JP2000310751A - 投写型表示装置及びそれに用いる照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的安価でコントラスト比が高く、高い画
質を有する、反射型位相変調素子を用いた投射型表示装
置を提供する。 【解決手段】 略直交する直線偏光のそれぞれに対して
異なる屈折もしくは回折作用を及ぼす偏光分離素子１０
７により、照明光束と投射光束を分離する。偏光分離素
子１０７は一軸性プリズムと等方性プリズムの組み合わ
せ、使用光波波長より短い周期を有する表面レリーフ回
折格子、体積型ホログラムで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投写型表示装置に
関し、特に反射型液晶ライトバルブをはじめとする反射
型位相変調素子を利用した電気光学装置の画像を拡大投
写する投写型表示装置に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶をはじめとする位相変調素子
を利用したこの種の投写型表示装置（液晶プロジェク
タ）において、反射型液晶ライトバルブをはじめとする
反射型位相変調素子の利用に注目が集まっている。その
理由として、表示装置全体の小型軽量化に好適な対角１
インチ程度のライトバルブ使用を前提とした場合、透過
型液晶ライトバルブをはじめとする透過型ライトバルブ
では、高解像度化に限界が生じる事があげられる。一例
として、透過型液晶ライトバルブにおいては、光束を透
過させるための画素開口部を確保しなければならず、そ
のため、高解像度化にともなって必然的にスイッチング
素子であるトランジスタの小型化が要求され、その結果
充分なトランジスタの書き込み特性が得られなくなるた
めである。現在では、１インチ程度の透過型液晶ライト
バルブにおいてはSXGA程度の解像度が限界であるといわ
れている。

【０００３】一方、反射型液晶ライトバルブをはじめと
する反射型位相変調素子においては画素に反射電極を設
け、その電極の下側にスイッチング素子を形成する事が
可能なため、UVGA以上の高解像度化がはかれるという特
徴がある。

【０００４】このような理由から、今後、市場からの画
像の高精細化が要求される中で、投射型表示装置のライ
トバルブとしては、反射型液晶ライトバルブをはじめと
する反射型位相変調素子が最も有力な候補と目されてい
る。

【０００５】反射型位相変調素子を用いた投射型表示装
置の光学構成の例としては大きく分けて、SPIE Vol. 32
96 P100に見られるような偏光ビームスプリッターを用
いた構成、SPIE(to be published)文献や特開平８−１
７１０７８、特開平８−９４９７５に見られるような偏
光ビームスプリッターを用いない構成に2分される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した偏向ビームス
プリッターを用いた光学系の構成を図１６を用いて説明
する。ランプ１０１からの出射光は、照度比を向上させ
るためのロッド１０４などを透過し、偏光ビームスプリ
ッター１６０１に入射する。偏光ビームスプリッター１
６０１においてはＰ偏光は透過され、Ｓ偏光は反射され
るものとする（偏光分離膜の構成によってはこの逆の関
係も実現できる。）。また、反射型液晶ライトバルブ１
０８は、液晶層の液晶材料の複屈折、配向状態、液晶セ
ル厚を調整する事によりＯＮ状態で液晶層通過光線に対
してλ/４の位相差を付与し、ＯＦＦ状態で０の位相差
を付与するように構成する。この構成については先述の
文献SPIE Vol. 3296 P100やP19等に詳しく述べられてい
る。

【０００７】偏向ビームスプリッター１６０１を透過し
たＰ偏光は反射型液晶ライトバルブに入射し、反射電極
で反射される。すると、光線は入射・反射の光路で２回
液晶層を通過するため、反射型液晶ライトバルブがＯＮ
状態では反射後の光線はλ/２の位相差を受けＳ偏光に
変換され、引き続き入射する偏光ビームスプリッター１
６０１で反射された後、投射レンズ１１０によりスクリ
ーン１１１上に投影され、明表示となる。一方で、ＯＦ
Ｆ時は、反射後の光線は何ら位相差を受けないため再び
偏光ビームスプリッター１６０１を透過して照明光学系
側に逆戻りし、スクリーン１１１には光線は到達せず暗
表示となる。

【０００８】この偏光ビームスプリッターを用いた光学
系の欠点として、光学系全体の構成が複雑化し、部品コ
ストが高くなることがあげられる。偏光ビームスプリッ
ターの偏光分離機能を有する誘電体多層膜は限定された
波長帯域と光線入射角度にあわせて設計されているため
に、投射型表示装置で使われる可視全域にわたる波長帯
域と広い光線入射角度を有する照明光に対しては十分な
消光比を得ることはできず、高いコントラストを有する
投射画像を得るためには、Ｒ，Ｇ，Ｂ3原色のそれぞれ
に専用の偏光ビームスプリッターを用いる必要が生じ
る。すると最低でも３個の偏光ビームスプリッターを使
用せざるを得ず、装置の複雑化とコストアップにつなが
る。そのような欠点を補うために１つの偏光ビームスプ
リッターで全帯域をカバーするような誘電体多層膜設計
を行っても、十分な消光比を得ることは極めて困難であ
る。

【０００９】次に偏光ビームスプリッターを用いない光
学系について説明する。 偏光ビームスプリッターを用
いない光学系における重要なポイントは、照明光束と投
射光束を空間的に分離するための構成にある。

【００１０】その第１の例を図１７を用いて説明する。
ランプ１０１からの出射光は、集光レンズ１０３により
集光され、照度分布の均一化機能を有するロッド１０
４、結像レンズ１０５ａ、１０５ｂ、偏光板１０６を経
由して反射型液晶ライトバルブ１０８に入射する。な
お、反射型液晶ライトバルブ１０８の構成、機能は先述
したものと同様である。反射型液晶ライトバルブ１０８
を反射した光線は偏光板１０９を経由して投射レンズ１
１０に導かれる。ここで、入射側の偏光板１０６と出射
側の偏光板１０９をクロスニコル配置にすることによ
り、ＯＮ状態では光線はλ/２の位相差を受け入射偏光
とは直交する偏光に変換されて出射側の偏光板１０９を
透過し、投射レンズ１１０によりスクリーン１１１上に
投影され、明表示となる。一方で、ＯＦＦ時は、反射後
の光線は何ら位相差を受けないため出射側の偏光板１０
９で吸収され、スクリーン１１１に光線は到達せず暗表
示となる。

【００１１】本光学系の欠点は投射画像の画質の劣化と
コストアップが避けられないことにある。本構成におい
ては、照明光は反射型液晶ライトバルブ１０８に斜めに
入射するために、当然反射光も斜めに反射する。この反
射光をスクリーン１１１上に投影するためには、一般的
には投射レンズ１１０を反射光の光軸に垂直に配置する
ことが好ましいが、すると投射レンズ１１０から見て反
射型ライトバルブ１０８は光軸に対して傾いて配置され
ていることと等価となり、スクリーン投影画像は必然的
に台形歪みや各種偏心収差を有することとなり、画質が
大きく劣化する。このような欠点を回避するために投射
レンズ１１０を偏心レンズなどで構成し収差改善を図る
ことも可能であるが、そのような投射レンズはきわめて
高価なものとなりコストアップを招く。

【００１２】このような欠点を補うために、図１８に示
すように、照明光束と投射光束の角度分離を極力少なく
するための構成も提案されている。

【００１３】本構成においては、ランプ１０１からの出
射光は、集光レンズ１０３ａにより集光され、偏光板１
０６、ミラー８０３、集光レンズ１０３ｂを経由して反
射型液晶ライトバルブ１０８に入射する。なお、反射型
液晶ライトバルブ１０８の構成、機能は先述したものと
同様である。反射型液晶ライトバルブ１０８を反射した
光線は集光レンズ１０３ｂによりアパーチャーストップ
８０４で形成されるアパーチャーに集光された後、偏光
板１０９を経由して投射レンズ１１０に導かれる。

【００１４】本構成においては照明光束と照明光束とを
空間的に近接した位置でそれぞれ絞り込む事および集光
レンズ１０３ｂを両光学系で共有する事により、照明光
学系の光軸と投射光学系の光軸の分離角度を前述の例に
比べて小さくできるため、投射光学系の偏心収差量が小
さくなるという特徴がある。

【００１５】本光学系の欠点として、照度比の高い投射
画像を得られないことがあげられる。現在照度比の高い
画像を得るためには、一般的にフライアイレンズなどを
用い、2次元的に分布した複数の2次光源像形成し、それ
らを反射型液晶ライトバルブ１０８上で重畳する手法が
用いられている。このような手法を用いる場合、照明光
学系における光束の幅は必然的にある太さを有するもの
となる。ところが本光学系においては、照明光と投射光
が互いに干渉しないように、狭い空間領域に照明光を集
光せざるを得ない。この空間領域は、照度比向上光学系
で必要とされる光束を全て利用するためには充分な広さ
とはいえず、その結果、投射画像の照度ムラが顕著なも
のとなってしまう。この課題を解決するために投射光束
と照明光束の分離角度を大きくすると、図１７の構成と
同様に、投射光学系の偏心収差量が大きくならざるを得
ず、投射画像の画質の劣化や投射レンズの高コスト化を
招く。

【００１６】本発明は上記課題を解決するものであり、
その目的とするところは、偏光の分離能力が高く、かつ
入射光と出射光の空間的な分離を可能とする偏光分離素
子を用いて、高いコントラストを有する高精細な画像を
投写できる反射型位相変調素子を用いた投写型表示装置
を実現することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の投射型表示装置は、光源手段と、該光源手
段からの光束を反射型位相変調素子に導く照明光学手段
と、該反射型位相変調素子の像を結像する結像光学手段
と、該光源手段から該反射型位相変調素子までの光路と
該反射型位相変調素子から該結像光学手段までの光路を
略分離する偏光分離手段を備える投射型表示装置におい
て、前記、偏光分離手段は略直交する直線偏光のそれぞ
れに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼすことを
特徴とする。

【００１８】本構成によれば、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる屈折もしくは回折作用を及ぼす偏
光分炉異手段を用いるために、偏光ビームスプリッター
を用いずに投射型表示装置を構成することが可能とな
り、装置の低コスト化および表示画像の高画質化をはか
ることができる。

【００１９】また、前記投射型表示装置において、該光
源手段からの光束が、前記偏光分離手段により略垂直に
前記反射型位相変調素子に入射することを特徴とする。

【００２０】本構成によれば、投射レンズの光軸を反射
型位相変調素子に略垂直に配置することができため、投
射レンズには偏心にともなう収差は一切生じず、非常に
高い画質を有する画像を投影することが可能である。更
には、通常の軸回転対称レンズを使用できるため、コス
ト的にも有利である。

【００２１】また前記投射型表示装置において、前記偏
光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプリズム素子
と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み合せで構成
され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率をｎｏ、異常
光に対する屈折率をｎｅとしたときに、該光学的等方性
媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎｅであることを特徴
とする。

【００２２】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる屈折作用を及ぼす偏光分離手段を容
易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画
像を表示することができる投射型表示装置を実現するこ
とができる。

【００２３】さらには、前記偏光分離手段は、一軸性結
晶から構成されるプリズム素子と光学的等方性媒質から
なるプリズムの組み合せをアレイ状に配列したことを特
徴とする。

【００２４】本構成によれば、偏光分離素子の薄型化が
可能になる。

【００２５】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成した一軸
性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質層により
充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に対する屈
折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとしたとき
に、該光学的等方性媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎ
ｅであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を有
することを特徴とする。

【００２６】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を容
易に構成することが可能となり、低コストで高画質な画
像を表示することができる投射型表示装置を実現するこ
とができる。

【００２７】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であり、その
格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関
係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線偏光のそ
れぞれの特定回折次数に対する回折効率が異なるように
調整されていることを特徴とする。

【００２８】本構成により、略直交する直線偏光のそれ
ぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を一
軸性結晶を用いるなく、略直交する直線偏光のそれぞれ
に対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を比較的
安価に製造できる。

【００２９】また、前記投射型表示装置において、前記
偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その格子ピッ
チＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関係を満た
し、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素子に対し
て傾いていることを特徴とする。

【００３０】本構成によれば、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を
機械的な加工をすること無く、略直交する直線偏光のそ
れぞれに対して異なる回折作用を及ぼす偏光分離手段を
比較的安価に製造でき、かつ格子ベクトルの方向を容易
に調整できるので、前記反射型位相変調素子への照明光
の入射角の調節が容易になる。

【００３１】さらには前記、回折作用を有する偏光分離
素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いているこ
とを特徴とする。

【００３２】本構成によれば前記反射型位相変調素子へ
の照明光の入射角の調節が容易になるため、偏光分離素
子の設計が容易になる。

【００３３】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面反射によ
って複数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形
成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射面の照明
情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備
え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型位相変調
素子の平面形状と非相似であることを特徴とする。

【００３４】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。

【００３５】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割
手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相変調素子の
配置がシャインプルフの法則を満足することを特徴とす
る。

【００３６】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。

【００３７】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該集光手段
は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含み、該集光
手段による該出射面情報の結像位置が該光源手段からの
光束内において暫時変化することを特徴とする。

【００３８】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。

【００３９】また、前記投射型表示装置において、前記
照明光学手段は前記光源手段からの光束を複数の光束に
分割して射出し複数の二次光源像を形成する光束分割手
段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報を前記反射
型位相変調素子に結像する集光手段を備え、該光束分割
手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光手段に対し
て直角かつ反対方向にずれていることを特徴とする。

【００４０】本構成によれば、前記反射型位相変調素子
へ照明光を斜めに効率よく入射させることが可能にな
る。

【００４１】また、前記投射型表示装置において、照明
光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調素子が配置
されている平面の交点と、前記反射型位相変調素子の略
中心の距離をＬとし、該照明光学系の光軸と前記反射型
位相変調素子の法線が含まれる平面における前記反射型
位相変調素子の幅をＷとしたときにＬ＞Ｗの関係が成り
立つことを特徴とする。

【００４２】本構成によれば、照明手段から出射される
略直交する直線偏光のうち、前記反射型位相変調素子の
変調に不要な成分が、前記反射型位相変調素子に入射す
ることを防ぐことができるため、直線偏光板の枚数を低
減することが可能となり、より明るい投射画像を得るこ
とが可能となる。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、図面などを参照しながら、
本発明の実施の形態をあげて、さらに詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、反射型位相変調素子とし
て反射型液晶ライトバルブを使用する場合を例にとって
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない事
は言うまでもない。

【００４４】（投射型表示装置および偏光分離素子の第
１の実施形態）図１は、本発明による投射型表示装置の
第１の実施形態を示す図である。

【００４５】本実施形態の投射型表示装置は、光源手段
であるランプ１０１と、反射手段であるリフレクタ１０
２と、第１の集光手段である集光レンズ１０３と、光束
混合手段であるロッド１０４と、第２の集光手段（結像
手段）であり、レンズ１０５ａと１０５ｂから構成され
る結像レンズ（集光レンズ）１０５と、第１の直線偏光
素子１０６と、偏光分離手段である偏光分離素子１０７
と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ１０８
と、第２の直線偏光素子１０９と、投射レンズ１１０を
備え、反射型液晶ライトバルブ１０８の像をスクリーン
１１０上に表示するものである。また、第２の集光手段
１０５は、ロッド１０４の出射端面の像を反射型液晶ラ
イトバルブ１０７上に結像する機能を有している。

【００４６】また、第１の直線偏光素子１０６と第２の
直線偏光素子１０９はそれぞれある方向に振動面を持つ
直線偏光を透過し、それと直交する方向に振動面を持つ
直線偏光を吸収もしくは反射する機能を有しており、そ
れらは互いにクロスニコルの配置もしくは平行の配置の
置かれている。この配置関係については、反射型液晶ラ
イトバルブの駆動条件で決定されるものである。すなわ
ち、反射型液晶ライトバルブをＯＦＦ状態で黒表示をす
るノーマリー黒条件で駆動する場合はクロスニコル配置
にする必要がある。その逆の、反射型液晶ライトバルブ
をＯＦＦ状態で白表示をするノーマリー白条件で駆動す
る場合は平行に配置にする必要がある。以下の実施形態
の説明においては説明を分かりやすくする目的でクロス
ニコルの配置に置かれている事を前提として説明をすす
める。

【００４７】ランプ１０１から出射された光束は、パラ
ボラ形状のリフレクタ１０２によって反射され略平行光
束となって集光レンズ１０３に入射する。集光レンズ１
０３は、光束をロッド１０４に入射するように射出す
る。

【００４８】ロッド１０４は、柱状のガラス製の中実ロ
ッドや、複数平板ミラーを柱上に組み合わせた中空ロッ
ドで構成される。ロッド１０４に入射された光束は、ロ
ッド１０４内で内面反射を繰り返し、その出射面上には
ロッド内からの様々な方向からの光束が重畳されるた
め、明るさのムラが低減され照度比が高められた輝度分
布が形成されることになる。そしてこのロッド１０４の
出射面の輝度分布は結像レンズ１０５により、直線偏光
素子１０６、偏光分離素子１０７を経由して被照射面で
ある反射型液晶ライトバルブ１０８に照射される。直線
偏光素子１０６は紙面内に振動する偏光（以後P偏光）
を透過し、紙面に垂直に振動する偏光（以後S偏光）を
吸収する作用を有している。

【００４９】図２は、本発明による偏光分離素子の第1
の実施形態を示す図である。

【００５０】なお、図２（ａ）は反射型液晶ライトバル
ブがＯＮ状態の光線の経路を示し、図２（ｂ）はＯＦＦ
状態の光線の経路を示している。

【００５１】偏光分離素子１０７は一軸性結晶プリズム
２０１と等方性プリズム２０２の組み合せで構成されて
いる。一軸性結晶プリズム２０１としては方解石、水
晶、液晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるが
それらに限定されるものではない。以後の説明において
は方解石などの負結晶を用いた場合を前提として説明を
すすめる。

【００５２】一軸性結晶プリズム２０１の光学軸２０３
は紙面内にあり、常光に対する屈折率はｎｏ、異常光対
する屈折率はｎｅである。また、等方性プリズム２０２
の屈折率はｎｏに調整されている。

【００５３】図1の直線偏光板１０６を透過したＰ偏光
２０４は一軸性プリズム２０１にスネルの法則に従って
屈折をして入射する。この偏光は一軸性結晶プリズム２
０１中では異常光であるのでｎｅの屈折率を感じる。す
ると、さらに一軸性プリズム２０１と等方性プリズム２
０２の界面で屈折をして反射型液晶ライトバルブ１０８
の液晶層２０７に入射する。

【００５４】このとき、入射Ｐ偏光２０４の液晶層２０
７への入射角度が０°になるように、プリズム頂角２０
５，２０６が調整されている。例えば、一軸性結晶とし
て方解石を使用した場合、ｎｏ＝１．６５８、ｎｅ＝
１．４８６である事から、Ｐ偏光２０４の一軸性結晶プ
リズム２０１への入射角度を略９°としたときに、頂角
２０５および２０６を略４７°に形成すれば、 Ｐ偏光
２０４を略垂直に液晶層２０７へ入射させる事ができ
る。

【００５５】図２（ａ）において反射型液晶ライトバル
ブ１０８はＯＮ状態で、液晶層２０７を通過した光線に
対してλ／４の位相差を与える作用を有する。従って、
液晶セル２０７に入射したＰ偏光２０４は画素電極２０
８で反射され再び液晶セル２０７を出射する際には計λ
／２の位相差を受けＳ偏光２０９に変換されている。こ
のＳ偏光２０９は一軸性結晶プリズム２０１と等方性プ
リズム２０２の界面で屈折作用は受けない。なぜなら
ば、一軸性プリズム２０１のＳ偏光（＝常光）に対する
屈折率はｎｏであり、それは等方性プリズム２０２のそ
れに等しいからである。従って、Ｓ偏光２０９はそのま
ま垂直に偏光分離素子１０７を出射する。

【００５６】一方、図2（ｂ）では反射型液晶ライトバ
ルブ１０８はＯＦＦ状態で、液晶層２０７を通過する光
線に対して位相差は与えるない。したがって、入射Ｐ偏
光２０４が画素電極２０８で反射後も偏光状態はＰ偏光
のままのため、入射したときとまったく同一の経路を経
て照明光学系側に戻っていく。

【００５７】ここで明らかなように、本実施例において
は、反射型液晶セルライトバルブ１０８がＯＮ状態のと
きのＳ偏光出射光と、ＯＦＦ状態の時のＰ偏光出射光を
空間的に完全に分離できるために非常に高い消光比を得
ることができ、これにより高いコントラストを有する投
射画像を表示する事が可能になる。

【００５８】再び図１にもどると偏光分離素子１０７か
ら出射したＳ偏光は直線偏光子１０６とはクロスニコル
の配置にある直線偏光子１０９を透過し、投射レンズ１
１０によりスクリーン１１１上に結像される。ここで、
スクリーン到達光は反射型液晶ライトバルブ１０８に対
して略垂直に出射するために投射レンズ１１０の光軸を
反射型液晶ライトバルブ１０８に略垂直に配置すること
ができる。従って、投射レンズには偏心にともなう収差
は一切生じないために、非常に高い画質を有する画像を
投影することが可能である。更には、通常の軸回転対称
レンズを使用できるため、コスト的にも有利である。

【００５９】なお、図１の構成において、照明光学系の
光軸１１２の延長線１１３と、反射型液晶ライトバルブ
１０８の延長線１１４の交点を１１５とし、反射型液晶
ライトバルブ１０８の中心点１１６と交点１１５の距離
をＬとする。また、反射型液晶ライトバルブ１０８の紙
面内における幅をＷとする。このとき、Ｌ＞Ｗの関係に
なるように偏光分離素子１０７と反射型液晶ライトバル
ブ１０８の距離Ｄや、照明光学系の光軸１１２と偏光分
離素子の法線のなす角度θｉを調整することにより、直
線偏光板１０６を省くことが可能になる。なぜなら、直
線偏光板１０６は反射型液晶ライトバルブの変調に不要
なＳ偏光を除去するために設置されているが、Ｌ＞Ｗの
関係にすることにより、直線偏光板１０６でＳ偏光を除
去せずとも偏光分離素子１０７でほとんど屈折作用を受
けないＳ偏光はそのまま略直進し、反射型液晶ライトバ
ルブ１０８にはほとんど入射しないからである。

【００６０】本構成によれば、直線偏光板の枚数を低減
できるため、その分透過率が向上し、より明るい投射画
像を得ることができる。なお、以後説明する実施形態に
おいても本構成を適用できることは言うまでもない。

【００６１】（偏光分離素子の第２の実施形態）図３は
偏光分離素子の第２の実施形態を示す図である。

【００６２】本実施形態において、偏光分離素子は偏光
分離素子の第１の実施形態で説明した構造を有する一軸
性結晶プリズム２０１と等方性プリズム２０２の組み合
わせ単位３０１が反射型位相変調器１０８と平行な平面
内にアレイ上に配列された構造となっている。本構成に
よれば偏光分離素子１０７を薄型化する事が可能とな
り、投射型表示装置全体の小型薄型化を実現できる。

【００６３】（偏光分離素子の第３の実施形態）図４は
偏光分離素子の第３の実施形態を示す図である。

【００６４】なお、図４（ａ）は反射型液晶ライトバル
ブ１０８がＯＮ状態の光線の経路を示し、図４（ｂ）は
ＯＦＦ状態の光線の経路を示している。

【００６５】本実施形態において偏光分離素子１０７は
表面にその断面が鋸歯形状で、繰り返しピッチがＰであ
る周期格子４０２が形成された一軸性結晶４０１と、格
子４０２の空隙に充填された等方性媒質４０３で構成さ
れている。一軸性結晶４０１としては方解石、水晶、液
晶プリズム、構造性複屈折媒体等があげられるがそれら
に限定されるものではない。またその光学軸４０４は紙
面内にあり、常光に対する屈折率はｎｏ、異常光に対す
る屈折率はｎｅであり、等方性媒質４０３の屈折率はｎ
ｏに調整されている。

【００６６】偏光分離素子１０７に入射するＰ偏光２０
４は一軸性結晶４０１においては異常光であるために屈
折率ｎｅを感じる。したがって、等方性媒質４０３と一
軸性結晶４０２の界面構造の影響を受ける。この界面構
造はくり返しピッチがＰの周期格子であるため入射Ｐ偏
光２０４は回折作用を受ける。Ｐ偏光２０４の回折角度
は次式であらわされる。

【００６７】n sinθ - n' sinθ'= mλ/P ここで、n、n'は回折面に対する入射側、出射側の媒質
の屈折率、θは回折面に対する光線入射角、θ‘は出射
角、mは回折光の次数、λは光波長、Pは格子のピッチで
ある。

【００６８】従って、一軸性結晶４０１として方解石を
使用し、入射光線波長を赤色光の０．６３３μｍとし、
入射角を３０°とした場合に、１次回折光（m＝１）を
液晶層２０７に略垂直に入射させるためには格子ピッチ
Ｐを略１．３μｍに調整すればよい。また、格子４０２
の断面形状が鋸歯形状であるために、1次の方向に選択
的に回折を生ぜしめる事が可能であり、入射Ｐ偏光２０
４のほとんどのエネルギーを、液晶層２０７に垂直に入
射させることができる。

【００６９】実施形態１で述べたように、反射型液晶ラ
イトバルブ１０８がＯＮ状態のときは、反射光はＳ偏光
２０９に変換されて再び一軸性結晶４０１に入射し、周
期格子４０２に至る。ここで、Ｓ偏光２０９は一軸性結
晶４０１において常光であるため、屈折率ｎｏを感じ
る。この屈折率は等方性媒質４０３のそれと同じため、
Ｓ偏光２０９は界面構造を感じることなく、回折作用を
受けずにそのまま偏光分離素子１０７を出射する。

【００７０】一方、図３（ｂ）では反射型液晶ライトバ
ルブ１０８はＯＦＦ状態で、液晶層２０７を通過する光
線に対して位相差は与えるない。したがって、反射後も
偏光状態はＰ偏光のままのため、入射したときとまった
く同一の経路を経て照明光学系側に戻っていく。

【００７１】従って、実施形態１で述べたことと同様
に、非常にコントラストが高い高画質映像を投射するこ
とが可能となる。本実施形態は、回折現象を利用してい
ることから、実施例１のような屈折現象を利用する偏光
分離素子に比べて入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分離角度を
大きく取れるという特徴を有する。

【００７２】（偏光分離素子の第４の実施形態）図５、
図６および図７は第３の実施形態の偏光分離素子と同様
に回折現象を利用した偏光分離素子の実施形態を示す図
である。

【００７３】なお、図５（ａ）、図６、図７（ａ）は反
射型液晶ライトバルブ１０８がＯＮ状態の光線の経路を
示し、図５（ｂ）、図７（ｂ）はＯＦＦ状態の光線の経
路を示している。

【００７４】これらの実施形態の偏光分離素子の機能
は、実施例３の偏光分離素子と基本的に同じため、その
機能について説明が重複する部分は割愛し、偏光分離素
子の構造の相違についてのみ説明することとする。

【００７５】図５の偏光分離素子１０７はその表面にレ
リーフ型の回折格子５０１が形成されており、その格子
ベクトル５０２は紙面内にある。また、その格子ピッチ
Ｐは使用波長をλとしたときにλ ＞ Ｐの関係を満た
している。このように格子ピッチが波長より短い表面レ
リーフ型回折格子に光波が入射した際に、その回折角お
よび回折効率に大きな偏光依存性があることが知られて
いる。また、回折効率については格子の深さｄが大きな
影響を与えることが知られている。（第３３回応用物理
関連講演会、４ａ−ＺＣ−１、第４６回応物秋季講演
会、２ｐ−Ｈ−６、第４７回応物秋季講演会、３０ｐ−
Ｖ−６）一例として図６のように反射型液晶ライトバル
ブに対してθｏ傾けられた偏光分離素１０７にＰ偏光２
０４が入射する場合を考える。

【００７６】偏光分離素子１０７を屈折率１．６６の透
明板で形成する場合に、Ｐ偏光２０４の偏光分子素子１
０７に対する入射角度θｉを略３０°、波長を０．６３
３μｍ、格子ピッチＰ＝０．５８８μｍ、格子深さｄ＝
１．４７μｍとすると、Ｐ偏光２０４の一次回折効率は
９０％以上に達する一方で、Ｓ偏光２０９の回折効率は
ほぼ０％でほとんど回折作用を受けずに透過する。ま
た、一次回折光の回折角度θｄは略３５°であるので偏
光分離素子１０７を反射型液晶ライトバルブに対してθ
ｏ＝３５°傾けることにより、入射Ｐ偏光２０４を略垂
直に液晶層２０７に入射させることができる。画素電極
２０８で反射され位相変調を受けたＳ偏光２０９は前述
のごとくほとんど回折作用を受けないため、そのまま偏
光分離素子１０７を透過する。

【００７７】従って、これらの諸パラメータを調整して
入射Ｐ偏光２０４を液晶層２０７に略垂直に入射せしめ
る特定次数に選択的に回折させ、一方、反射Ｓ偏光２０
９は０次（直進透過光）に選択的に回折させるさせるよ
うにすれば、偏光分離機能を発揮させることが可能とな
る。

【００７８】なお、実施形態４やこれ以降に説明する実
施形態において偏光分離素子１０７を液晶層に略平行に
配置する場合を中心に説明してあるが、図６に示すごと
く、偏光分離素子１０７を液晶層２０７に対して傾斜を
つけて配置してもかまわない。このような構成をとるこ
とにより、入出射偏光の特定次数光への回折効率を向上
させたり、設計の自由度を向上させることが可能にな
る。

【００７９】本実施形態は、実施例３のように一軸性結
晶を用いる必要がないため比較的安価に偏光分離素子を
製造できるという特徴を有する。更には屈折現象を利用
する偏光分離素子に比べて入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分
離角度を大きく取れるという特徴を有する。

【００８０】図７の偏光分離素子１０７は、その内部に
屈折率分布の周期構造７０１を有する体積ホログラムで
あり、その格子ピッチＰは使用波長をλとしたときにλ
＞ Ｐの関係を満たしている。このように格子ピッチ
が波長より短い体積型ホログラムに光波が入射した際に
も図５、６の偏光分離素子同様に、その回折角および回
折効率に大きな偏光依存性があることが知られている。
従って、Ｐ偏光２０４を液晶セルに略垂直に入射せしめ
る特定次数に選択的に回折させ、一方、反射Ｓ偏光２０
９は０次（直進透過光）に選択的に回折させるさせるよ
うに周期構造ピッチＰ等の体積型ホログラムの諸パラメ
ーターを調整すれば、偏光分離機能を発揮させることが
可能となる。

【００８１】本実施形態は、一軸性結晶を用いる必要が
なく、かつレリーフ構造を加工する必要が無いいため比
較的安価に偏光分離素子を製造できるという特徴を有す
る。

【００８２】また、体積型ホログラムの内部に形成する
屈折率分布の周期構造をサイン波で近似できるような分
布とする事により、特定次数への回折効率を極めて高め
る事が可能となる。

【００８３】さらには、格子ベクトル方向Φを調整する
ことにより、容易に回折角度を調節することが可能とな
り、偏光分離素子１０７を反射型液晶ライトバルブに対
して傾けずとも、入射偏光２０４を略垂直に容易に入射
させることが可能になる。

【００８４】は屈折現象を利用する偏光分離素子に比べ
て入射Ｐ偏光と出射Ｓ偏光の分離角度を大きく取れると
いう特徴を有する。

【００８５】（投射型表示装置の第２の実施形態）８
は、本発明による投写型表示装置の第２の実施形態の全
体の構成を示す図である。

【００８６】実施形態の投射型表示装置は、光源手段で
あるランプ１０１と、反射手段であるリフレクタ１０２
と、第１の集光手段である集光レンズ１０３と、光束混
合手段であるロッド１０４と、第２の集光手段（結像手
段）である結像レンズ（集光レンズ）８０１、８０２
と、第1の直線偏光素子１０６と、反射手段であるミラ
ー８０３と、偏光分離手段である偏光分離素子１０７
と、画像形成手段である反射型液晶ライトバルブ１０８
と、光束制御手段であるアパチャーストップ８０４と、
第２の直線偏光素子１０９と、投射レンズ８０５を備
え、反射型液晶ライトバルブ１０８の像をスクリーン１
１０上に表示するものである。また、第２の集光手段で
ある結像レンズ８０１、８０２は、ロッド１０４の出射
端面の像を反射型液晶ライトバルブ１０７上に結像する
機能を有している。

【００８７】実施形態の基本構成は図１８を用いて説明
をした従来の技術と同様、照明光束の幅の狭い部分に近
接した空間領域に、投射光束を絞り込むことにより比較
的狭い角度で投射光束と照明光束を空間的に分離するも
のである。

【００８８】図の従来技術における課題は、投射光束と
照明光束の分離角度θｂを大きくできず、照度比向上光
学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保でき
ない事にあった。しかし、本構成においては実施形態１
〜４で説明してきた機能を有する偏光分離素子１０７を
挿入しているために、投射光束と照明光束の分離角度θ
ａを従来技術に比べて大きく取れるため、照度比向上光
学系で生成される光束が通過する空間を充分に確保する
事が可能になる。従って、照度比の高い投射画像を得ら
れる。

【００８９】（投写型表示装置の第３の実施形態）ここ
までに説明した実施形態においては、照明光束（もしく
は照明光学系光軸）が反射型液晶ライトバルブに略垂直
入射する条件を前提に説明をしてきた。しかし、本発明
はこの条件に制限されるものではなく、この条件をはず
れる条件においても様々な特徴を発揮する事が可能であ
る。

【００９０】図９は反射型ライトバルブへの照明光束の
入射角度と照明光束と投射光束の角度分離の関係を示す
図である。図９（ａ）は、ここまでに説明した実施形態
と同様に照明光束９０１が偏光分離素子１０７にて偏向
されて、反射型ライトバルブの液晶層２０７に略垂直に
入射する場合を示し、図９（ｂ）は、照明光束９０１が
偏光分離素子１０７にて偏向されて、反射型ライトバル
ブの液晶層２０７にある角度θｃで入射する場合を示
し、図９（ｃ）は、従来技術と同様に、照明光束９０１
が偏光分離素子を介する事なく、反射型ライトバルブの
液晶層２０７に角度θｄで入射する場合を示してある。
また、図９の中で示されているθａは照明光束９０１と
投射光束２の分離角を示し、θｂは液晶層２０７の法線
に対して投射光束がなす角を示している。

【００９１】図１０を用いて図９における角度θａとθ
ｂが投射型表示装置の性能にどのような影響を及ぼすか
を説明する。

【００９２】図９におけるθａは図１０においては照明
光学系の光軸１００１と投射光学系の光軸１００２の為
す角度である。照明光学系における各素子は、投射光学
系の光束１００４に光学的な作用を及ぼさない位置に配
置しなければならず、同様に投射光学系における各素子
は、照明光学系の光束１００３に光学的な作用を及ぼさ
ない位置に配置しなければならない。従って、θａが大
きければ大きいほど投射レンズ１１０を反射型液晶ライ
トバルブに近い位置に配置できる。投射レンズ１１０の
口径を同一で考えた場合、投射レンズ１１０を反射型液
晶ライトバルブ１０８に近づければ近づけるほどより大
きな立体角の反射型液晶ライトバルブ１０８からの反射
光を投射レンズ１１０に取り込める。すなわち、投射レ
ンズ１１０のＦナンバーを小さくする事ができ、より明
るい投射画像を得る事ができる。

【００９３】以上をまとめると、θａを大きくすればす
るほど明るい投射画像を得る事ができる。

【００９４】次に図９におけるθｂは図１０においては
反射型液晶ライトバルブ１０８の法線１００５と投射光
学系の光軸１００２の為す角度である。この角度が大き
くなればなるほど投射レンズ１１０の反射型液晶ライト
バルブ１０８に対する偏心量は大きくなり、投射画像の
画質の劣化を招く事になる。逆にこの角度を小さくすれ
ばするほどより高い画質の投射画像を得る事ができる。
以上をまとめると、θｂを小さくすればするほど高い画
質の投射画像を得る事ができる。

【００９５】再び図９を用いて、照明光束（もしくは照
明光学系光軸）が反射型液晶ライトバルブに非垂直に入
射する構成の特徴を説明する。

【００９６】図９（ａ）は、ここまでに説明した実施形
態と同様に照明光束９０１が偏光分離素子１０７にて偏
向されて、反射型ライトバルブの液晶層２０７に略垂直
に入射する場合を示している。その時の照明光束９０１
の偏光分離素子１０７への入射角をθｃとする。図９
（ｂ）は、照明光束９０１が図９（ａ）と全く同じ構造
を有する偏光分離素子１０７にθｃより大きなθｄで入
射する場合を示してある。その場合、スネルの法則や回
折角の法則から考えて、照明光束９０１は反射型ライト
バルブの液晶層２０７に０°より大きな角度θｅで入射
する。ここで、（ａ）における入射光束９０１と投射光
束９０２の分離角θａをＡとするとＡ＝θｃとなり、
（ｂ）における分離角θａをＢとするとＢ＝θｄ＋θｅ
となる。

【００９７】θｃ＜θｄの関係があるので明らかにＡ＜
Ｂである。従って、先述の理由により（ｂ）の構成、す
なわち照明光束（もしくは照明光学系光軸）が反射型液
晶ライトバルブに非垂直に入射する構成はより明るい投
射画像を得ることができるといえる。

【００９８】次に、図９（ｂ）の構成と偏光分離素子を
用いない図９（ｃ）の構成が全く同一の分離角度θａを
有する場合を考える。このとき（ｂ）における液晶層２
０７の法線に対して投射光束９０２がなす角θｂをＣと
すると、Ｃ＝θｅであり、（ｃ）におけるそれをＤとす
ると、Ｄ＝θｆである。また、図から明らかなように
（ｂ）においては、θａ＝θｇ＋２θｅ、（ｃ）におい
ては、θａ＝２θｆであるので明らかに、θｅ＜θｆ、
すなわち、Ｃ＜Ｄである。従って、同じ明るさの投射画
像を得る場合は、先述の理由により（ｂ）の構成、すな
わち照明光束（もしくは照明光学系光軸）が反射型液晶
ライトバルブに非垂直に入射する構成はより高い画質を
有する投射画像を得ることができるといえる。

【００９９】（投写型表示装置の第４の実施形態）図１
１は投射型表示装置の第１の実施形態における照明光学
系の構成を示す図である。

【０１００】ロッド１０４の結像素子１０５ａ側の端面
１１０１は結像レンズ１０５ａおよび１０５ｂにより反
射型液晶ライトバルブ１０８上に結像される。照明光を
無駄無く反射型ライトバルブ１０８に伝達するためには
端面１１０１の像の形状が反射型ライトバルブ１０８の
平面形状に略一致している必要がある。なぜなら、それ
が略一致せず、前者が後者より大きい場合は、照明光の
一部がスクリーンに導かれず照明効率の低下を招き、逆
に小さい場合は反射型ライトバルブに照明光が照射され
ていない領域が生じ、その領域は全く投射されなくなっ
てしまうからである。

【０１０１】ところで、図から明らかなように端面１１
０１は反射型液晶ライトバルブ１０８に対して非平行で
あるため、その像形状を反射型ライトバルブ１０８の平
面形状と略一致させるためには、端面１１０１の形状
は、反射型ライトバルブ１０８の平面形状を端面１１０
１と平行な面に射影した形状と相似でなければならな
い。また、この時の相似比は結像素子１０５の横倍率β
の逆数でなければならない。

【０１０２】この関係を図１２に示す。図１２において
矢印ｘは照明光学系の光軸と反射型液晶ライトバルブの
法線を含む面に垂直な方向を示している。また、反射型
ライトバルブの平面形状１２０１およびロッド端面の形
状１２０２はそれぞれを垂直方向から見たときの形状を
示してある。

【０１０３】反射型ライトバルブの平面形状１２０１の
横方向とロッドの端面の横方向は互いに略平行の関係に
あるので、前者の長さをＡとしたときに、後者の長さａ
は、略下式であらわされる。

【０１０４】ａ＝Ａ／β ここでβは結像素子１０５
の横倍率。

【０１０５】反射型ライトバルブの平面形状１２０１の
縦方向とロッドの端面の縦方向は非平行の関係にあるの
で、前者を後者に平行な面に射影をして考えなければな
らない。前者の長さをＢとしたときに、後者の長さｂ
は、略下式であらわされる。

【０１０６】ｂ＝Ｂ／（β・ｓｉｎ θｉ） ここでβ
は結像素子１０５の横倍率また、θｉは照明光学系の光
軸と反射型液晶ライトバルブの法線のなす角度。

【０１０７】（投写型表示装置の第５の実施形態）図１
１に示す照明光学系の構成において、ロッド端面１１０
１の上端から出射する光線１１０３の反射型位相変調機
１０８までの光路長と、ロッド端面１１０１の下端から
出射する光線１１０４の反射型液晶ライトバルブ１０８
までの光路長は図から明らかなように異なる。したがっ
て、ロッド端面４の像１１０５は反射型液晶ライトバル
ブに対して傾いて形成されるため、反射型液晶ライトバ
ルブ１０８における照明光強度分布はロッド端面１１０
１におけるそれを忠実に反映したものとはならず、その
結果、投射画像に照度むらが生じる。この現象を回避す
るためには、ロッド端面１１０１の像が反射型液晶ライ
トバルブ平面上に略平面状に結像する必要がある。

【０１０８】図１３はシャインプルフの法則を利用し
て、前記現象を回避した構成である。

【０１０９】シャインプルフの法則に基づけば、結像レ
ンズ１０５に対して傾いた平面上に像を結像させるため
には、物体を傾ければよい。その傾け方は、ロッド端面
１１０１の延長線１３０１と結像素子１０５の入射側主
平面１３０２の交点１３０５の照明光学系の光軸１３０
７からの高さをｈ１とし、偏光分離素子１０７の延長線
１３０４と結像素子１０５の出射側主平面１３０３の交
点１３０６の照明光学系の光軸１３０７からの高さをｈ
２とした場合、ｈ１＝ｈ２となるようにすればよい。

【０１１０】図１４は偏心光学素子を利用して、前記現
象を回避した構成である。本構成において結像素子１０
５を構成する全てもしくは一部の素子は偏心をした素子
である。図１４においては、一例として結像素子１０５
を２枚のレンズで構成し、そのうちの１枚１４０１が偏
心光学素子である場合を示してある。偏心光学素子１４
０１は偏光分離素子１０７側の面が偏心しており、図の
下方から上方に向うに連れて曲率半径が徐々に大きくな
る非球面形状をしている。このように面内にパワー分布
を持っているためにパワーの強い下方を通過した光束は
より近い位置で結像をし、パワーの弱い上方を通過した
光束はより遠い位置で結像する。

【０１１１】ロッド端面１１０１からみて反射型液晶ラ
イトバルブは下方ほど近い距離にあり上方ほど遠い距離
にある。従って上記偏心光学素子１４０１の結像関係に
より、ロッド端面１１０１の像を反射型液晶ライトバル
ブ平面上に略平面状に結像する事が可能となる。

【０１１２】図１５はシフト光学系を利用して、前記現
象を回避した構成である。本構成においては、ロッド端
面１１０１と偏光分離素子１０７は結像素子１０５の回
転対称軸１５０１に対して直角かつ反対方向にずれてい
る。なお、照明光を有効に反射型液晶ライトバルブ１０
８に導くためにはロッド端面１１０１の中心点１５０
３、結像素子１０５の主点、偏光分離素子１０７の中心
１５０６はランプ１０１、リフレクター１０２および集
光素子１０３の回転対称軸１５０２上に略配置されてい
る必要がある。

【０１１３】（変形形態）以上説明した実施形態に限定
されることなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で種々
の変形や変更が可能である。

【０１１４】例えば、反射型位相変調素子の一例として
反射型液晶ライトバルブを例にとって実施形態を説明し
てきたが、他の位相変調素子を使用しても構わない。

【０１１５】また、表示素子の明表示のモードとして、
書き込み（照明）光と読み出し（投射）光の偏光状態が
異なる場合を説明してきたが、それらが同じ偏光状態で
明表示となるモードを使用してもかまわない。

【０１１６】また、グラスロッドは中実のものについて
説明したが、中空（外枠が硝子で中心が空洞の円柱。こ
の場合は硝子内面で光反射する。）のライトパイプでも
構わない。

【０１１７】また、照度比向上機能を有する素子として
ロッドを例に上げて説明したが、他の素子、例えば２枚
のフライアイレンズを用いても構わない。

【０１１８】また、各図で説明したＳ偏光とＰ偏光は、
逆であっても構わない。

【０１１９】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の投
射型表示装置によれば、屈折もしくは回折作用に偏光依
存性を有する偏光分離素子を用いる事により、高いコン
トラストを有する高精細な画像投写の可能な反射型位相
変調器を用いた投写型表示装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による投射型表示装置の第１の実施形
態を示す図。

【図２】 本発明による偏光分離素子の第１の実施形態
を示す図。

【図３】 本発明による偏光分離素子の第２の実施形態
を示す図。

【図４】 本発明による偏光分離素子の第３の実施形態
を示す図。

【図５】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
を示す図。

【図６】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
の具体的な数値例の説明図。

【図７】 本発明による偏光分離素子の第４の実施形態
を示す図。

【図８】 本発明による投射型表示装置の第２の実施形
態を示す図。

【図９】 本発明による投射型表示装置の第３の実施形
態の効果の説明図。

【図１０】 本発明による投射型表示装置の第３の実施
形態を示す図。

【図１１】 本発明による投写型表示装置の第４の実施
形態を示す図。

【図１２】 本発明による投写型表示装置の第４の実施
形態の具体例の説明図。

【図１３】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。

【図１４】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。

【図１５】 本発明による投写型表示装置の第５の実施
形態を示す図。

【図１６】 従来の投写型表示装置の説明図。

【図１７】 従来の投写型表示装置の説明図。

【図１８】 従来の投写型表示装置の説明図。

【符号の説明】

１０１ ランプ １０２ リフレクタ １０３ 集光レンズ １０４ ロッド １０５ 結像素子 １０５ａ 結像素子 １０５ｂ 結像素子 １０６ 直線偏光板 １０７ 偏光分離素子 １０８ 反射型液晶ライトバルブ １０９ 直線偏光板 １１０ 投射レンズ １１１ スクリーン １１２ 照明光学系光軸 １１３ 照明光学系の延長線 １１４ 反射型液晶ライトバルブの延長線 １１５ 交点 １１６ 反射型液晶ライトバルブの中心点 ２０１ 一軸性結晶プリズム ２０２ 等方性プリズム ２０３ 光学軸 ２０４ 入射Ｐ偏光 ２０５ 頂角 ２０６ 頂角 ２０７ 液晶層 ２０８ 反射電極 ３０１ 偏光分離素子 ４０１ 一軸性結晶 ４０２ 周期格子 ４０３ 等方性媒質 ４０４ 光学軸 ５０１ 回折格子 ５０２ 格子ベクトル ７０１ 屈折率分布の周期構造 ７０２ 格子ベクトル ８０１ 結像レンズ ８０２ 結像レンズ ８０３ ミラー ８０４ アパーチャーストップ ８０５ 投射レンズ ９０１ 照明光束 ９０２ 投射光束 １００１ 照明光学系光軸 １００２ 投射光学系光軸 １００３ 照明光束 １００４ 投射光束 １００５ 反射型液晶ライトバルブの法線 １１０１ ロッドの端面 １１０２ 上側光線 １１０３ 下側光線 １１０４ 反射型液晶ライトバルブの法線 １１０５ ロッド端面の像 １２０１ 反射型液晶ライトバルブの平面形状 １２０２ ロッド端面の平面形状 １３０１ ロッド端面の延長線 １３０２ 結像素子の入射側主平面 １３０３ 結像素子の出射側主平面 １３０４ 偏光分離素子の延長線 １３０５ 交点 １３０６ 交点 １３０７ 照明光学系の光軸 １４０１ 偏心光学素子 １５０１ 結像光学系の中心軸 １５０２ 照明光学系の光軸 １５０３ ロッド端面の中心 １５０４ 結像光学系の中心 １５０５ 偏光分離素子の中心 １６０１ 偏光ビームスプリッター

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA16 HA18 HA20 HA24 HA28 HA30 MA02 MA03 2H091 FA08X FA08Z FA19X FA19Z FA23Z FA26X FA26Z FA41Z LA17 MA07 2H099 AA12 BA09 CA17 5G435 AA00 BB12 BB16 BB17 DD02 DD04 FF03 FF05 FF07 GG01 GG02 GG03 GG08 GG28 GG46

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段と、該光源手段からの光束を反
   射型位相変調素子に導く照明光学手段と、該反射型位相
   変調素子の像を結像する結像光学手段と、該光源手段か
   ら該反射型位相変調素子までの光路と該反射型位相変調
   素子から該結像光学手段までの光路を略分離する偏光分
   離手段を備える投射型表示装置において、前記、偏光分
   離手段は略直交する直線偏光のそれぞれに対して異なる
   屈折もしくは回折作用を及ぼすことを特徴とする投射型
   表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、該光源手段からの光束が、前記偏光分離手段により
   略垂直に前記反射型位相変調素子に入射することを特徴
   とする投射型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプ
   リズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み
   合せで構成され、該一軸性結晶の常光に対する屈折率を
   ｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとしたときに、該光
   学的等方性媒質の屈折率が略ｎｏもしくは略ｎｅである
   ことを特徴とする投射型表示装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の投射型表示装置におい
   て、前記偏光分離手段は、一軸性結晶から構成されるプ
   リズム素子と光学的等方性媒質からなるプリズムの組み
   合せをアレイ状に配列したことを特徴とする投射型表示
   装置に用いる照明装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、前記偏光分離素子は、表面に凹凸の周期構造を形成
   した一軸性結晶と該周期構造の凹部を光学的等方性媒質
   層により充填した構造からなり、該一軸性結晶の常光に
   対する屈折率をｎｏ、異常光に対する屈折率をｎｅとし
   たときに、該光学的等方性媒質の屈折率がｎｏもしくは
   ｎｅであり、該周期構造は入射光を回折作用する機能を
   有することを特徴とする投射型表示装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、前記偏光分離素子は、表面レリーフ型回折格子であ
   り、その格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ
   ＜λの関係を満たし、該格子の深さは、略直交する直線
   偏光のそれぞれの特定回折次数に対する回折効率が異な
   るように調整されていることを特徴とする投射型表示装
   置に用いる照明装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、前記偏光分離素子は、体積ホログラムであり、その
   格子ピッチＰは入射光波長をλとしたときにＰ＜λの関
   係を満たし、その格子ベクトルは前記反射型位相変調素
   子に対して傾いていることを特徴とする投射型表示装
   置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし６ないし７に記載の偏光
   分離素子が、前記反射型位相変調素子に対して傾いてい
   ることを特徴とする投射型表示装置。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の投射型表示装置におい
   て、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を内面
   反射によって複数の光束に分割して射出し複数の二次光
   源像を形成する光束分割手段と、該光束分割手段の出射
   面の照明情報を前記反射型位相変調素子に結像する集光
   手段を備え、前記光束分割手段の出射面の形状が反射型
   位相変調素子の平面形状と非相似であることを特徴とす
   る投射型表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
    いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
    数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
    光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
    を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
    該光束分割手段の出射面と該集光手段と前記反射型位相
    変調素子の配置がシャインプルフの法則を満足すること
    を特徴とする投射型表示装置に用いる照明装置。
11. 【請求項１１】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
    いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
    数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
    光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
    を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
    該集光手段は一つもしくは複数の偏心した光学素子を含
    み、該集光手段による該出射面情報の結像位置が該光源
    手段からの光束内において暫時変化することを特徴とす
    る投射型表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
    いて、前記照明光学手段は前記光源手段からの光束を複
    数の光束に分割して射出し複数の二次光源像を形成する
    光束分割手段と、前記光束分割手段の出射面の照明情報
    を前記反射型位相変調素子に結像する集光手段を備え、
    該光束分割手段の出射面と反射型位相変調素子は該集光
    手段に対して直角かつ反対方向にずれていることを特徴
    とする投射型表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１に記載の投射型表示装置にお
    いて、照明光学系の光軸の延長線と前記反射型位相変調
    素子が配置されている平面の交点と、前記反射型位相変
    調素子の略中心の距離をＬとし、該照明光学系の光軸と
    前記反射型位相変調素子の法線が含まれる平面における
    前記反射型位相変調器の幅をＷとしたときにＬ＞Ｗの関
    係が成り立つことを特徴とする投射型表示装置。