JP2000338448A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異なる成分の光を個別に変調し、変調後の光
を合成して投射する投射型画像表示装置であって、合成
後の光の収差の補正が容易で、しかも表示した画像にゴ
ーストのほとんどない小型軽量のものを提供する。 【解決手段】 投射型型画像表示装置に、光源、インテ
グレータ、色分離用のダイクロイックミラー、３つの液
晶表示素子、色合成用の２つのダイクロイックミラー、
非テレセントリックな投射光学系を備える。ダイクロイ
ック膜を２枚の平行平板で挟んで色合成用のダイクロイ
ックミラーを構成するとともに、インテグレータの小光
源像が再結像する投射光学系の瞳近傍に、色合成用のダ
イクロイックミラーの平行平板の表面で反射された光束
を遮断する遮光部材を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は投射型画像表示装置
に関し、特に、複数の画像によって個別に変調した光を
合成して投射する投射型画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像に応じて光を変調し、変調後の光を
スクリーンに投射して画像を表示する投射型画像表示装
置がある。このような投射型画像表示装置は、一度に多
数の人に画像を提示するために利用され、近年では、比
較的大画面のテレビ受像機にも用いられるようになって
いる。一般に、光の変調は液晶表示素子（ＬＣＤ）によ
って行われ、ＬＣＤに投射用の光を供給するために、ラ
ンプ等の光源が備えられる。

【０００３】投射型画像表示装置は明るくしかも明るさ
にむらのない画像を表示することが望ましく、このた
め、光源が発した光を集光するリフレクタと、リフレク
タからの光を分割して複数の小光源像を形成し、各小光
源像の光をＬＣＤの全面に導くオプティカルインテグレ
ータを備えることが行われている。小光源像の光が重な
り合うことによりＬＣＤの全面は均一な強度で照明さ
れ、表示される画像の明るさも均一になる。

【０００４】投射型画像表示装置でカラー画像を表示す
る方法の１つに、白色光を赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）
光、青色（Ｂ）光に色分離しておき、各色光を３つのＬ
ＣＤで個別に変調し、変調後の各色光を合成して１つの
投射光学系で投射するものがある。この方法は、精細度
の高い画像を表示することが可能である上、投射光学系
をただ１つだけ備えればよいから、比較的小型で低コス
トな装置によって実現することができる。

【０００５】変調後の色光を合成するための合成光学系
としては、接合面にダイクロイック膜が形成されたダイ
クロイックプリズムや、平板の表面にダイクロイック膜
が形成されたダイクロイックミラーが用いられている。
ダイクロイックプリズムは、ダイクロイック膜を透過す
る光とダイクロイック膜によって反射される光の光路長
が等しくなって、合成後の光に収差の差が生じないとい
う特長を有する。このため、収差の補正が容易であり、
質の高い画像を提供することができる。その反面、ダイ
クロイックプリズムには、重くまた比較的高コストであ
るという不都合がある。一方、ダイクロイックミラーは
軽量かつ低コストであるものの、透過する光と反射され
る光の光路長が等しくないため、合成後の光に収差の差
が生じてしまい、収差の補正が難しくなる。

【０００６】左眼用の画像で変調した光と右眼用の画像
で変調した光を投射し、立体的な画像を提供する投射型
画像表示装置もあり、バーチャルリアリティの分野で用
いられている。左眼用と右眼用の画像は偏光面が直交す
る２つの直線偏光によって投射され、使用者は透過する
偏光面が互いに垂直になるように配置された２つの偏光
板を有する眼鏡を装着して、重なり合った画像を分離し
て観察する。このような投射型画像表示装置では、変調
後の偏光を２つの投射光学系で個別に投射するか、ある
いは合成した後に１つの投射光学系で投射するようにし
ている。

【０００７】変調後の偏光を合成して投射する方法で
は、必要な投射光学系がただ１つであり、個別に投射す
るよりも、装置を小型かつ大幅に低コストとすることが
できる。偏光を合成するための合成光学系としては、接
合面に偏光分離（ＰＢＳ）膜が形成されたＰＢＳプリズ
ムが用いられている。しかし、ＰＢＳプリズムには、ダ
イクロイックプリズムと同様に、重くコスト高になると
いう問題がある。平板の表面にＰＢＳ膜を形成したＰＢ
Ｓミラーを合成光学系として用いることも可能であろう
が、両面の媒質が異なっていても良好な特性を示すＰＢ
Ｓ膜の実現は困難であるため、実用化されていない。ま
た、そのようなＰＢＳミラーでは、透過する光と反射さ
れる光の光路長に差が生じて収差の補正が容易でなくな
るという問題も生じる。

【０００８】特開平５−１０７５０１号公報には、前述
のダイクロイックプリズムやダイクロイックミラーの問
題点を解決し得るダイクロイックミラーが提案されてい
る。このダイクロイックミラーは、２枚の平行平板を接
合しその接合面にダイクロイック膜を形成したもので、
軽量で比較的低コストでありながら、２枚の平行平板の
厚さを同じにすることで、透過する光と反射される光の
光路長を等しくすることができる。

【０００９】このダイクロイックミラーと同様に、２枚
の平行平板の接合面にＰＢＳ膜を形成すると、良好な特
性を示し、軽量で、しかも透過光と反射光の光路長に差
が生じないＰＢＳミラーを実現することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ダイクロイ
ック膜やＰＢＳ膜を２枚の平行平板の接合面に形成した
素子を合成光学系として投射型画像表示装置に採用する
と、平行平板に入射する光の一部が平行平板の表面で反
射されることに起因して、新たな問題が発生する。すな
わち、ダイクロイック膜やＰＢＳ膜で反射されてこれら
を透過した光と合成されるべき光のうち、平行平板の表
面で反射されたものは、平行平板の厚さに応じて、ダイ
クロイック膜やＰＢＳ膜で合成された正規の光とは僅か
に異なる光路を進む。この光は正規の光とは異なる位置
に結像してゴーストとなり、表示される画像の質を低下
させることになる。

【００１１】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たもので、合成後の光の収差の補正が容易で、しかもゴ
ーストのほとんどない小型軽量の投射型画像表示装置を
提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、複数の成分を含む光を射出する光源
と、光源からの光を成分の異なる複数の光に分離する分
離光学系と、分離光学系によって分離された光を照明光
として与えられ、表示した画像によって照明光を変調す
る複数の表示素子と、光源からの光を分割して複数の小
光源像を形成し、各小光源像の光を分離光学系を介して
複数の表示素子に重ね合わせて与えるインテグレータ光
学系と、複数の表示素子によって変調された光を合成す
る合成光学系と、合成光学系によって合成された光を投
射する投射光学系とを備える投射型画像表示装置におい
て、投射光学系を非テレセントリックな光学系として、
合成光学系を投射光学系の非テレセントリックな光路上
に配置するとともに、投射光学系は、インテグレータ光
学系が形成する小光源像と略共役な瞳の近傍に、合成光
学系によって合成されて成分の異なる複数の光全てを含
むようになった光束のみを透過させる遮光部材を有する
ものとする。

【００１３】この装置は、光源からの光を分離光学系で
成分の異なる複数の光に分離して、分離後の光を複数の
表示素子で個別に変調し、変調後の光を合成光学系で合
成して投射光学系で投射する。表示素子に与えられる光
はインテグレータ光学系によて複数の小光源像とされた
光が重なり合ったものであるが、合成後に投射光学系の
瞳近傍に再結像して複数の小光源像を形成する。

【００１４】ここで、投射光学系は非テレセントリック
であって、その非テレセントリックな光路上に合成光学
系が配置されているため、適正に合成されて成分の異な
る複数の光全てを含むようになった正規の光束以外に、
合成の不完全さにより、複数の光の一部のみを含み正規
の光束と異なる光路を進む光束が生じたとしても、その
光束は正規の光束が形成する小光源像からずれて結像
し、小光源像を別に形成する。これらの小光源像が形成
される投射光学系の瞳の近傍には、成分の異なる複数の
光全てを含む正規の光束のみを透過させる遮光部材が備
えられており、正規の光束以外の光束は遮断されて、投
射されない。

【００１５】したがって、適正に合成されなかった光に
よるゴーストの発生が防止され、質の高い画像を表示す
ることができる。また、合成光学系としてきわめて高性
能のものを用いなくても質の高い画像を表示することが
可能になり、合成光学系の構成の自由度が高まって、各
表示素子によって変調された光の収差を合成後も同じに
することが容易になる。

【００１６】上記の投射型画像表示装置は、光源が波長
の異なる光を射出し、分離光学系が光源からの光を波長
の異なる色光に分離し、合成光学系がダイクロイック膜
を挟んで接合された２枚の平行平板を有して、ダイクロ
イック膜の透過と反射で異なる色光を合成し、遮光部材
が合成光学系の平行平板の表面で反射された色光を反射
または吸収するものとして、カラー画像を投射する装置
とすることができる。

【００１７】上記の投射型画像表示装置は、また、光源
が偏光状態の異なる光を射出し、分離光学系が光源から
の光を状態の異なる偏光に分離し、合成光学系が偏光分
離膜を挟んで接合された２枚の平行平板を有して、偏光
分離膜の透過と反射で状態の異なる偏光を合成し、遮光
部材が合成光学系の平行平板の表面で反射された偏光を
反射または吸収するものとして、立体画像を投射する装
置とすることもできる。

【００１８】いずれの構成においても、合成光学系は板
状の素子であるから軽量になる。また、合成光学系を成
す２枚の平行平板の厚さを同じにすることにより、ダイ
クロイック膜あるいは偏光分離膜を透過する光と各膜で
反射される光の光路長は等しくなり、透過光と反射光の
収差に差が生じない。平行平板の表面で反射される光
は、反射性または吸収性を有する遮光部材で遮断される
ため、ゴーストとならない。反射性の遮光部材として
は、ダイクロイックミラーや全反射ミラーを用いること
ができ、吸収性の遮光部材としてはフィルターや偏光板
を用いることができる。

【００１９】上記の投射型画像表示装置に、インテグレ
ータ光学系からの光をテレセントリックな状態で複数の
表示素子に導く複数のフィールドレンズを備えるととも
に、投射光学系が複数の表示素子からの光を非テレセン
トリックな状態で瞳に導くコンデンサレンズを有するも
のとして、コンデンサレンズを透過した光の光路上に合
成光学系を配置するとよい。

【００２０】フィールドレンズを備えて光をテレセント
リックな状態で表示素子に導くことで、表示素子による
変調効率と変調後の光の利用効率を高めつつ、コンデン
サレンズをもたせることで投射光学系を非テレセントリ
ックな光学系とすることができる。また、テレセントリ
ックな状態になっている変調後の光をコンデンサレンズ
で非テレセントリックな状態とした光路上に合成光学系
を配置することで、合成の不完全さにより生じる正規の
光束と平行に進む光束を、正規の光束からずらして結像
させて、確実に遮断することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の投射型画像表示装置（以
下、単に投射表示装置ともいう）の実施形態について、
図面を参照しながら説明する。図１に第１の実施形態の
投射型画像表示装置１の光学系の構成を示す。

【００２２】投射表示装置１は、白色光をＲ光、Ｇ光、
Ｂ光に色分離して分離後の各色光を個別に変調し、変調
後の各色光を色合成して投射し、カラー画像を表示する
ものである。投射表示装置１は、白色光を供給する光源
１１、色分離を行う分離光学系として２つのダイクロイ
ックミラー２１Ｒ、２１Ｂ、変調を行う表示素子として
３つの透過型ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ、色合成を
行う合成光学系として２つのダイクロイックミラー２
６、２７、および投射を行う投射光学系３０を備えてい
る。

【００２３】投射表示装置１では、光源１１からの光を
分割して多数の小光源像を形成し、各小光源像の光をＬ
ＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂの全面に導いて、各ＬＣＤ
を一様な強度で照明するとともに、各ＬＣＤに導く光を
偏光面の揃った直線偏光として、光源１１からの光を変
調に効率よく利用する。これらのために、インテグレー
タ光学系１２と偏光変換光学系１６が備えられている。
投射表示装置１は、さらに、ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２
５Ｂに光を導くための３つの全反射ミラー２２ａ、２２
ｂ、２２ｃ、３つのフィールドレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、
２４Ｂ、ならびに光路長の補正のための２つのリレーレ
ンズ２３ａ、２３ｂおよびダミー平板２８も備えてい
る。

【００２４】光源１１は、ランプ１１ａとリフレクタ１
１ｂより成る。ランプ１１ａはメタルハライドランプ等
の高輝度放電ランプであり、無秩序な偏光成分の白色光
を発する。リフレクタ１１ｂは放物面鏡であり、その焦
点にランプ１１ａが配置されている。ランプ１１ａが発
する光はリフレクタ１１ｂによって反射され、平行光束
として光源１１から射出される。

【００２５】インテグレータ１２は、第１のレンズアレ
イ１３、第２のレンズアレイ１４および重畳レンズ１５
より成る。第１、第２のレンズアレイ１３、１４はそれ
ぞれ、マトリクス状に配置されたレンズセル１３ａ、１
４ａを有している。第１、第２のレンズアレイ１３、１
４のレンズセル１３ａ、１４ａの配置を図２に示す。レ
ンズセル１３ａ、１４ａは同じ大きさでＬＣＤ２５Ｒ、
２５Ｇ、２５Ｂと略相似な長方形であり、４隅を除い
て、長辺方向に６つ、短辺方向に８つ並べて配置されて
いる。レンズセル１３ａ、１４ａの長辺方向は、図１の
紙面に平行な方向に設定されている。

【００２６】光源１１からの平行光束は、第１のレンズ
アレイ１３の各レンズセル１３ａによって分割されて、
同一平面上に収束する収束光束とされる。第２のレンズ
アレイ１４は、レンズアレイ１３による光の収束位置近
傍に配置されており、レンズアレイ１３の各レンズセル
１３ａからの光は、レンズアレイ１４の対応するレンズ
セル１４ａ上に結像して、光源１１の小さな像を形成す
る。これにより、第２のレンズアレイ１４上に小光源像
が多数形成される。

【００２７】重畳レンズ１５は、レンズアレイ１４の各
レンズセル１４ａを透過した光をＬＣＤ２５Ｒ、２５
Ｇ、２５Ｂの全面に導いて、全てのレンズセル１４ａか
らの光を各ＬＣＤ上で重ね合わせる。光源１１からの光
束には部位によって強度差があるが、その光束を分割し
て重ね合わせることで、各ＬＣＤは均一な強度で照明さ
れる。なお、ここでは第２のレンズアレイ１４と重畳レ
ンズ１５を個別に備えているが、重畳レンズ１５の機能
を第２のレンズアレイ１４にもたせて、重畳レンズ１５
を省略することも可能である。

【００２８】偏光変換光学系１６を第２のレンズアレイ
１４と共に図３に示す。この図は偏光変換光学系１６を
レンズアレイ１４のレンズセル１４ａの長辺方向から見
た側面図である。偏光変換光学系１６はＰＢＳアレイ板
１７と１／２波長位相板１８より成る。ＰＢＳアレイ板
１７には、Ｓ偏光を反射してＰ偏光を透過させる反射膜
１７ａ、１７ｂの組が形成されている。反射膜１７ａ、
１７ｂはレンズセル１４ａの長辺方向に延びる帯状であ
り、レンズアレイ１４の両端に達する長さを有する。反
射膜１７ａ、１７ｂの組は、レンズセル１４ａの短辺方
向に、その方向のレンズセル１４ａの数と同数すなわち
８組形成されている。

【００２９】反射膜１７ａ、１７ｂは互いに平行であ
り、レンズセル１４ａの光軸に対して４５°傾いてい
る。反射膜１７ａ、１７ｂの幅は、レンズセル１４ａの
１／２に対応するように、レンズセル１４ａの短辺の１
／√２に設定されている。また、反射膜１７ａ、１７ｂ
は、レンズセル１４ａの短辺の１／２の等間隔で、レン
ズセル１４ａの光軸が各組の一方の反射膜１７ａの中央
を通るように配列されている。

【００３０】１／２波長位相板１８も、レンズセル１４
ａの長辺方向に延び、レンズアレイ１４の両端に達する
長さを有する帯状である。１／２波長位相板１８の幅は
レンズセル１４ａの短辺の１／２である。１／２波長位
相板１８は、ＰＢＳアレイ板１７の重畳レンズ１５側の
面に、反射膜１７ｂに対向するように等間隔で設けられ
ている。

【００３１】第２のレンズアレイ１４のレンズセル１４
ａの中央部を透過した光は反射膜１７ａに入射し、その
うちＰ偏光は反射膜１７ａを透過して直接重畳レンズ１
５に至る。Ｓ偏光は反射膜１７ａによって反射され、隣
の反射膜１７ｂで再度反射されて１／２波長位相板１８
に入射し、これを透過することによってＰ偏光に変換さ
れて重畳レンズ１５に至る。レンズセル１４ａの周辺部
を透過する光は少なく、したがって、重畳レンズ１５に
入射する光の大部分は偏光面の揃った直線偏光となる。

【００３２】ダイクロイックミラー２１ＲはＲ光を透過
させ他の色光を反射するように設定されており、ダイク
ロイックミラー２１ＢはＢ光を透過させＧ光を反射する
ように設定されている。重畳レンズ１５からの白色光は
ダイクロイックミラー２１Ｒに入射し、透過するＲ光と
反射されるＧ光およびＢ光に分離される。このうちＲ光
は、全反射ミラー２２ａによって反射されてフィールド
レンズ２４Ｒに導かれ、これを透過してＬＣＤ２５Ｒに
入射する。

【００３３】ダイクロイックミラー２１Ｒによって反射
されたＧ光およびＢ光はダイクロイックミラー２１Ｂに
入射し、反射されるＧ光と透過するＢ光に分離される。
反射されたＧ光は、フィールドレンズ２４Ｇを透過して
ＬＣＤ２５Ｇに入射する。透過したＢ光は、リレーレン
ズ２３ａ、全反射ミラー２２ｂ、リレーレンズ２３ｂ、
全反射ミラー２２ｃを順に経てフィールドレンズ２４Ｂ
に導かれ、これを透過してＬＣＤ２５Ｂに入射する。

【００３４】ダイクロイックミラー２１Ｒ、２１Ｂ、全
反射ミラー２２ａ、２２ｂ、２２ｃはいずれも重畳レン
ズ１５の光軸（間に位置する素子によって折り返された
光軸）に対して４５゜傾けて配置されており、リレーレ
ンズ２３ａ、２３ｂ、フィールドレンズ２４Ｒ、２４
Ｇ、２４Ｂは光軸が重畳レンズ１５の光軸に一致するよ
うに配置されている。また、ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２
５Ｂは、重畳レンズ１５の光軸に対して垂直に、かつそ
の光軸が中心を通るように配置されている。

【００３５】ダイクロイックミラー２１ＲからＬＣＤ２
５Ｒに至る光路長とＬＣＤ２５Ｇに至る光路長は等し
く、ＬＣＤ２５Ｂに至る光路長はこれらよりも大きい。
リレーレンズ２３ａ、２３ｂはこの光路長差を補正し
て、ＬＣＤ２５Ｂに導かれる光を、ＬＣＤ２５Ｒ、２５
Ｇに導かれる光と等価にする。

【００３６】フィールドレンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ
はそれぞれ、光をＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂにテレ
セントリックに入射させる。これにより、各ＬＣＤで効
率よく変調が行われ、また各ＬＣＤを透過する光量が最
大になって、投射への光の利用効率が高まる。

【００３７】ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂはそれぞれ
不図示の駆動回路によって駆動される。それぞれの駆動
回路は、画像のＲ成分、Ｇ成分、Ｂ成分を表す画像信号
に基づいて、各ＬＣＤにその画像を表示させて入射する
光を変調させる。図示しないが、各ＬＣＤには入射側と
出射側に偏光板が設けられている。入射側の偏光板は、
偏光変換光学系１６によって偏光面が揃えられた直線偏
光を透過させるように設定されており、その直線偏光に
垂直な直線偏光は遮断される。各ＬＣＤに入射する直線
偏光は、変調により一部が偏光面を９０゜回転させられ
て、偏光面が直交する２つの直線偏光を含むようにな
る。出射側の偏光板は、そのうちの一方を透過させるよ
うに設定されており、出射側の偏光板を透過した直線偏
光が画像を表す光となる。

【００３８】合成光学系を成すダイクロイックミラー２
６はＲ光を反射し、Ｇ光を透過させるように設定されて
おり、ダイクロイックミラー２７はＢ光を反射し、他の
色光を透過させるように設定されている。ＬＣＤ２５
Ｒ、２５Ｇによって変調されたＲ光、Ｇ光はそれぞれダ
イクロイックミラー２６に入射し、Ｒ光が反射されＧ光
が透過することにより合成される。合成されたＲ光とＧ
光はダイクロイックミラー２７に入射する。ＬＣＤ２５
Ｂによって変調されたＢ光はダイクロイックミラー２７
に入射して反射され、ダイクロイックミラー２７を透過
するＲ光、Ｇ光と合成される。

【００３９】ダイクロイックミラー２６、２７の構成を
図４に示す。ダイクロイックミラー２６は、２枚の透明
な平行平板２６ａ、２６ｂを接合するとともに、その接
合面にダイクロイック膜２６ｃを設けることによって形
成されている。ダイクロイックミラー２７も同様に、２
枚の透明な平行平板２７ａ、２７ｂを接合するととも
に、その接合面にダイクロイック膜２７ｃを設けること
によって形成されている。

【００４０】平行平板２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ
は同じ材料で作製されており、厚さを同じに設定されて
いる。したがって、ダイクロイック膜２６ｃ、２７ｃに
よって反射される光もこれらを透過する光も、ダイクロ
イックミラー２６、２７内での光路長は等しい。平行平
板２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂの表面には反射防止
膜が設けられている。

【００４１】ダイクロイックミラー２６のダイクロイッ
ク膜２６ｃはＲ光を選択的に反射し、ダイクロイックミ
ラー２７のダイクロイック膜２７ｃはＢ光を選択的に反
射するように設定されている。ダイクロイック膜２６
ｃ、２７ｃの特性を除き、ダイクロイックミラー２６、
２７に差はなく、両者の全体の厚さや大きさは同じであ
る。

【００４２】投射光学系３０は、コンデンサレンズ３１
Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂおよびレンズ３２〜３８の１０枚の
レンズより成る。投射光学系３０全体の光軸は、ＬＣＤ
２５Ｇを通る重畳レンズ１５の光軸と一致するように設
定されている。投射光学系３０は非テレセントリックな
光学系であり、レンズ３３とレンズ３４の間に瞳ＰＰを
有する。コンデンサレンズ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂは同
じ光学特性のもので、それぞれＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、
２５Ｂに対応して設けられており、テレセントリックな
状態で各ＬＣＤを透過した光を、非テレセントリックな
状態にして瞳ＰＰに導く。

【００４３】ダイクロイックミラー２６、２７は、コン
デンサレンズ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂからレンズ３２に
至る光路上に配置されており、非テレセントリックな状
態で入射する光を合成する。ダイクロイックミラー２
６、２７は投射光学系３０の光軸に対して４５゜傾けて
配置されており、ダイクロイックミラー２６は分離光学
系のダイクロイックミラー２１Ｒ、２１Ｂと平行に、ダ
イクロイックミラー２７はこれらと垂直に設定されてい
る。

【００４４】ＬＣＤ２５Ｒを通る重畳レンズ１５の光軸
は投射光学系３０の光軸と直交し、ＬＣＤ２５Ｂを通る
重畳レンズ１５の光軸も投射光学系３０の光軸と直交す
る。ただし、ダイクロイックミラー２６、２７は、それ
らを構成する平行平板２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ
による屈折を考慮して、屈折した光軸がダイクロイック
膜２６ｃ、２７ｃ上で交差するように、光軸の本来の交
点からややずらして配置されている。ＬＣＤ２５Ｒ、２
５Ｇ、２５Ｂから対応するコンデンサレンズ３１Ｒ、３
１Ｇ、３１Ｂまでの光路長はいずれも等しく、コンデン
サレンズ３１Ｒ、３１Ｇからダイクロイック膜２６ｃ上
の光軸の交点までの光路長は等しい。

【００４５】コンデンサレンズ３１Ｂとダイクロイック
ミラー２７の間には、ダミー平板２８が配置されてい
る。ダミー平板２８は、ダイクロイックミラー２６、２
７の平行平板２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂと同じ材
料で作製されており、それらの２倍の厚さを有する。ダ
ミー平板２８はダイクロイックミラー２６と平行に配置
されており、コンデンサレンズ３１Ｂからダイクロイッ
ク膜２７ｃ上の光軸の交点までの光路長は、コンデンサ
レンズ３１Ｒ、３１Ｇからダイクロイック膜２７ｃ上の
光軸の交点までの光路長に等しい。

【００４６】したがって、変調後のＲ光、Ｇ光、Ｂ光は
等価な状態でダイクロイックミラー２７に入射し、合成
後も等価なままで投射光学系３０のレンズ３２以降の部
位に導かれる。その結果、合成後のＲ光、Ｇ光、Ｂ光の
収差に差が生じることはなく、共通の素子で収差を補正
することが可能である。投射表示装置１では、レンズ３
６をダイクロイックミラー２６、２７等の各ミラーの傾
き方向に、すなわち図１の紙面内にパワーを有するシリ
ンドリカルレンズとして、このレンズ３６のみで各色光
の収差を補正している。

【００４７】合成後の光はレンズ３２〜３７を経てレン
ズ３８から図外のスクリーンに向けて投射され、スクリ
ーン上に結像してカラー画像を形成する。なお、レンズ
３７の入射側は非球面とされている。

【００４８】２枚の平行平板の接合面にダイクロイック
膜２６ｃ、２７ｃを形成したダイクロイックミラー２
６、２７では、平行平板の表面に反射防止膜が設けられ
ているものの、図４に示したように、入射する光の一部
が平行平板の表面で反射される。ダイクロイック膜２６
ｃ、２７ｃによって反射されることにより各膜を透過す
る光と合成されるべき光のうち、入射側の表面で反射さ
れた光は、合成後の光と平行に進む。また、合成後の光
の一部は平行平板の表面で反射され、そのうちのダイク
ロイック膜２６ｃ、２７ｃによって反射された光は、ダ
イクロイック膜２６ｃ、２７ｃによって再度反射され
て、合成後の残りの光と平行に進む。

【００４９】平行平板の表面で反射される光は１％程度
であり、失われても表示する画像の明るさにはほとんど
影響を及ぼさない。しかしながら、これらが投射される
と、正しく合成された光の結像位置からずれた位置にゴ
ーストとして結像することになり、表示する画像の質を
低下させることになる。投射表示装置１では、正しく合
成されてＲ光、Ｇ光、Ｂ光の全てを含むようになった光
束（正規の光束）のみを透過させ、他の光束を遮断する
遮光部材３９を、投射光学系３０の瞳ＰＰの近傍に配置
して、平行平板の表面で反射された光が投射する光に混
入するのを防止する。

【００５０】インテグレータ１２の第２のレンズアレイ
１４上の各小光源像からの光は、ＬＣＤ２５Ｒ、２５
Ｇ、２５Ｂ上で重なり合った後に分離して、レンズアレ
イ１４と共役な瞳ＰＰの近傍に再結像し、それぞれ小光
源像を形成する。このとき、投射光学系３０が非テレセ
ントリックであるため、ダイクロイックミラー２６、２
７の平行平板の表面で反射された光束は、正規の光束が
形成する小光源像の傍らに小光源像を形成する。遮光部
材３９とその近傍に形成される小光源像の分布を図５に
示す。

【００５１】図５において、楕円は小光源像を表してお
り、そのうち太線で示したものは、正規の光束による
像、細線で示したものは、平行平板の表面で反射された
光束による像である。また、実線で示したものは、偏光
変換光学系１６の１／２波長位相板１８の間を通過した
直線偏光による像、破線で示したものは、１／２波長位
相板１８によって変換された直線偏光による像である。
第２のレンズアレイ１４のレンズセル１４ａの長辺方向
および短辺方向は、図５の横方向および縦方向にそれぞ
れ対応し、偏光変換光学系１６による偏光の分離がレン
ズセル１４ａの短辺方向であることから、変換されなか
った直線偏光と変換後の直線偏光は縦方向に分離してい
る。

【００５２】ダイクロイックミラー２６、２７はレンズ
セル１４ａの短辺と平行で、長辺に対して傾いているこ
とから、正規の光束による像と平行平板の表面で反射さ
れた光束の像は横方向に分離している。図４で説明した
ように、平行平板の表面で反射される光束は１つの正規
の光束に対して２つあり、それらの光束の像は正規の光
束の像の両側に現れ、両端の列を除いて、重なり合って
いる。

【００５３】遮光部材３９は、斜線で示したように帯状
の遮光部３９ａを有しており、遮光部３９ａの間に同じ
く帯状の開口３９ｂが形成されている。開口３９ｂは正
規の光束の小光源像の列に対応するように設定されてお
り、正規の光束は遮光部材３９を通過する。正規の光束
以外の光束は遮光部３９ａによって遮断される。したが
って、投射される光は正規の光束に含まれているＲ光、
Ｇ光、Ｂ光のみとなり、平行平板の表面で反射されたＲ
光、Ｂ光がゴーストとなることはない。

【００５４】なお、ダイクロイックミラー２６、２７の
双方を透過することによって他の色光と合成されるＧ光
については、平行平板の表面で反射されても正規の光束
に対して垂直な方向に進むので、正規の光束の像の傍ら
に像を形成することはない。

【００５５】遮光部材３９は、金属等の反射性を有する
薄板を切削加工して作製することができるし、透明な平
板に反射膜を設けることによって作製することもでき
る。その反射膜は全反射膜でもよく、Ｒ光およびＢ光を
選択的に反射するダイクロイック膜でもよい。また、Ｒ
光およびＢ光を吸収するフィルター膜とすることもでき
る。端面で反射される光がフレアとなって画像の質を低
下させるおそれがあることを考慮すれば、薄板を加工す
るよりも、はるかに薄く形成することができる反射膜ま
たは吸収膜を透明な平板の表面に設けるのが好ましいと
いえる。

【００５６】投射表示装置１の具体的な設定例を表１〜
３に示す。表１は、光学系に含まれる面、各面を規定す
る構成要素、各面の曲率半径、軸上面間隔、各構成要素
の屈折率とアッベ数を示したコンストラクションデータ
である。ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂは２６．６×２
０．０ｍｍの大きさ、投射光学系３０のＦ値は３．０で
ある。

【００５７】表２は下記の式で定義される非球面のパラ
メータである。 Ｄ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−ε・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋Ａ₄
・ｈ⁴＋Ａ₆・ｈ⁶＋Ａ₈・ｈ⁸＋Ａ₁₀・ｈ¹⁰＋Ａ₁₂・ｈ
^１２ ここで、Ｄは光軸方向の変位、Ｃは光軸上での曲率、ｈ
は光軸からの距離、εは２次曲面を規定するパラメー
タ、Ａ_４〜Ａ₁₂は４〜１２次の係数である。

【００５８】表３は他の構成要素に対して傾けて配置さ
れた構成要素、またはこれに隣合う構成要素の位置と向
きを表す偏心パラメータである。Ｘ、Ｙ、Ｚは面１（レ
ンズ３８の出射側）の頂点を原点、投射光学系３０の光
軸方向をＺ軸とした直交座標（単位ｍｍ）であり、α、
β、γはそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸回りの回転角（単位ｄｅ
ｇ）である。

【００５９】上記の設定において、ランプ１１ａのアー
ク長を１．３ｍｍ、図２、４、５に示したように、平行
平板２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂの厚さを３ｍｍ
（このときの正規の光束と平行平板の表面で反射される
光束の間隔は２．２ｍｍ）、レンズセル１４ａの長辺と
短辺を９．８ｍｍと７．６ｍｍ、遮光部材３９の遮光部
３９ａと開口３９ｂの幅を共に２．０ｍｍとした場合、
投射される光に含まれるゴースト光を約１／１０に低減
することができた。

【００６０】なお、ここでは、ゴースト光を除去するた
めにレンズセル１４ａの短辺方向に偏光分離を行ってい
るため、長辺方向に偏光分離する場合に比べて、偏光変
換の効率は１０％程度低下し、さらに遮光部材３９によ
り遮断される光が１０％程度ある。このため、表示され
る画像の明るさは低下するが、ゴースト光が約９０％除
去されたことにより、画像の質は大幅に向上した。

【００６１】投射光学系３０の瞳ＰＰの近傍に形成され
る小光源像は、明確な輪郭をもつものではなく、輝度の
低い周辺部が図５に示した遮光部材３９の遮光部３９ａ
や開口３９ｂからはみ出ることもある。正規の光束の小
光源像が開口３９ｂからはみ出ることは、表示する画像
の明るさの低下を招くものの、画質には全く影響を及ぼ
さない。一方、平行平板の表面で反射された光束の小光
源像が遮光部３９ａからはみ出ると、僅かではあるがゴ
ーストを生じて、表示する画像の質を低下させる。これ
を防止するために、光束径を規制する遮光板をインテグ
レータ１２に備えるようにしてもよい。

【００６２】そのような遮光板の例を図６に示す。この
遮光板１９は、第２のレンズアレイ１４の近傍に配置さ
れるもので、帯状の遮光部１９ａと開口１９ｂを有す
る。レンズアレイ１４に入射するまたはレンズアレイ１
４を透過した光は、遮光部１９ａによって、レンズセル
１４ａの長辺方向について光束径を規制される。これに
より、遮光部材３９上での小光源像の大きさが遮光部３
９ａの幅方向に小さくなって、平行平板の表面で反射さ
れた光束による像が開口３９ｂにはみ出ることがなくな
る。前述の設定例において、遮光板１９の遮光部１９ａ
と開口１９ｂの幅を、図６に示すように、共に４．９ｍ
ｍとした場合、投射される光に含まれるゴースト光をさ
らに約２／５に低減することができた。

【００６３】投射光学系の瞳ＰＰ近傍に備える遮光部材
の開口の幅を変えうるようにしてもよい。そのような遮
光部材の例を図７に示す。この遮光部材４０は、帯状の
開口を有する２枚の薄板４１ａ、４１ｂを接し合わせ
て、両者を回転可能な軸４２で保持し、両者の開口の重
なり部分を遮光部材４０の開口４０ｂとしたものであ
る。開口４０ｂ以外の部分は遮光部材４０の遮光部４０
ａとなる。軸４２の薄板４１ａ、４１ｂを保持する部位
４２ａ、４２ｂには逆向きのねじが形成されており、軸
４２を回転することにより薄板４１ａ、４１ｂは矢印の
如く互いに逆方向に移動し、開口４０ｂおよび遮光部４
０ａの幅が変化する。

【００６４】このように開口４０ｂの幅が可変の遮光部
材４０を備えると、表示する画像の明るさを優先させた
いときには開口４０ｂの幅を広げて投射する光をより多
くし、表示する画像の質を優先させたいときには遮光部
４０ａの幅を広げてゴースト光をより多く遮断すること
ができて、状況に応じて画像の特性を調整することが可
能になる。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【表２】

【００６７】

【表３】

【００６８】第２の実施形態の投射型画像表示装置２の
光学系の構成を図８に示す。この投射表示装置２は、無
秩序は偏光を偏光面が互いに直交する２つの直線偏光に
分離して、分離後の偏光を左眼用の画像と右眼用の画像
で個別に変調し、変調後の各偏光を偏光合成して投射
し、立体画像を表示するものである。使用者は透過する
偏光面が互いに垂直になるように配置された２つの偏光
板を有する眼鏡を装着して、表示された画像を観察す
る。

【００６９】投射表示装置２は、無秩序な偏光を供給す
る光源５１、偏光分離を行う分離光学系と偏光合成を行
う合成光学系を兼ねるＰＢＳミラー６１、変調を行う表
示素子として２つの反射型ＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓ、およ
び投射を行う投射光学系７０を備えている。投射表示装
置２においても、光源５１からの光を分割して多数の小
光源像を形成し、各小光源像の光をＬＣＤ６５Ｐ、６５
Ｓの全面に導いて、各ＬＣＤを一様な強度で照明するよ
うにしており、このためにインテグレータ光学系５２を
備えている。

【００７０】投射光学系７０は非テレセントリックな光
学系であり、２つのコンデンサレンズ７１Ｐ、７１Ｓ
と、投射表示装置１のレンズ３２〜３８に相当するレン
ズ群７２より成る。コンデンサレンズ７１Ｐ、７１Ｓ
は、インテグレータ５２からＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓに導
かれる光に対してフィールドレンズとしても機能する
（以下、コンデンサレンズ７１Ｐ、７１Ｓをフィールド
レンズとも呼ぶ）。

【００７１】光源５１は、ランプ５１ａとリフレクタ５
１ｂより成る。ランプ５１ａはメタルハライドランプ等
の高輝度放電ランプであり、無秩序な偏光成分の白色光
を発する。リフレクタ５１ｂは放物面鏡であり、その焦
点にランプ５１ａが配置されている。ランプ５１ａが発
する光はリフレクタ５１ｂによって反射され、平行光束
として光源５１から射出される。

【００７２】インテグレータ５２は、第１のレンズアレ
イ５３、第２のレンズアレイ５４および重畳レンズ５５
より成る。第１、第２のレンズアレイ５３、５４はマト
リクス状に配置されたレンズセル５３ａ、５４ａを有し
ている。第１、第２のレンズアレイ５３、５４のレンズ
セル５３ａ、５４ａの配置を図９に示す。レンズセル５
３ａ、５４ａは同じ大きさでＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓと略
相似な長方形であり、長辺方向に５つまたは６つ、短辺
方向に８つ並べて配置されている。長辺方向に並ぶレン
ズセル５３ａ、５４ａの列は、列ごとに、長辺の１／２
ずつずれるように配置されている。レンズセル５３ａ、
５４ａの長辺方向は、図８の紙面に平行な方向に設定さ
れている。

【００７３】光源５１からの平行光束は、第１のレンズ
アレイ５３の各レンズセル５３ａによって分割されて、
同一平面上に収束する収束光束とされる。第２のレンズ
アレイ５４は、レンズアレイ５３による光の収束位置近
傍に配置されており、レンズアレイ５３の各レンズセル
５３ａからの光は、レンズアレイ５４の対応するレンズ
セル５４ａ上に結像して、光源５１の小さな像を形成す
る。これにより、第２のレンズアレイ５４上に小光源像
が多数形成される。

【００７４】重畳レンズ５５は、レンズアレイ５４の各
レンズセル５４ａを透過した光をＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓ
の全面に導いて、全てのレンズセル５４ａからの光を各
ＬＣＤ上で重ね合わせる。これにより、各ＬＣＤは均一
な強度で照明される。前述のように、重畳レンズ５５の
機能を第２のレンズアレイ５４にもたせて、重畳レンズ
５５を省略することも可能である。

【００７５】分離光学系と合成光学系を兼ねるＰＢＳミ
ラー６１は、２枚の透明な平行平板６１ａ、６１ｂを接
合するとともに、その接合面にＰＢＳ膜６１ｃを設ける
ことによって形成されている。ＰＢＳ６１ｃ膜は、Ｐ偏
光として入射する偏光成分を透過させ、Ｓ偏光として入
射する偏光成分を反射するように設定されている。

【００７６】平行平板６１ａ、６１ｂは同じ材料で作製
されており、厚さを同じに設定されている。したがっ
て、ＰＢＳ膜６１ｃによって反射されるＳ偏光もこれを
透過するＰ偏光も、ＰＢＳミラー６１内での光路長は等
しい。また、同じ媒質で挟まれていることにより、ＰＢ
Ｓ６１ｃ膜は一方の面から入射する偏光に対しても反対
の面から入射する偏光に対しても良好な特性を示し、偏
光合成用の素子として十分な機能を発揮する。平行平板
６１ａ、６１ｂの表面には反射防止膜が設けられてい
る。

【００７７】重畳レンズ５５からの無秩序な偏光はＰＢ
Ｓミラー６１に入射し、透過するＰ偏光と反射されるＳ
偏光に分離される。ＰＢＳミラー６１を透過したＰ偏光
は、フィールドレンズ７１Ｐを透過してＬＣＤ６５Ｐに
入射し、ＰＢＳミラー６１によて反射されたＳ偏光は、
フィールドレンズ７１Ｓを透過してＬＣＤ６５Ｓに入射
する。

【００７８】ＰＢＳミラー６１は重畳レンズ５５の光軸
に対して４５゜傾けて配置されており、フィールドレン
ズ７１Ｐ、７１Ｓは光軸が重畳レンズ５５の光軸（ＰＢ
Ｓミラー６１によって折り返された光軸）に一致するよ
うに配置されている。また、ＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓは、
重畳レンズ５５の光軸に対して垂直に、かつその光軸が
中心を通るように配置されている。ＰＢＳミラー６１か
らフィールドレンズ７１Ｐ、７１Ｓに至る光路長は等し
く、フィールドレンズ７１Ｐ、７１ＳからＬＣＤ６５
Ｐ、６５Ｓに至る光路長も等しい。

【００７９】フィールドレンズ７１Ｐ、７１Ｓはそれぞ
れ、光をＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓにテレセントリックに入
射させる。これにより、各ＬＣＤで効率よく変調が行わ
れ、また各ＬＣＤを透過する光量が最大になって、投射
への光の利用効率が高まる。

【００８０】ＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓはそれぞれ不図示の
駆動回路によって駆動される。これらの駆動回路は、視
差のある画像を表す左眼用と右眼用の画像信号にそれぞ
れ基づいて、各ＬＣＤにその画像を表示させ、入射する
光を変調させる。各ＬＣＤに入射する直線偏光は、変調
により一部が偏光面を９０゜回転させられて、偏光面が
直交する２つの直線偏光を含むようになる。

【００８１】ＬＣＤ６５Ｐによって反射された光に含ま
れる２つの直線偏光は、Ｐ偏光およびＳ偏光としてＰＢ
Ｓミラー６１に入射し、前者が透過し後者が反射され
る。このうちＰＢＳミラー６１によって反射されるＳ偏
光が、ＬＣＤ６５Ｐに表示された画像を表す光となる。
ＬＣＤ６５Ｓによって反射された光に含まれる２つの直
線偏光も、Ｐ偏光およびＳ偏光としてＰＢＳミラー６１
に入射し、前者が透過し後者が反射される。このうちＰ
ＢＳミラー６１を透過するＰ偏光がＬＣＤ６５Ｓに表示
された画像を表す光となる。ＰＢＳミラー６１によって
反射されたＬＣＤ６５ＰからＳ偏光は、ＰＢＳミラー６
１を透過したＬＣＤ６５ＳからＰ偏光と合成されること
になる。

【００８２】ＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓによって反射された
光はテレセントリックな状態にあるが、コンデンサレン
ズとして機能するレンズ７１Ｐ、７１Ｓによって非テレ
セントリックな状態とされてＰＢＳミラー６１に入射
し、そのまま投射光学系７０のレンズ群７２に導かれ
る。レンズ群７２に導かれた合成後の光は、図外のスク
リーンに向けて投射され、スクリーン上で結像して重な
り合った２つの画像を形成する。なお、レンズ群７２の
光軸はコンデンサレンズ５５の光軸と一致している。

【００８３】レンズ群７２に導かれるＬＣＤ６５Ｐから
のＳ偏光とＬＣＤ６５ＳからのＰ偏光の光路長は等し
く、合成後も両偏光の収差に差は生じない。レンズ群７
２は、投射表示装置１のレンズ３６と同様のシリンドリ
カルレンズを有しており、このレンズで両偏光の収差が
補正される。

【００８４】２枚の平行平板６１ａ、６１ｂの接合面に
ＰＢＳ膜６１ｃを形成したＰＢＳミラー６１において
も、平行平板の表面に反射防止膜が設けられているもの
の、光の一部が平行平板の表面で反射される。平行平板
の表面で反射される光のうちインテグレータ５２からの
光とＬＣＤ６５Ｓからの光は、合成後の正規の光に対し
て逆方向または垂直方向に進むから、表示する画像の質
に影響を及ぼさない。一方、平行平板の表面で反射され
る光のうちＬＣＤ６５ＰからのＳ偏光は、正規の光束と
平行に進み、投射されればゴーストとなって画像の質を
低下させる。

【００８５】これを防止するために、投射光学系７０に
は、インテグレータ５２からの光が再結像して小光源像
を形成する瞳ＰＰの近傍に、Ｐ偏光とＳ偏光を含む正規
の光束のみを透過させる遮光部材７９が備えられてい
る。

【００８６】遮光部材７９とその近傍に形成される小光
源像の分布を図１０に示す。図１０において、楕円は小
光源像を表しており、そのうち太線で示したものは、正
規の光束による像、細線で示したものは、平行平板の表
面で反射された光束による像である。インテグレータ５
２の第２のレンズアレイ５４のレンズセル５４ａがその
長辺方向に半分ずつずらして配置されているため、正規
の光束による像と平行平板の表面で反射された光束によ
る像は、縦方向、横方向共に交互に形成される。

【００８７】遮光部材７９は、長方形の開口７９ｂを有
しており、開口７９ｂは正規の光束の小光源像に対応す
るように設定されている。開口７９ｂ以外の斜線で示し
た部分は遮光部７９ａとなる。このような形状の遮光部
材７９は、反射性を有する薄板を切削加工することによ
って作製することもできるが、透明な平板に印刷等によ
り反射膜を設けることでより容易に作製することができ
る。平板上に設ける膜を、ＰＢＳ膜６１ｃに対してＳ偏
光となる直線偏光を選択的に吸収する偏光膜としてもよ
い。透明な平板の表面に反射膜あるいは吸収膜を設ける
場合、反射率や吸収率を、例えば中央部で高く周辺部で
低くというように、部位によって違えることも可能であ
り、これによって画像の明るさと質を細かく設定するこ
ともできる。

【００８８】なお、ここでは表示する画像の色について
は述べなかったが、ＬＣＤ６５Ｐ、６５Ｓの画素ごとに
カラーフィルターを設けて、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光をそれぞ
れ選択的に変調する３種の画素を交互に配置すれば、容
易にカラー画像を表示することができる。

【００８９】第３の実施形態の投射型画像表示装置３の
光学系の構成を図１１に示す。本実施形態の投射表示装
置３は、第１の実施形態の投射表示装置１と同様に、白
色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離して分離後の各色光を
個別に変調し、変調後の各色光を色合成して投射し、カ
ラー画像を表示するものである。投射表示装置３の構成
は投射表示装置１の構成と類似しており、大部分の構成
要素が投射表示装置１のものと同じである。したがっ
て、同一または類似の要素には同じ符号を付して重複す
る説明は省略し、相違点について説明する。

【００９０】投射表示装置３は、白色光をＲ光、Ｇ光、
Ｂ光に色分離する分離光学系として、２つのダイクロイ
ックミラー８１Ｇ、８１Ｒを備えており、変調後に色合
成を行う合成光学系として、２つのダイクロイックミラ
ー８６、８７を備えている。また、光路長を補正するた
めのダミー平板２８に代えて、ダミー平板８８を備えて
いる。色分離を最初に行うダイクロイックミラー８１Ｇ
から３つのＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂまでの光路長
が全て等しく設定されているため、リレーレンズ２３
ａ、２３ｂは省略されている。全反射ミラー２２ｃも省
略されている。

【００９１】分離光学系のダイクロイックミラー８１Ｇ
はＧ光を透過させ他の色光を反射するように設定されて
おり、ダイクロイックミラー８１ＲはＲ光を透過させＢ
光を反射するように設定されている。合成光学系のダイ
クロイックミラー８６はＧ光を透過させＢ光を反射する
ように設定されており、ダイクロイックミラー８７はＲ
光を透過させ他の色光を反射するように設定されてい
る。

【００９２】ダイクロイックミラー８６は、投射表示装
置１のダイクロイックミラー２６、２７と同様に、厚さ
の等しい２枚の平行平板８６ａ、８６ｂの接合面にダイ
クロイック膜８６ｃを設けたものである。一方、ダイク
ロイックミラー８７は、平行平板８７ａの表面にダイク
ロイック膜８７ｃを設けたものである。

【００９３】インテグレータ１２からの白色光はダイク
ロイックミラー８１Ｇに入射し、透過するＧ光と反射さ
れるＲ光、Ｂ光とに分離される。Ｇ光は全反射ミラー２
２ａによって反射され、フィールドレンズ２４Ｇを透過
してＬＣＤ２５Ｇに入射する。反射されたＲ光とＢ光は
ダイクロイックミラー８１Ｒに入射し、透過するＲ光と
反射されるＢ光とに分離される。Ｂ光はフィールドレン
ズ２４Ｂを透過してＬＣＤ２５Ｂに入射し、Ｒ光は全反
射ミラー２２ｂによって反射された後、フィールドレン
ズ２４Ｒを透過してＬＣＤ２５Ｒに入射する。ＬＣＤ２
５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂに入射する各色光は、フィールド
レンズ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂによってテレセントリッ
クな状態とされる。

【００９４】ＬＣＤ２５Ｇによって変調されたＧ光は、
コンデンサレンズ３１Ｇを透過してダイクロイックミラ
ー８６に入射し、これを透過してダイクロイックミラー
８７に入射する。ＬＣＤ２５Ｂによって変調されたＢ光
は、コンデンサレンズ３１Ｂを透過してダイクロイック
ミラー８６に入射し、これによって反射されてＧ光と合
成され、ダイクロイックミラー８７に入射する。ＬＣＤ
２５Ｒによって変調されたＲ光は、コンデンサレンズ３
１Ｒを透過し、ダミー平板８６も透過して、ダイクロイ
ックミラー８７に入射する。ダイクロイックミラー８７
に入射したＧ光、Ｂ光は、これを透過するＲ光と合成さ
れて、投射光学系３０のレンズ３２〜３８に導かれ、図
外のスクリーンに投射される。

【００９５】ダイクロイックミラー８７は、ダイクロイ
ック膜８７ｃがダイクロイックミラー８６側を向き、平
行平板８７ａがダミー平板８８側を向くように配置され
ている。平行平板８７ａとダミー平板８８はいずれも、
ダイクロイックミラー８６の平行平板８６ａ、８６ｂと
同じ材料で同じ厚さに作製されている。したがって、ダ
イクロイックミラー８７が平行平板８７ａの表面にダイ
クロイック膜８７ｃを設けたものでありながら、Ｒ光の
光路長はＧ光およびＢ光の光路長と等しくなり、合成後
の各色光の収差に差は生じない。

【００９６】ＬＣＤ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂによって変
調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、コンデンサレンズ３１
Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂによって非テレセントリックな状態
でダイクロイックミラー８６、８７に導かれる。したが
って、ダイクロイックミラー８６の平行平板の表面で反
射された光束は、合成後の正規の光束とずれた位置に結
像する。この光束は、投射光学系３０の瞳ＰＰ近傍に配
置されている遮光部材３９によって遮断されて、投射す
る光には含まれない。

【００９７】投射表示装置３では、平行平板の表面で反
射されてゴースト光となるのはＢ光のみであり、遮光部
材３９はＢ光のみを反射または吸収すればよい。このた
め、Ｒ光とＧ光を遮断することなく投射することがで
き、投射への光の利用効率が高くなる。また、他の色光
に比べて短波長のＢ光を反射する膜や吸収するフィルタ
ーの作製は容易であり、その選択性もきわめて高くする
ことができる。したがって、高性能の遮光部材３９を容
易に作製することができる。

【００９８】なお、ここに示した構成や具体的数値は本
発明の投射型画像表示装置の設定例に過ぎず、他の構成
や値に設定することも当然可能である。特に、ダイクロ
イックミラーやＰＢＳミラーの２枚の平行平板の厚さ、
遮光部材の遮光部や開口部の幅をはじめとするゴースト
光除去に関与する種々の値は、投射型画像表示装置の全
体構成を考慮して定めるとよい。また、上記の各実施形
態では、色合成と直線偏光の合成の例を示したが、本発
明の投射型画像表示装置は、これらの光成分を合成する
装置に限られるものではない。例えば、右回りの円偏光
と左回りの円偏光を合成して投射する装置とすることも
できる。

【００９９】

【発明の効果】本発明の投射型画像表示装置では、変調
後の光の合成光学系による合成が不完全であったとして
も、それにより生じる正規の光束以外の光束を投射光学
系内で遮光部材によって遮断することができるため、ゴ
ーストが抑えられた質の高い画像を表示することができ
る。また、光の不完全な合成が許容されるため、合成光
学系の構成の自由度が高まって、プリズムのように重い
素子を用いる必要がなくなり、しかも、合成後の光に含
まれる異なる成分に収差の差が生じないようにすること
が容易になる。その結果、収差の補正が容易になり、合
成光学系の構成が簡素になることと相俟って、小型軽量
の装置となる。

【０１００】分離光学系が光源からの光を波長の異なる
色光に分離し、合成光学系が２枚の平行平板に挟まれた
ダイクロイック膜の透過と反射で異なる色光を合成し、
遮光部材が合成光学系の平行平板の表面で反射された色
光を反射または吸収する構成では、カラー画像を表示す
ることができる。平行平板の厚さを同じにすることによ
り、合成光学系における透過光と反射光の光路長を等し
くすることができるから、合成後の光の収差の補正も容
易であり、構成が簡素で軽量な装置でありながら、良質
のカラー画像を提供することが可能である。

【０１０１】分離光学系が光源からの光を状態の異なる
偏光に分離し、合成光学系が２枚の平行平板に挟まれた
偏光分離膜の透過と反射で状態の異なる偏光を合成し、
遮光部材が合成光学系の平行平板の表面で反射された偏
光を反射または吸収する構成では、立体画像を表示する
ことができる。２枚の平行平板を同じ材料で作製するこ
とにより良好な特性の偏光分離膜の実現が可能であり、
また、平行平板の厚さを同じにすることにより透過光と
反射光の光路長を等しくすることができるから、合成後
の光の収差の補正も容易になる。したがって、軽量で簡
素な構成の装置でありながら、良質の立体画像を提供す
ることが可能である。

【０１０２】さらに、インテグレータ光学系からの光を
テレセントリックな状態で表示素子に導くフィールドレ
ンズを備え、投射光学系が表示素子からの光を非テレセ
ントリックな状態で瞳に導くコンデンサレンズを有する
構成では、表示素子による変調効率と変調後の光の利用
効率が高くなって、明るい画像を表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の光学
系の構成を示す図。

【図２】 第１の実施形態の投射型画像表示装置のイン
テグレータを成す第１、第２のレンズアレイのレンズセ
ルの配置を示す図。

【図３】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の偏光
変換光学系を示す図。

【図４】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の合成
光学系を成すダイクロイックミラーの構成を示す図。

【図５】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の投射
光学系に備えられた遮光部材とその近傍に形成される小
光源像の分布を示す図。

【図６】 第１の実施形態の投射型画像表示装置のイン
テグレータに備える遮光板を示す図。

【図７】 第１の実施形態の投射型画像表示装置の投射
光学系に備えられた遮光部材の他の構成例を示す図。

【図８】 第２の実施形態の投射型画像表示装置の光学
系の構成を示す図。

【図９】 第２の実施形態の投射型画像表示装置のイン
テグレータを成す第１、第２のレンズアレイのレンズセ
ルの配置を示す図。

【図１０】 第２の実施形態の投射型画像表示装置の投
射光学系に備えられた遮光部材とその近傍に形成される
小光源像の分布を示す図。

【図１１】 第３の実施形態の投射型画像表示装置の光
学系の構成を示す図。

【符号の説明】

１ 投射型画像表示装置 １１ 光源 １１ａ ランプ １１ｂ リフレクタ １２ インテグレータ １３ 第１のレンズアレイ １４ 第２のレンズアレイ １５ 重畳レンズ １６ 偏光変換光学系 １７ ＰＢＳアレイ板 １７ａ、１７ｂ ＰＢＳ膜 １８ １／２波長位相板 １９ 遮光板 １９ａ 遮光部 １９ｂ 開口 ２１Ｒ、２１Ｂ ダイクロイックミラー ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 全反射ミラー ２３ａ、２３ｂ リレーレンズ ２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ フィールドレンズ ２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂ 液晶表示素子 ２６ ダイクロイックミラー ２６ａ、２６ｂ 平行平板 ２６ｃ ダイクロイック膜 ２７ ダイクロイックミラー ２７ａ、２７ｂ 平行平板 ２７ｃ ダイクロイック膜 ２８ ダミー平板 ３０ 投射光学系 ３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ コンデンサレンズ ３３〜３８ レンズ ３９ 遮光部材 ３９ａ 遮光部 ３９ｂ 開口 ４０ 遮光部材 ４０ａ 遮光部 ４０ｂ 開口 ４１ａ、４１ｂ 薄板 ２ 投射型画像表示装置 ５１ 光源 ５１ａ ランプ ５１ｂ リフレクタ ５２ インテグレータ ５３ 第１のレンズアレイ ５４ 第２のレンズアレイ ５５ 重畳レンズ ６１ ＰＢＳミラー ６１ａ、６１ｂ 平行平板 ６１ｃ ＰＢＳ膜 ６５Ｐ、６５Ｓ 液晶表示素子 ７０ 投射光学系 ７１Ｐ、７１Ｓ コンデンサレンズ兼フィールドレンズ ７２ レンズ群 ７９ 遮光部材 ３ 投射型画像表示装置 ８１Ｇ、８１Ｒ ダイクロイックミラー ８６ ダイクロイックミラー ８６ａ、８６ｂ 平行平板 ８６ｃ ダイクロイック膜 ８７ ダイクロイックミラー ８７ａ 平行平板 ８７ｃ ダイクロイック膜 ８８ ダミー平板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の成分を含む光を射出する光源と、 前記光源からの光を成分の異なる複数の光に分離する分
   離光学系と、 前記分離光学系によって分離された光を照明光として与
   えられ、表示した画像によって照明光を変調する複数の
   表示素子と、 前記光源からの光を分割して複数の小光源像を形成し、
   各小光源像の光を前記分離光学系を介して前記複数の表
   示素子に重ね合わせて与えるインテグレータ光学系と、 前記複数の表示素子によって変調された光を合成する合
   成光学系と、 前記合成光学系によって合成された光を投射する投射光
   学系とを備える投射型画像表示装置において、 前記投射光学系は非テレセントリックな光学系であっ
   て、前記合成光学系は前記投射光学系の非テレセントリ
   ックな光路上に配置されており、 前記投射光学系は、前記インテグレータ光学系が形成す
   る小光源像と略共役な瞳の近傍に、前記合成光学系によ
   って合成されて前記成分の異なる複数の光全てを含むよ
   うになった光束のみを透過させる遮光部材を有すること
   を特徴とする投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 前記光源は波長の異なる光を射出し、 前記分離光学系は前記光源からの光を波長の異なる色光
   に分離し、 前記合成光学系はダイクロイック膜を挟んで接合された
   ２枚の平行平板を有して、ダイクロイック膜の透過と反
   射で異なる色光を合成し、 前記遮光部材は前記合成光学系の平行平板の表面で反射
   された色光を反射または吸収することを特徴とする請求
   項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記光源は偏光状態の異なる光を射出
   し、 前記分離光学系は前記光源からの光を状態の異なる偏光
   に分離し、 前記合成光学系は偏光分離膜を挟んで接合された２枚の
   平行平板を有して、偏光分離膜の透過と反射で状態の異
   なる偏光を合成し、 前記遮光部材は前記合成光学系の平行平板の表面で反射
   された偏光を反射または吸収することを特徴とする請求
   項１に記載の投射型画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記インテグレータ光学系からの光をテ
   レセントリックな状態で前記複数の表示素子に導く複数
   のフィールドレンズを備え、 前記投射光学系は前記複数の表示素子からの光を非テレ
   セントリックな状態で瞳に導くコンデンサレンズを有
   し、 前記合成光学系は前記コンデンサレンズを透過した光の
   光路上に配置されていることを特徴とする請求項１に記
   載の投射型画像表示装置。