波長偏光変換板２０ｂの平行モードの透過率の割合だけ、Ｐ偏光のまま出射し、直交モードの透過率の割合だけＳ偏光光に変換される。Ｐ偏光光はＰＢＳ１９ｗを透過し、投射レンズに漏れこむので、コントラストを劣化させる。まとめると、初段の特定波長偏光変換板２０ａの直交モードの透過率と後段の特定波長偏光変換板２０ｂの平行モードの透過率の積に比例する光がコントラストを劣化させる。これは、２つの透過率の交差する領域の帯域（例えば図５の斜線領域）がコントラスト劣化の原因になることを示す。よって、この帯域をノッチフィルタにより、カットすること、ここでは、光源側に反射して映像表示素子の方へ入射させないことによりコントラストを向上できる。
【００２４】
従って、例えば、図７に示すように初段の特定波長偏光変換板２０ａが半値４９０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｂが半値５２０ｎｍで、交差する帯域は５００ｎｍから５１０ｎｍの間で、ノッチフィルタ１０ａはそれより広い帯域、例えば、ここでは立下り半値４８０ｎｍ及び立ち上がり半値５２５ｎｍに設定し、その帯域間の光をカットするものを配置すれば、コントラストを向上させることがわかる。ノッチフィルタ１０ａのカット帯域の透過率を低く抑えることができるほど、漏れ光を抑えることができるので、スクリーン上のコントラストを向上できる。また、このノッチフィルタ１０ａはシアン光をカットする役目も果たすので、スクリーン上で、ホワイトバランスとＧ及びＢの単色の色純度を向上できる。あるいは、効率を優先してノッチフィルタの立下り半値を４９５ｎｍ及び立ち上がり半値５１５ｎｍに設定してもよい。
【００２５】
図８に本実施例のシアン光の光路について示す。（ａ）は反射型映像表示素子１３が白表示の時、（ｂ）は黒表示の時の光路である。初段と後段の特定波長偏光変換板の互いの半値間の光、ここではシアン光はカットされる。本実施例では、シアン光が、コントラストの良いＳ偏光入射側（Ｇ用反射型映像表示素子側）へ行くようにしている。具体的には、後段の特定波長偏光変換板２０ｂの半値に対して初段の特定波長偏光変換板２０ａの半値を５５０ｎｍの方へ近づけている。上記のように初段の特定波長偏光変換板２０ｂが４９０ｎｍ、後段の特定波長偏光変換板２０ｂを５２０ｎｍとし、後段の方を５５０ｎｍに近づける。こうすることによりシアン光はＧ用反射型液晶表示素子１３ｇ側へ向かう。これは、ＰＢＳ１９のコントラストの特性がＰ偏光入射よりＳ偏光入射の方がよく、こうすることにより、Ｓ偏光入射でオフ光のカットを行うことになり、コントラストが改善される。シアン光はＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂにて反射し、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇに入射する。白表示の時、光はＰ偏光に変換されて、出射され、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂに再入射する。光はＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂを透過し、後段の特定波長偏光変換板２０ｂに入射する。入射光の内、シアン光は、Ｓ偏光へ変換されるので、ＰＢＳ１９ｗにより、反射されてカットされる構成である。黒表示の時、光はＳ偏光のまま、出射され、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂに再入射する。この内、Ｓ偏光光で、透過するのは０．１％程度であり、コントラスト劣化の原因とならない。
【００２６】
図９に、初段の半値設定を５２０ｎｍ、後段の半値設定を４９０ｎｍと、半値設定を本実施例と逆にした時のシアン光の光路を示す。シアン光はＢ用反射型液晶表示素子１３ｂに入射する。白表示の時、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂにてＳ偏光にて出射した光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂにて反射されて、特定波長偏光変換板２０ａによって、Ｓ偏光へと変換された後、ＰＢＳ１９ｗにて反射されカットされる。シアン光は黒表示の時、Ｂ用反射型液晶表示素子からＰ偏光光にて出射されるが、Ｐ偏光入射では５％程度の光がＰＢＳ膜面にて反射され、後段の特定波長偏光変換板２０ａにて、Ｐ偏光光のまま、出射されるので、コントラストが劣化する。よって、図８において説明した本実施例の半値設定にすることによりコントラストを改善できることがわかる。
【００２７】
Ｂ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｂ、２３ｇの設定波長が、ＧとＢの帯域のほぼ中間の波長域に設定してある。具体的には、Ｂの帯域が４２０ｎｍから４９０ｎｍ，Ｇの帯域が５１０ｎｍから５８０ｎｍである。よって、Ｂ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｂ、２３ｇの設定波長が、その中間の補色たるシアンの帯域、例えば、４８０ｎｍから５２０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｇ用反射型映像表示素子１３ｇにはＧ光に加えＢ光が、Ｂ用反射型映像表示素子１３ｂにはＢ光に加えＧ光が入射する。よって、本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００２８】
あるいは、Ｂ用の１／４波長位相差板２３ｂの設定波長が、緑の波長域にあること。１／４波長位相差板２３ｂの設定波長が、例えば、５３０から５７０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、ＰＢＳにより他方の映像表示素子１３の方へ分離される色も漏れ込むためである。即ち、本実施例では、Ｂ用反射型映像表示素子１３ｂにはＢ光に加えＧ光が入射する。ここで、視感度の影響により、Ｇ光の方がコントラストを劣化させる度合いが大きい。本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００２９】
ＰＢＳ１９の膜面の性能は帯域を狭く限定するほど、高コントラスト化が可能なので、本実施例の構成とすることにより映像表示素子の直後のＰＢＳの偏光分離膜をＲＧＢではなくＢＧ専用に形成することができ、ＰＢＳのコントラストを良くでき、投射型映像表示装置２２のコントラストも向上できる。
【００３０】
Ｒ専用ＰＢＳ１９ｒを透過したＲ光は、１／２波長位相差板５にてＳ偏光に変換された後、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、シアン光は反射されカットされる。ここで、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜１９ｗａは、Ｓ偏光入射のコントラストは、反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｓ偏光で入射するＧとＢの帯域の方が高く、Ｐ偏光入射のコントラストは反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｐ偏光で入射するＲの帯域の方が高い設計となっている。
【００３１】
光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を透過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。電源２１により、光源１ａおよび映像表示素子１３に電力を供給し、各々の駆動回路（図示せず）にて駆動している。
この時、必要に応じて、ＰＢＳ１９ｗの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長偏光変換板２０を挿入し、赤色、緑色、青色全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長偏光変換板２０の偏光変換させる波長域を設定することにより、出射偏光板および偏光スクリーンの使用が可能となる。
【００３２】
例えば、ＰＢＳ１９ｂｇは一般的にＳ偏光入射に比べＰ偏光入射のコントラストが悪いので、ＢのコントラストがＧのコントラストに比べ、少し悪い。ＰＢＳ１９ｂｇの出射後に青用偏光板（図示せず）を設けるとＢのコントラストを向上でき、また、各色のコントラストのバランスを取ることができるので、スクリーン上での黒の色バランスも向上できる。
【００３３】
前記したようにＰＢＳはＰ偏光入射に比べ、Ｓ偏光入射の方がコントラストが良い。本実施例に記載した例は、映像表示素子１３出射後のＲＧＢの光路で、ｏｆｆ光が少なくとも一度はＰＢＳにＳ偏光入射する設定であり、これを投射レンズへの光路の関係で言えば、ＰＢＳ１９を透過する構成である。本実施例は、３色とも、一回はＰＢＳを透過で使用するため、コントラストを高くすることができ、黒の色バランスも向上できる。
【００３４】
映像表示素子１３及び偏光板１４、１／４波長位相差板２３は、高温化では、性能の劣化、あるいは、損傷を受けることがあるので、冷却ファンにて冷却する必要がある。
【００３５】
前記偏光板１４の少なくとも一つを反射型とすることにより、耐熱性を高めることができる。即ち、吸収型の偏光板を使わずに、より高い耐熱性を持つ、反射型偏光板やＰＢＳにて、コントラストを確保するための光学系を構成することが、耐熱性を高める一つの方法である。また、反射型映像表示素子１３は透過型映像表示素子１３ｔに比べ、画素ごとに設けるトランジスタを反射ミラーの後ろに配置できるので、開口効率が高く、その分、同じ光束量を照射しても、熱の吸収が少なく、熱的に有利である。
【００３６】
本実施例では、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｇ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、各色の反射型液晶表示素子がＧの帯域でコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【００３７】
本実施例では、Ｒ光路はＧ、Ｂ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタ１４は、ノッチフィルタ１０に比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＲ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率であるので、枚数が１枚少ない分、Ｒ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＲである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【００３８】
図１０は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。光源１ａからコンデンサレンズ９までの構成及び各部品の作用は、図１の実施例と同じである。コンデンサレンズ９を透過した光は、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを照射するために、まず色分離ミラー１８ｂあるいは図示していないが、色分離プリズムにより、ＧＲ光とＢ光とに２分割され、各波長域専用にコントラストが良くなるように膜を設計した偏光ビームスプリッターであるＰＢＳ１９ｒｇ、１９ｗに向う。ＧＲ光はそのまま透過し、Ｂ光は光路を略９０度、垂直に曲げられる。
【００３９】
色分離ミラー１８ｂを反射したＢ光は、ダイクロフィルタ１６ｂに入射する。このダイクロフィルタ１６ｂは、青を透過し、シアンから赤を反射する。色分離ミラー１８ｂは透過率５０％の波長を略５００ｎｍに設定してあり、ダイクロフィルタ１６ｂは、透過率５０％の波長を略４８０ｎｍに設定してある。ダイクロフィルタ１６ｂにて、シアンの光をカットし、ホワイトの色バランス及び青、緑の単色の色純度を良くする。ダイクロフィルタ１６ｂは光軸に対して略垂直、即ち、入射角略０度に配置してあるので、光軸に対して４５度傾斜して配置している色分離ミラー１８ｂに比べて、入射角度による半値ずれがより少なく、この例のように、前記色分離ミラー１８ｂの後流側にダイクロフィルタ１６ｂを配置することによりシアン成分の漏れこみをカットでき、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。
【００４０】
その後、偏光度を高めるＢ専用入射偏光板１４ｂを透過し、Ｂ専用ＰＢＳ１９ｂに入射する。Ｓ偏光光なので偏光分離膜面にてＢ用反射型液晶表示素子１３ｂ側へ反射され、これを照射する。また、色分離ミラー１８ｂを透過したＲ光とＧ光は、ノッチフィルタ１０ｂに入射する。ノッチフィルタ１０ｂは入射光線の光軸に対し略垂直、即ち、入射角略０度に配置されているために、入射角度により半値のずれによる光のもれを少なくすることができ、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。ノッチフィルタ１０ｂは、例えば図１１に示すように、透過率の立下り半値を５６５ｎｍ、立ち上がり半値を６１５ｎｍに設定してあり、イエロー光をカットする。ノッチフィルタ１０ｂを透過した光は、偏光度を上げるために配置されたＲＧ専用偏光板１４ｒｇに入射する。ＲＧ専用偏光板１４ｒｇは、特定偏光、ここでは、Ｐ偏光をカットするよう設定されている。ＲＧ専用偏光板１４ｒｇを透過して、偏光度を向上された光は、特定波長偏光変換板２０ｃに入射する。特定波長偏光変換板２０ｃは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｇ光とノッチフィルタから漏れてくるイエロー光はＳ偏光光のまま出射され、Ｒ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＲ光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面を透過してＲ用反射型液晶表示素子１３ｒを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＧ光とイエロー光はＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面にて反射された後、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。
【００４１】
その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再び各色専用ＰＢＳ１９ｂ、ＰＢＳ１９ｒｇに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。反射型映像表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＧ光とＲ光はＰＢＳ１９ｒｇにて、Ｂ光はＰＢＳ１９ｂにて検光される。この途中の偏光角度を持った光は、ＰＢＳ１９ｒｇ及び１９ｂの偏光度との関係で、ＰＢＳにて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、反射型映像表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
【００４２】
Ｇ光においては、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｒｇにはＳ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＳ偏光入射の反射率と透過率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＳ偏光入射でのコントラストと略記する。）一方、Ｒ光においては、Ｒ用反射型液晶表示素子１３ｒが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｒｇにはＰ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＰ偏光入射の透過率と反射率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＰ偏光入射でのコントラストと略記する。）よって、ＰＢＳ１９ｒｇの膜設計は、Ｓ偏光入射でのコントラストはＧ光の帯域が最もよく、Ｐ偏光入射でのコントラストはＲ光の帯域がもっとも良くなるように設定されている。
【００４３】
各色の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの直前に配置した１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇ、２３ｂを回転調整して、コントラストを向上させることができる。
【００４４】
その後、Ｇ光とイエロー光がＰ偏光光、Ｒ光がＳ偏光光で、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｄに入射する。特定波長偏光変換板２０ｄは、ここでは、Ｒ光とイエロー光のみ偏光変換し、Ｇ光とＲ光は共にＰ偏光光として、イエロー光はＳ偏光光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。初段の特定波長偏光変換板２０ｃと後段の特定波長偏光変換板２０ｄの透過率の交差する帯域の光が漏れこみ、これが、コントラストを劣化させる。ここでは赤の光路について説明する。初段の特定波長偏光変換板２０ｃに入射するＲＧ光のうち、図１１に示す初段の特定波長偏光変換板２０ｃの直交モードの透過率の割合だけＰ偏光に変換され、平行モードの透過率の割合だけ、Ｓ偏光のまま、出射する。Ｐ偏光光はＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇを透過し、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｒに入射する。黒表示の時、光はＰ偏光のまま、出射され、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇに再入射する。Ｐ偏光入射では５％程度の光がＰＢＳ膜面にて反射され、後段の特定波長偏光変換板２０ｄに入射する。この入射光のうち、後段の特定波長偏光変換板２０ｄの平行モードの透過率の割合だけ、Ｐ偏光のまま出射し、直交モードの透過率の割合だけＳ偏光光に変換される。Ｐ偏光光はＰＢＳ１９ｗを透過し、投射レンズに漏れこむので、コントラストを劣化させる。まとめると、初段の特定波長偏光変換板２０ｃの直交モードの透過率と後段の特定波長偏光変換板２０ｄの平行モードの透過率の積に比例する光がコントラストを劣化させる。これは、２つの透過率の交差する領域の帯域がコントラスト劣化の原因になることを示す。よって、この帯域をノッチフィルタにより、カットすること、ここでは、光源側に反射して映像表示素子の方へ入射させないことによりコントラストを向上できる。
【００４５】
従って、例えば、図１１に示すように初段の特定波長偏光変換板２０ｃが半値６１０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｄが半値５７０ｎｍで、交差する帯域は５８０ｎｍから６００ｎｍの間で、ノッチフィルタ１０ｂはそれより広い帯域、例えば、ここでは立下り半値５６５ｎｍ及び立ち上がり半値６１５ｎｍに設定し、その帯域間の光をカットするものを配置すれば、コントラストを向上させることがわかる。ノッチフィルタ１０ｂのカット帯域の透過率を低く抑えることができるほど、漏れ光を抑えることができるので、スクリーン上のコントラストを向上できる。また、このノッチフィルタ１０ｂはイエロー光をカットする役目も果たすので、スクリーン上で、ホワイトバランスとＧ及びＢの単色の色純度を向上できる。あるいは、効率を優先してノッチフィルタの立下り半値を５７５ｎｍ及び立ち上がり半値６０５ｎｍに設定してもよい。
【００４６】
この場合、初段と後段の特定波長偏光変換板の互いの半値間の光はカットされるが、これが、コントラストの良いＳ偏光入射側（Ｇ用反射型映像表示素子側）へ行くようにしている。具体的には、初段の特定波長偏光変換板２０ｃが６１０ｎｍ、後段の特定波長偏光変換板２０ｄを５７０ｎｍとし、後段の方を５５０ｎｍに近づける。これは、ＰＢＳ１９のコントラストの特性がＰ偏光入射よりＳ偏光入射の方がよく、こうすることにより、Ｓ偏光入射でオフ光のカットを行うことになり、コントラストが改善されるためである。
【００４７】
Ｒ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇの設定波長が、ＧとＲの帯域のほぼ中間の波長域に設定してある。具体的には、Ｒの帯域が６００ｎｍから６８０ｎｍ，Ｇの帯域が５１０ｎｍから５８０ｎｍである。よって、１／４波長位相差板の設定波長が、その中間の補色たるイエローの帯域、例えば、５８０から６２０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｇ用反射型映像表示素子にはＧ光に加えＲ光が、Ｒ用反射型映像表示素子にはＲ光に加えＧ光が入射する。よって、本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００４８】
あるいは、Ｒ用の１／４波長位相差板２３ｒの設定波長が、緑の波長域にあること。１／４波長位相差板２３ｒの設定波長が、例えば、５３０から５７０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｒ用反射型映像表示素子１３ｒにはＲ光に加えＧ光が入射する。ここで、視感度の影響により、Ｇ光の方がコントラストを劣化させる度合いが大きい。本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００４９】
ＰＢＳ１９の膜面の性能は帯域を狭く限定するほど、高コントラスト化が可能なので、本実施例の構成とすることにより映像表示素子の直後のＰＢＳの偏光分離膜をＲＧＢではなくＲＧ専用に形成することができ、ＰＢＳのコントラストを良くでき、投射型映像表示装置２２のコントラストも向上できる。
【００５０】
ＰＢＳ１９ｗにて、Ｂ光とＲＧ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、イエロー光は反射されカットされる。ここで、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜１９ｗａは、Ｓ偏光入射のコントラストは、反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｓ偏光で入射するＲとＧの帯域の方が良く、Ｐ偏光入射のコントラストは反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｐ偏光で入射するＢの帯域の方が良い設計となっている。
【００５１】
光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を透過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。電源２１により、光源１ａおよび映像表示素子１３に電力を供給し、各々の駆動回路（図示せず）にて駆動している。
この時、必要に応じて、ＰＢＳ１９ｗの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる特定波長偏光変換板２０を挿入し、赤色、緑色、青色全ての光の偏光方向を揃えるよう特定波長偏光変換板２０の偏光変換させる波長域を設定することにより、出射偏光板および偏光スクリーンの使用が可能となる。
【００５２】
例えば、ＰＢＳ１９は一般的にＳ偏光入射に比べＰ偏光入射のコントラストが悪いので、ＲのコントラストがＧのコントラストに比べ、少し悪い。ＰＢＳ１９ｒｇの出射後に赤用偏光板（図示せず）を設けるとＲのコントラストを向上でき、また、各色のコントラストのバランスを取ることができるので、スクリーン上での黒の色バランスも向上できる。
【００５３】
前記したようにＰＢＳはＰ偏光入射に比べ、Ｓ偏光入射の方がコントラストが良い。本実施例に記載した例は、映像表示素子１３出射後のＲＧＢの光路で、ｏｆｆ光が少なくとも一度はＰＢＳにＳ偏光入射する設定であり、これを投射レンズへの光路の関係で言えば、ＰＢＳ１９を透過する構成である。本実施例は、３色とも、一回はＰＢＳを透過で使用するため、コントラストを高くすることができ、黒の色バランスも向上できる。
【００５４】
映像表示素子１３及び偏光板１４及び１／４波長位相差板２３は、高温化では、性能の劣化、あるいは、損傷を受けることがあるので、例えば、７０度以下に冷却する必要がある。
【００５５】
前記偏光板１４の少なくとも一つを反射型とすることにより、耐熱性を高めることができる。即ち、吸収型の偏光板を使わずに、より高い耐熱性を持つ、反射型偏光板やＰＢＳにて、コントラストを確保するための光学系を構成することが、耐熱性を高める一つの方法である。また、反射型映像表示素子１３は透過型映像表示素子１３ｔに比べ、画素ごとに設けるトランジスタを反射ミラーの後ろに配置できるので、開口効率が高く、その分、同じ光束量を照射しても、熱の吸収が少なく、熱的に有利である。
【００５６】
本実施例では、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｇ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、各色の反射型液晶表示素子の中でＧの帯域でコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【００５７】
本実施例では、Ｂ光路はＲ、Ｇ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＢ光路がＲ、Ｇ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｂ光路がＧ、Ｒ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＢである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【００５８】
図１２は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。光源１ａからコンデンサレンズ９までの構成及び各部品の作用は、図１の実施例と同じである。コンデンサレンズ９を透過した光は、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを照射するために、まず色分離ミラー１８ｃあるいは図示していないが、色分離プリズムにより、ＧＢ光とＲ光とに２分割され、各波長域専用にコントラストが良くなるように膜を設計した偏光ビームスプリッターであるＰＢＳ１９ｇｂ、１９ｗに向う。
【００５９】
Ｒ光は、色分離ミラー１８ｃを透過後、ダイクロフィルタ１６ｃに入射する。このダイクロフィルタは、赤を透過し、イエローから青を反射するタイプである。前記色分離ミラー１８ｃは透過率５０％の波長を略５７５ｎｍに設定してあり、前記ダイクロフィルタ１６ｃは、透過率５０％の波長を略６００ｎｍ付近に設定してあり、ダイクロフィルタ１６ｃにて、イエローの光をカットし、ホワイトの色バランス及び緑、青の単色純度を良くする。ダイクロフィルタ１６ｃは光軸に対して略垂直、即ち、入射角略０度に配置してあるので、光軸に対して４５度傾斜して置いている色分離ミラー１８ｃに比べて、入射角度による半値ずれがより少なく、この例のように、前記色分離ミラー１８ｃの後流側にダイクロフィルタ１６ｃを配置することにより、ホワイトの色バランス及び赤の色純度を良くする。
【００６０】
その後、１／２波長位相差板５を透過して、Ｐ偏光に変換されて、偏光度を高めるＲ専用入射偏光板１４ｒを透過し、ＰＢＳ１９ｗに入射、その後Ｐ偏光光なのでＲ用反射型液晶表示素子１３ｒ側へ透過し、これを照射する。また、色分離ミラー１８ｃで反射したＢ光とＧ光は、光路差調整用に設けられた三角プリズム１５に入射して反射面１５ａにて反射した後、出射され、ノッチフィルタ１０ａに入射する。上記３角プリズムは、その必要な光路長により、屈折率を最適にする必要があり、それに適した屈折率を持つ硝材を用いる。ノッチフィルタ１０ａは、例えば図７に示すように、透過率の立下り半値を４８０ｎｍ、立ち上がり半値を５２５ｎｍに設定してあり、シアン光をカットする。ノッチフィルタ１０ａは入射光線の光軸に対し略垂直、即ち、入射角略０度に配置されているために、入射角度により半値のずれによる光のもれを少なくすることができ、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。ノッチフィルタ１０ａを透過した光は、偏光度を上げるために配置されたＧＢ専用偏光板１４ｇｂに入射する。ＧＢ専用偏光板１４ｇｂは、特定偏光、ここでは、Ｐ偏光をカットするよう設定されている。ＧＢ専用偏光板１４ｇｂを透過して、偏光度を向上された光は、特定波長偏光変換板２０ａに入射する。特定波長偏光変換板２０ａは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｇ光とノッチフィルタから漏れてくるシアン光はＳ偏光光のまま出射され、Ｂ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＢ光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面を透過してＢ専用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＧ光とシアン光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面にて反射した後、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。
【００６１】
その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再びＰＢＳ１９ｇｂ、１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。反射型映像表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＧ光とＢ光はＰＢＳ１９ｇｂにて、Ｒ光はＰＢＳ１９ｗにて検光される。この途中の偏光角度を持った光は、ＰＢＳ１９ｇｂ及び１９ｗの偏光度との関係で、ＰＢＳにて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、反射型映像表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
【００６２】
Ｇ光においては、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｇｂにはＳ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＳ偏光入射の反射率と透過率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＳ偏光入射でのコントラストと略記する。）一方、Ｂ光においては、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｇｂにはＰ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＰ偏光入射の透過率と反射率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＰ偏光入射でのコントラストと略記する。）よって、ＰＢＳ１９ｇｂの膜設計は、Ｓ偏光入射でのコントラストはＧ光の帯域が最もよく、Ｐ偏光入射でのコントラストはＢ光の帯域がもっとも良くなるように設定されている。
【００６３】
各色の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの直前に配置した１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇ、２３ｂを回転調整して、コントラストを向上させることができる。
【００６４】
その後、Ｇ光とシアン光がＰ偏光光、Ｂ光がＳ偏光光で、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｂに入射する。特定波長偏光変換板２０ｂは、ここでは、Ｂ光とシアン光のみ偏光変換し、Ｇ光とＢ光は共にＰ偏光光として、シアン光はＳ偏光光としてＰＢＳ１９ｗに入射する。Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成される。ＰＢＳの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子２０ｉを挿入し、青色のみ偏光を９０度変換し、全ての光の偏光方向を揃える。その後に青用偏光板１４ｂを配置し、偏光度を上げる。
【００６５】
特定波長偏光変換板２０ａと後段の特定波長偏光変換板２０ｂの透過率の交差する帯域の光が漏れこみ、これが、コントラストを劣化させる。ここでは青の光路について説明する。初段の特定波長偏光変換板２０ａに入射するＧＢ光のうち、図７に示す初段の特定波長偏光変換板２０ａの直交モードの透過率の割合だけＰ偏光に変換され、平行モードの透過率の割合だけ、Ｓ偏光のまま、出射する。Ｐ偏光光はＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂを透過し、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂに入射する。黒表示の時、光はＰ偏光のまま、出射され、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂに再入射する。Ｐ偏光入射では５％程度の光がＰＢＳ膜面にて反射され、後段の特定波長偏光変換板２０ｂに入射する。この入射光のうち、後段の特定波長偏光変換板２０ｂの平行モードの透過率の割合だけ、Ｐ偏光のまま出射し、直交モードの透過率の割合だけＳ偏光光に変換される。Ｐ偏光光はＰＢＳ１９ｗを透過し、投射レンズに漏れこむので、コントラストを劣化させる。まとめると、初段の特定波長偏光変換板２０ａの直交モードの透過率と後段の特定波長偏光変換板２０ｂの平行モードの透過率の積に比例する光がコントラストを劣化させる。これは、２つの透過率の交差する領域の帯域がコントラスト劣化の原因になることを示す。よって、この帯域をノッチフィルタにより、カットすること、ここでは、光源側に反射して映像表示素子の方へ入射させないことによりコントラストを向上できる。
【００６６】
従って、例えば、図７に示すように初段の特定波長偏光変換板２０ａが半値４９０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｂが半値５２０ｎｍで、交差する帯域は５００ｎｍから５１０ｎｍの間で、ノッチフィルタ１０ａはそれより広い帯域、例えば、ここでは立下り半値４８０ｎｍ及び立ち上がり半値５２５ｎｍに設定し、その帯域間の光をカットするものを配置すれば、コントラストを向上させることがわかる。ノッチフィルタ１０ａのカット帯域の透過率を低く抑えることができるほど、漏れ光を抑えることができるので、スクリーン上のコントラストを向上できる。また、このノッチフィルタ１０ａはシアン光をカットする役目も果たすので、スクリーン上で、ホワイトバランスとＧ及びＢの単色の色純度を向上できる。あるいは、効率を優先してノッチフィルタの立下り半値を４９５ｎｍ及び立ち上がり半値５１５ｎｍに設定してもよい。
【００６７】
この場合、初段と後段の特定波長偏光変換板の互いの半値間の光はカットされるが、これが、コントラストの良いＳ偏光入射側（Ｇ用反射型映像表示素子側）へ行くようにしている。具体的には、初段の特定波長偏光変換板２０ａが４９０ｎｍ、後段の特定波長偏光変換板２０ｂを５２０ｎｍとし、後段の方を５５０ｎｍに近づける。これは、ＰＢＳ１９のコントラストの特性がＰ偏光入射よりＳ偏光入射の方がよく、こうすることにより、Ｓ偏光入射でオフ光のカットを行うことになり、コントラストが改善されるためである。
【００６８】
Ｂ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｂ、２３ｇの設定波長が、ＧとＢの帯域のほぼ中間の波長域に設定してある。具体的には、Ｂの帯域が４２０ｎｍから４９０ｎｍ，Ｇの帯域が５１０ｎｍから５８０ｎｍである。よって、Ｂ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｂ、２３ｇの設定波長が、その中間の補色たるシアンの帯域、例えば、４８０ｎｍから５２０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｇ用反射型映像表示素子１３ｇにはＧ光に加えＢ光が、Ｂ用反射型映像表示素子１３ｂにはＢ光に加えＧ光が入射する。よって、本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００６９】
あるいは、Ｂ用の１／４波長位相差板２３ｂの設定波長が、緑の波長域にあること。１／４波長位相差板２３ｂの設定波長が、例えば、５３０から５７０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｂ用反射型映像表示素子１３ｂにはＢ光に加えＧ光が入射する。ここで、視感度の影響により、Ｇ光の方がコントラストを劣化させる度合いが大きい。本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００７０】
ＰＢＳ１９の膜面の性能は帯域を狭く限定するほど、高コントラスト化が可能なので、本実施例の構成とすることにより映像表示素子の直後のＰＢＳの偏光分離膜をＲＧＢではなくＢＧ専用に形成することができ、ＰＢＳのコントラストを良くでき、投射型映像表示装置２２のコントラストも向上できる。
【００７１】
ＰＢＳ１９ｗにて、Ｂ光とＲＧ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、シアン光は反射されカットされる。ここで、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜１９ｗａは、Ｓ偏光入射のコントラストは、反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｓ偏光で入射するＧとＢの帯域の方が良く、Ｐ偏光入射のコントラストは反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｐ偏光で入射するＲの帯域の方が良い設計となっている。
【００７２】
光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を透過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。電源２１により、光源１ａおよび映像表示素子１３に電力を供給し、各々の駆動回路（図示せず）にて駆動している。
【００７３】
前記偏光板１４の少なくとも一つを反射型とすることにより、耐熱性を高めることができる。即ち、吸収型の偏光板を使わずに、より高い耐熱性を持つ、反射型偏光板やＰＢＳにて、コントラストを確保するための光学系を構成することが、耐熱性を高める一つの方法である。また、反射型映像表示素子１３は透過型映像表示素子１３ｔに比べ、画素ごとに設けるトランジスタを反射ミラーの後ろに配置できるので、開口効率が高く、その分、同じ光束量を照射しても、熱の吸収が少なく、熱的に有利である。
【００７４】
本実施例では、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｇ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、各色の反射型液晶表示素子がＧの帯域でコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【００７５】
本実施例では、Ｒ光路はＧ、Ｂ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＲ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｒ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＲである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【００７６】
図１３に本発明の１実施例を示す。下記以外は図１２で説明した構成と同じである。ここでは、光路差調整用の３角プリズム５の代わりに反射ミラー１７ａを用いている。照明系のコンデンサレンズ９を基準にして、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇまでの光路長とＲ用反射型液晶表示素子１３ｒまでの光路長が異なる。光路長が異なると、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇとＲ用反射型液晶表示素子１３ｒでの照度分布が異なり、どちらかの映像表示素子を最適に設計するともう一方の映像表示素子で周辺照度が劣化したり、あるいは、周辺照度の劣化を避けるには、光を当てる領域のマージンを多く取る必要が生じ、明るさが劣化することがある。この劣化を避けるために、リレーレンズ２４ａ、２４ｂを配置してある。
【００７７】
図１４は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。光源１ａからコンデンサレンズ９までの構成及び各部品の作用は、図１の実施例と同じである。コンデンサレンズ９を透過した光は、反射ミラー１７で略９０度光軸を曲げられ、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを照射するために、まず色分離ミラー１８ｄあるいは図示していないが、色分離プリズムにより、ＧＲ光とＢ光とに２分割され、各波長域専用にコントラストが良くなるように膜を設計した偏光ビームスプリッターであるＰＢＳ１９ｒｇ、１９ｗに向う入射する。
【００７８】
Ｂ光は、色分離ミラー１８ｄを透過後、ダイクロフィルタ１６ｄに入射する。このダイクロフィルタは、青を透過し、シアンから赤を反射するタイプである。前記色分離ミラー１８ｄは透過率５０％の波長を略５００ｎｍに設定してあり、前記ダイクロフィルタ１６ｄは、透過率５０％の波長を略４８０ｎｍ付近に設定してあり、ダイクロフィルタ１６ｄにて、シアンの光をカットし、ホワイトの色バランス及び緑、青の単色純度を良くする。ダイクロフィルタ１６ｄは光軸に対して略垂直、即ち、入射角略０度に配置してあるので、光軸に対して４５度傾斜して置いている色分離ミラー１８ｄに比べて、入射角度による半値ずれがより少なく、この例のように、前記色分離ミラー１８ｄの後流側にダイクロフィルタ１６ｄを配置することにより、ホワイトの色バランス及び赤の色純度を良くする。
【００７９】
その後、１／２波長位相差板５を透過して、Ｐ偏光に変換されて、偏光度を高めるＢ専用入射偏光板１４ｂを透過し、ＰＢＳ１９ｗに入射、その後Ｐ偏光光なのでＢ用反射型液晶表示素子１３ｂ側へ透過し、これを照射する。また、色分離ミラー１８ｄで反射したＲ光とＧ光は、光路差調整用に設けられた三角プリズム１５に入射して反射した後、出射され、ノッチフィルタ１０ｂに入射する。上記３角プリズムは、その必要な光路長により、屈折率を最適にする必要があり、それに適した屈折率を持つ硝材を用いる。ノッチフィルタ１０ｂは、透過率の立下り半値を５６５ｎｍ、立ち上がり半値を６１５ｎｍに設定してありシアン光をカットする。
【００８０】
ノッチフィルタ１０ａは入射光線の光軸に対し略垂直、即ち、入射角略０度に配置されているために、入射角度により半値のずれによる光のもれを少なくすることができ、ホワイトの色バランス及び緑、赤の色純度を良くすることができる。ノッチフィルタ１０ｂを透過した光は、偏光度を上げるために配置されたＲＧ専用偏光板１４ｒｇに入射する。ＲＧ専用偏光板１４ｒｇは、特定偏光、ここでは、Ｐ偏光をカットするよう設定されている。ＲＧ専用偏光板１４ｒｇを透過して、偏光度を向上された光は、特定波長偏光変換板２０ｃに入射する。特定波長偏光変換板２０ｃは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｇ光とノッチフィルタから漏れてくるイエロー光はＳ偏光光のまま出射され、Ｒ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。
【００８１】
Ｐ偏光光であるＲ光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面を透過してＲ専用反射型液晶表示素子１３ｒを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＧ光とイエロー光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面にて反射された後、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。
【００８２】
その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再び各色専用ＰＢＳ１９ｒｇ、ＰＢＳ１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。反射型映像表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＧ光とＢ光はＰＢＳ１９ｇｂにて、Ｒ光はＰＢＳ１９ｒにて検光される。この途中の偏光角度を持った光は、ＰＢＳ１９ｇｂ及び１９ｒの偏光度との関係で、ＰＢＳにて検光される量が決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った映像を表示する。この時、反射型映像表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と略同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。Ｇ光においては、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｇｂにはＳ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＳ偏光入射の反射率と透過率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＳ偏光入射でのコントラストと略記する。）一方、Ｒ光においてはＲ用反射型液晶表示素子１３ｒが黒表示の時、ＰＢＳ１９ｒｇにはＰ偏光光で入射するので、これに関係するＰＢＳ膜面の性能はＰ偏光入射の透過率と反射率であり、コントラストはこの比である。（以下これをＰ偏光入射でのコントラストと略記する。）よって、ＰＢＳ１９ｒｇの膜設計は、Ｓ偏光入射でのコントラストはＧ光の帯域が最もよく、Ｐ偏光入射でのコントラストはＲ光の帯域がもっとも良くなるように設定されている。
【００８３】
各色の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの直前に配置した１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇ、２３ｂを回転調整して、コントラストを向上させることができる。
【００８４】
その後、Ｇ光とイエロー光がＰ偏光光、Ｒ光がＳ偏光光で、特定波長偏光変換板２０ｄに入射する。特定波長偏光変換板２０ｄは、ここでは、Ｇ光のみ偏光変換し、Ｒ光とＢ光は共にＰ偏光光として、イエロー光はＳ偏光光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成される。ＰＢＳの出射側に特定波長域の偏光方向を変換させる光学素子２０ｊを挿入し、青色のみ偏光を９０度変換し、全ての光の偏光方向を揃える。その後に青用偏光板１４ｂを配置し、偏光度を上げる。初段の特定波長偏光変換板２０ｃと後段の特定波長偏光変換板２０ｄの透過率の交差する帯域の光が漏れこみ、これが、コントラストを劣化させる。
【００８５】
ここでは赤の光路について説明する。初段の特定波長偏光変換板２０ｃに入射するＲＧ光のうち、図１１に示す初段の特定波長偏光変換板２０ｃの直交モードの透過率の割合だけＰ偏光に変換され、平行モードの透過率の割合だけ、Ｓ偏光のまま、出射する。Ｐ偏光光はＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇを透過し、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｒに入射する。黒表示の時、光はＰ偏光のまま、出射され、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇに再入射する。Ｐ偏光入射では５％程度の光がＰＢＳ膜面にて反射され、後段の特定波長偏光変換板２０ｄに入射する。この入射光のうち、後段の特定波長偏光変換板２０ｄの平行モードの透過率の割合だけ、Ｐ偏光のまま出射し、直交モードの透過率の割合だけＳ偏光光に変換される。Ｐ偏光光はＰＢＳ１９ｗを透過し、投射レンズに漏れこむので、コントラストを劣化させる。まとめると、初段の特定波長偏光変換板２０ｃの直交モードの透過率と後段の特定波長偏光変換板２０ｄの平行モードの透過率の積に比例する光がコントラストを劣化させる。これは、２つの透過率の交差する領域の帯域がコントラスト劣化の原因になることを示す。よって、この帯域をノッチフィルタにより、カットすること、ここでは、光源側に反射して映像表示素子の方へ入射させないことによりコントラストを向上できる。
従って、例えば、図１１に示すように初段の特定波長偏光変換板２０ｃが半値６１０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｄが半値５７０ｎｍで、交差する帯域は５８０ｎｍから６００ｎｍの間で、ノッチフィルタ１０ｂはそれより広い帯域、例えば、ここでは立下り半値５６５ｎｍ及び立ち上がり半値６１５ｎｍに設定し、その帯域間の光をカットするものを配置すれば、コントラストを向上させることがわかる。ノッチフィルタ１０ｂのカット帯域の透過率を低く抑えることができるほど、漏れ光を抑えることができるので、スクリーン上のコントラストを向上できる。また、このノッチフィルタ１０ｂはシアン光をカットする役目も果たすので、スクリーン上で、ホワイトバランスとＧ及びＢの単色の色純度を向上できる。あるいは、効率を優先してノッチフィルタの立下り半値を５７５ｎｍ及び立ち上がり半値６０５ｎｍに設定してもよい。
【００８６】
この場合、初段と後段の特定波長偏光変換板の互いの半値間の光はカットされるが、これが、コントラストの良いＳ偏光入射側（Ｇ用反射型映像表示素子側）へ行くようにしている。具体的には、初段の特定波長偏光変換板２０ｃが６１０ｎｍ、後段の特定波長偏光変換板２０ｄを５７０ｎｍとし、後段の方を５５０ｎｍに近づける。これは、ＰＢＳ１９のコントラストの特性がＰ偏光入射よりＳ偏光入射の方がよく、こうすることにより、Ｓ偏光入射でオフ光のカットを行うことになり、コントラストが改善されるためである。
【００８７】
Ｒ用とＧ用の１／４波長位相差板２３ｒ、２３ｇの設定波長が、ＲとＢの帯域のほぼ中間の波長域に設定してある。具体的には、Ｒの帯域が６００ｎｍから６８０ｎｍ，Ｇの帯域が５１０ｎｍから５８０ｎｍである。よって、１／４波長位相差板の設定波長が、その中間の補色たるイエローの帯域、例えば、５８０から６２０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｇ用反射型映像表示素子にはＧ光に加えＲ光が、Ｒ用反射型映像表示素子にはＲ光に加えＧ光が入射する。よって、本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００８８】
あるいは、Ｒ用の１／４波長位相差板２３ｒの設定波長が、緑の波長域にあること。よって、１／４波長位相差板２３ｒの設定波長が、例えば、５３０から５７０ｎｍの間にある。これは、特定波長偏光変換板２０及びＰＢＳ１９が、リークを持つために、各映像表示素子１３には、本来の色に加えて、隣り合う映像表示素子１３の色も入射するためである。即ち、本実施例では、Ｒ用反射型映像表示素子１３ｒにはＲ光に加えＧ光が入射する。ここで、視感度の影響により、Ｇ光の方がコントラストを劣化させる度合いが大きい。本構成により、より有効にコントラストを改善すると共に、黒の色バランスも改善できる。
【００８９】
ＰＢＳ１９の膜面の性能は帯域を狭く限定するほど、高コントラスト化が可能なので、本実施例の構成とすることにより映像表示素子の直後のＰＢＳの偏光分離膜をＲＧＢではなくＲＧ専用に形成することができ、ＰＢＳのコントラストを良くでき、投射型映像表示装置２２のコントラストも向上できる。
【００９０】
ＰＢＳ１９ｗにて、Ｂ光とＲＧ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され投射レンズ側へ出射され、イエロー光は反射されカットされる。ここで、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜１９ｗａは、Ｓ偏光入射のコントラストは、反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｓ偏光で入射するＲとＧの帯域の方が良く、Ｐ偏光入射のコントラストは反射型映像表示素子１３が黒表示時に略Ｐ偏光で入射するＢの帯域の方が良い設計となっている。
【００９１】
光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１２を透過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１２により、反射型映像表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。電源２１により、光源１ａおよび映像表示素子１３に電力を供給し、各々の駆動回路（図示せず）にて駆動している。
【００９２】
前記偏光板１４の少なくとも一つを反射型とすることにより、耐熱性を高めることができる。即ち、吸収型の偏光板を使わずに、より高い耐熱性を持つ、反射型偏光板やＰＢＳにて、コントラストを確保するための光学系を構成することが、耐熱性を高める一つの方法である。また、反射型映像表示素子１３は透過型映像表示素子１３ｔに比べ、画素ごとに設けるトランジスタを反射ミラーの後ろに配置できるので、開口効率が高く、その分、同じ光束量を照射しても、熱の吸収が少なく、熱的に有利である。
【００９３】
本実施例では、Ｇ用反射型液晶表示素子１３ｇの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｇ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、反射型液晶表示素子の中でＧの帯域でコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【００９４】
本実施例では、Ｂ光路はＲ、Ｇ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＢ光路がＲ、Ｇ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｂ光路がＧ、Ｒ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＢである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【００９５】
図１５は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。下記以外は図１で説明した構成と同じである。ここでは、図１６に示す特性を持つ初段の特定波長偏光変換板２０ｅと後段の特定波長偏光変換板２０ｆを用いている。初段の特定波長偏光変換板２０ｅが半値５２０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｂｆ半値４９０ｎｍである。特定波長偏光変換板２０ｅは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｂ光とノッチフィルタから漏れてくるシアン光はＳ偏光光のまま出射され、Ｇ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＧ光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面を透過してＧ専用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＢ光とシアン光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面にて反射した後、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再びＰＢＳ１９ｇｂ、１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【００９６】
その後、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｆに入射する光は、Ｂ光とシアン光がＰ偏光光、Ｇ光がＳ偏光光であり、ここでは、特定波長偏光変換板２０ｆによりＧ光とシアン光のみ偏光変換し、Ｇ光とＢ光は共にＰ偏光光として、シアン光はＳ偏光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、シアン光は反射されカットされる。
【００９７】
本実施例では、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｂ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、反射型液晶表示素子の中でＢの帯域のコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【００９８】
本実施例では、Ｒ光路はＧ、Ｂ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＲ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｒ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＲである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【００９９】
図１７は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。下記以外は図１０で説明した構成と同じである。ここでは、図１８に示す特性を持つ初段の特定波長偏光変換板２０ｇと後段の特定波長偏光変換板２０ｈを用いている。特定波長偏光変換板２０ｇは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。初段の特定波長偏光変換板２０ｇが半値５７０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｄが半値６１０ｎｍである。ここでは、Ｒ光とノッチフィルタから漏れてくるイエロー光はＳ偏光光のまま出射され、Ｇ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＧ光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面を透過してＧ専用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＲ光とイエロー光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面にて反射した後、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再びＰＢＳ１９ｒｇ、１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【０１００】
その後、Ｒ光とイエロー光がＰ偏光光、Ｇ光がＳ偏光光で、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｈに入射する。ここでは、特定波長偏光変換板２０ｈによりＧ光とイエロー光のみ偏光変換し、Ｇ光とＲ光は共にＰ偏光光として、イエロー光はＳ偏光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、イエロー光は反射されカットされる。
【０１０１】
本実施例では、Ｒ用反射型液晶表示素子１３ｒの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｒ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、反射型液晶表示素子の中でＲの帯域のコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【０１０２】
本実施例では、Ｂ光路はＲ、Ｇ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＢ光路がＲ、Ｇ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｂ光路がＧ、Ｒ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＢである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【０１０３】
図１９は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。下記以外は図１２で説明した構成と同じである。ここでは、図１６に示す特性を持つ初段の特定波長偏光変換板２０ｅと後段の特定波長偏光変換板２０ｆを用いている。初段の特定波長偏光変換板２０ｅが半値５２０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｂｆ半値４９０ｎｍである。特定波長偏光変換板２０ｅは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。ここでは、Ｂ光とノッチフィルタから漏れてくるシアン光はＳ偏光光のまま出射され、Ｇ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＧ光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面を透過してＧ専用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＢ光とシアン光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１９ｇｂの偏光分離膜面にて反射した後、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再びＰＢＳ１９ｇｂ、１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【０１０４】
その後、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｆに入射する光は、Ｂ光とシアン光がＰ偏光光、Ｇ光がＳ偏光光であり、ここでは、特定波長偏光変換板２０ｆによりＧ光とシアン光のみ偏光変換し、Ｇ光とＢ光は共にＰ偏光光として、シアン光はＳ偏光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｒ光とＧＢ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、シアン光は反射されカットされる。
【０１０５】
本実施例では、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｂ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、反射型液晶表示素子の中でＢの帯域のコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【０１０６】
本実施例では、Ｒ光路はＧ、Ｂ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＲ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｒ光路がＧ、Ｂ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＲである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化が改善される。
【０１０７】
図２０は本発明による光学装置を用いた投射型映像表示装置２２の一実施形態を示す光学系構成図である。反射型映像表示素子１３を用いている。下記以外は図１４で説明した構成と同じである。ここでは、図１８に示す特性を持つ初段の特定波長偏光変換板２０ｇと後段の特定波長偏光変換板２０ｈを用いている。特定波長偏光変換板２０ｇは、特定波長域のみ偏光方向を変換する。初段の特定波長偏光変換板２０ｇが半値５７０ｎｍで、後段の特定波長偏光変換板２０ｈが半値６１０ｎｍである。ここでは、Ｒ光とノッチフィルタから漏れてくるイエロー光はＳ偏光光のまま出射され、Ｇ光はＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、出射される。Ｐ偏光光であるＧ光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面を透過してＧ専用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。一方、Ｓ偏光光であるＲ光とイエロー光は、ＲＧ専用ＰＢＳ１９ｒｇの偏光分離膜面にて反射した後、Ｂ用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再びＰＢＳ１９ｒｇ、１９ｗに入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【０１０８】
その後、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長偏光変換板２０ｈに入射する光は、Ｒ光とイエロー光がＰ偏光光、Ｇ光がＳ偏光光であり、ここでは、特定波長偏光変換板２０ｈによりＧ光とイエロー光のみ偏光変換し、Ｇ光とＲ光は共にＰ偏光光として、シアン光はＳ偏光として、ＰＢＳ１９ｗに入射する。ＰＢＳ１９ｗにて、Ｂ光とＲＧ光は、ＰＢＳ１９ｗの偏光分離膜面１９ｗａで色合成され、投射レンズ側へ出射され、イエロー光は反射されカットされる。
【０１０９】
本実施例では、Ｒ用反射型液晶表示素子１３ｒの出射から投射レンズ側にＰＢＳ１９を２回透過する構成となっている。これは、黒表示で考えると、ＰＢＳ１９のコントラストの良いＳ偏光入射で用いるので、Ｒ光路の出射のコントラストが良くなる。よって、例えば、反射型液晶表示素子の中でＲの帯域のコントラストが最も悪い場合、本構成を用いれば、反射型液晶表示素子に起因するスクリーン上での黒の色バランスの劣化を改善できる。
【０１１０】
本実施例では、Ｂ光路はＲ、Ｇ光路に比べて、ノッチフィルタ１０と初段と後段の特定波長偏光変換板２０が無く、ダイクロフィルタ１４と１／２波長位相差板５がある。一般的に、ダイクロフィルタは、ノッチフィルタに比べ、層数を少なくできる分、透過率が良いためにＢ光路がＲ、Ｇ光路より効率が良い。また、特定波長偏光変換板２０と１／２波長位相差板５は、同程度の効率である分、枚数が１枚少ない分、Ｂ光路がＧ、Ｒ光路より効率が良い。よって、光源ユニット１から出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色がＢである場合、本構成を用いれば、光源ユニット１に起因するスクリーン上での白の色バランス劣化を改善できる。
【０１１１】
【発明の効果】
初段の特定波長偏光変換板の偏光回転の効率５０％の波長と後段の特定波長偏光変換板の偏光回転の効率５０％の波長の間の帯域とノッチフィルタによりカットされる帯域に重なりがあることにより、コントラストを向上させた投射型表示装置の提供が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図２】本発明に用いる偏光変換素子の一実施形態を示す図である。
【図３】本発明に用いる特定波長偏光変換板の透過率の測定方法の説明図である。
【図４】本発明に用いる特定波長偏光変換板の透過率の測定結果を示す図である。
【図５】本発明に用いる初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板の透過率を示す図である。
【図６】初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板に関するリークの説明図である。
【図７】本発明に用いる初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板とノッチフィルタの透過率を示す図である。
【図８】本発明におけるシアン光路の説明図である。
【図９】本発明ではない場合のシアン光路の説明図である。
【図１０】本発明の第２番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１１】本発明に用いる初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板とノッチフィルタの透過率を示す図である。
【図１２】本発明の第３番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１３】本発明の第４番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１４】本発明の第５番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１５】本発明の第６番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１６】本発明に用いる初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板とノッチフィルタの透過率を示す図である。
【図１７】本発明の第７番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図１８】本発明に用いる初段の特定波長偏光変換板と後段の特定波長偏光変換板とノッチフィルタの透過率を示す図である。
【図１９】本発明の第８番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【図２０】本発明の第９番目の一実施形態を示す投射型映像表示装置の構成図である。
【符号の説明】
１…光源ユニット、１ａ…光源、２…リフレクタ、３…偏光変換素子、３ａ…偏光分離膜、３ｂ…１／２波長位相差板、４ａ…冷却ファン、５…１／２波長位相差板、６…第一のアレイレンズ、７…第二のアレイレンズ、８…コリメータレンズ、９…コンデンサレンズ、１０、１０ａ、１０ｂ…ノッチフィルタ、１２…投射レンズ、１３…反射型映像表示素子、１３ｂ…Ｂ用反射型映像表示素子、１３ｇ…Ｇ用反射型映像表示素子、１３ｒ…Ｒ用反射型映像表示素子、１４、１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ、１４ｇｂ、１４ｒｇ…偏光板、１５…三角プリズム、１５ａ…反射面、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ…ダイクロフィルタ、１７、１７ａ…反射ミラー、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ…色分離ミラー、１９、１９ｇ、１９ｒ、１９ｇｂ、１９ｒｇ、１９ｗ…偏光ビームスプリッター、１９ｗａ…偏光ビームスプリッターの膜面、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ，２０ｊ…特定波長偏光変換板、２１…電源、２２…投射型映像表示装置、２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ…１／４波長位相差板、２４ａ、２４ｂ…リレーレンズ、５０…光線、５１…シアン光、１０１…測定用光源、１０２…入射側測定用偏光板、１０３…出射側測定用偏光板、１０４…測定用受光器。

Claims (17)

1. 光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である前記映像表示素子と、色分離及び色合成を行う色分離合成系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
   前記色分離合成系は、
   入射光の所定波長帯域のみカットする所定帯域カット素子と、
   偏光により光を透過光と反射光とに分離する少なくとも一つの偏光分離素子と、
   少なくとも２個の特定波長の偏光のみ回転させる特定波長偏光変換板とを有し、
   前記偏光分離素子の前記光源ユニット側に第１の特定波長偏光変換板を、前記偏光分離素子の前記投射手段側に第２の特定波長偏光変換板を配置し、
   前記光源ユニットからの光が前記偏光分離素子の分離面にて透過する側と反射する側にそれぞれ前記映像表示素子を配置すると共に、
   前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長と、前記第２の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長の間の帯域と、前記所定帯域カット素子によりカットされる所定帯域とが同一の帯域を含むようにしたことを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 前記所定帯域カット素子が入射光線の光軸に対し、該素子の入射面が略垂直に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表示装置。
3. 光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である前記映像表示素子と、色分離及び色合成を行う色分離合成系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
   前記色分離合成系は、
   入射光の所定波長帯域のみカットする所定帯域カット素子と、
   入射光を２つの色光に分ける色分離素子と、
   偏光により光を透過光と反射光とに分離する少なくとも一つの偏光分離素子と、
   少なくとも２個の特定波長の偏光のみ回転させる特定波長偏光変換板とを有し、
   前記偏光分離素子の前記光源ユニット側に第１の特定波長偏光変換板を、前記偏光分離素子の前記投射手段側に第２の特定波長偏光変換板を配置し、
   前記光源ユニットからの光が前記偏光分離素子の分離面にて透過する側と反射する側にそれぞれ前記映像表示素子を配置すると共に、
   前記色分離素子により分離された色光の一つは１個の映像表示素子に入射し、
   前記色光の他の一つは、前記第１の特定波長偏光変換板により、特定波長光の偏光が変換されて略Ｐ偏光光と略Ｓ偏光光に変換され、
   前記偏光分離素子により、２つの色光に分離された後、それぞれの色光に対応した映像表示素子に入射するように構成され、
   前記偏光分離素子により分離される２つの色光の境界の波長が所定帯域カット素子のカットする帯域内に含まれることを特徴とする投射型映像表示装置。
4. 前記光源ユニットから出射される光の分光分布にてＲ、Ｇ、Ｂ中もっとも光量の少ない色光と、前記１個の映像表示素子の方に入射するために前記色分離素子にて分離される色光が同一であることを特徴とする請求項３に記載の投射型映像表示装置。
5. 光を放射する光源ユニットと、前記光源ユニットからの光を映像表示素子に照射させる照明光学系と、映像信号に応じた光学像を形成するライトバルブ手段である前記映像表示素子と、色分離及び色合成を行う色分離合成系と、前記映像表示素子から出射した光を投射する投射手段で構成される投射型映像表示装置であって、
   前記色分離合成系は、
   入射光の所定波長帯域のみカットする所定帯域カット素子と、
   偏光により光を透過光と反射光とに分離する少なくとも一つの偏光分離素子と、
   少なくとも２個の特定波長の偏光のみ回転させる特定波長偏光変換板とを有し、
   前記偏光分離素子の前記光源ユニット側に第１の特定波長偏光変換板を、前記偏光分離素子の前記投射手段側に第２の特定波長偏光変換板を配置し、
   前記光源ユニットからの光が前記偏光分離素子の分離面にて透過する側と反射する側にそれぞれ前記映像表示素子を配置すると共に、
   前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長と前記第２の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長が異なり、前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長が、前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長と前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長の間の光が略Ｓ偏光光として出射されるように設定されていることを特徴とする投射型映像表示装置。
6. 前記第２の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長が、前記第１の特定波長偏光変換板の偏光の変換効率が略５０％である波長より５５０ｎｍに近いことを特徴とする請求項５に記載の投射型映像表示装置。
7. 前記特定帯域カット素子と、前記初段の特定波長偏光変換板の間に、特定偏光の光のみカットする偏光板を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の投射型映像表示装置。
8. 前記所定帯域カット素子によるカットされる帯域が４９０ｎｍから５００ｎｍの帯域を含むことを特徴とする請求項１、２、３、５、７の何れかに記載の投射型映像表示装置。
9. 前記所定帯域カット素子によるカットされる帯域が５８０ｎｍから５９０ｎｍの帯域を含むことを特徴とする請求項１、２、３、５、７の何れかに記載の投射型映像表示装置。
10. 前記第１の特定波長偏光変換板に入射される、前記色分離素子により分離された他の一つの色光は、緑と青であることを特徴とする請求項３に記載の投射型映像表示装置。
11. 前記偏光分離素子は、黒表示時に、略Ｓ偏光で入射する色光の帯域のＳ偏光入射のコントラストを高く、略Ｐ偏光で入射する色光の帯域のＰ偏光入射のコントラストを高くなるように形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れかに記載の投射型映像表示装置。
12. 前記色分離合成系が少なくとも一つの反射型偏光板を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の投射型映像表示装置。
13. ３枚の映像表示素子を有し、
    前記色分離合成系が少なくとも３個の偏光分離素子を有し、
    ３枚の映像表示素子から投射レンズへの出射光路にて、何れの光路にても前記偏光分離素子を透過する光路が含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の投射型映像表示装置。
14. 前記色分離合成系は少なくとも２個の偏光分離素子を有し、
    前記映像表示素子のコントラストにてＲ、Ｇ、Ｂ中もっともコントラストの低い色光に対応する映像表示素子から投射手段への出射光路にて、少なくとも２個の偏光分離素子を透過する光路が含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の投射型映像表示装置。
15. 前記色分離合成系は少なくとも２個の偏光分離素子を有し、
    緑用の映像表示素子から投射手段への出射光路にて、少なくとも２個の偏光分離素子を透過する光路が含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の投射型映像表示装置。
16. 前記映像表示素子の入射側側に配置される１／４波長位相差板の設定波長が、前記２つの映像表示素子に配される２色の帯域のほぼ中間の波長域にあることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の投射型映像表示装置。
17. 前記映像表示素子の一方が緑用であり、もう一方が青もしくは赤用であり、
    青もしくは赤用の前記映像表示素子の入射側に配置される１／４波長位相差板の設定波長が、緑の波長域にあることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の投射型映像表示装置。

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