投写型画像表示装置
【課題】 小型で低コストの投写型画像表示装置を提供すること。
【解決手段】 投写型画像表示装置において、光源からの光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、分割された入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光を変調し、画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとが所定角度で交差するように構成する。
【解決手段】 投写型画像表示装置において、光源からの光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、分割された入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光を変調し、画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとが所定角度で交差するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示装置を用いた投写型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光源からの光を赤、緑、青の３種類の色光に分割して各色光用の液晶表示パネルに照射し、この各液晶表示パネルに表示された画像をカラー画像に合成して投影する投写型画像表示装置として図４に示すように構成されたものがある。図４に示すように、光源１からの白色光は、黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａに入射し、直進（透過）する青色光と反射する緑色光と赤色光に分割される。黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａを透過した青色光は、反射ミラー３ａで反射されて青色光用の透過型液晶パネル４ａに照射される。
【０００３】また、黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａで反射された緑色光と赤色光は、緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂに入射し、反射する緑色光と直進（透過）する赤色光に分割される。緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂで反射された緑色光は、緑色光用の透過型液晶パネル４ｂに照射され、緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂを透過した赤色光は、反射ミラー３ｂ、３ｃで反射されて赤色光用の透過型液晶パネル４ｃに照射される。このように各色光が照射される青色光用、緑色光用、赤色光用の各透過型液晶パネル４ａ、４ｂ、４ｃは、一対の透明電極基板間に液晶を封入して液晶セルを構成し、この液晶セルの両面に偏光板を設けた構成となっており、各色光が照射されることにより、各色光の画像の光を合成クロスプリズム５に照射する。
【０００４】合成クロスプリズム５は、各色光の画像光を反射及び透過させて合成するもので、内部に蒸着膜よりなる２つのダイクロイックミラー面５ａ、５ｂが「Ｘ」状に交差して設けられている。赤色の画像光はダイクロイックミラー面５ｂを透過し、ダイクロイックミラー面５ａで反射され、青色の画像光はダイクロイックミラー面５ｂで反射し、ダイクロイックミラー面５ａを透過する。また、緑色の画像光はダイクロイックミラー面５ａ及びダイクロイックミラー面５ｂを透過する。以上のように各画像光は合成クロスプリズム５によって合成され、投影レンズ６によりスクリーン７に拡大投影される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の投写型画像表示装置では、入射光を各色光に分解する光学系と各色光を合成する合成光学系を別々に設けているので装置全体が大型となり、高価になり易い。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型で低コストの投写型画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、投写型画像表示装置において、光源と、光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、変調された各色の画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合せ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーが略十字状になるように設けられた合成クロスプリズムからなることを特徴とする。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーの法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度となるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーが液体を充填した光学ケース内に配置された液浸光学系からなることを特徴とする。
【００１０】
【作用】投写型画像表示装置において、光源と、光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、変調された各色の画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示したもので、図１を用いて構成を説明する。光源１０は、ハロゲンランプやキセノンランプ等からなる点に近い白色光源であり、放射された光はリフレクタ１１で反射され、略平行光の光束として出射され、白色の偏光シート１２ａに照射される。この偏光シート１２ａは、リフレクタ１１からの光の内、第１の偏光成分（Ｓ偏光又はＰ偏光）を透過し、第２の偏光成分（Ｐ偏光又はＳ偏光）を吸収する特性を有しており、偏光シート１２ａを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ１３の偏光面で反射され、色分解光学系としての合成クロスプリズム１４に照射する。
【００１２】合成クロスプリズム１４は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラー面（第１波長選択反射層、ＲＤＭ）１４ａと第２ダイクロイックミラー面（第２波長選択反射層、ＢＤＭ）１４ｂが略十字状になるように設けられ、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂの法線と入射光の主光線とのなす角が略４５度程度となるように構成されている。また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂは、誘電体多層膜で構成され、例えばＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 の薄膜を数十層交互に積層することで波長選択反射特性を得ている。
【００１３】第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａは、第１の色光である赤色光を反射しかつ第２の色光である緑色光及び第３の色光である青色光を透過する。また、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂは、青色光を反射しかつ赤色光及び緑色光を透過するように構成されている。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａで反射された赤色光は、位相差板１５ａを介して赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａに入射する。第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂで反射された青色光は、位相差板１５ｂを介して青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過した緑色光は、位相差板１５ｃを介して緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃに入射する。
【００１４】赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａにて変調された画像光は、再び位相差板１５ａを介して合成クロスプリズム１４に入射され、赤色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａで反射し、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過する。また、青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂにて変調された画像光は、位相差板１５ｂを介して合成クロスプリズム１４に入射され、青色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａを透過し、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂで反射される。同様に、緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃにて変調された画像光は、位相差板１５ｃを介して合成クロスプリズム１４に入射され、緑色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過する。
【００１５】以上のように合成クロスプリズム１４でカラー合成された画像光は、偏光ビームスプリッタ１３及び偏光シート１２ｂを透過し、投影レンズ１７によってスクリーン１８に拡大投影される。上述したように、本発明の第１実施形態が従来例と異なる点は、反射型液晶表示装置と１つの合成クロスプリズムを用い、各色光が合成クロスプリズム内を往復して各色光の分解と合成を行うように構成したことである。
【００１６】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を図２に示し、投写型画像表示装置に用いられる台形柱プリズム３０及びこれらを４個組み合わせた時の合成プリズム４０の斜視図を図３に示した。先ず、投写型画像表示装置に用いられる合成クロスプリズムとしての合成プリズム４０は同一形状の４つの台形柱プリズム３０で構成される。この台形柱プリズム３０は、図３（ａ）に示すように長方形の天面２１に対向する長方形の底面２２を有する台形柱であり、天面２１と底面２２とが互いに直角に交差する端面２４と、底面２２に対して６０度の角度で交差し、かつ天面２１に対して１２０度で交差する傾斜面２３（図中斜線部分）を有している。
【００１７】合成プリズム４０は、図３（ｂ）に示すように４個の台形柱プリズム３０を組み合わせて構成したものである。合成プリズム４０の内、第１のプリズム３０である赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３には第１波長選択反射層である第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５が設けられ、かつ底面２２には、第２波長選択反射層である第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６が設けられている。この第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６は第１実施形態と同様に、例えばＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 の薄膜を数十層交互に積層した誘電体多層膜で構成した波長選択反射特性を有している。
【００１８】赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３は、第３のプリズム３０である緑色用台形柱プリズム３０ｃの傾斜面２３と互いに密着され、接着剤により貼り合わされている。即ち、赤色用台形柱プリズム３０ａの天面２１側と緑色用台形柱プリズム３０ｃの天面２１側を揃えて互いの傾斜面２３同士を密着させ、貼り合わせることにより、赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３上の法線から３０度の方向に緑色用台形柱プリズム３０ｃの端面２４を配置することができる。また、緑色用台形柱プリズム３０ｃの傾斜面２３上の法線から３０度の方向に赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４が配置される。同様に、赤色用台形柱プリズム３０ａの底面２２と第４のプリズム３０である透過用台形柱プリズム３０ｄの傾斜面２３を互いに密着させ、貼り合わせる。
【００１９】この時、赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４側を透過用台形柱プリズム３０ｄの天面２１側に配置すると共に、赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３側を透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２側になるように配置することにより、赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４と透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４が互いに平行に対向する端面２４同士となる。
【００２０】また、透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２と第２のプリズム３０である青色用台形柱プリズム３０ｂの傾斜面２３とを互いに密着させて貼り合わせるが、青色用台形柱プリズム３０ｂの傾斜面２３の底面２２側を透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２の傾斜面２３側に配置することにより、透過用台形柱プリズム３０ｄの傾斜面２３の法線に対して３０度の方向に青色用台形柱プリズム３０ｂの端面２４を構成することができる。上述したように合成プリズム４０は、４個の台形柱プリズム３０を上記の方法で組み立てたものである。
【００２１】では、ここで上記の合成プリズム４０を用いた投写型画像表示装置の全体の構成を図２に従って説明する。尚、図中の直線による光路は、合成プリズム４０及び各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃに入射する入射光を示し、点線による光路は各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの反射光を示している。光源１０から放射された光はリフレクタ１１で反射され、略平行光の光束として偏光シート１２ａを介して偏光ビームスプリッタ１３の偏光面で反射され、合成クロスプリズムである合成プリズム４０の透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４に照射される。
【００２２】透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４から入射した光は、青色光を反射し、かつ赤色光及び緑色光を透過する第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線に対して３０度（第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に対して６０度）の角度で入射する。第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に入射した光の内、青色光は第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６で反射する。この時の反射角度は、入射光に対して６０度であり、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に対して１２０度の角度で反射され、位相差板１５ｂを介して青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂに入射する。
【００２３】また、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に入射した光の内、赤色光及び緑色光は第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６を透過し、赤色光を反射し緑色光を透過する第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５の法線に対して３０度の角度で入射する。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５に照射した光の内、緑色光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５を透過し、位相差板１５ｃを介して緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃに入射する。
【００２４】また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５の法線に対して３０度（第１ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２５に対して６０度）の角度で入射した光の内、赤色光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５で反射され、位相差板１５ａを介して赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａに入射する。各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃにて変調された各画像光は、再び各位相差板１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して合成プリズム４０に入射する。合成プリズム４０でカラー合成された画像光は、偏光ビームスプリッタ１３、偏光シート１２ｂを介して投影レンズ１７に入射し、投影レンズ１７でスクリーン１８に拡大投影される。
【００２５】上述したように、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度程度となるように構成された合成クロスプリズムを用いたことである。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線と入射光の主光線とのなす角度が４５度より明らかに小さくなるためダイクロイックミラー面への光の入射角が変化しても透過反射の波長特性の影響を小さくすることができる。
【００２６】尚、第１実施形態では、合成クロスプリズムとして４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５と第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６が略十字状になるように設けられた合成クロスプリズム及び、上記第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５と第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線に対して３０度の角度で光が入射するように構成した合成プリズムを用いた例で説明したが、これに限定されず、例えば、合成クロスプリズム及び合成プリズムの代わりに第１ダイクロイックミラー面が形成された平板と第２ダイクロイックミラー面が形成された平板を液体を充填した光学ケース内に配置するようにした液浸の合成クロスプリズムを用いるようにしても良い。
【００２７】
【発明の効果】本発明の第１実施形態では、反射型液晶表示装置と１つの合成クロスプリズムを用いて、各色光が合成クロスプリズムを往復して各色光の分解と合成を行うようにしたことにより、光学系の部品数が低減され、小型で低コストな投写型画像表示装置を構成することができる。また、第２実施形態では、合成プリズムに設けられた第１及び第２ダイクロイックミラー面の法線に対して３０度の角度で光が入射するように構成したことにより、仮にダイクロイックミラー面への光の入射角が変化しても透過反射の波長特性の影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【図２】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【図３】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置に用いられる合成プリズムの斜視図。
【図４】従来例における、投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【符号の説明】
１０・・光源
１１・・リフレクタ
１２ａ、１２ｂ・・偏光シート
１３・・偏光ビームスプリッタ
１４・・合成クロスプリズム（色分解光学系）
１４ａ、２５・・第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）
１４ｂ、２６・・第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・位相差板
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・反射型液晶表示装置
１７・・投影レンズ
１８・・スクリーン
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ・・台形柱プリズム
４０・・合成プリズム
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示装置を用いた投写型画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、光源からの光を赤、緑、青の３種類の色光に分割して各色光用の液晶表示パネルに照射し、この各液晶表示パネルに表示された画像をカラー画像に合成して投影する投写型画像表示装置として図４に示すように構成されたものがある。図４に示すように、光源１からの白色光は、黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａに入射し、直進（透過）する青色光と反射する緑色光と赤色光に分割される。黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａを透過した青色光は、反射ミラー３ａで反射されて青色光用の透過型液晶パネル４ａに照射される。
【０００３】また、黄反射ダイクロイックミラー（ＹＤＭ）２ａで反射された緑色光と赤色光は、緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂに入射し、反射する緑色光と直進（透過）する赤色光に分割される。緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂで反射された緑色光は、緑色光用の透過型液晶パネル４ｂに照射され、緑反射ダイクロイックミラー（ＧＤＭ）２ｂを透過した赤色光は、反射ミラー３ｂ、３ｃで反射されて赤色光用の透過型液晶パネル４ｃに照射される。このように各色光が照射される青色光用、緑色光用、赤色光用の各透過型液晶パネル４ａ、４ｂ、４ｃは、一対の透明電極基板間に液晶を封入して液晶セルを構成し、この液晶セルの両面に偏光板を設けた構成となっており、各色光が照射されることにより、各色光の画像の光を合成クロスプリズム５に照射する。
【０００４】合成クロスプリズム５は、各色光の画像光を反射及び透過させて合成するもので、内部に蒸着膜よりなる２つのダイクロイックミラー面５ａ、５ｂが「Ｘ」状に交差して設けられている。赤色の画像光はダイクロイックミラー面５ｂを透過し、ダイクロイックミラー面５ａで反射され、青色の画像光はダイクロイックミラー面５ｂで反射し、ダイクロイックミラー面５ａを透過する。また、緑色の画像光はダイクロイックミラー面５ａ及びダイクロイックミラー面５ｂを透過する。以上のように各画像光は合成クロスプリズム５によって合成され、投影レンズ６によりスクリーン７に拡大投影される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の投写型画像表示装置では、入射光を各色光に分解する光学系と各色光を合成する合成光学系を別々に設けているので装置全体が大型となり、高価になり易い。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、小型で低コストの投写型画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、投写型画像表示装置において、光源と、光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、変調された各色の画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成されていることを特徴とする。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合せ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーが略十字状になるように設けられた合成クロスプリズムからなることを特徴とする。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーの法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度となるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の投写型画像表示装置において、色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーが液体を充填した光学ケース内に配置された液浸光学系からなることを特徴とする。
【００１０】
【作用】投写型画像表示装置において、光源と、光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、変調された各色の画像光が色分解光学系及び偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示したもので、図１を用いて構成を説明する。光源１０は、ハロゲンランプやキセノンランプ等からなる点に近い白色光源であり、放射された光はリフレクタ１１で反射され、略平行光の光束として出射され、白色の偏光シート１２ａに照射される。この偏光シート１２ａは、リフレクタ１１からの光の内、第１の偏光成分（Ｓ偏光又はＰ偏光）を透過し、第２の偏光成分（Ｐ偏光又はＳ偏光）を吸収する特性を有しており、偏光シート１２ａを透過した光束は、偏光ビームスプリッタ１３の偏光面で反射され、色分解光学系としての合成クロスプリズム１４に照射する。
【００１２】合成クロスプリズム１４は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラー面（第１波長選択反射層、ＲＤＭ）１４ａと第２ダイクロイックミラー面（第２波長選択反射層、ＢＤＭ）１４ｂが略十字状になるように設けられ、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂの法線と入射光の主光線とのなす角が略４５度程度となるように構成されている。また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂは、誘電体多層膜で構成され、例えばＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 の薄膜を数十層交互に積層することで波長選択反射特性を得ている。
【００１３】第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａは、第１の色光である赤色光を反射しかつ第２の色光である緑色光及び第３の色光である青色光を透過する。また、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂは、青色光を反射しかつ赤色光及び緑色光を透過するように構成されている。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａで反射された赤色光は、位相差板１５ａを介して赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａに入射する。第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂで反射された青色光は、位相差板１５ｂを介して青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂに入射する。また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過した緑色光は、位相差板１５ｃを介して緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃに入射する。
【００１４】赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａにて変調された画像光は、再び位相差板１５ａを介して合成クロスプリズム１４に入射され、赤色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａで反射し、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過する。また、青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂにて変調された画像光は、位相差板１５ｂを介して合成クロスプリズム１４に入射され、青色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａを透過し、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂで反射される。同様に、緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃにて変調された画像光は、位相差板１５ｃを介して合成クロスプリズム１４に入射され、緑色の画像光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）１４ａ及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）１４ｂを透過する。
【００１５】以上のように合成クロスプリズム１４でカラー合成された画像光は、偏光ビームスプリッタ１３及び偏光シート１２ｂを透過し、投影レンズ１７によってスクリーン１８に拡大投影される。上述したように、本発明の第１実施形態が従来例と異なる点は、反射型液晶表示装置と１つの合成クロスプリズムを用い、各色光が合成クロスプリズム内を往復して各色光の分解と合成を行うように構成したことである。
【００１６】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を図２に示し、投写型画像表示装置に用いられる台形柱プリズム３０及びこれらを４個組み合わせた時の合成プリズム４０の斜視図を図３に示した。先ず、投写型画像表示装置に用いられる合成クロスプリズムとしての合成プリズム４０は同一形状の４つの台形柱プリズム３０で構成される。この台形柱プリズム３０は、図３（ａ）に示すように長方形の天面２１に対向する長方形の底面２２を有する台形柱であり、天面２１と底面２２とが互いに直角に交差する端面２４と、底面２２に対して６０度の角度で交差し、かつ天面２１に対して１２０度で交差する傾斜面２３（図中斜線部分）を有している。
【００１７】合成プリズム４０は、図３（ｂ）に示すように４個の台形柱プリズム３０を組み合わせて構成したものである。合成プリズム４０の内、第１のプリズム３０である赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３には第１波長選択反射層である第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５が設けられ、かつ底面２２には、第２波長選択反射層である第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６が設けられている。この第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６は第１実施形態と同様に、例えばＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 の薄膜を数十層交互に積層した誘電体多層膜で構成した波長選択反射特性を有している。
【００１８】赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３は、第３のプリズム３０である緑色用台形柱プリズム３０ｃの傾斜面２３と互いに密着され、接着剤により貼り合わされている。即ち、赤色用台形柱プリズム３０ａの天面２１側と緑色用台形柱プリズム３０ｃの天面２１側を揃えて互いの傾斜面２３同士を密着させ、貼り合わせることにより、赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３上の法線から３０度の方向に緑色用台形柱プリズム３０ｃの端面２４を配置することができる。また、緑色用台形柱プリズム３０ｃの傾斜面２３上の法線から３０度の方向に赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４が配置される。同様に、赤色用台形柱プリズム３０ａの底面２２と第４のプリズム３０である透過用台形柱プリズム３０ｄの傾斜面２３を互いに密着させ、貼り合わせる。
【００１９】この時、赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４側を透過用台形柱プリズム３０ｄの天面２１側に配置すると共に、赤色用台形柱プリズム３０ａの傾斜面２３側を透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２側になるように配置することにより、赤色用台形柱プリズム３０ａの端面２４と透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４が互いに平行に対向する端面２４同士となる。
【００２０】また、透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２と第２のプリズム３０である青色用台形柱プリズム３０ｂの傾斜面２３とを互いに密着させて貼り合わせるが、青色用台形柱プリズム３０ｂの傾斜面２３の底面２２側を透過用台形柱プリズム３０ｄの底面２２の傾斜面２３側に配置することにより、透過用台形柱プリズム３０ｄの傾斜面２３の法線に対して３０度の方向に青色用台形柱プリズム３０ｂの端面２４を構成することができる。上述したように合成プリズム４０は、４個の台形柱プリズム３０を上記の方法で組み立てたものである。
【００２１】では、ここで上記の合成プリズム４０を用いた投写型画像表示装置の全体の構成を図２に従って説明する。尚、図中の直線による光路は、合成プリズム４０及び各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃに入射する入射光を示し、点線による光路は各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃからの反射光を示している。光源１０から放射された光はリフレクタ１１で反射され、略平行光の光束として偏光シート１２ａを介して偏光ビームスプリッタ１３の偏光面で反射され、合成クロスプリズムである合成プリズム４０の透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４に照射される。
【００２２】透過用台形柱プリズム３０ｄの端面２４から入射した光は、青色光を反射し、かつ赤色光及び緑色光を透過する第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線に対して３０度（第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に対して６０度）の角度で入射する。第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に入射した光の内、青色光は第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６で反射する。この時の反射角度は、入射光に対して６０度であり、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に対して１２０度の角度で反射され、位相差板１５ｂを介して青色光用の反射型液晶表示装置１６ｂに入射する。
【００２３】また、第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６に入射した光の内、赤色光及び緑色光は第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６を透過し、赤色光を反射し緑色光を透過する第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５の法線に対して３０度の角度で入射する。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５に照射した光の内、緑色光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５を透過し、位相差板１５ｃを介して緑色光用の反射型液晶表示装置１６ｃに入射する。
【００２４】また、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５の法線に対して３０度（第１ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２５に対して６０度）の角度で入射した光の内、赤色光は第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５で反射され、位相差板１５ａを介して赤色光用の反射型液晶表示装置１６ａに入射する。各反射型液晶表示装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃにて変調された各画像光は、再び各位相差板１５ａ、１５ｂ、１５ｃを介して合成プリズム４０に入射する。合成プリズム４０でカラー合成された画像光は、偏光ビームスプリッタ１３、偏光シート１２ｂを介して投影レンズ１７に入射し、投影レンズ１７でスクリーン１８に拡大投影される。
【００２５】上述したように、第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度程度となるように構成された合成クロスプリズムを用いたことである。第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５及び第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線と入射光の主光線とのなす角度が４５度より明らかに小さくなるためダイクロイックミラー面への光の入射角が変化しても透過反射の波長特性の影響を小さくすることができる。
【００２６】尚、第１実施形態では、合成クロスプリズムとして４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５と第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６が略十字状になるように設けられた合成クロスプリズム及び、上記第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）２５と第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）２６の法線に対して３０度の角度で光が入射するように構成した合成プリズムを用いた例で説明したが、これに限定されず、例えば、合成クロスプリズム及び合成プリズムの代わりに第１ダイクロイックミラー面が形成された平板と第２ダイクロイックミラー面が形成された平板を液体を充填した光学ケース内に配置するようにした液浸の合成クロスプリズムを用いるようにしても良い。
【００２７】
【発明の効果】本発明の第１実施形態では、反射型液晶表示装置と１つの合成クロスプリズムを用いて、各色光が合成クロスプリズムを往復して各色光の分解と合成を行うようにしたことにより、光学系の部品数が低減され、小型で低コストな投写型画像表示装置を構成することができる。また、第２実施形態では、合成プリズムに設けられた第１及び第２ダイクロイックミラー面の法線に対して３０度の角度で光が入射するように構成したことにより、仮にダイクロイックミラー面への光の入射角が変化しても透過反射の波長特性の影響を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【図２】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【図３】本発明の第２実施形態による投写型画像表示装置に用いられる合成プリズムの斜視図。
【図４】従来例における、投写型画像表示装置の全体の構成を示した図。
【符号の説明】
１０・・光源
１１・・リフレクタ
１２ａ、１２ｂ・・偏光シート
１３・・偏光ビームスプリッタ
１４・・合成クロスプリズム（色分解光学系）
１４ａ、２５・・第１ダイクロイックミラー面（ＲＤＭ）
１４ｂ、２６・・第２ダイクロイックミラー面（ＢＤＭ）
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・位相差板
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・反射型液晶表示装置
１７・・投影レンズ
１８・・スクリーン
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ・・台形柱プリズム
４０・・合成プリズム
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、前記光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に前記分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して前記偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、前記色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、前記変調された各色の画像光が前記色分解光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、前記色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、前記第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項２】 前記色分解光学系は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーが略十字状になるように設けられた合成クロスプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
【請求項３】 前記色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーの法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
【請求項４】 前記色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーが液体を充填した光学ケース内に配置された液浸光学系からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
【請求項１】 光源と、前記光源からの光が入射され、入射光を２方向に分割する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタから分割された光が入射され、この入射光を赤、緑、青の３色の色光に分光して出射すると共に前記分光された色光の出射方向から入射した色光を合成して前記偏光ビームスプリッタ側に出射させる色分解光学系と、前記色分解光学系により分光された各色の色光が入射され、変調された各色の画像光を入射方向に出射する反射型液晶表示装置と、前記変調された各色の画像光が前記色分解光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して供給される投影光学系を備え、前記色分解光学系は、第１の色光を反射しかつ第２及び第３の色光を透過する第１ダイクロイックミラーと第２の色光を反射しかつ第１及び第３の色光を透過する第２ダイクロイックミラーとを有し、前記第１及び第２ダイクロイックミラーが所定角度で交差するように構成されていることを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項２】 前記色分解光学系は、４個の直角プリズムの直角を挟む面をそれぞれ接着剤により貼り合わせ、貼り合わせ面に第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーが略十字状になるように設けられた合成クロスプリズムからなることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
【請求項３】 前記色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーの法線と入射光の主光線とのなす角が略３０度となるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
【請求項４】 前記色分解光学系は、第１及び第２ダイクロイックミラーが液体を充填した光学ケース内に配置された液浸光学系からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の投写型画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開平１０−３１２０３４
【公開日】平成１０年（１９９８）１１月２４日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−１３７６９５
【出願日】平成９年（１９９７）５月１３日
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
【公開日】平成１０年（１９９８）１１月２４日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）５月１３日
【出願人】（０００００５０１６）パイオニア株式会社 (3,620)
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