JP2001183743A - 投写型表示装置及び投写型表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 作成が困難なダイクロイックプリズムを使用せず、より
部品点数の少ない光学系となるようにする。 【課題】 【解決手段】 第１の色光と第２の色光、第３の色光と
を分離して出射する第１の色分離部４と、第２の色光と
第３の色光を全反射する全反射ミラー６と、第１の色光
の偏光面を９０度回転させ出射するλ／２波長板５と、
第１の色光を偏光面成分の違いに応じて反射又は透過さ
せる第１の偏光分離部７と、第２の色光と第３の色光と
を分離する第２の色分離部９と、第１，第２，第３の色
光をそれぞれ空間変調し画像形成する第１の反射型画像
形成部８、第２の反射型画像形成部１０、第３の反射型
画像形成部１１と、第１，第２，第３の色光を偏光成分
の違いによって反射又は透過させ色合成し投射光学部１
３へ出射する第２の偏光分離部１２とを備えることで実
現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示情報を拡大し
て投射する投写型表示装置及び投写型表示方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】色の３原色に対応した３枚の反射型ＬＣ
Ｄ（Liquid Crystal Display）を用い、スクリーン等に
投射することで拡大されたカラー画像が得られる投写型
反射装置がある。

【０００３】図１６に示した従来の投射型表示装置１０
０は、光源リフレクタ１０１ａを備えた光源１０１と、
偏光面変換素子１０２と、ダイクロイックミラー１０３
と、ダイクロイックミラー１０４と、ダイクロイックミ
ラー１０５と、偏光ビームスプリッタ１０６と、偏光ビ
ームスプリッタ１０７と、偏光ビームスプリッタ１０８
と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１０９と、ＬＣ
Ｄ１１０と、ＬＣＤ１１１と、ダイクロイックプリズム
１１２と、投射レンズ１１３とを備えている。

【０００４】光源１０１から出射した白色光は、光源リ
フレクタ１０１ａによって反射され、偏光面変換素子１
０２に入射する。

【０００５】偏光面変換素子１０２は、入射した白色光
の直交する２つの偏光面成分の一方の偏光面成分を透過
し、他方の偏光面成分をそれと直交する偏光面成分に変
換して出射する。直交する偏光面は一般にＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分と呼ばれているが、ここでは、光源から出射
した白色光が偏光面変換素子１０２によってＳ偏光成分
に変換されたとする。

【０００６】ダイクロイックミラー１０３は、偏光面変
換素子１０２から出射されたＳ偏光成分の白色光の赤色
成分を反射させダイクロイックミラー１０４へと出射
し、緑色成分及び青色成分を透過させダイクロイックミ
ラー１０５へと出射する。ダイクロイックミラー１０３
は、赤色成分を反射し緑色成分及び青色成分を透過する
ことで白色光を赤色成分と青色成分、緑色成分とに分離
する。

【０００７】ダイクロイックミラー１０４は、ダイクロ
イックミラー１０３から出射された赤色成分を反射し偏
光ビームスプリッタ１０６へ出射する。

【０００８】ダイクロイックミラー１０５は、ダイクロ
イックミラー１０３から出射された緑色成分と青色成分
のうち緑色成分を反射して偏光ビームスプリッタ１０７
へと出射し、青色成分を透過して偏光ビームスプリッタ
１０８へと出射する。ダイクロイックミラー１０５は、
入射した緑色成分と青色成分をそれぞれ反射又は透過さ
せることで緑色成分と青色成分とに分離する。

【０００９】偏光ビームスプリッタ１０６は、入射した
Ｓ偏光成分の赤色成分を偏光成分に応じて反射させＬＣ
Ｄ１０９へと出射する。

【００１０】偏光ビームスプリッタ１０７は、入射した
Ｓ偏光成分の緑色成分を偏光成分に応じて反射させＬＣ
Ｄ１１０へと出射する。

【００１１】偏光ビームスプリッタ１０８は、入射した
Ｓ偏光成分の青色成分を偏光成分に応じて反射させＬＣ
Ｄ１１１へと出射する。

【００１２】ＬＣＤ１０９は、入射したＳ偏光成分の赤
色成分を空間変調することで赤色成分の画像形成をし、
形成された赤色成分の画像の偏光面成分をＳ偏光成分か
らＰ偏光成分へと回転させ反射し、再び偏光ビームスプ
リッタ１０６へ出射する。

【００１３】ＬＣＤ１１０は、入射したＳ偏光成分の緑
色成分を空間変調することで緑色成分の画像形成をし、
形成された緑色成分の画像の偏光面成分をＳ偏光成分か
らＰ偏光成分へと回転させ反射し、再び偏光ビームスプ
リッタ１０７へ出射する。

【００１４】ＬＣＤ１１１は、入射したＳ偏光成分の青
色成分を空間変調することで青色成分の画像形成をし、
形成された青色成分の画像の偏光面成分をＳ偏光成分か
らＰ偏光成分へと回転させ反射し、再び偏光ビームスプ
リッタ１０８へ出射する。

【００１５】偏光ビームスプリッタ１０６，１０７，１
０８へ入射したＰ偏光成分の各色成分は、それぞれの偏
光ビームスプリッタを偏光成分に応じて透過し、ダイク
ロイックプリズム１１２へと入射する。

【００１６】ここで、ダイクロイックプリズム１１２
は、図１７に示すように同じ大きさの４つの直角プリズ
ムａ，ｂ，ｃ，ｄから構成され、直角プリズムａ，ｂ，
ｃ，ｄの各斜面が光の入出口となるように組み立てられ
た直方体である。さらに、ダイクロイックプリズム１１
２は、青色成分、緑色成分を透過し赤色成分を反射する
赤色反射膜１１２ａ又は赤色成分、緑色成分を透過し青
色成分を反射する青色反射膜１１２ｂがコーティングさ
れいてる。

【００１７】ダイクロイックプリズム１１２は、入射し
た赤色成分の画像を赤色反射膜１１２ａで反射し、青色
成分の画像を青色反射膜１１２ｂで反射し、緑色成分の
画像を赤色反射膜１１２ａ及び青色反射膜１１２ｂで透
過させ、３つの色成分の画像を合成し白色光の画像を生
成する。また、ダイクロイックプリズム１１２は、生成
した白色光の画像を投射レンズ１３へと出射する。

【００１８】投射レンズ１１３は、入射した白色光の画
像をスクリーン等へ拡大投射し表示させる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このような構成の投射
型表示装置は、白色光を３つの色成分に分離するための
ダイクロイックミラーが３つ、３つの色成分を空間変調
する３つのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）とともに
偏光ビームスプリッタが３つ、さらに、空間変調した３
つの色成分を合成するためのダイクロイックプリズムも
必要になる。このように、構成された投射型表示装置
は、部品点数が増加し装置が大型化してしまうといった
問題がある。

【００２０】また、ダイクロイックプリズムは、上述し
たように４つの直角プリズムから構成され反射膜をコー
ティングしているため、直角プリズムの接合部分を隙間
なく接合することは非常に困難であり、製造工程も複雑
であることから、多くの時間と労力が要求されるといっ
た問題がある。

【００２１】そこで、本発明は上述したような問題を解
決するために案出されたものであり、作成が困難なダイ
クロイックプリズムを使用せず光学系の製造工程を容易
にし、光学系の経路及び大きさを決定する色分離、偏光
分離を行う光学素子の部品点数を減少させることで、低
コストでコンパクトな投射型表示装置及び投射型表示方
法を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る投写型表示装置は、光源から出射さ
れた光を所定の偏光面成分に変換し出射する偏光面変換
手段と、偏光面変換手段によって変換された所定の偏光
面成分に含まれる３色光のうち第１の色光を反射し、第
２の色光及び第３の色光を透過させ、第１の色光と第２
の色光、第３の色光とを分離して出射する第１の色分離
手段と、第２の色光及び第３の色光を全反射させ出射す
る全反射ミラーと、第１の色分離手段から出射された第
１の色光を入射させ、偏光面を９０度回転させ出射する
λ／２波長板と、λ／２波長板から出射された第１の色
光を偏光成分に応じて反射させ、偏光成分と直交する偏
光成分の第１の色光を透過させる第１の偏光分離手段
と、第２の色光を反射し第３の色光を透過させる第２の
色分離手段と、第１の偏光分離手段で反射され入射した
第１の色光を空間変調し画像形成するとともにその偏光
面を回転させて反射し、再び第１の偏光分離手段に出射
する第１の反射型画像形成手段と、第２の色分離手段で
反射され入射した第２の色光を空間変調し画像形成する
とともにその偏光面を回転させて反射し、再び第２の色
分離手段に出射する第２の反射型画像形成手段と、第２
の色分離手段で透過され入射した第３の色光を空間変調
し画像形成するとともにその偏光面を回転させて反射
し、再び第２の色分離手段に出射する第３の反射型画像
形成手段と、第１の色光を偏光成分に応じて透過させ、
第２の色光及び第３の色光を偏光成分の違いによって反
射又は透過させ、第１の色光、第２の色光及び第３の色
光を合成して投射光学手段へ出射する第２の偏光分離手
段と、第２の偏光分離手段から出射された光を所定の投
射対象に投射する投射光学手段とを備えることを特徴と
する。

【００２３】この投射型表示装置は、４つの直角プリズ
ムからなるダイクロイックプリズムを用いない光学系を
備える。

【００２４】上述の目的を達成するために、本発明に係
る投射型表示方法は、光源から出射された光を第１の偏
光面の光に変換し、第１の偏光面の光に含まれる第１の
色成分光と第２の色成分光及び第３の色成分光とに色分
離し、色分離された第１の偏光面の第１の色成分光の偏
光面を９０度回転させ第２の偏光面の第１の色成分光に
変換し、第１の偏光面の第２の色成分光及び第３の色成
分光を第１の偏光面の第２の色成分光と第１の偏光面の
第３の色成分光に色分離し、投射すべき画像の第１の色
成分の画像情報に応じて、色分離された第２の偏光面の
第１の色成分光を空間変調して、第２の偏光面の第１の
色成分光の偏光面を回転させ、投射すべき画像の第２の
色成分の画像情報に応じて、色分離された第１の偏光面
の第２の色成分光を空間変調して、第１の偏光面の第２
の色成分光の偏光面を回転させ、投射すべき画像の第３
の色成分の画像情報に応じて、色分離された第１の偏光
面の第３の色成分光を空間変調して、第１の偏光面の第
３の色成分光の偏光面を回転させ、第１の色成分の画像
情報に応じて空間変調された第２の偏光面の第１の色成
分光を透過し、第２の色成分の画像情報に応じて空間変
調された第１の偏光面の第２の色成分光及び第３の色成
分の画像情報に応じて空間変調された第１の偏光面の第
３の色成分光を反射する１つの検波面を介して第１の色
成分光、第２の色成分光及び第３の色成分光を合成し、
第１の色成分光、第２の色成分光及び第３の色成分光の
合成光を投射対象に投射することを特徴とする。

【００２５】この投射型表示方法は、４つの直角プリズ
ムからなるダイクロイックプリズムを用いない光学系を
備える。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る投射型表示装
置及び投射型表示方法の実施の形態を図面を参照にして
詳細に説明する。

【００２７】図１に第１の実施の形態として本発明を適
用した投射型表示装置１の構成の一例を示す要部概略図
を示す。

【００２８】投写型表示装置１は光源リフレクタ２ａを
備えた光源２と、偏光面変換素子３と、ダイクロイック
ミラー４と、λ／２波長板５と、全反射ミラー６と、偏
光ビームスプリッタミラー７と、ＬＣＤ８（Liquid Cry
stal Display）と、ダイクロイックミラー９と、ＬＣＤ
１０と、ＬＣＤ１１と、偏光ビームスプリッタプリズム
１２と、投射レンズ１３とを備えている。

【００２９】光源２から出射した光は、光源リフレクタ
２ａによって反射され、偏光面変換素子３に入射する。

【００３０】偏光面変換素子３は、入射した白色光の直
交する２つの偏光面の一方の偏光面を透過し、他方の偏
光面をそれと直交する偏光面に変換して出射する。直交
する偏光面は一般にＰ偏光成分とＳ偏光成分と呼ばれて
いる。ここでは、光源から出射した白色光が偏光面変換
素子３によってＳ偏光成分に変換されたとする。

【００３１】ダイクロイックミラー４は、板状の光学素
子基板の一方主面に波長の違いによって選択的に光を透
過又は反射させるための誘電体多層膜がコーティングさ
れた半透鏡である。また、誘電体多層膜がコーティング
されている面に対向する面には、反射防止膜がコーティ
ングされている。ダイクロイックミラー４は、偏光面変
換素子３から出射され上述した誘電体多層膜がコーティ
ングされている面へ入射した白色光のうち、所定の波長
領域の光を反射させそれ以外の波長領域の光を透過させ
ることで色分離する。ここでは、例えば、ダイクロイッ
クミラー４は、緑色成分の波長領域の光を反射し、赤色
成分及び青色成分の波長領域の光を透過するとする。ダ
イクロイックミラー４は透過した赤色成分及び青色成分
を全反射ミラー６へ出射し、反射した緑色成分をλ／２
波長板５へと出射する。

【００３２】λ／２波長板５は、入射した光の偏光面を
９０度回転させた偏光面にして、その光を出射する。こ
こでは、緑色成分のＳ偏光が入射するとすると、λ／２
波長板５は、これを緑色成分のＳ偏光からＰ偏光へと偏
光面を９０度回転させ偏光ビームスプリッタミラー７へ
出射する。

【００３３】全反射ミラー６は、入射した光を全反射さ
せて出射するミラーである。全反射ミラー６は入射した
赤色成分及び青色成分を全反射させ、ダイクロイックプ
リズム１２へと出射する。

【００３４】偏光ビームスプリッタミラー７は、ダイク
ロイックミラー４でコーティングした波長選択性のある
誘電体多層膜を所望の偏光面の光を透過し、それと直交
する偏光面の光を反射させ出射するような誘電体多層膜
に変更した以外同じ構成の半透鏡である。ここでは、例
えば、偏光ビームスプリッタミラー７は、Ｐ偏光成分を
反射するとする。偏光ビームスプリッタミラー７は、入
射したＰ偏光成分の緑色成分を反射しＬＣＤ８へと出射
する。

【００３５】ＬＣＤ８は、入射した光を空間変調すると
もに入射した光の偏光面と直交する偏光面成分に変換し
て反射し出射する。ここでは、例えば、ＬＣＤ８は、入
射したＰ偏光成分の緑色成分を空間変調し、さらにＳ偏
光成分に偏光変換して緑色成分の画像を偏光ビームスプ
リッタミラー７に出射する。偏光ビームスプリッタミラ
ー７は、上述したようにＰ偏光成分を反射させるので、
ＬＣＤ８によって入射されたＳ偏光の緑色成分の画像を
偏光ビームスプリッタプリズム１２へと出射する。

【００３６】ダイクロイックミラー９は、ダイクロイッ
クミラー４で透過又は反射させた波長領域とは異なる波
長領域を透過又は反射させる誘電体多層膜をコーティン
グする以外ダイクロイックミラー４と同じ構成の半透鏡
である。ここでは、例えば、ダイクロイックミラー９
は、赤色成分の波長領域の光を反射するとする。ダイク
ロイックミラー９は、全反射ミラー６から出射されダイ
クロイックプリズム１２を透過し入射した赤色成分及び
青色成分のうち赤色成分を反射しＬＣＤ１０へ出射し、
青色成分を透過しＬＣＤ１１へと出射する。

【００３７】ＬＣＤ１０は、入射した光を空間変調する
ともに入射した光の偏光面と直交する偏光面成分に変換
して反射し出射する。ここでは、例えば、ＬＣＤ１０
は、入射したＳ偏光成分の赤色成分を空間変調し、さら
にＰ偏光成分に偏光変換して赤色成分の画像をダイクロ
イックミラー９に出射する。

【００３８】ＬＣＤ１１は、入射した光を空間変調する
ともに入射した光の偏光面と直交する偏光面成分に変換
して反射し出射する。ここでは、例えば、ＬＣＤ１１
は、入射したＳ偏光成分の青色成分を空間変調し、さら
にＰ偏光成分に偏光変換して青色成分の画像をダイクロ
イックミラー９に出射する。

【００３９】ダイクロイックミラー９に入射した赤色成
分及び青色成分の画像は、上述したように反射又は透過
されダイクロイックプリズム１２へと出射される。

【００４０】偏光ビームスプリッタプリズム１２は、２
つの直角プリズムの斜面同士を直方体となるように接着
剤で接着し形成される。２つの直角プリズムを接着をす
る前に、一方の直角プリズムの斜面には、所望の偏光面
の光を透過し、それと直交する成分の偏光を反射させる
ような誘電体多層膜がコーティングされる。また、他方
の直角プリズムの斜面には反射防止膜がコーティングさ
れる。ここでは、例えば、ダイクロイックプリズム１２
には、Ｓ偏光成分の光を透過しＰ偏光成分の光を反射さ
せるような誘電体多層膜がコーティングされているとす
る。ダイクロイックプリズム１２は、入射したＳ偏光成
分の緑色成分の画像を透過しＰ偏光成分の赤色成分の画
像と青色成分の画像を反射することで、緑色成分の画
像、赤色成分の画像及び青色成分の画像を色合成しカラ
ー画像として光投射レンズ１３へと出射する。

【００４１】投射レンズ１３は、入射された画像をスク
リーン等へ拡大投射させる光学系である。投射レンズ１
３は、ダイクロイックプリズム１２から入射されたカラ
ー画像を、所望の拡大倍率に拡大して投射する。

【００４２】投射型表示装置１を上述のように構成する
ことで、従来の投写型表示装置１００の偏光分離を行う
光学素子を３点から２点に減少させ、色分離を行う光学
素子を４点から２点に減少させることが可能となる。

【００４３】なお、スクリーン等に投射された画像の本
来黒く表示される部分に光が投射され、コントラストが
低下するとう黒浮き現象を防ぐため、ダイクロイックプ
リズム１２の２つの直角プリズムの接着部の間に厚さの
薄い平行平板の透明板材を配置してもよい。この透明板
材には、上述した条件を満たす誘電体多層膜を事前に形
成する。２つの直角プリズムと透明板材は、接着剤では
なく透光性の液体を滴下し液体の表面張力によって接着
させる。

【００４４】続いて、図２に、投射型表示装置１の偏光
面変換素子３を介し光源２からダイクロイックミラー４
へ入射する光の入射角を変化させた図を示す。

【００４５】ここで、ダイクロイックミラー４へ入射す
る光の入射角をαとする。

【００４６】α＝４５度の場合、つまり、図１に示した
投射型表示装置１でのダイクロイックミラー４の特性は
図３の点線で示すように、エッジ部分での反射率が低く
なってしまう。これをα＜４５度とすると図３の実線で
示すようにダイクロイックミラー４の特性は、該当する
波長領域の反射率が最大値でほぼ一定となる。したがっ
て、α＜４５度とすることで、ダイクロイックミラー４
の該当する波長領域の反射率を最大値でほぼ一定に保て
ることから、ダイクロイックミラー４の特性を向上させ
ることができる。

【００４７】続いて図４に、ダイクロイックミラー９へ
入射する光の入射角を変化させた図を示す。

【００４８】ここで、ダイクロイックミラー９へ入射す
る光の入射角をβとする。

【００４９】ダイクロイックミラー９も上述したダイク
ロイックミラー４の場合と同様にβ＝４５度からβ＜４
５度にすることで、ダイクロイックミラー９の該当する
波長領域の反射率を最大値でほぼ一定とすることができ
る。したがって、ダイクロイックミラー９への光の入射
角βをβ＜４５度とすることでダイクロイックミラー９
の特性を向上させることができる。

【００５０】なお、光源２の向きは、図５、図６に示す
ように変更可能であり、その際は偏光面変換素子３、ダ
イクロイックミラー４、全反射ミラー６の向きも変更す
る。図５、図６に示すように光源の位置を変化させても
図２で示したダイクロイックミラー４の入射角は、図
７、図８に示すように変更可能であり、同じようにダイ
クロイックミラー４の特性は向上される。

【００５１】さらに、図９に示すようにＬＣＤ１０の設
置位置をＬＣＤ１０が設置されている位置と対向する位
置に変更したり、λ／２波長板５の位置を第１の色光が
変更ビームスプリッタミラー７から出射された後にλ／
２波長板５に入射する位置に変更してもよい。ＬＣＤ１
０の位置を上述のように変更する場合は、ダイクロイッ
クミラー９を反時計回りに９０度回転させる。また、λ
／２波長板５の位置を上述のように変更する場合は、Ｌ
ＣＤ８の位置を第１の色光が偏光ビームスプリッタミラ
ー７を透過する方向と垂直となる位置に設置する。

【００５２】次に、図１０に第２の実施の形態として本
発明を適用した投射型表示装置２０の構成の一例を示す
要部概略図を示す。

【００５３】第２の実施の形態では、図１に示した第１
の実施の形態のダイクロイックミラー９をプリズムとし
偏光ビームスプリッタプリズム１２と一体成形を成す一
体成形プリズム２１を作製しこれを用いている。

【００５４】なお、投射型表示装置２０は、ダイクロイ
ックミラー９及び偏光ビームスプリッタプリズム１２を
一体成形プリズム２１に変更する以外は、第１の実施の
形態と同じであるので同一部品の番号及び名称はそのま
ま引用する。また、カラー画像形成の過程も第１の実施
の形態と同一であるためここでは省略する。

【００５５】一体成形プリズム２１は、２つの直角プリ
ズムと、底面が平行四辺形である四角柱プリズムとから
なる直方体のプリズムである。一体成形プリズム２１
は、四角柱プリズムの対向する１組の側面に２つの直角
プリズムの斜面がそれぞれ接着剤で接着されて形成され
る。各直角プリズムを四角柱プリズムと接着する前に、
一方の直角プリズムの斜面には、所望の偏光面の光を透
過しそれと直交する成分の偏光を反射させるような誘電
体多層膜がコーティングされ、他方の直角プリズムの斜
面には波長の違いによって選択的に光を透過又は反射さ
せるための誘電体多層膜がコーティングされる。また、
直角プリズムが接着される四角柱プリズムの１組の側面
には反射防止膜がコーティングされている。なお、各直
角プリズムに反射防止膜をコーティングし、四角柱プリ
ズムに誘電体多層膜をコーティングしてもよい。

【００５６】上述のように形成された一体成形プリズム
２１は、投写型表示装置１のダイクロイックミラー９と
偏光ビームスプリッタプリズム１２の特性を満たす。

【００５７】なお、スクリーン等に投射された画像の本
来黒く表示される部分に光が投射され、コントラストが
低下する黒浮き現象を防ぐため、一体成形プリズム２１
の２つの直角プリズムと四角柱プリズムとの各接着部の
間に厚さの薄い平行平板の透明板材を配置してもよい。
この透明板材には、上述した条件を満たす誘電体多層膜
を事前に形成しておく。各直角プリズム、四角柱プリズ
ムと透明板材は、接着剤ではなく透光性の液体を滴下し
液体の表面張力によって接着させる。

【００５８】第１の実施の形態で用いたダイクロイック
ミラー９は、見かけ上２つの焦点があるように見える非
点収差を生じさせたり、図１１に示すようにゴーストビ
ームを発生させたりする。

【００５９】ダイクロイックミラー９の一方主面には誘
電体多層膜がコーティングされておりこの面が光の反射
面となっている。ここで、ダイクロイックミラー９の他
方主面を裏面とする。 ダイクロイックミラー９へ入射
する入射光は波長の違いによって、反射面で反射される
光と反射面を透過する光とに分離される。ダイクロイッ
クミラー９の反射面へ入射し透過した光は裏面でも反射
され、裏面で反射された光は拡大投射された画像を２
重、３重に重ねて表示するゴーストビームとなることが
ある。

【００６０】このゴーストビームは裏面に反射防止膜を
施すことで回避されていたが、投射型表示装置の輝度の
上昇にともない微小なゴーストビームが投影された画像
に現れるようになった。これは、ダイクロイックミラー
９へ入射した光の媒質が途中で空気に変化することが原
因となっている。

【００６１】したがって、ダイクロイックミラー９をプ
リズムにすれば、反射面を反射又は透過した光は異なる
媒質に途中で入射することがなくなるので上述した問題
は解決される。

【００６２】また、投射型表示装置２０では、投射型表
示装置１のダイクロイックミラー９をプリズムとし偏光
ビームスプリッタプリズム１２と一体成形プリズム２１
を形成することで製造工程を簡略化し、装置をより小型
にすることが可能となる。

【００６３】また、投射型表示装置２０でも図２に示す
ようにダイクロイックミラー４の位置を変更したり、図
５、図６に示すように光源２の位置を変更したり、図
７、図８に示すように光源２の位置を変更しさらにダイ
クロイックミラー４の位置を変更したり、図９に示すよ
うに、ＬＣＤ１０及びλ／２波長板５の位置を変更した
りしてもよい。

【００６４】次に、図１２に第３の実施の形態として本
発明を適用した投射型表示装置３０の構成の一例を示す
要部概略図を示す。

【００６５】第３の実施の形態では、偏光ビームスプリ
ッタミラー７をプリズムとし偏光ビームスプリッタプリ
ズム１２と一体成形を成す一体成形プリズム３１を作製
し用いる。この時、λ／２波長板５を一体成形プリズム
３１のダイクロイックミラー４から出射された第１の色
光が入射する面へあらかじめ接着させる。

【００６６】なお、投射型表示装置３０は、偏光ビーム
スプリッタミラー７及び偏光ビームスプリッタプリズム
１２を一体成形プリズム３１に変更する以外は、第１の
実施の形態と同じであるので同一部品の番号及び名称は
そのまま引用する。また、カラー画像形成の過程も第１
の実施の形態と同一であるためここでは省略する。

【００６７】一体成形プリズム３１は、２つの直角プリ
ズムと、底面が平行四辺形である四角柱プリズムとから
なる直方体のプリズムである。一体成形プリズム３１
は、四角柱プリズムの対向する１組の側面に２つの直角
プリズムの斜面がそれぞれ接着剤で接着されて形成され
る。各直角プリズムを四角柱プリズムと接着する前に、
２つの直角プリズムの斜面には、所望の偏光面の光を透
過しそれと直交する成分の偏光を反射させるような誘電
体多層膜がコーティングされる。また、直角プリズムが
接着される四角柱プリズムの１組の側面には反射防止膜
がコーティングされている。なお、各直角プリズムに反
射防止膜をコーティングし、四角柱プリズムに誘電体多
層膜をコーティングしてもよい。

【００６８】上述のように形成された一体成形プリズム
３１は、投写型表示装置１の偏光ビームスプリッタミラ
ー７と偏光ビームスプリッタプリズム１２の特性を満た
す。

【００６９】なお、スクリーン等に投射された画像の本
来黒く表示される部分に光が投射され、コントラストが
低下する黒浮き現象を防ぐため、一体成形プリズム３１
の２つの直角プリズムと四角柱プリズムとの各接着部の
間に厚さの薄い平行平板の透明板材を配置してもよい。
この透明板材には、上述した条件を満たす誘電体多層膜
を事前に形成しておく。各直角プリズム、四角柱プリズ
ムと透明板材は、接着剤ではなく透光性の液体を滴下し
液体の表面張力によって接着させる。

【００７０】投射型表示装置１において、ＬＣＤ８は、
投射レンズ１３がバックフォーカスの位置に作る焦点を
通り投射レンズ１３の光軸を法線とする焦点面に設置す
る必要がある。また、投射型表示装置１では、偏光ビー
ムスプリッタミラー７と偏光ビームスプリッタプリズム
１２を配置するためにＬＣＤ８から投射レンズ１３の最
後端までの距離を長めに確保する必要がある。

【００７１】しかし、投射型表示装置１に用いる投射レ
ンズ１３は、投写型表示装置１の全体の形状や大きさ等
によって制限されるためバックフォーカスを調節するこ
とは困難である。

【００７２】投射レンズ１３とＬＣＤ８の間に偏光ビー
ムスプリッタプリズム１２又は一体成形プリズム３１を
設置した際のバックフォーカスの変化を図１３に示す。

【００７３】図１３（Ａ）では、空気より高い屈折率の
偏光ビームスプリッタプリズム１２を用いているためバ
ックフォーカスはいくらか長くなるものの、偏光ビーム
スプリッタミラー７は空気中にあるため焦点面と偏光ビ
ームスプリッタミラー７とが重なってしまい焦点面とＬ
ＣＤ８の位置とは一致しない。

【００７４】また、図１３（Ｂ）では、空気より屈折率
の高いプリズムで形成された一体成形プリズム３１を用
いているため、投射レンズ１３のバックフォーカスが図
１３（Ａ）で示したよりも長くなり焦点面とＬＣＤ８の
位置とを一致させることができる。

【００７５】したがって、図１３（Ｂ）で示したように
投射レンズ１３へ入射する光の媒質を空気から空気より
屈折率の高いプリズムに置き換えることでバックフォー
カスを長くし、ＬＣＤ８の位置と投射レンズ１３の焦点
面とを一致させることが可能となる。

【００７６】また、投射型表示装置３０では、投射型表
示装置１の偏光ビームスプリッタミラー７をプリズムと
し、偏光ビームスプリッタプリズム１２と一体成形プリ
ズム３１を形成し、さらにλ／２波長板５を第１の色光
が入射する一体成形プリズム３１の面に接着させること
で製造工程を簡略化し、装置をより小型にすることが可
能となる。

【００７７】また、投射型表示装置３０でも図２に示す
ようにダイクロイックミラー４の位置を変更したり、図
５、図６に示すように光源２の位置を変更したり、図
７、図８に示すように光源２の位置を変更しさらにダイ
クロイックミラー４の位置を変更したり、図９に示すよ
うに、ＬＣＤ１０及びλ／２波長板５の位置を変更した
りしてもよい。

【００７８】次に、図１４に第４の実施の形態として本
発明を適用した投射型表示装置４０の構成の一例を示す
要部概略図を示す。

【００７９】第４の実施の形態では、偏光ビームスプリ
ッタミラー７とダイクロイックミラー９をプリズムとし
偏光ビームスプリッタプリズム１２と一体成形を成す一
体成形プリズム４１を作成し用いる。この時、λ／２波
長板５を一体成形プリズム４１のダイクロイックミラー
４から出射された第１の色光が入射する面へあらかじめ
接着させる。

【００８０】なお、投射型表示装置４０は、偏光ビーム
スプリッタミラー７、ダイクロイックミラー９及び偏光
ビームスプリッタプリズム１２を一体成形プリズム４１
に変更する以外は、第１の実施の形態と同じであるので
同一部品の番号及び名称はそのまま引用する。

【００８１】また、カラー画像形成の過程も第１の実施
の形態と同一であるためここでは省略する。

【００８２】一体成形プリズム４１は、２つの直角プリ
ズムと、底面が平行四辺形である四角柱のプリズム２つ
とからなる。

【００８３】一体成形プリズム４１は、一体成形プリズ
ム２から所望の偏光面の光を透過しそれと直交する成分
の偏光を反射させるような誘電体多層膜をコーティング
した直角プリズムを除去したプリズム４１ａと、一体成
形プリズム３１の偏光ビームスプリッタプリズムの役割
を担う側の直角プリズムを除去したプリズム４１ｂとを
接着剤で接着し形成したＬ字型のプリズムである。プリ
ズム４１ａのプリズム４１ｂとの接着面には、所望の偏
光面の光を透過しそれと直交する成分の偏光を反射させ
るような誘電体多層膜がコーティングされ、プリズム４
１ｂのプリズム４１ａとの接着面には反射防止膜がコー
ティングされている。なおこの、誘電体多層膜と反射防
止膜はそれぞれ逆のプリズムにコーティングされていて
もよい。

【００８４】上述のように形成された一体成形プリズム
４１は、投写型表示装置１の偏光ビームスプリッタミラ
ー７と、ダイクロイックミラー９と、偏光ビームスプリ
ッタプリズム１２の特性を満たす。

【００８５】なお、スクリーン等に投射された画像の本
来黒く表示される部分に光が投射され、コントラストが
低下する黒浮き現象を防ぐため、一体成形プリズム４１
の２つの直角プリズムと２つ四角柱プリズムとの各接着
部の間に厚さの薄い平行平板の透明板材を配置してもよ
い。この透明板材には、上述した条件を満たす誘電体多
層膜を事前に形成しておく。各直角プリズム、各四角柱
プリズムと透明板材は、接着剤ではなく透光性の液体を
滴下し液体の表面張力によって接着させる。

【００８６】投射型表示装置４０では、投射型表示装置
１の偏光ビームスプリッタミラー７８とダイクロイック
ミラー９をプリズムにしているため、実施の形態２で説
明したようにダイクロイックミラー９による非点収差と
ゴーストビームの発生をなくし、実施の形態３で説明し
たように投射レンズ１３のバックフォーカス内に偏光ビ
ームスプリッタミラー７を設置することが可能となる。

【００８７】さらにまた、投写型表示装置４０では、投
射型表示装置１の偏光ビームスプリッタミラー７とダイ
クロイックミラー９をプリズムとし、偏光ビームスプリ
ッタプリズム１２と一体成形プリズム４１を形成し、さ
らにλ／２波長板５を第１の色光が入射する一体成形プ
リズム４１の面に接着させることで製造工程を簡略化
し、装置をより小型にすることが可能となる。

【００８８】また、投射型表示装置４０でも図２に示す
ようにダイクロイックミラー４の位置を変更したり、図
５、図６に示すように光源２の位置を変更したり、図
７、図８に示すように光源２の位置を変更しさらにダイ
クロイックミラー４の位置を変更したり、図９に示すよ
うに、ＬＣＤ１０及びλ／２波長板５の位置を変更した
りしてもよい。

【００８９】なお、第１〜４の実施の形態において、ダ
イクロイックミラー４で反射させ色分離する第１の色光
は緑色とすることが好ましい。

【００９０】ダイクロイックミラー９の特性を図１５に
示す。図１５（Ａ）は青色成分の光を反射させる膜をコ
ーティングした場合のダイクロイックミラー９の特性で
あり、図１５（Ｂ）は赤色成分の光を反射させる膜をコ
ーティングした場合ダイクロイックミラー９の特性であ
る。図中の実線はＳ偏光を示し点線はＰ偏光を示してい
る。

【００９１】例えば、図１５（Ａ）に示す青色成分を反
射する膜をコーティングしたダイクロイックミラー９の
特性は、青色成分の波長領域で反射率がほぼ一定の最大
値となり、緑色成分の波長領域でなだらかなカーブを描
き減少している。

【００９２】隣合う色成分の光がダイクロイックミラー
９に入射した場合、単純な膜構成では、所望の色成分、
ここでは青色成分のみを抽出することは難しく隣合う色
成分ここでは緑色成分をも反射してしまう。これを回避
するにはダイクロイックミラー９へコーティングする膜
の層構成を増やす必要がある。

【００９３】しかし、ダイクロイックミラー９への入射
光が緑色成分を含まず青色成分と赤色成分であるなら
ば、ダイクロイックミラー９の赤色成分での反射率は０
であるため青色成分のみが反射される。したがって、ダ
イクロイックミラー４で緑色成分の分離をしておけば、
ダイクロイックミラー９へコーティングする膜の層構成
を少なくでき、ダイクロイックミラー９の製作工程を減
らせコストダウンが可能となる。

【００９４】これは、ダイクロイックミラー９に赤色成
分を反射する膜をコーティングした場合も同様である。
また、ダイクロイックミラー９をプリズムに変えた場合
も同様となる。

【００９５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の投写型表示装置は、作製が困難な４つの直角プリズ
ムからなるダイクロイックプリズム用いず光学系の光学
素子の部品点数を減らすことで、低コスト、且つ、コン
パクトな光学系とすることを可能とする。

【００９６】また、投写型表示方法は、作製が困難な４
つの直角プリズムからなるダイクロイックプリズム用い
ず光学系の光学素子の部品点数を減らすことで、低コス
ト、且つ、コンパクトな光学系とすることを可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態として示す投射型表
示装置の要部構成を説明するための概略図である。

【図２】同投射型表示装置において、ダイクロイックミ
ラーの設置角度を変化させることでダイクロイックミラ
ーへ入射する入射光の角度を変化させた場合の様子を示
す図である。

【図３】同投射型表示装置において、ダイクロイックミ
ラーの特性を示す図である。

【図４】同投射型表示装置において、ダイクロイックミ
ラーの設置角度を変化させることでダイクロイックミラ
ーへ入射する入射光の角度を変化させた場合の様子を示
す図である。

【図５】同投射型表示装置において、光源の設置位置を
変更した際の様子を示す図である。

【図６】同投射型表示装置において、光源の設置位置を
変更した際の様子を示す図である。

【図７】同投射型表示装置において、光源の設置位置を
変更し、さらにダイクロイックミラーの設置角度を変化
させることでダイクロイックミラーへ入射する入射光の
角度を変化させた場合の様子を示す図である。

【図８】同投射型表示装置において、光源の設置位置を
変更し、さらにダイクロイックミラーの設置角度を変化
させることでダイクロイックミラーへ入射する入射光の
角度を変化させた場合の様子を示す図である。

【図９】同投射型表示装置において、λ／２波長板、Ｌ
ＣＤの設置位置を変更した場合の様子を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態として示す投射型
表示装置の要部構成を説明するための概略図である。

【図１１】本発明の第１の実施の形態として示す投射型
表示装置のダイクロイックミラーによって発生するゴー
ストビームについて説明するための図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態として示す投射型
表示装置の要部構成を説明するための概略図である。

【図１３】同投射型表示装置において、（Ａ）は偏光ビ
ームスプリッタプリズムと偏光ビームスプリッタミラー
を用いた時の投射レンズのバックフォーカスが変化する
様子を説明するための図であり、（Ｂ）は一体成形プリ
ズムを用いた時の投射レンズのバックフォーカスが変化
する様子を説明するための図である。

【図１４】本発明の第４の実施の形態として示す投射型
表示装置の要部構成を説明するための概略図である。

【図１５】同投写型表示装置において、（Ａ）はダイク
ロイックミラーに青色反射膜をコーティングした場合の
特性を示した図であり、（Ｂ）はダイクロイックミラー
に赤色反射膜をコーティングした場合の特性を示した図
である。

【図１６】本発明において、従来の技術として示す投射
型表示装置の要部構成を説明するための概略図である。

【図１７】同投射型表示装置において用いるダイクロイ
ックプリズムの構成について説明するための図である。

【符号の説明】

１ 投射型表示装置、２ 光源、３ 変更面変換素子、
４ ダイクロイックミラー、５ λ／２波長板、６ 全
反射ミラー、７ 偏光ビームスプリッタミラー、８ Ｌ
ＣＤ、９ ダイクロイックミラー、１０ ＬＣＤ、１１
ＬＣＤ、偏光ビームスプリッタプリズム、１３ 投射
レンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光を所定の偏光面成
   分に変換し出射する偏光面変換手段と、 上記偏光面変換手段によって変換された所定の偏光面成
   分に含まれる３色光のうち第１の色光を反射し、第２の
   色光及び第３の色光を透過させ、第１の色光と第２の色
   光、第３の色光とを分離して出射する第１の色分離手段
   と、 上記第２の色光及び第３の色光を全反射させ出射する全
   反射ミラーと、 上記第１の色分離手段から出射された上記第１の色光を
   入射させ、偏光面を９０度回転させ出射するλ／２波長
   板と、 上記λ／２波長板から出射された上記第１の色光を偏光
   成分に応じて反射させ、上記偏光成分と直交する偏光成
   分の上記第１の色光を透過させる第１の偏光分離手段
   と、 上記第２の色光を反射し上記第３の色光を透過させる第
   ２の色分離手段と、 上記第１の偏光分離手段で反射され入射した上記第１の
   色光を空間変調し画像形成するとともにその偏光面を回
   転させて反射し、再び第１の偏光分離手段に出射する第
   １の反射型画像形成手段と、 上記第２の色分離手段で反射され入射した上記第２の色
   光を空間変調し画像形成するとともにその偏光面を回転
   させて反射し、再び第２の色分離手段に出射する第２の
   反射型画像形成手段と、 上記第２の色分離手段で透過され入射した上記第３の色
   光を空間変調し画像形成するとともにその偏光面を回転
   させて反射し、再び第２の色分離手段に出射する第３の
   反射型画像形成手段と、 上記第１の色光を偏光成分に応じて透過させ、上記第２
   の色光及び上記第３の色光を偏光成分の違いによって反
   射又は透過させ、上記第１の色光、上記第２の色光及び
   上記第３の色光を合成して投射光学手段へ出射する第２
   の偏光分離手段と、 上記第２の偏光分離手段から出射された光を所定の投射
   対象に投射する投射光学手段とを備えることを特徴とす
   る投射型表示装置。
2. 【請求項２】 上記第１の色分離手段はダイクロイック
   ミラーからなり、 上記第２の色分離手段はダイクロイックミラーからな
   り、 上記第１の偏光分離手段は偏光ビームスプリッタミラー
   からなり、 上記第２の偏光分離手段は偏光ビームスプリッタプリズ
   ムからなることを特徴とする請求項１記載の投射型表示
   装置。
3. 【請求項３】 上記第１の色分離手段は、ダイクロイッ
   クミラーからなり、 上記第２の色分離手段は、ダイクロイックプリズムから
   なり、 上記第１の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタミラ
   ーからなり、 上記第２の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタプリ
   ズムからなり、 上記第１の色分離手段と上記第２の偏光分離手段は一体
   成形をなしていることを特徴とする請求項１記載の投射
   型表示装置。
4. 【請求項４】 上記第１の色分離手段は、ダイクロイッ
   クミラーからなり、 上記第２の色分離手段は、ダイクロイックミラーからな
   り、 上記第１の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタプリ
   ズムからなり、 上記第２の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタプリ
   ズムからなり、 上記第１の偏光分離手段と上記第２の偏光分離手段は一
   体成形をなしていることを特徴とする請求項１記載の投
   射型表示装置。
5. 【請求項５】 上記第１の色分離手段は、ダイクロイッ
   クミラーからなり、 上記第２の色分離手段は、ダイクロイックプリズムから
   なり、 上記第１の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタプリ
   ズムからなり、 上記第２の偏光分離手段は、偏光ビームスプリッタプリ
   ズムからなり、 上記第２の色分離手段と上記第１の偏光分離手段と上記
   第２の偏光分離手段は一体成形をなしていることを特徴
   とする請求項１記載の投射型表示装置。
6. 【請求項６】 上記第１の色分離手段に入射し反射する
   上記３の色光の入射角が４５度より小さくなるように上
   記第１の色分離手段を配置することを特徴とする請求項
   １記載の投写型表示装置。
7. 【請求項７】 上記第２の色分離手段に入射し反射する
   上記第２の色光の入射角が４５度より小さくなるように
   上記第２の色分離手段を配置することを特徴とする請求
   項１記載の投写型表示装置。
8. 【請求項８】 上記λ／２波長板は、上記第２の偏光分
   離手段へ接着し設置されることを特徴とする請求項４記
   載の投射型表示装置。
9. 【請求項９】 上記λ／２波長板は、上記第２の偏光分
   離手段へ接着し設置されることを特徴とする請求項５記
   載の投射型表示装置。
10. 【請求項１０】 光源から出射された光を第１の偏光面
    の光に変換し、 上記第１の偏光面の光に含まれる第１の色成分光と第２
    の色成分光及び第３の色成分光とに色分離し、 色分離された上記第１の偏光面の第１の色成分光の偏光
    面を９０度回転させ第２の偏光面の第１の色成分光に変
    換し、 上記第１の偏光面の第２の色成分光及び第３の色成分光
    を上記第１の偏光面の第２の色成分光と上記第１の偏光
    面の第３の色成分光に色分離し、 投射すべき画像の第１の色成分の画像情報に応じて、色
    分離された上記第２の偏光面の第１の色成分光を空間変
    調して、上記第２の偏光面の第１の色成分光の偏光面を
    回転させ、 投射すべき画像の第２の色成分の画像情報に応じて、色
    分離された上記第１の偏光面の第２の色成分光を空間変
    調して、上記第１の偏光面の第２の色成分光の偏光面を
    回転させ、 投射すべき画像の第３の色成分の画像情報に応じて、色
    分離された上記第１の偏光面の第３の色成分光を空間変
    調して、上記第１の偏光面の第３の色成分光の偏光面を
    回転させ、 上記第１の色成分の画像情報に応じて空間変調された上
    記第２の偏光面の第１の色成分光を透過し、上記第２の
    色成分の画像情報に応じて空間変調された上記第１の偏
    光面の第２の色成分光及び上記第３の色成分の画像情報
    に応じて空間変調された上記第１の偏光面の第３の色成
    分光を反射する１つの検波面を介して上記第１の色成分
    光、第２の色成分光及び第３の色成分光を合成し、 上記第１の色成分光、第２の色成分光及び第３の色成分
    光の合成光を投射対象に投射することを特徴とする投射
    型表示方法。