JP3723409B2 - 波長選択素子およびそれを用いた表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長選択素子およびそれを用いた表示装置に関し、特に、特定の波長域の光を選択的に除去するノッチフィルタおよびそれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面用の表示装置として、投影型画像表示装置（以下、「プロジェクタ」と呼ぶ。）がある。プロジェクタは、光源から出射され、画像表示素子で変調された光を投影レンズを用いて、スクリーンに拡大投影することによって表示を行う。
【０００３】
画像表示素子として透過型画像表示素子を用いる透過型プロジェクタ（図１１および図１２）と、画像表示素子として反射型画像表示素子を用いる反射型プロジェクタ（図１３および図１４）が知られている。
【０００４】
図１１に示した従来の透過型プロジェクタの構造を説明する。
【０００５】
光源１２１から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー１２２と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー１２３および全反射ミラー１２７とによって、赤、緑、青の３原色の光に分解される。各々の色光は液晶ライトバルブ（液晶表示素子）１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂを透過した後、全反射ミラー１２８と、緑色光を反射し青色光を透過するダイクロイックミラー１２４と、赤色光を反射し、緑色光および青色光を透過するダイクロイックミラー１２５とによって再び合成される。合成された光は投写レンズ１２９によりスクリーン（不図示）投影される。
【０００６】
図１２に示した、従来の他の透過型プロジェクタの構造は、基本的に図１１に示したプロジェクタと同じである。光源１３４から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー１３２と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー１３３および全反射ミラー１３６とによって、赤、緑、青の３原色の光に分解される。それぞれ、液晶ライトバルブ１３１Ｒ、１３１Ｇおよび１３１Ｂを透過した３原色の光は、クロスダイクロイックプリズム１３０によって再び合成され、合成光が投影レンズ１３５によりスクリーンに投影される。
【０００７】
次に、反射型表示素子を用いた従来のプロジェクタの構造を説明する。
【０００８】
図１３に示す反射型プロジェクタが電子ディスプレイフォーラム９７（Ｐ．３−２７〜３−３２）に開示されている。このプロジェクタは、光源１４１から出射された光をダイクロイックミラーで、赤，緑，青（以下、順にＲ，Ｇ，Ｂと呼ぶ。）の３原色の光に分離し、それぞれの光を対応する偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ。）１４２に入射させる。ＰＢＳ１４２では、入射光を偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に分離し、一方の光が対応する反射型液晶表示素子１４４に入射する。反射型液晶表示素子１４４で反射され、偏光方向が変調されたＲ，Ｇ，Ｂの光は、再度ＰＢＳ１４２に入射し、クロスダイクロイックプリズム１４３で合成された後、投影レンズ１４５でスクリーンに投影される。
【０００９】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す反射型プロジェクタが、特開平４−３３８７２１号公報に開示されている。図１４Ａおよび図１４Ｂに示したように、光源からの光をＰＢＳ１５５で２つの直線偏光に分離後、一方の光をクロスダイクロイックプリズム（図１４Ａ）やフィリップスタイププリズム（図１４Ｂ）の色分離・合成素子でＲ，Ｇ，Ｂの光に分離し、反射型液晶表示素子で反射された光を同素子で色合成した後、ＰＢＳ１５５に再度入射させ、偏光方向が変調された光のみ投影レンズ１５８に入射し、スクリーンに投影する。
【００１０】
上述した従来のプロジェクタは、いずれも３板式液晶プロジェクタと呼ばれ、光源からのＲ，Ｇ，Ｂの光を効率良く利用できるため、非常に明るい画像が実現できる。
【００１１】
これらに対して、ここでは詳細を説明しないが、１枚の液晶表示素子で、レンズとダイクロイックミラーとを組み合わせたり、カラーフィルタを用いることによって、カラー表示を実現する単板式プロジェクタも利用されている。
【００１２】
液晶表示素子を画像表示素子として用いた、従来のプロジェクタを説明したが、もちろん、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、マトリクス状に配置された微小ミラーの角度を制御する方式など、さまざまなタイプのプロジェクタがある。
【００１３】
これらのプロジェクタの光源として、一般に、可視光の全波長域に亘って連続な発光スペクトルを有するメタルハライドランプ、高圧水銀ランプやキセノンランプ等が用いられる。
【００１４】
図１５は、例えば、メタルハライドランプの発光スペクトルを示す。メタルハライドランプの発光スペクトルには、数本の輝線が含まれている。波長が約４００ｎｍ〜４８０ｎｍの間に強度のピークを持つ光は青色光として利用される。また、波長が約４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの間に強度のピークを持つ光は緑色光として利用され、波長が約６２０ｎｍ〜７００ｎｍの間に強度のピークを持つ光は赤色光として利用される。
【００１５】
一方、波長５８０ｎｍ付近にエネルギーピークを持つ光は、黄色光または燈色光であり、プロジェクタで投影する投影画像の色再現に悪影響を及ぼす。具体的には、この光が赤色光と共に赤用液晶表示素子に入射し、スクリーンに投影されると、本来赤色であるべき投影画像がオレンジ色になってしまう。また、この光が緑色光と共に緑色用液晶表示素子に入射しスクリーンに投影されると、本来緑色であるべき投影画像が黄緑色になってしまう。このため、プロジェクタで投影する投影画像の色再現性（色純度）を重視する場合は、光源から発光される光のうち、波長５８０ｎｍ付近にエネルギーのピークを持つ光を除去しなければならない。
【００１６】
ある波長付近の光だけを除去する光学素子（波長選択素子）はノッチフィルタと呼ばれ、例えば、特開平１１−２４９０９８号公報に、ノッチフィルタを用いたプロジェクタが開示されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のノッチフィルタは、一般的に、薄膜多層蒸着技術により形成された誘電体多層膜であり、例えば、図１６に示すような分光透過率特性を有している。
【００１８】
この誘電体多層膜を用いて、任意の波長域の光だけをカットしようとした場合、現実的な層数の誘電体多層膜の分光透過率特性は、カット波長域において急峻でなく、なだらかなになってしまう。そのために、カットするべき波長域を完全にカットしょうとすれば、何枚かのフィルタを重ね合せる必要があり、そうすることにより、必要な波長域の光も犠牲になり、投影画像が暗くなってしまう。
【００１９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来のノッチフィルタよりも性能の良い波長選択素子を提供すること、および、そのような波長選択素子を用いた、明るく色再現性に優れた表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長選択素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置され、それぞれが、特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する一対の偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２１】
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能することが好ましい。
【００２２】
前記一対の偏光選択素子のそれぞれが、選択的に透過または反射する光の偏光軸が、互いに略平行になるように配置されている構成としてもよい。
【００２３】
本発明による他の波長選択素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置された、反射素子および特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２４】
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／４板として機能することが好ましい。
【００２５】
本発明の表示装置は、上記のいずれかの波長選択素子を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２６】
本発明の他の表示装置は、光源と、前記光源から出射された光の特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、前記偏光選択素子によって選択された偏光を変調する表示素子と、前記表示素子によって変調された偏光を投影する投影光学素子とを有し、前記偏光選択素子の光出射側に、複数の偏光規制素子と、さらなる偏光選択素子とをこの順に備え、前記複数の偏光規制素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含み、そのことによって上記目的が達成される。
【００２７】
前記第１波長域と前記第２波長域とは一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能することが好ましい。
【００２８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２９】
本発明の波長選択素子が有する第１偏光規制素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させ、第２偏光規制素子は第２波長域の光の偏光状態を変化させる。第１波長域と第２波長域とは互いに異なるので、第１および第２偏光規制素子を透過した光の偏光状態は、その波長域によって異なる。例えば、第１波長域および第２波長域のいずれにも含まれない波長域の光と、第１波長域や第２波長域の光とは偏光状態が異なる。さらに、第１波長域と第２波長域とが重なる波長域の光の偏光状態は、前述のいずれの波長域の光の偏光状態とも異なる。第１および第２偏光規制素子は、一対の偏光選択素子（例えば、偏光板）の間に設けられているので、第１および第２偏光規制素子によって、異なる偏光状態とされた種々の波長域の光の内、特定の偏光状態にある波長域の光だけが、波長選択素子を通過することができる。すなわち、波長域による偏光状態の違いが透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【００３０】
勿論、偏光規制素子の枚数には、制限はなく、必要に応じて、第３波長域の光の偏光状態を変化させる第３偏光規制素子等を設けてもよい。３枚以上の偏光規制素子を設けた場合、それぞれの偏光規制素子の作用する波長域が、それぞれの共通波長域と、それ以外の波長域とで、偏光状態が異なるので、第２偏光規制素子によってその偏光状態の違いを透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【００３１】
偏光規制素子の分光特性（偏光状態を異ならせる波長域の境界域の分光特性）は、誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性よりも急峻であるので、本発明の波長選択素子の分光透過率特性は、従来のノッチフィルタよりも優れる。本発明の波長選択素子の偏光規制素子としては、例えば、ＳＩＤ’９９，Ｖｏ１．３０，ｐ１０７２に発表されている位相差板積層技術を用いた素子（「多層位相差層素子」と呼ぶ。）やコレステリック液晶を用いた素子を用いることができる。
【００３２】
第１波長域と第２波長域とが互いに少なくとも一部が重なるように設定し、第１および第２偏光規制素子として、第１波長域および第２波長域の光に対してそれぞれがλ／２板として機能する構成を採用すると、２枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、２枚のλ／２板を透過することになり、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（２つの波長域が重ならない波長域）の光は、１枚のλ／２板を透過することになり、２枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ／２板を透過しないのと同等になる。従って、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（すなわち、第１波長域と第２波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域）の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転することになり、より性能の良いノッチフィルタが得られる。
【００３３】
一対の偏光選択素子の透過または反射される光の偏光軸を略平行に配置することによって、前記偏光規制素子が作用しない波長域の光はほぼ透過するので、より明るく、性能の良いノッチフィルタが得られる。
【００３４】
上述の波長選択素子は、透過型ノッチフィルタであるのに対し、第１および第２偏光規制素子を、偏光選択素子と反射素子（例えば反射鏡）との間に配置することによって、反射型のノッチフィルタを得ることができる。
【００３５】
反射型ノッチフィルタにおいて、第１波長域と第２波長域とが互いに一部が重なるように設定し、第１および第２偏光規制素子として、第１波長域および第２波長域の光に対してそれぞれがλ／４板として機能する構成を採用すると、入射光は反射素子で反射されるので、２枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、４枚のλ／４板（２枚のλ／２板）を透過することになり、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（２つの波長域が重ならない波長域）の光は、２枚のλ／４板（１枚のλ／２板）を透過することになり、２枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ／４板を透過しないのと同等になる。従って、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（すなわち、第１波長域と第２波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域）の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転されて戻ってくるので、偏光選択素子を透過することができず、より性能の良い反射型ノッチフィルタが得られる。
【００３６】
上述の波長選択素子を用いることによって、光源の光のうち色純度を低下させる波長域の光を従来の誘電体多層膜を用いたノッチフィルタよりも効率良く除去できるので、従来よりも色再現性の良い画像表示装置が得られる。なお、本発明による波長選択素子（ノッチフィルタ）は、プロジェクタに好適に用いられるが、直視型の画像表示装置にも用いることができるのは言うまでもない。
【００３７】
例えば、液晶プロジェクタのような偏光を利用して表示を行う投影型表示装置は、本質的に偏光選択素子を備えるので、本発明による波長選択素子が備える偏光選択素子の一方を共用（省略）することができる。このような構成を採用すると、偏光選択素子の枚数を減らすことができるので、色純度の向上に加えて、光の利用効率が上昇し、明るい投影表示が可能となる。
【００３８】
【発明の実施形態】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の波長選択素子（ノッチフィルタ）１の模式図を示す。ノッチフィルタ１は、第１偏光規制素子１２および第２偏光規制素子１３と、これらを挟持するように設けられた一対の偏光板１１および１４を備えている。偏光板１１および１４は、透過する光の偏光軸が共に紙面に対して垂直となるように配置されている（平行ニコル）。偏光選択素子としては、偏光板（偏光フィルムを含む）以外に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）やＤＢＥＦ（住友３Ｍ社製、偏光選択反射素子）等の反射型偏光素子などを用いることができる。
【００４０】
偏光規制素子１２および１３としては、上述の多層位相差層素子が用いられる。多層位相差層素子は、カラーリンク社より、商品名「カラーセレクト」で市販されており、実施形態１のノッチフィルタ１は、カラーセレクト１２および１３を有している。
【００４１】
カラーセレクト１２および１３は、特定の波長域の光に対して選択的にλ／２板として機能する。カラーセレクト１２および１３をそれぞれ平行ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図２に示す。図２中の曲線２１はカラーセレクト１２の分光透過率を示し、曲線２２はカラーセレクト１３の分光透過率を示している。また、カラーセレクト１２および１３をそれぞれ直交ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図３に示す。図３中の曲線３１はカラーセレクト１２の分光透過率を示し、曲線３２はカラーセレクト１３の分光透過率を示している。図２および図３から分かるように、カラーセレクト１２は、波長域２３の光の偏光方向を９０°回転し、カラーセレクト１３は、波長域２４の光の偏光方向を９０°回転する。なお、波長域は、相対透過率が５０％となる波長を基準とすることにする。
【００４２】
従って、上述の分光特性を有するカラーセレクト１２および１３が平行ニコルの配置された偏光板１１および１４の間に設けられたノッチフィルタ１は、以下のように機能する。
【００４３】
偏光板１１を透過した直線偏光は、カラーセレクト１２を透過することにより、波長域２３の光の偏光方向だけが９０°回転する。さらに、カラーセレクト１３を透過することにより、波長域２４の光の偏光方向だけがさらに９０°偏光方向が回転する。波長域２４の一部は、波長域２３と完全に重なっているので、波長域２３の光は、カラーセレクト１３によってさらに９０°偏光方向が回転され、偏光板１１を透過した直線偏光と同じ偏光方向となる。従って、カラーセレクト１２および１３を透過することにより、波長域２５の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転した状態となる。この光が偏光板１１と偏光板１４と平行ニコル状態に配置された偏光板１４に入射すると、偏光方向が９０°回転された波長域２５の光だけが偏光板１４によって吸収される。従って、図４に示したような分光透過率特性を有する波長選択素子（ノッチフィルタ）１が得られる。
【００４４】
図４に示した本実施形態のノッチフィルタ１の分光透過率特性と、図１６に示した従来の誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性とを比較すれば明らかなように、本実施形態のノッチフィルタ１の分光透過率特性は非常に急峻である。これは、図２および図３に示したように、偏光規制素子１２および１３が急峻な分光特性を有しているからである。このように、急峻な分光特性を有する偏光規制素子を用い、それらの分光特性（波長域）をうまく組み合わせることにより、急峻な分光透過率特性を有するノッチフィルタ１を得ることができる。勿論、カラーセレクト１２および１３の配置を逆にしてもかまわない。
【００４５】
なお、本発明による実施形態の波長選択素子は、種々のノッチフィルタを構成することができる。例えば、２つの偏光選択素子の透過軸（「偏光軸」とも言う。）を直交ニコルに配置すると、上記ノッチフィルタ１によってカットされていた波長域の光だけを選択的に透過するノッチフィルタを構成することができる。また、一対の偏光選択素子の透過軸の相対配置を変化させることにより、分光透過率のダイナミックレンジおよび透過率の値を変化させることができる。
【００４６】
また、偏光規制素子の位相差（リタデーションと等価；上記の例のλ／２に対応）を変化させることにより、カットする光の光量（透過率）を調整することができる。さらに、偏光規制素子が作用する光の波長域を変化させることにより、カットする光の波長域を変更することができる。例えば、上述のカラーセレクトのような、多層位相差層素子を用いると、位相差を自由に設計できる。
【００４７】
次に、本実施形態のプロジェクタの構造を説明する。
【００４８】
図５に示した本実施形態のプロジェクタは、従来のダイクロイックプリズム方式のプロジェクタプロジェクタに、さらに上述したノッチフィルタ１を備える。
【００４９】
白色光源６４から出射された白色光は、ダイクロイックミラー６２によって、例えば、青とイエロー（赤＋緑）の２色に分離される。Ｂ光は、全反射ミラー６６を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子６１Ｂに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー６３によって、さらにＲ光とＧ光に分離され、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子６１Ｒおよび６１Ｇにそれぞれ入射する。
【００５０】
各液晶表示素子６１Ｒ、６１Ｇおよび６１Ｂに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調を受け、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する。クロスダイクロイックプリズム６０は、それぞれの液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｇおよび６１Ｂから出射された色光を合成し、合成された色光は、投影レンズ６５によってスクリーン（不図示）上に投影される。
【００５１】
本プロジェクタでは、図５に示したように、ダイクロイックミラー６２の反射光の光路上に配置されたノッチフィルタ１によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【００５２】
もちろん、カットしたい波長域の光が含まれる光路上であれば何処に配置してもかまわない。また、本実施形態のノッチフィルタ１を透過した光は直線偏光なので、ノッチフィルタ１を配置する光路上の光の偏光状態に応じて、ノッチフィルタ１の光学軸（遅相軸）の配置角度を調整することにより、ノッチフィルタ１の透過光全体の光量の調節も可能である。
【００５３】
本実施形態では、図１に示したように、２枚の偏光規制素子と２枚の偏光選択素子とを一体化したノッチフィルタ１を用いたが、ノッチフィルタ１を構成するそれぞれの構成要素を分離して、所定の順序で光学系上に配置してもかまわない。
【００５４】
上記では、透過型の液晶表示素子を用いたが、この方式では反射型表示素子を使用した光学系でも用いることができるのは言うまでもない。反射型表示素子には、液晶を使った液晶表示素子や、液晶を使わない例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のような表示素子がある。液晶表示素子としは、液晶の複屈折性を利用したモードや、ポリマー分散方式のような複屈折を用いないモードなど、種々のモードのものを用いることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ある波長域以上に作用する偏光規制素子を用いたために、カットする光の波長域は１つであったが、ある波長域（可視光の波長域内の一部の波長域）だけに作用する偏光規制素子を用いることにより、カットする光の波長域の数は任意に設計できるのも言うまでもない。
【００５６】
（実施形態２）
図６に本発明の実施形態２の波長選択素子（反射型ノッチフィルタ）７０の模式図を示す。ノッチフィルタ７０は、第１偏光規制素子７２および第２偏光規制素子７３と、これらを挟持するように設けられた偏光板７１と反射鏡７４とを備えている。偏光板７１が透過する光の偏光軸は紙面に対して垂直となるように配置されている。偏光選択素子としては、偏光板（偏光フィルムを含む）以外に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）等を用いることができる。偏光板７１を透過した入射光７５は、反射鏡７４で反射されて、再び偏光板７１に入射するので、この偏光板７１は、偏光規制素子７２および７３を間に挟んで平行ニコルに配置された一対の偏光板と等価に機能する。
【００５７】
偏光規制素子７２および７３としては、実施形態１のノッチフィルタ１と同様に、カラーリンク社製のカラーセレクトを用いる。但し、それぞれのカラーセレクト７２および７３は、それぞれの波長域の光に対してλ／４板として機能するものを用いる。すなわち、反射型ノッチフィルタ７０は、入射光７５が全反射ミラー７４で反射して往復することにより、実施形態１のノッチフィルタ１と同じように機能する。すなわち、ノッチフィルタ１の分光透過率特性に対応する分光反射率特性を有する反射型ノッチフィルタ７０が得られる。
【００５８】
図７に本実施形態のプロジェクタを模式的に示す。このプロジェクタは、白色光源８４、ダイクロイックミラー８２および８３、全反射ミラー８６、３枚の液晶表示素子８１Ｒ、８１Ｇおよび８１Ｂ、クロスダイクロイックプリズム８０、投影レンズ８５および反射型ノッチフィルタ７０とを備える。図７に示した実施形態２のプロジェクタは、図５に示した実施形態１のプロジェクタと基本的に同じ構成であるが、実施形態１におけるノッチフィルタ１を使用せず、図５のプロジェクタにおけるＲ光に対して配置された全反射ミラー６６に代えて、本実施形態の反射型ノッチフィルタ７０を用いている。もちろん、この例に限られず、他の構成の光学系に配置してもかまわない。
【００５９】
本実施形態のプロジェクタも反射型ノッチフィルタ７０によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、実施形態１のプロジェクタと同様に、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【００６０】
ノッチフィルタ７０の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態１と同様である。
【００６１】
（実施形態３）
図８に本発明の実施形態３のプロジェクタの構造を示す。このプロジェクタの基本構成は実施形態１のプロジェクタと同じであり、ダイクロイックプリズム方式のプロジェクタである。
【００６２】
白色光源９４から出射された白色光は、ダイクロイックミラー９２によって、例えば、青とイエロー（赤＋緑）の２色の光に分離される。Ｂ光は、全反射ミラー９６を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子９１Ｂに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー９３によって、さらにＲ光とＧ光に分離され、それぞれ、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子９１Ｒおよび９１Ｇに入射する。各液晶表示素子９１Ｒ、９１Ｇおよび９１Ｂに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調をうけ、クロスダイクロイックプリズム９０に入射する。クロスダイクロイックプリズム９０で合成された色光は、投影レンズ９５で、スクリーン（不図示）上に投影される。
【００６３】
上記の実施形態１および２では、ノッチフィルタ１または７０を、独立した波長選択素子として自由な場所に配置して用いたが、本実施形態では、光の偏光方向が、ある方向に揃っている光路上でノッチフィルタを用いる方法について示している。
【００６４】
透過型の液晶表示素子９１は、図９に示すように、液晶セル１００の入出射側に偏光板１０１および１０２を備えている。従って、液晶表示素子９１を出射した光の偏光方向は、これらの偏光板１０１または１０２によって全て揃えられている。すなわち、特定の偏光方向の光だけが通過する光路上であれば、実施形態１のノッチフィルタ１の入射側の偏光選択素子（図１の偏光板１１または１４）が不要である。
【００６５】
本実施形態では、偏光規制素子９７および９８として、実施形態１と同様のカラーセレクト１２および１３を用い、これらをクロスダイクロイックプリズム９０の出射測に貼り付け、さらにその出射側に偏光選択素子として偏光板９９を配置する。この構成により、実施形態１と同様に色純度が向上するとともに、実施形態１のプロジェクタよりもさらに明るい投影画像を表示することができる。
【００６６】
もちろん、偏光規制素子９７および９８、偏光板９９をクロスダイクロイックプリズム９０に貼り付ける必要は無く、これらを独立に適当な光路上に配置してもかまわない。また、図１０に示すように、液晶表示素子９１に一体化してもかまわない。
【００６７】
ノッチフィルタ７０の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態１および２と同様である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光選択素子と、作用する波長域が互いに異なる複数の偏光規制素子とを組合わせることにって、従来の誘電体多層膜を用いて形成されたノッチフィルタより性能の良い波長選択素子が得られる。さらに、本発明の波長選択素子を用いることによって、例えば、従来より色純度が高く、且つ明るい表示が可能な投影型表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の波長選択素子（ノッチフィルタ）の模式図である。
【図２】本発明による実施形態で用いられる偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図３】本発明による実施形態で用いられる他の偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図４】本発明による実施形態の波長選択素子（ノッチフィルタ）の分光特性を示すグラフである。
【図５】本発明による実施形態のプロジェクタを示す模式図である。
【図６】本発明による実施形態の反射型波長選択素子（ノッチフィルタ）の分光特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態で用いられる透過型液晶表示素子をす模式図である。
【図１０】本発明による実施形態の波長選択素子を備えた、透過型液晶表示素子を示す模式図である。
【図１１】透過型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図１２】透過型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１３】反射型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図１４Ａ】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１４Ｂ】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１５】本発明による実施形態で用いられるメタルハライドランプの分光発光特性を示すグラフである。
【図１６】従来の波長選択素子（ノッチフィルタ）の模式図である。
【符号の説明】
１ ノッチフィルタ
１１、１４ 偏光選択素子（偏光板または偏光フィルム）
１２、１３ 偏光規制素子（カラーセレクト）
６０ クロスダイクロイックプリズム
６１ 透過型液晶表示素子
６２、６３ 色分離用ダイクロイックミラー
６４ 白色光源
６５ 投影レンズ
７１ 偏光板
７２、７３ 偏光規制素子
７４ 全反射ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長選択素子およびそれを用いた表示装置に関し、特に、特定の波長域の光を選択的に除去するノッチフィルタおよびそれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大画面用の表示装置として、投影型画像表示装置（以下、「プロジェクタ」と呼ぶ。）がある。プロジェクタは、光源から出射され、画像表示素子で変調された光を投影レンズを用いて、スクリーンに拡大投影することによって表示を行う。
【０００３】
画像表示素子として透過型画像表示素子を用いる透過型プロジェクタ（図１１および図１２）と、画像表示素子として反射型画像表示素子を用いる反射型プロジェクタ（図１３および図１４）が知られている。
【０００４】
図１１に示した従来の透過型プロジェクタの構造を説明する。
【０００５】
光源１２１から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー１２２と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー１２３および全反射ミラー１２７とによって、赤、緑、青の３原色の光に分解される。各々の色光は液晶ライトバルブ（液晶表示素子）１２６Ｒ、１２６Ｇおよび１２６Ｂを透過した後、全反射ミラー１２８と、緑色光を反射し青色光を透過するダイクロイックミラー１２４と、赤色光を反射し、緑色光および青色光を透過するダイクロイックミラー１２５とによって再び合成される。合成された光は投写レンズ１２９によりスクリーン（不図示）投影される。
【０００６】
図１２に示した、従来の他の透過型プロジェクタの構造は、基本的に図１１に示したプロジェクタと同じである。光源１３４から直接、またはリフレクタを介して出射された光は、青色光を透過し、緑色光と赤色光とを反射するダイクロイックミラー１３２と、緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラー１３３および全反射ミラー１３６とによって、赤、緑、青の３原色の光に分解される。それぞれ、液晶ライトバルブ１３１Ｒ、１３１Ｇおよび１３１Ｂを透過した３原色の光は、クロスダイクロイックプリズム１３０によって再び合成され、合成光が投影レンズ１３５によりスクリーンに投影される。
【０００７】
次に、反射型表示素子を用いた従来のプロジェクタの構造を説明する。
【０００８】
図１３に示す反射型プロジェクタが電子ディスプレイフォーラム９７（Ｐ．３−２７〜３−３２）に開示されている。このプロジェクタは、光源１４１から出射された光をダイクロイックミラーで、赤，緑，青（以下、順にＲ，Ｇ，Ｂと呼ぶ。）の３原色の光に分離し、それぞれの光を対応する偏光ビームスプリッタ（以下、「ＰＢＳ」と呼ぶ。）１４２に入射させる。ＰＢＳ１４２では、入射光を偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光成分に分離し、一方の光が対応する反射型液晶表示素子１４４に入射する。反射型液晶表示素子１４４で反射され、偏光方向が変調されたＲ，Ｇ，Ｂの光は、再度ＰＢＳ１４２に入射し、クロスダイクロイックプリズム１４３で合成された後、投影レンズ１４５でスクリーンに投影される。
【０００９】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示す反射型プロジェクタが、特開平４−３３８７２１号公報に開示されている。図１４Ａおよび図１４Ｂに示したように、光源からの光をＰＢＳ１５５で２つの直線偏光に分離後、一方の光をクロスダイクロイックプリズム（図１４Ａ）やフィリップスタイププリズム（図１４Ｂ）の色分離・合成素子でＲ，Ｇ，Ｂの光に分離し、反射型液晶表示素子で反射された光を同素子で色合成した後、ＰＢＳ１５５に再度入射させ、偏光方向が変調された光のみ投影レンズ１５８に入射し、スクリーンに投影する。
【００１０】
上述した従来のプロジェクタは、いずれも３板式液晶プロジェクタと呼ばれ、光源からのＲ，Ｇ，Ｂの光を効率良く利用できるため、非常に明るい画像が実現できる。
【００１１】
これらに対して、ここでは詳細を説明しないが、１枚の液晶表示素子で、レンズとダイクロイックミラーとを組み合わせたり、カラーフィルタを用いることによって、カラー表示を実現する単板式プロジェクタも利用されている。
【００１２】
液晶表示素子を画像表示素子として用いた、従来のプロジェクタを説明したが、もちろん、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、マトリクス状に配置された微小ミラーの角度を制御する方式など、さまざまなタイプのプロジェクタがある。
【００１３】
これらのプロジェクタの光源として、一般に、可視光の全波長域に亘って連続な発光スペクトルを有するメタルハライドランプ、高圧水銀ランプやキセノンランプ等が用いられる。
【００１４】
図１５は、例えば、メタルハライドランプの発光スペクトルを示す。メタルハライドランプの発光スペクトルには、数本の輝線が含まれている。波長が約４００ｎｍ〜４８０ｎｍの間に強度のピークを持つ光は青色光として利用される。また、波長が約４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの間に強度のピークを持つ光は緑色光として利用され、波長が約６２０ｎｍ〜７００ｎｍの間に強度のピークを持つ光は赤色光として利用される。
【００１５】
一方、波長５８０ｎｍ付近にエネルギーピークを持つ光は、黄色光または燈色光であり、プロジェクタで投影する投影画像の色再現に悪影響を及ぼす。具体的には、この光が赤色光と共に赤用液晶表示素子に入射し、スクリーンに投影されると、本来赤色であるべき投影画像がオレンジ色になってしまう。また、この光が緑色光と共に緑色用液晶表示素子に入射しスクリーンに投影されると、本来緑色であるべき投影画像が黄緑色になってしまう。このため、プロジェクタで投影する投影画像の色再現性（色純度）を重視する場合は、光源から発光される光のうち、波長５８０ｎｍ付近にエネルギーのピークを持つ光を除去しなければならない。
【００１６】
ある波長付近の光だけを除去する光学素子（波長選択素子）はノッチフィルタと呼ばれ、例えば、特開平１１−２４９０９８号公報に、ノッチフィルタを用いたプロジェクタが開示されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のノッチフィルタは、一般的に、薄膜多層蒸着技術により形成された誘電体多層膜であり、例えば、図１６に示すような分光透過率特性を有している。
【００１８】
この誘電体多層膜を用いて、任意の波長域の光だけをカットしようとした場合、現実的な層数の誘電体多層膜の分光透過率特性は、カット波長域において急峻でなく、なだらかなになってしまう。そのために、カットするべき波長域を完全にカットしょうとすれば、何枚かのフィルタを重ね合せる必要があり、そうすることにより、必要な波長域の光も犠牲になり、投影画像が暗くなってしまう。
【００１９】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、従来のノッチフィルタよりも性能の良い波長選択素子を提供すること、および、そのような波長選択素子を用いた、明るく色再現性に優れた表示装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の波長選択素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置され、それぞれが、特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する一対の偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２１】
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能することが好ましい。
【００２２】
前記一対の偏光選択素子のそれぞれが、選択的に透過または反射する光の偏光軸が、互いに略平行になるように配置されている構成としてもよい。
【００２３】
本発明による他の波長選択素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置された、反射素子および特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子とを備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２４】
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／４板として機能することが好ましい。
【００２５】
本発明の表示装置は、上記のいずれかの波長選択素子を備え、そのことによって上記目的が達成される。
【００２６】
本発明の他の表示装置は、光源と、前記光源から出射された光の特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、前記偏光選択素子によって選択された偏光を変調する表示素子と、前記表示素子によって変調された偏光を投影する投影光学素子とを有し、前記偏光選択素子の光出射側に、複数の偏光規制素子と、さらなる偏光選択素子とをこの順に備え、前記複数の偏光規制素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含み、そのことによって上記目的が達成される。
【００２７】
前記第１波長域と前記第２波長域とは一部が互いに重なり、前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能することが好ましい。
【００２８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００２９】
本発明の波長選択素子が有する第１偏光規制素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させ、第２偏光規制素子は第２波長域の光の偏光状態を変化させる。第１波長域と第２波長域とは互いに異なるので、第１および第２偏光規制素子を透過した光の偏光状態は、その波長域によって異なる。例えば、第１波長域および第２波長域のいずれにも含まれない波長域の光と、第１波長域や第２波長域の光とは偏光状態が異なる。さらに、第１波長域と第２波長域とが重なる波長域の光の偏光状態は、前述のいずれの波長域の光の偏光状態とも異なる。第１および第２偏光規制素子は、一対の偏光選択素子（例えば、偏光板）の間に設けられているので、第１および第２偏光規制素子によって、異なる偏光状態とされた種々の波長域の光の内、特定の偏光状態にある波長域の光だけが、波長選択素子を通過することができる。すなわち、波長域による偏光状態の違いが透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【００３０】
勿論、偏光規制素子の枚数には、制限はなく、必要に応じて、第３波長域の光の偏光状態を変化させる第３偏光規制素子等を設けてもよい。３枚以上の偏光規制素子を設けた場合、それぞれの偏光規制素子の作用する波長域が、それぞれの共通波長域と、それ以外の波長域とで、偏光状態が異なるので、第２偏光規制素子によってその偏光状態の違いを透過率の違いに変換され、波長選択素子として機能する。
【００３１】
偏光規制素子の分光特性（偏光状態を異ならせる波長域の境界域の分光特性）は、誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性よりも急峻であるので、本発明の波長選択素子の分光透過率特性は、従来のノッチフィルタよりも優れる。本発明の波長選択素子の偏光規制素子としては、例えば、ＳＩＤ’９９，Ｖｏ１．３０，ｐ１０７２に発表されている位相差板積層技術を用いた素子（「多層位相差層素子」と呼ぶ。）やコレステリック液晶を用いた素子を用いることができる。
【００３２】
第１波長域と第２波長域とが互いに少なくとも一部が重なるように設定し、第１および第２偏光規制素子として、第１波長域および第２波長域の光に対してそれぞれがλ／２板として機能する構成を採用すると、２枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、２枚のλ／２板を透過することになり、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（２つの波長域が重ならない波長域）の光は、１枚のλ／２板を透過することになり、２枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ／２板を透過しないのと同等になる。従って、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（すなわち、第１波長域と第２波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域）の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転することになり、より性能の良いノッチフィルタが得られる。
【００３３】
一対の偏光選択素子の透過または反射される光の偏光軸を略平行に配置することによって、前記偏光規制素子が作用しない波長域の光はほぼ透過するので、より明るく、性能の良いノッチフィルタが得られる。
【００３４】
上述の波長選択素子は、透過型ノッチフィルタであるのに対し、第１および第２偏光規制素子を、偏光選択素子と反射素子（例えば反射鏡）との間に配置することによって、反射型のノッチフィルタを得ることができる。
【００３５】
反射型ノッチフィルタにおいて、第１波長域と第２波長域とが互いに一部が重なるように設定し、第１および第２偏光規制素子として、第１波長域および第２波長域の光に対してそれぞれがλ／４板として機能する構成を採用すると、入射光は反射素子で反射されるので、２枚の偏光規制素子が作用する波長域が重なる波長域の光は、４枚のλ／４板（２枚のλ／２板）を透過することになり、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（２つの波長域が重ならない波長域）の光は、２枚のλ／４板（１枚のλ／２板）を透過することになり、２枚の偏光規制素子のいずれもが作用しない波長域の光は、λ／４板を透過しないのと同等になる。従って、２枚の偏光規制素子がそれぞれ単独で作用する波長域（すなわち、第１波長域と第２波長域とを含む波長域のうち、互いに重なる波長域を除いた波長域）の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転されて戻ってくるので、偏光選択素子を透過することができず、より性能の良い反射型ノッチフィルタが得られる。
【００３６】
上述の波長選択素子を用いることによって、光源の光のうち色純度を低下させる波長域の光を従来の誘電体多層膜を用いたノッチフィルタよりも効率良く除去できるので、従来よりも色再現性の良い画像表示装置が得られる。なお、本発明による波長選択素子（ノッチフィルタ）は、プロジェクタに好適に用いられるが、直視型の画像表示装置にも用いることができるのは言うまでもない。
【００３７】
例えば、液晶プロジェクタのような偏光を利用して表示を行う投影型表示装置は、本質的に偏光選択素子を備えるので、本発明による波長選択素子が備える偏光選択素子の一方を共用（省略）することができる。このような構成を採用すると、偏光選択素子の枚数を減らすことができるので、色純度の向上に加えて、光の利用効率が上昇し、明るい投影表示が可能となる。
【００３８】
【発明の実施形態】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３９】
（実施形態１）
図１に本発明の実施形態１の波長選択素子（ノッチフィルタ）１の模式図を示す。ノッチフィルタ１は、第１偏光規制素子１２および第２偏光規制素子１３と、これらを挟持するように設けられた一対の偏光板１１および１４を備えている。偏光板１１および１４は、透過する光の偏光軸が共に紙面に対して垂直となるように配置されている（平行ニコル）。偏光選択素子としては、偏光板（偏光フィルムを含む）以外に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）やＤＢＥＦ（住友３Ｍ社製、偏光選択反射素子）等の反射型偏光素子などを用いることができる。
【００４０】
偏光規制素子１２および１３としては、上述の多層位相差層素子が用いられる。多層位相差層素子は、カラーリンク社より、商品名「カラーセレクト」で市販されており、実施形態１のノッチフィルタ１は、カラーセレクト１２および１３を有している。
【００４１】
カラーセレクト１２および１３は、特定の波長域の光に対して選択的にλ／２板として機能する。カラーセレクト１２および１３をそれぞれ平行ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図２に示す。図２中の曲線２１はカラーセレクト１２の分光透過率を示し、曲線２２はカラーセレクト１３の分光透過率を示している。また、カラーセレクト１２および１３をそれぞれ直交ニコルに配置された一対の偏光板の間に配置したときの分光透過率特性を図３に示す。図３中の曲線３１はカラーセレクト１２の分光透過率を示し、曲線３２はカラーセレクト１３の分光透過率を示している。図２および図３から分かるように、カラーセレクト１２は、波長域２３の光の偏光方向を９０°回転し、カラーセレクト１３は、波長域２４の光の偏光方向を９０°回転する。なお、波長域は、相対透過率が５０％となる波長を基準とすることにする。
【００４２】
従って、上述の分光特性を有するカラーセレクト１２および１３が平行ニコルの配置された偏光板１１および１４の間に設けられたノッチフィルタ１は、以下のように機能する。
【００４３】
偏光板１１を透過した直線偏光は、カラーセレクト１２を透過することにより、波長域２３の光の偏光方向だけが９０°回転する。さらに、カラーセレクト１３を透過することにより、波長域２４の光の偏光方向だけがさらに９０°偏光方向が回転する。波長域２４の一部は、波長域２３と完全に重なっているので、波長域２３の光は、カラーセレクト１３によってさらに９０°偏光方向が回転され、偏光板１１を透過した直線偏光と同じ偏光方向となる。従って、カラーセレクト１２および１３を透過することにより、波長域２５の光の偏光方向だけが、他の波長域の光の偏光方向に対して９０°回転した状態となる。この光が偏光板１１と偏光板１４と平行ニコル状態に配置された偏光板１４に入射すると、偏光方向が９０°回転された波長域２５の光だけが偏光板１４によって吸収される。従って、図４に示したような分光透過率特性を有する波長選択素子（ノッチフィルタ）１が得られる。
【００４４】
図４に示した本実施形態のノッチフィルタ１の分光透過率特性と、図１６に示した従来の誘電体多層膜から形成された従来のノッチフィルタの分光透過率特性とを比較すれば明らかなように、本実施形態のノッチフィルタ１の分光透過率特性は非常に急峻である。これは、図２および図３に示したように、偏光規制素子１２および１３が急峻な分光特性を有しているからである。このように、急峻な分光特性を有する偏光規制素子を用い、それらの分光特性（波長域）をうまく組み合わせることにより、急峻な分光透過率特性を有するノッチフィルタ１を得ることができる。勿論、カラーセレクト１２および１３の配置を逆にしてもかまわない。
【００４５】
なお、本発明による実施形態の波長選択素子は、種々のノッチフィルタを構成することができる。例えば、２つの偏光選択素子の透過軸（「偏光軸」とも言う。）を直交ニコルに配置すると、上記ノッチフィルタ１によってカットされていた波長域の光だけを選択的に透過するノッチフィルタを構成することができる。また、一対の偏光選択素子の透過軸の相対配置を変化させることにより、分光透過率のダイナミックレンジおよび透過率の値を変化させることができる。
【００４６】
また、偏光規制素子の位相差（リタデーションと等価；上記の例のλ／２に対応）を変化させることにより、カットする光の光量（透過率）を調整することができる。さらに、偏光規制素子が作用する光の波長域を変化させることにより、カットする光の波長域を変更することができる。例えば、上述のカラーセレクトのような、多層位相差層素子を用いると、位相差を自由に設計できる。
【００４７】
次に、本実施形態のプロジェクタの構造を説明する。
【００４８】
図５に示した本実施形態のプロジェクタは、従来のダイクロイックプリズム方式のプロジェクタプロジェクタに、さらに上述したノッチフィルタ１を備える。
【００４９】
白色光源６４から出射された白色光は、ダイクロイックミラー６２によって、例えば、青とイエロー（赤＋緑）の２色に分離される。Ｂ光は、全反射ミラー６６を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子６１Ｂに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー６３によって、さらにＲ光とＧ光に分離され、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子６１Ｒおよび６１Ｇにそれぞれ入射する。
【００５０】
各液晶表示素子６１Ｒ、６１Ｇおよび６１Ｂに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調を受け、クロスダイクロイックプリズム６０に入射する。クロスダイクロイックプリズム６０は、それぞれの液晶表示素子６１Ｒ，６１Ｇおよび６１Ｂから出射された色光を合成し、合成された色光は、投影レンズ６５によってスクリーン（不図示）上に投影される。
【００５１】
本プロジェクタでは、図５に示したように、ダイクロイックミラー６２の反射光の光路上に配置されたノッチフィルタ１によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【００５２】
もちろん、カットしたい波長域の光が含まれる光路上であれば何処に配置してもかまわない。また、本実施形態のノッチフィルタ１を透過した光は直線偏光なので、ノッチフィルタ１を配置する光路上の光の偏光状態に応じて、ノッチフィルタ１の光学軸（遅相軸）の配置角度を調整することにより、ノッチフィルタ１の透過光全体の光量の調節も可能である。
【００５３】
本実施形態では、図１に示したように、２枚の偏光規制素子と２枚の偏光選択素子とを一体化したノッチフィルタ１を用いたが、ノッチフィルタ１を構成するそれぞれの構成要素を分離して、所定の順序で光学系上に配置してもかまわない。
【００５４】
上記では、透過型の液晶表示素子を用いたが、この方式では反射型表示素子を使用した光学系でも用いることができるのは言うまでもない。反射型表示素子には、液晶を使った液晶表示素子や、液晶を使わない例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のような表示素子がある。液晶表示素子としは、液晶の複屈折性を利用したモードや、ポリマー分散方式のような複屈折を用いないモードなど、種々のモードのものを用いることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、ある波長域以上に作用する偏光規制素子を用いたために、カットする光の波長域は１つであったが、ある波長域（可視光の波長域内の一部の波長域）だけに作用する偏光規制素子を用いることにより、カットする光の波長域の数は任意に設計できるのも言うまでもない。
【００５６】
（実施形態２）
図６に本発明の実施形態２の波長選択素子（反射型ノッチフィルタ）７０の模式図を示す。ノッチフィルタ７０は、第１偏光規制素子７２および第２偏光規制素子７３と、これらを挟持するように設けられた偏光板７１と反射鏡７４とを備えている。偏光板７１が透過する光の偏光軸は紙面に対して垂直となるように配置されている。偏光選択素子としては、偏光板（偏光フィルムを含む）以外に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）等を用いることができる。偏光板７１を透過した入射光７５は、反射鏡７４で反射されて、再び偏光板７１に入射するので、この偏光板７１は、偏光規制素子７２および７３を間に挟んで平行ニコルに配置された一対の偏光板と等価に機能する。
【００５７】
偏光規制素子７２および７３としては、実施形態１のノッチフィルタ１と同様に、カラーリンク社製のカラーセレクトを用いる。但し、それぞれのカラーセレクト７２および７３は、それぞれの波長域の光に対してλ／４板として機能するものを用いる。すなわち、反射型ノッチフィルタ７０は、入射光７５が全反射ミラー７４で反射して往復することにより、実施形態１のノッチフィルタ１と同じように機能する。すなわち、ノッチフィルタ１の分光透過率特性に対応する分光反射率特性を有する反射型ノッチフィルタ７０が得られる。
【００５８】
図７に本実施形態のプロジェクタを模式的に示す。このプロジェクタは、白色光源８４、ダイクロイックミラー８２および８３、全反射ミラー８６、３枚の液晶表示素子８１Ｒ、８１Ｇおよび８１Ｂ、クロスダイクロイックプリズム８０、投影レンズ８５および反射型ノッチフィルタ７０とを備える。図７に示した実施形態２のプロジェクタは、図５に示した実施形態１のプロジェクタと基本的に同じ構成であるが、実施形態１におけるノッチフィルタ１を使用せず、図５のプロジェクタにおけるＲ光に対して配置された全反射ミラー６６に代えて、本実施形態の反射型ノッチフィルタ７０を用いている。もちろん、この例に限られず、他の構成の光学系に配置してもかまわない。
【００５９】
本実施形態のプロジェクタも反射型ノッチフィルタ７０によって、赤と緑との境界波長域の光が効率良く除去されるので、実施形態１のプロジェクタと同様に、明るく、色再現性に優れた投影画像を表示することができる。
【００６０】
ノッチフィルタ７０の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態１と同様である。
【００６１】
（実施形態３）
図８に本発明の実施形態３のプロジェクタの構造を示す。このプロジェクタの基本構成は実施形態１のプロジェクタと同じであり、ダイクロイックプリズム方式のプロジェクタである。
【００６２】
白色光源９４から出射された白色光は、ダイクロイックミラー９２によって、例えば、青とイエロー（赤＋緑）の２色の光に分離される。Ｂ光は、全反射ミラー９６を経て、青の色信号成分を表示する液晶表示素子９１Ｂに入射する。一方、イエロー光は、ダイクロイックミラー９３によって、さらにＲ光とＧ光に分離され、それぞれ、赤および緑の各色信号に基づく画像を表示する液晶表示素子９１Ｒおよび９１Ｇに入射する。各液晶表示素子９１Ｒ、９１Ｇおよび９１Ｂに入射した光は、各画素に対応した信号に応じて変調をうけ、クロスダイクロイックプリズム９０に入射する。クロスダイクロイックプリズム９０で合成された色光は、投影レンズ９５で、スクリーン（不図示）上に投影される。
【００６３】
上記の実施形態１および２では、ノッチフィルタ１または７０を、独立した波長選択素子として自由な場所に配置して用いたが、本実施形態では、光の偏光方向が、ある方向に揃っている光路上でノッチフィルタを用いる方法について示している。
【００６４】
透過型の液晶表示素子９１は、図９に示すように、液晶セル１００の入出射側に偏光板１０１および１０２を備えている。従って、液晶表示素子９１を出射した光の偏光方向は、これらの偏光板１０１または１０２によって全て揃えられている。すなわち、特定の偏光方向の光だけが通過する光路上であれば、実施形態１のノッチフィルタ１の入射側の偏光選択素子（図１の偏光板１１または１４）が不要である。
【００６５】
本実施形態では、偏光規制素子９７および９８として、実施形態１と同様のカラーセレクト１２および１３を用い、これらをクロスダイクロイックプリズム９０の出射測に貼り付け、さらにその出射側に偏光選択素子として偏光板９９を配置する。この構成により、実施形態１と同様に色純度が向上するとともに、実施形態１のプロジェクタよりもさらに明るい投影画像を表示することができる。
【００６６】
もちろん、偏光規制素子９７および９８、偏光板９９をクロスダイクロイックプリズム９０に貼り付ける必要は無く、これらを独立に適当な光路上に配置してもかまわない。また、図１０に示すように、液晶表示素子９１に一体化してもかまわない。
【００６７】
ノッチフィルタ７０の分光特性を種々変化させ得ることや、透過型液晶表示素子に限られず種々の表示素子を用いれることは、実施形態１および２と同様である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、偏光選択素子と、作用する波長域が互いに異なる複数の偏光規制素子とを組合わせることにって、従来の誘電体多層膜を用いて形成されたノッチフィルタより性能の良い波長選択素子が得られる。さらに、本発明の波長選択素子を用いることによって、例えば、従来より色純度が高く、且つ明るい表示が可能な投影型表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施形態の波長選択素子（ノッチフィルタ）の模式図である。
【図２】本発明による実施形態で用いられる偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図３】本発明による実施形態で用いられる他の偏光規制素子の分光特性を示すグラフである。
【図４】本発明による実施形態の波長選択素子（ノッチフィルタ）の分光特性を示すグラフである。
【図５】本発明による実施形態のプロジェクタを示す模式図である。
【図６】本発明による実施形態の反射型波長選択素子（ノッチフィルタ）の分光特性を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図８】本発明の実施形態の他のプロジェクタを示す模式図である。
【図９】本発明の実施形態で用いられる透過型液晶表示素子をす模式図である。
【図１０】本発明による実施形態の波長選択素子を備えた、透過型液晶表示素子を示す模式図である。
【図１１】透過型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図１２】透過型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１３】反射型液晶表示素子を用いた従来のプロジェクタの模式図である。
【図１４Ａ】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１４Ｂ】反射型液晶表示素子を用いた従来の他のプロジェクタの模式図である。
【図１５】本発明による実施形態で用いられるメタルハライドランプの分光発光特性を示すグラフである。
【図１６】従来の波長選択素子（ノッチフィルタ）の模式図である。
【符号の説明】
１ ノッチフィルタ
１１、１４ 偏光選択素子（偏光板または偏光フィルム）
１２、１３ 偏光規制素子（カラーセレクト）
６０ クロスダイクロイックプリズム
６１ 透過型液晶表示素子
６２、６３ 色分離用ダイクロイックミラー
６４ 白色光源
６５ 投影レンズ
７１ 偏光板
７２、７３ 偏光規制素子
７４ 全反射ミラー
Claims (8)
- 第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、
前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置され、それぞれが、特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する一対の偏光選択素子と、
を備え、
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なる波長選択素子。 - 前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能する、請求項１に記載の波長選択素子。
- 前記一対の偏光選択素子のそれぞれが、選択的に透過または反射する光の偏光軸が、互いに略平行になるように配置されている、請求項１または２に記載の波長選択素子。
- 第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と、 前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含む複数の偏光規制素子と、
前記複数の偏光規制素子を介して互いに対向するように配置された、反射素子および特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、
を備え、
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なる波長選択素子。 - 前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／４板として機能する、請求項４に記載の波長選択素子。
- 請求項１から５のいずれかに記載の波長選択素子を備える表示装置。
- 光源と、前記光源から出射された光の特定の偏光方向の光を選択的に透過または反射する偏光選択素子と、前記偏光選択素子によって選択された偏光を変調する表示素子と、前記表示素子によって変調された偏光を投影する投影光学素子とを有し、
前記偏光選択素子の光出射側に、複数の偏光選択素子と、さらなる偏光選択素子とをこの順に備え、前記偏光選択素子は、第１波長域の光の偏光状態を変化させる第１偏光規制素子と、前記第１波長域と異なる第２波長域の光の偏光状態を変化させる第２偏光規制素子とを少なくとも含み、
前記第１波長域と前記第２波長域とは少なくとも一部が互いに重なる表示装置。 - 前記第１および第２偏光規制素子は、それぞれ前記第１波長域および前記第２波長域の光に対してλ／２板として機能する、請求項７に記載の表示装置。
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