JP2005316122A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】偏光ビームスプリッタユニットを使用した投射型表示装置において、明るく、かつ、コントラストの高い画像を表示できるようにし、また、環境問題の解決が容易となる投射型表示装置を提供する。
【解決手段】空間光変調素子２４，２５，２６によって変調された原色光が入射される偏光ビームスプリッタユニットは、入射光の光軸に対して傾斜された反射型偏光素子１６，１７，１８と、この反射型偏光素子１６，１７，１８の反射面に入射する光束の光路上に設置されたウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズからなる光学素子２１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光束の偏光状態に応じて入射光束を分離させる偏光ビームスプリッタユニットを用いて構成され画像表示を行う投射型表示装置に関する。

従来、空間光変調素子として、いわゆる「透過型液晶ライトバルブ」あるいは「反射型液晶ライトバルブ」を備え、この空間光変調素子によって空間変調された光をスクリーン上に拡大投影して画像表示を行うように構成された投射型表示装置が提案されている。

この投射型表示装置においては、光源からの白色光を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の３原色光に色分解し、これら各原色光によって、３枚の空間光変調素子をそれぞれ照明する。そして、各空間光変調素子は、原色の照明光を、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分に応じて変調する。そして、これら各空間光変調素子を経た変調光を偏光分離した後、合成してスクリーン上に投射することにより、このスクリーン上にカラー画像が表示される。

このような投射型表示装置において、空間光変調素子を経た変調光を偏光分離する光学素子としては、特許文献１に記載されているように、吸収型偏光板が使用される。このような吸収型偏光板は、空間光変調素子として「透過型液晶ライトバルブ」を使用した場合に使われており、「透過型液晶ライトバルブ」を透過した変調光が入射され、この変調光のうち、所定の偏光方向の成分のみを透過させ、他の成分を吸収することにより、偏光分離を行う。

また、偏光分離を行う光学素子としては、特許文献２に記載されているように、硝子プリズム型の偏光ビームスプリッタが使用されている。このような偏光ビームスプリッタは、空間光変調素子として「反射型液晶ライトバルブ」を使用した場合に使われており、光源から「反射型液晶ライトバルブ」への入射光を透過させるとともに、この「反射型液晶ライトバルブ」によって反射された変調光が再入射され、この変調光のうち、所定の偏光方向の成分のみを反射させ、他の成分を透過させることにより、偏光分離を行う。

さらに、偏光分離を行う光学素子としては、特許文献３に記載されているように、反射型偏光素子が使用されている。このような反射型偏光素子は、空間光変調素子として「反射型液晶ライトバルブ」を使用した場合に使われており、光源から「反射型液晶ライトバルブ」への入射光を透過させるとともに、この「反射型液晶ライトバルブ」によって反射された変調光が再入射され、この変調光のうち、所定の偏光方向の成分のみを反射させ、他の成分を透過させることにより、偏光分離を行う。

この反射型偏光素子は、硝子プリズム型の偏光ビームスプリッタに比較して、発熱によるダメージが少なく、表示画像のコントラスト低下を防止することができ、また、製造上における環境問題を解決できるという利点がある。
特開平６−１４８６２８号公報 特開２００４−０１２８６４号公報 特開平１１−３３８０５３号公報

前述したような偏光分離を行う光学素子においては、吸収型偏光板については、光束の吸収により発熱し、溶解等のダメージを受けるという問題がある。すなわち、この吸収型偏光板は、所定の偏光方向ではない成分を吸収するので、発熱することが避けられず、光源から発せられる光束の光量を増大させた場合には、この光量の増大に比例して発熱量も増大する。

したがって、このような吸収型偏光板を偏光分離素子として使用した投射型表示装置においては、光源が発する光束の光量を増大させることができず、表示画像を充分に明るくすることができない。

また、硝子プリズム型の偏光ビームスプリッタについては、透過光の偏光状態を崩さないようにするため、硝子素材として、酸化鉛（ＰｂＯ）を大量に含有した光弾性係数の小さいもの（例えば、「ＳＦ６」、「ＳＦ５７」、「ＰＢＨ５６」など）を使用する必要が生じ、環境問題を解決することが困難となる。

さらに、このような偏光ビームスプリッタにおいては、光源から発せられる光束の光量を増大させ、例えば、１００００ルーメンを越えるような光輝度の画像表示を行う投射型表示装置においては、硝子素材中における複屈折の発生が無視できなくなり、表示画像のコントラストの低下が避けられなくなる。

そして、反射型偏光子を投射型表示装置に用いた場合には、この反射型偏光子においてリジェク卜された光束が、空間光変調素子やその他の光学部品に到達することにより、表示画像においてゴーストやフレアが生じ、画像の品位が低下するという問題がある。

このような反射型偏光子を用いる場合において、この反射型偏光子を光軸に対して傾斜させることにより、この反射型偏光子によってリジェク卜された光束が表示画像に影響しないようにすることが考えられるが、この場合には、偏芯コマ収差や非点収差が発生し、表示画像の解像度が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、偏光ビームスプリッタユニットを使用した投射型表示装置において、明るく、かつ、コントラストの高い画像を表示できるようにし、また、環境問題の解決が容易となる投射型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、本発明に係る投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光が入射され、この光を第１乃至第３の３原色光に分離させる色分解プリズムと、前記色分解プリズムによって分離された各原色光に対応して配置され、これら原色光を表示画像の各原色成分に応じて変調する３枚の空間光変調素子と、前記３枚の空間光変調素子によって変調された各原色光がそれぞれ入射される３組の偏光ビームスプリッタユニットと、前記３組の偏光ビームスプリッタユニットを経た原色光を合成する色合成プリズムと、前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、前記各偏光ビームスプリッタユニットは、前記空間光変調素子からの入射光の光軸に対して直交する軸回りに傾斜されて配置された反射型偏光素子と、この反射型偏光素子の反射面に入射する光束の光路上に設置され反射型偏光素子の光軸に対する傾斜の軸に平行な軸回りに光軸に対して傾斜された面を有する少なくとも１枚のウェッジプリズムとを備えているものである。

前記各偏光ビームスプリッタユニットは、前記反射型偏光素子の反射面に入射する光束の光路上に設置され反射型偏光素子の光軸に対する傾斜の軸に平行な軸回りに光軸に対して傾斜されて配置された少なくとも１枚のシリンドリカルレンズを備えていることが好ましい。

本発明に係る投射型表示装置においては、反射型偏光素子の発熱が少ないので、光源が発する光束の光量を増大させて充分に明るい表示画像を得ることができ、また、反射型偏光素子における複屈折の影響が少ないため、酸化鉛（ＰｂＯ）を大量に含有した硝材を使用する必要がなく、さらに、反射型偏光素子が光軸に対して傾斜されていることにより発生する偏芯コマ収差や非点収差がウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズ、あるいは、ウェッジプリズムによって補正されるので、表示画像の解像度が低下することがない。

本発明によると、偏光ビームスプリッタユニットを使用した投射型表示装置において、明るく、かつ、コントラストの高い画像を表示できるようにし、また、環境問題の解決が容易となる投射型表示装置を提供することができる。

以下、本発明に係る投射型表示装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。

この投射型表示装置においては、図１に示すように、光源１より発せられた光束は、ＵＶ／ＩＲフィルタ２を透過して紫外線及び赤外線を除去され、ロッドインテグレータ３の入射端面に集光して入射する。なお、光源１は、白色光を発する放電ランプ等及び凹面反射鏡（回転楕円面鏡または放物面鏡）を備えて構成されている。

ロッドインテグレータ３においては、入射光は、ロッドの側面部において内面全反射を繰り返し、照度を均一化されて、出射端面より、均一な空間分布の光として出射される。

ロッドインテグレータ３からの出射光は、コリメータレンズ４、リレーレンズ５，６、Ｐ−Ｓ合成素子７及びコンデンサーレンズ８を経て、偏向ミラー（ステアリングミラー）９に入射される。Ｐ−Ｓ合成素子７は、光源からの光を、一定の方向の直線偏光に揃える素子であり、複数の偏光ビームスプリッタ及び二分の一波長板が平面状に配列された構造を有している。

偏向ミラー９に入射された光は、この偏向ミラー９により光路を９０°偏向される。この偏向ミラー９としては、アルミ反射ミラー、銀ミラーなどの他に、コールドミラーを使用することもできる。コールドミラーは、誘電体層を積層して構成されたミラーであり、紫外線及び赤外線を透過させ、可視光線のみを反射させる特性を有している。偏向ミラー９で反射された光は、色分解プリズム１０に入射する。

図２は、色分解プリズム１０の形状を示す側面図である。

この色分解プリズム１０は、図２に示すように、第１及び第２の三角プリズム１０Ａ，１０Ｂ及び第３のプリズム（四角柱プリズム）１０Ｃの３個のガラスブロックから構成されている。

この色分解プリズム１０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものであって、ダイクロイック膜による色の選択反射と、プリズム面による全反射とを利用した３ブロック構成の色分解プリズムである。青色光（Ｂ）を反射する第１のダイクロイック膜１１は、第１の三角プリズム１０Ａの背面に設けられている。第１のダイクロイック膜１１で反射された青色光（Ｂ）は、第１の三角プリズム１０Ａの入射面で内面全反射される。この第１の三角プリズム１０Ａは、青色光（Ｂ）が内面全反射されるように、プリズムの頂角（α１）が選ばれており、青色光（Ｂ）の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。

そして、赤色光（Ｒ）を反射する第２のダイクロイック膜１２は、第２の三角プリズム１０Ｂの背面に設けられており、この第２のダイクロイック膜１２により反射された赤色光（Ｒ）は、第２三角プリズム１０Ｂの入射面で内面全反射される。この第２の三角プリズム３Ｂは、赤色光（Ｒ）が内面全反射されるように、プリズムの頂角（α２）が選ばれており、赤色光（Ｒ）の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。そして、これら第１及び第２の三角プリズム１０Ａ，１０Ｂは、第２の三角プリズム１０Ｂの入射面を全反射面として利用するために、第１の三角プリズム１０Ａの背面と第２の三角プリズム１０Ｂの入射面との間に非常に狭い空気層が保たれるように、組み立てられている。

そして、第２のダイクロイック膜１２を透過した緑色光（Ｇ）は、第３のプリズム１０Ｃを透過して出射される。この第３のプリズム１０Ｃは、緑色光（Ｇ）の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。

なお、このような色分解プリズム１０は、いわゆる「三板式」、または、「三管式」のカラービデオカメラ装置において採用されているものである。カラービデオカメラ装置においては、レンズマウント部から光が入射され、この色分解プリズムの各原色光の出射面に３枚のＣＣＤ（固体撮像素子）や３本の撮像管が設置される。

この投射型表示装置においては、色分解プリズム１０に入射された光束は、第１の三角プリズム１０の入射面より入射され、この第１の三角プリズム１０Ａの背面部の第１のダイクロイック膜１１に入射し、この第１のダイクロイック膜１１において、シアン光（Ｒ＋Ｇ）が透過され、青色光（Ｂ）が反射される。青色光（Ｂ）は、第１の三角プリズム１０Ａの入射面により内面全反射されて、第１の三角プリズム１０Ａの側面部より出射される。

第１のダイクロイック膜１１を透過したシアン光（Ｒ＋Ｇ）は、第２の三角プリズム１０Ｂに入射し、この第２の三角プリズム１０Ｂの背面部の第２のダイクロイック膜１２に入射し、この第２のダイクロイック膜１２において、緑色光（Ｇ）が透過され、赤色光（Ｒ）が反射される。赤色光（Ｒ）は、第２の三角プリズム１０Ｂの入射面により内面全反射されて、第２の三角プリズム１０Ｂの側面部より出射される。

第２のダイクロイック膜１２を透過した緑色光（Ｇ）は、第３のプリズム１０Ｃ入射し、この第３のプリズム１０Ｃを透過して、この第３の三角プリズム１０Ｃの背面部より出射される。

このようにして、色分解された３原色光は、それぞれ偏向プリズム１３，１４，１５に入射し、それぞれが光路を９０°偏向され、互いに平行な方向に進行する。すなわち、色分解された３原色光は、それぞれ、色分解プリズム１０への光源からの光の入射方向及び各原色光の色分解プリズム１０からの出射方向に垂直な方向に進行する。

すなわち、図１に示すように、青色光（Ｂ）が出射される第１の三角プリズム１０Ａの側面部には、青色用偏向プリズム１３が設けられている。また、赤色光（Ｒ）が出射される第２の三角プリズム１０Ｂの側面部には、赤色用偏向プリズム１４が設けられている。そして、緑色光（Ｇ）が出射される第３の三角プリズム１０Ｃの背面部には、緑色用偏向プリズム１５が設けられている。

これら偏向プリズム１３，１４，１５は、いわゆる直角プリズムであり、直角二等辺三角形を底面とする三角柱状のプリズムである。

図３は、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す斜視図である。

図４は、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す側面図である。

各偏向プリズム１３，１４，１５から出射されて互いに平行な方向に進行した３原色光は、図３及び図４に示すように、それぞれ、透過型光変調素子２４，２５，２６に入射する。

各透過型光変調素子２４，２５，２６は、それぞれに対応する図示しないドライブ回路により駆動され、青色用の透過型光変調素子２４は表示画像の青色成分に基づく空間光変調を行い、赤色用の透過型光変調素子２５は表示画像の赤色成分に基づく空間光変調を行い、緑色用の透過型光変調素子２６は表示画像の緑色成分に基づく空間光変調を行う。

これら透過型光変調素子２４，２５，２６を透過した光束（変調光）は、偏光ビームスプリッタユニットを構成する光軸に対して傾斜された面を有するウェッジプリズム及び光軸に対して傾斜されて配置されたシリンドリカルレンズを透過して、光軸に対して傾斜されて配置された反射型偏光素子１６，１７，１８に入射される。ウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズは、一体的に構成された光学素子２１となっている。ウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズからなる光学素子２１の光軸に対する傾斜は、反射型偏光素子１６，１７，１８の光軸に対する傾斜の軸に平行な軸回りの傾斜となっている。

反射型偏光素子１６，１７，１８に入射される光束のうち、透過型光変調素子２４，２５，２６において変調された変調光成分は、この反射型偏光素子１６，１７，１８の反射面に対して、Ｓ偏光となっている。したがって、この変調光は、反射面によって反射されて偏向され、色分解プリズム１０と同様に構成された色合成プリズム２０に入射される。反射型偏光素子１６，１７，１８への入射光のうちのＰ偏光成分は、反射面を透過するので、色合成プリズム２０には入射されない。すなわち、反射型偏光素子１６，１７，１８は、透過型光変調素子２４，２５，２６の透過光に対する検光子として作用している。

なお、反射型偏光素子１６，１７，１８と色合成プリズム２０との間には、第５の実施の形態において後述するように、偏光子２２を配置してもよい。

青色用の透過型光変調素子２４に入射した青色光（Ｂ）は、この青色用透過型光変調素子２４により変調されてＳ偏光となった成分が、反射型偏光素子１６により反射され、色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａの側面部から入射する。

また、赤色用の透過型光変調素子２５に入射した赤色光（Ｒ）は、この赤色用透過型光変調素子２５により変調されてＳ偏光となった成分が、反射型偏光素子１７により反射され、色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂの側面部から入射する。

そして、緑色用の透過型光変調素子２６に入射した緑色光（Ｇ）は、この緑色用透過型光変調素子２６により変調されてＳ偏光となった成分が、反射型偏光素子１８により反射され、色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃの背面部から入射する。

色合成プリズム２０は、色分解プリズム１０に対して、略々鏡面対称な形状に構成されている。すなわち、この色合成プリズム２０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものと同様の構成を有し、第１及び第２の三角プリズム２０Ａ，２０Ｂ及び第３のプリズム（四角柱プリズム）２０Ｃの３個のガラスブロックと、第１及び第２のダイクロイック膜とを有する３ブロック構成の色合成プリズムである。

色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａに入射された青色光（Ｂ）は、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面により内面全反射され、第１のダイクロイック膜２７により反射されて、第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂに入射された赤色光（Ｒ）は、この第２の三角プリズム２０Ｂの出射面により内面全反射され、第２のダイクロイック膜２８により反射されて、第２の三角プリズム２０Ｂの出射面から出射され、第１の三角プリズム２０Ａを透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃに入射された緑色光（Ｇ）は、この第３のプリズム２０Ｃを透過し、第２の三角プリズム２０Ｂも透過し、さらに、第１の三角プリズム２０Ａも透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

このようにして、色合成プリズム２０に入射した各原色光は、合成されて、この色合成ブロック２０から出射される。そして、図１に示すように、投射光学系である投射レンズ２９に入射され、この投射レンズ２９により、図示しないスクリーンに投射される。

この投射型表示装置において、反射型偏光素子１６，１７，１８は、表示画像におけるゴーストやフレアが生じないように、投射レンズ２９のＦナンバーに相当する角度以上に傾斜されて配置されている。

そして、反射型偏光素子１６，１７，１８の傾きによって生ずる非点収差や偏芯コマ収差は、ウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズからなる光学素子２１によって逆の収差を発生されて補正される。この実施の形態においては、投射レンズ２９のＦナンバーを２．８とし、反射型偏光素子１６，１７，１８の傾きを１１°としている。なお、この光学素子２１は、ウェッジプリズムのみからなるものとしてもよい。

図５は、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。

図６は、本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

〔第２の実施の形態〕
この第２の実施の形態の投射型表示装置においては、前述の第１の実施の形態におけると同様に、光源より発せられた光束は、ＵＶ／ＩＲフィルタを透過して紫外線及び赤外線を除去され、ロッドインテグレータの入射端面に集光して入射する。

ロッドインテグレータにおいて、入射光は、ロッドの側面部において内面全反射を繰り返し、照度を均一化されて、出射端面より、均一な空間分布の光として出射される。ロッドインテグレータからの出射光は、コリメータレンズ、リレーレンズ、Ｐ−Ｓ合成素子及びコンデンサーレンズを経て、偏向ミラー（ステアリングミラー）に入射される。

図７は、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す斜視図である。

偏向ミラーに入射された光は、この偏向ミラーにより光路を９０°偏向される。偏向ミラーで反射された光は、図７に示すように、色分解プリズム１０に入射する。この色分解プリズム１０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものである。色分解プリズム１０に入射された光束は、３原色光に色分解される。

色分解プリズム１０において色分解された３原色光は、それぞれ偏向プリズム１３，１４，１５に入射し、それぞれが光路を９０°偏向され、互いに平行な方向に進行する。すなわち、色分解された３原色光は、それぞれ、色分解プリズム１０への光源からの光の入射方向及び各原色光の色分解プリズム１０からの出射方向に垂直な方向に進行する。

すなわち、青色光（Ｂ）が出射される第１の三角プリズム１０Ａの側面部には、青色用偏向プリズム１３が設けられている。また、赤色光（Ｒ）が出射される第２の三角プリズム１０Ｂの側面部には、赤色用偏向プリズム１４が設けられている。そして、緑色光（Ｇ）が出射される第３の三角プリズム１０Ｃの背面部には、緑色用偏向プリズム１５が設けられている。

これら偏向プリズム１３，１４，１５は、いわゆる直角プリズムであり、直角二等辺三角形を底面とする三角柱状のプリズムである。

図８は、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す側面図である。

各偏向プリズム１３，１４，１５から出射されて互いに平行な方向に進行した３原色光は、図７及び図８に示すように、それぞれ、偏光ビームスプリッタユニットを構成する光軸に対して傾斜されて配置された反射型偏光素子１６，１７，１８に入射される。

反射型偏光素子１６，１７，１８に入射した光は、この反射型偏光素子１６，１７，１８の反射面に対して、Ｓ偏光となっている。したがって、この入射光は、反射面により反射され、光軸に対して傾斜された面を有するウェッジプリズム及び光軸に対して傾斜されて配置されたシリンドリカルレンズを透過して、これら反射型偏光素子１６，１７，１８に対応して設置された各原色用の反射型光変調素子２４，２５，２６に入射される。ウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズは、一体的に構成された光学素子２１ａとなっている。ウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズからなる光学素子２１ａの光軸に対する傾斜は、反射型偏光素子１６，１７，１８の光軸に対する傾斜の軸に平行な軸回りの傾斜となっている。

なお、反射型偏光素子１６，１７，１８への入射光のうちのＰ偏光成分は、反射面を透過するので、各反射型光変調素子２４，２５，２６には到達しない。

各反射型光変調素子２４，２５，２６は、それぞれに対応する図示しないドライブ回路により駆動され、青色用の反射型光変調素子２４は表示画像の青色成分に基づく空間光変調を行い、赤色用の反射型光変調素子２５は表示画像の赤色成分に基づく空間光変調を行い、緑色用の反射型光変調素子２６は表示画像の緑色成分に基づく空間光変調を行う。

青色用の反射型光変調素子２４に入射した青色光（Ｂ）は、この青色用反射型光変調素子２４により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、反射型偏光素子１６を透過し、光軸に対して傾斜された面を有するウェッジプリズム及び光軸に対して傾斜されて配置されたシリンドリカルレンズが一体的に構成された光学素子２１ｂを透過して、色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａの側面部から入射する。

また、赤色用の反射型光変調素子２５に入射した赤色光（Ｒ）は、この赤色用反射型光変調素子２５により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、反射型偏光素子１７を透過し、光軸に対して傾斜された面を有するウェッジプリズム及び光軸に対して傾斜されて配置されたシリンドリカルレンズが一体的に構成された光学素子２１ｂを透過して、色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂの側面部から入射する。

そして、緑色用の反射型光変調素子２６に入射した緑色光（Ｇ）は、この緑色用反射型光変調素子２６により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、反射型偏光素子１８を透過し、光軸に対して傾斜された面を有するウェッジプリズム及び光軸に対して傾斜されて配置されたシリンドリカルレンズが一体的に構成された光学素子２１ｂを透過して、色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃの背面部から入射する。

色合成プリズム２０は、色分解プリズム１０に対して、略々鏡面対称な形状に構成されている。すなわち、この色合成プリズム２０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものと同様の構成を有し、第１及び第２の三角プリズム２０Ａ，２０Ｂ及び第３のプリズム（四角柱プリズム）２０Ｃの３個のガラスブロックと、第１及び第２のダイクロイック膜とを有する３ブロック構成の色合成プリズムである。

色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａに入射された青色光（Ｂ）は、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面により内面全反射され、第１のダイクロイック膜２７により反射されて、第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂに入射された赤色光（Ｒ）は、この第２の三角プリズム２０Ｂの出射面により内面全反射され、第２のダイクロイック膜２８により反射されて、第２の三角プリズム２０Ｂの出射面から出射され、第１の三角プリズム２０Ａを透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃに入射された緑色光（Ｇ）は、この第３のプリズム２０Ｃを透過し、第２の三角プリズム２０Ｂも透過し、さらに、第１の三角プリズム２０Ａも透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。

このようにして、色合成プリズム２０に入射した各原色光は、合成されて、この色合成ブロック２０から出射される。そして、投射光学系である投射レンズに入射され、この投射レンズにより、スクリーンに投射される。

この投射型表示装置においては、各反射型偏光素子１６，１７，１８の傾きを光軸に対して４５°としたとき、装置構成を最小とすることができるが、この場合には、収差の発生が大きく、スクリーンに投射された表示画像の解像度が著しく低下してしまう。そこで、この投射型表示装置においては、光学素子２１ａ，２１ｂにより、収差の補正を行っている。

なお、１ｍｍ程度の厚さの平板型である反射型偏光素子１６，１７，１８が光軸に対して４５°傾斜されて設置されているとき、この反射型偏光素子１６，１７，１８において発生する収差の補正は、１枚のシリンドリカルレンズ及びウェッジプリズムによっては充分に補正することができない虞れがある。そこで、この実施の形態においては、２枚のシリンドリカルレンズ及びウェッジプリズムがそれぞれ一体的に構成された光学素子２１ａ，２１ｂにより、良好な収差補正を実現している。

図９は、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。

図１０は、本発明に係る投射型表示装置の第２の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

〔第３の実施の形態〕
図１１は、本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す側面図である。

本発明に係る投射型表示装置は、図１１に示すように、前述の第２の実施の形態における光学素子２１ａ，２１ｂを、シリンドリカルレンズの部分をなくしてウェッジプリズムとしたものとして構成してもよい。

この場合には、収差の補正は良好に行うことができるが、第２の実施の形態に比較して、光学素子２１ａ，２１ｂの傾きが大きくなり、装置構成が大きくなるので、投射レンズのバックフォーカスをその分大きくする必要がある。

この実施の形態においては、第２の実施の形態に比較して、偏光ビームスプリッタユニットの製造が容易である。

図１２は、本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。

図１３は、本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

〔第４の実施の形態〕
図１４は、本発明に係る投射型表示装置の第４の実施の形態における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０回りの構成を示す側面図である。

本発明に係る投射型表示装置は、図１４に示すように、前述の第２の実施の形態における光学素子２１ａ，２１ｂを、１枚のシリンドリカルレンズ及びウェッジプリズムからなる光学素子２１として構成してもよい。

図１５は、本発明に係る投射型表示装置の第４の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。

図１６は、本発明に係る投射型表示装置の第４の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

〔第５の実施の形態〕
本発明に係る投射型表示装置は、図４に示すように、前述の第１の実施の形態において、反射型偏光素子１６，１７，１８と色合成プリズム２０との間に、光軸に対して傾斜させた偏光子２２を配置して構成してもよい。

すなわち、画像表示を行う変調光が反射型偏光素子１６，１７，１８によって反射される構成においては、光軸に対して傾斜された配置された反射型偏光素子１６，１７，１８からの反射光には、不要な偏光方向の成分が約１０％程度含まれる。そのため、このような不要な偏光方向の成分を偏光子２２によって除去することが望ましい。

なお、この偏光子２２として吸収型偏光子を使うと、発熱の問題が発生するので、この偏光子としても反射型偏光素子を用いることが望ましい。このとき、この偏光子２２は、表示画像におけるゴーストやフレアの発生を避けるため、投射レンズのＦナンバーに相当する角度だけ傾けるとよい。そして、このような偏光子２２の傾きにより発生する収差は、光学素子２１によって補正する。

図１７は、本発明に係る投射型表示装置の第５の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。

図１８は、本発明に係る投射型表示装置の第５の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

上述のように、本実施の形態の偏光ビームスプリッタユニットにおいては、反射型偏光素子における発熱が少なく、また、反射型偏光素子における複屈折の影響が少ないため、酸化鉛（ＰｂＯ）を大量に含有した硝材を使用する必要がなく、さらに、反射型偏光素子が光軸に対して傾斜されていることにより発生する偏芯コマ収差や非点収差がウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズ、あるいは、ウェッジプリズムによって補正される。

したがって、本実施の形態の投射型表示装置においては、光源が発する光束の光量を増大させて充分に明るい表示画像を得ることができ、また、酸化鉛（ＰｂＯ）を大量に含有した硝材を使用する必要がないために環境問題の解決が容易となり、さらに、反射型偏光素子が光軸に対して傾斜されていることにより発生する偏芯コマ収差や非点収差がウェッジプリズム及びシリンドリカルレンズ、あるいは、ウェッジプリズムによって補正されるので、表示画像の解像度が低下することがない。

すなわち、本実施の形態によると、偏光ビームスプリッタユニットを使用した投射型表示装置において、明るく、かつ、コントラストの高い画像を表示できるようにし、また、環境問題の解決が容易となる投射型表示装置を提供することができるものである。

本発明に係る投射型表示装置の第１の実施の形態における構成を示す斜視図である。 前記投射型表示装置の第１の実施の形態における色分解プリズムの形状を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第１の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す斜視図である。 前記投射型表示装置の第１の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第１の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第１の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。 前記投射型表示装置の第２の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す斜視図である。 前記投射型表示装置の第２の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第２の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第２の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。 本発明に係る投射型表示装置の第３の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第３の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第３の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。 本発明に係る投射型表示装置の第４の実施の形態における色分解プリズム及び色合成プリズム回りの構成を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第４の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第４の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。 前記投射型表示装置の第５の実施の形態における収差補正のための光学素子における光線追跡を示す側面図である。 前記投射型表示装置の第５の実施の形態における収差補正の状態を示すスポットダイヤグラムである。

符号の説明

１ 光源
３ ロッドインテグレータ
５，６，８ リレーレンズ
７ Ｐ−Ｓ合成素子
１０ 色分解プリズム
１３，１４，１５ 偏向プリズム
１６，１７，１８ 反射型偏光素子
２０ 色合成プリズム
２１ 光学素子
２１ａ 光学素子
２１ｂ 光学素子
２４，２５，２６ 透過型光変調素子、反射型光変調素子
２９ 投射レンズ

Claims (2)

1. 光源と、
   前記光源からの光が入射され、この光を第１乃至第３の３原色光に分離させる色分解プリズムと、
   前記色分解プリズムによって分離された各原色光に対応して配置され、これら原色光を表示画像の各原色成分に応じて変調する３枚の空間光変調素子と、
   前記３枚の空間光変調素子によって変調された各原色光がそれぞれ入射される３組の偏光ビームスプリッタユニットと、
   前記３組の偏光ビームスプリッタユニットを経た原色光を合成する色合成プリズムと、
   前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、
   前記各偏光ビームスプリッタユニットは、前記空間光変調素子からの入射光の光軸に対して直交する軸回りに傾斜されて配置された反射型偏光素子と、この反射型偏光素子の反射面に入射する光束の光路上に設置され反射型偏光素子の光軸に対する傾斜の軸に平行な軸回りに光軸に対して傾斜された面を有する少なくとも１枚のウェッジプリズムとを備えていること
   を特徴とする投射型表示装置。
2. 前記各偏光ビームスプリッタユニットは、前記反射型偏光素子の反射面に入射する光束の光路上に設置され反射型偏光素子の光軸に対して所定の角度を設けて配置された少なくとも１枚のシリンドリカルレンズを備えていることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。

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