JP2005189295A

JP2005189295A - 色分解合成光学系

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Publication number: JP2005189295A
Application number: JP2003427488A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Maeno; 敬一前野; Tsutae Asakura; 伝浅倉
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: JP4513321B2

Abstract

【課題】色分解合成光学系において、偏光ビームスプリッタの如き偏光分離素子における接着剤層の光束の透過による劣化を防止し、また、このような接着剤層を光束が透過することによる光学特性の劣化を防止する。
【解決手段】青色成分光は、第１の偏光ビームスプリッタ２において接着剤層２ｂを透過せずに偏光分離膜２ａにより反射され、第３の偏光ビームスプリッタ７において接着剤層７ｂを透過せずに偏光分離膜７ａにより反射されて青色用反射型空間光変調素子８に入射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光束を３原色に分解し再び合成して出射する色分解合成光学系及びこのような色分解合成光学系を用いて構成された画像表示装置に関する。

従来、反射型空間光変調素子を用いた画像表示装置が提案されている。このような画像表示装置においては、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、偏光ビームスプリッタを用いて構成された色分解合成光学系が用いられている。この色分解合成光学系は、光源からの入射光束を３原色に分解し、これら３原色光によって各色用の反射型空間光変調素子を照明し、これら反射型空間光変調素子からの反射光束を再び合成して、結像系に向けて出射する光学系である。

図６は、画像表示装置において用いられる従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。

この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、略々平行光束となされ、直線偏光となされて入射される。この入射光束は、赤色成分光Ｒ、緑色成分光Ｇ及び青色成分光Ｂを含んでおり、それぞれの色の成分光が直線偏光となっており、各色成分光の偏波面が同一方向となっている。

この入射光束は、第１の積層位相差フィルタ１０１に入射される。この積層位相差フィルタ１０１は、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。この第１の積層位相差フィルタ１０１を透過した光束においては、緑色成分光Ｇの偏波面は、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂの偏波面に対して直交している。

第１の積層位相差フィルタ１０１を透過した光束は、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ１０２においては、偏光分離膜１０２ａに対して、緑色成分光ＧがＰ偏光、赤色成分光Ｒ及び青色成分光ＢがＳ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ１０２においては、赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂが偏光分離膜１０２ａにより反射され、緑色成分光Ｇが偏光分離膜１０２ａを透過する。

第１の偏光ビームスプリッタ１０２から出射された赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂは、第２の積層位相差フィルタ１０３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ１０３は、赤色成分光Ｒの偏波面を青色成分光Ｂの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び青色成分光Ｂを透過させる。

第２の積層位相差フィルタ１０３を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ１０４においては、偏光分離膜１０４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜１０４ａを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ１０４より出射され、赤色用反射型空間光変調素子１０５に入射する。また、青色成分光Ｂは、偏光分離膜１０４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ１０４より出射され、青色用反射型空間光変調素子１０６に入射する。

赤色用反射型空間光変調素子１０５及び青色用反射型空間光変調素子１０６は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び青色成分に応じて偏光変調して反射する。

赤色用反射型空間光変調素子１０５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に再入射する。この第１の変調光は、偏光分離膜１０４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜１０４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ１０４から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。

青色用反射型空間光変調素子１０６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４に再入射する。この第２の変調光は、偏光分離膜１０４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜１０４ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１０４から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。

一方、第１の偏光ビームスプリッタ１０２から出射された緑色成分光Ｇは、第３の偏光ビームスプリッタ１０７に入射される。この第３の偏光ビームスプリッタ１０７においては、偏光分離膜１０７ａに対して、緑色成分光ＧがＰ偏光となっている。この緑色成分光Ｇは、偏光分離膜１０７ａを透過してこの第３の偏光ビームスプリッタ１０７より出射され、緑色用反射型空間光変調素子１０８に入射する。この緑色用反射型空間光変調素子１０８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。

緑色用反射型空間光変調素子１０８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ１０７に再入射する。この第３の変調光は、偏光分離膜１０７ａに対してS偏光となっているので、この偏光分離膜１０７ａにより反射されて、この第３の偏光ビームスプリッタ１０７から、第１の偏光ビームスプリッタ１０２に戻る方向と異なる方向に出射する。

第２の偏光ビームスプリッタ１０４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ１０９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ１０９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。

また、第３の偏光ビームスプリッタ１０７から出射された第３の変調光は、第４の偏光ビームスプリッタ１１０に入射される。

第４の偏光ビームスプリッタ１１０においては、偏光分離膜１１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１１０ａを透過して、この第４の偏光ビームスプリッタ１１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１１０ａにより反射されて、この第４の偏光ビームスプリッタ１１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。

第４の偏光ビームスプリッタ１１０から出射された第１乃至第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１１に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第４の積層位相差フィルタ１１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。

第４の積層位相差フィルタ１１１を経た第１乃至第３の変調光は、偏光板１１２を透過することにより、偏波面の方向が異なる不要光を除去されて、図示しない投射光学系に入射する。この投射光学系は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。
特開２００２−２８７０９４号公報特開２０００−２８４２２８号公報

前述のような色分解合成光学系において使用される偏光ビームスプリッタは、図７に示すように、一の面に偏光分離膜１２０ａが蒸着により形成された第１の三角プリズム１２０_１と、この第１の三角プリズム１２０_１の偏光分離膜１２０ａが形成された面に対してこの偏光分離膜１２０ａ及び接着剤層１２０ｂを介して接着された第２の三角プリズム１２０_２とから、立方体状に構成されている。

このような偏光ビームスプリッタ１２０に入射し偏光分離膜１２０ａを透過する光束は、接着剤層１２０ｂを１回透過することとなる。また、偏光ビームスプリッタ１２０に第２の三角プリズム１２０_２側から入射して偏光分離膜１２０ａにより反射される光束は、接着剤層１２０ｂを２回透過することとなる。

例えば、前述した従来の色分解合成光学系において、第１の偏光ビームスプリッタ１０２への入射光が第２の三角プリズム１０２_２側から入射し、また、第２の偏光ビームスプリッタ１０４への入射光も第２の三角プリズム１０４_２側から入射するとすると、青色成分光について、黒表示のときには、第１の偏光ビームスプリッタ１０２において接着剤層を２回透過し、第２の偏光ビームスプリッタ１０４においても接着剤層を２回透過するので、青色用反射型空間光変調素子１０６に到達するまでに接着剤層を４回透過することとなる。そして、青色用反射型空間光変調素子１０６により反射された青色成分光は、入射したときと同様の経路を辿って光源側に戻ることとなるため、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４においてそれぞれ２回ずつ接着剤層を透過する。すなわち、第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１０２，１０４のそれぞれにおいて、４回ずつ、接着剤層に青色成分光が透過することとなる。

また、この場合において、青色成分光について、白表示のときには、第１の偏光ビームスプリッタ１０２において接着剤層を２回透過し、第２の偏光ビームスプリッタ１０４においても接着剤層を２回透過するので、青色用反射型空間光変調素子１０６に到達するまでに接着剤層を４回透過することとなる。そして、青色用反射型空間光変調素子１０６により反射された青色成分光は、第２の偏光ビームスプリッタ１０４の接着剤層及び偏光分離膜１０４ａを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ１０４より出射される。すなわち、第１の偏光ビームスプリッタ１０２において、２回、第２の偏光ビームスプリッタ１０４において、３回、接着剤層に青色成分光が透過することとなる。

ところで、偏光ビームスプリッタにおいて各三角プリズムを貼合わせる接着剤は、短波長光を吸収する性質があるため、画像表示に用いられる可視光のうち、青色成分光を吸収する。接着剤層は、このように光を吸収することが長時間に亘ると、徐々に特性が劣化し、透過率が次第に低下してゆく。そして、ついには、接着剤層は、焼けてしまう虞がある。

そこで、本発明は、反射型空間光変調素子を有する画像表示装置などに使用される色分解合成光学系において、偏光ビームスプリッタの如き偏光分離素子における接着剤層の光束の透過による劣化の防止が図られた色分解合成光学系を提供し、また、このような色分解合成光学系を用いて構成された画像表示装置を提供しようとするものである。

前述の課題を解決するため、本発明に係る色分解合成光学系においては、直線偏光状態の白色光の光束が入射され、この入射光束の赤色成分光及び緑色成分光の偏波面が青色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離膜を有し、この偏光分離膜に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、赤色成分光及び緑色成分光と、青色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から赤色成分光及び緑色成分光が入射され、赤色成分光及び緑色成分光のうち、第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とが互いに直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から青色成分光が入射され、この青色成分光を第３の空間光変調素子に入射させる第３の偏光分離素子と、前記第１及び第２の空間光変調素子を経た赤色成分光及び緑色成分光の変調光と前記第３の空間光変調素子を経た青色成分光の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子とを備え、前記第１又は第３の偏光分離素子のうち少なくとも一つは、偏光分離膜が形成された第１のプリズムと、この第１のプリズムの前記偏光分離膜が形成された面に対しこの偏光分離膜及び接着剤層を介して接着された第２のプリズムとからなる偏光ビームスプリッタであって、前記第３の空間光変調素子に向かう青色成分光は、当該偏光ビームスプリッタにおいて、前記第１のプリズムより入射されて前記偏光分離膜により反射されて当該第１のプリズムより出射される。

好ましくは、第１又は第３の偏光分離素子は、ワイヤグリッド型偏光分離素子である。

好ましくは、第１の偏光分離素子は、二色性波長分離膜（ダイクロイックフィルタ）である。

好ましくは、本発明に係る色分解合成光学系においては、直線偏光状態の白色光の光束が入射され、この入射光束の赤色成分光及び緑色成分光の偏波面が青色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離膜を有し、この偏光分離膜に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、赤色成分光及び緑色成分光と、青色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から赤色成分光及び緑色成分光が入射され、赤色成分光及び緑色成分光のうち、第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とが互いに直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、前記第１の偏光分離素子から青色成分光が入射され、この青色成分光を第３の空間光変調素子に入射させる第３の偏光分離素子と、前記第１及び第２の空間光変調素子を経た赤色成分光及び緑色成分光の変調光と前記第３の空間光変調素子を経た青色成分光の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子とを備え、前記第１の偏光分離素子はワイヤグリッド型偏光分離素子又は二色性波長分離膜であり、前記第３の偏光分離素子はワイヤグリッド型偏光分離素子である。

また、本発明に係る画像表示装置においては、前記色分解合成光学系と、前記色分解合成光学系に対し、少なくとも赤色成分光、緑色成分光及び青色成分光を含み直線偏光状態である光束を入射させる光源手段と、前記色分解合成光学系の偏光合成素子から出射された光束を結像させる結像光学系とを備えている。

本発明に係る色分解合成光学系においては、青色成分光は、空間光変調素子に入射されるまでに偏光分離素子における接着剤層を透過しないので、接着剤層の光束の透過による特性の劣化を防止することができ、また、光束が接着剤層を透過することによる光学特性の劣化を防止することができる。

そして、本発明に係る画像表示装置においては、色分解合成光学系において、青色成分光は、空間光変調素子に入射されるまでに偏光分離素子における接着剤層を透過しないので、接着剤層の光束の透過による特性の劣化を防止して耐久性を向上させることができる。

すなわち、本発明は、反射型空間光変調素子を有する画像表示装置などに使用される色分解合成光学系であって、偏光ビームスプリッタの如き偏光分離素子における接着剤層の光束の透過による劣化の防止が図られ、また、このような接着剤層を光束が透過することによる光学特性の劣化の防止が図られた色分解合成光学系を提供し、また、このような色分解合成光学系を用いて構成された画像表示装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る色分解合成光学系を用いた本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態を示す平面図である。

この色分解合成光学系においては、図１に示すように、光源手段となる照明光学系１３により、第１の波長選択性偏光変換手段となる第１の積層位相差フィルタ１に光束が入射される。

照明光学系１３は、光源１４と、この光源１４から発せられる光束を集光させる凹面鏡１５とを有している。光源１４から発せられた光は、凹面鏡１５で反射され、熱線フィルタ１６を透過し、コンデンサレンズ１７及び偏光変換素子１８を経て、照明光学系１３から出射される。

この照明光学系１３より発せられた光束は、略々平行光束となされており、かつ、直線偏光となされている。また、この照明光学系１３より発せられた光束は、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇを含んでいる。これら各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図１の紙面に平行な方向となっている。

照明光学系１３からの光束が入射される第１の積層位相差フィルタ１は、位相差板が積層されて構成された光学素子であって、特定の波長帯域のみの偏波面の方向を９０°回転させるフィルタである。このような積層位相差フィルタとしては、例えば、カラーリンク（Color Link）社製の「カラーセレクト（Color Select）」を使用することができる。

この第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、青色成分光Ｂのみの偏波面の方向が９０°回転されて、青色成分光Ｂの偏波面が赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交している状態となる。

第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１の偏光ビームスプリッタ２に入射される。この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜２ａに対して、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光ＧがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。したがって、この第１の偏光ビームスプリッタ２においては、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇが偏光分離膜２ａを透過し、青色成分光Ｂが偏光分離膜２ａにより反射され、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの光路と、青色成分光Ｂの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。

この第１の偏光ビームスプリッタ２は、偏光分離膜２ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム２_１と、この第１の三角プリズム２_１の偏光分離膜２ａが形成された面に対しこの偏光分離膜２ａ及び接着剤層２ｂを介して接着された第２の三角プリズム２_２とから、立方体状に構成されている。

この第１の偏光ビームスプリッタ２に対しては、第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の三角プリズム２_１側から入射される。したがって、偏光分離膜２ａにおいて反射される青色成分光Ｂは、各三角プリズムを接合させている接着剤層２ｂを透過することなく偏光分離膜２ａによって反射されて、第１の三角プリズム２_１から出射される。

第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、第２の波長選択性偏光変換手段となる第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、緑色成分光Ｇのみの偏波面を９０°回転させ、緑色成分光Ｇの偏波面が赤色成分光Ｒの偏波面に対して直交する状態として、これら緑色成分光Ｇ及び赤色成分光Ｒを透過させる。

第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光分離素子となる第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜４ａ及び接着剤４ｂ層を透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第１の空間光変調素子である赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第２の空間光変調素子である緑色用反射型空間光変調素子６に入射する。

この第２の偏光ビームスプリッタ４も、第１の偏光ビームスプリッタ２と同様に、偏光分離膜４ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム４_１と、この第１の三角プリズム４_１の偏光分離膜４ａが形成された面に対しこの偏光分離膜４ａ及び接着剤層４ｂを介して接着された第２の三角プリズム４_２とから、立方体状に構成されている。

この第２の偏光ビームスプリッタ２に対しては、第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第１の三角プリズム４_１側から入射される。したがって、偏光分離膜４ａにおいて反射される緑色成分光Ｇは、各三角プリズムを接合させている接着剤層４ｂを透過することなく偏光分離膜４ａによって反射されて、第１の三角プリズム４_１から出射される。

赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子６は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、それぞれ、入射光を表示画像の赤色成分及び緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、これら赤色用反射型空間光変調素子５及び緑色用反射型空間光変調素子６に供給される。

赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離膜４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。

緑色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離膜４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜４ａ及び接着剤層４ｂを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。

一方、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された青色成分光Ｂは、第３の偏光分離素子となる第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。なお、これら第１の偏光ビームスプリッタ２と第３の偏光ビームスプリッタ７との間には、青色光透過フィルタ７ｃを配置してもよい。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜７ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜７ａにより反射されてこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、第３の空間光変調素子である青色用反射型空間光変調素子８に入射する。この青色用反射型空間光変調素子８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の緑色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子８に供給される。

この第３の偏光ビームスプリッタ７も、第１の偏光ビームスプリッタ２と同様に、偏光分離膜７ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム７_１と、この第１の三角プリズム７_１の偏光分離膜７ａが形成された面に対しこの偏光分離膜７ａ及び接着剤層７ｂを介して接着された第２の三角プリズム７_２とから、立方体状に構成されている。この第３の偏光ビームスプリッタ７に対しては、第１の偏光ビームスプリッタ２から出射された青色成分光Ｂは、第１の三角プリズム７_１側から入射される。したがって、青色成分光Ｂは、接着剤層７ｂを透過することなく偏光分離膜７ａによって反射されて、第１の三角プリズムから出射される。

すなわち、青色成分光Ｂは、第１の偏光ビームスプリッタ２に対して第１の三角プリズム２_１より入射されて偏光分離膜２ａにより反射されて第１の三角プリズム２_１より出射され、第３の偏光ビームスプリッタ７に対して第１の三角プリズム７_１より入射されて偏光分離膜７ａにより反射されて第１の三角プリズム７_１より出射されて青色用反射型空間光変調素子８に入射するので、この青色用反射型空間光変調素子８に到達するまでに、一度も接着剤層を透過することがない。

青色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、青色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離膜７ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜７ａ及び接着剤層７ｂを透過し、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、第１の偏光ビームスプリッタ２に戻る方向と異なる方向に出射する。

第２の偏光ビームスプリッタ４から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光合成素子となる第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１を透過して、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射される。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて透過させ、第４の偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。

この第４の偏光ビームスプリッタ１０も、第１の偏光ビームスプリッタ２と同様に、偏光分離膜１０ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム１０_１と、この第１の三角プリズム１０_１の偏光分離膜１０ａが形成された面に対しこの偏光分離膜１０ａ及び接着剤層１０ｂを介して接着された第２の三角プリズム１０_２とから、立方体状に構成されている。

第４の偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１０ａ及び接着剤層１０ｂを透過し、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１０ａにより反射され、この第４の偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。

この第４の偏光ビームスプリッタ１０に対しては、第３の偏光ビームスプリッタ７から出射された第３の変調光は、第１の三角プリズム１０_１側から入射される。したがって、この第３の変調光は、接着剤層１０ｂを透過することなく偏光分離膜１０ａによって反射されて、第１の三角プリズム１０_１から出射される。

図２は、本発明に係る色分解合成光学系における黒表示時の青色成分光Ｂの光路を示す平面図である。

青色成分光Ｂは、黒表示であるときには、図２に示すように、偏光ビームスプリッタの接着剤層を一度も透過することがない。

図３は、本発明に係る色分解合成光学系における白表示時の青色成分光Ｂの光路を示す平面図である。

青色成分光Ｂは、白表示であるときにも、図３に示すように、第３の偏光ビームスプリッタ７において一度だけ接着剤層７ｂを透過するのみである。

第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、図１に示すように、第５の積層位相差フィルタ１２に入射される。この第５の積層位相差フィルタ１２は、第１から第３の直線偏光の変調光を円偏光光として透過させる。

なお、第５の積層位相差フィルタ１２として、第３の変調光の偏波面を９０度回転させて第１乃至第３の変調光を偏波面が同一の方向にそろえ、さらに偏光板を透過させるようにしてもよい。この偏光板により偏波面の方向が異なる不要光を除去される。

第５の積層位相差フィルタ１２からの出射光は、結像光学系となる投射光学系１９に入射する。この投射光学系１９は、第１乃至第３の変調光をスクリーン２０上に投影し、画像表示を行う。

〔第２の実施の形態〕
図４は、本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。

この実施の形態は、前述の第１の実施例における第１乃至第３の偏光ビームスプリッタ２，４，７を平板状のワイヤグリッド型偏光分離素子に置換えたものである。この実施の形態においては、青色成分光Ｂは、一度も偏光ビームスプリッタの接着層を通過することがない。

すなわち、この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされて、図４に示すように、第１の積層位相差フィルタ１に入射される。この入射光の各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図４の紙面に平行な方向となっている。

第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束においては、赤色成分光Ｒ、青色成分光Ｂ及び緑色成分光Ｇがそれぞれ直線偏光であって、青色成分光Ｂのみの偏波面の方向が９０°回転されて、青色成分光Ｂの偏波面が赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交している状態となる。

第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、第１の偏光分離素子となる第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１に入射される。この第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１は、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされて配置されており、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光ＧがＰ偏光、青色成分光ＢがＳ偏光となって入射される。したがって、この第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１においては、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇが透過し、青色成分光Ｂが反射され、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの光路と、青色成分光Ｂの光路とが、偏波面方向に応じて分岐される。

第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１から出射された赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、赤色成分光Ｒのみの偏波面を９０°回転させ、赤色成分光Ｒの偏波面が緑色成分光Ｇの偏波面に対して直交する状態として、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇを透過させる。

第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光分離素子となる第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２に入射される。この第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２は、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされて配置されており、緑色成分光ＧがＳ偏光、赤色成分光ＲがＰ偏光となって入射される。緑色成分光Ｇは、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２により反射され、緑色用反射型空間光変調素子６に入射する。また、赤色成分光Ｒは、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２を透過して、赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。

緑色用反射型空間光変調素子６及び赤色用反射型空間光変調素子５は、それぞれ、入射光を表示画像の緑色成分及び赤色成分に応じて偏光変調して反射する。

赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２に再入射する。この第２の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２に対してＳ偏光となっているので、この第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２により反射され、この第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２から、第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１に戻る方向と異なる方向に出射する。

緑色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第２の変調光は、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２に再入射する。この第１の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２に対してＰ偏光となっているので、この第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２を透過し、この第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２から、第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１に戻る方向と異なる方向に出射する。

一方、第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１により反射された青色成分光Ｂは、第３の偏光分離素子となる第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３に入射される。この第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３は、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされて配置されており、青色成分光ＢがＳ偏光となって入射される。なお、これら第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１と第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３との間には、青色光透過フィルタ７ｃを配置してもよい。この青色成分光Ｂは、第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３により反射され、青色用反射型空間光変調素子８に入射する。この青色用反射型空間光変調素子８は、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。

青色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第３の変調光は、第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３に再入射する。この第３の変調光は、青色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３に対してＰ偏光となっているので、この第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３を透過し、この第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３から、第１のワイヤグリッド型偏光分離素子２１に戻る方向と異なる方向に出射する。

第２のワイヤグリッド型偏光分離素子２２から出射された第１及び第２の変調光は、第３の積層位相差フィルタ９に入射される。この第３の積層位相差フィルタ９は、第１の変調光の偏波面を９０°回転させて第１及び第２の変調光を透過させ、偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。このとき、第１及び第２の変調光の偏波面は同一の方向となっている。また、第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３から出射された第３の変調光は、第４の積層位相差フィルタ１１を透過して、偏光ビームスプリッタ１０に入射する。この第４の積層位相差フィルタ１１は、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて透過させ、偏光ビームスプリッタ１０に入射させる。

偏光ビームスプリッタ１０においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜１０ａに対して、第１及び第２の変調光がＰ偏光、第３の変調光がＳ偏光となっている。第１及び第２の変調光は、偏光分離膜１０ａを透過し、この偏光ビームスプリッタ１０より出射される。第３の変調光は、偏光分離膜１０ａにより反射され、この偏光ビームスプリッタ１０より出射される。このようにして、第１及び第２の変調光と、第３の変調光とが合成される。

この偏光ビームスプリッタ１０に対しては、第３のワイヤグリッド型偏光分離素子２３から出射された第３の変調光は、第１の三角プリズム１０_１側から入射される。したがって、この第３の変調光は、偏光ビームスプリッタ１０の接着剤層１０ｂを透過することなく偏光分離膜１０ａによって反射されて、第１の三角プリズム１０_１から出射される。

偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、図示しない第５の積層位相差フィルタに入射される。この第５の積層位相差フィルタ１２は、第１から第３の直線偏光の変調光を円偏光光として透過させる。

なお、第５の積層位相差フィルタ１２として、第３の変調光の偏波面を９０度回転させて第１乃至第３の変調光を偏波面が同一の方向にそろえ、さらに偏光板を透過させるようにしてもよい。この偏光板により偏光面の方向が異なる不要光を除去される。

第５の積層位相差フィルタからの出射光は、図示しない投射光学系に入射する。この投射光学系は、第１乃至第３の変調光をスクリーン上に投影し、画像表示を行う。

〔第３の実施の形態〕
図５は、本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。

この実施の形態は、前述の第１の実施例における第１の偏光ビームスプリッタ２を二色性波長分離膜（ダイクロイックフィルタ）に置換えたものである。

すなわち、この色分解合成光学系においては、図示しない光源から発せられた光束は、略々平行光束となされ、また、直線偏光となされて、図５に示すように、第１の積層位相差フィルタ１に入射される。この入射光の各色成分光Ｒ、Ｂ、Ｇは、それぞれが直線偏光となっており、互いに偏波面を同一方向としている。この実施の形態においては、入射光の各色成分光の偏波面は、図５の紙面に平行な方向となっている。

第１の積層位相差フィルタ１を透過した光束は、二色性波長分離膜２４に入射される。この二色性波長分離膜２４は、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされて配置されており、赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇを透過させ、青色成分光Ｂを反射する。したがって、この二色性波長分離膜２４において、これら赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇの光路と、青色成分光Ｂの光路とが、分岐される。

二色性波長分離膜２４を透過した赤色成分光Ｒ及び緑色成分光Ｇは、第２の積層位相差フィルタ３に入射される。この第２の積層位相差フィルタ３は、緑色成分光Ｇのみの偏波面を９０°回転させ、緑色成分光Ｇの偏波面が赤色成分光Ｒの偏波面に対して直交する状態として、これら緑色成分光Ｇ及び赤色成分光Ｒを透過させる。

第２の積層位相差フィルタ３を透過した光束は、第２の偏光ビームスプリッタ４に入射される。この第２の偏光ビームスプリッタ４においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜４ａに対して、赤色成分光ＲがＰ偏光、緑色成分光ＧがＳ偏光となっている。赤色成分光Ｒは、偏光分離膜４ａ及び接着剤層４ｂを透過してこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第１の空間光変調素子である赤色用反射型空間光変調素子５に入射する。また、緑色成分光Ｇは、偏光分離膜４ａにより反射されてこの第２の偏光ビームスプリッタ４より出射され、第２の空間光変調素子である緑色用反射型空間光変調素子６に入射する。

この第２の偏光ビームスプリッタ４は、偏光分離膜４ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム４_１と、この第１の三角プリズム４_１の偏光分離膜４ａが形成された面に対しこの偏光分離膜４ａ及び接着剤層４ｂを介して接着された第２の三角プリズム４_２とから、立方体状に構成されている。

赤色用反射型空間光変調素子５により変調されて反射された第１の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第１の変調光は、赤色用反射型空間光変調素子５が白表示である場合において、偏光分離膜４ａに対してＳ偏光となっているので、この偏光分離膜４ａにより反射され、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、二色性波長分離膜２４に戻る方向と異なる方向に出射する。

緑色用反射型空間光変調素子６により変調されて反射された第２の変調光は、第２の偏光ビームスプリッタ４に再入射する。この第２の変調光は、緑色用反射型空間光変調素子６が白表示である場合において、偏光分離膜４ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜４ａ及び接着剤層４ｂを透過して、この第２の偏光ビームスプリッタ４から、二色性波長分離膜２４に戻る方向と異なる方向に出射する。

一方、二色性波長分離膜２４により反射された青色成分光Ｂは、第３の偏光ビームスプリッタ７に入射される。なお、これら二色性波長分離膜２４と第３の偏光ビームスプリッタ７との間には、さらに青色光透過フィルタ７ｃを配置してもよい。この第３の偏光ビームスプリッタ７においては、入射光の光路に対して４５°の傾斜となされた偏光分離膜７ａに対して、青色成分光ＢがＳ偏光となっている。この青色成分光Ｂは、偏光分離膜７ａにより反射されてこの第３の偏光ビームスプリッタ７より出射され、第３の空間光変調素子である青色用反射型空間光変調素子８に入射する。この青色用反射型空間光変調素子８は、いわゆる反射型液晶表示デバイスであって、入射光を表示画像の青色成分に応じて偏光変調して反射する。表示画像の情報は、外部より、この青色用反射型空間光変調素子８に供給される。

この第３の偏光ビームスプリッタ７も、第２の偏光ビームスプリッタ４と同様に、偏光分離膜７ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム７_１と、この第１の三角プリズム７_１の偏光分離膜７ａが形成された面に対しこの偏光分離膜７ａ及び接着剤層７ｂを介して接着された第２の三角プリズム７_２とから、立方体状に構成されている。この第３の偏光ビームスプリッタ７に対しては、二色性波長分離膜２４から出射された青色成分光Ｂは、第１の三角プリズム７_１側から入射される。したがって、青色成分光Ｂは、接着剤層７ｂを透過することなく偏光分離膜７ａによって反射されて、第１の三角プリズム７_１から出射される。

すなわち、青色成分光Ｂは、二色性波長分離膜２４において反射され、第３の偏光ビームスプリッタ７に対して第１の三角プリズム７_１より入射されて偏光分離膜７ａにより反射されて第１の三角プリズム７_１より出射されて青色用反射型空間光変調素子８に入射するので、この青色用反射型空間光変調素子８に到達するまでに、一度も接着剤層を透過することがない。

青色用反射型空間光変調素子８により変調されて反射された第３の変調光は、第３の偏光ビームスプリッタ７に再入射する。この第３の変調光は、青色用反射型空間光変調素子８が白表示である場合において、偏光分離膜７ａに対してＰ偏光となっているので、この偏光分離膜７ａ及び接着剤層７ｂを透過し、この第３の偏光ビームスプリッタ７から、二色性波長分離膜２４に戻る方向と異なる方向に出射する。

この第４の偏光ビームスプリッタ１０も、第２の偏光ビームスプリッタ４と同様に、偏光分離膜１０ａが蒸着などにより一の面に形成された第１の三角プリズム１０_１と、この第１の三角プリズム１０_１の偏光分離膜１０ａが形成された面に対しこの偏光分離膜１０ａ及び接着剤層１０ｂを介して接着された第２の三角プリズム１０_２とから、立方体状に構成されている。

青色成分光Ｂは、黒表示であるときには、偏光ビームスプリッタの接着剤層を一度も透過することがない。また、青色成分光Ｂは、白表示であるときにも、第３の偏光ビームスプリッタ７において一度だけ接着剤層７_１を透過するのみである。

第４の偏光ビームスプリッタ１０から出射された第１乃至第３の変調光は、図示しない第５の積層位相差フィルタに入射される。この第５の積層位相差フィルタは、第３の変調光の偏波面を９０°回転させて第１乃至第３の変調光を透過させる。この第５の積層位相差フィルタを経た第１乃至第３の変調光は、偏波面が同一の方向となっている。なお、第５の積層位相差フィルタを経た第１乃至第３の変調光を、さらに偏光板を透過させるようにしてもよい。この偏光板により、偏波面の方向が異なる不要光を除去される。

本発明に係る色分解合成光学系を用いた本発明に係る画像表示装置の第１の実施の形態を示す平面図である。本発明に係る色分解合成光学系における黒表示時の青色成分光の光路を示す平面図である。本発明に係る色分解合成光学系における白表示時の青色成分光Ｂの光路を示す平面図である。本発明に係る色分解合成光学系の第２の実施の形態を示す平面図である。本発明に係る色分解合成光学系の第３の実施の形態を示す平面図である。従来の色分解合成光学系の構成を示す平面図である。偏光ビームスプリッタを示す図である。

符号の説明

１第１の積層位相差フィルタ
２第１の偏光ビームスプリッタ
３第２の積層位相差フィルタ
４第２の偏光ビームスプリッタ
５赤色用反射型空間光変調素子
６緑色用反射型空間光変調素子
７第３の偏光ビームスプリッタ
８青色用反射型空間光変調素子
９第３の積層位相差フィルタ
１０第４の偏光ビームスプリッタ
１１第４の積層位相差フィルタ
１２位相差フィルタ
１３照明光学系
１９投影光学系

Claims

直線偏光状態の白色光の光束が入射され、この入射光束の赤色成分光及び緑色成分光の偏波面が青色成分光の偏波面に対して直交する状態とする第１の波長選択性偏光変換手段と、
前記第１の波長選択性偏光変換手段を経た光束が入射される偏光分離膜を有し、この偏光分離膜に対するＰ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射することにより、赤色成分光及び緑色成分光と、青色成分光との光路を分岐させる第１の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子から赤色成分光及び緑色成分光が入射され、赤色成分光及び緑色成分光のうち、第１の色成分光の偏波面と第２の色成分光の偏波面とが互いに直交する状態とする第２の波長選択性偏光変換手段と、
前記第２の波長選択性偏光変換手段から前記第１及び第２の色成分光が入射され、第１の色成分光を第１の空間光変調素子に入射させ、第２の色成分光を第２の空間光変調素子に入射させる第２の偏光分離素子と、
前記第１の偏光分離素子から青色成分光が入射され、この青色成分光を第３の空間光変調素子に入射させる第３の偏光分離素子と、
前記第１及び第２の空間光変調素子を経た赤色成分光及び緑色成分光の変調光と前記第３の空間光変調素子を経た青色成分光の変調光とが入射され、これら各変調光を合成して出射する偏光合成素子と、
を備え、
前記第１又は第３の偏光分離素子のうち少なくとも一つは、偏光分離膜が形成された第１のプリズムと、この第１のプリズムの前記偏光分離膜が形成された面に対しこの偏光分離膜及び接着剤層を介して接着された第２のプリズムとからなる偏光ビームスプリッタであって、前記第３の空間光変調素子に向かう青色成分光は、当該偏光ビームスプリッタにおいて、前記第１のプリズムより入射されて前記偏光分離膜により反射されて当該第１のプリズムより出射されること
を特徴とする色分解合成光学系。
請求項１に記載の色分解合成光学系と、
前記色分解合成光学系に対し、少なくとも赤色成分光、緑色成分光及び青色成分光を含み直線偏光状態である光束を入射させる光源手段と、
前記色分解合成光学系の偏光合成素子から出射された光束を結像させる結像光学系と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。