JPH10319344A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率が高く、投写画像の色再現性
が良好で色むらのない、小型かつ低コストな投写型表示
装置を提供すること。 【解決手段】 色分離合成手段はＶ字型プリズム４１を
備える。第１ダイクロイックミラー面４２は緑色光を反
射し反射型ライトバルブ３４に導く。第２ダイクロイッ
クミラー面４３は青色光を反射して反射型ライトバルブ
３５に青色光を導く。第１および第２ダイクロイックミ
ラー面４２、４３での光入射角θ１、θ２が小さいこと
から、色分離および色合成に最適な光透過率特性が得ら
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、ライトバルブ上に
形成される画像を照明光で照射し、投写レンズによりス
クリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイといった表示装置を用
いた投写型表示装置は広く知られている。こうした投写
型表示装置は、液晶ディスプレイ自体を大画面化するこ
となく大画面の画像を実現することができることから、
原理上、表示画像を際限なく拡大することが可能とな
る。

【０００３】従来の投写型表示装置では、液晶ディスプ
レイで構成される小型のライトバルブに照明光を照射す
ることによって光学像が形成される。形成された光学像
は、投写レンズの働きによって拡大されてスクリーン上
に投影される。光学像を形成するにあたって、ライトバ
ルブでは、受信した映像信号に応じて、照明光が変調さ
れ出力される。こうしたライトバルブには、例えばアク
ティブマトリクス式のライトバルブが広く実用されてい
る

【０００４】例えばＳＩＤ９５ダイジェストＰＰ２３５
〜２３８には、反射型のライトバルブを用いた投写型表
示装置が開示されている。反射型のライトバルブによれ
ば、同一のライトバルブサイズで解像度を高くしてもラ
イトバルブの開口率が低下しないことから、高輝度かつ
高解像度で小型の投写型表示装置を実現することができ
る。

【０００５】反射型のライトバルブとして、光散乱特性
の変化に基づいて光学像を形成する高分子分散液晶や、
複屈折性の変化に基づいて光学像を形成するホメオトロ
ピックモード液晶やハイブリッド・アラインド・ネマチ
ック（以下「ＨＡＮ」と略す）モード液晶などが挙げら
れる。複屈折性の変化に基づいて光学像を形成する液晶
を用いると、偏光を利用することから高分子分散液晶に
比べて原理的に光利用効率が低下するものの、高分子分
散液晶に比べて優れたコントラスト性能が得られる。

【０００６】図１０は、複屈折性の変化に基づいて光学
像を形成する液晶を反射型のライトバルブとして用いた
従来の投写型カラー表示装置の一例を示す。光源である
ランプ１からの光は、凹面鏡２により集光された後、コ
ンデンサレンズ３によって略平行光の光束に変換され
る。略平行光は、偏光ビームスプリッタ４により、偏光
面が互いに直交するＰ偏光とＳ偏光とに分離される。分
離されたＰ偏光は、偏光ビームスプリッタ４を透過して
色分離合成光学系７に供給される。

【０００７】色分離合成光学系７では、２つのダイクロ
イックミラー５、６の働きによってＰ偏光が赤、緑、青
の色光に分離される。分離された各色光は、アクティブ
マトリクス方式の反射型液晶ライトバルブ８、９、１０
に入射する。反射型液晶ライトバルブ８、９、１０は、
映像信号に基づく印加電圧に応じて複屈折によりＰ偏光
をＳ偏光に変調して出力する。Ｓ偏光に変換された各色
光は、色分離合成光学系７で合成されて原画像を生成す
る。生成された原画像は、偏光ビームスプリッタ４によ
り反射された後、投写レンズ１１を通じてスクリーン
（図示せず）上に投写される。その結果、高輝度かつ高
解像度で小型の投写型表示装置が実現される。

【０００８】色分離合成光学系を構成するにあたって
は、図１０に示すプレート型のダイクロイックミラーの
ほか、４個のプリズムを貼り合わせたＸ字型ダイクロイ
ックプリズム（特公平６−７２９８７号公報参照）や、
２つのダイクロイックミラー面および全反射面を有する
複合プリズム（特開昭６３−３１１８９２号公報参照）
を用いてもよい。

【０００９】図１１に示すように、Ｘ字型のダイクロイ
ックプリズム１２は、基準入射角４５°の赤反射ダイク
ロイックミラー面１３および青反射ダイクロイックミラ
ー面１４から構成される。２つのダイクロイックミラー
面１３、１４を透過した緑色光は直進して緑色用ライト
バルブ９に照射される。

【００１０】図１２に示すように、複合プリズムは、基
準入射角１３°の赤反射ダイクロイックミラー面１５
と、基準入射角２２．５°の青反射ダイクロイックミラ
ー面１６とを備える。空気層１９によって第１全反射面
１７が形成され、赤反射ダイクロイックミラー面１５に
よって反射された赤色光は第１全反射面１７によって赤
色用ライトバルブ８に導かれる。青反射ダイクロイック
ミラー面１６によって反射された青色光は全反射面１８
によって青色用ライトバルブ１０に導かれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】例えばプレート型のダ
イクロイックミラーを色分離合成光学系に用いると、
赤、緑、青の投写画像の重ね合わせのずれを意味するコ
ンバーゼンスずれの問題が生じる。このコンバーゼンス
ずれが生じるのは、投写レンズの光軸に対してダイクロ
イックミラーが回転対称でないことに起因して非点隔差
が生じるからである。ダイクロイックミラーの厚みを薄
くすれば、この非点隔差を低減することができるもの
の、平面度が低くなってダイクロイックミラー面に歪み
を生じさせてしまう。その結果、投写画像のフォーカス
ずれやコンバーゼンスずれの問題を回避することができ
ない。

【００１２】そこで、色分離合成光学系としてプリズム
を用いれば、ダイクロイックミラー面の平面度を高い精
度に保つことができ、非点隔差を生じさせることもな
い。したがって、フォーカスずれやコンバーゼンスずれ
のない高解像度の投写画像を得ることができる。

【００１３】例えばＸ字型ダイクロイックプリズムを色
分離合成光学系に用いた場合を考える。図１３（ａ）お
よび（ｂ）は、Ｘ字型ダイクロイックプリズムの赤反射
ダイクロイックミラー面および青反射ダイクロイックミ
ラー面の透過率特性を各々示している。図１３（ａ）お
よび（ｂ）を観察してみると、Ｐ偏光における反射波長
の透過率が１０％程度と高く、Ｓ偏光における透過波長
の透過率が１００％を下回り、帯域の透過率曲線の傾斜
幅（透過率１０％〜９０％の範囲で傾斜する透過率曲線
の波長帯域幅）が大きいことが分かる。したがって、透
過波長の透過率を高めたり、反射波長の透過率をゼロに
近づけたりすれば、光利用効率を一層高めることができ
る。

【００１４】また、傾斜幅を狭めて各色光の波長帯域を
シャープに抽出することができれば、色再現性を一層向
上させることができる。さらに、図１４および図１５
は、赤反射ダイクロイックミラー面および青反射ダイク
ロイックミラー面の透過率特性が入射角のずれによって
変化する様子を示している。４５°の基準入射角に対し
て入射角のずれが生じると、透過率曲線が大きくシフト
してしまうことが分かる。特にＰ偏光では、反射波長帯
域の透過率が変化してしまったり、反射波長帯域の帯域
幅が変化してしまったりしている。こうしたシフトをで
きる限り回避することができれば、投写画像の色むらを
改善することができる。

【００１５】ところで、Ｘ字型ダイクロイックプリズム
では、色分離の過程および色合成の過程で、ダイクロイ
ックミラー面に対する分光の入射角が４５°に固定され
ている。したがって、図１３に示されるように、Ｐ偏光
のカットオフ波長帯域（５０％の透過率の波長帯域）
と、Ｓ偏光のカットオフ波長帯域との間に大きな乖離が
生じていると、色分離の過程と色合成の過程とで分光特
性が異なり、光利用効率の低下をもたらしてしまう。

【００１６】そこで、色分離の過程と色合成の過程とで
異なるプリズムを用いることによって、Ｐ偏光の入射角
とＳ偏光の入射角とを異ならしめることが考えられる。
しかしながら、このように色分離の過程と色合成の過程
とで異なる光学系を用いると、投写型表示装置の大型化
やコスト増を招いてしまう。

【００１７】そこで、色分離合成光学系に前述の複合プ
リズムを用いれば、基準入射角を４５°より小さくする
ことができ、Ｘ字型ダイクロイックプリズムで問題とな
る分光特性の劣化は生じない。しかしながら、この複合
プリズムでは、空気層１９が厚くなると、発生する非点
隔差が投写画像の解像度を劣化させることとなり、空気
層１９の層厚が均一でなければ、プリズムの光入射面と
光出射面の平行度低下が投写画像の解像度劣化の要因と
なる。空気層１９を十分に薄くしたり、高い精度で空気
層１９両側のプリズム界面の平行度を確立するには、プ
リズムの組立精度を向上させなければならず、大幅なコ
スト増を招いてしまう結果となる。

【００１８】さらにまた、従来の投写型表示装置では、
不要な光がライトバルブへ入射することによって、ライ
トバルブのコントラスト低下や温度上昇による変調特性
の劣化などを招くといった課題が生じていた。したがっ
て、ライトバルブへの不要な光入射を低減する必要もあ
った。

【００１９】本発明は、上記課題に鑑み、反射型のライ
トバルブを用いて、光利用効率を高め、投写画像の色再
現性が良好で色むらのない、小型で低コストの投写型表
示装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下の手段を講じた。すなわち、請求項１
に記載の発明は、照明光を出力する照明手段と、偏光方
向が直交する２つの偏光光に分離する第１の偏光分離手
段と、この偏光分離手段からの一方の偏光光を各色光に
分離すると共に各色光を合成する色分離合成手段と、色
分離された各色光を用いて映像信号に応じた光学像を形
成する反射型ライトバルブと、前記光学像を拡大投写す
る投写レンズとを具備し、前記色分離合成手段は、ミラ
ー面の法線に対して前記投写レンズの光軸がなす入射角
θ１が２０゜〜３０゜である第１ダイクロイックミラー
面と、入射角θ２が３０゜から３５゜である第２ダイク
ロイックミラー面とを少なくとも有するプリズムを備
え、前記一方の偏光光は前記第１および第２ダイクロイ
ックミラー面に対してＰ偏光である構成を採る。

【００２１】この構成によれば、従来のＸ字型ダイクロ
イックプリズムに比べて、色分離および色合成に適した
ダイクロイックミラー面の光透過率特性を得ることがで
きる。その結果、光利用効率が高く、投写画像の色再現
性が良好で色むらのない、小型かつ低コストな投写型表
示装置を実現することができる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、照明手段は、光源と、この光源からの
放射光を集光する凹面鏡と、複数のレンズから構成され
前記凹面鏡からの光を多数の光束に分割する第１レンズ
アレイ板と、複数のレンズから構成され前記第１レンズ
アレイ板のレンズからの光が収束入射する第２レンズア
レイ板とを備える構成を採る。この構成によれば、光が
反射型ライトバルブ上に重畳され、反射型ライトバルブ
上に均一に照明される。

【００２３】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の発明において、照明手段と第１の偏光分
離手段との間に、前記照明手段からの光を偏光方向が直
交する２つの偏光光に分離する第２の偏光分離手段と、
この第２の偏光分離手段からの一方の偏光光の偏光方向
を回転する偏光回転手段とが配置されている構成を採
る。この構成によれば、偏光回転手段の働きによって、
光の利用効率を高めることができる。

【００２４】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請
求項３のいずれかに記載の発明において、色分離合成光
学手段と反射型ライトバルブとの間に凸レンズが配置さ
れている構成を採る。この構成によれば、映し出される
画像の色再現性や色むらを改善することが可能となる。

【００２５】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請
求項４のいずれかに記載の発明において、投写レンズ
は、光軸と主光線のなす角が空気媒質換算で３°以下で
あるテレセントリックな投写レンズである構成を採る。
この構成によれば、ダイクロイックミラー面の入射角依
存性によって生じる色むらを一層改善することができ
る。

【００２６】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請
求項５のいずれかに記載の発明において、色分離合成手
段と反射型ライトバルブとが密着して配置されている構
成を採る。この構成によれば、３つの反射型ライトバル
ブのコンバーゼンス調整機構が不要となり、投写型表示
装置を一層小型化することが可能となり、低ミスコンバ
ーゼンスや低コストにつながることとなる。

【００２７】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請
求項６のいずれかに記載の発明において、第１ダイクロ
イックミラーは、緑色光を反射し、青色光および赤色光
を透過させる構成を採る。この構成によれば、良好な分
光特性を有するＶ字型プリズムを実現することができ
る。

【００２８】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請
求項６のいずれかに記載の発明において、第１ダイクロ
イックミラーは青色光を反射し、第２ダイクロイックミ
ラーは緑色光を反射する構成を採る。この構成によれ
ば、ダイクロイック膜の製造公差が緩いので、このよう
なＶ字型プリズムを容易に得ることができる。

【００２９】請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請
求項８のいずれかに記載の発明において、色分離合成手
段と反射型ライトバルブとの間に色フィルタが配置され
ている構成を採る。この構成によれば、色むらや色再現
性を改善することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形
態に係る投写型表示装置の構成を示す。この投写型表示
装置３０は、照明光を出力する照明手段３１と、映像信
号に応じて照明光を変調することによって光学像を形成
するライトバルブ群３２とを備える。ライトバルブ群３
２は、赤色光に基づいて光学像を形成する赤色光用反射
型ライトバルブ３３と、緑色光に基づいて光学像を形成
する緑色光用反射型ライトバルブ３４と、青色光に基づ
いて光学像を形成する青色光用反射型ライトバルブ３５
とから構成される。各反射型ライトバルブ３３、３４、
３５は、ホメオトロピック液晶やＨＡＮモード液晶を用
いたアクティブマトリックス方式の液晶層と反射膜とを
備えている。

【００３１】各反射型ライトバルブ３３、３４、３５に
は、色分離合成手段３６で照明光から分離された赤、
緑、青の各色光が照射される。各反射型ライトバルブ３
３、３４、３５から出射される赤、緑、青の各色光は色
分離合成手段３６によって合成されて原画像が形成され
る。形成された原画像は、投写レンズ３７を通じて拡大
投写される。

【００３２】色分離合成手段３６は、屈折率が等しい３
つのプリズム構成体３８、３９、４０によって構成され
るＶ字型プリズム４１を備える。２つのプリズム構成体
３８、３９の接合面には、緑色光を反射させる基準入射
角θ１の第１ダイクロイックミラー面４２が誘電体多層
膜によって形成される。２つのプリズム構成体３９、４
０の接合面には、青色光を反射させる基準入射角θ２の
第２ダイクロイックミラー面４３が同じく誘電体多層膜
によって形成される。このＶ字型プリズム４１では、２
つのダイクロイックミラー面４２、４３がＶ字型に交わ
っている。なお、基準入射角とは、ミラー面の法線に対
する投写レンズ３７の光軸の角度をいうものとする。

【００３３】色分離合成手段３６には、偏光分離手段４
５で照明光から分離されるＰ偏光が供給される。偏光分
離手段４５は、偏光分離膜４６を備えるプリズム型の偏
光ビームスプリッタ４７によって構成される。偏光分離
膜４６は、誘電体多層膜によって形成され、入射角は４
５°に設定されている。したがって、４５°の入射角で
進入したＰ偏光は偏光分離膜４６を透過し、同じく４５
°の入射角で進入したＳ偏光は４５°の出射角で偏光分
離膜４６から反射する。

【００３４】照明手段３１は、光源５０と、この光源５
０からの放射光を集光する凹面鏡としての楕円面鏡５１
とを備える。楕円面鏡５１から反射する収束性の光はＵ
ＶＩＲカットフィルタ５２を通過する。ＵＶＩＲカット
フィルタ５２によって赤外線や紫外線が除去される。Ｕ
ＶＩＲカットフィルタ５２を通過した収束性の光は、複
数のレンズから構成される第１レンズアレイ板５３に入
射する。第１レンズアレイ板５３は、各レンズの働きに
よって、入射する収束性の光を多数の光束に分割する。
光源５０には、例えばメタルハライドランプやキセノン
ランプが用いられる。

【００３５】照明手段３１には、複数のレンズから構成
される第２レンズアレイ板５４が設けられている。第２
レンズアレイ板５４の各レンズには、第１レンズアレイ
板５３の対応レンズからの光束が収束入射する。第１レ
ンズアレイ板５３の各レンズの焦点距離は、全反射ミラ
ー５５を経て第２レンズアレイ板５４の対応レンズに至
る距離にほぼ等しく設定されている。第２レンズアレイ
板５４の働きによって、第１レンズアレイ板５３の各レ
ンズの開口面と、反射型ライトバルブ３３、３４、３５
の面とはほぼ共役となる。第２レンズアレイ板５４から
出射する多数の光束は、反射型ライトバルブ３３、３
４、３５上に重畳され、反射型ライトバルブ３３、３
４、３５上に均一に照明される。

【００３６】次に第１実施形態に係る投写型表示装置３
０の動作を説明する。投写型表示装置３０の電源が投入
されると、照明手段３１から出射された互いに平行な多
数の光束は偏光分離手段４５に入射する。偏光分離手段
４５では、各光束のＰ偏光が透過して直進し、各光束の
Ｓ偏光は反射される。直進したＰ偏光は色分離合成手段
３２に入射する。

【００３７】色分離合成手段３２に入射したＰ偏光は第
１ダイクロイックミラー面４２に入射する。第１ダイク
ロイックミラー面４２は、入射角θ１のＰ偏光から緑色
光を反射させる。反射した緑色光は、全反射面４４によ
って反射され緑色光用反射型ライトバルブ３４に導かれ
る。緑色光が分離されたＰ偏光は、続いて、第２ダイク
ロイックミラー面４３に入射する。第２ダイクロイック
ミラー面４３は、入射角θ２のＰ偏光から青色光を反射
させ青色光用反射型ライトバルブ３５に導く。第１およ
び第２ダイクロイックミラー面４２、４３を透過したＰ
偏光は赤色光用反射型ライトバルブ３３に達する。

【００３８】各反射型ライトバルブ３３、３４、３５、
には、ＲＧＢ映像信号に応じて電圧が印加される。この
印加電圧によって液晶の複屈折が変化する。反射型ライ
トバルブ３３、３４、３５に入射した各色光は、液晶を
透過し、反射膜で反射され、再び液晶を透過する。この
液晶の透過過程で、複屈折の働きによってＰ偏光はＳ偏
光に変換される。このＳ偏光によって光学像が形成され
る。各反射型ライトバルブ３３、３４、３５からの各色
光のＳ偏光は、Ｖ字型プリズム４１によって合成され原
画像が形成される。

【００３９】色分離合成手段３６から出射したＳ偏光は
偏光分離手段４５に入射する。偏光分離手段４５では、
Ｐ偏光が透過して直進し、Ｓ偏光は反射される。反射さ
れたＳ偏光は投写レンズ３７に入射する。投写レンズ３
７は、Ｓ偏光によって形成される原画像を拡大してスク
リーン（図示せず）に投写する。スクリーン上には、フ
ルカラーの拡大画像が映し出される。一方、反射型ライ
トバルブ３３、３４、３５で偏光状態が維持されたＰ偏
光は、偏光分離手段４５を透過して照明手段３１側に戻
る。

【００４０】以上のように色分離合成手段３２にＶ字型
プリズム４１を用いたことから、基準入射角θ１、θ２
を４５°よりも小さく設定することが可能となり、良好
な分光特性を得ることが可能となる。基準入射角θ１は
２０°以上３０°以下であればよく、基準入射角θ２は
３０゜以上３５゜以下であればよい。基準入射角θ１が
２０゜より小さくなると、プリズム構成体３８が光の経
路に沿って長くなるため、Ｖ字型プリズム４１が大きく
なって投写型表示装置３０を小型化することができな
い。また、基準入射角θ１が３０゜を超えると、基準入
射角４５゜のダイクロイックプリズムの分光特性に近く
なり、従来技術で説明した問題が発生する。２つのプリ
ズム構成体３９、４０の形状を同一にすれば、Ｖ字型プ
リズム４１の生産性を向上させるとともに低コスト化す
ることができる。その場合には、基準入射角θ１と基準
入射角θ２との間に、θ１＝９０°−２θ２の関係が成
立することとなる。

【００４１】いま、基準入射角θ１を２６°に、基準入
射角θ２を３２°に設定した場合を想定する。図２
（ａ）および（ｂ）は、この場合の緑反射第１ダイクロ
イックミラー面４２および青反射第２ダイクロイックミ
ラー面４３の分光透過率特性を各々示している。図２お
よび図１３を比較すると明らかなように、Ｐ偏光のカッ
トオフ波長帯域とＳ偏光のカットオフ波長帯域との乖離
が大幅に改善されている。したがって、色分離の過程と
色合成の過程とで分光特性が似通い、光利用効率の低下
を招かない。しかも、Ｐ偏光における反射波長の透過率
が低下していることから、光利用効率が向上している。
透過率曲線の傾斜幅も狭まっていることから、色光の波
長帯域をシャープに抽出することができ、その結果、色
再現性が良好な投写画像を表示することが可能となる。

【００４２】さらに、図２（ａ）に示す緑反射の分光特
性は、同一入射角での青反射や赤反射の分光特性に比
べ、Ｐ偏光のカットオフ波長帯域とＳ偏光のカットオフ
波長帯域との乖離幅が小さいことが明らかになってい
る。したがって、第１ダイクロイックミラー面４２を緑
反射とすることにより、第１ダイクロイックミラー面４
２の偏光依存性を十分に小さくすることができる。この
場合には、第２ダイクロイックミラー面４３に緑色光が
入射しないので、第２ダイクロイックミラー面４３のカ
ットオフ波長を赤波長帯域と青波長帯域との中間波長で
ある５４０ｎｍ前後に設定すれば、基準入射角θ１が基
準入射角θ２より大きくても、Ｓ偏光およびＰ偏光間の
カットオフ波長帯域の乖離幅の増大や入射角依存性によ
る影響が大きくなることを回避することができる。

【００４３】図３（ａ）および（ｂ）には、緑反射第１
ダイクロイックミラー面４２のＰ偏光およびＳ偏光での
入射角依存性が各々示されている。基準入射角θ１での
特性に対して、基準入射角θ１±５°（空気媒質での換
算角度）の特性が示される。また、図４（ａ）および
（ｂ）には、同様に、青反射第２ダイクロイックミラー
面４３のＰ偏光およびＳ偏光での入射角依存性が示され
る。いずれの場合でも、図１３および図１４に示された
分光特性に比べて入射角依存性が低減されている。この
ため、色むらの少ない投写画像を表示することが可能と
なる。

【００４４】ここで、投写レンズ３７、Ｖ字型プリズム
４１および偏光ビームスプリッタ４７からなる投写光学
系の構成をさらに詳細に説明する。図５には、反射型ラ
イトバルブ３３上の点Ａおよび点Ｂから、Ｖ字型プリズ
ム４１を透過して偏光ビームスプリッタ４７で反射さ
れ、投写レンズ３７に至る主光線と光線束とが示され
る。主光線と光軸とが形成するずれ角をα、各主光線と
第２ダイクロイックミラー面４３とが形成する出射角を
それぞれφＡ、φＢとする。

【００４５】図５から明らかなように、ずれ角α＝０で
ない場合、反射型ライトバルブ３３の点Ａ側では出射角
φＡ＜θ１が成立する。その一方で、反射型ライトバル
ブ３３の点Ｂ側では出射角φＢ＞θ１が成立することと
なる。したがって、第１ダイクロイックミラー面４２へ
の入射角が場所によって異なり、ダイクロイックミラー
面の入射角依存性に起因して投写画像に色むらを生じさ
せる原因となる。したがって、図３や図４に示すよう
に、ダイクロイックミラー面に対して少しでも入射角依
存性が残存している場合には、ずれ角αを低減させるこ
と、すなわち投写レンズのテレセントリック性を高める
ことによって投写画像の色むらを低減することができ
る。例えばずれ角α≦３°（空気媒質中での換算角度）
のテレセントリック性が実現できれば、投写画像の色む
らを十分に低減することができる。

【００４６】図２から明らかなように、Ｐ偏光の反射波
長帯域は、Ｓ偏光の反射波長帯域に比べて狭い。したが
って、色分離の過程でＰ偏光を用いれば、Ｓ偏光を用い
る場合に比べ、反射型ライトバルブ３３、３４、３５に
対する不要光の入射を十分に低減させることが可能とな
る。その結果、不要光入射によるライトバルブの変調特
性の劣化を低減することができ、すなわち投写画像を高
画質化することができる。しかも、前述のようにずれ角
α＝０でない場合にはＳ偏光の入射角依存性が影響する
こととなるが、Ｐ偏光の透過率特性によってＳ偏光の反
射波長帯域よりもＰ偏光の反射波長帯域が絞り込まれて
いることから、Ｓ偏光での波長シフトの影響が小さくな
り、その結果、投写画像の色むらは抑制されることとな
る。

【００４７】さらにまた、Ｖ字型プリズム４１によれ
ば、図１２に示した複合プリズムのように空気層を有し
ていないので、空気層がある場合に発生する解像度劣化
が生じることもない。したがって、空気層の組立精度が
要求される複合プリズムよりも、プリズムの生産性が向
上し、低コスト化を実現することができる。

【００４８】投写画像の色むらや色再現性を一層改善さ
せるには、反射型ライトバルブ３３、３４、３５とＶ字
型プリズム４１との間に、それぞれ干渉膜型や吸収型の
色フィルタを配置してもよい。また、反射型ライトバル
ブ３３、３４、３５は、Ｖ字型プリズム４１のプリズム
構成体３８〜４０を互いに接合する際に、位置合わせ後
にＶ字型プリズム４１の端面に密着接合することによっ
て一体化されてもよい。そういった場合、３つの反射型
ライトバルブ３３、３４、３５のコンバーゼンス調整機
構が不要となり、投写型表示装置３０を一層小型化する
事が可能となり、低ミスコンバーゼンスや低コストにつ
ながることとなる。

【００４９】図６は本発明の第２実施形態に係る投写型
表示装置６０の構成を示す。この第２実施形態では、Ｖ
字型プリズム４１と３つの反射型ライトバルブ３３、３
４、３５との間に、平面側をライトバルブ側に向けた平
凸レンズ６１〜６３が各々配置される。なお、前述した
第１実施形態と同様の機能を発揮する構成には同一の参
照符号が付されその詳細な説明は省略される。

【００５０】この第２実施形態の構成によれば、色分離
合成手段３６から出射された色光は、平凸レンズ６１〜
６３を通過して反射型ライトバルブ３３、３４、３５に
入射するとともに、反射型ライトバルブ３３、３４、３
５からの反射光は平凸レンズ６１〜６３を通じて再び色
分離合成手段に入射することとなる。したがって、平凸
レンズ６１〜６３が各色光を収束させることから、Ｖ字
型プリズム４１や偏光ビームスプリッタ４７の有効光束
の領域を小さくすることができ、その結果、Ｖ字型プリ
ズム４１や偏光ビームスプリッタ４７を小型化すること
ができたり、投写レンズ３７のバックフォーカスを短く
することができる。したがって、投写型表示装置６０が
さらに小型化される。Ｖ字型プリズム４１、偏光ビーム
スプリッタ４７や投写レンズ３７の小型化は製造コスト
を低減させることにもなる。

【００５１】色合成光学系３６で収束光を用いると、投
写レンズ３７のテレセントリック性が低くなり、投写画
像の色むらの品位は若干低下する。こういった場合に
は、平凸レンズ６１〜６３と反射型ライトバルブ３３〜
３５との間や、平凸レンズ６１〜６３とＶ字型プリズム
４１との間に、干渉膜型や吸収型の色フィルタを配置し
てもよい。色フィルタを配置することにより色むらや色
再現性が改善されることとなる。

【００５２】図７は本発明の第３実施形態に係る投写型
表示装置７０の構成を示す。この第３実施形態では、偏
光分離手段４５は、前述の偏光ビームスプリッタ４７に
加え、照明光からＰ偏光およびＳ偏光を分離する第１偏
光分離サブ手段７１と、第１偏光分離サブ手段７１が分
離したＳ偏光の偏光面を回転させてＰ偏光として出力す
る偏光回転手段７２とを備える。偏光回転手段７２と偏
光ビームスプリッタ４７との間には補助レンズ７３が配
置される。ここで、前述の偏光ビームスプリッタ４７
は、本発明に係る第２偏光分離サブ手段に相当する。な
お、前述の第１または第２実施形態と同様な機能を発揮
する構成には同一の参照符号が付され、その詳細な説明
は省略される。

【００５３】図８に示すように、第１偏光分離サブ手段
７１は、偏光分離膜７５を備えた複数のプリズム型の偏
光ビームスプリッタ体７６を接合した偏光ビームスプリ
ッタアレイ板７７として構成される。偏光ビームスプリ
ッタアレイ板７７では、１つおきの偏光ビームスプリッ
タ体７６に対して、樹脂フィルムで構成された偏光回転
手段７２としての１／２波長板７８が密着貼付されてい
る。

【００５４】かかる構成によれば、第２レンズアレイ板
５４で分割された多数の光束は、収束しながら微少な偏
光ビームスプリッタ体７６に入射する。各偏光ビームス
プリッタ体７６では、Ｐ偏光が透過し、Ｓ偏光が反射さ
れる。反射したＳ偏光は、隣接する偏光ビームスプリッ
タ体７６に入射し、偏光分離膜７５によって再び反射さ
れる。反射されたＳ偏光は、１／２波長板７８によって
Ｐ偏光に変換された後出射される。このとき、偏光ビー
ムスプリッタ体７６を透過したＰ偏光は１／２波長板７
８を透過することはない。したがって、補助レンズ７３
には、照明光をフルに利用したＰ偏光が導かれることと
なる。こうしてＳ偏光を利用することによって光利用効
率を向上させることができる。

【００５５】図９は、本発明の第４実施形態に係る投写
型表示装置８０の構成を示す。この第４実施形態では、
前述の第３実施形態の構成に加え、Ｖ字型プリズム４１
と３つの反射型ライトバルブ３３、３４、３５との間
に、平面側をライトバルブ側に向けた平凸レンズ６１〜
６３が配置される。なお、前述した第１〜第３実施形態
と同様の機能を発揮する構成には同一の参照符号が付さ
れ、その詳細な説明は省略される。

【００５６】この第４実施形態の構成によれば、前述の
第３実施形態によって得られる効果に加え、前述した第
２実施形態と同様な効果が得られることとなる。すなわ
ち、平凸レンズ６１〜６３が各色光を収束させることか
ら、Ｖ字型プリズム４１や偏光ビームスプリッタ４７の
有効光束の領域を小さくすることができ、その結果、Ｖ
字型プリズム４１や偏光ビームスプリッタ４７を小型化
することができたり、投写レンズ３７のバックフォーカ
スを短くすることができる。この場合にも、前述の第２
実施形態と同様に、平凸レンズ６１〜６３と反射型ライ
トバルブ３３〜３５との間や、平凸レンズ６１〜６３と
Ｖ字型プリズム４１との間に、干渉膜型や吸収型の色フ
ィルタを配置してもよい。

【００５７】前述した実施形態では、第１ダイクロイッ
クミラー面４２として緑反射ダイクロイックミラーを用
い、第２ダイクロイックミラー面４３として青反射ダイ
クロイックミラーを用いたが、第１ダイクロイックミラ
ー面４２に青反射ダイクロイックミラーを用い、第２ダ
イクロイックミラー面４３に緑反射ダイクロイックミラ
ーを用いてもよい。第１ダイクロイックミラー面４２に
緑反射ダイクロイックミラーを用いると、カットオフ波
長が短波長側と長波長側との２点となり製造公差が厳し
くなるが、両者を入れ替えれば、カットオフ波長はそれ
ぞれ１点だけとなってダイクロイック膜を形成する場合
の製造公差が緩くなり、Ｖ字型プリズム４１を低コスト
化することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明の投写型表示
装置は、色分離合成手段として所定の基準入射角のプリ
ズムを用い、色分離光学系でＰ偏光の光としているの
で、従来のＸ字型ダイクロイックプリズムに比べて、色
分離および色合成に適したダイクロイックミラー面の光
透過率特性を得ることができる。その結果、光利用効率
が高く、投写画像の色再現性が良好で色むらのない、小
型かつ低コストな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】本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置の
構成図である。

【図２】（ａ）入射角θ１の緑反射ダイクロイックミラ
ー面の分光透過率特性を示すグラフである。 （ｂ）入射角θ２の青反射ダイクロイックミラー面の分
光透過率特性を示すグラフである。

【図３】（ａ）Ｐ偏光に対する第１ダイクロイックミラ
ー面の分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフで
ある。 （ｂ）Ｓ偏光に対する第１ダイクロイックミラー面の分
光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフである。

【図４】（ａ）Ｐ偏光に対する第２ダイクロイックミラ
ー面の分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフで
ある。 （ｂ）Ｓ偏光に対する第２ダイクロイックミラー面の分
光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフである。

【図５】投写光学系を詳細に示す構成図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置の
構成図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置の
構成図である。

【図８】第１偏光分離サブ手段の詳細な構成図である。

【図９】本発明の第４実施形態に係る投写型表示装置の
構成図である。

【図１０】従来の投写型表示装置の概略構成を示す図で
ある。

【図１１】従来の色分離合成光学系に用いられるＸ字型
ダイクロイックプリズムを示す図である。

【図１２】従来の色分離合成光学系に用いられる複合プ
リズムを示す図である。

【図１３】（ａ）Ｘ字型ダイクロイックプリズムにおけ
る赤反射ダイクロイックミラーの分光透過率特性を示す
グラフである。 （ｂ）Ｘ字型ダイクロイックプリズムにおける青反射ダ
イクロイックミラーの分光透過率特性を示すグラフであ
る。

【図１４】（ａ）Ｐ偏光に対する赤反射ダイクロイック
ミラー面の分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラ
フである。 （ｂ）Ｓ偏光に対する赤反射ダイクロイックミラー面の
分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフである。

【図１５】（ａ）Ｐ偏光に対する青反射ダイクロイック
ミラー面の分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラ
フである。 （ｂ）Ｓ偏光に対する青反射ダイクロイックミラー面の
分光透過率特性の入射角依存特性を示すグラフである。

【符号の説明】

３０、６０、７０、８０ 投写型表示装置 ３１ 照明手段 ３２ 色分離合成手段 ３３〜３５ 反射型ライトバルブ ３７ 投写レンズ ４１ Ｖ字型プリズム ４２ 第１ダイクロイックミラー面 ４３ 第２ダイクロイックミラー面 ４５ 偏光分離手段 ４６ 偏光分離膜 ４７ 偏光ビームスプリッタ ５０ 光源 ５１ 凹面鏡 ５３ 第１レンズアレイ板 ５４ 第２レンズアレイ板 ６１〜６３ 凸レンズとしての平凸レンズ ７１ 第１偏光分離サブ手段 ７２ 偏光回転手段 ７７ 偏光ビームスプリッタアレイ板 ７８ 偏光回転手段としての１／２波長板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を出力する照明手段と、偏光方向
   が直交する２つの偏光光に分離する第１の偏光分離手段
   と、この偏光分離手段からの一方の偏光光を各色光に分
   離すると共に各色光を合成する色分離合成手段と、色分
   離された各色光を用いて映像信号に応じた光学像を形成
   する反射型ライトバルブと、前記光学像を拡大投写する
   投写レンズとを具備し、前記色分離合成手段は、ミラー
   面の法線に対して前記投写レンズの光軸がなす入射角θ
   １が２０゜〜３０゜である第１ダイクロイックミラー面
   と、入射角θ２が３０゜から３５゜である第２ダイクロ
   イックミラー面とを少なくとも有するプリズムを備え、
   前記一方の偏光光は前記第１および第２ダイクロイック
   ミラー面に対してＰ偏光であることを特徴とする投写型
   表示装置。
2. 【請求項２】 照明手段は、光源と、この光源からの放
   射光を集光する凹面鏡と、複数のレンズから構成され前
   記凹面鏡からの光を多数の光束に分割する第１レンズア
   レイ板と、複数のレンズから構成され前記第１レンズア
   レイ板のレンズからの光が収束入射する第２レンズアレ
   イ板とを備える請求項１に記載の投写型表示装置。
3. 【請求項３】 照明手段と第１の偏光分離手段との間
   に、前記照明手段からの光を偏光方向が直交する２つの
   偏光光に分離する第２の偏光分離手段と、この第２の偏
   光分離手段からの一方の偏光光の偏光方向を回転する偏
   光回転手段とが配置されている請求項１又は請求項２に
   記載の投写型表示装置。
4. 【請求項４】 色分離合成光学手段と反射型ライトバル
   ブとの間に凸レンズが配置されている請求項１乃至請求
   項３のいずれかに記載の投写型表示装置。
5. 【請求項５】 投写レンズは、光軸と主光線のなす角が
   空気媒質換算で３°以下であるテレセントリックな投写
   レンズである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の
   投写型表示装置。
6. 【請求項６】 色分離合成手段と反射型ライトバルブと
   が密着して配置されている請求項１乃至請求項５に記載
   の投写型表示装置。
7. 【請求項７】 第１ダイクロイックミラーは、緑色光を
   反射し、青色光および赤色光を透過させることを特徴と
   する請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の投写型表
   示装置。
8. 【請求項８】 第１ダイクロイックミラーは青色光を反
   射し、第２ダイクロイックミラーは緑色光を反射する請
   求項１乃至請求項６のいずれかに記載の投写型表示装
   置。
9. 【請求項９】 色分離合成手段と反射型ライトバルブと
   の間に色フィルタが配置されている請求項１乃至請求項
   ８のいずれかに記載の投写型表示装置。