JP2003057591A - 投射型画像表示装置および画像表示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光ビームスプリッターを用いると、入射光
の角度のばらつきによって光の利用効率が低下し、暗い
画像しか投射できなくなる。 【解決手段】 照明光学系５からの照明光を複数の色光
に分解してそれぞれの色光を色光ごとに設けられた画像
表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂに入射させるとともに、これ
ら画像表示素子から射出した複数色の画像光を合成する
色分解合成光学系９と、この色分解合成光学系により合
成された画像光を投射表示する投射光学系１０とを有す
る投射型画像表示装置において、照明光学系と色分解合
成光学系との間に、照明光学系からの照明光を略１００
％に近い反射率で反射して色分解合成光学系に導くとと
もに色分解合成光学系から射出された画像光を投射光学
系側に透過させる導光素子６を設け、この導光素子およ
び色分解合成光学系内における照明光の光路と画像光の
光路とを互いに異ならせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、照明光学系からの
照明光を複数の色光に分解し、画像表示素子によって変
調した各色光を合成して画像を投射表示する投射型画像
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像表示素子を照明する照明光学系と、
照明光の偏光状態を変調して画像光を生成する液晶ディ
スプレイ等の画像表示素子とを用い、画像表示素子から
の画像光を拡大投影する投写型画像表示装置が従来使用
されている。

【０００３】そして、画像表示素子に対して照明光学系
からの照明光の入射する側と画像表示素子によって変調
された画像光が射出する側とが同じである、いわゆる反
射型の画像表示素子を用いた画像表示装置としては、特
開平１０−３１９３４４号公報などにて提案されてい
る。

【０００４】従来の投射型画像表示装置の構成を図７に
示している。この図において、１０１は光源で、１０２
はリフレクターで、１０３はフィルターで、１０４，１
０６はフライアイレンズである。また、１０５はミラー
で、１０７は偏光ビームスプリッターで、１０８は色分
解合成プリズムで、１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂは画
像表示素子で、１１０は投射レンズである。

【０００５】ここで、照明光学系の光路ＩＬと投射光学
系の光路ＰＬとは偏光ビームスプリッター１０７により
単一の色分解合成プリズム１０８を通過するように光路
が合成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光路を
合成する偏光ビームスプリッターは多層膜で構成されて
いるため、多層膜に入射する光の角度がばらついて設計
角度（例えば、４５度）からずれると、Ｐ偏光成分とＳ
偏光成分とに分離する効率が変動してしまい、光の損失
が発生して、画像表示装置として暗い画像しか投射でき
なくなってしまうという問題がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願第１の発明では、照明光学系と、この照明光
学系からの照明光を複数の色光に分解してそれぞれの色
光を色光ごとに設けられた画像表示素子に入射させると
ともに、これら画像表示素子から射出した複数色の画像
光を合成する色分解合成光学系と、この色分解合成光学
系により合成された画像光を投射表示する投射光学系と
を有する投射型画像表示装置において、照明光学系と色
分解合成光学系との間に、照明光学系からの照明光を略
１００％の反射率で反射して色分解合成光学系に導くと
ともに色分解合成光学系からの画像光を投射光学系に透
過させる導光素子を設け、この導光素子および色分解合
成光学系内における照明光の光路と画像光の光路とが互
いに異ならせ、さらに投射光学系を、少なくとも１つの
回転非対称面又は互いに回転対称軸が異なる複数の光学
素子を有する偏心光学系としている。

【０００８】また、本願第２の発明では、照明光学系
と、この照明光学系からの照明光を複数の色光に分解し
てそれぞれの色光を色光ごとに設けられた画像表示素子
に入射させるとともに、これら画像表示素子から射出し
た複数色の画像光を合成する色分解合成光学系と、この
色分解合成光学系により合成された画像光を投射表示す
る投射光学系とを有する投射型画像表示装置において、
照明光学系と色分解合成光学系との間に、照明光学系か
らの照明光を略１００％の反射率で反射して色分解合成
光学系に導くとともに色分解合成光学系からの画像光を
投射光学系に透過させる導光素子を設け、照明光学系に
おける照明光束の中心線に沿った光線の導光素子、色分
解合成光学系および投射光学系でのトレース線を全系の
基準軸としたときに、画像表示素子に入射する照明光の
基準軸および画像表示素子から射出する画像光の基準軸
がそれぞれ、画像表示素子の表示面の法線に対して傾く
ようにし、さらに投射光学系を、少なくとも１つの回転
非対称面又は互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子
を有する偏心光学系としている。

【０００９】なお、これら第１および第２の発明におい
て、導光素子としては、例えば、照明光を入射させる第
１の面と、照明光を色分解合成系に向けて射出させると
ともに色分解合成光学系からの画像光を入射させる第２
の面と、第１の面から入射した照明光を第２の面に向け
て略１００％の反射率で反射させるとともに第２の面か
ら入射した画像光を投射光学系に向けて射出させる第３
の面とを有するプリズム状の光学素子により構成するこ
とができる。

【００１０】また、本願第３の発明では、照明光学系
と、この照明光学系からの照明光を複数の色光に分解し
てそれぞれの色光を色光ごとに設けられた画像表示素子
に入射させるとともに、これら画像表示素子から射出し
た複数色の画像光を合成する色分解合成光学系と、この
色分解合成光学系により合成された画像光を投射表示す
る投射光学系とを有する投射型画像表示装置において、
照明光学系と色分解合成光学系との間に、照明光学系か
らの照明光を色分解合成光学系に透過させるとともに色
分解合成光学系からの画像光を略１００％の反射率で反
射して投射光学系に導く導光素子を設け、導光素子およ
び色分解合成光学系内における照明光の光路と画像光の
光路とが互いに異ならせ、さらに投射光学系を、少なく
とも１つの回転非対称面又は互いに回転対称軸が異なる
複数の光学素子を有する偏心光学系としている。

【００１１】さらに、本願第４の発明では、照明光学系
と、この照明光学系からの照明光を複数の色光に分解し
てそれぞれの色光を色光ごとに設けられた画像表示素子
に入射させるとともに、これら画像表示素子から射出し
た複数色の画像光を合成する色分解合成光学系と、この
色分解合成光学系により合成された画像光を投射表示す
る投射光学系とを有する投射型画像表示装置において、
照明光学系と色分解合成光学系との間に、照明光学系か
らの照明光を色分解合成光学系に透過させるとともに色
分解合成光学系からの画像光を略１００％の反射率で反
射して投射光学系に導く導光素子を設け、照明光学系に
おける照明光束の中心線に沿った光線の導光素子、色分
解合成光学系および投射光学系でのトレース線を全系の
基準軸としたときに、画像表示素子に入射する照明光の
基準軸および画像表示素子から射出する画像光の基準軸
がそれぞれ、画像表示素子の表示面の法線に対して傾く
ようにし、さらに投射光学系を、少なくとも１つの回転
非対称面又は互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子
を有する偏心光学系としている。

【００１２】なお、これら第３および第４の発明におい
て、導光素子としては、例えば、照明光を入射させると
ともに画像光を略１００％の反射率で反射する第１の面
と、この第１の面から入射した照明光を色分解合成光学
系に向けて射出させるとともに色分解合成光学系からの
画像光を入射させる第２の面と、この第２の面から入射
して前記第１の面にて反射した画像光を投射光学系に向
けて射出させる第３の面とを有するプリズム状の光学素
子により構成することができる。

【００１３】以上の第１から第４の発明により、従来の
ように偏光ビームスプリッタを設けることなく、照明光
の光路と画像光の光路とを分離することが可能となる。
しかも、導光素子によって照明光学系からの照明光又は
色分解合成光学系からの画像光を略１００％の反射率で
反射して色分解合成光学系又は投射光学系に導くため、
従来の投射型画像表示装置に比べて光の利用効率を高め
ることができ、明るく高精細な表示画像を得ることが可
能となる。しかも、投射光学系を偏心光学系とすること
により、投射光学系を傾けたことで発生するキーストン
歪曲などの偏心収差を補正することが可能となる。

【００１４】また、上記第２および第４の発明のよう
に、画像表示素子に入射する照明光の基準軸および画像
表示素子から射出する画像光の基準軸がそれぞれ、画像
表示素子の表示面の法線に対して傾くように設定すれ
ば、投射光学系を小型化することが可能となる。すなわ
ち、投射型画像表示装置では、画像を投射する位置が本
体よりも上方になるが、共軸系でこれを実現するにはレ
ンズをシフトして使用しなければならないのでレンズ径
が大きくなる。これに対し、本発明のように、偏心光学
系を用い基準軸（光軸）が傾けば、すでに画像光は上方
に投影されるので、光学系は基準軸（光軸）に沿って配
置すればよく、レンズの大きさは（シフトしない分）小
さくなる。

【００１５】ここで、照明光の基準軸を画像表示素子の
法線に対して倒れ角度θ傾けて配置すると、画像光の基
準軸も画像表示素子の法線に対して反対側に倒れ角度θ
傾く。このとき、倒れ角度θを大きくすると照明光の基
準軸と画像光の基準軸のなす角２θが大きくなり、投射
光路（または照明光路）が導光素子に入射する角度ωが
小さくなり、導光素子を透過するすべての光線の入射角
度による透過率をより均一にすることが可能である。ま
た、照明光学系においては照明光学系のＦナンバーは小
さいほど効率が良くなる。

【００１６】一方、偏心光学系においては、物面（画像
表示素子）の倒れ角θが小さいほど偏心収差量が少な
く、また投射光学系のＦナンバーが大きいほど収差の補
正が容易となるので望ましい。

【００１７】ここで、投射光学系のＦナンバーは照明光
学系のＦナンバーとほぼ等しく設定されるので、良好な
偏心光学系を投射光学系とし、高効率の照明光学系を有
する画像表示装置を実現するためには、照明光学系のＦ
ナンバーをＦＮＯとしたときに、 ７＜ＦＮＯ／ｔａｎθ＜４６ なる条件を満足するのが望ましい。

【００１８】この条件で下限値を下回ると、ＦＮＯに比
して入射角度が大きくなり過ぎるため、キーストン歪み
などの収差を補正するのが難しく、偏心光学系を良好に
設計できなくなってしまう。また、上限値を上回ると入
射角度に比してＦＮＯが大きくなり過ぎてしまい、投影
光学系でケラレる光の量が多くなるため、光の利用効率
が悪くなってしまう。

【００１９】また、導光素子を楔形状に形成した場合に
おいて、この導光素子と投射光学系との間に導光素子か
ら射出した画像光を屈折透過させる補助光学素子を導光
素子に対して空気間隔を空けて配置したり、導光素子と
照明学系との間に照明光学系からの照明光を屈折透過さ
せる補助光学素子を導光素子に対して空気間隔を空けて
配置したりすることにより、楔形状で発生する収差を緩
和することが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である投射型画像表示装置の構成を示
している。図中、１は高圧水銀ランプなどから構成され
る照明光源であり、２はこの光源１からの光を所定の方
向に放射するためのリフレクターである。

【００２１】３は均一な照明領域を形成するためのイン
テグレーターであり、フライアイレンズ３ａ，３ｂから
構成されている。

【００２２】４は無偏光な光を所定の偏光方向に揃える
偏光変換素子であり、偏光分離膜４ａと反射膜４ｂと１
／２位相板４ｃとから構成されている。

【００２３】５は照明光を集光する集光光学系であり、
レンズ５ａ，５ｂおよびミラー５ｃから構成されてい
る。なお、光源１〜レンズ５ｂにより、請求の範囲にい
う照明光学系が構成されている。

【００２４】６は照明光学系と投射光学系の光路がひと
つの色分解合成光学系を通過するように光路を設定する
ための光路プリズム（導光素子）である。

【００２５】７は光路をＲ，Ｇ，Ｂの３色に分解し、再
び合成するためのダイクロイックプリズム（色分解合成
光学系）であり、本実施形態では、３つのプリズムを組
み合わせて、所定の組み合わせ面にダイクロイック膜を
蒸着等して構成されている。

【００２６】８ｒ，８ｇ，８ｂは液晶ディスプレイ等か
ら構成される各色光用の反射型画像表示素子であり、不
図示のパーソナルコンピュータやテレビ、ビデオ、ＤＶ
Ｄプレーヤー等の画像情報供給装置からの画像情報に応
じた信号によって駆動され、入射した各色の照明光を反
射するとともに変調して射出する。

【００２７】９は補助プリズム（補助光学素子）、１０
は偏心投射レンズ（投射光学系）である。Ｐは画像表示
素子８ｒ，８ｇ，８ｂに対する偏光子であり、Ａは画像
表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂに対する検光子である。

【００２８】次に、以上のように構成された画像表示装
置における光学的な作用を説明する。光源１から放射状
に射出した照明光束はリフレクター２によって反射され
てフライアイレンズ３ａに向かって集光される。この照
明光束はフライアイレンズ３ａによって複数の光束に分
離されたのち、フライアイレンズ３ｂ，レンズ５ａ，５
ｂの作用によって画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂ上に重
ね合わされ、均一な照明領域を画像表示素子上に形成す
る。

【００２９】また、フライアイレンズ３ｂを射出した多
数の光束はそれぞれの光束に対応した偏光分離膜４ａで
Ｐ偏光とＳ偏光に分離される。Ｐ偏光は１／２位相板４
ｃによりＳ偏光と同方向の偏光成分に変換され、Ｓ偏光
は反射膜４ｂにより反射されて、所定の偏光光として同
一方向に放射される。

【００３０】図２に示すように、照明光束は光路プリズ
ム６の第１の面６ａから第２の面６ｂで全反射条件を満
たす角度で入射して全反射する。これにより、略１００
％の反射率での反射が得られ、光路を折り曲げられたの
ち、第３の面６ｃから射出する。

【００３１】なお、本実施形態では、照明光が光路プリ
ズム６の第２の面６ｂで全反射する場合について説明す
るが、この第２の面６ｂでの反射は、第２の面６ｂの外
側の一部に蒸着等により形成したミラーコートによる反
射でもよい。

【００３２】また、本実施形態では、ダイクロイックプ
リズム７として３つのプリズム（第１〜第３のプリズム
Ｐ１〜Ｐ３）から構成される３Ｐプリズムを使用してい
る。

【００３３】図２中、第１のプリズムＰ１の第１の面７
ａから入射したＢ（青色）の光は、第１のダイクロイッ
ク面７ｄｂで反射され、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色）のＢの
光は透過する。

【００３４】Ｂの光は第１の面７ａで略１００％の反射
率で反射（例えば全反射）したのち、第２の面７ｂから
射出してＢ用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００３５】第１のダイクロイック面７ｄｂを透過した
Ｒ，Ｇの光は、この面７ｄｂとの間にわずかな空気間隔
を空けて配置された第２のプリズムＰ２の第３の面７ｃ
から入射し、Ｒの光は第２のダイクロイック面７ｄｒで
反射され、Ｇの光は透過する。

【００３６】Ｒの光は第３の面７ｃで略１００％の反射
率で反射（例えば全反射）したのち第４の面７ｄから射
出して、Ｒ用の画像表示素子８ｒへと至る。

【００３７】第２のダイクロ面７ｄｒを透過したＧの光
は、第３のプリズムＰ３に入射した後、第５の面７ｅか
ら射出し、Ｇ用の画像表示素子８ｇへと至る。

【００３８】各画像表示素子に入射した各色照明光は、
上記画像情報に応じた信号によって駆動された各画像表
示素子によってその偏光状態を変調されて反射される。

【００３９】各画像表示素子で変調および反射された画
像光は、照明光の入射方向とは異なる方向に反射されて
それぞれダイクロイックプリズム７に入射し、前述の色
分解されたときとは逆の順番で光学面を通って再び１つ
に合成され射出する。

【００４０】ダイクロイックプリズム７を射出した光
は、光路プリズム６に第３の面６ｃから、第２の面６ｂ
にて全反射条件を満たす角度よりも小さい角度で入射
し、第２の面６ｂを透過して射出する。

【００４１】光路プリズム６を射出した光は、補助プリ
ズム９を屈折しながら透過し、図１の偏心投射レンズ１
０により不図示のスクリーンにフルカラー画像として投
影される。

【００４２】ここで、図１において、照明光学系の基準
の軸を照明光束の中心軸とすると、光学系の基準軸はリ
フレクター２の光軸に沿った光線をそれ以降に設けられ
たフライアイレンズ３ａ，３ｂ以外の照明光学系（５
ａ，５ｂ，５ｃ）、光路プリズム６，ダイクロイックプ
リズム７、画像表示素子８ｒ〜８ｂ、補助プリズム９お
よび偏心投射レンズ１０でそれぞれ光線トレースした直
線と考えることができる。

【００４３】これに基づき、図１には、照明光学系の基
準軸としてＩＬを設定し、投射光学系の基準軸としてＰ
Ｌを設定している。

【００４４】本実施形態では、図２に示すように、照明
光学系の色分解後の基準軸ＩＬおよび投射光学系の基準
軸ＰＬがそれぞれ、画像表示素子８ｒ〜８ｂの表示面の
法線に対してともにθ傾くように設定されている。これ
により、照明光学系の基準軸ＩＬと投射光学系の基準軸
ＰＬのなす角度は２θとなる。

【００４５】また、照明光学系のＦナンバーをＦＮＯと
し、照明光束の径をφｉとし、集光光学系５の焦点距離
（図１のレンズ５ａ，５ｂの合成焦点距離）をｆｉとす
るとき、照明光学系のＦナンバーは、 ＦＮＯ＝ｆｉ／φｉ として求められるが、ここではフライアイレンズ３が矩
形であるので、照明光束が矩形であるときには矩形形状
の光束の長辺Ｌｌまたは短辺Ｌｓを用いて、 ＦＮＯ＝ｆｉ／ＬｌまたはＦＮＯ＝ｆｉ／Ｌｓ として求められる。

【００４６】上記倒れ角度θを大きくすると照明光路の
基準軸と投射光路の基準軸のなす角２θが大きくなり、
画像光（又は照明光）が光路プリズム６に入射する角度
ωが小さくなり、光路プリズム６を透過するすべての光
線の入射角度による透過率をより均一にすることができ
る。また、照明光学系においては照明光学系のＦナンバ
ーは小さいほど効率が良くなる。

【００４７】一方、偏心光学系においては、物面（画像
表示素子）の倒れ角θが小さいほど偏心収差量が少な
く、また偏心投射レンズ１０のＦナンバーが大きいほど
収差の補正が容易となる。

【００４８】偏心投射レンズ１０のＦナンバーは照明光
学系のＦナンバーとほぼ等しく設定されるので、良好な
偏心光学系を投射光学系とし、高効率の照明光学系を有
する画像表示装置を実現するためには、 ７＜ＦＮＯ／ｔａｎθ＜４６ なる条件を満足するのが望ましい。

【００４９】以上説明したように、本実施形態では、照
明光学系とダイクロイックプリズム７との間に、照明光
学系からの照明光を略１００％の反射率で反射してダイ
クロイックプリズム７に導くとともにダイクロイックプ
リズム７から射出された画像光を偏心投射レンズ１０側
に透過させる光路プリズム６を設け、この光路プリズム
６およびダイクロイックプリズム７内における照明光の
光路と画像光の光路とを互いに異ならせるようにしてい
るので、従来のように偏光ビームスプリッタを設けるこ
となく、照明光の光路と画像光の光路とを分離すること
ができる。しかも、光路プリズム６により照明光学系か
らの照明光を略１００％の反射率で反射してダイクロイ
ックプリズム７に導き、かつ画像表示素子８ｒ〜８ｂか
らの画像光を偏心投射レンズ１０に向けて透過させるこ
とができる。

【００５０】したがって、従来の投射型画像表示装置に
比べて光の利用効率を高めることができ、明るい表示画
像を得ることができる。

【００５１】また、本実施形態では、偏心投射レンズ１
０を、少なくとも１つの回転非対称面又は互いに回転対
称軸が異なる複数の光学素子を有する偏心光学系とする
ことにより、投射光学系の基準軸を傾けたことで発生す
るキーストン歪曲などの偏心収差を補正することができ
る。

【００５２】また、本実施形態では、光路プリズム６を
楔形状に形成しているが、この光路プリズム６と偏心投
射レンズ１０との間に、光路プリズム６から射出した画
像光を屈折透過させる補助プリズム９を、光路プリズム
６に対して空気間隔を空けて配置しているので、楔形状
で発生する収差を緩和することができる。

【００５３】（第２実施形態）図３には、本発明の第２
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。なお、本実施形態は、色分離合成プリズム２７とし
て、４つのプリズムＰ１〜Ｐ４が一体的に組み合わされ
た４Ｐプリズムを使用している点を除き第１実施形態と
同様である。このため、本実施形態において、第１実施
形態と同じ構成要素には第１実施形態と同符号を付して
説明に代える。

【００５４】以下、本実施形態におけるダイクロイック
プリズム２７の作用に関して説明する。図中、光路プリ
ズム６から射出して第１の面２７ａからダイクロイック
プリズム２７の第１のプリズムＰ１に入射した照明光
は、第１のダイクロイック面２７ｄｂでＢの光が反射さ
れ、Ｒ，Ｇの光は透過する。

【００５５】Ｂの光は第１の面２７ａで略１００％の反
射率で反射（例えば、全反射）したのち、第２の面２７
ｂから射出してＢ用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００５６】また、第１のダイクロイック面２７ｄｂを
透過したＲ，Ｇの光は、第３の面２７ｃを透過し、第２
のダイクロイック面２７ｄｒでＲの光が反射され、Ｇの
光が透過する。

【００５７】Ｒの光は第３のプリズムＰ３の第４の面２
７ｄから射出し、Ｒ用の画像表示素子８ｒへと至る。第
２のダイクロイック面２７ｄｒを透過したＧの光は、第
４のプリズムＰ４の第５の面２７ｅを射出し、Ｇ用の画
像表示素子８ｇへと至る。

【００５８】本実施形態のように、色分離合成プリズム
２７を、第３の面２７ｃを設けて４つのプリズムで構成
することにより、第１実施形態のように３Ｐプリズムで
構成する場合に比べて、ダイクロイックプリズムの小型
化に有利である。

【００５９】（第３実施形態）図４には、本発明の第３
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。なお、本実施形態は、ダイクロイックプリズム３７
として、４つのプリズムＰ１〜Ｐ４が一体的に組み合わ
され、ダイクロイック面がＸ状にクロスしているものが
用いられている点を除き第１実施形態と同様である。こ
のため、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成
要素には第１実施形態と同符号を付して説明に代える。

【００６０】以下、本実施形態におけるダイクロイック
プリズム３７の作用に関して説明する。図中、光路プリ
ズム６から射出して第１の面３７ａからダイクロイック
プリズム３７内に入射した照明光のうち、第１のダイク
ロイック面３７ｄｂで反射されたＢの光は、第２の面３
７ｃを透過してＢ用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００６１】また、第２のダイクロイック面３７ｄｒで
反射したＲの光は、第３の面３７ｂを透過してＲ用の画
像表示素子８ｒに至る。

【００６２】第１のダイクロイック面３７ｄｂと第２の
ダイクロイック面３７ｄｒをともに透過したＧの光は、
第４の面３７ｄを透過してＧ用の画像表示素子８ｇに至
る。

【００６３】（第４実施形態）図５には、本発明の第４
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。

【００６４】本実施形態では、光路プリズム６における
光の通り方が上記各実施形態と異なっている以外は第１
実施形態と同じであるので、共通する構成要素には第１
実施形態と同符号を付して説明に代える。

【００６５】本実施形態では、レンズ５ｂを通過した照
明光は、まず補助プリズム９を屈折透過したのち、光路
プリズム６の第１の面６ｂ′に入射し、第２の面６ｃ′
を透過してダイクロイックプリズム７に入射する。

【００６６】ダイクロイックプリズム７では、第１実施
形態と同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光に分離されて各画像
表示素子８ｒ〜８ｂに入射し、変調後、合成されて再び
光路プリズム６の第２の面６ｃ′から入射する。

【００６７】光路プリズム６内に入射した画像光は、第
１の面６ｂ′で全反射し、第３の面６ａ′から射出して
偏心投射レンズ１０により投影される。

【００６８】本実施形態では、照明光学系とダイクロイ
ックプリズム７との間に、照明光学系からの照明光をダ
イクロイックプリズム７に透過させるとともに、ダイク
ロイックプリズム７からの画像光を略１００％の反射率
で反射して偏心投射レンズ１０に向けて透過させる光路
プリズム６を設け、この光路プリズム６およびダイクロ
イックプリズム７内における照明光の光路と画像光の光
路とを互いに異ならせるようにしているので、従来のよ
うに偏光ビームスプリッタを設けることなく、照明光の
光路と画像光の光路とを分離することができる。しか
も、光路プリズム６によりダイクロイックプリズム７か
らの画像光を略１００％の反射率で反射して偏心投射レ
ンズ１０に導くことができる。

【００６９】したがって、従来の投射型画像表示装置に
比べて光の利用効率を高めることができ、明るい表示画
像を得ることができる。

【００７０】（第５実施形態）図６には、本発明の第５
実施形態である投射型画像表示装置の構成を示してい
る。本実施形態は、照明光の進み方は第４実施形態と同
じであるが、第４実施形態に示した補助プリズム９を除
いた構成を有する。本実施形態において、第４実施形態
と共通する構成要素には第４実施形態と同符号を付して
説明に代える。

【００７１】本実施形態で示すように、本発明におい
て、補助プリズムは必ずしも必要ではない。

【００７２】なお、本発明において、各色光用の画像表
示素子の配置は上記各実施形態にて説明した配置に限ら
れるものではなく、任意に設定してよい。

【００７３】また、上記実施形態にて説明した投射型画
像表示装置は、画像記録装置或いはコンピューター等か
ら画像信号の送信を受け、その画像信号に基づいて被照
射面に画像を投影する画像表示システムに適用してもよ
い。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１〜第４の
発明によれば、従来のように偏光ビームスプリッタを設
けることなく、照明光の光路と画像光の光路とを分離す
ることができる。しかも、導光素子によって照明光学系
からの照明光又は色分解合成光学系からの画像光を略１
００％の反射率で反射して色分解合成光学系又は投射光
学系に導くことができる。したがって、従来の投射型画
像表示装置に比べて光の利用効率を高めることができ、
明るく高精細な表示画像を得ることができる。

【００７５】しかも、投射光学系を偏心光学系とするこ
とにより、投射光学系を傾けたことで発生するキースト
ン歪曲などの偏心収差を補正することができる。

【００７６】また、上記第２および第４の発明のよう
に、画像表示素子に入射する照明光の基準軸および画像
表示素子から射出する画像光の基準軸がそれぞれ、画像
表示素子の表示面の法線に対して傾くように設定すれ
ば、投射光学系を小型化することができる。

【００７７】また、照明光の基準軸および画像光の基準
軸の画像表示素子の法線に対する倒れ角度をθとし、照
明光学系のＦナンバーをＦＮＯとしたとき、７＜ＦＮＯ
／ｔａｎθ＜４６を満たすようにすれば、良好な偏心光
学系を投射光学系とし、高効率の照明光学系を有する画
像表示装置を実現することができる。

【００７８】また、導光素子を楔形状に形成した場合に
おいて、この導光素子と投射光学系との間に導光素子か
ら射出した画像光を屈折透過させる補助光学素子を導光
素子に対して空気間隔を空けて配置したり、導光素子と
照明学系との間に照明光学系からの照明光を屈折透過さ
せる補助光学素子を導光素子に対して空気間隔を空けて
配置したりすれば、楔形状で発生する収差を緩和するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図である。

【図２】上記第１実施形態の投射型画像表示装置におけ
る部分拡大図である。

【図３】本発明の第２実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図である。

【図４】本発明の第３実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図である。

【図５】本発明の第４実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図である。

【図６】本発明の第５実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図である。

【図７】従来の投射型画像表示装置の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 照明光源 ２ リフレクター ３ インテグレーター ４ 偏光変換素子 ５ 集光光学系 ６ 光路プリズム ７ ダイクロイックプリズム ８ｒ，８ｇ，８ｂ 画像表示素子 ９ 補助プリズム １０ 偏心投射レンズ Ｐ 偏光子 Ａ 検光子 ＩＬ 照明光学系の基準軸 ＰＬ 投射光学系の基準軸 θ 照明光学系（および投射光学系）の基準軸の画像表
示素子の法線に対する倒れ角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 児玉 浩幸 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA14 CA17 2H087 KA06 KA07 LA01 NA11 5C060 HC01 HC09 HC21 HC25 JA00 JB06

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系と、この照明光学系からの照
   明光を複数の色光に分解してそれぞれの色光を色光ごと
   に設けられた画像表示素子に入射させるとともに、これ
   ら画像表示素子から射出した複数色の画像光を合成する
   色分解合成光学系と、この色分解合成光学系により合成
   された画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射
   型画像表示装置であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学系との間に、前記
   照明光学系からの照明光を略１００％の反射率で反射し
   て前記色分解合成光学系に導くとともに前記色分解合成
   光学系からの画像光を前記投射光学系に透過させる導光
   素子を有しており、 前記導光素子および前記色分解合成光学系内における照
   明光の光路と画像光の光路とが互いに異なり、 前記投射光学系は、少なくとも１つの回転非対称面又は
   互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子を有する偏心
   光学系であることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 照明光学系と、この照明光学系からの照
   明光を複数の色光に分解してそれぞれの色光を色光ごと
   に設けられた画像表示素子に入射させるとともに、これ
   ら画像表示素子から射出した複数色の画像光を合成する
   色分解合成光学系と、この色分解合成光学系により合成
   された画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射
   型画像表示装置であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学系との間に、前記
   照明光学系からの照明光を略１００％の反射率で反射し
   て前記色分解合成光学系に導くとともに前記色分解合成
   光学系からの画像光を前記投射光学系に透過させる導光
   素子を有しており、 前記照明光学系における照明光束の中心線に沿った光線
   の前記導光素子、前記色分解合成光学系および前記投射
   光学系でのトレース線を全系の基準軸としたときに、前
   記画像表示素子に入射する照明光の基準軸および前記画
   像表示素子から射出する画像光の基準軸がそれぞれ、前
   記画像表示素子の表示面の法線に対して傾いており、 前記投射光学系は、少なくとも１つの回転非対称面又は
   互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子を有する偏心
   光学系であることを特徴とする投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記導光素子が、照明光を入射させる第
   １の面と、照明光を前記色分解合成系に向けて射出させ
   るとともに前記色分解合成光学系からの画像光を入射さ
   せる第２の面と、前記第１の面から入射した照明光を前
   記第２の面に向けて略１００％の反射率で反射させると
   ともに前記第２の面から入射した画像光を前記投射光学
   系に向けて射出させる第３の面とを有することを特徴と
   する請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
4. 【請求項４】 照明光学系と、この照明光学系からの照
   明光を複数の色光に分解してそれぞれの色光を色光ごと
   に設けられた画像表示素子に入射させるとともに、これ
   ら画像表示素子から射出した複数色の画像光を合成する
   色分解合成光学系と、この色分解合成光学系により合成
   された画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射
   型画像表示装置であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学系との間に、前記
   照明光学系からの照明光を前記色分解合成光学系に透過
   させるとともに前記色分解合成光学系からの画像光を略
   １００％の反射率で反射して前記投射光学系に導く導光
   素子を有しており、 前記導光素子および前記色分解合成光学系内における照
   明光の光路と画像光の光路とが互いに異なり、 前記投射光学系は、少なくとも１つの回転非対称面又は
   互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子を有する偏心
   光学系であることを特徴とする投射型画像表示装置。
5. 【請求項５】 照明光学系と、この照明光学系からの照
   明光を複数の色光に分解してそれぞれの色光を色光ごと
   に設けられた画像表示素子に入射させるとともに、これ
   ら画像表示素子から射出した複数色の画像光を合成する
   色分解合成光学系と、この色分解合成光学系により合成
   された画像光を投射表示する投射光学系とを有する投射
   型画像表示装置であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学系との間に、前記
   照明光学系からの照明光を前記色分解合成光学系に透過
   させるとともに前記色分解合成光学系からの画像光を略
   １００％の反射率で反射して前記投射光学系に導く導光
   素子を有しており、 前記照明光学系における照明光束の中心線に沿った光線
   の前記導光素子、前記色分解合成光学系および前記投射
   光学系でのトレース線を全系の基準軸としたときに、 前記画像表示素子に入射する照明光の基準軸および前記
   画像表示素子から射出する画像光の基準軸がそれぞれ、
   前記画像表示素子の表示面の法線に対して傾いており、 前記投射光学系は、少なくとも１つの回転非対称面又は
   互いに回転対称軸が異なる複数の光学素子を有する偏心
   光学系であることを特徴とする投射型画像表示装置。
6. 【請求項６】 前記導光素子が、照明光を入射させると
   ともに画像光を略１００％の反射率で反射する第１の面
   と、この第１の面から入射した照明光を前記色分解合成
   光学系に向けて射出させるとともに前記色分解合成光学
   系からの画像光を入射させる第２の面と、この第２の面
   から入射して前記第１の面にて反射した画像光を前記投
   射光学系に向けて射出させる第３の面とを有することを
   特徴とする請求項４又は５に記載の投射型画像表示装
   置。
7. 【請求項７】 前記導光素子が楔形状に形成されてお
   り、 この導光素子と前記投射光学系との間に、前記導光素子
   から射出した画像光を屈折透過させる補助光学素子を、
   前記導光素子に対して空気間隔を空けて配置したことを
   特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の投射型画
   像表示装置。
8. 【請求項８】 前記導光素子が楔形状に形成されてお
   り、 この導光素子と前記照明学系との間に、前記照明光学系
   からの照明光を屈折透過させる補助光学素子を、前記導
   光素子に対して空気間隔を空けて配置したことを特徴と
   する請求項１から６のいずれかに記載の投射型画像表示
   装置。
9. 【請求項９】 前記照明光の基準軸および前記画像光の
   基準軸がそれぞれ前記画像表示素子の表示面の法線に対
   してなす角度をθとし、前記照明光学系の前記画像表示
   素子に対するＦナンバーをＦＮＯとしたとき、 ７＜ＦＮＯ／ｔａｎθ＜４６ を満足することを特徴とする請求項２又は５に記載の投
   射型画像表示装置。
10. 【請求項１０】 照明光学系からの光で反射型画像表示
    素子を照明し、前記画像表示素子から射出した画像光を
    投射表示する投射光学系とを有する投射型画像表示装置
    であって、 前記照明光学系における照明光束の中心線に沿った光線
    の前記照明光学系および前記投射光学系でのトレース線
    を全系の基準軸としたときに、 前記画像表示素子に入射する照明光の基準軸および前記
    画像表示素子から射出する画像光の基準軸がそれぞれ前
    記画像表示素子の表示面の法線に対してなす角度をθと
    し、前記照明光学系の前記画像表示素子に対するＦナン
    バーをＦＮＯとしたとき、 ７＜ＦＮＯ／ｔａｎθ＜４６ を満足することを特徴とする投射型画像表示装置。
11. 【請求項１１】 前記照明光学系からの照明光を複数の
    色光に分解してそれぞれの色光を色光ごとに設けられた
    複数の画像表示素子に入射させるとともに、これら画像
    表示素子から射出した複数色の画像光を合成する色分解
    合成光学系を有することを特徴とする請求項１０に記載
    の投射型画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記画像表示素子が、入射した照明光
    を変調および反射して画像光として射出することを特徴
    とする請求項１から１１のいずれかに記載の投射型画像
    表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１から１２のいずれかに記載の
    投射型画像表示装置と、この投射型画像表示装置に対し
    て表示させる画像情報を供給する画像情報供給装置とを
    有して構成されることを特徴とする画像表示システム。