JP2006337791A - 投射型映像表示装置、それに用いる光学ユニット及び偏光分離用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】
投射型映像表示装置において、表示映像のコントラストと明るさとを改善可能な技術を提供する。
【解決手段】
ライトバルブに対する入射光または出射光を偏光分離する偏光分離部として、プリズム材の間に形成される偏光分離面の、光の入射角が小さい軸方向（Ｙ軸方向）のＦ値を、入射角が大きい軸方向（Ｘ'軸方向またはＺ'軸方向）のＦ値よりも小さくし、該入射角が小さい軸方向に光を傾斜させて入射させる構成とし、偏光分離面に対する光の入射角変化量を小さい値に抑え、偏光分離性能を最良範囲に維持した状態で該偏光分離面への光の取り込み量を増大可能にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、投射型映像表示装置に関し、特に、液晶パネル等のライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離技術に関する。

本発明に関連した従来技術としては、例えば、特開２００１−１４２０２８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。該公報には、偏光分離手段として、２つの直角プリズムの界面に誘電体多層膜である偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）（以下、ＰＢＳという）が形成されたＰＢＳプリズムが記載されている。

特開２００１−１４２０２８号公報

例えば、上記特開２００１−１４２０２８号公報記載のような偏光分離部材としてＰＢＳプリズムを用いて明るさを向上させる場合には、入射光線のF値を小さくしてＰＢＳプリズムへの光の取り込み量を増加させることが考えられる。光の取り込み量を大きくするためにＰＢＳプリズムを全体的に大きくすることは、装置のコンパクト化の点から好ましくない。また、入射光線のF値を小さくしてＰＢＳプリズムへの光の取り込み量を大きくすると、上記ＰＢＳ膜面への光の入射角が大きくなり、コントラストが低下する。ＰＢＳ膜面には最適な光線入射角があり、例えば光軸とＰＢＳ膜面の法線とで形成される面（主入射面）において、ＰＢＳ膜面に略４５°以外の角度で光が入射されると、コントラストの低下が大きくなるおそれがある。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示装置において、表示映像の明るさを一層増大させるとともに所定のコントラスト性能を確保可能にすることである。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、明るく高画質の映像を表示可能な投射型映像表示技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、偏光分離部材の偏光分離面に入射される入射光のＦ値を、その入射光の軸方向に応じて異ならせたものである。具体的には、入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と直交する第１方向のＦ値を、上記入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と平行な第２方向のＦ値よりも小さくしたことを特徴とするものである。上記偏光分離面が長方形の場合は、上記入射光の、該長方形の長辺方向のＦ値を、該長方形の短辺方向のＦ値よりも小さくする。
本発明者らは、上記第１方向において上記偏光分離面への光入射角が変化したときのコントラスト低下量は、上記第２の方向において上記偏光分離面への光入射角が変化したときのコントラスト低下量よりも小さいことを見出した。すなわち、本発明は、このような知見に為されたものであり、偏光分離面への入射光の、上記第２方向のＦ値に対し、上記第１方向のＦ値を小さくすることで、コントラストの低下を抑えつつ光の取り込み量を増加したものである。これにより、偏光分離面に対する光の入射角変化量を小さい値に抑え、偏光分離性能を最良範囲に維持した状態で該偏光分離面への光の取り込み量を増大可能にする。偏光分離性能を最良範囲に維持することで映像のコントラスト性能の確保が可能となり、光の取り込み量を増大させることで映像の明るさを増大させることが可能となる。
このとき、上記偏光分離部の光入射面のアスペクト比を１６：９（すなわち１６／９）よりも大きくする。これによって、上記第１方向の光取り込み量が増加する。この光入射面のアスペクト比は、１８：９（１８／９）以上で、かつ２４：９（２４／９）以下であることが好ましい。

本発明によれば、投射型映像表示技術において、簡易な構成下で、映像のコントラスト性能を確保した状態で明るさの増大を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。なお、全図面において同じ構成・機能の構成要素には同一の符号を付す。
図１〜図４は、本発明の実施例としての投射型映像表示装置の説明図である。本実施例は、ライトバルブとして反射型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置（液晶プロジェクタ装置）の場合の例である。図１は、本発明の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型映像表示装置における偏光分離部と色合成部の結合構成の外観図、図３は、図２に示す偏光分離部を形成する偏光分離用部材の外観図、図４は、図１の投射型映像表示装置の偏光分離部における光の入射角の説明図である。

図１の投射型映像表示装置において、１１は光源、１２は放物反射面形状のリフレクタ、１３は、紫外線を除去するための紫外線カットフィルタ、１４、１５は、集光と平行光化を行うためのコリメートレンズ、１６は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され複数の２次光源像を形成するための第１のマルチレンズアレイ、１７は、複数の矩形状のレンズセルにより構成され、第１のマルチレンズアレイ１６の個々のレンズセル像を結像させるための第２のマルチレンズアレイ、１８は、入射した光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光として出射させる偏光変換部としての偏光変換素子、１９、２５、２６、３７は集光レンズ、２１は、色分離部としての赤色光反射用ダイクロイックミラー、２２は、同じく色分離部としての緑色光反射用ダイクロイックミラー、３５はリレーレンズ、３６はフィールドレンズ、２９は全反射ミラー、３３は、赤色光中の赤外線を除去するための赤外線カットフィルタ、５１は、赤色光用のライトバルブとしての赤色光用の反射型液晶パネル、５２は、緑色光用のライトバルブとしての緑色光用の反射型液晶パネル、５３は、青色光用のライトバルブとしての青色光用の反射型液晶パネル、７１は、透過する赤色光の偏光方向を揃える赤色光用の１／４波長位相差板、７２は、同緑色光用の１／４波長位相差板、７３は、同青色光用の１／４波長位相差板、４１は、入射した光を偏光分離する赤色光用の偏光分離部、４２は、同緑色光用の偏光分離部、４３は、同青色光用の偏光分離部、４１ａ、４１ｂは、赤色光用の偏光分離部４１におけるプリズム材、４１１は、赤色光用の偏光分離部４１において偏光分離面を形成する偏光分離膜、４２ａ、４２ｂは、緑色光用の偏光分離部４２におけるプリズム材、４２１は、緑色光用の偏光分離部４２において偏光分離面を形成する偏光分離膜、４３ａ、４３ｂは、青色光用の偏光分離部４３におけるプリズム材、４３１は、青色光用の偏光分離部４３において偏光分離面を形成する偏光分離膜、４０１は、赤色光用の１／２波長位相差板、４０３は、青色光用の１／２波長位相差板、８０は、色合成部としてのクロスダイクロイックプリズム、８０１、８０２はそれぞれ、クロスダイクロイックプリズム８０のダイクロイック膜、９０は、色合成された光をスクリーン等に拡大投射するための投射レンズユニット、１００は、映像信号に応じて上記反射型液晶パネル５１、５２、５３のそれぞれを駆動する駆動回路である。

赤色光用の偏光分離部４１は、上記赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される光及び該反射型液晶パネル５１で変調された光をその赤色光用の偏光分離膜４１１の偏光分離面により偏光分離する。すなわち、赤色光反射用ダイクロイックミラー２１によって分離された赤色光を偏光分離膜４１１で反射して反射型液晶パネル５１に照射し、この反射型液晶パネル５１から反射された赤色光をクロスダイクロイックプリズムへ導く。緑色光用の偏光分離部４２は、上記緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される光及び該反射型液晶パネル５２で変調された光をその緑色光用の偏光分離膜４２１の偏光分離面により偏光分離する。すなわち、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２によって分離された赤色光を偏光分離膜４２１で反射して反射型液晶パネル５２に照射し、この反射型液晶パネル５２から反射された緑色光をクロスダイクロイックプリズムへ導く。青色光用の偏光分離部４３は、上記青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される光及び該反射型液晶パネル５３で変調された光をその青色光用の偏光分離膜４３１の偏光分離面により偏光分離する。すなわち、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２を透過した青色光を偏光分離膜４３１で反射して反射型液晶パネル５３に照射し、この反射型液晶パネル５３から反射された青色光をクロスダイクロイックプリズムへ導く。

本実施例では、それぞれの偏光分離膜４１１、４２１、４３１の偏光分離面は、各偏光分離面内において、入射光の第１方向（光の入射角が小さい軸方向）、すなわち図１におけるＹ軸方向のＦ値が、入射光の第２方向（光の入射角が大きい軸方向）、すなわち図１におけるＺ'軸方向またはＸ'軸方向のＦ値よりも小さくされている。換言すると、上記第１方向は、上記入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面（ＹＺ平面）と直交する方向（Ｙ軸方向）であり、上記第２方向は、上記入射光の光軸に直交し、該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面（ＹＺ平面）と平行な方向（Ｚ軸方向）である。

上述したように、本発明者らは、上記第１方向において上記偏光分離面への光入射角が変化したときのコントラスト低下量は、上記第２の方向において上記偏光分離面への光入射角が変化したときのコントラスト低下量よりも小さいことを見出した。すなわち、本発明は、このような知見に為されたものであり、偏光分離面への入射光の、上記第２方向のＦ値に対し、上記第１方向のＦ値を小さくすることで、コントラストの低下を抑えつつ光の取り込み量を増加したものである。つまり、本実施形態は、光取り込み角が大きくてもコントラストへの影響が少ない第１方向のＦ値を小さくすることで、コントラスト低下を抑制して明るさを向上させるものである。第２方向については、光取り込み角が大きくなるとコントラストへの影響が大きくなる。このため、第２方向においては、光取り込み角はあまり大きくしないほうが好ましい。

本実施例では、それぞれの偏光分離面が長方形または略長方形の形状（以下、これらを長方形という）の場合において、偏光分離膜４１１では、偏光分離面の該長方形の長辺方向をＹ軸方向、短辺方向をＸ'軸方向とされ、該長方形の長辺方向のＦ値が、該短辺の方向のＦ値よりも小さくされる。偏光分離膜４２１及び偏光分離膜４３１では、偏光分離面の該長方形の長辺方向をＹ軸方向、短辺の方向をＺ'軸方向とされ、該長方形の長辺の方向のＦ値が、該短辺方向のＦ値よりも小さくされている。具体的には、それぞれの各偏光分離膜４１１、４２１、４３１が、各偏光分離面を、長辺方向の長さと短辺方向の長さとの比が、上記各反射型液晶パネル５１、５２、５３のパネル面における該当方向（パネル面が長方形の場合は、偏光分離膜の長辺方向がパネル面の長辺方向に該当し、偏光分離膜の短辺方向がパネル面の短辺方向に該当する）の長さの比よりも大きくなるようにされている。
偏光分離膜４１１、４２１、４３１は、例えば、誘電体多層膜や有機多層膜から成る従来構成のものなどであってもよいし、または他の構成のものであってもよい。各偏光分離面が格子構造とされ、該格子構造に基づく回折で光が偏光分離されるようにしてもよい。

上記図１の構成において、光源１１から出射した光は、放物反射面形状のリフレクタ１２で反射され、紫外線カットフィルタ１３に入射する。紫外線カットフィルタ１３で紫外線を除去された光は、コリメートレンズ１４、１５で平行光化され、第１のアレイレンズ１６、第２のアレイレンズ１７を通って、複数の２次光源像を結像する。該結像光は、偏光変換素子１８に入射され、該偏光変換素子１８内で偏光ビームスプリッタ（図示なし）により白色光のＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、同じく該偏光変換素子１８内で１／２波長位相差板（図示なし）により、該分離されたＰ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、集光レンズ１９を経て赤色光反射用ダイクロイックミラー２１に入射される。該赤色光反射用ダイクロイックミラー２１では、その色分離膜において、白色光のＳ偏光光のうち赤色光のＳ偏光光が反射され、緑色光＋青色光のＳ偏光光が透過される。反射された赤色光のＳ偏光光は、リレーレンズ３５を経て全反射ミラー２９で反射され、フィールドレンズ３６、赤外線吸収フィルタ３３、集光レンズ３７を通って赤色光用の偏光分離部４１に入射される。

赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の偏光分離膜４１１の偏光分離面で反射される。該反射された赤色光のＳ偏光光は、赤色光用の１／４波長位相差板７１で偏光方向を揃えられ、赤色光用の反射型液晶パネル５１に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５１では、該照射された赤色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射されて、赤色光のＰ偏光光として出射される。該出射された赤色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７１を通った後、再び偏光分離部４１に入射される。該赤色光用の偏光分離部４１内では、該赤色光のＰ偏光光は、赤色光用の偏光分離膜４１１の偏光分離面を透過する。該透過した該赤色光のＰ偏光光は、偏光分離部４１内のプリズム材４１ｂ部分を経て該偏光分離部４１から出射され、１／２波長位相差板４０１を通過するときＳ偏光光に変換され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該赤色光のＳ偏光光はダイクロイック膜８０１で反射される。上記赤色光用の偏光分離膜４１１の偏光分離面に入射される上記赤色光のＳ偏光光及びＰ偏光光はともに、該偏光分離面の法線に対して、光の取り込み角が例えば約±１０°で該偏光分離面に入射される。これにより、該偏光分離面への光の取り込み量が増大するようにされる。Ｙ軸方向では取り込み角を例えば１０°としても、光取り込み角と該偏光分離面の法線となす角は、後述するように入射角４５°から約０.９°以内の変化に抑えられる。従って、偏光分離膜４１１の偏光分離面における偏光分離性能は最良範囲内に維持される。

一方、赤色光反射用ダイクロイックミラー２１を透過した緑色光＋青色光のＳ偏光光は、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２に入射する。該緑色光反射用ダイクロイックミラー２２では、その色分離膜において、該緑色光のＳ偏光光が反射され、青色光のＳ偏光光が透過される。反射された緑色光のＳ偏光光は、集光レンズ２６を通って緑色光用の偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２では該緑色光のＳ偏光光は、緑色光用の偏光分離膜４２１の偏光分離面で反射される。該反射された緑色光のＳ偏光光は、緑色光用の１／４波長位相差板７２で偏光方向を揃えられ、緑色光用の反射型液晶パネル５２に照射される。駆動回路１００により駆動される該反射型液晶パネル５２では、該照射された緑色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、緑色光のＰ偏光光として出射される。該出射された緑色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７２を通った後、再び偏光分離部４２に入射される。該緑色光用の偏光分離部４２内では、該緑色光のＰ偏光光は、緑色光用の偏光分離膜４２１の偏光分離面を透過する。該透過した該緑色光のＰ偏光光は、偏光分離部４２内のプリズム材４２ｂ部分を経て該偏光分離部４２から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該緑色光のＰ偏光光はダイクロイック膜８０１、８０２を透過する。上記緑色光用の偏光分離膜４２１の偏光分離面に入射される上記緑色光のＳ偏光光及びＰ偏光光はともに、上記赤色光の場合と同様に、該偏光分離面の法線に対して、光の取り込み角が例えば約±１０°で該偏光分離面に入射される。これにより、該偏光分離面への光の取り込み量が増大するようにされる。Ｙ軸方向では取り込み角を例えば１０°としても、光取り込み角と該偏光分離面の法線となす角は、後述するように入射角４５°から約０.９°以内の変化に抑えられる。従って、偏光分離膜４１１の偏光分離面における偏光分離性能は最良範囲内に維持される。

また、緑色光反射用ダイクロイックミラー２２を透過した青色光のＳ偏光光は、集光レンズ２５を通り、青色光用の偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＳ偏光光は、青色光用の偏光分離膜４３１の偏光分離面で反射される。該反射された青色光のＳ偏光光は、青色光用の１／４波長位相差板７３で偏光方向を揃えられ、青色光用の反射型液晶パネル５３に照射される。駆動回路１００で駆動される該反射型液晶パネル５３では、該照射された青色光のＳ偏光光が映像信号に応じて変調されかつ反射され、青色光のＰ偏光光として出射される。該出射された青色光のＰ偏光光は、１／４波長位相差板７３を通った後、再び偏光分離部４３に入射される。該青色光用の偏光分離部４３内では、該青色光のＰ偏光光は、青色光用の偏光分離膜４３１の偏光分離面を透過する。該透過した該青色光のＰ偏光光は、１／２波長位相差板４０３を通過するときＳ偏光光に変換され、偏光分離部４３内のプリズム材部分を経て該偏光分離部４３から出射され、クロスダイクロイックプリズム８０に入射される。該クロスダイクロイックプリズム８０内では、該青色光のＳ偏光光はダイクロイック膜８０２で反射される。上記青色光用の偏光分離膜４３１の偏光分離面に入射される上記青色光のＳ偏光光及びＰ偏光光はともに、上記赤色光や緑色光の場合と同様に、該偏光分離面の法線に対して、光の取り込み角が例えば約±１０°で該偏光分離面に入射される。これにより、該偏光分離面への光の取り込み量が増大するようにされる。Ｙ軸方向では取り込み角を例えば１０°としても、光取り込み角と該偏光分離面の法線となす角は、後述するように入射角４５°から約０.９°以内の変化に抑えられる。従って、偏光分離膜４１１の偏光分離面における偏光分離性能は最良範囲内に維持される。

上記クロスダイクロイックプリズム８０内では、上記偏光分離部４１から出射された赤色光のＳ偏光光と、上記偏光分離部４２から出射された緑色光のＰ偏光光と、上記偏光分離部４３から出射された青色光のＳ偏光光とが互いに色合成され、白色光の光学像光として出射される。該出射された光学像光は投射レンズユニット９０に入射され、スクリーン等に拡大投射されて映像表示が行われる。このとき、クロスダイクロイックプリズム８０の出射面に１／４波長位相差板を設けて、青、赤、緑の色光全てを円偏光にすると、スクリーン等での反射むらを軽減することが可能となる。
以下の説明中で用いる上記図１の構成要素には、該図１で用いた符号と同じ符号を付して用いる。また、以下、図２〜図４に対しても上記図１の場合と同じ座標軸を用いて説明する。

図２は、図１の投射型映像表示装置における偏光分離部４１、４２、４３と、色合成部としてのクロスダイクロイックプリズム８０との結合構成を示す外観図である。
図２において、ａ_１、ｂ_１、ｃ_１はそれぞれ、赤色光用の偏光分離部４１の外形寸法であって、ａ_１はＸ軸方向の外形寸法、ｂ_１はＹ軸方向の外形寸法、ｃ_１はＺ軸方向の外形寸法、ａ_２、ｂ_２、ｃ_２はそれぞれ、緑色光用の偏光分離部４２の外形寸法であって、ａ_２はＺ軸方向の外形寸法、ｂ_２はＹ軸方向の外形寸法、ｃ_２はＸ軸方向の外形寸法、ａ_３、ｂ_３、ｃ_３はそれぞれ、青色光用の偏光分離部４３の外形寸法であって、ａ_３はＸ軸方向の外形寸法、ｂ_３はＹ軸方向の外形寸法、ｃ_３はＺ軸方向の外形寸法、ｄ、ｅ、ｆはそれぞれ、クロスダイクロイックプリズム８０の外形寸法であって、ｄはＸ軸方向の外形寸法、ｅはＹ軸方向の外形寸法、ｆはＺ軸方向の外形寸法である。赤色光用の偏光分離部４１の偏光分離膜４１１は、ＸＹ平面、ＹＺ平面のそれぞれに対し４５°傾斜した状態でプリズム材４１ａ、４１ｂ間に配され、Ｙ軸方向に長さｂ_１の長辺を有し、Ｘ'軸方向に長さ２^１／２ａ_１の短辺を有する偏光分離面を表面に形成している。緑色光用の偏光分離部４２の偏光分離膜４２１は、Ｙｃ平面、ＸＹ平面のそれぞれに対し４５°傾斜した状態でプリズム材４２ａ、４２ｂ間に配され、Ｙ軸方向に長さｂ_２の長辺を有し、Ｚ'軸方向に長さ２^１／２ａ_２の短辺を有する偏光分離面を表面に形成している。また、青色光用の偏光分離部４３の偏光分離膜４３１は、ＸＹ平面、ＹＺ平面のそれぞれに対し４５°傾斜した状態でプリズム材４３ａ、４３ｂ間に配され、Ｙ軸方向に長さｂ_３の長辺を有し、Ｚ'軸方向に長さ２^１／２ａ_３の短辺を有する偏光分離面を表面に形成している。外形寸法ａ_１、ａ_２、ａ_３は互いに略等しく、ｂ_１、ｂ_２、ｂ_３も互いに略等しく、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３も互いに略等しく、ｄ、ｆも互いに略等しく、また、ｄはａ_１、ａ_３のいずれよりも大きく、ｆはａ_２よりも大きく、ｅはｂ_１、ｂ_２、ｂ_３のいずれよりも大きくされている。また、赤色光用の偏光分離部４１においては、ｂ_１＞２^１／２ａ_１、緑色光用の偏光分離部４２においては、ｂ_２＞２^１／２ａ_２、青色光用の偏光分離部４３においては、ｂ_３＞２^１／２ａ_３の関係を満たしている。

また、クロスダイクロイックプリズム８０に対し、赤色光用の偏光分離部４１は、プリズム材４１ｂが１／２波長位相差板４０１を介して結合され、緑色光用の偏光分離部４２は、プリズム材４２ｂが直接的に結合され、青色光用の偏光分離部４３は、プリズム材４３ｂが１／２波長位相差板４０３（図１参照）を介して結合される。赤色光用の偏光分離部４１の偏光分離膜４１１の上記偏光分離面は、該クロスダイクロイックプリズム８０に対し、ダイクロイック膜８０２の膜面に平行になるように配され、緑色光用の偏光分離部４２の偏光分離膜４２１の上記偏光分離面及び青色光用の偏光分離膜４３１の上記偏光分離面は、ダイクロイック膜８０１の膜面と平行になるように配されている。

図３は、図２に示す偏光分離部を形成する偏光分離用部材の外観図である。本図３では、赤色光用の偏光分離部４１を形成する偏光分離用部材の外観図を示す。緑色光用の偏光分離部４２を形成する偏光分離用部材、青色光用の偏光分離部４３を形成する偏光分離用部材も、基本的にこれと同様の構成である。
図３において、集光レンズ３７（図１参照）側からほぼＸ軸方向に沿って入射した赤色光のＳ偏光光Ａは、赤色光用の偏光分離膜４１１の偏光分離面でほぼＺ軸方向に沿って反射される。ここで、偏光分離部の光入射面は、反射型液晶パネルの表示面のアスペクト比よりも大きくされる。反射型液晶パネルの表示面のアスペクト比が、ワイドなアスペクト比（すなわち１６：９）を有する場合、偏光分離部の光入射面のアスペクト比はこれよりも大きくされている。具体的には、そのアスペクト比は、１８／９以上であり２５／９以下とすることが好ましい。この上限の数値は、上記第２方向のＦ値と第１方向のＦ値との比率により求められる。例えば、第２方向のＦ値と第１方向のＦ値との比率の上限を約１．４とすると、１．４×１６／９＝２２．４だが、ここでは、若干のマージンを考慮して２５としている。このように構成すれば、Ｙ軸方向のＦ値をＺ軸方向のＦ値よりも大きくでき、偏光分離部の光入射面のＹ軸方向における光の取り込み量が増加することができる。
本発明は、図１、図２の説明においても述べたように、偏光分離膜４１１の偏光分離面におけるＹ軸方向のＦ値を、Ｚ'軸方向のＦ値よりも小さくすることで、該偏光分離面への入射光量を増やしつつも、該偏光分離面における光の入射角変化量すなわち入射角４５°に対する入射角の変化量（入射角変化量）を、コントラスト劣化を起こさない程度の小さな値に抑えるようにしている。

図４は、図１の投射型映像表示装置における各偏光分離部の偏光分離膜における光の入射角の説明図である。本図４では、本発明の上記特徴構成を、赤色光用の偏光分離部４１の偏光分離膜４１１の場合につき説明する。他の偏光分離部４２、４３の場合も、基本的にはこれと同様である。
図４において、４１１ｓは、偏光分離膜４１１の偏光分離面、Ａ、Ｂはそれぞれ、偏光分離用部材の面イホチニ側から偏光分離面４１１ｓに入射する赤色光のＳ偏光光であって、Ａは、ＸＹ平面内でＸ軸（偏光分離面４１１ｓに対する入射角４５°の方向）に対しθの角度方向から入射する光すなわちＹ軸方向にθだけ傾斜した入射光（以下、入射光Ａという）、Ｂは、ＸＺ平面内でＸ軸に対しθの角度方向から入射する光（以下、入射光Ｂという）、Ｏは、偏光分離面４１１ｓ上における入射光Ａまたは入射光Ｂの入射点である。
入射光Ａの場合における入射角４５°からの入射角変化量φ_Ａは、ＸＹ平面内でＸ軸に対する角θに対し、
φ_Ａ＝ｃｏｓ^−１（｜ｓｉｎθ｜／２^１／２ｔａｎθ） …（数１）
で表され、
また、入射光Ｂの場合における入射角４５°からの入射角変化量φ_Ｂは、ＸＺ平面内でＸ軸に対する角θに対し、
φ_Ｂ＝ｃｏｓ^−１（｜ｓｉｎθ｜／２^１／２（１／ｔａｎθ−１） …（数２）
で表される。

例えば、θ＝１０°のとき、数１、数２により、φ_Ａ＝０．９°、φ_Ｂ＝１０°となる。この結果、入射光Ａの場合すなわちＸＹ平面内でＸ軸（偏光分離面４１１ｓに対する入射角４５°の方向）に対し１０°傾けた方向すなわち入射角５５°の方向から偏光分離面４１１ｓに光を入射させるようにした場合には、偏光分離性能が最良とされる入射角４５°からの入射角変化量を０．９°と小さな値とすることができる。これにより、偏光分離面４１１ｓにおける光の偏光分離性能は、入射角４５°の場合の偏光分離性能とほぼ同じレベルに維持され、入射角４５°の場合と同様、最良範囲内のレベルに維持される。θが、１０°よりも小さい角の場合には、入射角変化量φ_Ａは０．９°よりも一層小さな値となり、偏光分離面４１１ｓにおける光の偏光分離性能は、入射角４５°の場合の最良の偏光分離性能とさらに近い値となる。一方、入射光Ｂの場合すなわちＸＺ平面内でＸ軸（偏光分離面４１１ｓに対する入射角４５°の方向）に対し１０°傾けた方向すなわち５５°の方向から偏光分離面４１１ｓに光を入射させるようにした場合には、入射角４５°からの入射角変化量は、１０°と大きな値となる。これにより、偏光分離面４１１ｓにおける光の偏光分離性能は、入射角４５°の場合の偏光分離性能よりも大幅に低下する。従って、偏光分離面４１１ｓに対し光を、ＸＹ平面内でＸ軸（偏光分離面４１１ｓに対する入射角４５°の方向）に対し傾けてすなわちＹ軸方向に傾けて入射させることで、入射角変化量を小さく抑えることができるとともに、偏光分離面４１１ｓへの光の取り込み量を増大させることができる。入射角変化量を小さく抑えることは、偏光分離面４１１ｓにおける偏光分離性能を最良範囲に維持して映像のコントラスト性能の確保を可能にし、光の取り込み量を増大させることは、映像の明るさを増大させることを可能にする。すなわち、上記構成により、映像のコントラスト性能確保と明るさ増大との双方が可能となる。ＸＹ平面内でのＸ軸方向（偏光分離面４１１ｓに対する入射角４５°の方向）において、入射光Ａの光の取り込み角θは、例えば１０°前後とすることが好ましいが、これよりも大きくてもよい。
図４における上記説明は、赤色光用の偏光分離部４１の偏光分離膜４１１についてのものであるが、緑色光用の偏光分離部４２の偏光分離膜４２１、青色光用の偏光分離部４３の偏光分離膜４３１についても、これと同様である。
上記実施例によれば、投射型映像表示装置において、部品数の増加などを伴わずに簡易な構成下で、映像のコントラスト性能の確保と明るさの増大とが可能となる。

なお、上記実施例では、ライトバルブとして、３個のライトバルブすなわち３個の反射型液晶パネルを用いた場合の例につき説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、１個のライトバルブを用いる構成としてもよい。また、上記実施例では、偏光分離膜４１１、４２１、４３１それぞれの偏光分離面は、長方形であるとしたが、本発明はこれにも限定されず、他の形状であってもよい。偏光分離膜４１１、４２１、４３１それぞれについても同様である。

本発明の実施例としての投射型映像表示装置の構成例図である。 図１の投射型映像表示装置の偏光分離部と色合成部の結合構成の外観図である。 図２に示す偏光分離部を形成する偏光分離用部材の外観図である。 図１の投射型映像表示装置の偏光分離部における光の入射角の説明図である。

符号の説明

１１…光源、
１２…リフレクタ、
１３…紫外線カットフィルタ、
１６…第１のマルチレンズアレイ、
１７…第２のマルチレンズアレイ、
１４、１５…コリメートレンズ、
１８…偏光変換素子、
１９、２５、２６、３７…集光レンズ、
２１、２２…ダイクロイックミラー、
２９…全反射ミラー、
３３…赤外線吸収フィルタ、
３５…リレーレンズ、
３６…フィールドレンズ、
４０１、４０３…１／２波長位相差板、
４１、４２、４３…偏光分離部、
４１１、４２１、４３１…偏光分離膜、
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ…プリズム材、
５１、５２、５３…反射型液晶パネル、
７１、７２、７３…１／４波長位相差板、
８０…クロスダイクロイックプリズム、
８０１、８０２…ダイクロイック膜、
９０…投射レンズユニット、
１００…駆動回路。

Claims (7)

1. 光源側からの光をライトバルブで映像信号に応じて変調し光学像を形成して、拡大投射する投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
   上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
   光を偏光分離する偏光分離面がプリズム材の間に形成され、該偏光分離面で上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
   上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
   上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
   上記ライトバルブを駆動する駆動回路と、
   を備え、上記偏光分離部の上記偏光分離面に入射される入射光の第１方向のＦ値が、該入射光の第２方向のＦ値よりも小さくなるように構成され、上記入射光の第１方向は、上記入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と直交する方向であり、上記入射光の第２方向は、上記入射光の光軸に直交し、該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と平行な方向であることを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 上記偏光分離面は長方形であり、上記入射光の第１方向は、該長方形の長辺方向であり、上記入射光の第２方向は、該長方形の短辺方向であることを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表示装置。
3. 上記入射光の第１方向における光の取り込み角が、上記入射光の第２方向における光の取り込み角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表示装置。
4. 光源側からの光を偏光変換してライトバルブに照射し、映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示装置用の光学ユニットであって、
   光を偏光分離する偏光分離面がプリズム材の間に形成され、該偏光分離面で上記ライトバルブに照射される光及び該ライトバルブで変調された光を偏光分離する偏光分離部と、
   上記偏光分離された光を色合成する色合成部と、
   上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備え、上記偏光分離部の上記偏光分離面に入射される入射光の第１方向のＦ値が、該入射光の第２方向のＦ値よりも小さくなるように構成され、上記入射光の第１方向は、上記入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と直交する方向であり、上記入射光の第２方向は、上記入射光の光軸に直交し、該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と平行な方向であることを特徴とする光学ユニット。
5. プリズム材の間に偏光分離面を形成し、入射光を偏光分離する偏光分離用部材であって、
   上記偏光分離面に入射される入射光の第１方向のＦ値が、該入射光の第２方向のＦ値よりも小さくなるように構成され、上記入射光の第１方向は、上記入射光の光軸に直交し、かつ該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と直交する方向であり、上記入射光の第２方向は、上記入射光の光軸に直交し、該光軸と上記偏光分離面の法線とを含む平面と平行な方向であることを特徴とする偏光分離用部材。
6. 投射型映像表示装置であって、
   光源と、
   上記光源からの光の偏光方向を揃え、Ｐ偏光光またはＳ偏光光を形成する偏光変換部と、
   上記偏光変換された偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する色分離部と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され、映像信号に基づき該偏光光を変調するライトバルブと、
   上記ライトバルブで変調された光を色合成する色合成部と、
   光を偏光分離する偏光分離面がプリズム材の間に形成され、上記色分離部で分離された色光を上記該偏光分離面で反射して上記ライトバルブに照射し、該ライトバルブで反射された光を上記色合成部に導く偏光分離部と、
   上記色合成された光を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備え、上記偏光分離部の光が入射される入射面は長方形であり、かつ該入射面のアスペクト比が１６：９よりも大きいことを特徴とする投射型映像表示装置。
7. 上記偏光分離部の光入射面のアスペクト比が、１８：９以上で、かつ２４：９以下であることを特徴とする請求項６に記載の投射型映像表示装置。

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