投影型表示装置
【課題】照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型表示装置を提供する。
【解決手段】プリズム11,12のプリズム接合面13の異なる位置にダイクロイック膜14と偏光膜15とを有する色分離合成プリズム10を備え、偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材を経て入射する照明光をダイクロイック膜14により複数の色光に分離して対応する色光用のDMD素子6R,6GBに導き、複数のDMD素子6R,6GBで変調され照明光が当該DMD素子6R,6GBに入射される際の角度と異なる角度で当該DMD素子6R,6GBから射出される複数の色光を偏光膜15で色合成して投影レンズに向けて投影させるようにした。
【解決手段】プリズム11,12のプリズム接合面13の異なる位置にダイクロイック膜14と偏光膜15とを有する色分離合成プリズム10を備え、偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材を経て入射する照明光をダイクロイック膜14により複数の色光に分離して対応する色光用のDMD素子6R,6GBに導き、複数のDMD素子6R,6GBで変調され照明光が当該DMD素子6R,6GBに入射される際の角度と異なる角度で当該DMD素子6R,6GBから射出される複数の色光を偏光膜15で色合成して投影レンズに向けて投影させるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の反射型空間光変調器を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、投影型表示装置としては、各種方式のものがあるが、その一例として、複数の反射型空間光変調器を用いる多板型の投影型表示装置がある。
【0003】
このような投影型表示装置の一つに、特許文献1に示されるように反射型空間光変調器として反射型ライトバルブを用いた投影型表示装置がある。図22は、特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源101からの照明光を偏光ビームスプリッタ102の偏光膜102aを透過させて第1〜第3プリズム103A,103B,103Cの組合せからなる色分離合成用のプリズム103に入射させる。ここで、照明光の内、青色光Bは第1プリズム103Aの青色反射ダイクロイック膜103aで反射させることで色分離してプリズム面103bで全反射させ青色用の反射型液晶ライトバルブ104Bに導く。また、照明光の内、赤色光Rは第2,第3プリズム103B,103Cの接合面の赤色反射ダイクロイック膜103cで反射させることで色分離しプリズム面103dで全反射させて赤色用の反射型液晶ライトバルブ104Rに導く。照明光の内、緑色光Gは赤色反射ダイクロイック膜103cを透過させることで色分離してプリズム面103eで全反射させて緑色用の反射型液晶ライトバルブ104Gに導く。
【0004】
反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gは、いずれも多数の画素を有し、色信号によって選択された画素部分へのP偏光の入射光をS偏光に変換して反射・射出する変調機能を有する。これら反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gからの反射光は、入射光(照明光)と逆の方向に進行し、プリズム面103bでは色合成光となって偏光ビームスプリッタ102に再び入射する。ここで、色合成光の内、変調光であるS偏光は、偏光膜102aで反射されることで照明光と分離されて投影レンズ105に投影光として入射し、投影レンズ105によってスクリーン等に投影される。
【0005】
また、非特許文献1に示されるように反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の投影型表示装置がある。図23は、非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源111から出射される照明光(白色光)中の赤色光Rと緑色光Gとを透過させるイエーロY領域と、赤色光Rと青色光Bとを透過させるマゼンタM領域とが光軸に対して時分割で交互に切り換えられるカラーホイール112を備える。このカラーホイール112、インテグレータロッド113およびリレー光学系114を透過した照明光は、プリズム115A,115Bからなる照明投影分離用プリズム115に入射し、エアーギャップを有するプリズム面115aで全反射されてプリズム116A,116Bからなる色分離合成プリズム116に入射する。色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、赤色光Rは、赤色反射ダイクロイック膜116aで反射させることで色分離され、プリズム面116bで全反射されて赤色用のDMD素子117Rに導かれる。一方、色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、緑色光Gまたは青色光Bは、カラーホイール112の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜116aを透過させて色分離され、緑/青色用のDMD素子117GBに導かれる。
【0006】
ここで、DMD素子117R,117GBは、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。DMD素子117Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム116のプリズム面116cに略垂直に入射し、プリズム面116bで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜116aで反射され、照明投影分離用プリズム115を経て投影レンズ118に投影される。一方、DMD素子117GBにより時分割で反射される緑色光Gまたは青色光Bは、色分離合成プリズム116のプリズム面116dに略垂直に入射し、ダイクロイック膜116aを透過して赤色光Rと色合成され、照明投影分離用プリズム115を透過して投影レンズ118に投影される。
【0007】
図24は、非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源121から出射される照明光(白色光)は、インテグレータロッド122およびリレー光学系123を透過し、プリズム124A,124Bからなる照明投影分離用プリズム124に入射し、エアーギャップを有するプリズム面124aで全反射されてプリズム125A,125B,125Cからなる色分離合成プリズム125に入射する。色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、青色光Bは、青色反射ダイクロイック膜125aで反射させることで色分離され、プリズム面125bで全反射されて青色用のDMD素子126Bに導かれる。一方、色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、赤色光Rは、青色反射ダイクロイック膜125aを透過後、赤色反射ダイクロイック膜125cで反射させることで色分離され、エアーギャップを有するプリズム面125dで全反射されて赤色用のDMD素子126Rに導かれる。さらに、緑色光Gは、青色反射ダイクロイック膜125a、赤色反射ダイクロイック膜125cを透過して緑色用のDMD素子126Gに導かれる。
【0008】
DMD素子126Bにより反射される青色光Bは、色分離合成プリズム125のプリズム面125eに略垂直に入射し、プリズム面125bで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜125aで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。また、DMD素子126Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム125のプリズム面125fに略垂直に入射し、プリズム面125dで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜125cで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。さらに、DMD素子126Gにより反射される緑色光Gは、色分離合成プリズム125のプリズム面125gに略垂直に入射し、赤色反射ダイクロイック膜125c、青色ダイクロイック膜125aを透過して、赤色光Rおよび青色光Bと色合成され、照明投影分離用プリズム124を透過して投影レンズ127に投影される。
【0009】
さらに、特許文献2に示されるように、反射型空間光変調器としてDMD素子を用いた3板型の投影型表示装置がある。図25は、特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図であり、図26は、その概略側面図である。この投影型表示装置では、全反射型光分離プリズム131に入射した照明光は、全反射面131aで全反射され、クロスダイクロイックプリズム132に入射する。クロスダイクロイックプリズム132に入射した照明光は、2つのクロスダイクロイック面132a,132bにおいて赤色光R、緑色光G、青色光Bの3原色に色分離される。色分離された各色光は、互いに直交する3方向に向かい、各色光に対応させたDMD素子133R,133G,133Bに入射する。各DMD素子133R,133G,133Bは、極小反射鏡をオン/オフ制御することで各色光に対応する画像を形成し、これを偏向反射する。
【0010】
各DMD素子133R,133G,133Bで偏向反射された各色光(変調光)は、クロスダイクロイックプリズム132で再合成され、全反射型分離プリズム131を経て投影レンズ134へ向かい、スクリーン等に投影される。
【0011】
【特許文献1】特開2000−171923号公報
【特許文献2】特開2007−25287号公報
【非特許文献1】光技術情報誌「ライトエッジ」No.19/特集 映像…デジタル化時代に向けて(2000年7月発行)第3章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献1に示される投影型表示装置の場合、照明投影分離を行うための偏光ビームスプリッタ102と色分離合成を行うプリズム103とが別体で構成されている。加えて、偏光ビームスプリッタ102は、2個のプリズム102A,102Bからなり、色分離合成用のプリズム103は異なる種類の3個のプリズム103A〜103Cからなり、合計5個のプリズムが必要となる。3板型の反射型液晶ライトバルブに代えて、2板型の反射型ライトバルブを用いる構成にしても、色分離合成用のプリズムは異なる種類の2個のプリズムからなり、合計4個のプリズムが必要となる。よって、照明投影分離および色分離合成のための光学部品の数や種類が多く、光学系が大型化・コストアップ化する要因となっている。
【0013】
また、色分離合成用のプリズム103を構成する少なくとも2つのプリズム103A,103Bは、全反射のためにエアーギャップを介して配置されるため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。色分離合成用のプリズム103と偏光ビームスプリッタ102との間についても、全反射のためにエアーギャップが必要であり、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103と偏光ビームスプリッタ102の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。また、投影レンズ105に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを透過する光(特に、エアーギャップを往復する赤色光Rと緑色光G)が存在し、その光量ロスが大きなものとなってしまう。
【0014】
さらに、特許文献1の場合、各液晶ライトバルブ104R,104G,104Bで反射された光は、入射光軸と逆の方向に進行する、垂直照明垂直反射用の構成が示されているが、照明光と投影光の光路、ダイクロイック膜や偏光膜に対する照明光と投影光の入射角を異ならせれば、非特許文献1や特許文献2に示されるDMD素子のような偏向型映像表示素子を用いる構成や、反射型液晶ライトバルブに対する斜め照明用の構成も可能である。しかしながら、ダイクロイック膜や偏光膜を照明光と投影光の両方に作用するようにすると、照明光の入射角と投影光の入射角が異なるので、照明光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性と、投影光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性が異なり、光量低下やコントラスト低下などの問題を生ずる。
【0015】
例えば、ダイクロイック膜の入射角依存性として、図27に実線で示すように、照明光の入射角に対する特性が最適化されている場合において、投影光の入射角に対する最適化特性が破線のような特性であるとすると、領域A部分は、ダイクロイック膜で反射すれば投影されるが、実際にはダイクロイック膜では反射されないので、投影されず、投影光のロスを生ずる部分となってしまう。偏光膜の場合も同様である。
【0016】
これらの問題点は、非特許文献1における照明投影分離用プリズム115,124、色分離合成プリズム116,125や、特許文献2に示される全反射型光分離プリズム131、クロスダイクロイックプリズム132の場合も同様である。
【0017】
即ち、これらの従来技術によれば、照明投影分離と色分離合成とを別体構成としていることによる問題点と、エアーギャップ介在に伴う問題点と、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点とがある。
【0018】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアーギャップ介在に伴う問題点や、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点を解消して、照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型表示装置は、色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を前記偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする。
【0020】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜と前記偏光膜とは、同一平面上で重ならない位置に配設されていることを特徴とする。
【0021】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記色分離合成プリズムは、同一形状の2個のプリズムを接合させてなるケスタ型プリズムであることを特徴とする。
【0022】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であり、その断面が直角三角形であることを特徴とする。
【0023】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする。
【0024】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする。
【0025】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素の前記第2の面部分と前記第2のプリズム要素の前記第3の面部分とは、前記第1および第2のプリズム要素が接合されて組み立てられた状態において同一面であることを特徴とする。
【0026】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器と前記色分離合成プリズムとの間にフィールドレンズを備えることを特徴とする。
【0027】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記フィールドレンズを透過した投影光の主光線は、収束状態で、瞳位置が前記色分離合成プリズムの外部に形成されることを特徴とする。
【0028】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする。
【0029】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記2板型の反射型空間光変調器は、赤色光R用と、緑色光Gおよび青色光B用とであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明にかかる投影型表示装置は、少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材を経て入射する照明光をダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の反射型空間光変調器に導き、複数の反射型空間光変調器で変調され照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を偏光膜で色合成して投影レンズに向けて出射させるようにしたので、単純で安価・小型な1個の接合型の色分離合成プリズムによって照明投影分離と色分離合成の機能を実現することができるという効果を奏する。このためにも、接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する接合型の1個の色分離合成プリズムを備えればよいので、照明光や投影光の光路上にエアーギャップが介在せず、よって、エアーギャップ介在に伴う光量ロス等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。さらには、ダイクロイック膜は照明光の色分離のみに使用し、偏光膜は投影光の色合成のみに使用するので、入射角のばらつきを抑制できるためダイクロイック膜や偏光膜の特性劣化が少なく、よって、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う光量低下等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明を実施するための最良の形態である投影型表示装置について図面を参照して説明する。
【0032】
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。本実施の形態の投影型表示装置1は、反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の2板型の投影型表示装置への適用例を示す。
【0033】
本実施の形態の投影型表示装置1は、概略的には、光源2、波長選択性偏光素子3、インテグレータロッド4、リレー光学系5、色分離合成プリズム10、2つのDMD素子6R,6GB、および投影レンズ7を備える。
【0034】
光源2は、DMD素子6R,6GBを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。波長選択性偏光素子3は、光源2から出射された白色光(照明光)の偏光方向を波長選択的にP偏光からS偏光に変換するためのフィルタ部材として設けられたものである。図2は、波長選択性偏光素子3の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態で用いる波長選択性偏光素子3は、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動されるもので、例えば、放射状に均等に4分割された領域G−CS,B−CSを交互に有する。領域G−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の緑色光Gの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(緑色光Gを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや青色光Bは偏光変換されずに透過する。領域B−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の青色光Bの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(青色光Bを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや緑色光Gは偏光変換されずに透過する。よって、これら領域G−CS,B−CSを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子3を回転させることにより、緑色光Gと青色光Bとの偏光状態が時分割的に交互にP偏光からS偏光に変換され、赤色光Rは偏光変換されず、投影光として常に有効になる。なお、領域G−CS,B−CSを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等2分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子3の前段に、白色光の偏光状態をP偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。
【0035】
インテグレータロッド4は、照明光を均質化させるために必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系5は、インテグレータロッド4を経た照明光を、色分離合成プリズム10の所定位置に入射させるためのものである。
【0036】
また、DMD素子は、非特許文献1、特許文献2等に示されるように、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御(オンオフ制御)を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、3原色RGBのうちの1色である赤色光R用のDMD素子6Rと、残りの2色である緑色光Gと青色光Bとの2色分を波長選択性偏光素子3に従い時分割で共用するDMD素子6GBとを備える2板型として構成されている。
【0037】
さらに、投影レンズ7は、DMD素子6R,6GBによって変調された色光として色分離合成プリズム10から出射される投影光を図示しないスクリーンに向けて投影させるためのものである。
【0038】
ついで、本実施の形態の特徴とする色分離合成プリズム10について説明する。図3は、色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。本実施の形態で用いる色分離合成プリズム10は、直角三角形の同一断面形状を有する三角柱状の2個のプリズム11,12をプリズム接合面13で一体に接合させてなるケスタ型プリズムであり、プリズム接合面13にダイクロイック膜14と偏光膜15とを有する。ダイクロイック膜14と偏光膜15とは、重ならないようにプリズム接合面13内で高さ方向に異なる位置にずらして配設されている。また、プリズム接合面13は、フラットな面として形成されており、ダイクロイック膜14と偏光膜15とは同一平面上に配設されている。すなわち、ダイクロイック膜14と偏光膜15とは同一平面内において互いに重ならないよう異なる位置に配設されている。
【0039】
なお、色分離合成プリズム10の形状は、機能的にケスタ型プリズム形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状のプリズム11,12の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。第1のプリズム要素であるプリズム11は、プリズム面10a,10bとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。第2のプリズム要素であるプリズム12は、プリズム面10c,10dとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。また、2個のプリズム11,12を同一形状ではなく別形状とすれば、色分離合成プリズムの構成が容易になる。
【0040】
ここで、ダイクロイック膜14は、照明光の色分離用であり、赤色光Rは反射させ、緑色光Gおよび青色光Bは透過させる特性に設定されている。このため、波長選択性偏光素子3を経て色分離合成プリズム10のプリズム面10aに入射する照明光の光軸は、ダイクロイック膜14に向かうように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14で反射された赤色光Rは、プリズム面10aで全反射されてプリズム面10bから出射しDMD素子6Rを斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14を透過した緑色光Gおよび青色光Bは、プリズム面10cで全反射されてプリズム面10dから出射しDMD素子6GBを斜めに照明するように光路設定されている。すなわち、DMD素子6R,6GBの上面に対しては、その斜め方向から照明光が入射するものであり、DMD素子6R,6GBから出射される変調光のうちスクリーンに向かういわゆるオン光はDMD素子6R,6GBの上面に対して垂直に出射されるものである。
【0041】
また、偏光膜15は、DMD素子6R,6GBで変調された色光である投影光の色合成用であり、P偏光は透過させ、S偏光は反射させる特性に設定されている。このため、DMD素子6R,6GBのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6R,6GBによってプリズム面10b,10dに対して照明光と異なる角度で略垂直に再入射する投影光がそれぞれプリズム面10a,10cで全反射されて偏光膜15に向かうように光路設定されている。ここで、本実施の形態では、DMD素子6Rで偏向反射された赤色の投影光の進行方向が投影方向に設定され、プリズム面10cが投影光の出射面となり、このプリズム面10cに対して投影レンズ7が所定位置に位置付けられている。
【0042】
このような構成において、色分離合成プリズム10の作用について、図4〜図7を参照して説明する。まず、光源2から出射された照明光中の緑色光G、青色光BのP偏光は波長選択性偏光素子3によって交互にS偏光に変換される。波長選択性偏光素子3を経てプリズム面10aに入射する照明光は、図4に示すように、ダイクロイック膜14に入射することで色分離される。すなわち、照明光中の赤色光Rは、ダイクロイック膜14で反射され、プリズム面10aで全反射された後、プリズム面10bを経て赤色用のDMD素子6Rを照明する。一方、照明光中の緑色光Gおよび青色光Bは、波長選択性偏光素子3を透過し、一方のP偏光成分がS偏光成分に変換される。ここで、照明光路上に偏光ビームスプリッタが存在しないので、共用のDMD素子6GBは、常にダイクロイック膜14を透過しプリズム面10cで全反射された緑色光Gおよび青色光Bによって照明される。すなわち、DMD素子6GBは、緑色光G(S偏光)と青色光(P偏光)、または緑色光G(P偏光)と青色光B(S偏光)によって照明される。
【0043】
赤色光Rで照明されたDMD素子6Rは、赤色用の色信号に基づき変調動作を行い、図5に示すように、赤色光Rを偏向させて、プリズム面10bに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この赤色光Rは、P偏光のままであるので、プリズム面10aにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15を透過し、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。
【0044】
一方、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のG−CS領域に照明光が当っている場合には、緑色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(a)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10dに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この際、緑色光GはG−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、プリズム面10cにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15で反射され、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、青色光BはP偏光のままであるので、プリズム面10cで全反射した後、偏光膜15を透過し廃棄される。
【0045】
また、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のB−CS領域に照明光が当っている場合には、青色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(b)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10dに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この際、青色光BはB−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、プリズム面10cにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15で反射され、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、緑色光GはP偏光のままであるので、プリズム面10cで全反射した後、偏光膜15を透過し廃棄される。
【0046】
すなわち、図5に示す赤色光Rの投影を常に行うとともに、図6(a)(b)に示す緑色光Gと青色光Bの投影を時分割で交互に行うこととなる。よって、投影レンズ7に対する投影光としては、偏光膜152の機能により、図7に示すように、赤色光Rと緑色光G、または赤色光Rと青色光Bとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【0047】
このように本実施の形態の投影型表示装置1によれば、2個の三角形状のプリズム11,12を接合させた単純で安価・小型な1個の色分離合成プリズム10だけで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。特に、色分離合成プリズム10は、同一形状の1種類のプリズム11,12を2個接合させてなり、エアーギャップも存在しないので、製造や保持が容易となる。また、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム10にエアーギャップが存在しないので、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。また、ダイクロイック膜14や偏光膜15は、同一平面をなすプリズム接合面13に形成されているので、これらの膜を作製する際のプリズムの取り扱いが容易であり、色分離合成プリズム10自体の製造も容易となる。さらに、照明光と投影光との角度を異ならせることを利用して、ダイクロイック膜14を照明光の色分離のみに使用し、偏光膜15を投影光の色合成のみに使用することで、照明投影分離および色分離合成の機能を発揮させているので、ダイクロイック膜14は照明光のみを考慮し、偏光膜15は投影光のみを考慮した設計とすればよく、入射光に対する特性劣化を回避することができる。さらには、プリズム面10b,10dを接合して組み立てた状態で同一面を形成するようにすれば、2つのDMD素子6R,6GBを同一平面上に配置させることができるので、これらのDMD素子6R,6GBのワンチップ化によりパッケージングや保持を一層容易なものとすることができる。
【0048】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。以下、各種変形例を例示する。
【0049】
(変形例1)
図8は、変形例1の色分離合成プリズム10Aの構成例を示す底面図であり、図9は、図8の正面図である。本実施の形態では、ダイクロイック膜14と偏光膜15とを色分離合成プリズム10の正面から見て高さ方向に配設させたが、変形例1では、ダイクロイック膜14と偏光膜15とを色分離合成プリズム10Aの正面から見て前後方向にずらしてそれぞれ異なる位置に配設させ両者が重ならないようにしたものである。このようなダイクロイック膜14と偏光膜15との配設位置によっても、色分離合成プリズム10Aによって照明投影分離および色分離合成の機能を発揮させることができる。
【0050】
(変形例2)
図10は、変形例2の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図であり、図11は、その投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。変形例2では、色分離合成プリズム10のプリズム面10b,10dと各DMD素子6R,6GBとの間にフィールドレンズ8を配置させたものである。フィールドレンズ8は、照明系の一部であり投影系の一部でもあるので、照明系と投影系との双方の収差補正に寄与する。また、投影光学系は、フィールドレンズ8と投影レンズ7とにより構成されるとすると、この撮影光学系は、DMD素子6R,6GBに対してテレセントリック光学系を構成するが、フィールドレンズ8によって投影レンズ7の瞳位置をDMD素子6R,6GB側に近づけている。この結果、フィールドレンズ8以降の投影光学系の光束径を小さくすることができ、色分離合成プリズム10を一層小型化できる。また、投影レンズ7の大きさも小さくすることができる。
【0051】
(変形例3)
図12は、変形例3の投影型表示装置の要部構成例および投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。変形例3では、フィールドレンズ8を透過した投影光の主光線が、収束状態で、瞳位置が色分離合成プリズム10の外部に形成されるようにしたものである。これにより、投影レンズ7の入射瞳位置は、偏光膜15付近あるいは偏光膜15より投影レンズ7側(投影レンズ7内部を含む)となるようにしたものである。
【0052】
変形例2では、色分離合成プリズム10の小型化を優先して投影レンズ7の入射瞳をプリズム接合面13の偏光膜15の位置に設定したが、変形例3のように、投影レンズ7の入射瞳をプリズム射出後直後の位置に設定することで投影レンズ7の小型化を図ることができる。
【0053】
(変形例4)
図13は、変形例4の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。変形例4では、ダイクロイック膜14と偏光膜21との位置が入れ替えられている。これにより、プリズム面10aが照明光の入射面、プリズム面10cが投影光の出射面とされている。よって、投影レンズ7等の光学部品の配置が、図1等に示すような配置に限られず、設計自由度が増す。
【0054】
(変形例5)
図14は、変形例5の投影型表示装置の一部の構成例を示す正面図である。変形例5では、反射型空間光変調器としてDMD素子に代えて反射型液晶ライトバルブ31を用いるようにしたものである。反射型液晶ライトバルブ31の法線に対して照明光を図14に示すように斜め入射させると、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光は斜めに正反射するので、照明光路と投影光路とを分離できる。よって、照明光がダイクロイック膜14を経て反射型液晶ライトバルブ31に斜め入射し、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光が偏光膜15(あるいは、21)を経るようにすることで、2板型の反射型液晶ライトバルブの場合にも適用可能となる。
【0055】
この際、図15に示すように、フィールドレンズ8の中心を反射型液晶ライトバルブ31の中心に対して偏心させることで、投影光の光軸を反射型液晶ライトバルブ31に対して略垂直向きとなるようにし、DMD素子の場合に近づけるようにしてもよい。
【0056】
(変形例6)
図16は、変形例6の波長選択性偏光素子3Aの構成例を示す正面図であり、図17は、領域C−CSを透過した照明光に基づく投影光の様子を示す正面図である。変形例6では、波長選択性偏光素子3Aを基本的に領域G−CS,B−CSに2分割するとともに、その境界部の一部の領域にシアン光C(緑色光G+青色光B)の偏光方向をP偏光からS偏光に変換する領域C−CSを付加したものである。
【0057】
照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、赤色光Rは、P偏光のままであり、図17(a)に示すようにDMD素子6Rで偏向反射された後、偏光膜15を透過して投影光として投射レンズ7に向かう。一方、緑色光Gは、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図17(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。青色光Bも、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図17(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。よって、照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、投影光としてはRGBの白色光が投影されるので、明るさを向上させることができる。
【0058】
(変形例7)
図18は、変形例7の波長選択性偏光素子3Bの構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。変形例7では、ホイール形状の波長選択性偏光素子3に代えて、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bを用いたものである。波長選択性偏光素子3Bは、その外周面上に領域G−CS,B−CSが交互に均等分割されて回転駆動されるもので、外周面の特定位置に入射する照明光に対して領域G−CS,B−CSが時分割的に偏光方向変換機能を発揮し、内部に一体に形成された円錐台形状のミラー41で所望の方向に反射させる。なお、図18(b)は、波長選択性偏光素子3Bの基準軸方向を示している。
【0059】
なお、波長選択性偏光素子3Bと一体的なミラー41に代えて、図19に示すように、固定配置させた固定ミラー42によって波長選択性偏光素子3Bを透過した光を所望方向に反射させるようにしてもよい。
【0060】
さらに、図20に示すように、波長選択性偏光素子3Bおよびミラー41に対する入射方向を逆に設定してもよい。この際、光源2からの照明光を波長選択性偏光素子3Bとインテグレータロッド4との間付近に集光させるようにすれば、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bおよびインテグレータロッド4における光束径を小さくすることができる。
【0061】
入射光の偏光方向は各フィルタの基準軸方向と一致しており、この各フィルタの基準軸方向の偏光光を入射すると、各フィルタに対応する光の特定の波長の偏光方向を最も効率よく変えることができる。ここで、もし各フィルタの基準軸方向と入射光の偏光方向の相対的な位置関係がずれると光における特定の波長の偏光方向を変換する機能が劣化する。例えば、偏光方向を90度回転させることを目的としている光の特定の波長域がずれてしまったり、入射光の透過率が落ちるなどの劣化を生じる。しかしながら、図18に示すように、カラーセレクトホイール(波長選択性偏光素子)をドラム状にすることで、入射光の偏光方向と各フィルタの基準軸方向の相対的な位置関係が常に一定となり、光における特定の波長の偏光方向を変換する作用の劣化を抑制できる。
【0062】
(変形例8)
図21は、変形例8の色分離合成プリズムの構成例を示す概略正面図である。変形例8では、例えば図7に示した色分離合成プリズムのプリズム面10cから出射する光路上にR用のカラーセレクト(波長選択性偏光素子)51を固定配置させたものである。
【0063】
プリズム面10cから出射する光のうち、緑色光Gまたは青色光BはS偏光で、赤色光RはP偏光である。ここで、R用カラーセレクト51で、赤色光RをP偏光からS偏光に変換する。これにより、投影レンズ7に向かう投影光の偏光が揃うので、偏光スクリーンを用い、コントラストを向上させることができる。
【0064】
(変形例9)
この他、フィルタ部材としては、カラーリンク社のカラースイッチ(登録商標)を用いるようにしてもよい。また、回転式の波長選択性偏光素子3,3A,3Bに限らず、直線状に往復移動するタイプであってもよい。
【0065】
また、反射型空間光変調器に関する2板型の構成として、本実施の形態では、緑色光G用と青色光B用とで時分割で共用するようにしたが、緑色光G用と赤色光R用とで時分割で共用し、あるいは、赤色光R用と青色光B用とで時分割で共用するようにしてもよい。波長選択性偏光素子3,3A,3B(フィルタ部材)の構成も、このような構成に対応させて、偏光方向を変換させる色光を変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。
【図2】波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図3】色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。
【図4】色分離合成プリズムの照明光に対する作用を示す正面図である。
【図5】色分離合成プリズムの赤色投射光に対する作用を示す正面図である。
【図6】色分離合成プリズムの緑色投射光および青色投射光に対する作用を示す正面図である。
【図7】色分離合成プリズムの投射光に対する作用を示す正面図である。
【図8】変形例1の色分離合成プリズムの構成例を示す底面図である。
【図9】図8の正面図である。
【図10】変形例2の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。
【図11】図10の投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。
【図12】変形例3の投影型表示装置の要部構成例および投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。
【図13】変形例4の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。
【図14】変形例5の投影型表示装置の一部の構成例を示す正面図である。
【図15】変形例5の投影型表示装置の一部の別の構成例を示す正面図である。
【図16】変形例6の波長選択性偏光素子の構成例を示す正面図である。
【図17】領域C−CSを透過した照明光に基づく投影光の様子を示す正面図である。
【図18】変形例7の波長選択性偏光素子の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図19】変形例7の波長選択性偏光素子の別の構成例を示す断面図である。
【図20】変形例7の波長選択性偏光素子のさらに別の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図21】変形例8の色分離合成プリズムの構成例を示す概略正面図である。
【図22】特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図23】非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図24】非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図25】特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図である。
【図26】図25の概略側面図である。
【図27】ダイクロイック膜の入射角依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
【0067】
3,3A,3B 波長選択性偏光素子
6R,6GB DMD素子
7 投影レンズ
10 色分離合成プリズム
11,12 プリズム
13 プリズム接合面
14 ダイクロイック膜
15,21 偏光膜
31 反射型液晶ライトバルブ
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の反射型空間光変調器を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、投影型表示装置としては、各種方式のものがあるが、その一例として、複数の反射型空間光変調器を用いる多板型の投影型表示装置がある。
【0003】
このような投影型表示装置の一つに、特許文献1に示されるように反射型空間光変調器として反射型ライトバルブを用いた投影型表示装置がある。図22は、特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源101からの照明光を偏光ビームスプリッタ102の偏光膜102aを透過させて第1〜第3プリズム103A,103B,103Cの組合せからなる色分離合成用のプリズム103に入射させる。ここで、照明光の内、青色光Bは第1プリズム103Aの青色反射ダイクロイック膜103aで反射させることで色分離してプリズム面103bで全反射させ青色用の反射型液晶ライトバルブ104Bに導く。また、照明光の内、赤色光Rは第2,第3プリズム103B,103Cの接合面の赤色反射ダイクロイック膜103cで反射させることで色分離しプリズム面103dで全反射させて赤色用の反射型液晶ライトバルブ104Rに導く。照明光の内、緑色光Gは赤色反射ダイクロイック膜103cを透過させることで色分離してプリズム面103eで全反射させて緑色用の反射型液晶ライトバルブ104Gに導く。
【0004】
反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gは、いずれも多数の画素を有し、色信号によって選択された画素部分へのP偏光の入射光をS偏光に変換して反射・射出する変調機能を有する。これら反射型液晶ライトバルブ104B,104R,104Gからの反射光は、入射光(照明光)と逆の方向に進行し、プリズム面103bでは色合成光となって偏光ビームスプリッタ102に再び入射する。ここで、色合成光の内、変調光であるS偏光は、偏光膜102aで反射されることで照明光と分離されて投影レンズ105に投影光として入射し、投影レンズ105によってスクリーン等に投影される。
【0005】
また、非特許文献1に示されるように反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の投影型表示装置がある。図23は、非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源111から出射される照明光(白色光)中の赤色光Rと緑色光Gとを透過させるイエーロY領域と、赤色光Rと青色光Bとを透過させるマゼンタM領域とが光軸に対して時分割で交互に切り換えられるカラーホイール112を備える。このカラーホイール112、インテグレータロッド113およびリレー光学系114を透過した照明光は、プリズム115A,115Bからなる照明投影分離用プリズム115に入射し、エアーギャップを有するプリズム面115aで全反射されてプリズム116A,116Bからなる色分離合成プリズム116に入射する。色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、赤色光Rは、赤色反射ダイクロイック膜116aで反射させることで色分離され、プリズム面116bで全反射されて赤色用のDMD素子117Rに導かれる。一方、色分離合成プリズム116に入射した照明光のうち、緑色光Gまたは青色光Bは、カラーホイール112の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜116aを透過させて色分離され、緑/青色用のDMD素子117GBに導かれる。
【0006】
ここで、DMD素子117R,117GBは、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。DMD素子117Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム116のプリズム面116cに略垂直に入射し、プリズム面116bで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜116aで反射され、照明投影分離用プリズム115を経て投影レンズ118に投影される。一方、DMD素子117GBにより時分割で反射される緑色光Gまたは青色光Bは、色分離合成プリズム116のプリズム面116dに略垂直に入射し、ダイクロイック膜116aを透過して赤色光Rと色合成され、照明投影分離用プリズム115を透過して投影レンズ118に投影される。
【0007】
図24は、非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源121から出射される照明光(白色光)は、インテグレータロッド122およびリレー光学系123を透過し、プリズム124A,124Bからなる照明投影分離用プリズム124に入射し、エアーギャップを有するプリズム面124aで全反射されてプリズム125A,125B,125Cからなる色分離合成プリズム125に入射する。色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、青色光Bは、青色反射ダイクロイック膜125aで反射させることで色分離され、プリズム面125bで全反射されて青色用のDMD素子126Bに導かれる。一方、色分離合成プリズム125に入射した照明光のうち、赤色光Rは、青色反射ダイクロイック膜125aを透過後、赤色反射ダイクロイック膜125cで反射させることで色分離され、エアーギャップを有するプリズム面125dで全反射されて赤色用のDMD素子126Rに導かれる。さらに、緑色光Gは、青色反射ダイクロイック膜125a、赤色反射ダイクロイック膜125cを透過して緑色用のDMD素子126Gに導かれる。
【0008】
DMD素子126Bにより反射される青色光Bは、色分離合成プリズム125のプリズム面125eに略垂直に入射し、プリズム面125bで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜125aで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。また、DMD素子126Rにより反射される赤色光Rは、色分離合成プリズム125のプリズム面125fに略垂直に入射し、プリズム面125dで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜125cで反射され、照明投影分離用プリズム124を経て投影レンズ127に投影される。さらに、DMD素子126Gにより反射される緑色光Gは、色分離合成プリズム125のプリズム面125gに略垂直に入射し、赤色反射ダイクロイック膜125c、青色ダイクロイック膜125aを透過して、赤色光Rおよび青色光Bと色合成され、照明投影分離用プリズム124を透過して投影レンズ127に投影される。
【0009】
さらに、特許文献2に示されるように、反射型空間光変調器としてDMD素子を用いた3板型の投影型表示装置がある。図25は、特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図であり、図26は、その概略側面図である。この投影型表示装置では、全反射型光分離プリズム131に入射した照明光は、全反射面131aで全反射され、クロスダイクロイックプリズム132に入射する。クロスダイクロイックプリズム132に入射した照明光は、2つのクロスダイクロイック面132a,132bにおいて赤色光R、緑色光G、青色光Bの3原色に色分離される。色分離された各色光は、互いに直交する3方向に向かい、各色光に対応させたDMD素子133R,133G,133Bに入射する。各DMD素子133R,133G,133Bは、極小反射鏡をオン/オフ制御することで各色光に対応する画像を形成し、これを偏向反射する。
【0010】
各DMD素子133R,133G,133Bで偏向反射された各色光(変調光)は、クロスダイクロイックプリズム132で再合成され、全反射型分離プリズム131を経て投影レンズ134へ向かい、スクリーン等に投影される。
【0011】
【特許文献1】特開2000−171923号公報
【特許文献2】特開2007−25287号公報
【非特許文献1】光技術情報誌「ライトエッジ」No.19/特集 映像…デジタル化時代に向けて(2000年7月発行)第3章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、特許文献1に示される投影型表示装置の場合、照明投影分離を行うための偏光ビームスプリッタ102と色分離合成を行うプリズム103とが別体で構成されている。加えて、偏光ビームスプリッタ102は、2個のプリズム102A,102Bからなり、色分離合成用のプリズム103は異なる種類の3個のプリズム103A〜103Cからなり、合計5個のプリズムが必要となる。3板型の反射型液晶ライトバルブに代えて、2板型の反射型ライトバルブを用いる構成にしても、色分離合成用のプリズムは異なる種類の2個のプリズムからなり、合計4個のプリズムが必要となる。よって、照明投影分離および色分離合成のための光学部品の数や種類が多く、光学系が大型化・コストアップ化する要因となっている。
【0013】
また、色分離合成用のプリズム103を構成する少なくとも2つのプリズム103A,103Bは、全反射のためにエアーギャップを介して配置されるため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。色分離合成用のプリズム103と偏光ビームスプリッタ102との間についても、全反射のためにエアーギャップが必要であり、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム103と偏光ビームスプリッタ102の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。また、投影レンズ105に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを透過する光(特に、エアーギャップを往復する赤色光Rと緑色光G)が存在し、その光量ロスが大きなものとなってしまう。
【0014】
さらに、特許文献1の場合、各液晶ライトバルブ104R,104G,104Bで反射された光は、入射光軸と逆の方向に進行する、垂直照明垂直反射用の構成が示されているが、照明光と投影光の光路、ダイクロイック膜や偏光膜に対する照明光と投影光の入射角を異ならせれば、非特許文献1や特許文献2に示されるDMD素子のような偏向型映像表示素子を用いる構成や、反射型液晶ライトバルブに対する斜め照明用の構成も可能である。しかしながら、ダイクロイック膜や偏光膜を照明光と投影光の両方に作用するようにすると、照明光の入射角と投影光の入射角が異なるので、照明光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性と、投影光に対するダイクロイック膜や偏光膜の特性が異なり、光量低下やコントラスト低下などの問題を生ずる。
【0015】
例えば、ダイクロイック膜の入射角依存性として、図27に実線で示すように、照明光の入射角に対する特性が最適化されている場合において、投影光の入射角に対する最適化特性が破線のような特性であるとすると、領域A部分は、ダイクロイック膜で反射すれば投影されるが、実際にはダイクロイック膜では反射されないので、投影されず、投影光のロスを生ずる部分となってしまう。偏光膜の場合も同様である。
【0016】
これらの問題点は、非特許文献1における照明投影分離用プリズム115,124、色分離合成プリズム116,125や、特許文献2に示される全反射型光分離プリズム131、クロスダイクロイックプリズム132の場合も同様である。
【0017】
即ち、これらの従来技術によれば、照明投影分離と色分離合成とを別体構成としていることによる問題点と、エアーギャップ介在に伴う問題点と、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点とがある。
【0018】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアーギャップ介在に伴う問題点や、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う問題点を解消して、照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型表示装置は、色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を前記偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする。
【0020】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜と前記偏光膜とは、同一平面上で重ならない位置に配設されていることを特徴とする。
【0021】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記色分離合成プリズムは、同一形状の2個のプリズムを接合させてなるケスタ型プリズムであることを特徴とする。
【0022】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であり、その断面が直角三角形であることを特徴とする。
【0023】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする。
【0024】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする。
【0025】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第1のプリズム要素の前記第2の面部分と前記第2のプリズム要素の前記第3の面部分とは、前記第1および第2のプリズム要素が接合されて組み立てられた状態において同一面であることを特徴とする。
【0026】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器と前記色分離合成プリズムとの間にフィールドレンズを備えることを特徴とする。
【0027】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記フィールドレンズを透過した投影光の主光線は、収束状態で、瞳位置が前記色分離合成プリズムの外部に形成されることを特徴とする。
【0028】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする。
【0029】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記2板型の反射型空間光変調器は、赤色光R用と、緑色光Gおよび青色光B用とであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明にかかる投影型表示装置は、少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材を経て入射する照明光をダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の反射型空間光変調器に導き、複数の反射型空間光変調器で変調され照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を偏光膜で色合成して投影レンズに向けて出射させるようにしたので、単純で安価・小型な1個の接合型の色分離合成プリズムによって照明投影分離と色分離合成の機能を実現することができるという効果を奏する。このためにも、接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する接合型の1個の色分離合成プリズムを備えればよいので、照明光や投影光の光路上にエアーギャップが介在せず、よって、エアーギャップ介在に伴う光量ロス等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。さらには、ダイクロイック膜は照明光の色分離のみに使用し、偏光膜は投影光の色合成のみに使用するので、入射角のばらつきを抑制できるためダイクロイック膜や偏光膜の特性劣化が少なく、よって、ダイクロイック膜や偏光膜に対する入射角の異なる照明光と投影光との共用に伴う光量低下等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、本発明を実施するための最良の形態である投影型表示装置について図面を参照して説明する。
【0032】
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。本実施の形態の投影型表示装置1は、反射型空間光変調器としてDMD素子(Digital Micromirror Device)を用いたDLP(Digital Light Processing)方式の2板型の投影型表示装置への適用例を示す。
【0033】
本実施の形態の投影型表示装置1は、概略的には、光源2、波長選択性偏光素子3、インテグレータロッド4、リレー光学系5、色分離合成プリズム10、2つのDMD素子6R,6GB、および投影レンズ7を備える。
【0034】
光源2は、DMD素子6R,6GBを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。波長選択性偏光素子3は、光源2から出射された白色光(照明光)の偏光方向を波長選択的にP偏光からS偏光に変換するためのフィルタ部材として設けられたものである。図2は、波長選択性偏光素子3の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態で用いる波長選択性偏光素子3は、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動されるもので、例えば、放射状に均等に4分割された領域G−CS,B−CSを交互に有する。領域G−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の緑色光Gの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(緑色光Gを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや青色光Bは偏光変換されずに透過する。領域B−CSは、白色光に含まれる3原色RGB中の青色光Bの偏光方向をP偏光からS偏光に変換する(青色光Bを投影光として有効にする)領域であり、赤色光Rや緑色光Gは偏光変換されずに透過する。よって、これら領域G−CS,B−CSを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子3を回転させることにより、緑色光Gと青色光Bとの偏光状態が時分割的に交互にP偏光からS偏光に変換され、赤色光Rは偏光変換されず、投影光として常に有効になる。なお、領域G−CS,B−CSを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等2分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子3の前段に、白色光の偏光状態をP偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。
【0035】
インテグレータロッド4は、照明光を均質化させるために必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系5は、インテグレータロッド4を経た照明光を、色分離合成プリズム10の所定位置に入射させるためのものである。
【0036】
また、DMD素子は、非特許文献1、特許文献2等に示されるように、μmサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±12°の高速な振れ動作により角度制御(オンオフ制御)を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、3原色RGBのうちの1色である赤色光R用のDMD素子6Rと、残りの2色である緑色光Gと青色光Bとの2色分を波長選択性偏光素子3に従い時分割で共用するDMD素子6GBとを備える2板型として構成されている。
【0037】
さらに、投影レンズ7は、DMD素子6R,6GBによって変調された色光として色分離合成プリズム10から出射される投影光を図示しないスクリーンに向けて投影させるためのものである。
【0038】
ついで、本実施の形態の特徴とする色分離合成プリズム10について説明する。図3は、色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。本実施の形態で用いる色分離合成プリズム10は、直角三角形の同一断面形状を有する三角柱状の2個のプリズム11,12をプリズム接合面13で一体に接合させてなるケスタ型プリズムであり、プリズム接合面13にダイクロイック膜14と偏光膜15とを有する。ダイクロイック膜14と偏光膜15とは、重ならないようにプリズム接合面13内で高さ方向に異なる位置にずらして配設されている。また、プリズム接合面13は、フラットな面として形成されており、ダイクロイック膜14と偏光膜15とは同一平面上に配設されている。すなわち、ダイクロイック膜14と偏光膜15とは同一平面内において互いに重ならないよう異なる位置に配設されている。
【0039】
なお、色分離合成プリズム10の形状は、機能的にケスタ型プリズム形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状のプリズム11,12の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。第1のプリズム要素であるプリズム11は、プリズム面10a,10bとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。第2のプリズム要素であるプリズム12は、プリズム面10c,10dとプリズム接合面13とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。また、2個のプリズム11,12を同一形状ではなく別形状とすれば、色分離合成プリズムの構成が容易になる。
【0040】
ここで、ダイクロイック膜14は、照明光の色分離用であり、赤色光Rは反射させ、緑色光Gおよび青色光Bは透過させる特性に設定されている。このため、波長選択性偏光素子3を経て色分離合成プリズム10のプリズム面10aに入射する照明光の光軸は、ダイクロイック膜14に向かうように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14で反射された赤色光Rは、プリズム面10aで全反射されてプリズム面10bから出射しDMD素子6Rを斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜14を透過した緑色光Gおよび青色光Bは、プリズム面10cで全反射されてプリズム面10dから出射しDMD素子6GBを斜めに照明するように光路設定されている。すなわち、DMD素子6R,6GBの上面に対しては、その斜め方向から照明光が入射するものであり、DMD素子6R,6GBから出射される変調光のうちスクリーンに向かういわゆるオン光はDMD素子6R,6GBの上面に対して垂直に出射されるものである。
【0041】
また、偏光膜15は、DMD素子6R,6GBで変調された色光である投影光の色合成用であり、P偏光は透過させ、S偏光は反射させる特性に設定されている。このため、DMD素子6R,6GBのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、DMD素子6R,6GBによってプリズム面10b,10dに対して照明光と異なる角度で略垂直に再入射する投影光がそれぞれプリズム面10a,10cで全反射されて偏光膜15に向かうように光路設定されている。ここで、本実施の形態では、DMD素子6Rで偏向反射された赤色の投影光の進行方向が投影方向に設定され、プリズム面10cが投影光の出射面となり、このプリズム面10cに対して投影レンズ7が所定位置に位置付けられている。
【0042】
このような構成において、色分離合成プリズム10の作用について、図4〜図7を参照して説明する。まず、光源2から出射された照明光中の緑色光G、青色光BのP偏光は波長選択性偏光素子3によって交互にS偏光に変換される。波長選択性偏光素子3を経てプリズム面10aに入射する照明光は、図4に示すように、ダイクロイック膜14に入射することで色分離される。すなわち、照明光中の赤色光Rは、ダイクロイック膜14で反射され、プリズム面10aで全反射された後、プリズム面10bを経て赤色用のDMD素子6Rを照明する。一方、照明光中の緑色光Gおよび青色光Bは、波長選択性偏光素子3を透過し、一方のP偏光成分がS偏光成分に変換される。ここで、照明光路上に偏光ビームスプリッタが存在しないので、共用のDMD素子6GBは、常にダイクロイック膜14を透過しプリズム面10cで全反射された緑色光Gおよび青色光Bによって照明される。すなわち、DMD素子6GBは、緑色光G(S偏光)と青色光(P偏光)、または緑色光G(P偏光)と青色光B(S偏光)によって照明される。
【0043】
赤色光Rで照明されたDMD素子6Rは、赤色用の色信号に基づき変調動作を行い、図5に示すように、赤色光Rを偏向させて、プリズム面10bに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この赤色光Rは、P偏光のままであるので、プリズム面10aにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15を透過し、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。
【0044】
一方、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のG−CS領域に照明光が当っている場合には、緑色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(a)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10dに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この際、緑色光GはG−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、プリズム面10cにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15で反射され、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、青色光BはP偏光のままであるので、プリズム面10cで全反射した後、偏光膜15を透過し廃棄される。
【0045】
また、緑色光Gおよび青色光Bで照明されたDMD素子6GBは、波長選択性偏光素子3のB−CS領域に照明光が当っている場合には、青色用の色信号に基づき変調動作を行い、図6(b)に示すように、緑色光Gおよび青色光Bを偏向させて、プリズム面10dに対して照明光の場合と異なり略垂直となるように再入射させる。この際、青色光BはB−CS領域を透過してS偏光に変換されているので、プリズム面10cにおいて照明光とは異なる位置、角度で全反射した後、偏光膜15で反射され、プリズム面10cから投影光として投影レンズ7に向けて出射する。また、緑色光GはP偏光のままであるので、プリズム面10cで全反射した後、偏光膜15を透過し廃棄される。
【0046】
すなわち、図5に示す赤色光Rの投影を常に行うとともに、図6(a)(b)に示す緑色光Gと青色光Bの投影を時分割で交互に行うこととなる。よって、投影レンズ7に対する投影光としては、偏光膜152の機能により、図7に示すように、赤色光Rと緑色光G、または赤色光Rと青色光Bとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【0047】
このように本実施の形態の投影型表示装置1によれば、2個の三角形状のプリズム11,12を接合させた単純で安価・小型な1個の色分離合成プリズム10だけで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。特に、色分離合成プリズム10は、同一形状の1種類のプリズム11,12を2個接合させてなり、エアーギャップも存在しないので、製造や保持が容易となる。また、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム10にエアーギャップが存在しないので、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。また、ダイクロイック膜14や偏光膜15は、同一平面をなすプリズム接合面13に形成されているので、これらの膜を作製する際のプリズムの取り扱いが容易であり、色分離合成プリズム10自体の製造も容易となる。さらに、照明光と投影光との角度を異ならせることを利用して、ダイクロイック膜14を照明光の色分離のみに使用し、偏光膜15を投影光の色合成のみに使用することで、照明投影分離および色分離合成の機能を発揮させているので、ダイクロイック膜14は照明光のみを考慮し、偏光膜15は投影光のみを考慮した設計とすればよく、入射光に対する特性劣化を回避することができる。さらには、プリズム面10b,10dを接合して組み立てた状態で同一面を形成するようにすれば、2つのDMD素子6R,6GBを同一平面上に配置させることができるので、これらのDMD素子6R,6GBのワンチップ化によりパッケージングや保持を一層容易なものとすることができる。
【0048】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。以下、各種変形例を例示する。
【0049】
(変形例1)
図8は、変形例1の色分離合成プリズム10Aの構成例を示す底面図であり、図9は、図8の正面図である。本実施の形態では、ダイクロイック膜14と偏光膜15とを色分離合成プリズム10の正面から見て高さ方向に配設させたが、変形例1では、ダイクロイック膜14と偏光膜15とを色分離合成プリズム10Aの正面から見て前後方向にずらしてそれぞれ異なる位置に配設させ両者が重ならないようにしたものである。このようなダイクロイック膜14と偏光膜15との配設位置によっても、色分離合成プリズム10Aによって照明投影分離および色分離合成の機能を発揮させることができる。
【0050】
(変形例2)
図10は、変形例2の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図であり、図11は、その投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。変形例2では、色分離合成プリズム10のプリズム面10b,10dと各DMD素子6R,6GBとの間にフィールドレンズ8を配置させたものである。フィールドレンズ8は、照明系の一部であり投影系の一部でもあるので、照明系と投影系との双方の収差補正に寄与する。また、投影光学系は、フィールドレンズ8と投影レンズ7とにより構成されるとすると、この撮影光学系は、DMD素子6R,6GBに対してテレセントリック光学系を構成するが、フィールドレンズ8によって投影レンズ7の瞳位置をDMD素子6R,6GB側に近づけている。この結果、フィールドレンズ8以降の投影光学系の光束径を小さくすることができ、色分離合成プリズム10を一層小型化できる。また、投影レンズ7の大きさも小さくすることができる。
【0051】
(変形例3)
図12は、変形例3の投影型表示装置の要部構成例および投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。変形例3では、フィールドレンズ8を透過した投影光の主光線が、収束状態で、瞳位置が色分離合成プリズム10の外部に形成されるようにしたものである。これにより、投影レンズ7の入射瞳位置は、偏光膜15付近あるいは偏光膜15より投影レンズ7側(投影レンズ7内部を含む)となるようにしたものである。
【0052】
変形例2では、色分離合成プリズム10の小型化を優先して投影レンズ7の入射瞳をプリズム接合面13の偏光膜15の位置に設定したが、変形例3のように、投影レンズ7の入射瞳をプリズム射出後直後の位置に設定することで投影レンズ7の小型化を図ることができる。
【0053】
(変形例4)
図13は、変形例4の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。変形例4では、ダイクロイック膜14と偏光膜21との位置が入れ替えられている。これにより、プリズム面10aが照明光の入射面、プリズム面10cが投影光の出射面とされている。よって、投影レンズ7等の光学部品の配置が、図1等に示すような配置に限られず、設計自由度が増す。
【0054】
(変形例5)
図14は、変形例5の投影型表示装置の一部の構成例を示す正面図である。変形例5では、反射型空間光変調器としてDMD素子に代えて反射型液晶ライトバルブ31を用いるようにしたものである。反射型液晶ライトバルブ31の法線に対して照明光を図14に示すように斜め入射させると、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光は斜めに正反射するので、照明光路と投影光路とを分離できる。よって、照明光がダイクロイック膜14を経て反射型液晶ライトバルブ31に斜め入射し、反射型液晶ライトバルブ31で変調された投影光が偏光膜15(あるいは、21)を経るようにすることで、2板型の反射型液晶ライトバルブの場合にも適用可能となる。
【0055】
この際、図15に示すように、フィールドレンズ8の中心を反射型液晶ライトバルブ31の中心に対して偏心させることで、投影光の光軸を反射型液晶ライトバルブ31に対して略垂直向きとなるようにし、DMD素子の場合に近づけるようにしてもよい。
【0056】
(変形例6)
図16は、変形例6の波長選択性偏光素子3Aの構成例を示す正面図であり、図17は、領域C−CSを透過した照明光に基づく投影光の様子を示す正面図である。変形例6では、波長選択性偏光素子3Aを基本的に領域G−CS,B−CSに2分割するとともに、その境界部の一部の領域にシアン光C(緑色光G+青色光B)の偏光方向をP偏光からS偏光に変換する領域C−CSを付加したものである。
【0057】
照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、赤色光Rは、P偏光のままであり、図17(a)に示すようにDMD素子6Rで偏向反射された後、偏光膜15を透過して投影光として投射レンズ7に向かう。一方、緑色光Gは、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図17(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。青色光Bも、領域C−CSによってP偏光からS偏光に変換され、図17(b)に示すようにDMD素子6GBで偏向反射された後、偏光膜15で反射されて投影光として投射レンズ7に向かう。よって、照明光が波長選択性偏光素子3Aの領域C−CSを透過した場合、投影光としてはRGBの白色光が投影されるので、明るさを向上させることができる。
【0058】
(変形例7)
図18は、変形例7の波長選択性偏光素子3Bの構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。変形例7では、ホイール形状の波長選択性偏光素子3に代えて、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bを用いたものである。波長選択性偏光素子3Bは、その外周面上に領域G−CS,B−CSが交互に均等分割されて回転駆動されるもので、外周面の特定位置に入射する照明光に対して領域G−CS,B−CSが時分割的に偏光方向変換機能を発揮し、内部に一体に形成された円錐台形状のミラー41で所望の方向に反射させる。なお、図18(b)は、波長選択性偏光素子3Bの基準軸方向を示している。
【0059】
なお、波長選択性偏光素子3Bと一体的なミラー41に代えて、図19に示すように、固定配置させた固定ミラー42によって波長選択性偏光素子3Bを透過した光を所望方向に反射させるようにしてもよい。
【0060】
さらに、図20に示すように、波長選択性偏光素子3Bおよびミラー41に対する入射方向を逆に設定してもよい。この際、光源2からの照明光を波長選択性偏光素子3Bとインテグレータロッド4との間付近に集光させるようにすれば、ドラム状の波長選択性偏光素子3Bおよびインテグレータロッド4における光束径を小さくすることができる。
【0061】
入射光の偏光方向は各フィルタの基準軸方向と一致しており、この各フィルタの基準軸方向の偏光光を入射すると、各フィルタに対応する光の特定の波長の偏光方向を最も効率よく変えることができる。ここで、もし各フィルタの基準軸方向と入射光の偏光方向の相対的な位置関係がずれると光における特定の波長の偏光方向を変換する機能が劣化する。例えば、偏光方向を90度回転させることを目的としている光の特定の波長域がずれてしまったり、入射光の透過率が落ちるなどの劣化を生じる。しかしながら、図18に示すように、カラーセレクトホイール(波長選択性偏光素子)をドラム状にすることで、入射光の偏光方向と各フィルタの基準軸方向の相対的な位置関係が常に一定となり、光における特定の波長の偏光方向を変換する作用の劣化を抑制できる。
【0062】
(変形例8)
図21は、変形例8の色分離合成プリズムの構成例を示す概略正面図である。変形例8では、例えば図7に示した色分離合成プリズムのプリズム面10cから出射する光路上にR用のカラーセレクト(波長選択性偏光素子)51を固定配置させたものである。
【0063】
プリズム面10cから出射する光のうち、緑色光Gまたは青色光BはS偏光で、赤色光RはP偏光である。ここで、R用カラーセレクト51で、赤色光RをP偏光からS偏光に変換する。これにより、投影レンズ7に向かう投影光の偏光が揃うので、偏光スクリーンを用い、コントラストを向上させることができる。
【0064】
(変形例9)
この他、フィルタ部材としては、カラーリンク社のカラースイッチ(登録商標)を用いるようにしてもよい。また、回転式の波長選択性偏光素子3,3A,3Bに限らず、直線状に往復移動するタイプであってもよい。
【0065】
また、反射型空間光変調器に関する2板型の構成として、本実施の形態では、緑色光G用と青色光B用とで時分割で共用するようにしたが、緑色光G用と赤色光R用とで時分割で共用し、あるいは、赤色光R用と青色光B用とで時分割で共用するようにしてもよい。波長選択性偏光素子3,3A,3B(フィルタ部材)の構成も、このような構成に対応させて、偏光方向を変換させる色光を変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】本発明の実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。
【図2】波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図3】色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。
【図4】色分離合成プリズムの照明光に対する作用を示す正面図である。
【図5】色分離合成プリズムの赤色投射光に対する作用を示す正面図である。
【図6】色分離合成プリズムの緑色投射光および青色投射光に対する作用を示す正面図である。
【図7】色分離合成プリズムの投射光に対する作用を示す正面図である。
【図8】変形例1の色分離合成プリズムの構成例を示す底面図である。
【図9】図8の正面図である。
【図10】変形例2の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。
【図11】図10の投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。
【図12】変形例3の投影型表示装置の要部構成例および投影光の光路の主光線のみを示す正面図である。
【図13】変形例4の投影型表示装置の要部構成例を示す正面図である。
【図14】変形例5の投影型表示装置の一部の構成例を示す正面図である。
【図15】変形例5の投影型表示装置の一部の別の構成例を示す正面図である。
【図16】変形例6の波長選択性偏光素子の構成例を示す正面図である。
【図17】領域C−CSを透過した照明光に基づく投影光の様子を示す正面図である。
【図18】変形例7の波長選択性偏光素子の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図19】変形例7の波長選択性偏光素子の別の構成例を示す断面図である。
【図20】変形例7の波長選択性偏光素子のさらに別の構成例としてXY平面図、YZ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図21】変形例8の色分離合成プリズムの構成例を示す概略正面図である。
【図22】特許文献1に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図23】非特許文献1に示される2チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図24】非特許文献1に示される3チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図25】特許文献2に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図である。
【図26】図25の概略側面図である。
【図27】ダイクロイック膜の入射角依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
【0067】
3,3A,3B 波長選択性偏光素子
6R,6GB DMD素子
7 投影レンズ
10 色分離合成プリズム
11,12 プリズム
13 プリズム接合面
14 ダイクロイック膜
15,21 偏光膜
31 反射型液晶ライトバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、
少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を前記偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項2】
前記ダイクロイック膜と前記偏光膜とは、同一平面上で重ならない位置に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の投影型表示装置。
【請求項3】
前記色分離合成プリズムは、同一形状の2個のプリズムを接合させてなるケスタ型プリズムであることを特徴とする請求項1または2に記載の投影型表示装置。
【請求項4】
前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であり、その断面が直角三角形であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項5】
前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、
前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項6】
前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項7】
前記第1のプリズム要素の前記第2の面部分と前記第2のプリズム要素の前記第3の面部分とは、前記第1および第2のプリズム要素が接合されて組み立てられた状態において同一面であることを特徴とする請求項5または6に記載の投影型表示装置。
【請求項8】
前記反射型空間光変調器と前記色分離合成プリズムとの間にフィールドレンズを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項9】
前記フィールドレンズを透過した投影光の主光線は、収束状態で、瞳位置が前記色分離合成プリズムの外部に形成されることを特徴とする請求項4に記載の投影型表示装置。
【請求項10】
前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項11】
前記2板型の反射型空間光変調器は、赤色光R用と、緑色光Gおよび青色光B用とであることを特徴とする請求項10に記載の投影型表示装置。
【請求項1】
色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、
少なくとも第1と第2のプリズム要素を含みこの第1と第2のプリズム要素の接合面の異なる位置にダイクロイック膜と偏光膜とを有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経て入射する照明光を前記ダイクロイック膜により複数の色光に分離して対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調され前記照明光が当該反射型空間光変調器に入射される際の角度と異なる角度で当該反射型空間光変調器から射出される複数の色光を前記偏光膜で色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項2】
前記ダイクロイック膜と前記偏光膜とは、同一平面上で重ならない位置に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の投影型表示装置。
【請求項3】
前記色分離合成プリズムは、同一形状の2個のプリズムを接合させてなるケスタ型プリズムであることを特徴とする請求項1または2に記載の投影型表示装置。
【請求項4】
前記第1および第2のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であり、その断面が直角三角形であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項5】
前記第1のプリズム要素は、前記照明光が入射する第1の面部分と第1の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第1の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第2の面部分とを有し、
前記第2のプリズム要素は、第2の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第2の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第3の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第4の面部分とを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項6】
前記第1のプリズム要素は、前記第1の面部分と前記第2の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第2のプリズム要素は、前記第3の面部分と前記第4の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項7】
前記第1のプリズム要素の前記第2の面部分と前記第2のプリズム要素の前記第3の面部分とは、前記第1および第2のプリズム要素が接合されて組み立てられた状態において同一面であることを特徴とする請求項5または6に記載の投影型表示装置。
【請求項8】
前記反射型空間光変調器と前記色分離合成プリズムとの間にフィールドレンズを備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項9】
前記フィールドレンズを透過した投影光の主光線は、収束状態で、瞳位置が前記色分離合成プリズムの外部に形成されることを特徴とする請求項4に記載の投影型表示装置。
【請求項10】
前記反射型空間光変調器として、3原色のうちの1色用の反射型空間光変調器と、3原色のうちの残りの2色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える2板型であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項11】
前記2板型の反射型空間光変調器は、赤色光R用と、緑色光Gおよび青色光B用とであることを特徴とする請求項10に記載の投影型表示装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【公開番号】特開2009−150973(P2009−150973A)
【公開日】平成21年7月9日(2009.7.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−327123(P2007−327123)
【出願日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年7月9日(2009.7.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年12月19日(2007.12.19)
【出願人】(000000376)オリンパス株式会社 (11,466)
【Fターム(参考)】
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