JP2003121792A - 画像表示光学系、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】 色分解合成プリズム等、照明光を画像表示素
子に導く素子の透過面において照明光の一部が反射する
と、フレア発生の原因となる。 【解決手段】 照明光学系１〜６からの照明光を分解し
てそれぞれの色光を画像表示素子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画
像光を合成する色分解合成光学素子７と、合成された画
像光を投射表示する投射光学系１０とを有し、照明光学
系と色分解合成光学素子との間に、照明光を略１００％
の反射率で反射して色分解合成光学素子に導くとともに
色分解合成光学素子からの画像光を投射光学系に透過さ
せる導光素子６を設け、この導光素子および色分解合成
光学素子内における照明光の光路と画像光の光路とを互
いに異ならせるとともに、導光素子および色分解合成光
学素子の少なくとも一方において照明光および画像光の
双方が透過する面に反射防止膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を変調する画像
表示素子を用い、画像表示素子を照明する照明光学系と
画像表示素子からの光を拡大投影する投射光学系とを有
する画像表示光学系に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のような画像表示光学系において、
画像表示素子に対して照明光学系からの照明光が入射す
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
用いた光学系は、特開平１０−３１９３４４号公報等に
て提案されている。

【０００３】従来の画像表示光学系を図９に示す。１０
１は光源、１０２はリフレクター、１０３はフィルタ
ー、１０４，１０６はフライアイレンズ、１０５はミラ
ーであり、これらにより照明光学系が構成される。ま
た、１０７は偏光ビームスプリッターである。

【０００４】１０８は色分解合成プリズムであり、照明
光学系からの白色光を赤、緑および青色光に分解すると
ともに、画像表示素子１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂに
て変調された各色光を合成する。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】しかも、色分解合成プリズム等、照明光を
画像表示素子に導く素子の透過面において、照明光の一
部が反射すると、フレア発生の原因となり、高品位な投
射画像が得られなくなるという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
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素子と、この色分解合成光
学素子により合成された画像光を投射表示する投射光学
系とを有する画像表示光学系において、照明光学系と色
分解合成光学素子との間に、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素子に導
くとともに色分解合成光学素子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
分解合成光学素子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とともに、導光素子および色分
解合成光学素子の少なくとも一方において照明光および
画像光の双方が透過する面に反射防止膜を形成してい
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素子と、こ
の色分解合成光学素子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画像表示光学系において、
照明光学系と色分解合成光学素子との間に、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
成光学素子に導くとともに色分解合成光学素子からの画
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、色分解合成光学素子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、照明光学系における基
準軸および投射光学系における基準軸をそれぞれ、画像
表示素子の表示面の法線に対して傾かせるとともに、導
光素子および色分解合成光学素子の少なくとも一方にお
いて照明光および画像光の双方が透過する面に反射防止
膜を形成している。

【００１０】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
の面とを有する透明体からなる光学素子により構成する
ことができる。

【００１１】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素子と、こ
の色分解合成光学素子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画像表示光学系において、
照明光学系と色分解合成光学素子との間に、照明光学系
からの照明光を色分解合成光学素子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、この導光
素子および色分解合成光学素子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とともに、導光素子
および色分解合成光学素子の少なくとも一方において照
明光および画像光の双方が透過する面に反射防止膜を形
成している。

【００１２】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素子と、こ
の色分解合成光学素子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画像表示光学系において、
照明光学系と色分解合成光学素子との間に、照明光学系
からの照明光を色分解合成光学素子に透過させるととも
に色分解合成光学素子からの画像光を略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、色分解合成光学素子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、照明光学系における基
準軸および投射光学系における基準軸をそれぞれ、画像
表示素子の表示面の法線に対して傾かせるとともに、導
光素子および色分解合成光学素子の少なくとも一方にお
いて照明光および画像光の双方が透過する面に反射防止
膜を形成している。

【００１３】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、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素子に向
けて射出させるとともに色分解合成光学素子からの画像
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の面とを有する透明体からなる光学素子によ
り構成することができる。

【００１４】以上の第１から第４の発明のように、導光
素子と色分解合成光学素子の少なくとも一方において照
明光と画像光とがともに透過する面に反射防止膜を形成
することで、照明光によるフレアを低下させることが可
能となる。また、画像表示素子における受光領域を覆う
ガラス面にも反射防止膜を形成してもよい。

【００１５】このとき、照明系によって生じるフレア光
量と画像光量との比Ｆを、 Ｆ＜１／１００ …（１） とする場合、照明光と画像光がともに透過する面と画像
表示素子の画像表示領域外の部分にそれぞれ、反射率Ｒ
ｉ＜０．２５の反射防止膜を形成すればよい。また、フ
レア光量と画像光量との比Ｆを、 Ｆ＜１／２００ …（２） とする場合、照明光と画像光がともに透過する面と画像
表示素子の画像表示領域外の部分にそれぞれ、反射率Ｒ
ｉ＜０．１２５の反射防止膜を形成すればよい。

【００１６】また、フレア光量と画像光量との比Ｆを、 Ｆ＜１／８００ …（３） とする場合、照明光と画像光がともに透過する面と画像
表示素子の画像表示領域外の部分にそれぞれ、反射率Ｒ
ｉ＜０．０３１の反射防止膜を形成すればよい。

【００１７】このとき、青の波長領域４００〜４９０ｎ
ｍでの反射率を各波長において比視感度で重みづけした
値の和を比視感度の和で割った値が上記反射率Ｒｉの各
条件（１）〜（３）を満たするとともに、緑の波長領域
５００ｎｍ〜５８０ｎｍでの反射率を各波長において比
視感度で重みづけした値の和を比視感度の和で割った値
が上記反射率Ｒｉの各条件（１）〜（３）を満たし、か
つ赤の波長領域５９０ｎｍ〜７００ｎｍでの反射率を各
波長において比視感度で重みづけした値の和を比視感度
の和で割った値が上記反射率Ｒｉの各条件（１）〜
（３）を満たしていることが望ましい。

【００１８】そして、上記第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
ることが可能となる。さらに、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】さらに、色分解合成光学素子と画像表示素
子との間に、特定の偏光成分光のみを透過させる偏光素
子を設けてもよい。

【００２２】ここで、画像表示素子は光の偏光状態を変
調するので、画像を表示するための偏光板が照明光学系
系および投射光学系系に必要となる。本発明において
は、この偏光板を色分解合成光学素子と画像表示素子と
の間に設けることにより、照明光路と画像（投射）光路
とがオーバーラップする光学素子（導光素子、色分解合
成光学素子系）における内部歪や光学多層膜における偏
光状態の乱れの影響を受けなくなるので、画像のコント
ラストがさらに向上する。

【００２３】また、導光素子と色分解合成光学素子とを
接合したり、色分解合成光学素子と画像表示素子とを接
合したりしてもよい。これにより、照明光によるフレア
の発生を抑えることが可能となる。

【００２４】さらに、導光素子と投射光学系との間に補
助光学素子を設け、この補助光学素子を導光素子の第２
の面に対してわずかな空気間隔をあけて配置することに
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。

【００２５】

【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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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
光学素子）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。

【００３１】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。

【００３２】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。Ｐｒ，Ｐｇ，
Ｐｂは画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂに対する偏光板で
ある。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】第１のプリズムＰ１の第１の面７ａから入
射したＢ（青色）の光は、第１のダイクロイック面７ｄ
ｂで反射され、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色）のＢの光は透過
する。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】ここで、照明光によるフレアを低下させる
ために、光路プリズム６の射出面６ｃと色分解合成プリ
ズム７の射出面７ｂ，７ｄ，７ｅと画像表示素子８ｒ，
８ｇ，８ｂの受光領域を覆うカバーガラス面に反射防止
膜を形成している。

【００４７】照明光によって生じるフレア光量と画像光
量との比をＦ＜１／１００とする場合、光路プリズム６
の射出面６ｃと色分解合成プリズム７の射出面７ｂ，７
ｄ，７ｅと画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラ
ス面にそれぞれ、反射率Ｒｉ＜０．３３の反射防止膜を
形成する。

【００４８】また、フレア光量と画像光量の比をＦ＜１
／２００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃと色
分解合成プリズム７の射出面７ｂ，７ｄ，７ｅと画像表
示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス面にそれぞれ、
反射率Ｒｉ＜０．１６の反射防止膜を形成する。

【００４９】さらに、フレア光量と画像光量の比をＦ＜
１／８００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃと
色分解合成プリズム７の射出面７ｂ，７ｄ，７ｅと画像
表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス面にそれぞ
れ、反射率Ｒｉ＜０．０４１の反射防止膜を形成する。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】また、偏光板Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂは色分解合
成プリズム７と画像表示素子８ｒ〜８ｂとの間に設けら
れ、照明光の偏光子と投射系の検光子の働きを兼ねてい
る。このため、画像表示素子８ｒ〜８ｂにおいて変調を
受けない（入射した偏光方向と同じ偏光方向で射出す
る）光が白を表示し、変調を受けて９０度偏光方向が回
転した光は黒を表示する。このとき、偏光板Ｐｒ，Ｐ
ｇ，Ｐｂの透過方向は偏光変換素子で揃えられた偏光方
向と平行としてもよいし、色分解後の光路中に位相板を
設けて偏光変換素子で揃えられた偏光方向と異なる方向
でもよい。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム７に入射させ、色分
解合成プリズム７から、変調された各色光を再び光路プ
リズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂで全
反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レンズ
１０により投射されるようにしてもよい。

【００６２】（第２実施形態）図２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。本実施形態は第１実施形態の変形例であり、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。

【００６３】本実施形態では、色分解合成プリズム７の
射出面７ｂ，７ｄ，７ｅと画像表示素子８ｒ，８ｇ，８
ｂとをそれぞれ接合している。さらに、光路プリズム６
の射出面６ｃに反射防止膜を形成することでフレアを低
下させる。このとき、照明光によって生じるフレア光量
と画像光量との比をＦ＜１／１００とする場合、光路プ
リズム６の射出面６ｃに反射率Ｒｉ＜１の反射防止膜を
形成する。

【００６４】また、フレア光量と画像光量との比をＦ＜
１／２００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃに
反射率Ｒｉ＜０．５の反射防止膜を形成する。

【００６５】また、フレア光量と画像光量との比をＦ＜
１／８００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃに
反射率Ｒｉ＜０．１２５の反射防止膜を形成する。

【００６６】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム７に入射させ、色分
解合成プリズム７から、変調された各色光を再び光路プ
リズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂで全
反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レンズ
１０により投射されるようにしてもよい。

【００６７】（第３実施形態）図３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。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。

【００６８】本実施形態では、照明光学系に特定の波長
帯域の光の偏光方向を９０度変換する色位相フィルター
ＣＦを設けている。また、本実施形態では、４つの三角
プリズムからなり、ダイクロイック面がＸ字状にクロス
している色分解合成プリズム３７が用いられている。

【００６９】色分解合成プリズム３７の光学作用につい
て説明する。図中、第１面３７ａから入射した光のうち
第１のダイクロイック面３７ｄｂで反射された光は、第
２の面３７ｃを透過して、偏光板Ｐｂを透過したのちＢ
用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００７０】また、第２のダイクロイック面３７ｄｒで
反射した光は、第３の面３７ｂを透過して、偏光板Ｐｒ
を透過したのちＲ用の画像表示素子８ｒに至る。

【００７１】さらに、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をともに透過した光
は、第４の面３７ｄを透過して偏光板Ｐｇを透過したの
ちＧ用の画像表示素子８ｇに至る。

【００７２】色位相フィルターＣＦはある偏光方向に揃
った光が入射するとき、特定の波長帯域（例えば、Ｇの
帯域）において偏光方向が９０度回転する。図４
（ａ），（ｂ）にこれを表す。

【００７３】図４（ａ）は、入射する光の偏光方向と平
行な偏光成分の強度を表し、図４（ｂ）は、入射する偏
光方向と垂直な偏光成分の強度を表している。図４
（ａ），（ｂ）のような特性の光が色位相フィルターか
ら射出するので、本実施形態においては、色分解合成プ
リズム３７を透過するＧ光の偏光方向とＲ，Ｂ光の偏光
方向とが９０度異なる方向になっている。

【００７４】このとき、偏光板はＧ光の光路に設けられ
た偏光板Ｐｇの透過軸と、Ｒ，Ｂ光の光路に設けられた
偏光板Ｐｒ，Ｐｂの透過軸とは、図５に示すように９０
度異なる方向になっている（なお、図中に透過軸を矢印
Ｑｒ，Ｑｇ，Ｑｂで示している）。

【００７５】また、ＧまたはＲ，Ｂ光の光路に位相板を
設けて偏光方向を所定の方向に変更して設定してもよ
い。

【００７６】ここで示したように、Ｇ光とＲ，Ｂ光の偏
光方向を互いに９０度異なるようにして、色分解合成プ
リズム３７を構成するダイクロイック膜を多く透過する
光がＰ偏光とすることにより、ダイクロイック膜におけ
る効率をより高めることができる。

【００７７】なお、本実施形態と異なる構成として、色
位相フィルターＣＦを光路プリズム６と色分解合成プリ
ズム７との間に設け、光路プリズム６においては各色光
が同一の偏光方向で透過反射し、色分解合成プリズム７
においては、色光によってＰ偏光成分とＳ偏光成分とを
使い分けるようにしてもよい。

【００７８】以上のように、色位相フィルターＣＦを用
いた構成では、第３実施形態に示したクロスプリズムに
よる色分解合成プリズムだけでなく、第１および第２実
施形態に示したような３Ｐプリズムからなる色分解合成
プリズムなど、色分解作用がある構成であれば、どのよ
うな構成でもここで示した効果がある。

【００７９】さらに、照明光によるフレアを低下させる
ために、光路プリズム６の射出面６ｃと色分解合成プリ
ズム３７の入射面３７ａと色分解合成プリズム３７の射
出面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８
ｇ，８ｂのカバーガラス面に反射防止膜を形成する。

【００８０】このとき、照明光によるフレア光量と画像
光量との比をＦ＜１／１００とする場合、光路プリズム
６の射出面６ｃと色分解合成プリズム３７の入射面３７
ａと色分解合成プリズム３７の射出面３７ｂ，３７ｃ，
３７ｄと画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス
面にそれぞれ、反射率Ｒｉ＜０．２５の反射防止膜を形
成する。

【００８１】また、フレア光量と画像光量との比をＦ＜
１／２００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃと
色分解合成プリズム３７の入射面３７ａと色分解合成プ
リズム３７の射出面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示
素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス面にそれぞれ、反
射率Ｒｉ＜０．１２５の反射防止膜を形成する。

【００８２】さらに、フレア光量と画像光量との比をＦ
＜１／８００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃ
と色分解合成プリズム３７の入射面３７ａと色分解合成
プリズム３７の射出面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表
示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス面にそれぞれ、
反射率Ｒｉ＜０．０３１の反射防止膜を形成する。

【００８３】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム３７に入射させ、色
分解合成プリズム３７から、変調された各色光を再び光
路プリズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂ
で全反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レ
ンズ１０により投射されるようにしてもよい。

【００８４】（第４実施形態）図６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。本実施形態は、第３実施形態の変形例であり、第３
実施形態と同じ構成要素には第３実施形態と同符号を付
して説明に代える。

【００８５】本実施形態では、光路プリズム６の射出面
６ｃと色分解合成プリズム３７の入射面３７ａとを接合
している。さらに、色分解合成プリズム３７の射出面３
７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂ
とを接合している。これより、照明系によるフレア光の
発生を防ぐことができる。

【００８６】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム３７に入射させ、色
分解合成プリズム３７から、変調された各色光を再び光
路プリズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂ
で全反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レ
ンズ１０により投射されるようにしてもよい。

【００８７】（第５実施形態）図７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、第３実施形態の変形例であり、第３
実施形態と同じ構成要素には第３実施形態と同符号を付
して説明に代える。

【００８８】本実施形態では、光路プリズム６の射出面
６ｃと色分解合成プリズム３７の入射面３７ａとを接合
している。さらに、色分解合成プリズム３７の射出面３
７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂ
のカバーガラス面に反射防止膜を形成している。

【００８９】このとき、照明光によって生じるフレア光
量と画像光量との比をＦ＜１／１００とする場合、色分
解合成プリズム３７の射出面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと
画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂのカバーガラス面にそれ
ぞれ、反射率Ｒｉ＜０．５の反射防止膜を形成する。

【００９０】また、フレア光量と画像光量との比をＦ＜
１／２００とする場合、色分解合成プリズム３７の射出
面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８ｇ，
８ｂのカバーガラス面にそれぞれ、反射率Ｒｉ＜０．２
５の反射防止膜を形成する。

【００９１】さらに、フレア光量と画像光量の比をＦ＜
１／８００とする場合、色分解合成プリズム３７の射出
面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８ｇ，
８ｂのカバーガラス面にそれぞれ、反射率Ｒｉ＜０．１
２５の反射防止膜を形成する。

【００９２】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム３７に入射させ、色
分解合成プリズム３７から、変調された各色光を再び光
路プリズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂ
で全反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レ
ンズ１０により投射されるようにしてもよい。

【００９３】（第６実施形態）図８には、本発明の第６
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、第４実施形態の変形例であり、第４
実施形態と同じ構成要素には第３実施形態と同符号を付
して説明に代える。

【００９４】本実施形態では、光路プリズム６の射出面
６ｃと色分解合成プリズム３７の入射面３７ａに反射防
止膜を形成する。さらに、色分解合成プリズム３７の射
出面３７ｂ，３７ｃ，３７ｄと画像表示素子８ｒ，８
ｇ，８ｂとを接合する。

【００９５】このとき、照明光によって生じるフレア光
量と画像光量との比をＦ＜１／１００とする場合、光路
プリズム６の射出面６ｃと色分解合成プリズム３７の入
射面３７ａにそれぞれ、反射率Ｒｉ＜０．５の反射防止
膜を形成する。

【００９６】また、フレア光量と画像光量との比をＦ＜
１／２００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃと
色分解合成プリズム３７の入射面３７ａにそれぞれ、反
射率Ｒｉ＜０．２５の反射防止膜を形成する。

【００９７】さらに、フレア光量と画像光量との比をＦ
＜１／８００とする場合、光路プリズム６の射出面６ｃ
と色分解合成プリズム３７の入射面３７ａにそれぞれ、
反射率Ｒｉ＜０．１２５の反射防止膜を形成する。

【００９８】なお、本実施形態以外に、照明光を直接、
光路プリズム６の第２の面６ｂに入射させ、第３の面６
ｃを透過させて色分解合成プリズム３７に入射させ、色
分解合成プリズム３７から、変調された各色光を再び光
路プリズムの第３の面６ｃから入射させて第２の面６ｂ
で全反射させ、第１の面６ａから射出させて偏心投射レ
ンズ１０により投射されるようにしてもよい。

【００９９】また、以上説明した各実施形態において、
各色の画像表示素子の配置は各実施形態の配置に限られ
るものではなく、任意に設定してよい。

【０１００】

【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、導光素子と色分解合成光学素子のうち
少なくとも一方において照明光と画像光とがともに透過
する面に反射防止膜を形成しているので、照明光による
フレアを低下させることができる。また、画像表示素子
のガラス面にも反射防止膜を形成すれば、よりフレアの
低下に有効である。

【０１０１】そして、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。さらに、投射光学系を偏心光学系とすれ
ば、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。

【０１０２】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。

【０１０３】また、導光素子と色分解合成光学素子とを
接合したり、色分解合成光学素子と画像表示素子とを接
合したりすれば、照明光によるフレアの発生をより効果
的に抑えることができる。

【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。

【図２】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。

【図３】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。

【図４】上記第３実施形態にて用いられている色位相フ
ィルターの特性図。

【図５】上記第３実施形態にて用いられている偏光板の
透過方向を説明する図。

【図６】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。

【図７】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。

【図８】本発明の第６実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す図。

【図９】従来の投射型画像表示装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１ 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 色分解合成プリズム ８ｒ，８ｇ，８ｂ 画像表示素子 ９ 補助プリズム １０ 偏心投射レンズ Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ 偏光板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H099 AA12 BA09 BA17 CA02 CA07 CA08 CA11 5C058 AA07 AA08 AB06 BA05 BA08 EA13 EA14 EA26

Claims (21)

【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
   色分解合成光学素子と、この色分解合成光学素子により
   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
   画像表示光学系であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学素子との間に、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素子に導くとともに前記色分解
   合成光学素子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素子内における
   照明光の光路と画像光の光路とが互いに異なるととも
   に、 前記導光素子および前記色分解合成光学素子の少なくと
   も一方において照明光および画像光の双方が透過する面
   に反射防止膜を形成したことを特徴とする画像表示光学
   系。
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
   色分解合成光学素子と、この色分解合成光学素子により
   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
   画像表示光学系であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学素子との間に、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素子に導くとともに前記色分解
   合成光学素子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素子および前記投
   射光学系でのトレース線を全系の基準軸としたときに、
   前記照明光学系における基準軸および前記投射光学系に
   おける基準軸がそれぞれ、前記画像表示素子の表示面の
   法線に対して傾いているとともに、 前記導光素子および前記色分解合成光学素子の少なくと
   も一方において照明光および画像光の双方が透過する面
   に反射防止膜を形成したことを特徴とする画像表示光学
   系。
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光学素子に向けて射
   出させるとともに前記色分解合成光学素子からの画像光
   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に記載の画像表示光学系。
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
   色分解合成光学素子と、この色分解合成光学素子により
   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
   画像表示光学系であって、 前記照明光学系と前記色分解合成光学素子との間に、前
   記照明光学系からの照明光を前記色分解合成光学素子に
   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素子における照
   明光の光路と画像光の光路とが互いに異なっているとと
   もに、 前記導光素子および前記色分解合成光学素子の少なくと
   も一方において照明光および画像光の双方が透過する面
   に反射防止膜を形成したことを特徴とする画像表示光学
   系。
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
   色分解合成光学素子と、この色分解合成光学素子により
   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
   画像表示光学系であって、前記照明光学系と前記色分解
   合成光学素子との間に、前記照明光学系からの照明光を
   前記色分解合成光学素子に透過させるとともに前記色分
   解合成光学素子からの画像光を略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素子および前記投
   射光学系でのトレース線を全系の基準軸としたときに、
   前記照明光学系における基準軸および前記投射光学系に
   おける基準軸がそれぞれ、前記画像表示素子の表示面の
   法線に対して傾いているとともに、 前記導光素子および前記色分解合成光学素子の少なくと
   も一方において照明光および画像光の双方が透過する面
   に反射防止膜を形成したことを特徴とする画像表示光学
   系。
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
   光学素子に向けて射出させるとともに前記色分解合成光
   学素子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に記載の画像表示光学
   系。
7. 【請求項７】 前記画像表示素子における受光領域を覆
   うガラス面に反射防止膜を形成したことを特徴とする請
   求項１，２，４又は５に記載の画像表示光学系。
8. 【請求項８】 前記色分解合成光学素子と前記画像表示
   素子との間に、特定の偏光成分光のみを透過させる偏光
   素子を設けたことを特徴とする請求項１，２，４又は５
   に記載の画像表示光学系。
9. 【請求項９】 前記導光素子および前記色分解合成光学
   素子において照明光および画像光の双方が透過する面の
   数をｎとし、これら各透過面での反射率をＲｉ（ｉ＝１
   〜ｎ）とし、前記照明光学系でのフレア率Ｆを、 【数１】 とするときに、前記照明光学系でのフレア率Ｆが１／１
   ００以下となるように前記各透過面に反射防止膜を形成
   したことを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載の
   画像表示光学系。
10. 【請求項１０】 前記照明光学系でのフレア率Ｆが１／
    ２００以下となるように前記各透過面に反射防止膜を形
    成したことを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載
    の画像表示光学系。
11. 【請求項１１】 前記照明光学系でのフレア率Ｆが１／
    ８００以下となるように前記各透過面に反射防止膜を形
    成したことを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載
    の画像表示光学系。
12. 【請求項１２】 前記各透過面の反射率Ｒｉ（ｉ＝１〜
    ｎ）の和が、 【数２】 であることを特徴とする請求項１，２，４又は５に記載
    の画像表示光学系。
13. 【請求項１３】 前記導光素子と前記色分解合成光学素
    子とを接合したことを特徴とする請求項１，２，４又は
    ５に記載の画像表示光学系。
14. 【請求項１４】 前記色分解合成光学素子と前記画像表
    示素子とを接合したことを特徴とする請求項１，２，４
    又は５に記載の画像表示光学系。
15. 【請求項１５】 前記導光素子における第２の面に入射
    する照明光の入射角度と、前記第２面に入射する画像光
    の入射角度とが互いに異なることを特徴とする請求項
    １，２，４又は５に記載の画像表示光学系。
16. 【請求項１６】 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１，２，４又は５に記載の画像表示光
    学系。
17. 【請求項１７】 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１，２，４又は５に記載の画像表示光学系。
18. 【請求項１８】 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１，２，４又は５に記載の画像表示光学
    系。
19. 【請求項１９】 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請求項
    １，２，４又は５に記載の画像表示光学系。
20. 【請求項２０】 請求項１から１９のいずれかに記載の
    画像表示光学系を備えたことを特徴とする投射型画像表
    示装置。
21. 【請求項２１】 請求項２０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、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。