JP2003057751A - 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１〜５からの照明光を複数色
光に分解して画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂに入射させ
るとともに、画像表示素子からの複数色の画像光を合成
する色分解合成光学系９と、画像光を投射表示する投射
光学系１０とを有し、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き、色分解合成光学系
からの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
照明光路と画像光路とを互いに異ならせ、かつ照明光学
系における照明光束の中心線に沿った光線の導光光学
系、等でのトレース線を全系の基準軸ＩＬ，ＰＬとした
ときに、少なくとも１つの画像表示素子を上記基準軸を
含む平面外に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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】また、上記の画像表示装置では、３つの画
像表示素子１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂが全て照明光
学系および投射光学系の基準軸、すなわち照明光学系に
おける照明光束の中心線に沿った光線をトレースした線
（軸）を含む平面内に配置されているため、画像表示装
置全体が同平面方向に大型化し易いという問題がある。

【０００８】

【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、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、かつ照明光学系における照明光束の中心線に
沿った光線の導光光学系、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、複
数の画像表示素子のうち少なくとも１つの画像表示素子
を上記基準軸を含む平面外に配置し、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】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、また複数の画像表示素子のうち少なくとも１
つの画像表示素子を上記基準軸を含む平面外に配置し、
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 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を用いることが
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
光路とを互いに異ならせ、かつ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光学系、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、複数の画像表示素子のうち少なくとも１つ
の画像表示素子を上記基準軸を含む平面外に配置し、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。

【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、また、複数の画像表示素子のうち少なくとも
１つの画像表示素子を上記基準軸を含む平面外に配置
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 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
を用いることができる。

【００１２】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。

【００１３】さらに、照明光学系の基準軸と投射光学系
の基準軸を含む平面の外に少なくとも１つの画像表示素
子が配置されることにより、全ての画像表示素子が上記
平面内に配置されている場合に比べて同平面方向におけ
る装置の小型化を図ることが可能となる。

【００１４】また、色分解合成光学系内で照明光の光路
と画像光の光路とが展開している方向と、色分解合成光
学系で光路を分解するときに光路を展開する方向をそれ
ぞれ異なる方向に展開することができるので、それぞれ
の光学系の部分をよりコンパクトにすることができる。
これは、同一平面内で光路を展開すると、図１における
プリズムＰ１やＰ２に相当するプリズムは、照明光路と
投影光路とを跨いだ状態で平面内に広がらなければなら
ないが、同一平面内でなければ（直交した平面であれ
ば）、照明光路と投影光路とは同じ位置にあるものと見
なせるので、異なる位置にある照明光路と投影光路の両
方を跨がなくてもよい分だけプリズムの小型化を図るこ
とができるからである。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１（ａ）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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】なお、図１（ｂ）には、上記光路プリズム
６、色分解合成プリズム７、補助プリズム９および画像
表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂを、図１（ａ）中の矢印Ｋ方
向から見たときの配置関係を示している。また、図２に
は、インテグレーター３の部分を図１（ａ）に示す矢印
Ｊの方向から見たときの図を示している。

【００２７】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。

【００２８】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。また、この実施形態とは異なり、
１／２位相板を偏光分離膜で分離されたＳ偏光の光路に
設け、Ｓ偏光の方向に揃えた偏光変換をする構成でもよ
い。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】また、本実施形態では、色分解合成プリズ
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。

【００３２】第１のプリズムＰ１の第１の面７ａから入
射したＢの光は、第１のダイクロイック面７ｄｂで反射
され、Ｒ，Ｇの光は透過する。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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用のの画像表示素子８ｒへと至る。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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
それぞれ色分解合成プリズム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。

【００３９】色分解合成プリズム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。

【００４０】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、偏心投射レンズ１０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。

【００４１】ここで、図１（ａ），（ｂ）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（５ａ，５ｂ，５ｃ）、光路プリズム６，色分
解合成プリズム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。

【００４２】これに基づき、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ＰＬを設定し
ている。

【００４３】本実施形態では、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２
θとなる。

【００４４】なお、図１（ａ），（ｂ）には表れていな
いが、色分解合成プリズム７内におけるＢの光とＲの光
の画像表示素子８ｂ，８ｒへの入射光路（照明光路）お
よび射出光路（画像光路）も、Ｇの光と同様に互い異な
っている。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】また、光路プリズム６に入射する照明光学
系の基準軸ＩＬと補助プリズムから射出した投射光学系
の基準軸ＰＬを含む平面が広がる方向は、図１（ａ）の
紙面方向であり、図２においては紙面に直交する方向で
ある。

【００４８】色分解合成プリズム７で色分解される照明
光学系および投射光学系の光路の基準軸をそれぞれＩＬ
ｒ，ＩＬｇ，ＩＬｂとするとき、これらの基準軸は、図
１（ａ）の紙面内になく、Ｒ，Ｂ用の画像表示素子８
ｒ，８ｂは照明光学系の基準軸ＩＬと投射光学系の基準
軸ＰＬを含む平面の外に存在する。

【００４９】これにより、３つの画像表示素子が全て上
記平面内に存在する場合に比べて、同平面方向に関して
装置を小型化することができる。

【００５０】なお、本実施形態では、偏光変換素子につ
いて、画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂの長辺方向に偏光
成分を分離するほうが効率がより良いので、図２に示す
方向に偏光分離膜４ａおよび反射膜４ｂが交互に配置さ
れた偏光変換素子を用いている。

【００５１】そして本実施形態では、照明光学系と色分
解合成プリズム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色分解合成プリズム７に
導くとともに色分解合成プリズム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および色分解合成プリズム
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
で反射して色分解合成プリズム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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】（第２実施形態）図３（ａ）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。図３（ｂ）は光路プリズム６および色分解合成
プリズム２７の部分を図３（ａ）に示す矢印Ｋの方向か
ら見て示している。

【００５６】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。

【００５７】色分解合成プリズム２７の光学作用に関し
て説明する。第１のプリズムＰ１の第１の面２７ａから
入射した照明光のうち、Ｂの光は第１のダイクロイック
面２７ｄｂで反射され、Ｒ，Ｇの光は透過する。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】本実施形態においても、色分解合成プリズ
ム７で色分解される照明光学系および投射光学系の光路
の基準軸をそれぞれＩＬｒ，ＩＬｇ，ＩＬｂとすると
き、これらの基準軸は、照明光学系の基準軸ＩＬと補助
プリズムから射出した投射光学系の基準軸ＰＬを含む平
面が広がる図３（ａ）の紙面内になく、Ｒ，Ｂ用の画像
表示素子８ｒ，８ｂは上記平面の外に存在する。

【００６２】なお、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、色分解合成プリズムの小
型化に有利である。

【００６３】（第３実施形態）図４（ａ）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。図４（ｂ）には、光路プリズム６および色分解
合成プリズム３７の部分を図４（ａ）に示した矢印Ｋの
方向から見て示している。

【００６４】なお、本実施形態は、色分離合成プリズム
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。

【００６５】以下、本実施形態における色分解合成プリ
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から色分解合成プリズム
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３７ｂを透
過してＢ用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００６６】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３７ｃを透過してＲ用の画
像表示素子８ｒに至る。

【００６７】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。

【００６８】本実施形態においても、色分解合成プリズ
ム７で色分解される照明光学系および投射光学系の光路
の基準軸をそれぞれＩＬｒ，ＩＬｇ，ＩＬｂとすると
き、これらの基準軸は、照明光学系の基準軸ＩＬと補助
プリズムから射出した投射光学系の基準軸ＰＬを含む平
面が広がる図４（ａ）の紙面内になく、Ｒ，Ｂ用の画像
表示素子８ｒ，８ｂは上記平面の外に存在する。

【００６９】（第４実施形態）図５（ａ）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
ており、図５（ｂ）には、光路プリズム６および色分解
合成プリズム４７の部分を図５（ａ）に示す矢印Ｋの方
向から見て示している。

【００７０】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。

【００７１】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′
を透過して色分解合成プリズム７に入射する。

【００７２】色分解合成プリズム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。

【００７３】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。

【００７４】本実施形態では、照明光学系と色分解合成
プリズム７との間に、照明光学系からの照明光を色分解
合成プリズム７に透過させるとともに、色分解合成プリ
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および色分解合成プリズム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
により色分解合成プリズム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。

【００７５】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。

【００７６】また、本実施形態では、色分解合成プリズ
ム７で色分解される照明光学系および投射光学系の光路
の基準軸をそれぞれＩＬｒ，ＩＬｇ，ＩＬｂとすると
き、これらの基準軸は、照明光学系の基準軸ＩＬと補助
プリズムから射出した投射光学系の基準軸ＰＬを含む平
面が広がる図５（ａ）の紙面内になく、Ｒ，Ｂ用の画像
表示素子８ｒ，８ｂは上記平面の外に存在する。

【００７７】本実施形態の色分解合成プリズム４７は、
光束が小さくなるＧの画像表示素子８ｇに対応する第３
のプリズムＰ３を図５（ａ）において小さくして、装置
の小型化を図っている。光学的な作用は第１実施形態の
ものと同じである。

【００７８】（第５実施形態）図６（ａ）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
ており、図６（ｂ）には、光路プリズム６および色分解
合成プリズム４７の部分を図６（ａ）に示す矢印Ｋの方
向から見て示している。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１から第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できる。

【００８４】さらに、照明光および画像光の基準軸を含
む平面の外に少なくとも１つの画像表示素子が配置され
ることにより、全ての画像表示素子が上記平面内に配置
されている場合に比べて同平面方向における装置の小型
化を図ることができる。

【００８５】また、色分解合成光学系内で照明光の光路
と画像光の光路とが展開している方向と、色分解合成光
学系で光路を分解するときに光路を展開する方向をそれ
ぞれ異なる方向に展開することができるので、それぞれ
の光学系の部分をよりコンパクトにすることができる。

【００８６】しかも、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。

【００８７】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。

【００８８】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
置の構成図およびＫ方向矢視図である。

【図２】上記第１実施形態の投射型画像表示装置におけ
る図１のＪ方向矢視図である。

【図３】本発明の第２実施形態である投射型画像表示装
置の構成図およびＫ方向矢視図である。

【図４】本発明の第３実施形態である投射型画像表示装
置の構成図およびＫ方向矢視図である。

【図５】本発明の第４実施形態である投射型画像表示装
置の構成図およびＫ方向矢視図である。

【図６】本発明の第５実施形態である投射型画像表示装
置の構成図およびＫ方向矢視図である。

【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 ＩＬｒ，ＩＬｇ，ＩＬｂ 色分解される照明光学系およ
び投射光学系の光路の基準軸 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 (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ Ｇ０２Ｆ 1/13 ５０５ 1/1335 1/1335 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ Ｆターム(参考） 2H042 CA06 CA14 CA17 2H087 KA06 KA07 LA01 NA11 2H088 EA12 HA16 HA20 HA23 HA24 HA28 MA06 2H091 FA10X FA11X FA11Z FA14Z FA26X FA41Z LA11 LA30 MA07 5C060 GB06 HC01 HC09 HC21 HC25 JA00 JB06

Claims (10)

【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、 かつ前記照明光学系における照明光束の中心線に沿った
   光線の前記導光光学系、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、前記複数の画像表示素子のうち少なくとも１つの画
   像表示素子が、前記基準軸を含む平面外に配置されてお
   り、 前記投射光学系が、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、 前記複数の画像表示素子のうち少なくとも１つの画像表
   示素子が、前記基準軸を含む平面外に配置されており、 前記投射光学系が、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、 かつ前記照明光学系における照明光束の中心線に沿った
   光線の前記導光光学系、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、前記複数の画像表示素子のうち少なくとも１つの画
   像表示素子が、前記基準軸を含む平面外に配置されてお
   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。
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、 前記複数の画像表示素子のうち少なくとも１つの画像表
   示素子が、前記基準軸を含む平面外に配置されており、 前記投射光学系が、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８のいずれかに記載の投射型画像表示
   装置。
10. 【請求項１０】 請求項１から９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。