JP6422141B2 - 投写型表示装置および画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、投写型表示装置および画像の表示方法に関する。

近年、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）などの表示素子を複数用いた表示装置が提案されている。複数の表示素子を用いた表示装置は、各表示素子が出射した複数の投写光を同一光軸上に合成する光合成光学系を有しており、合成された投写光を投写している。例えば、特許文献１には、表示素子として３つのＤＭＤを有し、光合成光学系としてクロスダイクロイックプリズム（以下、ＸＤＰと称する。）を有する表示装置が開示されている。

図１は、特許文献１に記載の表示装置の構成を説明するための図である。図１に示す表示装置１０００は、照明光学系１００と、光分離用ＸＤＰ２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０および２４０と、コンデンサーレンズ２５０および２６０と、３つのＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、３つのＴＩＲ（Ｔｏｔａｌ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）プリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、光合成用のＸＤＰ５００と、投写レンズ６００とを有する。

照明光学系１００が出射した光は、光分離用ＸＤＰ２１０において赤色光と、緑色及び青色の混合光とに分離される。赤色光は、反射ミラー２４０およびコンデンサーレンズ２６０を介してＴＩＲプリズム４００Ｒに入射する。また緑色および青色の混合光は、反射ミラー２３０およびコンデンサーレンズ２５０を介してダイクロイックミラー２２０に入射する。ダイクロイックミラー２２０において、緑色および青色の混合光は、緑色光と青色光とに分離され、緑色光はＴＩＲプリズム４００Ｇに入射し、青色光はＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する。

ＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂにそれぞれ入射した光は、第１の面４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂのそれぞれで全反射して、各ＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂに対応して設けられたＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂのそれぞれに入射する。

ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂは、その画像形成領域にマトリクス状に配置された複数のマイクロミラーを有し、各マイクロミラーを回転させて光の反射方向を変えることで、入射された光を変調して画像光として出射する。ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂがそれぞれ出射した画像光は、対応して設けられたＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを透過してＸＤＰ５００に入射する。

ＸＤＰ５００は、入射された各色の画像光を透過または反射させる第２の面５０６および５０８を有し、第２の面５０６および５０８に入射された複数の画像光を同じ方向に出射して各色の画像光を合成する。合成された画像光は、ＸＤＰ５００から投写レンズ６００に向けて出射され、投写レンズ６００を介してスクリーン（図示せず）に投写される。

ＸＤＰ５００は、第２の面５０６および５０８において、ｓ偏光およびｐ偏光の一方を反射させて、他方を透過させるため、ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂのそれぞれからの光を効率良く合成するために、第２の面５０６および５０８に対する入射光をｓ偏光またはｐ偏光にしている。

そして、ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの画像形成領域の長辺が、ＸＤＰ５００の光入射面の辺と４５°傾くように設置されている。そのため、投写画像を正常に表示するためには、表示装置１０００を水平方向から４５°傾ける必要がある。

特開２０００−３３００７２号公報

特許文献１に記載の表示装置１０００では、画像を投写するときだけ、筐体を傾けるなどの面倒なことを行わなければならない。

これに対して、ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの画像形成領域の長辺が、ＸＤＰ５００の光入射面の辺と平行になるように設置すれば、筐体を傾けずに、投写画像を正常な状態で表示することができる。

しかしながら、この場合、ＸＤＰ５００の入射面に対して４５°の角度からＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂのそれぞれに光を入射させる必要が生じ、その結果、ＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂの第１の面４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂで光が全反射する際に、楕円偏光になってしまう。この場合、ＸＤＰ５００に入射する光をｓ偏光またはｐ偏光にすることができず、投写画像のコントラスト低下や輝度低下が生じてしまうという問題があった。

本発明の目的は、投写画像のコントラストの低下を抑制することの可能な表示装置および表示方法を提供することにある。

本発明による投写型表示装置は、
所定の偏光方向を有する、複数の色光を出射する照明部と、
前記複数の色光をそれぞれ全反射する複数の光路調整部と、
前記複数の光路調整部が全反射した複数の色光をそれぞれ変調して、複数の色変調光をそれぞれ出射する複数の光変調部と、
各光変調部が出射した複数の色変調光同じ方向に出射する合成部と、
前記照明部から前記合成部の間の光路上に設けられ、入射した光の偏光状態を変えて、前記合成部に入射する光を直線偏光にする補正部と、を備える。前記補正部は、前記光路調整部で光が全反射した際に生じる、当該光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が打ち消されるように、前記入射した光の偏光状態を変える。

また、本発明による画像表示方法は、
所定の偏光方向を有する複数の色光を出射し、
前記複数の色光のそれぞれを全反射し、
前記全反射した複数の色光をそれぞれ変調し、
前記変調された複数色光を同じ方向に出射することで当該複数の色光を合成し、
前記合成された光を投写する表示方法であって、
前記複数の光が合成されるまでの間に当該光の偏光状態を、当該光が全反射した際に生じる、当該光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が打ち消されるように変える。

本発明によれば、投写画像のコントラストの低下を抑制することのできる表示装置を提供することが可能である。

本発明の比較例にかかる表示装置１０００の構成を説明するための図である。 図１の表示装置１０００の変形例における各構成要素の配置を説明するための図である。 図２の変形例において、第１の面に対してｓ偏光、ｐ偏光となる偏光方向と、第１の面への入射光の偏光方向との関係を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態にかかる表示装置１の構成を説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂの構成を説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂの一部分の詳細な構成について説明するための図である。 ＤＭＤ５０Ｂの構成について説明するための図である。 マイクロミラー５１の動作について説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂ、ＤＭＤ５０Ｂ、およびＸＤＰ６０の相対的な配置を説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂ、ＤＭＤ５０Ｂ、およびＸＤＰ６０の相対的な配置を説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する光の偏光方向と、ＴＩＲプリズム４０Ｂの第１の面４３Ｂに対してｓ偏光またはｐ偏光となる偏光方向との関係について説明するための図である。 ＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する光およびＤＭＤ５０Ｂが出射する画像光の偏光状態について説明するための図である。 本発明の第２の実施形態にかかる表示装置２の構成を説明するための図である。 表示装置２のＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する光およびＤＭＤ５０Ｂが出射する画像光の偏光状態について説明するための図である。 本発明の第３の実施形態にかかる表示装置３の構成を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、同一の機能を有する構成要素については同じ符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。また、簡単のため、図面中において光束は直線で示すこととする。

まず初めに、ＴＩＲプリズムで反射する光が楕円偏光になってしまうメカニズムについて説明する。

図２は、ＤＭＤ３００Ｂ、ＴＩＲプリズム４００Ｂ、およびＸＤＰ５００の配置を説明するための図である。

ＤＭＤ３００Ｂは、ＸＤＰ５００の入射面に対して平行に設置されている。つまり、ＤＭＤ３００Ｂの矩形状の画像形成領域と、ＸＤＰ５００の入射面とは、ともにｙｚ平面に対して平行である。ＴＩＲプリズム４００Ｂは、ＤＭＤ３００ＢとＸＤＰ５００の間に設置されている。そして、ＤＭＤ３００Ｂの矩形状の画像形成領域に設けられたマイクロミラー３０１の回転軸３０２と略垂直な方向から、入射光がＤＭＤ３００Ｂに入射するようにＴＩＲプリズム４００Ｂが設置されている。つまり、入射光がＴＩＲプリズム４００Ｂの全反射面である第１の面４０２Ｂで全反射し、その後、ＴＩＲプリズム４００Ｂから出射してＤＭＤ３００Ｂに入射する。第１の面４０２Ｂが、ＤＭＤ３００Ｂの矩形状の画像形成領域と徐々に近づくように、ＴＩＲプリズム４００Ｂを配置している。より詳細には、ＤＭＤ３００Ｂの矩形状の画像形成領域に対して、第１の面４０２Ｂは斜面となっており、マイクロミラー３０１の回転軸３０２と略垂直な方向に沿った斜面となっている。

図３は、図２に示した配置における、ＴＩＲプリズム４００Ｂの第１の面４０２Ｂへの入射光の偏光方向との関係を説明するための図である。ＸＤＰ５００の入射面に対して４５°の角度からＴＩＲプリズム４００Ｂに光が入射される場合、光がＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する際の入射面は、ＸＤＰ５００の入射面に対して４５°の角度をなす面となる。このため、ＴＩＲプリズム４００Ｂの入射面に対して平行または垂直な方向は、ＸＤＰ５００の入射面に対して平行または垂直な方向と一致せず、ＸＤＰ５００の第２の面５０６に対してｓ偏光またはｐ偏光となる光は、ＴＩＲプリズム４００Ｂの第１の面４０２Ｂに対してｓ偏光またはｐ偏光とはならない。ＴＩＲプリズム４００Ｂへの入射光は、ＸＤＰ５００の第２の面５０６に対してｓ偏光またはｐ偏光となる偏光方向を有するため、ＴＩＲプリズム４００Ｂの第１の面４０２Ｂに入射する際には、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む光となる。

ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む光が全反射すると、その光の偏光状態に乱れが生じる。具体的には、光が全反射すると、全反射面に入射した光のエネルギーの一部が全反射面を形成する媒体にわずかにしみ出してエバネッセント光が発生する。エバネッセント光のエネルギーは、全反射面に平行な方向に伝搬するため、光の位相が変化するグースヘンシェンシフトと呼ばれる現象が発生する。グースヘンシェンシフトによる位相変化の量は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とで異なるため、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む直線偏光が全反射すると、直線偏光から楕円偏光に変化してしまう。

なお、ここではＤＭＤ３００Ｂ、ＴＩＲプリズム４００Ｂ、およびＸＤＰ５００の配置と、青色光がＴＩＲプリズム４００Ｂ，ＤＭＤ３００Ｂを介してＸＤＰ５００に入射する際の偏光方向について説明したが、赤色光および緑色光についても同様である。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の第１の実施形態にかかる表示装置１の構成を説明するための図である。表示装置１は、光源１０と、照明光学系２０と、光分離光学系３０と、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂと、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂと、ＸＤＰ６０と、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂと、投写光学系８０とを有する。投写光学系８０は、ＸＤＰ６０にて合成された光を投写する投写部である。投写光学系８０は、入射された光を拡大して図示しないスクリーンに投写する。

光源１０は、光源ランプ１１とリフレクタ１２とを有している。光源ランプ１１は、例えばメタルハライドランプや、高圧水銀ランプなどであり、その種類は特に限定されない。リフレクタ１２は、光源ランプ１１が出射した光を略平行光に変換して出射する。光源１０が出射した略平行光は、照明光学系２０に入射する。

照明光学系２０は、第１のレンズアレイ２１と、第２のレンズアレイ２２と、偏光変換素子２３と、重畳レンズ２４とを有する。照明光学系２０は、光源１０から出射された略平行光から直線偏光を生成する。

第１のレンズアレイ２１および第２のレンズアレイ２２は、マトリクス状に配列された多数のレンズにより構成されている。第１のレンズアレイ２１は、入射した光を、構成するレンズと同じ数の光束に分割するとともに、分割した各光束を第２のレンズアレイ２２の近傍に結像するように構成されている。

第２のレンズアレイ２２から出射した光は、偏光変換素子２３に入射し、偏光変換素子２３で所定の偏光方向を有する直線偏光に変換される。

偏光変換素子２３から出射した直線偏光は、重畳レンズ２４に入射する。第１レンズアレイ２１によって分割された各光束は、重畳レンズ２４により、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ上に重畳する。

光分離光学系３０は、照明光学系２０からの光を色がそれぞれ異なる複数の光に分離する。例えば、光分離光学系３０は、青色の光を反射させて青色光よりも波長の長い光を透過させる第１のダイクロイックミラー３１と、緑色の光を反射させて緑色よりも波長が長い光を透過させる第２のダイクロイックミラー３２とを有する。また、光分離光学系３０は、さらに光路を変化させる反射ミラーを有してもよい。

照明光学系２０から出射した光は、第１のダイクロイックミラー３１により青色の光が反射し、それよりも波長が長い光は透過して第２のダイクロイックミラー３２に入射する。第２のダイクロイックミラー３２に入射した光のうち、緑色の光は、第２のダイクロイックミラー３２で反射し、それよりも波長が長い光（例えば赤色光）は、第２のダイクロイックミラー３２を透過する。

第１のダイクロイックミラー３１で反射した青色の光は、ＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する。また、第２のダイクロイックミラー３２で反射した緑色の光は、反射ミラー３６で反射したのちにＴＩＲプリズム４０Ｇに入射する。第２のダイクロイックミラー３２を透過した赤色の光は、反射ミラー３３、３４、および３５で反射したのちにＴＩＲプリズム４０Ｒに入射する。

光源１０、照明光学系２０、および光分離光学系３０は、合わせて照明部２５とも呼ばれる。照明部２５は、所定の偏光方向を有する複数の色光を出射する。

ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、入射した光の光路を変化させる光路調整部である。具体的には、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂは、照明部２５からの色光のそれぞれを全反射させてＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂに向けて出射する。ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂの各マイクロミラーで変調された各色光は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂをそれぞれ透過し、ＸＤＰ６０に入射する。

図５は、ＴＩＲプリズム４０Ｂの構成を説明するための図である。図５には、ＴＩＲプリズム４０ＢおよびＤＭＤ５０Ｂを示しているが、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０ＧおよびＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇについても同様である。

図５に示すＴＩＲプリズム４０Ｂは、プリズム４１Ｂおよびプリズム４２Ｂを含み、プリズム４１Ｂとプリズム４２Ｂとの間には、空気ギャップにより第１の面４３Ｂが形成されている。第１の面４３Ｂは、空気ギャップにより屈折率の異なる界面が形成されているため、第１の面４３Ｂに対して臨界角以上の角度で光が入射すると、その光は全反射する。ＴＩＲプリズム４０Ｂは、第１の面４３Ｂに対して照明部２５からの光が入射する角度が臨界角以上となり、全反射した光がＤＭＤ５０Ｂに入射して、ＤＭＤ５０Ｂの各マイクロミラーで変調され、該各マイクロミラーで反射された光が、第１の面４３Ｂに対して臨界角未満の角度で入射するように配置される。つまり、ＴＩＲプリズム４０Ｂは、照明部２５からの光を全反射してＤＭＤ５０Ｂに向けて出射するとともに、ＤＭＤ５０Ｂからの光を透過してＸＤＰ６０に向けて出射することになる。

図６は、プリズム４１Ｂの詳細な構成について説明するための図である。なお、図６ではプリズム４１Ｂを示しているが、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇに含まれるプリズム４１Ｒ，４１Ｇについても同様である。プリズム４１Ｂの底面の三角形の内角は、それぞれ３３°、５０°、９７°であり、ガラスの屈折率は１．５１７、光が第１の面４３Ｂへ入射する角度は４８．５°である。このとき、光がプリズム４１Ｂから出射して、ＤＭＤ５０Ｂに入射する角度は２４°である。

図４の説明に戻る。

ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂは、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれと対応して設けられ、対応したＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの第１の面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂで全反射した光をそれぞれ変調して出射する光変調素子であり、光変調部とも呼ばれる。

図７は、ＤＭＤ５０Ｂの構成について説明するための図である。なお、図７ではＤＭＤ５０Ｂを示しているが、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇについても同様である。ＤＭＤ５０Ｂは、マトリクス状に配置された複数のマイクロミラー５１を有し、各マイクロミラー５１は、投写画像の１画素に対応する。各マイクロミラー５１は、回転軸５２周りに回転することで、入射される光に対する角度が変化する。ＤＭＤ５０Ｂのマイクロミラー５１は、回転軸５２が正方形のマイクロミラー５１の対角線方向を向いており、この回転軸５２に対して、入射する光と反射する光とを含む面が直交するように配置されている。

図８は、マイクロミラー５１の動作について説明するための図である。図示しない制御部が、映像信号に応じて各マイクロミラー５１を駆動し、光が入射する方向に傾いたＯＮ状態、または光が入射する方向と逆方向に傾いたＯＦＦ状態に切り替える。複数のマイクロミラー５１の反射面が１つの平面を形成するときの回転角度を０°とすると、各マイクロミラー５１は、この回転軸５２を中心として、±１２°傾く。この場合、入射角２４°の光は、ＯＮ状態のマイクロミラー５１で反射すると、回転角度０°のときのマイクロミラー５１の法線方向に進む。また入射角２４°の光は、ＯＦＦ状態のマイクロミラー５１で反射すると、回転角度０°のときのマイクロミラー５１の法線と４８°の角度を形成する方向に進む。

ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂで反射されたＯＮ光は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの第１の面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂを透過してＸＤＰ６０にて合成され、投写レンズによりスクリーン（不図示）などに投写される。また、ＯＦＦ光は、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０ＢからＸＤＰ６０の間に設置された光吸収体によって吸収され、スクリーンに到達しない。各マイクロミラー５１がＯＮ状態である時間とＯＦＦ状態である時間との比率を変えることによって、各マイクロミラー５１が対応する画素の輝度を変えている。

図４において、ＸＤＰ６０は、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが出射した各光を第２の面６１および６２で反射または透過させて同じ方向に出射することで、光を合成する合成部である。

具体的には、第２の面６１および６２では、ｐ偏光である緑色光を透過し、第２の面６１では、ｓ偏光である赤色光を反射し、第２の面６２では、ｓ偏光である青色光を反射する。しかしながら、照明部２５が第２の面６１および６２に対してｓ偏光またはｐ偏光となる直線偏光を出射したとしても、ＴＩＲプリズム４０の第１の面で反射するときにその偏光状態が乱れて楕円偏光になってしまう。

図９および図１０は、ＴＩＲプリズム４０Ｂ、ＤＭＤ５０Ｂ、およびＸＤＰ６０の相対的な配置を説明するための図である。ＤＭＤ５０Ｂの画像形成領域に設けられている各マイクロミラー５１の対角線方向に設けられた回転軸５２と、入射する光および反射する光を含む面とが直交するように、ＤＭＤ５０ＢとＴＩＲプリズム４０Ｂとを配置する。さらに、ＤＭＤ５０Ｂの画像形成領域の長辺と、ＸＤＰ６０の上面の辺とが平行になるようにＤＭＤ５０ＢをＸＤＰ６０に対して配置する。
ＴＩＲプリズム４０Ｂには、ＸＤＰ６０の入射面に対して４５°の角度から光を入射させる。これにより、ＴＩＲプリズム４０Ｂの第１の面４３Ｂで全反射した光は、ＸＤＰ６０の入射面に対して４５°の角度からＤＭＤ５０に入射する。

図１１は、ＴＩＲプリズム４０Ｂへの入射光の偏光方向と、ＴＩＲプリズム４０Ｂの第１の面４３Ｂに対してｓ偏光またはｐ偏光となる偏光方向との関係を説明するための図である。図１１の例では、ＴＩＲプリズム４０Ｂへの入射光は、ＸＤＰ６０の第２の面６１および６２に対してｐ偏光となる偏光方向を有している。しかし、第１の面４３Ｂの斜面の方向と該入射光の偏光方向とが一致も直交もしていないので、ＴＩＲプリズム４０Ｂへの入射光は、第１の面４３Ｂに対して、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む光となってしまう。

図１２は、ＴＩＲプリズム４０Ｂへの入射光およびＤＭＤ５０Ｂが出射する画像光の偏光状態を示す図である。ＴＩＲプリズム４０Ｂへの入射光は、ＸＤＰ６０の入射面に対して平行または垂直な方向に偏光した直線偏光であり、第１の面４３Ｂに対して、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分を含む光となっている。この場合、第１の面４３Ｂで光が全反射する際にグースヘンシェンシフトと呼ばれる光の位相変化が生じる。この位相変化の量は、ｓ偏光成分とｐ偏光成分とで異なる。例えば、図５および図６で説明した構成を有するＴＩＲプリズム４０Ｂの場合、ＴＩＲプリズム４０Ｂの第１の面４３Ｂで生じる位相変化は、ｓ偏光で５６．４°であり、ｐ偏光で１０２．０°である。このため、光が全反射した後、ｓ偏光とｐ偏光との間に生じる相対位相差は、４５．６°となる。この相対位相差は、およそ８分の１波長分に相当する。

このように、全反射面の傾きの方向と直線偏光の偏光方向とが一致も直交もしていない場合には、その全反射面で反射された直線偏光は、楕円偏光となる。このため、ＴＩＲプリズム４０ＢからＤＭＤ５０Ｂに入射する光は、楕円偏光となる。また、ＤＭＤ５０Ｂで光が反射するときには光の偏光状態は変化しないため、ＤＭＤ５０Ｂで変調された光は、楕円偏光となる。

なお、図９−図１２では、青色光が通過するＴＩＲプリズム４０Ｂ，ＤＭＤ５０Ｂ，およびＸＤＰ６０の配置および青色光の偏光状態について説明したが、赤色光および緑色光についても同様である。

図４に示した補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、照明部２５とＸＤＰ６０との間の光路上に設けられ、入射した光の偏光状態を変えて、ＸＤＰ６０に入射する光をｓ偏光またはｐ偏光にする補正部である。各補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢのそれぞれとＸＤＰ６０との間の光路上に配置されている。そして、各補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂで変調されてＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれを透過した光を補正して直線偏光にする。ＸＤＰ６０は、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂが出射する画像光に対して、それぞれ特定の方向の偏光成分の光を同一光軸上に合成するように設計されている。そこで補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＸＤＰ６０に入射する光がこの特定方向に偏光した光となるように補正する。より詳細には、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、照明部２５が出射した色光ごとに設けられており、緑色の光に対応して設けられた緑色用の補正光学素子７０Ｇは、入射された楕円偏光をｐ偏光に変換し、赤色用の補正光学素子７０Ｒおよび青色用の補正光学素子７０Ｂは、入射された楕円偏光をｓ偏光に変換する。

補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂに入射する光は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの第１の面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂで全反射して直線偏光から楕円偏光へと変化している。補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、例えば、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにて光が全反射した際に生じる、光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の相対位相差が打ち消されるように、入射した光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相を変化させる。図４ないし図１２で説明した構成では、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、少なくとも１つの８分の１波長板（１／８λ板）を有し、例えば補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、８分の１波長板または８分の５波長板（５／８λ板）である。ＸＤＰ６０の第２の面６１および６２を透過する光に対応する緑色用の補正光学素子７０Ｇは、８分の５波長板である。また、ＸＤＰ６０の第２の面６１および６２で反射する光に対応する赤色用の補正光学素子７０Ｒおよび青色用の補正光学素子７０Ｂは、８分の１波長板である。これにより、赤色の画像光は、楕円偏光からＸＤＰ６０の入射面に対して垂直方向に偏光した光に補正され、緑色の画像光は、楕円偏光からＸＤＰ６０の入射面に対して平行な方向に偏光した光に補正され、青色の画像光は、楕円偏光からＸＤＰ６０の入射面に対して垂直な方向に偏光した光に補正される。したがって、ＸＤＰ６０の第２の面６１または６２に入射するとき、赤色および青色の画像光はｓ偏光となり、緑色の画像光はｐ偏光となる。

ここで、緑色用の補正光学素子７０Ｇとして、８分の５波長板の代わりに、２分の１波長板（１／２λ板）と８分の１波長板（１／８λ板）とを光の進行方向に沿って並べて使用してもよい。補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＸＤＰ６０の第２の面６１および６２を透過する光がｐ偏光となり、第２の面６１で反射する光および第２の面６２で反射する光がｓ偏光となる構成であればよい。

（変形例）
上記の実施形態では、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂが、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにて光が全反射した際に生じる、光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の相対位相差が打ち消されるように、入射した光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相を変化させることとした。しかしながら、本発明はかかる例に限定されない。例えば、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＸＤＰ６０に入射させる特定の方向以外の偏光成分の光を除去するように、入射した光の偏光状態を変換させてもよい。

具体的には、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、少なくとも１つの偏光板を含む。例えば、ＸＤＰ６０の第２の面６１または６２で反射する光に対応する赤色用の補正光学素子７０Ｒおよび青色用の補正光学素子７０Ｂは偏光板とすることができる。このとき、ＸＤＰ６０の第２の面６１および６２を透過する光に対応する緑色用の補正光学素子７０Ｇは、偏光板と２分の１波長板とを光の進行方向に沿ってこの順番で並べて使用してもよい。偏光板は、特定の偏光方向の光のみを透過して他方の偏光方向の光を吸収または反射する。補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂに用いられる偏光板は、いずれもＸＤＰ６０の入射面に対して垂直な方向の偏光を透過させる特性を有する。これにより、偏光板を透過した光はｓ偏光となり、さらに２分の１波長板を透過することによって、緑色の光は、ｐ偏光となる。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、照明部２５から出射された所定の偏光方向を有する複数の色光は、複数のＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれに入射して、全反射される。全反射した光は、それぞれＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに対応して設けられたＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂのそれぞれで変調される。各ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂから出射されたそれぞれの光は、ＸＤＰ６０で合成されて出射される。照明部２５とＸＤＰ６０との間の光路上には、ＸＤＰ６０に入射する光がｓ偏光またはｐ偏光となるように偏光状態を変える補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂが設けられる。これにより、光がＸＤＰ６０に入射するまでの間に楕円偏光となった場合であっても、ＸＤＰ６０に入射する光をｓ偏光またはｐ偏光とすることができるため、ＸＤＰ６０内部で迷光が生じるのを抑制することができ、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。

また、本実施形態によれば、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで光が全反射した際に生じる、当該光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が打ち消されるように、光の偏光状態を変える。これにより、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにて光が全反射した際に、ｓ偏光成分およびｐ偏光成分で位相差が発生した場合であっても、この位相差が打ち消されて、より確実に、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。また、位相差を打ち消すことにより、迷光となってしまっていた光も投写光として利用することができるので、投写画像の輝度を向上させることも可能になる。

また、本実施形態によれば、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、少なくとも１つの８分の１波長板を有する。より具体的には、ＸＤＰ６０は各色変調光を反射または透過させて同じ方向に出射する。このとき補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＸＤＰ６０に入射する光ごとに対応して設けられ、ＸＤＰ６０で反射する光に対応する補正光学素子７０Ｒおよび７０Ｂは、８分の１波長板であり、ＸＤＰ６０で透過する光に対応する補正光学素子７０Ｇは、少なくとも１つの２分の１波長板を有する。これにより、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂの反射面４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂで８分の１波長分の位相差が発生する場合に、より確実に、投写画像のコントラストが低下することを抑制して、投写画像の輝度を向上させることが可能になる。

また、本実施形態によれば、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢとＸＤＰ６０との間の光路上にそれぞれ設けられる。これにより、ＸＤＰ６０に入射する直前で光の偏光状態が変換された直線偏光となるため、より確実に、ＸＤＰ６０に入射する光を直線偏光にすることができ、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。

また、本実施形態の変形例によれば、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、少なくとも１つの偏光板を含む。より具体的には、ＸＤＰ６０は各色変調光を反射または透過させて同じ方向に出射する。このとき補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、ＸＤＰ６０に入射する光ごとに対応して設けられ、ＸＤＰ６０で反射する光に対応する補正光学素子７０Ｒおよび７０Ｂは、偏光板であり、ＸＤＰ６０で透過する光に対応する補正光学素子７０Ｇは、偏光板および２分の１波長板を有する。これにより、ＸＤＰ６０に入射された光のうち、ＸＤＰ６０の入射面に対して垂直または平行な方向に偏光したｓ偏光またはｐ偏光以外の成分は、反射または吸収されることになる。したがって、より確実に、ＸＤＰ６０内で迷光となる光を低減して、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。

（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態にかかる表示装置２の構成を説明するための図である。

表示装置１は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂにて偏光状態が乱れたあとに、光を直線偏光にする補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂを有し、補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂは、各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０ＢとＸＤＰ６０との間に設けられる。これに対して、表示装置２は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂで全反射した光が直線偏光となるように、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する前に、光を楕円偏光にする補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂを補正光学素子７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂの代わりに有する。

以下、表示装置１との相違点について主に説明する。

表示装置２は、照明部２５とＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとの間の光路上、例えば光分離光学系３０と各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとの間の光路上に設けられた補正光学素子９０を有する。より具体的には、表示装置２は、反射ミラー３５と赤色用のＴＩＲプリズム４０Ｒとの間に配置された赤色用の補正光学素子９０Ｒと、第２のダイクロイックミラー３２と緑色用のＴＩＲプリズム４０Ｇとの間に配置された緑色用の補正光学素子９０Ｇとを有する。また、表示装置２は、第１のダイクロイックミラー３１と青色用のＴＩＲプリズム４０Ｂとの間に配置された青色用の補正光学素子９０Ｂを有する。

各補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、ＸＤＰ６０に入射する光が所定の偏光方向を有する直線偏光となるように、入射した光の偏光状態を変える。具体的には、補正光学素子９０Ｒ，９Ｇ，９０Ｂは、全反射面でｐ偏光とｓ偏光とに生じる相対位相差が打ち消されるように、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する前の光の偏光状態を予め補正しておく。

第１の実施形態で説明したように、図５ないし図１２にて説明した構成においては、ｐ偏光とｓ偏光にはおよそ８分の１波長分の相対位相差が発生する。補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、この相対位相差と符号が逆であって大きさが等しい位相差を、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する前の直線偏光の照明光に与えて、直線偏光を楕円偏光に変換する。例えば、赤色用の補正光学素子９０Ｒおよび青色用の補正光学素子９０Ｂは８分の１波長板であり、緑色用の補正光学素子９０Ｇは８分の５波長板である。

図１４は、表示装置２のＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する色光と、ＴＩＲプリズム４０Ｂの全反射面における色光との偏光状態について説明するための図である。表示装置２の補正光学素子９０Ｂを透過してＴＩＲプリズム４０Ｂに入射する色光は、楕円偏光に変換されている。この楕円偏光がＴＩＲプリズム４０Ｂの全反射面で全反射すると、グースヘンシェンシフトが発生し、それに伴って位相変化が生じる。この位相の変化量は、ｓ偏光とｐ偏光とで異なるが、補正光学素子９０を透過することによる位相の変化量と、グースヘンシェンシフトによる位相の変化量とを合わせることで、ｓ偏光の変化量とｐ偏光の変化量とは概ね等しくなり、相対位相差が低減される。

これにより、ＤＭＤ５０Ｂに入射する光はＸＤＰ６０の入射面に対して平行な方向に偏光した直線偏光となり、ＤＭＤ５０Ｂで反射される際には偏光状態は変化しないため、ＤＭＤ５０Ｂが出射する画像光もＸＤＰ６０の入射面に対して平行な方向に偏光した直線偏光となる。

なお、図１４では、青色光がＴＩＲプリズム４０ＢおよびＤＭＤ５０Ｂを介してＸＤＰ６０に入射するまでの偏光状態の変化について説明したが、赤色光および緑色光についても同様である。

（変形例）
上記第２の実施形態では、補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、光分離光学系３０と各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとの間に配置され、各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂに入射する直前の照明光の偏光状態を補正したが、本発明はかかる例に限定されない。表示装置２が有する補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの配置および数は、投写光学系８０に入射する光が増大する構成であればよい。

例えば、補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの代わりに、１つの補正光学素子が、照明光学系２０と光分離光学系３０との間に１つ配置されてもよい。この場合、各反射面では、偏光の回転方向が変化するため、反射面の数に留意する必要がある。また、補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂの代わりに、２つの補正光学素子が、第１のダイクロイックミラー３１と青色用のＴＩＲプリズム４０Ｂとの間、および、第１のダイクロイックミラー３１と第２のダイクロイックミラー３２との間にそれぞれ配置されてもよい。

また、緑色用の補正光学素子７０Ｇとして、８分の５波長板の代わりに、２分の１波長板と８分の１波長板を光の進行方向に沿って並べて使用してもよい。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、補正光学素子９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂは、照明部２５と各ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂとの間の光路上に設けられる。この場合でも、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。また、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂから出射した光の偏光状態を補正する場合と比較して、補正光学素子の数および配置の自由度を高めることが可能になり、表示装置２の設計条件に合わせて柔軟に補正光学素子の数および配置を設計することが可能になる。

（第３の実施形態）
図１５は、本発明の第３の実施形態にかかる表示装置３の構成を説明するための図である。

表示装置１および表示装置２の照明部２５は、白色光を複数の色光に分離させてＤＭＤ５０を照明する照明光として用いるのに対して、表示装置３の照明部２６は、複数の光源のそれぞれが出射した色光を、照明光として用いる。

照明部２６は、それぞれ赤色、緑色、青色の色光を出射する光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、それぞれ赤色、緑色、青色の色光を所定の偏光方向を有する色照明光に変換する変換光学系を含む照明光学系２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂとを有する。

各光源１０は、各色の色光を出射する発光素子１３と、発光素子１３が出射した色光を略平行光に変換するレンズ１４とを有する。例えば、光源１０Ｒは、赤色の色光を出射する発光素子１３Ｒと、発光素子１３Ｒが出射した色光を略平行光に変換するレンズ１４Ｒとを有する。発光素子１３は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。

各照明光学系２０Ｒ，２０Ｇ，２０Ｂは、入射した各色の色光を、ＤＭＤ５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂを均一に照明する直線偏光に変換する。照明光学系２０Ｒおよび照明光学系２０Ｂは、入射した色光を、ＸＤＰ６０の入射面に対して垂直方向に偏光した直線偏光に変換し、照明光学系２０Ｇは、入射した色光を、ＸＤＰ６０の入射面に対して平行方向に偏光した直線偏光に変換する。各照明光学系２０が出射した各光は、ＴＩＲプリズム４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂのそれぞれに入射する。

以上説明したように、本発明の第３の実施形態によれば、照明部２６は、色光を出射する複数の光源１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂを有している。これにより、複数の光源を用いるため、投写画像の輝度を向上させることが可能になるとともに、白色光を複数の色光に分離させる分離光学系が必要ないため、装置サイズを縮小することが可能になる。このように、輝度を向上させ、装置サイズを縮小した構成においても、投写画像のコントラストが低下することを抑制することが可能になる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

例えば、上記第１および第２の実施形態では、光源１０は、光源ランプ１１と、光源ランプ１１が出射した光を略平行光とするリフレクタ１２とを有することとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、レンズを用いて、光源ランプ１１が出射した光を略平行光としてもよい。この場合、光源ランプ１１としては、ＬＥＤや、励起エネルギーを吸収することで蛍光を放射する蛍光体を用いることができる。

また、上記実施形態では、照明光学系２０は、第１レンズアレイ２１、第２レンズアレイ２２、偏光変換素子２３、および重畳レンズ２４を用いた構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、照明光学系２０は、ロッドインテグレータを用いた構成であってもよい。

また、上記実施形態では、重畳レンズ２４は、単一の光学部品であることとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、重畳レンズ２４は、照明光学系２０の性能を向上させるため、または、装置サイズを調整するために、複数のレンズであってもよく、また、折り返しミラーを追加した構成であってもよい。

また、上記実施形態では、第３の実施形態にかかる表示装置３の補正光学素子の配置は、第１の実施形態にかかる表示装置１と同様としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、表示装置３の補正光学素子の配置を、第２の実施形態と同様に変更することも可能である。

１，２，３ 表示装置
１０ 光源部
１１ 光源ランプ
１２ リフレクタ
２０ 照明光学系
２１ 第１のレンズアレイ
２２ 第２のレンズアレイ
２３ 偏光変換素子
２４ 重畳レンズ
２５，２６ 照明部
３０ 光分離光学系（分離部）
３１ 第１のダイクロイックミラー
３２ 第２のダイクロイックミラー
３３，３４，３５ 反射ミラー
４０Ｒ，４０Ｇ，４０Ｂ ＴＩＲプリズム（光路調整部）
５０Ｒ，５０Ｇ，５０Ｂ ＤＭＤ（光変調部）
６０ ＸＤＰ（合成部）
７０Ｒ，７０Ｇ，７０Ｂ 補正光学素子（補正部）
９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂ 補正光学素子（補正部）
８０ 投写光学系（投写部）

Claims (7)

1. 所定の偏光方向を有する、複数の色光を出射する照明部と、
   前記複数の色光をそれぞれ全反射する複数の光路調整部と、
   前記複数の光路調整部が全反射した複数の色光をそれぞれ変調して、複数の色変調光をそれぞれ出射する複数の光変調部と、
   各光変調部が出射した複数の色変調光を同じ方向に出射する合成部と、
   前記照明部から前記合成部の間の光路上に設けられ、入射した光の偏光状態を変えて、前記合成部に入射する光を直線偏光にする補正部と、を備え、
   前記補正部は、前記光路調整部で光が全反射した際に生じる、当該光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が打ち消されるように、前記入射した光の偏光状態を変える投写型表示装置。
2. 前記補正部は、少なくとも１つの偏光板を含むことを特徴とする請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 前記補正部は、複数の光路調整部と前記合成部との間の光路上にそれぞれ設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の投写型表示装置。
4. 前記補正部は、前記照明部と前記複数の光路調整部との間の光路上に設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の投写型表示装置。
5. 前記光路調整部はＴＩＲプリズムである、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記光変調部はディジタルマイクロミラーデバイスである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
7. 所定の偏光方向を有する複数の色光を出射し、
   前記複数の色光のそれぞれを全反射し、
   前記全反射した複数の色光をそれぞれ変調し、
   前記変調された複数の色光を同じ方向に出射することで当該複数の色光を合成し、
   前記合成された光を投写する表示方法であって、
   前記複数の色光が合成されるまでの間に当該光の偏光状態を、当該光が全反射した際に生じる、当該光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が打ち消されるように変える画像表示方法。

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