JP2009294300A

JP2009294300A - 投射型表示装置

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Publication number: JP2009294300A
Application number: JP2008145611A
Authority: JP
Inventors: Takuya Komatsu; 拓也小松; Shigeru Kato; 茂加藤
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-03
Also published as: JP5084041B2

Abstract

【課題】コンパクト化を達成しつつ、角度依存性によって生じる不要な偏光成分の光による影響を改善することを目的とする。
【解決手段】第１のダイクロイックミラー５１で色分解された赤色光Ｒの光路上に配置され、赤色光Ｒに位相差を与えて偏光状態を補正する第１の位相差膜１０１を、第１のダイクロイックミラー５１の反射側に形成し、第２のダイクロイックミラー５２で色分解された緑色光Ｇの光路上に配置され、緑色光Ｇに位相差を与えて偏光状態を補正する第２の位相差膜１０２を、第２のダイクロイックミラー５２の反射側に形成し、第３のダイクロイックミラー５２で色分解された青色光Ｂの光路上に配置され、青色光Ｂに位相差を与えて偏光状態を補正する第３の位相差膜１０３を、第３のダイクロイックミラー５３の透過側に形成したことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に関するものである。

液晶プロジェクタ等の投射型表示装置では、光源から射出した白色光を、赤色光（赤色の波長域の光）と緑色光（緑色の波長域の光）と青色光（青色の波長域の光）とに分解する色分解用のダイクロイックミラーが少なくとも２つ用いられる。ダイクロイックミラーで分解された赤色光と緑色光と青色光とは、夫々光変調がされて、色合成用のクロスダイクロイックプリズムにおいて、色合成がされて映像光となる。そして、映像光が最終的にスクリーン上に投影される。このような投射型表示装置では、光の照度の均一化を図るために、フライアイレンズ等のレンズアレイ群や重畳レンズ等が用いられる。光源から射出した光は、フライアイレンズ等のレンズアレイ群により複数の光束に分割され、重畳レンズにより、光変調を行う液晶パネルの所定位置に結像される。従って、重畳レンズから出射した光は収束光（又は発散光）となって、前記のダイクロイックミラーに入射することになる。

ダイクロイックミラーに入射する光は、予め偏光変換素子によりＰ偏光光又はＳ偏光光に変換されているが、ダイクロイックミラーに入射する光は収束光（又は発散光）となっているため、入射光のうち光軸中心の光線と光軸中心以外の光線とは異なった角度で入射することになる（角度依存性を持つことになる）。ダイクロイックミラーには、ダイクロイック膜が形成されているが、入射光が前記の角度依存性を持つために、ダイクロイックミラーで透過又は反射する光に、他の方向の偏光成分が生じることになる。例えば、偏光変換素子により予めＳ偏光に変換された光が、角度依存性により、ダイクロイック膜で透過又は反射することにより、偏波面がずれる。これにより、偏光方向が傾斜し、Ｓ偏光光のみであった光に一部ずれた偏光が含まれることになる。

角度依存性によって他の偏光成分の光が生じると、スクリーンに投影される光のコントラストが低下する。そこで、コントラスト向上を目的として、偏光プリズムの偏光面が回転する問題に対処している技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、偏光プリズムの偏光作用面とは異なる傾斜方向の面を有し、所定の位相差を有する偏光状態補償用基板を反射型液晶表示素子と偏光プリズムとの間に配置している。
特開平６−１７５１２３号公報

投射型表示装置を含む近年の光学システムは、コンパクト化が必須の課題となっている。特許文献１では、偏光状態補償用基板を配置しているが、この基板を配置することにより、偏光プリズムと偏光状態補償用基板との間に所定の光路長が必要なことから、システム全体のコンパクト化という要請を満たすことができなくなり、また部品点数も増加する。

また、偏光状態補償用基板を用いない場合でも、投射型表示装置に配置される偏光板によって、不要な偏光光が要因となって生じるコントラストの低下は回避される。この偏光板は赤色光と緑色光と青色光とに対応して、クロスダイクロイックプリズムの直前に配置されている。光変調された赤色光と緑色光と青色光とは、偏光板により１方向の偏光方向の光のみが透過されてクロスダイクロイックプリズムに入射する。このとき、この偏光板は、角度依存性によって生じた他の方向の偏光成分の光を吸収することにより、１方向の偏光方向の光のみが透過する。しかし、不要な偏光成分の光を吸収していくことで、偏光板に光が積算してしまい、偏光板の耐用年数が大きく低下するという問題がある。また、偏光板に不要な偏光成分の光を吸収させているということは、光の利用効率の低下につながる。

そこで、本発明は、コンパクト化を達成しつつ、角度依存性によって生じる不要な偏光成分の光による影響を改善することを目的とする。

本発明の請求項１の投射型表示装置は、光源から射出される白色光を、１または複数の色分解素子により第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とに色分解し、光変調素子により各波長域の光に対してそれぞれ画像に応じた光変調を行い、光変調を行った各波長域の光を色合成素子により色合成を行う投射型表示装置であって、第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とに対して、それぞれ位相差を与えて偏光状態を補正する第１の位相差膜と第２の位相差膜と第３の位相差膜とを、前記色分解素子、前記光変調素子、または前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される光学部品のうち少なくとも１つに形成すること、特徴とする。

この投射型表示装置によれば、色分解素子から光変調素子までの間の光路上に第１の位相差膜、第２の位相差膜、第３の位相差膜を配置したことにより、第１の波長域の光、第２の波長域の光、第３の波長域の光は偏光状態が補正される。これにより、不要な偏光成分の光を抑制することができ、偏光板に積算される光を低減させることができることから、光の利用効率を向上させることができる。各位相差膜は、色分解素子、光変調素子または光路上の光学部品の何れかに形成していることにより、もともと他の光学的機能を発揮するための部材に形成していることから、偏光状態補正用の専用の部品を独立に配置していない。このため、システム全体のコンパクト化を図ることができる。また、第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とは、赤色光と緑色光と青色光とのうち何れか１つに対応しているものである。

ここで、色分解素子とは、波長域によって透過と反射とを分けるダイクロイック膜が１つ形成されたダイクロイックミラーがあるが、その他にもダイクロイック膜が２つ形成された色分解用クロスダイクロイックプリズム等がある。ダイクロイック膜が１つ形成されたダイクロイックミラーの場合は、白色光から３色の光に色分解するために２つのダイクロイックミラーが必要となり、色分解用クロスダイクロイックプリズムの場合は、２つのダイクロイック膜が形成されているため、１つの色分解用クロスダイクロイックプリズムにより色分解することができる。

第１の位相差膜と第２の位相差膜と第３の位相差膜とは、色分解素子から光変調素子までの間に配置するようにする。第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とは光変調素子により光変調がされるが、光変調がされた後の光はイメージ光（映像光）となるため、このイメージ光の段階で補正をすると映像に影響を与えるおそれがある。従って、光変調素子に入射されるまでの間の光路上に第１の位相差膜と第２の位相差膜と第３の位相差膜とを配置するようになし、イメージ光に変調される前段階で偏光状態を補正するようにしている。これにより、映像に対して影響を与える可能性を抑制している。

本発明の請求項２の投射型表示装置は、請求項１記載の投射型表示装置において、前記色分解素子は、前記第１の波長域の光を透過又は反射して、前記第２の波長域の光および前記第３の波長域の光を反射又は透過する第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーを反射又は透過した前記第２の波長域の光と前記第３の波長域の光とのうち、前記第２の波長域の光を反射して、前記第３の波長域の光を透過する第２のダイクロイックミラーとからなり、前記第１の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第１の位相差膜を前記第１のダイクロイックミラーに形成し、前記第２の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第２の位相差膜と、前記第３の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第３の位相差膜とを前記第２のダイクロイックミラーに形成したこと、を特徴とする。

この投射型表示装置によれば、第１のダイクロイックミラーに形成された第１の位相差膜により第１の波長域の光の偏光状態が補正され、第２のダイクロイックミラーに形成された第２の位相差膜により第２の波長域の光の偏光状態が補正され、第２のダイクロイックミラーに形成された第３の位相差膜により第３の波長域の光の偏光状態が補正される。各色の光が最も角度依存性の影響を受けるのはダイクロイックミラーに形成されているダイクロイック膜であるため、ダイクロイックミラーに位相差膜を形成することにより、ダイクロイック膜で色分解された直後の光の偏光状態を補正することができる。これにより、角度依存性の影響を大きく受けた光の偏光状態を補正することができる。

ダイクロイックミラーに位相差膜を形成する場合には、ダイクロイック膜で反射又は透過した光が入射する位置に位相差膜を形成するようにする。ダイクロイックミラーは、基本的には、平板状の透明部材の一面にダイクロイック膜が形成された光学素子であるため、ダイクロイック膜が形成されたダイクロイックミラーの一面又は両面に位相差膜が形成される。一方、前述したような色分解用ダイクロイックプリズムの場合には、基本的には、キューブ形状をしたプリズムに２つのダイクロイック膜が形成されている。そして、このプリズムからは第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光との３色の光が、夫々３つの面から出射される。従って、色分解用ダイクロイックプリズムに位相差膜を形成する場合には、プリズムの各出射面に位相差膜を形成するようにする。

本発明の請求項３の投射型表示装置は、請求項１記載の投射型表示装置において、前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とを、それぞれ前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される光路変換素子のうち少なくとも１つに形成したこと、を特徴とする。

この投射型表示装置によれば、第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光のとのうち少なくとも１つの光については、光路変換素子に位相差膜を形成していることから、位相差膜の分散配置が可能になり、光学部品の製造容易性が向上する。また、光路変換素子とは、主に反射ミラーであり、反射ミラーの形状としては、平板状や三角柱状のプリズム形状のもの等がある。

本発明の請求項４の投射型表示装置は、請求項３記載の投射型表示装置において、前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とを、それぞれ前記色分解素子およびこの色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される前記光路変換素子に、若しくは前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される複数の前記光路変換素子に分割して形成したこと、を特徴とする。

この投射型表示装置によれば、第１の位相差膜と第２の位相差膜と第３の位相差膜とのそれぞれの位相差膜を複数に分割したことにより、１つの光学部品上に１つの位相差膜を形成することがなくなるため、製造容易性が向上するようになる。

本発明の請求項５の投射型表示装置は、請求項１記載の投射型表示装置において、前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とは、斜方蒸着膜であることを特徴とする。

この投射型表示装置によれば、位相差膜として斜方蒸着膜を適用することができる。斜方蒸着膜は、基板に対して斜め方向から材料を蒸着することによって、斜め柱状構造を形成している。従って、斜め柱状構造を持つ斜方蒸着膜に対して光が入射すると、光に対して複屈折を作用し、光軸が回転する。このため、偏光状態が変化するため、偏光状態を補正することができる。

ここで、位相差膜とは、蒸着膜だけではなく位相差フィルムを含む概念である。位相差フィルムは光に対して位相差を与えるフィルムであり、この位相差フィルムを色分解素子に形成することによって、偏光状態を補正することも可能である。また、前述の投射型表示装置は、主に液晶プロジェクタを適用することができる。液晶プロジェクタは、透過光に光変調を施す透過型液晶プロジェクタと反射光に光変調を施す反射型液晶プロジェクタとがあるが、何れの形式のプロジェクタであっても、本発明を適用することにより、偏光状態を補正することができる。

ところで、投射型表示装置には、前述した色分解素子や光路変換素子の他にも種々の光学素子が構成部品として存在する。各色の光はダイクロイック膜で角度依存性の影響を最も受けるが、他の光学素子においても微小に角度依存性の影響を受けることがある。各色の光は、最終的には、色合成を行うクロスダイクロイックプリズムの前段に配置される偏光板によって、不要な偏光成分の光は除去される。従って、偏光状態を補正するための位相差膜を形成することにより、クロスダイクロイックプリズムに入射する各色の光から不要な偏光成分の光を完全に排除できるようになれば、偏光板は不要になる。この場合、構成部品を削減することができることから、投射型表示装置全体のコンパクト化をさらに図ることができる。

本発明は、ダイクロイックミラーで色分解された光に生じる角度依存性を要因とする他の偏光成分の光を、偏光状態補正部材としての位相差膜が補正するため、不要な偏光成分の光による影響を抑制することができ、光の利用効率の向上を図ることができる。位相差膜はダイクロイックミラーに形成される膜であるため、専用の部品を要することなく、システム全体のコンパクト化を図ることができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１は、投射型表示装置としての液晶プロジェクタの構成の一例を示している。図１の投射型表示装置は、光源１とレンズアレイ群２１、２２と偏光変換素子３と重畳レンズ４と第１のダイクロイックミラー５１と第２のダイクロイックミラー５２と第１の反射ミラー６１と第２の反射ミラー６２と第３の反射ミラー６３とＲフィールドレンズＦＲとＧフィールドレンズＦＧとＲ液晶パネル７ＲとＧ液晶パネル７ＧとＢ液晶パネル７ＢとＲ偏光板８ＲとＧ偏光板８ＧとＢ偏光板８Ｂとクロスダイクロイックプリズム９と投射レンズ１０とを有している。

光源１は白色光を射出する光源である。レンズアレイ群２１、２２は、フライアイレンズ等のように、マトリックス状に配置される複数の微小レンズを具備している。レンズアレイ群２１、２２を透過した光は、白色光を複数の部分光束に分割する。偏光変換素子３は、例えばＰＢＳアレイ等で形成され、レンズアレイ群２１、２２を透過し、複数の部分光束に分割された白色光の偏光方向を１方向に変換する。ここでは、白色光はＰ偏光光に変換されているものとする。重畳レンズ４は偏光変換素子３からの複数の部分光束を集光して、Ｒ液晶パネル７Ｒ、Ｇ液晶パネル７Ｇ、Ｂ液晶パネル７Ｂの画像形成領域に重畳させて結像させる。従って、重畳レンズ４から出射する白色光は収束光となる。以上のレンズアレイ群２１、２２、偏光変換素子３、重畳レンズ４により、各液晶パネルの画像形成領域に均一に照明される。

第１のダイクロイックミラー５１と第２のダイクロイックミラー５２とは波長域によって透過と反射とを分ける光学素子である。図１の例では、重畳レンズ４から出射した白色光が、第１のダイクロイックミラー５１により赤色光Ｒが反射して、その他の色の光（緑色光Ｇ及び青色光Ｂ）が透過する。第１のダイクロイックミラー５１を透過した緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、第２のダイクロイックミラー５２により緑色光Ｇが反射して、青色光Ｂが透過する。なお、ここでは、第１の波長域の光が赤色光Ｒに、第２の波長域の光が緑色光Ｇに、第３の波長域の光が青色光Ｂに対応しているものとするが、第１の波長域の光を緑色光Ｇまたは青色光Ｂとし、第２の波長域の光を赤色光Ｒまたは青色光Ｂとし、第３の波長域の光を赤色光Ｒまたは緑色光Ｇとしてもよい。

第１のダイクロイックミラー５１で反射した赤色光Ｒは第１の反射ミラー６１で光路が折り曲げられて、ＲフィールドレンズＦＲを介してＲ液晶パネル７Ｒに入射する。第２のダイクロイックミラー５２で反射した緑色光Ｇは、ＧフィールドレンズＦＧを介してＧ液晶パネル７Ｇに入射する。第２のダイクロイックミラー５２を透過した青色光Ｂは、第２の反射ミラー６２と第３の反射ミラー６３とにおいて、夫々光路が折り曲げられて、Ｂ液晶パネル７Ｂに入射する。

Ｒ液晶パネル７Ｒは赤色光Ｒに対して光変調を施し、Ｇ液晶パネル７Ｇは緑色光Ｇに対して光変調を施し、Ｂ液晶パネル７Ｂは青色光Ｂに対して光変調を施す。Ｒ偏光板８Ｒ、Ｇ偏光板８Ｇ、Ｂ偏光板８Ｂは、コントラスト向上を目的として配置される素子であり、一方向の偏光方向の光をのみを透過させ、他の偏光方向の光を吸収する。Ｒ偏光板８Ｒはクロスダイクロイックプリズム９とＲ液晶パネル７Ｒとの間に設けられ、Ｇ偏光板８Ｇはクロスダイクロイックプリズム９とＧ液晶パネル７Ｇとの間に設けられ、Ｂ偏光板８Ｂはクロスダイクロイックプリズム９とＢ液晶パネル７Ｂとの間に設けられる。

クロスダイクロイックプリズム９は色合成用のプリズムであり、２つのダイクロイック膜９１、９２を形成している。２つのダイクロイック膜９１、９２の作用により、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとは色合成されて映像光となり、投射レンズ１０からスクリーン上に映像が投影される。

図２に、第１のダイクロイックミラー５１を示す。第１のダイクロイックミラー５１は、入射光（白色光）に対して４５度の角度で傾斜して設けられており、第１の透明基板５１Ｂに第１のダイクロイック膜５１Ｄが形成され、その上に偏光状態補正部材としての第１の位相差膜１０１が形成されている。従って、入射側から順番に第１の位相差膜１０１、第１のダイクロイック膜５１Ｄ、第１の透明基板５１Ｂといった配置になっている。また、第１のダイクロイック膜５１Ｄで反射する光（赤色光Ｒ）を基準とすれば、反射側に第１の位相差膜１０１を形成していることになる。

第１のダイクロイック膜５１Ｄは、白色光のうち赤色光Ｒを反射して、緑色光Ｇと青色光Ｂとを透過させる特性を有する誘電体多層膜である。図中において、第１のダイクロイックミラー５１に入射する白色光は、光軸中心の光線と光軸中心以外の光線とでは、入射角が異なり、角度依存性を持つことになる。このため、光軸中心以外の光線には、もともとの偏光光からずれた偏光成分の光が生じてしまう。ここでは、入射する光はＳ偏光光であるため、ずれた偏光成分の光としてＰ偏光光を生じ、このＰ偏光光は不要光成分の光となる。

第１の位相差膜１０１は、第１のダイクロイックミラー５１に対して斜め方向から蒸着物質を蒸着させた斜方蒸着膜である。第１の位相差膜１０１は、第１のダイクロイック膜５１Ｄで反射した赤色光Ｒに生じた角度依存性を補正するために、偏光状態の補正を行う。斜方蒸着膜は斜め柱状構造をしているため、光に対して複屈折を作用する。図２にも示されるように、第１のダイクロイック膜５１Ｄで反射した赤色光Ｒは、光軸中心の光線は第１の位相差膜１０１に対して４５度の角度で入射するが、光軸中心以外の光線は、角度依存性により、第１の位相差膜１０１に対しての入射角が４５度から多少増減する。これにより、不要なＰ偏光光が生じるようになる。

そこで、第１の位相差膜１０１を第１のダイクロイックミラー５１に蒸着するときに、光軸中心においては４５度の入射角の光に対して複屈折を作用しないように、光軸中心以外においては中心から離れるにしたがって複屈折の度合いを大きく作用するような斜め柱状構造とする。このような第１の位相差膜１０１を用いることにより、第１のダイクロイックミラー５１で反射した赤色光Ｒは位相差が与えられて、偏光状態が補正される。従って、赤色光Ｒは、偏光状態が補正された状態で、第１の反射ミラー６１、ＲフィールドレンズＦＲ及びＲ液晶パネル７Ｒを経由して、Ｒ偏光板８Ｒに向かっていく。

図３に、第２のダイクロイックミラー５２を示す。第２のダイクロイックミラー５２も、入射光（第１のダイクロイックミラー５１を透過した緑色光Ｇ及び青色光Ｂ）に対して４５度の角度で傾斜して設けられる。第２の透明基板５２Ｂの入射側（緑色光Ｇ及び青色光Ｂが入射する側）の面には、第２のダイクロイック膜５２Ｄが形成され、その上に第２の位相差膜１０２が形成されている。また、第２の透明基板５２Ｂの出射側（入射側の反対側）の面には、第３の位相差膜１０３が形成されている。従って、光の入射側から順番に、第２の位相差膜１０２、第２のダイクロイック膜５２Ｄ、第２の透明基板５２Ｂ、第３の位相差膜１０３といった配置になっている。また、第２のダイクロイック膜５２Ｄで反射する光（緑色光Ｇ）を基準とすれば、反射側に第２の位相差膜１０２を形成し、透過側に第３の位相差膜１０３を形成していることになる。

第２のダイクロイック膜５２Ｄは、緑色光Ｇと青色光Ｂとのうち、緑色光Ｇを反射して、青色光Ｂを透過させる特性を有する誘電体多層膜である。従って、第２のダイクロイック膜５２Ｄにおいて、緑色光Ｇが反射され、青色光Ｂは透過する。第２のダイクロイック膜５２Ｄで反射した緑色光Ｇには、角度依存性により不要な偏光成分であるＰ偏光光が生じる。この緑色光Ｇは、次に第２の位相差膜１０２に入射する。第２の位相差膜１０２は、第１の位相差膜１０１と同様に斜め柱状構造の斜方蒸着膜であり、複屈折の作用により、緑色光Ｇに位相差を与えて、偏光状態の補正を行っている。従って、緑色光Ｇは、偏光状態が補正されて、ＧフィールドレンズＦＧ及びＧ液晶パネル７Ｇを経由して、Ｇ偏光板８Ｇに向かっていく。

第２のダイクロイック膜５２Ｄを透過した青色光Ｂも、角度依存性によりＰ偏光光が生じる。この青色光Ｂは、第２の透明基板５２Ｂを透過した後に第３の位相差膜１０３に入射する。第３の位相差膜１０３も、第１の位相差膜１０１及び第２の位相差膜１０２と同様に、青色光Ｂに位相差を与えて、偏光状態の補正を行っている。従って、偏光状態が補正された青色光Ｂは、第２の反射ミラー６２、第３の反射ミラー６３及びＢ液晶パネル７Ｂを経由して、Ｂ偏光板８Ｂに向かっていく。

従って、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとは、偏光状態が補正された状態でＲ偏光板８ＲとＧ偏光板８ＧとＢ偏光板８Ｂとに入射するため、各偏光板に不要な偏光成分の光が入射することを抑制することができる。第１の位相差膜１０１は赤色光Ｒの光路上に配置し、第２の位相差膜１０２は緑色光Ｇの光路上に配置し、第３の位相差膜１０３は青色光Ｂの光路上に配置している。従って、各色の光は光路上に配置されている位相差膜によりそれぞれ偏光状態が補正されるため、各偏光板に光が積算して、耐用年数が低下することを回避できる。また、各偏光板に光が入射するときには、偏光状態が補正されているため、不要な偏光成分の光が入射することを抑制することができる。このため、不要な偏光成分の光が偏光板に吸収されることによる光の利用効率の低下を回避することができる。

そして、色分解を行うための第１のダイクロイックミラー５１および第２のダイクロイックミラー５２は投射型表示装置の必須構成要素であるため、これらに各位相差膜を形成することにより、偏光状態を補正するために専用の部品を独立に設ける必要がなくなる。つまり、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３は、ガラス等の基材の面上に蒸着される蒸着膜であるため、他の光学的機能を発揮する光学部品上に形成することが可能である（基材上に直接的に形成することも、基材上に形成されている他の光学的機能のための膜上に形成することも可能である）。従って、偏光状態の補正機能と他の光学的機能とを、１つの基材に兼用させることができる。しかも、位相差膜は極めて膜薄なものであるため、システム全体のコンパクト化を大幅に達成することができる。

次に、Ｒ偏光板８Ｒ、Ｇ偏光板８Ｇ、Ｂ偏光板８Ｂに入射する赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの偏光状態について説明する。図４は、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が与える位相差について示している。同図では、与える位相差の方向はＰ偏光の方向であり、従って光軸をＰ偏光の方向に回転させている。第１の位相差膜１０１と第２の位相差膜１０２と第３の位相差膜１０３とは、夫々入射してきた光に対して、波長４５０ｎｍの光と波長５５０ｎｍの光と波長６２０ｎｍの光とに、夫々同図に示すようなＰ偏光方向の位相差を与える。このとき、波長４５０ｎｍの光が青色光Ｂに、波長５５０ｎｍの光が緑色光Ｇに、波長６２０ｎｍの光が赤色光Ｒに対応する。従って、第１の位相差膜１０１と第２の位相差膜１０２と第３の位相差膜１０３とは、それぞれ異なる位相差を与えている。このため、例えば材料や蒸着角度等を各位相差膜で変えることにより、与える位相差を異ならせることができる。

なお、図４に示す位相差は、各位相差膜が持つ固有の位相差である。従って、位相差膜に入射する光によって、実際に光に与えられる位相差は異なる。具体的には、光の波長をλ、位相差膜の固有の位相差をＸ、実際に光に与えられる位相差をＹとすると、「Ｙ＝（Ｘ／λ）×３６０」となる。

ここで、図２に示すように、第１のダイクロイックミラー５１において、第１のダイクロイック膜５１Ｄよりも光の入射側に第１の位相差膜１０１が配置されている。従って、赤色光Ｒは、第１の位相差膜１０１に入射して、第１のダイクロイックミラー５１で反射して、第１の位相差膜１０１に再度入射する。このため、赤色光Ｒは第１の位相差膜１０１を２回透過することになるため、赤色光Ｒは、Ｐ偏光方向に「１４５ｎｍ」の位相差が２回与えられて偏光状態が補正される。

緑色光Ｇは、第２ダイクロイック膜５２Ｄに入射する前と反射した後とにおいて第２の位相差膜１０２を透過しており、第２のダイクロイックミラー５２に入射する前に、第１の位相差膜１０１を透過している。従って、第１の位相差膜１０１を１回、第２の位相差膜１０２を２回透過しているため、緑色光Ｇは、Ｐ偏光方向に「１４７ｎｍ」の位相差が１回、「３１２ｎｍ」の位相差が２回与えられて偏光状態が補正される。

青色光Ｂは、第１の位相差膜１０１と第２の位相差膜１０２と第３の位相差膜１０３とを夫々１回透過している。このため、青色光Ｂは、Ｐ偏光方向に「１５０ｎｍ」、「３２０ｎｍ」、「９４ｎｍ」の位相差が与えられて偏光状態が補正される。従って、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、与えられる位相差の回数が複数回になるが、各色の光が最後に位相差膜を透過したときに、不要な偏光成分の光が抑制されるように最適な位相差を与えるようにする。

図５（ａ）〜（ｆ）に、第１の位相差膜１０１と第２の位相差膜１０２と第３の位相差膜１０３とが図４のような位相差を与える場合における、Ｒ偏光板８Ｒ、Ｇ偏光板８Ｇ、Ｂ偏光板８Ｂに入射するときの赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの偏光状態を示す。同図（ｄ）〜（ｆ）が、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が形成されていないときの各色の光の偏光状態を示し、同図（ａ）〜（ｃ）が、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が形成されているときの各色の光の偏光状態を示している。これらの図は、各色の光の光路断面の各部位における偏光状態を示しており、各部位の偏光状態が直線になっているときにはＰ偏光光が含まれていないことを示し、それ以外のとき（楕円になっているとき）にはＰ偏光光が含まれていることを示す。

同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは、夫々第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が形成されていないときには、角度依存性により、Ｐ偏光成分が生じている。一方、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が形成されている場合には、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの偏光状態が補正されている。このため、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ及び青色光Ｂは、ほぼ偏光状態がＳ偏光光となり、Ｐ偏光光を殆ど含まなくなる。

また、同図（ａ）〜（ｆ）に示すように、第１の位相差膜１０１、第２の位相差膜１０２、第３の位相差膜１０３が形成されている場合と形成されていない場合とを比較すると、各色ともＰ偏光光の割合を大幅に抑制することができる。このため、Ｒ偏光板８Ｒ、Ｇ偏光板８Ｇ、Ｂ偏光板８ＢにＰ偏光光を積算させることを抑制することができ、各偏光板の耐用年数を大幅に改善することができる。同時に、光利用効率の向上を達成することができる。

次に、反射ミラーに位相差膜を形成した例について説明する。この例では、図６に示すように、赤色光Ｒの偏光状態を補正するための第１の位相差膜１１１を第１の反射ミラー６１に形成し、緑色光Ｇの偏光状態を補正するための第２の位相差膜１１２を第２のダイクロイックミラー５２に形成している。また、青色光Ｂの偏光状態を補正するための位相差膜を、第３の位相差膜１１３および第４の位相差膜１１４の２つの位相差膜とし、第３の位相差膜１１３を第２の反射ミラー６２に、また第４の位相差膜１１４を第３の反射ミラー６３に形成している。第３の位相差膜１１３と第４の位相差膜１１４とは、１つの青色光Ｂの偏光状態を補正する位相差膜を、２つの位相差膜として分割配置したものである。

図６に示すように、第１の位相差膜１１１は赤色光Ｒの光路上に配置される光学部品（第１の反射ミラー６１）に形成され、第２の位相差膜１１２は色分解素子である第２のダイクロイックミラー５２に形成され、第３の位相差膜１１３および第４の位相差膜１１４は青色光Ｂの光路上に配置される光学部品（第２の反射ミラー６２および第３の反射ミラー６３）に形成されている。第１の位相差膜１１１乃至第４の位相差膜１１４は斜め柱状構造の位相差膜であり、複屈折の作用により各色の光に位相差を与えて偏光状態の補正を行っている。

図７には各位相差膜が与える位相差を、図８には各色の光の偏光状態を示している。図７のような位相差を与える場合、赤色光Ｒと緑色光Ｇと青色光Ｂとは、各位相差膜によって偏光状態が補正されるため、Ｐ偏光光の割合を少なくすることができるようになる。これにより、各偏光板の耐用年数の向上および光利用効率の向上を図ることができるようになる。ここで、図５の偏光状態と図８の偏光状態とを比較すると、図５の場合の方がより偏光状態が補正されている。これは、角度依存性の影響を大きく受けるのは、第１のダイクロイック膜５１Ｄ、第２のダイクロイック膜５２Ｄにおいて色分解された直後の光であり、色分解直後の偏光状態を補正することにより効果的に各色の光の偏光状態を補正することができる。従って、反射ミラーに位相差膜を形成するよりも、第１のダイクロイックミラー５１、第２のダイクロイックミラー５２に位相差膜を形成することが望ましい。

ここで、図６の構成では、青色光Ｂの偏光状態を補正するために第２の反射ミラー６２および第３の反射ミラー６３の両者に位相差膜を形成しているが、青色光Ｂの偏光状態を補正するためには、何れか一方に形成されていればよい。また、色分解後の赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの光路上に偏光状態を補正するための位相差膜が配置されていればよく、反射ミラー以外の任意の光学部品上に位相差膜を形成するものであってもよい。ただし、Ｒ液晶パネル７Ｒ、Ｇ液晶パネルＧ、Ｂ液晶パネル７Ｂにより光変調がされた光はイメージ光となり、このイメージ光の偏光状態を補正すると、投射レンズ１０から図示しないスクリーン上に投影される映像に悪影響を与える可能性がある。このため、各位相差膜については、第１のダイクロイックミラー５１または第２のダイクロイックミラー５２により色分解されてからＲ液晶パネル７Ｒ、Ｇ液晶パネルＧまたはＢ液晶パネル７Ｂに入射するまでの間の光路上に配置するようにする。

また、各色の光について位相差膜を複数配置するようにしてもよい。角度依存性の影響を最も受けるのはダイクロイック膜であるが、他の光学部品において反射または透過するときには、微小ではあるが角度依存性の影響を受ける。このため、各光学部品に偏光状態補正用の位相差膜を形成することにより、より高精度に偏光状態の補正を行うことができるようになる。

また、１つの位相差膜を複数の光学部品に分散配置することもできる。前述したように、青色光Ｂの偏光状態を補正する位相差膜を、図１の第３の位相差膜１１３と第４の位相差膜１１４とに分散配置していることにより、製造容易性が向上する。つまり、１つの位相差膜を２つ以上に分散配置することにより、膜層数を低減させることができ、蒸着精度等にその分の余裕を持たせることができる。製造容易性の観点からは、位相差膜の機能を１つの光学部品に集中させず、複数の光学部品に分散配置することが望ましい。

液晶プロジェクタの全体構成図である。第１のダイクロイックミラーを説明する図である。第２のダイクロイックミラーを説明する図である。第１の位相差膜、第２の位相差膜、第３の位相差膜が、各色の光に与える位相差を示す図である。第１の位相差膜、第２の位相差膜、第３の位相差膜が形成されている場合と形成されていない場合とにおける各色の光の偏光状態を示す図である。他の例における、液晶プロジェクタの全体構成図である。他の例における、第１の位相差膜、第２の位相差膜、第３の位相差膜が、各色の光に与える位相差を示す図である。他の例における、第１の位相差膜、第２の位相差膜、第３の位相差膜が形成されている場合と形成されていない場合とにおける各色の光の偏光状態を示す図である。

符号の説明

４重畳レンズ８ＢＢ偏光板
８ＧＧ偏光板８ＲＲ偏光板
９クロスダイクロイックプリズム５１第１のダイクロイックミラー
５１Ｄ第１のダイクロイック膜５２第２のダイクロイックミラー
５２Ｄ第２のダイクロイック膜１０１第１の位相差膜
１０２第２の位相差膜１０３第３の位相差膜

Claims

光源から射出される白色光を、１または複数の色分解素子により第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とに色分解し、光変調素子により各波長域の光に対してそれぞれ画像に応じた光変調を行い、光変調を行った各波長域の光を色合成素子により色合成を行う投射型表示装置であって、
第１の波長域の光と第２の波長域の光と第３の波長域の光とに対して、それぞれ位相差を与えて偏光状態を補正する第１の位相差膜と第２の位相差膜と第３の位相差膜とを、前記色分解素子、前記光変調素子、または前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される光学部品のうち少なくとも１つに形成すること、特徴とする投射型表示装置。
前記色分解素子は、前記第１の波長域の光を透過又は反射して、前記第２の波長域の光および前記第３の波長域の光を反射又は透過する第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーを反射又は透過した前記第２の波長域の光と前記第３の波長域の光とのうち、前記第２の波長域の光を反射して、前記第３の波長域の光を透過する第２のダイクロイックミラーとからなり、
前記第１の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第１の位相差膜を前記第１のダイクロイックミラーに形成し、前記第２の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第２の位相差膜と、前記第３の波長域の光に対して位相差を与えて偏光状態を補正する前記第３の位相差膜とを前記第２のダイクロイックミラーに形成したこと、を特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とを、それぞれ前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される光路変換素子のうち少なくとも１つに形成したこと、を特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とを、それぞれ前記色分解素子およびこの色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される前記光路変換素子に、若しくは前記色分解素子と前記光変調素子との間の光路に配置される複数の前記光路変換素子に分割して形成したこと、を特徴とする請求項３記載の投射型表示装置。
前記第１の位相差膜と前記第２の位相差膜と前記第３の位相差膜とは、斜方蒸着膜であることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。