JP2007212759A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 黒表示時の画像のコントラストを向上させることが可能な画像表示装置を提供する。
【解決手段】 画像表示装置は、画像表示素子１０と、光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系１００とを有する画像表示装置であって、前記照明光学系が、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタ３を含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の画像表示装置に関し、特に高圧水銀ランプ等の光源から発する赤外線を遮るフィルター（ＩＲフィルター）を有する画像表示装置に関する。

近年、液晶パネル等のような、偏光を使って画像変調（画像表示）を行う画像変調素子（画像表示素子）を使って、画像を表示する画像表示装置（液晶プロジェクタ等）が多く存在している。

このような画像表示装置においては、画像のコントラストを向上させるために偏光板を用いることが多い（特許文献１）。

この特許文献１においては、Ｂ（青）とＲ（赤）の光の共通光路上に、「Ｂ−Ｒ光専用偏光板」が配置されており、それによってコントラストの向上を図っている。
特開２００１−１５４１５２号公報（図１の符号１４）

しかしながら、ＢとＲとは波長帯域が離れており、ＢとＲの両者に対して良好な特性を持つ偏光板はなかなか存在しない。特にＲ波長に対して特性が劣化してしまう偏光板が多く、黒を表示しても赤っぽい黒になってしまい、コントラストが低下していた。

そこで、本発明は、より正確な黒を表示できるような画像表示装置を提供することを目的の一つとしている。

本発明の一側面としての画像表示装置は、少なくとも１つの画像表示素子と、光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、前記照明光学系が、カット波長が６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であるＩＲカットフィルタを含んでいることを特徴としている。

また、本発明の別の側面の画像表示装置は、少なくとも１つの画像表示素子と、光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、前記照明光学系が、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタを含んでいることを特徴としている。

また、本発明の別の側面の画像表示装置は、少なくとも１つの画像表示素子と、光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、前記照明光学系が、６３５ｎｍの光の透過率が６８０ｎｍの光の透過率よりも３０％以上高くなるようなフィルタを含んでいることを特徴としている。

本発明によれば、黒表示時に、より引き締まった黒を表示することができ、画像のコントラストを向上させることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１に本発明第１実施例を示す。

光源（ランプの発光部）１から全方向に射出した光束は放物面リフレクタ２によって略平行光となって射出される。この平行光束は、ＩＲカットフィルタ（赤外光カットフィルタ）３に入射し、第１のレンズアレイ４によって複数の部分光束に分割され、その各々の部分光束が集光される。各々の分割光束は第２のレンズアレイ５近傍に集光され、各々の部分光束が各々光源像（２次光源像）を形成する。第２のレンズアレイ５を射出した分割光束は、コンデンサーレンズ６によって集光され、反射型液晶パネル１０を重畳的に照明する。ＩＲカットフィルタとは、特開２００５−０９４２７２号公報（図１の符号１１５）、特開２００５−１３４６４３号公報（図１の符号１１５）等でも使われているように、赤外光をカットするためのフィルタである。本実施例においては、７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長領域の光を５０％以上（好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上）遮光（吸収又は反射）するフィルタのことを言う。

以上のＩＲカットフィルタ３、第１のレンズアレイ４、第２のレンズアレイ５、コンデンサーレンズ６等により、照明光学系１００が構成される。ここで、第１のレンズアレイ、第２のレンズアレイは、微小レンズを２次元的に配置した所謂フライアイレンズでも良いし、長細いレンズを１次元的に配置した所謂シリンドリカルレンズでも良い。

図１中のダイクロイックミラー（第１色分解部材）７は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を反射し、緑（Ｇ）の色光を透過するダイクロイックミラーであり、８は透明基板に偏光素子を貼着したＧ用の入射側偏光板Ｇであり、Ｓ偏光光のみを透過する。９はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。

１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。１２は透明基板に偏光素子を貼着した図２のような特性を示す入射側偏光板であり、主にＳ偏光光を透過する。１３はＢの色光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの色光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板である。１４はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。１５はＲの色光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの色光の偏光方向は変換しない第２の色選択性位相差板である。

１６は出射側偏光板（偏光素子）であり、Ｓ偏光のみを透過する。１７はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第３の偏光ビームスプリッター（色合成手段）であり、偏光分離面を有する。

以上のダイクロイックミラー７から第３の偏光ビームスプリッター１７により、色分解合成光学系２００が構成される。

１８は投射レンズ光学系であり、上記照明光学系，色分解合成光学系および投射レンズ光学系（投射光学系）により画像表示光学系が構成される。

次に、照明光学系を通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー７を透過したＧの色光は入射側偏光板Ｇ８に入射する。そしてＧの色光は、入射側偏光板Ｇ８から出射した後、第１の偏光ビームスプリッター９に対してＳ偏光として入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇにおいては、Ｇの色光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面を透過し、投射光として第３の偏光ビームスプリッター１７に向かう。このとき、すべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター９とＧ用の反射型液晶表示素子１０Ｇとの間に設けられた１／４波長板１１Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。この調整により、第１の偏光ビームスプリッター９とＧ用の反射型液晶表示素子１０Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができ、コントラスト低下を抑制することができる。第１の偏光ビームスプリッター９から出射したＧの色光は、第３の偏光ビームスプリッター１７に対してＰ偏光として入射し、第３の偏光ビームスプリッター１７の偏光分離面を透過して投射レンズ１８へと至る。

一方、ダイクロイックミラー７を反射したＲとＢの色光は、入射側偏光板１２に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板１２から出射した後、第１の色選択性位相差板１３に入射する。第１の色選択性位相差板１３は、Ｂの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの色光はＰ偏光として、Ｒの色光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過して投射光として第２の色選択性位相板１５に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂに入射したＢの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射して投射光として第２の色選択性位相板１５に向かう。

このとき、第２の偏光ビームスプリッター１４とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｂの間に設けられた１／４波長板１１Ｒ，１１Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。

このようにしてＲの画像光とＢの画像光とが１つの光束に合成される。この第２の偏光ビームスプリッター１４から出射したＲの画像光は、第２の色選択性位相板１５によって偏光方向が９０度回転されてＳ偏光成分となり、さらに出射側偏光板１６で検光されて第３の偏光ビームスプリッター１７に入射する。また、Ｂの色光はＳ偏光のまま第２の色選択性位相板１５をそのまま透過し、さらに出射側偏光板１６で検光されて第３の偏光ビームスプリッター１７に入射する。尚、出射側偏光板１６で検光されることにより、ＲとＢの投射光は第２の偏光ビームスプリッター１４とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｂ、１／４波長板１１Ｒ、１１Ｂを通ることによって生じた無効な成分をカットされた光となる。

そして、第３の偏光ビームスプリッター１７に入射したＲとＢの投射光は第３の偏光ビームスプリッター１７の偏光分離面を反射し、前述した該偏光分離面にて反射したＧの色光と合成されて投射レンズ１８に至る。

そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ１８によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。

以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。

まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー７を透過したＧの色光のＳ偏光光は入射側偏光板８に入射し、その後、第１の偏光ビームスプリッター９に入射して偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１０Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子１０Ｇが黒表示の為、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子１０Ｇで反射された後もＧの色光はＳ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射し、入射側偏光板８を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。

ダイクロイックミラー７を反射したＲとＢの色光のＳ偏光光は、入射側偏光板１２に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板１２から出射した後、第１の色選択性位相差板１３に入射する。第１の色選択性位相差板１３は、Ｂの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光として、Ｒの光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター１４に入射したＢの光は、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子１０Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子１０Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面で反射し、入射側偏光板１２を通過して光源側に戻され、投射光から除去される為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子１０Ｂに入射したＢの色光はＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。このように黒表示時においては、Ｂの色光はＰ偏光光のまま再び第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面に入射する。そのＢ光はＰ偏光であるため、この第２の偏光ビームスプリッター１４を透過し、第１の色選択性位相差板１３によりＳ偏光に変換され、入射側偏光板１２を透過して光源側に戻されることにより、投射光から除去される（投射光学系に対して遮光される）。

以上が、反射型液晶表示素子（反射型液晶パネル）を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。

ここで行った白、黒表示の説明は、偏光ビームスプリッタ−での透過はＰ偏光１００に対しＳ偏光は０、反射はＳ偏光１００に対しＰ偏光は０や色選択性位相差板はある波長領域では１００％偏光方向を９０度回転するといった理想状態での場合である。実際は、例えば変更ビームスプリッタでの反射はＳ偏光１００に対しＰ偏光は１といった値になり、黒表示時での照度が０になることはなく、白の照度に対し３０００分の１以上５００分の１以下程度の照度はある。

ここでＩＲカットフィルタ３の分光特性を図３に、入射側偏光板１２の分光特性を図２に示す。入射側偏光板１２はＲとＢの光が通過するため、可視光の全波長域に対応した広帯域の偏光板を用いることが考えられるが、透過軸に平行な偏光光の透過率が８０％程度と良くないため、Ｒ、Ｂの白表示での光量が低くなり、緑っぽい白になるという問題が発生する。そのため本実施例では入射側偏光板１２は透過軸に平行な偏光光の透過率の良い、Ｇの波長帯を主に作られた図２の特性を示す偏光板を用いている。この偏光板は透過軸に平行な偏光光の透過率が可視光の全波長域にわたって良いが、６３０ｎｍ以上の長波長では透過軸に垂直な偏光光の透過率が上がり検光性能が良くない。このため本来偏光板で透過してくるＳ偏光光に加え、６３０ｎｍ以上のＰ偏光光も透過してしまう。６３０ｎｍ以上のＰ偏光光は、第１の色選択性位相差板１３ではＰ偏光光のまま透過し、第２の偏光ビームスプリッター１４の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂへと至る。このＢ用の反射型液晶表示素子１０Ｂは黒表示時は偏光方向を変化させずにＰ偏光光のまま反射するはずであるが、１／４波長板１１ＢはＢの色光に最適に調整されているため、６３０ｎｍ以上の光はＰ偏光以外の状態で出射してしまう。その結果、黒表示であるにもかかわらず、６３０ｎｍ以上の波長の光が漏れ光としてスクリーン等の被投射面に投影されてしまい、赤っぽい黒が表示されてしまう。この問題を解決するために図２のような分光特性を示すＩＲカットフィルタも用いれば、投影光に長波長側の光が存在しなくなるため黒が赤っぽくならない。

透過率が５０％となる波長をカット波長と称するとき、図３においては、そのカット波長を６６０ｎｍに設定しているがその限りでは無い。そのカット波長は６８０ｎｍ未満であればある程度の効果は得られる。より好ましくは、そのカット波長が６７０ｎｍ未満であり、さらに６３０ｎｍより長いことが望ましい。ここで、このカット波長を６３０ｎｍより短波長側に設定するとＲ光の色純度が落ちたり、またＲ光の光量が落ちるためホワイトバランスが崩れたりするといった問題が発生してしまうため好ましくない。

別の言い方をすれば、このＩＲカットフィルタは、６７０ｎｍから７００ｎｍの波長領域（可視光領域）の光を５０％（より好ましくは７０％、さらに好ましくは８０％）以上遮断することが好ましい。さらに別の言い方をすれば、ＩＲカットフィルタの６３５ｎｍの光に対する透過率が、６８０ｎｍの光に対する透過率よりも３０％以上（好ましくは５０％以上）高い。さらに、６３５ｎｍの光に対する透過率が７００ｎｍの光に対する透過率よりも３０％以上（好ましくは５０％以上）高く、さらに言えば７２０ｎｍの光に対する透過率よりも３０％以上（好ましくは５０％以上）高くなるように構成すれば良い。

また、このＩＲカットフィルタ３は、本実施例においては、光源と第１レンズアレイ４との間に配置されており、光源からの光が他の光学素子を介さずにＩＲカットフィルタに入射する構成となっている。このＩＲカットフィルタの配置位置はその限りではなく、前述の照明光学系内に配置すれば別の場所に配置しても構わない。言い換えると、ＩＲカットフィルタは、光源から発する白色光が色分解される前、すなわち光源と色分解光学系との間に配置すればある程度の効果が得られる。但し、照明光学系１００内に配置された偏光変換素子よりも光源側、さらに好ましくは第２レンズアレイよりも光源側に、さらに好ましくは第１レンズアレイよりも光源側に、ＩＲカットフィルタを配置すると尚好ましい。

また、プロジェクターでは、光の利用効率を上げるために偏光変換素子（偏光ビームスプリッターアレイ）をレンズアレイの近傍に配置する場合がある。本実施例には、図示されていないが、第２レンズアレイ５のコンデンサーレンズ６側に配置するのが一般的で、この偏光変換素子で偏光方向をそろえるが、この素子も例えばＳ偏光１００に対しＰ偏光０という理想状態にはならない。また光路の途中でダイクロイックミラーなどを介するため、実際にはＳ偏光１００に対しＰ偏光５〜１０くらいは存在するので、本発明のＩＲカットフィルタを配置することで同様の効果が得られる。

色分離合成光学系は本発明第１実施例の構成に限らない。別構成の色分離合成光学系を用いた実施例を本発明第２実施例として図４に示す。照明光学系は第１実施例と同じであるため説明は省略する。

光源（ランプの発光部）１から全方向に射出した光束は放物面リフレクタ２によって略平行光となって射出され、照明光学系１００によって反射型液晶表示素子３９に導かれる。

図４中のダイクロイックミラー３７は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の色光を反射し、緑（Ｇ）の色光を透過するダイクロイックミラーである。３８はＰ偏光光を透過し、Ｓ偏光光を反射する第１の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。

３９Ｒ，３９Ｇ，３９Ｂはそれぞれ入射した光を反射するとともに画像変調する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子、青用の反射型液晶表示素子である。４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板、青用の１／４波長板である。４４はＳ偏光を透過するＧ用の出射側偏光板Ｇである。

４１は透明基板に偏光素子を貼着した図５のような特性を示す入射側偏光板であり、主にＰ偏光光を透過する。４２はＲの光の偏光方向を９０度変換し、Ｂの光の偏光方向は変換しない色選択性位相差板Ａである。４３はＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する第２の偏光ビームスプリッターであり、偏光分離面を有する。

４５はＢ用の出射側偏光板であり、図６のような特性をもっている。Ｂの色光はＳ偏光のみを透過し、赤の色光は偏光方向に関係なく透過する。合成プリズム４６は図７のような特性も持っており、Ｂ、Ｇの色光ではダイクロイックミラー、Ｒの色光ではＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッターの特性をもつプリズムである。

以上のダイクロイックミラー３７から合成プリズム４６により、色分解合成光学系３００が構成される。

４７は投射レンズ光学系であり、上記照明光学系，色分解合成光学系および投射レンズ光学系により画像表示光学系が構成される。

次に、照明光学系を通過した後の光学的な作用を説明する。まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー３７を透過したＧの色光は第１の偏光ビームスプリッター３８に入射して偏光分離面でＰ偏光の光が透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子３９Ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子３９Ｇにおいては、Ｇの光が画像変調されて反射される。画像変調されたＧの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面を透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＧの反射光のうちＳ偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター９の偏光分離面で反射、Ｓ偏光を透過する出側偏光板Ｇ４４を透過し、投射光として合成プリズム４６に向かう。このとき、すべての偏光成分をＰ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッター３８とＧ用の反射型液晶表示素子３９Ｇとの間に設けられた１／４波長板４０Ｇの遅相軸を所定の方向に調整する。この調整により、第１の偏光ビームスプリッター３８とＧ用の反射型液晶表示素子３９Ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えることができ、コントラストを向上させることができる。第１の偏光ビームスプリッター３８から出射したＧの色光は、出側偏光板Ｇ４４を透過し、合成プリズム４６で反射して投射レンズ４７へと至る。

一方、ダイクロイックミラー３７を反射したＲとＢの色光は、図５の特性を持つ、主にＰ偏光光を透過する入射側偏光板４１に入射する。そしてＲとＢの光は、入射側偏光板４１から出射した後、色選択性位相差板Ａ４２に入射する。色選択性位相差板Ａ４２は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＰ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子３９Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子３９Ｂへと至る。

Ｒ用の反射型液晶表示素子３９Ｒに入射したＲの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＲの反射光のうちＳ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面で反射されて光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＲの反射光のうちＰ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面を透過して投射光として出側偏光板４５に向かう。

また、Ｂ用の反射型液晶表示素子３９Ｂに入射したＢの色光は画像変調されて反射される。画像変調されたＢの反射光のうちＰ偏光成分は、再び第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面を透過して光源側に戻され、投射光から除去される。一方、画像変調されたＢの反射光のうちＳ偏光成分は第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面で反射して投射光として出側偏光板４５に向かう。

このとき、第２の偏光ビームスプリッター４３とＲ用，Ｂ用の反射型液晶表示素子３９Ｒ，３９Ｂの間に設けられた１／４波長板４０Ｒ，４０Ｂの遅相軸を調整することにより、Ｇの場合と同じようにＲ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行うことができる。

こうして１つの光束に合成され、第２の偏光ビームスプリッター４３から出射したＲとＢの色光は、Ｒの色光はＰ偏光、Ｂの色光はＳ偏光で出側偏光板４５、合成プリズム４６に入射する。

そして、ＲとＢの投射光は合成プリズム４６を透過し、Ｇの色光と合成されて投射レンズ４７に至る。

そして、合成されたＲ，Ｇ，Ｂの投射光は、投射レンズ４７によってスクリーンなどの被投射面に拡大投影される。

以上説明した光路は反射型液晶表示素子が白表示の場合である為、以下に反射型液晶表示素子が黒表示の場合での光路を説明する。

まず、Ｇの光路について説明する。

ダイクロイックミラー３７を透過したＧの色光のＰ偏光光は第１の偏光ビームスプリッター３８に入射して偏光分離面で透過し、Ｇ用の反射型液晶表示素子３９Ｇへと至る。しかし、反射型液晶表示素子３９Ｇが黒表示の為、Ｇの色光は画像変調されないまま反射される。従って、反射型液晶表示素子３９Ｇで反射された後もＧの色光はＰ偏光光のままである為、再び第１の偏光ビームスプリッター３８の偏光分離面で透過し、光源側に戻され、投射光から除去される。

次に、ＲとＢの光路について説明する。

ダイクロイックミラー３７を反射したＲとＢの色光は、図５のような特性で主にＰ偏光光を透過する入射側偏光板４１に入射する。そしてＲとＢの色光は、入射側偏光板４１から出射した後、色選択性位相差板Ａ４２に入射する。色選択性位相差板Ａ４２は、Ｒの色光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＲの色光はＳ偏光として、Ｂの色光はＳ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射する。Ｓ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射したＲの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面で反射され、Ｒ用の反射型液晶表示素子３９Ｒへと至る。また、Ｐ偏光として第２の偏光ビームスプリッター４３に入射したＢの色光は、第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子３９Ｂへと至る。ここでＲ用の反射型液晶表示素子３９Ｒは黒表示の為、Ｒ用の反射型液晶表示素子３９Ｒに入射したＲの色光は画像変調されないまま反射される。従って、Ｒ用の反射型液晶表示素子３９Ｒで反射された後もＲの色光はＳ偏光光のままである為、再び光源側に戻されることにより投射光から除去される（投射光学系に対して遮光される）為、黒表示となる。一方、Ｂ用の反射型液晶表示素子３９Ｂに入射したＢの色光はＢ用の反射型液晶表示素子３９Ｂが黒表示の為、画像変調されないまま反射される。従って、Ｂ用の反射型液晶表示素子３９Ｂで反射された後もＢの色光はＰ偏光光のままである為、再び第２の偏光ビームスプリッター４３の偏光分離面を透過し、入射側偏光板４１を透過して光源側に戻されて投射光から除去される。

以上が、反射型液晶表示素子（反射型液晶パネル）を使用した投射型画像表示装置での光学構成である。

ここでＩＲカットフィルタ３の分光特性を図３に、入射側偏光板４１の分光特性を図５に示す。第１実施例と同様に入射側偏光板４１は透過軸に平行な偏光光の透過率の良い、Ｇの波長帯を主に作られた図５の特性を示す偏光板を用いている。本実施例でも第１実施例と同様、図３の分光特性を示すＩＲカットフィルタも用いることで長波長側の光をカットし、黒が赤っぽくならないようにしている。

第１、第２実施例ともＩＲカットフィルタをリフレクタ２の直後に配置しているが、それに限定されることはない。長波長側の光が投影されなければ良いので、照明光学系に限定されることなく、色分離合成光学系、投射レンズ光学系に配置しても同様の効果が得られる。

色分離合成光学系は第１、第２実施例の構成に限定されることはなく、画像表示素子より光源側にＲとＢの両方の色光が入射する偏光板がある構成であれば同様の効果が得られる。

以上に記載した本実施例について以下のことが言える。本実施例の第１の画像表示装置は、少なくとも１つの画像表示素子と、光源からの光で画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、前記照明光学系が、カット波長が６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であるフィルタを含んでいる。本実施例の第２の画像表示装置においては、前記照明光学系が、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタを含んでいる。本実施例の第３の画像表示装置においては、前記照明光学系が、６３５ｎｍの光の透過率が６８０ｎｍの光の透過率よりも３０％以上高くなるようなフィルタを含んでいる。尚、ここで、フィルタは、赤外光も遮光するＩＲカットフィルタであることが望ましい。

本実施例の第４の画像表示装置は、画像信号に応じて青、緑、赤色光を変調する青、緑、赤色用の画像表示素子と、光源からの光でその３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、それら前記３つの画像表示素子からの画像光を投射する投射光学系を含んでいる。さらに、前記照明光学系からの光を青色光、緑色光、赤色光に分解すると共に前記３つの画像表示素子に導き、前記３つの画像表示素子からの画像光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成系とを有している。その上で、カット波長が６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であるフィルタを含んでいる点が特徴である。本実施例の第５の画像表示装置は、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタを含んでいる。本実施例の第６の画像表示装置は、６３５ｎｍの光の透過率が６８０ｎｍの光の透過率よりも３０％以上高くなるようなフィルタを含んでいる。ここで、前記色分解合成系は、以下の５つの光学素子を含んでいる。１つ目の光学素子は、前記照明光学系からの光を、前記青色光と前記赤色光との合成光束と、前記緑色光とに分割する第１色分解部材であり、２つ目の光学素子は、前記緑色光を前記緑色用の画像表示素子に導く第１偏光ビームスプリッタである。３つ目の光学素子は、前記青色光と前記赤色光との前記合成光束の光路中に配置され、前記青色光、赤色光のうちいずれか一方の色光の偏波面を９０度回転させ、他方の偏波面を変化させない波長選択性位相差板である。４つ目の光学素子は、前記波長選択性位相差板を介した前記合成光束のうち前記青色光を前記青色用の画像表示素子に、前記赤色光を前記赤色用の画像表示素子に導く第２偏光ビームスプリッタである。５つ目の光学素子は、前記第１偏光ビームスプリッタからの緑色光と、前記第２偏光ビームスプリッタからの赤色光と青色光と、を合成する色合成素子である。

本発明の第１実施例 入射側偏光板１２の特性 ＩＲカットフィルタ３の特性 本発明の第２実施例 入射側偏光板４１の特性 出側側偏光板４５の特性 合成プリズム４６の特性

符号の説明

１ 光源
２ リフレクタ
３ ＩＲカットフィルタ
４ 第１のレンズアレイ
５ 第２のレンズアレイ
６ コンデンサーレンズ
７、３７ ダイクロイックミラー
８ 入射側偏光板Ｇ
９、３８ 第１の偏光ビームスプリッター
１０、３９ 画像表示素子
１１、４０ １／４波長板
１２、４１ 入射側偏光板
１３、１５ 色選択性位相差板
４２ 色選択性位相差板Ａ
１４、４３ 第２の偏光ビームスプリッタ−
１６ 出射側偏光板
１７ 第３の偏光ビームスプリッター
４４ 出射側偏光板Ｇ
４５ 出射側偏光板
４６ 合成プリズム
１８、４７ 投射レンズ光学系
１００ 照明光学系
２００、３００ 色分解合成光学系

Claims (11)

1. 少なくとも１つの画像表示素子と、
   光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記照明光学系が、
   カット波長が６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であるＩＲカットフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
2. 少なくとも１つの画像表示素子と、
   光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記照明光学系が、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
3. 少なくとも１つの画像表示素子と、
   光源からの光を用いて前記画像表示素子を照明する照明光学系とを有する画像表示装置であって、
   前記照明光学系が、６３５ｎｍの光の透過率が６８０ｎｍの光の透過率よりも３０％以上高くなるようなフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
4. 前記照明光学系は、
   前記フィルタを介した光を複数の部分光束に分割するレンズアレイと、
   前記複数の部分光束各々の偏光方向を揃える偏光変換素子と、
   前記偏光変換素子から出射した複数の部分光束を前記少なくとも１つの画像表示素子上で重ねあわせるコンデンサーレンズと、
   を含んでいることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記少なくとも１つの画像表示素子は、赤、緑、青に対応する３つの画像表示素子を含んでおり、
   前記照明光学系は、前記コンデンサーレンズを介した光を赤、緑、青に対応する３色の光に色分解し、各々の色光を前記３つの画像表示素子に導く色分解光学系を含む、
   ことを特徴とする請求項４記載の画像表示装置。
6. 画像信号に応じて青色光を変調する青色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて緑色光を変調する緑色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて赤色光を変調する赤色用の画像表示素子と、
   光源からの光で前記３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、
   前記３つの画像表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、
   前記照明光学系からの光を青色光、緑色光、赤色光に分解すると共に前記３つの画像表示素子に導き、前記３つの画像表示素子からの画像光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成系とを有しており、
   ここで、カット波長が６３０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であるフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
7. 画像信号に応じて青色光を変調する青色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて緑色光を変調する緑色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて赤色光を変調する赤色用の画像表示素子と、
   光源からの光で前記３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、
   前記３つの画像表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、
   前記照明光学系からの光を青色光、緑色光、赤色光に分解すると共に前記３つの画像表示素子に導き、前記３つの画像表示素子からの画像光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成系とを有しており、
   ここで、６７０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が５０％未満となるフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
8. 画像信号に応じて青色光を変調する青色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて緑色光を変調する緑色用の画像表示素子と、
   画像信号に応じて赤色光を変調する赤色用の画像表示素子と、
   光源からの光で前記３つの画像表示素子を照明する照明光学系と、
   前記３つの画像表示素子からの画像光を投射する投射光学系と、
   前記照明光学系からの光を青色光、緑色光、赤色光に分解すると共に前記３つの画像表示素子に導き、前記３つの画像表示素子からの画像光を合成して前記投射光学系に導く色分解合成系とを有しており、
   ここで、６３５ｎｍの光の透過率が６８０ｎｍの光の透過率よりも３０％以上高くなるようなフィルタを含んでいることを特徴とする画像表示装置。
9. 前記フィルタは、前記照明光学系内部に配置されていることを特徴とする請求項６乃至８いずれかに記載の画像表示装置。
10. 前記色分解合成系は、
    前記照明光学系からの光を、前記青色光と前記赤色光との合成光束と、前記緑色光とに分割する第１色分解部材と、
    前記緑色光を前記緑色用の画像表示素子に導く第１偏光ビームスプリッタと、
    前記青色光と前記赤色光との前記合成光束の光路中に配置され、前記青色光、赤色光のうちいずれか一方の色光の偏波面を９０度回転させ、他方の偏波面を変化させない波長選択性位相差板と、
    前記波長選択性位相差板を介した前記合成光束のうち前記青色光を前記青色用の画像表示素子に、前記赤色光を前記赤色用の画像表示素子に導く第２偏光ビームスプリッタと、
    前記第１偏光ビームスプリッタからの緑色光と、前記第２偏光ビームスプリッタからの赤色光と青色光と、を合成する色合成素子と、
    を有することを特徴とする請求項６乃至９いずれかに記載の画像表示装置。
11. 前記第１色分解部材と前記第２偏光ビームスプリッタの間に偏光板を有することを特徴とする請求項１０記載の画像表示装置。

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