JP2003066367A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率の低下およびコストアップを招
くことなく表示画像の色純度の低下を防止することがで
きる投射型表示装置を提供する。 【解決手段】 投射型表示装置は、白色光を出射する光
源と、白色光を主光線が光軸に対して平行になるテレセ
ントリックな光に変換する第１フライアイレンズと、テ
レセントリックな光を透過させる第２フライアイレンズ
と、第２フライアイレンズを透過したテレセントリック
な光が入射され、入射されたテレセントリックな光を互
いに異なる色を有する３種類の光に分解する色分解光学
素子と、３種類の光のそれぞれに応じた３種類の画像を
それぞれ表示する３個の画像表示素子と、３種類の画像
を合成して、スクリーンへ拡大投影するために投射レン
ズへ出力する合成手段と、を具備している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル等の画
像表示素子に表示された画像を投射レンズによりスクリ
ーン上に投影する投射型表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ハイビジョン放送に続いて、地上
波テレビジョン放送もワイド画面による放送が始められ
た。また、ケーブルテレビジョンの普及や、デジタルテ
レビジョン放送、さらにはデジタルビデオディスク等の
高解像度ソフトウェアが登場することにより、高品質な
大画面表示装置が望まれている。

【０００３】直視型表示装置に用いられているＣＲＴ
は、製造技術、製造コストおよび製品の寸法重量等から
４０型程度がほぼ限界となる。この４０型以上の大画面
を実現する表示装置として、投射型表示装置がある。

【０００４】この投射型表示装置には、その拡大投射さ
れる画像を形成するデバイスによってＣＲＴ方式と液晶
方式とがあり、液晶方式はＣＲＴ方式に比べて最大輝度
の点では劣るが、フォーカス性能、装置重量および容積
の点において勝ると考えられる。

【０００５】以下、従来の液晶方式の投射型表示装置
を、図９および図１０に基づいて説明する。図９は、従
来の投射型表示装置９００の構成図である。投射型表示
装置９００は、光源１３と、この光源１３から出射され
る白色光を順番に透過させるフライアイレンズ１４およ
び１５と、コンデンサレンズ１６とを備えている。コン
デンサレンズ１６を透過した光は、第１ダイクロイック
ミラー１７に与えられており、この第１ダイクロイック
ミラー１７は、コンデンサレンズ１６を透過した白色光
から赤、緑および青のうちのいずれか１種類の光のみを
通過させ、他の種類の光は第２ダイクロイックミラー１
８に向かって反射させる。

【０００６】第１ダイクロイックミラー１７を透過した
光は、反射ミラー９６Ｃによって反射されてコンデンサ
レンズ１９Ａを介して画像表示素子２０Ａに与えられて
いる。画像表示素子２０Ａは、与えられる光を画像信号
に基づいて変調してダイクロイックプリズム２１に与え
ている。

【０００７】第２ダイクロイックミラー１８も第１ダイ
クロイックミラー１７によって反射された２種類の光の
一方を反射して、他方の光を通過させる。第２ダイクロ
イックミラー１８によって反射された光はコンデンサレ
ンズ１９Ｂを介して画像表示素子２０Ｂに与えられてい
る。画像表示素子２０Ｂは、与えられる光を画像信号に
基づいて変調してダイクロイックプリズム２１に与えて
いる。

【０００８】第２ダイクロイックミラー１８を通過した
光は、リレーレンズ２３によって補正され、反射ミラー
９６Ａによって反射され、さらにリレーレンズ２４によ
って補正された後に反射ミラー９６Ｂによって反射さ
れ、コンデンサレンズ１９Ｃを介して画像表示素子２０
Ｃに与えられている。画像表示素子２０Ｃは、与えられ
る光を画像信号に基づいて変調してダイクロイックプリ
ズム２１に与えている。

【０００９】３個の画像表示素子２０Ａ、２０Ｂおよび
２０Ｃによって変調された互いに異なる波長の３種類の
画像は、ダイクロイックプリズム２１によって合成され
て、投射レンズ２２によって図示しないスクリーンへ拡
大投影される。

【００１０】ダイクロイックミラー１７及び１８に入射
する光線に関するテレセントリック性（主光線が光軸と
平行な状態）およびＮＡ（開口数；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ａｐｅｒｔｕｒｅ）について考えてみる。図１０は、
光源１３から画像表示素子２０までの３つの光路におい
て第１および第２のダイクロイックミラー１７および１
８によって反射される光路を、説明の簡単化のために一
直線の光路として表したものである。図９において前述
した構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付
している。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。

【００１１】図１０には、第１および第２ダイクロイッ
クミラー１７および１８に入射する主光線１００１が実
線によって示されている。この主光線１００１は、図１
０に示すように、第１および第２ダイクロイックミラー
１７および１８を透過（または反射）する際、光軸１０
０２に対し平行ではない。つまり、第１および第２ダイ
クロイックミラー１７および１８に入射する光線は、非
テレセントリックである。

【００１２】また、図１０には周辺光１００３が一点鎖
線によって示されている。図１０に示すように、この周
辺光１００３をフライアイレンズ１４および１５の最大
径程度にまで広げても、第１および第２ダイクロイック
ミラー１７および１８において十分な明るさが得られな
い。この第１および第２ダイクロイックミラー１７およ
び１８に入射する光線のＮＡ（開口数）は、例えば代表
的な液晶プロジェクターにおいて０.２〜０.３と大きい
値となる。このように、第１および第２ダイクロイック
ミラー１７および１８に入射する光線は非テレセントリ
ックであり、且つこの入射する光線のＮＡ（開口数）は
大きい値となる。

【００１３】特開昭６３−１４４３８７号公報および特
開平５−１５８１６７号公報には、光源から出射された
白色光をダイクロイックミラーまたはプリズムによって
互いに異なる色を有する３つの光に分解して画像表示素
子へ導く照明光学系と画像表示素子に表示された画像を
再合成して出力する結像光学系とを互いに異なる平面上
に配置する投射型表示装置が開示されている。

【００１４】前者の特開昭６３−１４４３８７に記載の
投射型表示装置は、その上段の平面上に配置された照明
光学系と下段の平面に配置された結像光学系とを備えて
いる。この照明光学系は、光源から出射された白色光を
赤色、緑色、青色の３つの光に分解するダイクロイック
ミラーまたはプリズムを含んでいる。この３つの光はダ
ハミラーを介して下段の平面上に配置された結像光学系
へ入射する。

【００１５】この下段に配置された結像光学系は、この
３つの光に対応する画像を表示し、表示された画像に応
じて各色成分毎の単色画像情報を含む光束をそれぞれ出
力する３つの液晶パネルと、この液晶パネルから出力さ
れた光束を合成する色合成光学系と、合成された光束を
スクリーンに拡大投影する結像レンズとを含んでいる。
この公報に記載の技術は、良好な画像品質の拡大表示を
部品点数が少なくて安価で小型に実現できる投射型表示
装置を提供しようとするものである。

【００１６】後者の特開平５−１５８１６７号公報に記
載の投射型表示装置においては、互いに交差する２枚の
ダイクロイックコート面を有するクロスダイクロイック
ミラーを２つ設け、この２つのクロスダイクロイックミ
ラーを交差軸を一致させて２段に重ねて配置している。
一方のクロスダイクロイックミラーの前方にランプを配
置してこの一方のクロスダイクロイックミラーにより白
色光を３色光に分解可能にし、この分解された３色光を
他方のクロスダイクロイックミラーに導いて合成すべ
く、一方のクロスダイクロイックミラーの側方および他
方のクロスダイクロイックミラーの側方に３色光に対応
して傾斜した各２枚の反射ミラーを配置している。この
公報に記載の技術は、光路長を短く、かつ等しく設計す
ることができる投射型表示装置を提供しようとするもの
である。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の３つの
投射型表示装置においては、装置の小型化を図るために
その光学系は主光線が光軸に対して平行でない非テレセ
ントリックな光学系であって、且つＮＡ（開口数）が大
きい光学系になっている。従って、非テレセントリック
であって、且つＮＡ（開口数）が大きい光線がダイクロ
イックミラーに入射する。

【００１８】しかしながら、このような主光線が光軸に
対して平行でない非テレセントリックな光学系であって
且つＮＡ（開口数）が大きい光学系においてダイクロイ
ックミラーを使用すると、ダイクロイックミラーの波長
特性が悪化し、表示画像の色純度が低下するという問題
が生じる。以下具体的に説明する。

【００１９】図１１は、光軸に対して平行な主光線から
成るテレセントリックな光線が入射されるダイクロイッ
クミラーの分光透過率を示すグラフであり、図１２は、
非テレセントリックであってＮＡ（開口数）の大きな光
線が入射されるダイクロイックミラーの分光透過率を示
すグラフである。

【００２０】図１１に示すように、ダイクロイックミラ
ーは、テレセントリックな光線が入射されると、シャー
プな波長特性を示す。しかし図１２に示すように、非テ
レセントリックであってＮＡ（開口数）の大きな光線が
入射すると、ダイクロイックミラーの波長特性は、緩や
かな勾配を有したものとなってしまう。

【００２１】この図１２に示すような緩やかな勾配を伴
うカットオフ特性を有するダイクロイックミラーによっ
て分解された３色光（赤色光、緑色光および青色光）
は、５００ｎｍおよび６００ｎｍ近傍において分光透過
率の不要な成分を含んでいる。このため、このダイクロ
イックミラーによって分解された３色光に基づく表示画
像は、その色純度が低下するという問題が生じる。

【００２２】この表示画像における色純度の低下を改善
しようとすると、例えば、画像表示素子の近傍にダイク
ロイックフィルターを追加する必要があり、このダイク
ロイックフィルターを追加すると光学系の光の利用効率
が低下するだけでなく、コストアップにも繋がってしま
う。

【００２３】また、非テレセントリックであってＮＡ
（開口数）の大きな光線がダイクロイックミラーへ入射
すると、表示画面上の場所によって見掛けの分光特性が
変化するので、表示画像の色ムラが発生するという問題
が生じる。この色ムラの発生を防止しようとすると、ダ
イクロイックミラーに膜厚の分布（ウエッジ）を持たせ
るといった対策が必要となるので、やはりコストアップ
等に繋がってしまう。

【００２４】本発明の目的は、光の利用効率の低下およ
びコストアップを招くことなく表示画像の色純度の低下
を防止することができる投射型表示装置を提供すること
にある。

【００２５】本発明の他の目的は、コストアップを招く
ことなく表示画像の色ムラの発生を防止することができ
る投射型表示装置を提供することにある。

【００２６】本発明のさらに他の目的は、よりコンパク
トな光学系を有する投射型表示装置を提供することにあ
る。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る投射型表示
装置は、白色光を出射する光源と、該白色光を主光線が
光軸に対して平行になるテレセントリックな光に変換す
る第１フライアイレンズと、該テレセントリックな光を
透過させる第２フライアイレンズと、該第２フライアイ
レンズを透過した該テレセントリックな光が入射され、
該入射されたテレセントリックな光を互いに異なる色を
有する３種類の光に分解する色分解光学素子と、該３種
類の光のそれぞれに応じた３種類の画像をそれぞれ表示
する３個の画像表示素子と、該３種類の画像を合成し
て、スクリーンへ拡大投影するために投射レンズへ出力
する合成手段と、を具備しており、該色分解光学素子
は、クロスダイクロイックミラーを有するミラー或いは
プリズムを含んでおり、該クロスダイクロイックミラー
は、互いに交差する２枚のダイクロイックコート面を有
していることを特徴とし、そのことにより上記目的が達
成される。

【００２８】前記色分解光学素子によって分解された前
記３種類の光を前記３個の画像表示素子へそれぞれ導く
光学手段をさらに具備していてもよい。

【００２９】本発明に係る他の投射型表示装置は、白色
光を出射する光源と、該白色光を主光線が光軸に対して
平行になるテレセントリックな光に変換する第１フライ
アイレンズと、該第１フライアイレンズによって変換さ
れた該テレセントリックな光が入射され、該入射された
テレセントリックな光を互いに異なる色を有する３種類
の光に分解する色分解光学素子と、該３種類の光をそれ
ぞれ透過させる３個の第２フライアイレンズと、該３種
類の光のそれぞれに応じた３種類の画像をそれぞれ表示
する３個の画像表示素子と、該３種類の画像を合成し
て、スクリーンへ拡大投影するために投射レンズへ出力
する合成手段と、を具備しており、該色分解光学素子
は、クロスダイクロイックミラーを有するミラー或いは
プリズムを含んでおり、該クロスダイクロイックミラー
は、互いに交差する２枚のダイクロイックコート面を有
していてもよい。

【００３０】前記３種類の光を前記３個の画像表示素子
へそれぞれ導く光学手段をさらに具備していてもよい。

【００３１】前記３個の第２フライアイレンズの近傍に
それぞれ配置されており、前記分解された互いに異なる
色を有する３種類の光を単一の偏光にそれぞれ変換する
３個の偏光変換素子をさらに具備していてもよい。

【００３２】前記クロスダイクロイックミラーは、前記
２枚のダイクロイックコート面が互いに交差する交差部
を有しており、該クロスダイクロイックミラーは、所定
の空間内に該交差部が位置するように、配置されてお
り、該所定の空間は、前記第１フライアイレンズによっ
て変換された前記テレセントリックな光の密度が低い空
間であってもよい。

【００３３】本発明のある局面に従えば、第２フライア
イレンズを透過したテレセントリックな白色光が色分解
光学素子に入射するので、色分解光学素子は緩やかな勾
配を伴う波長特性を示すことなく、シャープな波長特性
を示す。従って、色分解光学素子によって分解された３
色光は分光透過率の不要な成分を含むことがなくなるの
で、分解された３色光に基づく表示画像はその色純度が
低下することがない。また、テレセントリックな白色光
が色分解光学素子に入射するので、表示画面上の場所に
よって色分解光学素子の分光特性が変化するおそれがな
くなる。従って、表示画像の色ムラが発生することがな
い。

【００３４】本発明の他の局面に従えば、第１フライア
イレンズを透過したテレセントリックな白色光が色分解
光学素子に入射するので、色分解光学素子はシャープな
波長特性を示す。従って、分解された３色光は分光透過
率の不要な成分を含むことがなくなるので、３色光に基
づく表示画像はその色純度が低下することがない。

【００３５】

【発明の実施の形態】本実施の形態に係る投射型表示装
置は、ハイビジョン放送によるワイド画面およびデジタ
ルビデオディスク等の高解像度ソフトウェアを再生する
高品質な大画面を表示する装置である。図１は、実施の
形態に係る投射型表示装置１００の斜視図である。図２
は、図１に示す矢印Ｃの方向から見た投射型表示装置１
００の側面図である。図３は、図２に示す線ＤＤに沿っ
て見た平面断面図であり、図４は、図２に示す線ＥＥに
沿って見た平面断面図である。

【００３６】図１〜図４を参照すると、投射型表示装置
１００は、白色光を出射する光源１と、この光源１から
出射された白色光を主光線が光軸に対して平行になるテ
レセントリックな光に変換するフライアイレンズ２と、
このフライアイレンズ２によって変換されたテレセント
リックな光を透過させるフライアイレンズ３とを備えて
いる。

【００３７】投射型表示装置１００には、クロスダイク
ロイックミラー４が設けられている。このクロスダイク
ロイックミラー４は、互いに交差するダイクロイックコ
ート面であって、互いに特性が異なる２枚のダイクロイ
ックコート面を有するミラーを含んでいる。このクロス
ダイクロイックミラー４には、フライアイレンズ３を透
過したテレセントリックな光が入射する。クロスダイク
ロイックミラー４は、この入射したテレセントリックな
光を赤、青および緑の３種類の光に分解する。

【００３８】投射型表示装置１００は、クロスダイクロ
イックミラー４によって分解された３種類の光に応じて
赤、青および緑の３種類の画像をそれぞれ表示する３個
の画像表示素子９Ａ、９Ｂおよび９Ｃを備えている。投
射型表示装置１００には、この３種類の光を３個の画像
表示素子９Ａ、９Ｂおよび９Ｃへそれぞれ導く光学系と
して、コンデンサレンズ５Ａ、５Ｂおよび５Ｃ、および
８Ａ、８Ｂおよび８Ｃならびに反射ミラー６Ａ、６Ｂお
よび６Ｃおよび７Ａ、７Ｂおよび７Ｃがそれぞれ設けら
れている。

【００３９】投射型表示装置１００は、３個の画像表示
素子９Ａ、９Ｂおよび９Ｃに表示された赤、青および緑
の３種類の画像を再合成するダイクロイックプリズム１
０を備えている。このダイクロイックプリズム１０は、
再合成した画像を図示しないスクリーンへ拡大投影する
ために投射レンズ１１へ出力する。

【００４０】図１〜図４に示す例においては、前述した
投射型表示装置１００の構成要素のうち、光源１、フラ
イアイレンズ２および３、クロスダイクロイックミラー
４、コンデンサレンズ５Ａ、５Ｂおよび５Ｃおよび反射
ミラー６Ａ、６Ｂおよび６Ｃは、投射型表示装置１００
の下段に設けられており、反射ミラー７Ａ、７Ｂおよび
７Ｃ、コンデンサレンズ８Ａ、８Ｂおよび８Ｃ、画像表
示素子９Ａ、９Ｂおよび９Ｃ、ダイクロイックプリズム
１０および投射レンズ１１は、その上段に設けられてい
る。

【００４１】次に、投射型表示装置１００の動作を説明
する。光源１から出射した白色光はフライアイレンズ２
に入射する。この白色光は、フライアイレンズ２を透過
すると、主光線が光軸に対して平行になるテレセントリ
ックな光となる。このテレセントリックな光は、フライ
アイレンズ３を透過する。

【００４２】クロスダイクロイックミラー４には、フラ
イアイレンズ３を透過したテレセントリックな光が入射
する。クロスダイクロイックミラー４は、この入射した
テレセントリックな光を赤、青および緑の３種類の光に
分解する。クロスダイクロイックミラー４によって分解
された３種類の光のうちの１つの光は右方向に（即ち、
図４に示す矢印Ｈの方向に）約９０度方向を転換し、他
の１つの光は左方向に（即ち、図４に示す矢印Ｊの方向
に）９０度方向を転換し、さらに他の１つの光は直進す
る。

【００４３】クロスダイクロイックミラー４によって右
方向に（即ち、図４に示す矢印Ｈの方向に）約９０度方
向を転換した３種類の光のうちの１つの光は、コンデン
サレンズ５Ｃを介して反射ミラー６Ｃおよび７Ｃによっ
て反射された後、コンデンサレンズ８Ｃを介して画像表
示素子９Ｃに与えられている。画像表示素子９Ｃは、与
えられる光を画像信号に基づいて変調してダイクロイッ
クプリズム１０に与えている。

【００４４】クロスダイクロイックミラー４によって左
方向に（即ち、図４に示す矢印Ｊの方向に）９０度方向
を転換した３種類の光のうちの他の１つの光は、コンデ
ンサレンズ５Ｂを介して反射ミラー６Ｂおよび７Ｂによ
って反射された後、コンデンサレンズ８Ｂを介して画像
表示素子９Ｂに与えられている。画像表示素子９Ｂは、
与えられる光を画像信号に基づいて変調してダイクロイ
ックプリズム１０に与えている。

【００４５】クロスダイクロイックミラー４を透過した
３種類の光のうちのさらに他の１つの光は、コンデンサ
レンズ５Ａを介して反射ミラー６Ａおよび７Ａによって
反射された後、コンデンサレンズ８Ａを介して画像表示
素子９Ａに与えられている。画像表示素子９Ａは、与え
られる光を画像信号に基づいて変調してダイクロイック
プリズム１０に与えている。

【００４６】３個の画像表示素子９Ａ、９Ｂおよび９Ｃ
によって変調された互いに異なる波長の３種類の画像
は、ダイクロイックプリズム１０によって合成されて、
投射レンズ１１によって図示しないスクリーンへ拡大投
影される。

【００４７】ここで、本実施の形態に係るクロスダイク
ロイックミラー４に入射する光線について考察してみ
る。図５は、実施の形態に係る光源１から出射し画像表
示素子９に入射する光線を説明する模式図である。図１
〜図４を参照して前述した投射型表示装置１００の構成
要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付してい
る。これらの構成要素の詳細な説明は省略する。

【００４８】図５から明らかなように、フライアイレン
ズ２からフライアイレンズ３までの区間Ａおよびフライ
アイレンズ３からコンデンサーレンズ５Ａ、５Ｂまたは
５Ｃまでの区間Ｂにおいては、光線がテレセントリック
な状態、即ち、主光線が光軸に対して平行な状態になっ
ている。

【００４９】さらにこれらの区間Ａおよび区間Ｂにおけ
るＮＡ（開口数）は、画像表示素子９Ａ、９Ｂまたは９
Ｃから光線を見たときのＮＡ（開口数）に比べて小さく
なる事がわかる。例えば、この区間Ａおよび区間Ｂにお
けるＮＡ（開口数）は、典型的な液晶プロジェクターに
おいて、０．１程度と従来例よりも小さくなる。

【００５０】このように、区間Ａおよび区間Ｂにおける
光線はテレセントリックであって、且つＮＡ（開口数）
が小さくなる。従って、この区間Ａおよび区間Ｂのいず
れかにクロスダイクロイックミラー４を配置すると、テ
レセントリックな光線がクロスダイクロイックミラー４
へ入射する。従って、図１１および図１２を用いて前述
したように、このクロスダイクロイックミラー４はシャ
ープな波長特性（カットオフ特性）を示し、緩やかな勾
配を有した波長特性を示すことが無い。その結果、表示
画像の色純度が低下するおそれが無くなる。

【００５１】さらに、このテレセントリックであって且
つＮＡ（開口数）が小さい区間Ａおよび区間Ｂのいずれ
かにクロスダイクロイックミラー４を配置すると、テレ
セントリックであって、且つＮＡ（開口数）の小さな光
線がクロスダイクロイックミラー４へ入射する。従っ
て、前述したように、表示画面上の場所によって見掛け
の分光特性が変化することが無くなる。その結果、表示
画像の色ムラが発生するおそれが無くなる。

【００５２】図１〜図４を参照して前述した投射型表示
装置１００においては、クロスダイクロイックミラー４
は、フライアイレンズ３とコンデンサレンズ５Ａ、５Ｂ
および５Ｃとの間に配置されている。これはクロスダイ
クロイックミラー４を図５に示す区間Ｂに配置した例で
ある。

【００５３】図６は、実施の形態に係る他の投射型表示
装置２００の平面断面図である。図１〜図４を参照して
前述した投射型表示装置１００の構成要素と同一の構成
要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要
素の詳細な説明は省略する。

【００５４】図６を参照すると、投射型表示装置２００
は、光源１から出射された白色光を主光線が光軸に対し
て平行になるテレセントリックな光に変換するフライア
イレンズ２を備えている。クロスダイクロイックミラー
４と３個のコンデンサレンズ５Ａ、５Ｂおよび５Ｃとの
間には、クロスダイクロイックミラー４によって分解さ
れた３種類の光をそれぞれ透過させる３個のフライアイ
レンズ３Ａ、３Ｂおよび３Ｃがそれぞれ設けられてい
る。

【００５５】このように、クロスダイクロイックミラー
４は、フライアイレンズ２とフライアイレンズ３Ａ、３
Ｂおよび３Ｃとの間に配置されている。これはクロスダ
イクロイックミラー４を図５に示される区間Ａに配置し
た例である。

【００５６】フライアイレンズ２は、光源１から出射さ
れた白色光を主光線が光軸に対して平行になるテレセン
トリックな光に変換する。クロスダイクロイックミラー
４には、フライアイレンズ２によって変換されたテレセ
ントリックな光が入射する。クロスダイクロイックミラ
ー４は、このテレセントリックな光を赤、青および緑の
光に分解する。３個のフライアイレンズ３Ａ、３Ｂおよ
び３Ｃは、分解された３種類の光をそれぞれ透過させ
る。

【００５７】このようにクロスダイクロイックミラー４
にはフライアイレンズ２によって変換されたテレセント
リックな光が入射する。従って、図１１および図１２を
用いて前述したように、このクロスダイクロイックミラ
ー４はシャープな波長特性（カットオフ特性）を示し、
緩やかな勾配を有した波長特性を示すことが無い。その
結果、表示画像の色純度が低下するおそれが無くなる。

【００５８】さらに、テレセントリックであって、且つ
ＮＡ（開口数）の小さな光線がクロスダイクロイックミ
ラー４へ入射するので、見掛けの分光特性が表示画面上
の場所によって変化することが無くなる。その結果、表
示画像の色ムラが発生するおそれが無くなる。

【００５９】この図６に示す投射型表示装置２００にお
いては、３個のフライアイレンズ３Ａ、３Ｂおよび３Ｃ
を設けるようにしたので、図３に示す投射型表示装置１
００と比べてフライアイレンズの個数は２個から４個に
増えるものの、光源１とクロスダイクロイックミラー４
との間に設けられていたフライアイレンズ３を取り除く
ことができるので、光源１の位置をクロスダイクロイッ
クミラー４に近づける事が可能になる。従って、よりコ
ンパクトな光学系にする事が可能になる。

【００６０】図７は、実施の形態に係るさらに他の投射
型表示装置３００の平面断面図である。図６を参照して
前述した投射型表示装置２００の構成要素と同一の構成
要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要
素の詳細な説明は省略する。

【００６１】この投射型表示装置３００が図６に示す投
射型表示装置２００と異なる点は、偏光変換素子１２を
さらに備えている点である。この偏光変換素子１２は、
３個のフライアイレンズ３Ａ、３Ｂおよび３Ｃと３個の
コンデンサレンズ５Ａ、５Ｂおよび５Ｃとのそれぞれの
間に設けられている。

【００６２】この偏光変換素子１２は、連続した棒状の
偏光ビームスプリッタ及び偏光回転素子（例えば１／２
波長板）を含んでおり、自然光を単一の偏光軸に変換す
る素子である。その構成は特開平８−３０４７３９号公
報等において公知である。

【００６３】本実施の形態においては、この偏光変換素
子１２を透過する光は、クロスダイクロイックミラー４
によって分解された異なる色を有する３種類の光（赤色
光、青色光および緑色光）である。従ってこの偏光変換
素子１２を透過する光は、限られた波長成分、例えば、
赤色に対応する波長成分、青色に対応する波長成分、緑
色に対応する波長成分しかそれぞれ有していない。この
ため、分解された異なる色を有する３種類の光毎に最適
な波長特性を有する偏光変換素子を配置することが可能
である。

【００６４】前述した特開平８−３０４７３９公報等に
おいて開示された技術においては、偏光変換素子を広帯
域な周波数特性を有する白色光に対して用いているた
め、この偏光変換素子を透過する光は広帯域な波長成分
を有している。このため、偏光変換素子の波長特性を広
帯域にする必要があった。この為、設計上入射角依存が
大きくなり、実際の角度分布を持った光に対しては透過
効率が低下するという欠点があった。

【００６５】これに対して本実施の形態においては、
赤、青および緑の光のそれぞれに対して最適な特性を有
する偏光変換素子を用いることができるので、光の透過
効率の低下を防止することができる。

【００６６】図８は、実施の形態に係るさらに他の投射
型表示装置４００の平面断面図である。図６を参照して
前述した投射型表示装置２００の構成要素と同一の構成
要素には同一の参照符号を付している。これらの構成要
素の詳細な説明は省略する。

【００６７】図８を参照すると、本実施の形態において
用いる色分離光学素子としてのクロスダイクロイックミ
ラー４には、ミラータイプとプリズムタイプとが考えら
れるが、製法的にミラータイプが安価である。しかしな
がら、このミラータイプのクロスダイクロイックミラー
４における交差部４Ａは、光を有効に透過（又は反射）
しない。十分に平行度の高い光源１（例えば高圧放電
灯）を用いた場合、図８に示すように、影を付けた部分
にのみ光が集中し、これ以外の部分においては光の密度
が低い。図８に示すように、フライアイレンズ３Ａの近
傍においては、光が集中している影を付けた部分と、光
の密度が低い部分とが交互に現れている。

【００６８】クロスダイクロイックミラー４の交差部４
Ａがこの光の密度が低い部分と一致するように配置する
事により、交差部４Ａによる光量のロスを最小限にする
事が可能となる。

【００６９】以上のように本実施の形態によれば、投射
型表示装置の光利用効率を改善する事が可能であり、ま
た追加のダイクロイックフィルターや膜厚を変化させた
特殊なダイクロイックミラーが不要になる為、製造コス
トを下げることができるよいう効果がある。

【００７０】また本実施の形態によれば、光学系を小さ
くすることができ、よりコンパクトな投射型表示装置を
実現することができる。

【００７１】さらに本実施の形態によれば、液晶プロジ
ェクターにおける、自然光を単一の偏光軸へ変換する光
学系において、その透過効率を改善し、光の利用効率を
上げることができるという効果がある。

【００７２】さらに本実施の形態によれば、クロスダイ
クロイックミラーのミラーの合わせ目（交差部）におけ
る光量ロスを最小限にとどめる事が可能であり、光の利
用効率を上げる事が可能となるという効果がある。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、光の利用
効率の低下およびコストアップを招くことなく表示画像
の色純度の低下を防止することができる投射型表示装置
を提供することができる。

【００７４】また、本発明によれば、コストアップを招
くことなく表示画像の色ムラの発生を防止することがで
きる投射型表示装置を提供することができる。

【００７５】さらに本発明によれば、よりコンパクトな
光学系を有する投射型表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る投射型表示装置の斜視図であ
る。

【図２】実施の形態に係る投射型表示装置の側面図であ
る。

【図３】実施の形態に係る投射型表示装置の平面断面図
である。

【図４】実施の形態に係る投射型表示装置の他の平面断
面図である。

【図５】実施の形態に係る光源から出射し画像表示素子
に入射する光線を説明する模式図である。

【図６】実施の形態に係る他の投射型表示装置の平面断
面図である。

【図７】実施の形態に係るさらに他の投射型表示装置の
平面断面図である。

【図８】実施の形態に係るさらに他の投射型表示装置の
平面断面図である。

【図９】従来の投射型表示装置の構成図である。

【図１０】従来の投射型表示装置における照明光学系の
模式図である。

【図１１】理想的な平行光に対する典型的なダイクロイ
ックミラーの分光透過率を示すグラフである。

【図１２】非テレセントリックでＮＡの大きな光に対す
る典型的なダイクロイックミラーの分光透過率を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 光源 ２、３ フライアイレンズ ４ ダイクロイックミラー ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ コンデンサーレ
ンズ ６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ 反射ミラー ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 画像表示素子 １０ ダイクロイックプリズム １１ 投射レンズ １２ 偏光変換素子 １３ 光源 １４、１５ フライアイレンズ １６、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ コンデンサーレンズ １７、１８ ダイクロイックミラー ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 画像表示素子 ２１ ダイクロイックプリズム ２２ 投射レンズ ２３、２４ リレーレンズ

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光を出射する光源と、 該白色光を主光線が光軸に対して平行になるテレセント
   リックな光に変換する第１フライアイレンズと、 該テレセントリックな光を透過させる第２フライアイレ
   ンズと、 該第２フライアイレンズを透過した該テレセントリック
   な光が入射され、該入射されたテレセントリックな光を
   互いに異なる色を有する３種類の光に分解する色分解光
   学素子と、 該３種類の光のそれぞれに応じた３種類の画像をそれぞ
   れ表示する３個の画像表示素子と、 該３種類の画像を合成して、スクリーンへ拡大投影する
   ために投射レンズへ出力する合成手段と、 を具備しており、 該色分解光学素子は、クロスダイクロイックミラーを有
   するミラー或いはプリズムを含んでおり、 該クロスダイクロイックミラーは、互いに交差する２枚
   のダイクロイックコート面を有していることを特徴とす
   る投射型表示装置。
2. 【請求項２】 前記色分解光学素子によって分解された
   前記３種類の光を前記３個の画像表示素子へそれぞれ導
   く光学手段をさらに具備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。
3. 【請求項３】 白色光を出射する光源と、 該白色光を主光線が光軸に対して平行になるテレセント
   リックな光に変換する第１フライアイレンズと、 該第１フライアイレンズによって変換された該テレセン
   トリックな光が入射され、該入射されたテレセントリッ
   クな光を互いに異なる色を有する３種類の光に分解する
   色分解光学素子と、 該３種類の光をそれぞれ透過させる３個の第２フライア
   イレンズと、 該３種類の光のそれぞれに応じた３種類の画像をそれぞ
   れ表示する３個の画像表示素子と、 該３種類の画像を合成して、スクリーンへ拡大投影する
   ために投射レンズへ出力する合成手段と、 を具備しており、 該色分解光学素子は、クロスダイクロイックミラーを有
   するミラー或いはプリズムを含んでおり、 該クロスダイクロイックミラーは、互いに交差する２枚
   のダイクロイックコート面を有していることを特徴とす
   る投射型表示装置。
4. 【請求項４】 前記３種類の光を前記３個の画像表示素
   子へそれぞれ導く光学手段をさらに具備していることを
   特徴とする、請求項３記載の投射型表示装置。
5. 【請求項５】 前記３個の第２フライアイレンズの近傍
   にそれぞれ配置されており、前記分解された互いに異な
   る色を有する３種類の光を単一の偏光にそれぞれ変換す
   る３個の偏光変換素子をさらに具備することを特徴とす
   る、請求項３記載の投射型表示装置。
6. 【請求項６】 前記クロスダイクロイックミラーは、前
   記２枚のダイクロイックコート面が互いに交差する交差
   部を有しており、 該クロスダイクロイックミラーは、所定の空間内に該交
   差部が位置するように、配置されており、 該所定の空間は、前記第１フライアイレンズによって変
   換された前記テレセントリックな光の密度が低い空間で
   あることを特徴とする、請求項３記載の投射型表示装
   置。