JP2003161908A - 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】 投射型画像表示装置において、光路を合成す
る偏光ビームスプリッターの多層膜に入射する光の角度
がばらつくと、光の損失が発生する。 【解決手段】 照明光学系１〜５ｂ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８ｒ〜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７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、色
分解合成光学系と少なくとも１つの画像表示素子との間
に、この画像表示素子に入射する色光の波長帯域を狭め
る色調整手段Ｔｒ，Ｔｂを設ける。

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１４
に示している。この図において、１０１は光源で、１０
２はリフレクターで、１０３はフィルターで、１０４，
１０６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、色分解
合成プリズムにおけるダイクロイック膜は入射角度によ
り特性が変動する。画像表示素子に入射する光（照明
光）が所定の広がりを有する光束として入射すると、光
束の広がり角に応じた入射角度のばらつきがダイクロイ
ック膜において発生し、これにより所定の色成分以外の
色成分が照明光に混入し、照明光の色純度を低下させて
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、色分解合成光学
系と少なくとも１つの画像表示素子との間に、この画像
表示素子に入射する色光の波長帯域を狭める色調整手段
を設けている。

【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％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るようにするとともに、色
分解合成光学系と少なくとも１つの画像表示素子との間
に、この画像表示素子に入射する色光の波長帯域を狭め
る色調整手段を設けている。

【０００９】さらに、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、色分解合成光学系（もしくは
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
て傾くようにするとともに、色分解合成光学系と少なく
とも１つの画像表示素子との間に、この画像表示素子に
入射する色光の波長帯域を狭める色調整手段を設けてい
る。

【００１０】なお、これら第２および第３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％に近い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。

【００１１】また、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％に近い反射率
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るようにするとともに、色分解
合成光学系と少なくとも１つの画像表示素子との間に、
この画像表示素子に入射する色光の波長帯域を狭める色
調整手段を設けている。

【００１２】さらに、本願第５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％に近い反射率
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、色分解合成光学系（もしくは
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
て傾くようにするとともに、色分解合成光学系と少なく
とも１つの画像表示素子との間に、この画像表示素子に
入射する色光の波長帯域を狭める色調整手段を設けてい
る。

【００１３】なお、これら第４および第５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％に近い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。

【００１４】以上の第１から第５の発明において、各画
像表示素子を照明する色光は、色分解合成光学系が持つ
ダイクロイック膜等の膜の特性によってその波長帯域が
決定されるが、色分解合成光学系と画像表示素子との間
に色光の波長帯域を狭めるダイクロイックフィルタ等の
色調整手段を設けることにより、当該色光から、色分解
合成光学系の膜特性が透過波長帯域から反射波長帯域に
変わる領域の波長帯域成分光を取り除くことができるた
め、当該色光の純度を高めて色再現の範囲を広げること
が可能となる。

【００１５】また、一般に、色分解合成光学系の膜特性
が透過波長帯域から反射波長帯域に変わる領域の波長帯
域成分光は、色分解合成光学系の膜におけるＰ偏光とＳ
偏光との位相特性の違いによって偏光状態を乱して画像
コントラストを低下させる原因となるが、本発明のよう
に色調整手段を設けることで、これを改善させることが
可能となる。

【００１６】そして、本願第２から第５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％
に近い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。

【００１７】また、上記第３および第６の発明のよう
に、色分解合成光学系（もしくは照明光学系）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。

【００１８】ここで、照明光学系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、投射光
学系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傾いて配置される。このとき、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、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。

【００１９】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。

【００２０】なお、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
補正することが可能となる。

【００２１】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。

【００２２】

【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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】Ｔｒ，Ｔｂはそれぞれ、ダイクロイックプ
リズム７と赤色用および青色用の反射型画像表示素子８
ｒ，８ｂとの間に配置されたダイクロイックフィルタ
（色調整手段）である。

【００３１】次に、以上のように構成された投射型画像
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５
ａ，５ｂ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。

【００３２】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。

【００３３】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
％に近い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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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）の光は
透過する。

【００３７】Ｂの光は第１の面７ａで略１００％に近い
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、ダイクロイックフィルタＴｂを透過してＢ
用の画像表示素子８ｂへと至る。

【００３８】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。

【００３９】Ｒの光は第３の面７ｃで略１００％に近い
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、ダイクロイックフィルタＴｒを透過してＲ用
の画像表示素子８ｒへと至る。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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、
Ｒ，Ｂの光はダイクロイックフィルタＴｒ，Ｔｂを透過
して、またＧの光はそのまま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経路を通っ
て再び１つに合成され射出する。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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（すなわち、色分解合成光学
系の基準軸）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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】図３には、本実施形態におけるダイクロイ
ックプリズム７における色分解特性を、図４にはダイク
ロフィルタＴｒ，Ｔｂの特性を示す。

【００５１】図３において、ダイクロイックプリズム７
のカット波長は、λ１＝５１０ｎｍ，λ２＝５７０ｎｍ
に設定されており、細実線はＢの光を、太実線はＧの光
を、破線はＲの光を表している。

【００５２】また、図４において、Ｂ光用のダイクロフ
ィルタＴｂはカット波長が４８０ｎｍにあるエッジフィ
ルタであり、Ｒ光用のダイクロフィルタＴｒはカット波
長が６００ｎｍにあるエッジフィルタである。

【００５３】これにより、光源から放射される白色光か
ら４８０〜５１０ｎｍと５７０〜６００ｎｍの波長領域
光が取り除かれ、色純度の高い色光とバランスのとれた
白色光を再現することになる。

【００５４】ダイクロフィルタＴｒ，Ｔｂでカットされ
た波長帯域の光は、偏光方向を変えないまま反射されて
投射系の偏光板Ａで吸収される。

【００５５】以上説明したように、本実施形態では、各
画像表示素子８ｒ〜８ｂを照明する色光は、ダイクロイ
ックプリズム７が持つダイクロイック膜の特性によって
その波長帯域が決定されるが、ダイクロイックプリズム
７と画像表示素子８ｒ，８ｂとの間に色光の波長帯域を
狭めるダイクロイックフィルタＴｒ，Ｔｂを設けること
により、当該色光から、ダイクロイックプリズム７のダ
イクロイック膜特性が透過波長帯域から反射波長帯域に
変わる領域の波長帯域成分光を取り除くことができるた
め、当該色光の純度を高めて色再現の範囲を広げること
ができる。

【００５６】また、一般に、色分解合成光学系の膜特性
が透過波長帯域から反射波長帯域に変わる領域の波長帯
域成分光は、色分解合成光学系の膜におけるＰ偏光とＳ
偏光との位相特性の違いによって偏光状態を乱して画像
コントラストを低下させる原因となるが、本実施形態の
ようにダイクロイックフィルタＴｒ，Ｔｂを設けること
によってこれを改善させることができる。

【００５７】また、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％に近い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％に近い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】（第２実施形態）図５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、第１実施形態と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。

【００６２】本実施形態では、ダイクロイックプリズム
７と画像表示素子８ｒ，８ｂとの間に設けられたダイク
ロイックフィルタＴｒ，Ｔｂを光路に対して挿脱可能と
した点で第１実施形態と異なる。

【００６３】ダイクロフィルタＴｒ，Ｔｂが光路中に挿
入されているときには、投射される光の色成分は第１実
施形態の図４に示すようになるが，ダイクロイックフィ
ルタをＴｒ，Ｔｂを光路から抜いたときには、投射され
る光の色成分は図３のようになる。

【００６４】この場合、ＲとＢの光の色純度は低下する
が、投射される光の成分が増加するので光量がアップす
る。これにより、色純度の高い状態と明るさの明るい状
態とを切り替えて使用することができるようになる。

【００６５】（第３実施形態）図６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、第１実施形態と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。

【００６６】本実施形態では、ダイクロイックプリズム
７と画像表示素子８ｒ，８ｇ，８ｂとの間に、偏光板付
ダイクロイックフィルタユニットＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤ
ｂを設けて色調整を行なう点で第１実施形態と異なる。

【００６７】本実施形態では、各色光路における偏光板
と画像表示素子の間にダイクロイックフィルタユニット
ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂを設け、位相板と組み合わせて
使用される。また、ダイクロイックフィルタユニットＰ
Ｄｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂの偏光板は照明光に対する偏光子
と投射系に対する検光子の役割を兼ねている。

【００６８】図７には、Ｇの光路の詳細図を示す。偏光
板付ダイクロイックフィルタユニットＰＤｇは、偏光板
Ｐｇと、第１の１／４位相板Ｒ１と、ダイクロイックフ
ィルタＤｇと、第２の１／４位相板Ｒ２とが貼り合わさ
れて構成されている。

【００６９】これにより、照明光（Ｉ）として入射した
光は、偏光板Ｐｇにより直線偏光（・）に整えられた
後、第１の位相板Ｒ１により円偏光（○）に変換され、
ダイクロイックフィルタＤｇに入射する。

【００７０】ダイクロイックフィルタＤｇでは、不要な
波長成分の光（Ｃ）が反射され、使用する波長成分が透
過する。ダイクロイックフィルタＤｇで反射した光の偏
光方向（○）は、第１の１／４位相板Ｒ１により偏光板
Ｐｇの透過軸とは９０度回転した偏光方向（｜）に変換
され、この反射光は偏光板Ｐｇにより吸収される。

【００７１】また、ダイクロイックフィルタＤｇを透過
した光は、第２の１／４位相板Ｒ２により直線偏光
（｜）に変換されて画像表示素子８ｇに入射する。

【００７２】画像表示素子８ｇで反射して偏光方向が変
化しなかった光（Ｐ）は、再び第２の１／４位相板Ｒ２
で円偏光（○）となり、ダイクロイックフィルタＤｇを
透過した後、第１の１／４位相板Ｒ１を透過して照明光
（Ｉ）と同じ偏光方向（・）の直線偏光に変換され、偏
光板Ｐｇを透過する。

【００７３】画像表示素子８ｇにより９０度偏光方向が
回転した光（Ｐ’）は、偏光方向が９０度回転している
（・）ので、第２の位相板Ｒ２、ダイクロイックフィル
タＤｇおよび第１の位相板Ｒ１を透過した後、照明光
（Ｉ）とは直交する偏光方向（｜）に変換され、偏光板
Ｐｇで吸収される。

【００７４】Ｒ，Ｂの光路においてもＧと同様な構成の
偏光板付ダイクロイックフィルタユニットＰＤｒ，ＰＤ
ｂが設けられている。

【００７５】ここで、本実施形態におけるダイクロイッ
クプリズム７の色分解特性を図８に示し、ダイクロイッ
クフィルタＤｇ，Ｄｂ，Ｄｒの分光特性を図９に示す。

【００７６】図８において、ダイクロイックプリズム７
のカット波長はλ１＝４９５ｎｍ，λ２＝５８０ｎｍに
設定されており、図の見方は図３と同じである。

【００７７】また、図９において、ダイクロイックフィ
ルタＤｇ，Ｄｂ，Ｄｒは、Ｇ光路ではカット波長が５０
５ｎｍと５７５ｎｍにあるバンドパスフィルタＴｇで、
Ｂ光路ではカット波長が４８５ｎｍにあるエッジフィル
タＴｂで、Ｒ光路ではカット波長が５９５ｎｍにあるエ
ッジフィルタＴｒである。

【００７８】これにより光源から放射される白色光から
４８５−５０５ｎｍと５７５−５９５ｎｍの波長領域光
が取り除かれ、色純度の高い色光とバランスのとれた白
色光を再現することになる。

【００７９】（第４実施形態）図１０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。なお、第１実施形態と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。

【００８０】本実施形態は、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ＣＦ
を設け、さらに４つの三角プリズムからなりダイクロイ
ック面がＸ型にクロスしている構成のダイクロイックプ
リズム４７を用いている点で第１実施形態と異なる。

【００８１】ここで、ダイクロイックプリズム４７の作
用について説明する。図中、第１の面４７ａから入射し
た光のうち第１のダイクロイック面４７ｄｂで反射した
光は、第２の面４７ｃを透過して、偏光板付きダイクロ
イックフィルタユニットＰＤｂを透過し、さらにＢ光用
の画像表示素子８ｂへと至る。

【００８２】第２のダイクロイック面４７ｄｒで反射し
た光は、第３の面４７ｂを透過して偏光板付きダイクロ
フィルタユニットＰＤｒを透過した後、Ｒ光用の画像表
示素子８ｒに至る。

【００８３】第１のダイクロイック面４７ｄｂと第２の
ダイクロイック面４７ｄｒをともに透過した光は第４の
面４７ｄを透過して偏光板付きダイクロイックフィルタ
ユニットＰＤｇを透過した後、Ｇ光用の画像表示素子８
ｇに至る。

【００８４】色位相フィルタ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１１
（ａ），（ｂ）にこれを示す。

【００８５】図１１（ａ）は入射する光の偏光方向と平
行な偏光成分の強度を示し、図１１（ｂ）は入射する偏
光方向と垂直な偏光成分の強度を示している。

【００８６】図１１（ａ），（ｂ）に示すような特性の
光が色位相フィルタＣＦから射出するので、本実施形態
においては、ダイクロイックプリズム７を透過するＧの
偏光方向とＲ，Ｂの偏光方向とが９０度異なる方向にな
っている。このため、図１２に示すように、Ｇの光路に
設けられる偏光板付きダイクロイックフィルタユニット
ＰＤｇ中の偏光板Ｐｇの透過軸Ｑｇと、Ｒ，Ｂの光路に
設けられた偏光板付きダイクロイックフィルタユニット
ＰＤｒ，ＰＤｂ中の偏光板Ｐｒ，Ｐｂの透過軸Ｑｒ，Ｑ
ｂは、９０度異なる方向になっている。

【００８７】また、Ｇ又はＲ，Ｂの光路に位相板を設け
て、偏光方向を所定の方向に変更するよう設定してもよ
い。

【００８８】ここで示したように、ＧとＲ，Ｂの光の偏
光方向を９０度異なるようにし、ダイクロイックプリズ
ム７を構成するダイクロイック膜を多く透過する光がＰ
偏光としてダイクロイック膜を透過する構成とすること
により、ダイクロイック膜における効率をより高くする
ことができる。

【００８９】また、この実施形態とは異なる構成とし
て、色位相フィルタＣＦを光路プリズム６とダイクロイ
ックプリズム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、ダイクロイッ
クプリズム７においては、色光によりＰ偏光成分とＳ偏
光成分を使い分けるようにしてもよい。

【００９０】このように、色位相フィルタＣＦを用いた
構成では、本実施形態に示したクロスプリズムからなる
ダイクロイックプリズムだけでなく、第１実施形態に示
したような３Ｐプリズムからなるダイクロイックプリズ
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。

【００９１】（第５実施形態）図１３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。

【００９２】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。

【００９３】本実施形態では、レンズ５ｂを通過した照
明光は、まず偏光子Ｐを透過して光路プリズム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。

【００９４】ダイクロイックプリズム７では、第１実施
形態と同様に、照明光はＲ，Ｇ，Ｂの各色光に分離さ
れ、Ｒ，Ｂの光はダイクロイックフィルタＴｒ，Ｔｂを
透過して、またＧの光はそのまま各色各画像表示素子８
ｒ〜８ｂに入射し、変調後、ダイクロイックフィルタＴ
ｒ，Ｔｂを透過したＲ，Ｂの光と、Ｇの光とが合成され
て再び光路プリズム６の第２の面６ｃ′から入射する。

【００９５】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
検光子Ａを透過した後、偏心投射レンズ１０により投影
される。

【００９６】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％に近い反
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％に近い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。

【００９７】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。

【００９８】なお、本実施形態において、光路プリズム
６と照明光学系との間に、この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、光路プリズム６に対
して空気間隔を空けて配置してもよい。

【００９９】また、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。

【０１００】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１〜第５の
発明によれば、色分解合成光学系が持つダイクロイック
膜等の膜の特性によって各画像表示素子を照明する色光
の波長帯域が決定される投射型画像表示装置において、
色分解合成光学系と画像表示素子との間に色光の波長帯
域を狭めるダイクロイックフィルタ等の色調整手段を設
けているので、当該色光から、色分解合成光学系の膜特
性が透過波長帯域から反射波長帯域に変わる領域の波長
帯域成分光を取り除くことができ、当該色光の純度を高
めて色再現の範囲を広げることができる。

【０１０１】また、一般に、色分解合成光学系の膜特性
が透過波長帯域から反射波長帯域に変わる領域の波長帯
域成分光は、色分解合成光学系の膜におけるＰ偏光とＳ
偏光との位相特性の違いによって偏光状態を乱して画像
コントラストを低下させる原因となるが、本発明のよう
に色調整手段を設けることで、これを改善させることが
できる。

【０１０２】また、本願第２から第５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％に近
い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。

【０１０３】さらに、上記第３および第６の発明のよう
に、色分解合成光学系（もしくは照明光学系）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。

【０１０４】なお、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。

【０１０５】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】上記第１実施形態におけるダイクロイックプリ
ズムの特性を説明する図である。

【図４】上記第１実施形態におけるダイクロイックフィ
ルタの特性を説明する図である。

【図５】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６】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７】上記第３実施形態における偏光板付きダイクロ
イックフィルタユニットの光学作用を説明する図であ
る。

【図８】上記第３実施形態におけるダイクロイックプリ
ズムの特性を説明する図である。

【図９】上記第３実施形態におけるダイクロイックフィ
ルタの特性を説明する図である。

【図１０】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１１】上記第４実施形態における色位相フィルタの
特性図である。

【図１２】上記第４実施形態における偏光板の透過方向
を説明する図である。

【図１３】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１４】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 光源 ２ リフレクタ ３ インテグレータ 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 Ｐｒ，Ｐｇ，Ｐｂ 偏光板 Ｔｒ，Ｔｂ，Ｄｒ，Ｄｇ，Ｄｂ ダイクロイックフィル
タ ＰＤｒ，ＰＤｇ，ＰＤｂ ダイクロイックフィルタユニ
ット ＣＦ 色位相フィルタ 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 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 (72)発明者 阿部 雅之 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） 2H048 GA11 GA12 GA23 2H052 BA02 BA09 BA14 2H088 EA14 EA15 EA16 HA13 HA15 HA18 HA24 HA28 MA05 MA20 2H091 FA07X FA11X FA14X FA14Z FA21X FA41X FD07 LA11 LA20 MA07

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、 前記色分解合成光学系と少なくとも１つの前記画像表示
   素子との間に、この画像表示素子に入射する色光の波長
   帯域を狭める色調整手段を設けた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％に近い反射率で反
   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るとともに、 前記色分解合成光学系と少なくとも１つの前記画像表示
   素子との間に、この画像表示素子に入射する色光の波長
   帯域を狭める色調整手段を設けたことを特徴とする投射
   型画像表示装置。
3. 【請求項３】 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％に近い反射率で反
   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
   記色分解合成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、 前記色分解合成光学系と少なくとも１つの前記画像表示
   素子との間に、この画像表示素子に入射する色光の波長
   帯域を狭める色調整手段を設けたことを特徴とする投射
   型画像表示装置。
4. 【請求項４】 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％に近い反射率で反射させ
   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２又は３に記載の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％に近い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っているとと
   もに、 前記色分解合成光学系と少なくとも１つの前記画像表示
   素子との間に、この画像表示素子に入射する色光の波長
   帯域を狭める色調整手段を設けたことを特徴とする投射
   型画像表示装置。
6. 【請求項６】 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％に近い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
   記色分解合成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、 前記色分解合成光学系と少なくとも１つの前記画像表示
   素子との間に、この画像表示素子に入射する色光の波長
   帯域を狭める色調整手段を設けたことを特徴とする投射
   型画像表示装置。
7. 【請求項７】 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％に近い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５又は６に記載の投射型画像表示
   装置。
8. 【請求項８】 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４又
   は７に記載の投射型画像表示装置。
9. 【請求項９】 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２，３，５，６に記載の投射型画像表
   示装置。
10. 【請求項１０】 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２，３，５，６のいずれかに記載の投射型画
    像表示装置。
11. 【請求項１１】 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１，２，３，５，６のいずれかに記載の投
    射型画像表示装置。
12. 【請求項１２】 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
    １，２，３，５，６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。