JP2003344810A - 投影装置及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３枚の映像表示素子を用いた投影装置の照明
光学系と色合成光学系をコンパクトでかつ輝度むら、色
むら低減、高コントラスト化を低コストで実現する。さ
らに、映像表示素子の信頼性（寿命）向上この課題であ
る。 【構成手段】 光束分光光学系としてダイクロイックミ
ラーを採用し光路折返しミラーも兼用する。アフォーカ
ル照明光学系と、前記光束分光光学系に対して色合成光
学系を垂直方向に重ねて配置する。前記色分離光学系と
映像表示素子との間に偏光分離装置及びλ／４を配置す
る。また光路折返しミラー及び偏光分離装置の反射特性
を最適化し、ＵＶ光が映像表示素子に入射しないように
して信頼性を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を
赤、緑、青の色光束に分光する分光光学系と分光された
それぞれの色光束を、光強度を変調する手段を有する画
素をマトリックス状に配置した映像表示素子に入射さ
せ、それぞれの映像表示素子により映像信号に応じて強
度が変調された光を、再度合成する合成光学系に入射さ
せて合成しカラー画像を得て、このカラー画像を拡大投
写装置によりスクリーン上に拡大投影される投影装置及
びそれを用いた映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属ハロゲン化合物を発光管内に
封入し、その金属特有の発光を利用してかつ電極間距離
を短くしたショートアークタイプのメタルハライドラン
プや高輝度化が容易な超高圧水銀ランプや艶色性が高い
キセノンランプ等の白色光源からの偏光方向がランダム
な光を同一偏光方向に揃えるように変換する偏光変換装
置と、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色光に分光す
る光束分光光学系と、赤，緑，青色光束の光路をそれぞ
れ折り返す光路折り返し手段と、それぞれの色光束に対
応して設けられた映像表示素子と、これら映像表示素子
により偏光方向や映像信号に対応して強度を変調した光
束を、光学フィルターを設けたプリズムを貼り合せて形
成する色合成光学系に入射させ、この合成光学系により
重ね合わされたカラー画像をスクリーン上に拡大投写す
る拡大投写装置とを有する映像表示素子として反射型液
晶素子を用いた投影装置が盛んに開発されている。

【０００３】この投影装置は透過型液晶素子を用いた投
影装置に比べ素子の応答速度が速く動画を含むテレビ画
像の表示に向いているばかりでなく、高コントラストな
画像を実現できるなど画質面でのメリットの外に、ＣＭ
ＯＳの製造プロセスにより素子を製造できることから低
価格化が可能である。このため、今後家庭用投写型ディ
スプレイ装置に内蔵された投影装置に用いる映像表示素
子の主流と成り得る。

【０００４】反射型液晶素子を使用した投影装置におい
ては、入射する光の偏光特性を高精度に制御する必要が
あるなど透過型液晶素子を用いた投影装置とは異なる技
術課題を有する。偏光子及び検光子となる偏光ビームス
プリッタは偏光特性を支配するため、投写画像の画質に
極めて大きく影響を与える。このため近年この偏光ビー
ムスプリッタの性能向上について多くの研究がなされて
いる。

【０００５】この例としては、特開平９−５４２１３号
公報に記載されているように、偏光ビームスプリッタを
誘電体多層膜とこの誘電体多層膜を挟み込む透光性材料
部材から構成し、この透光性材料部材に入射する入射光
の波長に対して、その光弾性定数の絶対値が所定の値以
下になるように選択すること。また、特開平１０−２６
９３６号公報に記載されているように、白色光源からの
光を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色光に分離し、
それぞれの色光に対応した偏光分離部の光学部材を構成
する基材を光弾性定数の絶対値が最小となる波長が互い
に異なるようにして最適な性能を得るよう工夫してい
る。

【０００６】またこの偏光ビームスプリッタを偏光子ま
たは検光子として使用するため、投影装置の構成は透過
型液晶素子を使用したものと大きく異なり、例えば第１
の従来技術として前記特開平１０−２６９３６号公報の
図４に記載されているように光束分光光学系をクロスダ
イクロイックミラーから構成し赤、青、緑光束に分離後
補助偏光ビームスプリッタと主偏光ビームスプリッタの
２段構成とする複雑な構成を成すものや、第２の従来技
術として特開２００１−３０５５０７号公報の図１に記
載されているように偏光ビームスプリッタを１個と色分
離・合成を共用したダイクロイックプリズムとから構成
されたものなど夫々の改良がなされている。

【０００７】以上述べた投影装置を適用した、液晶素子
などの画素を縦横にマトリックス状に配置した映像表示
素子にテレビジョン画像やコンピュータからの出力画像
を表示し、前記映像表示素子上の表示画像を拡大投写装
置である投写レンズにより拡大する投写型画像プロジェ
クター装置や、拡大投写された画像を背面から写し出す
スクリーンを備えた所謂リアタイプの投写型画像ディス
プレイ装置等の映像表示装置が市場に広く普及してきて
いる。

【０００８】一方、映像表示素子はコンピュータ画面表
示用として使用されるものとしては画面のアスペクト比
が４：３（横：縦）のものが多いが、テレビジョン画像
表示用としては、近年、北米市場において開始された地
上波デジタル放送や国内のＢＳデジタル放送の普及によ
り従来から存在する画面のアスペクト比が４：３（横：
縦）のものから画面のアスペクト比が１６：９（横：
縦）の横長画面ものが増えてきている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記した第１の従来技
術に示された光束分光光学系ではクロスダイクロイック
ミラーを使用するためミラーの交差点（実際には線）で
は光が通過しないため映像表示素子に光束が入射しない
スジ状の領域が発生しスクリーン上の拡大映像にもその
まま投影される。また、偏光分離部が主、副偏光ビーム
スプリッタから構成されているので構成が複雑で部品点
数が増えコストアップに繋がるほか、光軸合わせが困難
になり量産性が悪くなる。また、偏光ビームスプリッタ
を設ける透光性材料部材そのものを、入射する入射光の
波長に対してその光弾性定数の絶対値が所定の値以下に
なるように選択したり、白色光源からの光束を赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色光束に分光し、それ
ぞれの色光束に対応した偏光ビームスプリッタの基材を
光弾性定数の絶対値が最小となる波長が互いに異なるよ
うにしても、保持や接着等による外力のため歪みが発生
し、実際には偏光が乱されてＳ偏光、Ｐ偏光の消光比が
低減したり、スクリーン上の拡大投写像に照度むらや色
むらが発生する。

【００１０】第２の従来例では、色分離と合成に同一の
ダイクロイックプリズムを使用するので同一のダイクロ
イックフィルターをＳ偏波とＰ偏波の２種類の状態で光
束が通過するため所望の波長特性が得られず、色の再現
性と効率が低下する。さらに、投影装置として一般的に
要求される項目として、第１に映像表示素子の（寿命）
信頼性向上が挙げられる。映像表示素子の（寿命）信頼
性向上のために従来から照明光学系の上流部分（光源に
近い部分）に紫外線と赤外線を遮断するため紫外線や赤
外線の反射フィルターや紫外線吸収フィルターを設け以
降の光学系に漏れ込む紫外線や赤外線量を軽減してい
た。しかしながら、家庭用の投写型画像ディスプレイ装
置に搭載し普及させるためにはより一層の信頼性向上が
必要である。

【００１１】第２に投影装置のコンパクト化がある。光
束分光光学系と色合成光学系をそれぞれ独立に形成し同
一平面内に配置すると大きなスペースが必要となりコン
パクトなセットの実現が困難になる。

【００１２】本発明の第１の目的はスクリーン上への拡
大投写像の色むらや照度むらが少ない投影装置を得るこ
とにある。また、第２の目的は光源から発した光束を効
率良く活用可能な照明光学系及び色合成光学系を得るこ
とである。第３の目的は映像表示素子の信頼性（寿命）
向上である。さらに第４の目的は投影装置のコンパクト
化である。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本願発明によれば以下に示す投影装置及びそれを用
いた投写型画像ディスプレイ装置やプロジェクター装置
を提供できる。

【００１４】すなわち、光源と光源からの光束を同一偏
波に変換する偏光変換装置と、その光束を赤、緑、青色
の異なった色光束に分光する光束分光光学系とこれら
赤、緑、青色光束の光路をそれぞれ変更する光路折り返
し手段とを第一の平面内に配置し、偏光分離装置と所定
の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィルタ
ーを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光学系
とこの色合成光学系により重ね合わされたカラー画像を
拡大投写する拡大投写装置とを第二の平面内に配置し光
束分光光学系と色合成光学系はそれぞれ上下に階層的に
配置することで投影装置のコンパクト化が実現できる。

【００１５】この第一の平面内に配置された光束分光光
学系により赤、緑、青色に分光された色光束は光路折り
返し手段により第二の平面内に配置されたそれぞれに対
応する偏光分離装置に入射し一旦は反射されて第二の平
面内において光路が再度変化しそれぞれの色光束に対応
して設けられた映像表示素子に入射するので光束分光光
学系と色合成光学系が完全に分離でき色むらが発生し難
い。

【００１６】また、映像表示素子において偏光方向が変
化すると共に映像信号に応じて強度が変調されて反射
し、前記偏光分離装置を透過した後に光合成光学系に入
射して合成され最終段においても偏光分離装置を通過し
拡大投写装置によりスクリーン上に拡大投影されるため
コントラスト性能を低下させる迷光の影響が受け難い。
さらに、光束分光光学系を構成するミラーが光路折返し
手段を兼ね揃えたことからコスト低減も可能となる。

【００１７】次に、映像表示素子の（寿命）信頼性を向
上するために、従来から照明光学系の上流部分（光源に
近い部分）に紫外線と赤外線を遮断するため、紫外線や
赤外線の反射フィルターや紫外線吸収フィルターを設け
以降の光学系に漏れ込む紫外線や赤外線量を軽減し、さ
らに本願発明では折返しミラー及び偏光分離装置の反射
特性も含め紫外線を遮断する構成とした。

【００１８】一方、色合成光学系を形成する基材の光弾
性率は、それぞれ合成する色光束の光路長と非視感度に
より最小となる波長が異なる基材を組み合わせることで
色むらや輝度むらの少ない拡大投写像を得ることができ
る。また比視感度が最も強い緑色光に対する光弾性率が
最も小さい基材により光合成光学系を形成しても良好な
拡大投写像を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて説明する。まず投影装置の全体構成を図１
５により説明し、本願発明の実施形態については図１以
降を用いて説明する。図１５は本願発明の投影装置の全
体構成を示したものである。同図において白色光源であ
る光源ランプ５０において発生した白色光束は集光され
（本実施の形態では光源ランプのリフレクタ形状が楕
円）、光束変換レンズ５１に入射する。光束変換レンズ
５１の発散作用により白色光束はほぼ平行光束に変換さ
れ、マルチレンズアレイ５２に入射する。白色光束はマ
トリックス状に設けられた複数のレンズセルからなるマ
ルチレンズアレイ５２で、複数の光束に分割され、それ
ぞれの光束が対応するマルチレンズアレイ５３を構成す
るマトリックス状に配設された複数のレンズセルにより
拡大される。マルチレンズアレイ５３で分割拡大された
光束は、偏光方向を所定偏光方向に揃えるように変換す
る偏光変換装置５４により例えばＳ偏光に変換され、第
１のフィールドレンズ５５と第２のフィールドレンズ５
６（但し第２のフィールドレンズ５６は使用されない場
合もある）によって、映像表示素子に入射する光束の大
きさ（結像倍率）と位置を調整される。以上が同図にお
いて破線で囲まれた本願発明の照明光学系である。尚、
同図において紫外線、赤外線（熱線）反射フィルターや
紫外線吸収フィルターは従来から使用されているため同
図から省略しかつ説明も省く。さらに、図１６は照明光
学系に後述する光路折返しミラー３０を追加した実施の
形態について示している。

【００２０】図１５の照明光学系以降の光束分光光学
系、光路折返し手段、偏光分離装置、色合成光学系と投
写光学系については、図１から図４で述べる。なお、図
１５において、照明光学系の光軸をＺ軸、紙面裏から紙
面表への軸をＹ軸、Ｚ軸とＹ軸に直交する右手直交座標
系の残りの軸をＸ軸としている。Ｘ軸は投写光学系の光
軸で、図１５では紙面に平行で右から左方向である。

【００２１】以下に本願発明の実施形態、特に前述した
照明光学系の光軸上にそれぞれ所定の角度をなして配置
された光束分光光学系、光路折返し手段、及び投写光学
系の光軸上にそれぞれ所定の角度をなして配置された偏
光分離装置、色合成光学系と投写光学系について図を用
いて説明する。以下説明の便宜上、照明光学系の光軸上
に配置された光束分光光学系、光路折返し手段を含む照
明光学系の光軸上の平面で、映像表示素子の矩形形状の
一辺に平行な平面を以下第１平面と称し、投写光学系の
光軸上に配置された偏光分離装置、色合成光学系を含む
投写光学系の光軸上の平面で、映像表示素子の矩形形状
の一辺に平行な平面を以下第２平面と称する。後述する
が、この第１平面と第２平面とは平行で上下の位置関係
にある。

【００２２】まず、本願発明の第１の実施形態を図１、
図２、図３、図４および図３３を用いて説明する。図１
は本願発明の投影装置から照明光学系部分を除いた光学
系を緑色映像表示素子側から観た構成を示したものであ
る。図２は図１の構成図に対する上面図である。図３は
第１平面の光束分光光学系、光路折返し手段の配置を示
し、各映像表示素子への入射光路を示すものである。図
４は図２と同様に図１の構成図に対する上面図であり、
各映像表示素子からの出射光路を示すものである。図３
３は本願発明の投影装置から照明光学系部分を除いた光
学系を赤色映像表示素子側から観た構成を示し、後述す
る光路折返しミラー３２と偏光分離装置１Ｇの動作を説
明するために、他の部品は省略して示している。各図に
おいて、共通部品には同一番号を付し、先出図でその説
明を述べたものについてはその説明を省略する。また各
図の座標系は図１５と同じ右手直交座標系で、照明光学
系の光軸がＺ軸、投写光学系の光軸がＸ軸である。

【００２３】図１において、前述した第１平面から入射
した白色光束（図中では説明をより明確にするため赤色
光束（Ｒ光）、青色光束（Ｂ光）、緑色光束（Ｇ光）と
して表示する）は偏光変換装置（図１５の５４）により
偏光方向がＺＸ平面に平行な水平（Ｐ）偏光方向に揃え
られているものとする。光路折返しミラー３１は光路折
返し面をＹＺ平面に垂直でＺ軸方向に対して概ね４５°
傾けて配置する。この結果、光路折返しミラー３１には
偏光方向が入射面（ＹＺ平面に平行）に対して９０°傾
いた（直交した）Ｓ偏光相当が入射することになる。こ
の時、光路折返しミラー３１の分光反射特性は図１７に
示すように青色波長領域（たとえば４３０ｎｍから５０
０ｎｍ）の反射率を十分大きくし、紫外線領域（４００
ｎｍ以下）の反射率を十分に小さくする。具体的には、
紫外線領域（４００ｎｍ以下）の反射率は４３０ｎｍか
ら５００ｎｍの青色波長領域の反射率に対して５０％以
下とするのが望ましい。このようにすることで、青色映
像表示素子２Ｂに入射する紫外線量を従来以上に軽減で
きる。また光源として使用する超高圧水銀ランプは４０
０ｎｍから４３０ｎｍの青色光にも強いエネルギーを持
っているため映像表示素子の信頼性（寿命）向上のため
にこの波長領域の反射率を抑えた設計とするとさらに良
い。一方緑色及び赤色領域の光束はほほ１００％透過す
る設計とする必要がある。この必要条件を満足しないと
青色映像表示素子２Ｂに緑色や赤色の光束が入射するこ
とになり青色の色純度が低下する。本願発明の説明に使
用する図には都合上光の進行方向を矢印により示す。光
路折返しミラー３１によりＹ軸方向に反射した青色光束
は、第２平面の青色光束用偏光分離装置１Ｂに入射し、
構成部材１Ｂａと１Ｂｂの界面でＺ軸の負方向に反射す
る。図２の上面図に、光路折返しミラー３１により反射
した青色光束が第２平面の偏光分離装置１Ｂに入射し、
構成部材１Ｂａと１Ｂｂの界面でＺ軸の負方向に反射し
て、青色映像表示素子２Ｂに入射する様子を示す。

【００２４】偏光分離装置１Ｂの構成部材１Ｂａと１Ｂ
ｂの界面は、ＹＺ平面に垂直でＹ軸方向に対して概ね４
５°傾けて光路折返しミラー３１の光路折返し面に対向
して配置するので、偏光分離装置１Ｂに入射するＸＹ平
面に平行な青色光束の偏光方向は、前述と同一理由で、
偏光分離装置１Ｂの入射面（ＹＺ面に平行）に対してＳ
偏光相当となり、反射して青色映像表示素子２Ｂに入射
する。構成部材１Ｂａと１Ｂｂの界面に設けた反射膜の
特性は図２０に示すように青色波長領域（たとえば４３
０ｎｍから５００ｎｍ）の反射率を十分大きくし、紫外
線領域（４００ｎｍ以下）の反射率を十分に小さくす
る。具体的には、紫外線領域（４００ｎｍ以下）の反射
率は４３０ｎｍから５００ｎｍの青色波長領域の平均反
射率に対して５０％以下とするのが望ましい。このよう
にすることで、青色映像表示素子２Ｂに入射する紫外線
量をさらに軽減できる。そして、映像表示素子駆動回路
（図示せず）により青色映像表示素子２Ｂは駆動され、
青色映像表示素子２Ｂに入射したＳ偏光の青色光束は映
像信号に応じて反射光の強度が変調される。青色映像表
示素子２Ｂからの青色映像光束の反射光束は偏光方向が
ＹＺ平面に平行なＰ偏光となり、偏光分離装置１Ｂの構
成部材１Ｂａと１Ｂｂの界面に設けた反射膜の入射面に
対してはＰ偏光相当となるので、青色映像光束はこの界
面を通過する。Ｐ偏光に対する偏光分離装置１Ｂの反射
特性は図示しないが、反射率が小さいほど消光比が大き
くなり良好なコントラスト性能が得られることは言うま
でもない。図１に示した実施形態では界面反射を低減す
るため青色映像表示素子２Ｂと偏光分離装置１Ｂを接着
または粘着し相互に固定する。偏光分離装置１Ｂと色合
成光学系の間にはλ／４板６を配置し、回転調整して偏
光軸を最適化して消光比ができるだけ大きくなるように
する。

【００２５】図１に示した第１平面と第２平面はＹ軸方
向で上下に重ね合う位置関係で配置されているが、上下
での光束の漏れ込みが発生しないようにケースの壁面
（底面）等で完全に分離された構成とする分離手段（図
示せず）を設けると色むらや照度むらが発生し難い。

【００２６】以上述べた経路を通過した青色映像光束は
図４に示すプリズム１０Ｗ，１０Ｂ，１０Ｒ，１０Ｇの
４つのプリズムブロックで構成された色合成光学系であ
る色合成プリズム１０により他の２色の映像光束と合成
され白色偏光分離装置１Ｗを通過し投写光学系である投
写レンズ２０によりスクリーン上に拡大投影される。白
色偏光分離装置１Ｗは図示しない構成部材１Ｗａと１Ｗ
ｂから構成され、これらの界面に図２３に示すように可
視範囲の光束に対してＳ偏光が入射した場合に反射する
反射膜が設けられているが、反射膜の入射面（ＸＹ平面
に平行）に対して偏光方向が入射面に平行なＰ偏光相当
になった映像光束は前記反射膜を透過し、投写レンズ２
０によりスクリーン上に拡大投影される。

【００２７】スクリーン上の拡大映像の色むらや照度む
らを低減するため、図４に示した各色に対応した偏光分
離装置１Ｂ，１Ｗ，１Ｒ，１Ｇのほかに、プリズム１０
Ｗ，１０Ｂ，１０Ｒ，１０Ｇの４つのプリズムブロック
で構成する色合成光学系である色合成プリズム１０の基
材についても、光弾性率がそれぞれ合成する色光束の光
路長と比視感度により最小となる波長が異なる基材を組
み合せる。また比視感度が最も強い緑色光に対する光弾
性率が最も小さい基材により色合成光学系である色合成
プリズム１０を形成しても色むらと照度むらの少ない良
好な拡大投写像を得ることができる。

【００２８】次に、緑色光束と赤色光束について図３、
図４、図３３を用いて詳細に説明する。光路折返しミラ
ー３１を透過した緑色光束と赤色光束は、図３に示すよ
うに、緑色光束と赤色光束の色分離面をＺＸ平面に垂直
でＺ軸方向に対して概ね４５°傾けて配置した色分離ミ
ラー７２によって分光される。この色分離ミラー７２へ
入射する緑色光束と赤色光束は、前述したように偏光方
向がＺＸ平面に平行な水平（Ｐ）偏光のため、これに合
わせた反射膜の設計が必要になる。色分離ミラー７２の
分光反射特性はＰ偏光の光に対して図２４の特性Ａ及び
特性Ｂに示すように緑色領域の波長の光束を反射させ、
赤色領域の波長の光束を透過させるものである。特性
Ａ、特性Ｂの違いは光路折返しミラー３１を透過したご
く一部の青色光束の分配のみでありコスト優先の場合に
は特性Ｂを選択すると良い。

【００２９】図３３は光路折返しミラー３２と偏光分離
装置１Ｇの動作を説明するためのもので、説明を容易と
するために他の部品は省略して示している。

【００３０】図３３において、色分離ミラ−７２でＸ軸
の負方向に反射した緑色光束は、光路折返し面をＸＹ平
面に垂直でＸ軸の負方向に対して概ね４５°傾けて配置
した光路折返しミラー３２によりＹ軸方向に反射し、光
路折返しミラー３２に対向して配置した第２平面の緑色
光束用偏光分離装置１Ｇに入射し、偏光分離装置１Ｇの
構成部材１Ｇａと１Ｇｂの界面で反射する。光路折返し
ミラー３２の反射特性は図１８に示すように緑色波長領
域（たとえば５１０ｎｍから５７０ｎｍ）の反射率を十
分大きくし、紫外線領域（４００ｎｍ以下）の反射率を
十分に小さくする。具体的には、４２０ｎｍ以下の紫外
線領域の反射率は５１０ｎｍから５７０ｎｍの緑色波長
領域のピ−ク反射率に対して５０％以下とするのが望ま
しい。このようにすることで、緑色映像表示素子に入射
する紫外線量を従来以上に軽減できる。

【００３１】図２の上面図に光路折返しミラー３２によ
り反射した緑色光束が、第２平面の偏光分離装置１Ｇに
入射し、構成部材１Ｇａと１Ｇｂの界面で反射して緑色
映像表示素子２Ｇに入射する様子を示す。

【００３２】偏光分離装置１Ｇの構成部材１Ｇａと１Ｇ
ｂの界面は、図３３から明らかなように、ＸＹ平面に垂
直でＹ軸方向に対して概ね４５°傾け、光路折返しミラ
−３２の光路折返し面に略平行となるように対向して配
置するので、青色光束の場合と同様偏光分離装置１Ｇに
入射する緑色光束の偏光方向は、偏光分離装置１Ｇの界
面の入射面に略直交するＳ偏光相当となり、Ｘ軸の負方
向に反射して緑色映像表示素子２Ｇに入射する。構成部
材１Ｇａと１Ｇｂの界面に設けた反射膜の特性は図２１
に示すように緑色波長領域（たとえば５１０ｎｍから５
７０ｎｍ）の反射率を十分大きくし、紫外線領域（４０
０ｎｍ以下）の反射率を十分に小さくする。具体的に
は、紫外線領域（４００ｎｍ以下）の反射率は５１０ｎ
ｍから５７０ｎｍの緑色波長領域の平均反射率に対して
５０％以下とするのが望ましい。このようにすること
で、緑色映像表示素子２Ｇに入射する紫外線量をさらに
軽減できる。緑色映像表示素子２Ｇに入射したＳ偏光の
緑色光束は緑色映像表示素子２Ｇにより映像信号に応じ
て反射光の強度が変調される。緑色映像表示素子２Ｇか
らの緑色映像光束の反射光束は偏光方向がＸＹ平面に平
行なＰ偏光となり、偏光分離装置１Ｇの構成部材１Ｇａ
と１Ｇｂの界面に設けた反射膜の入射面に対してはＰ偏
光相当となるので、緑色映像光束はこの界面を通過す
る。Ｐ偏光に対する偏光分離装置１Ｇの反射特性は図示
しないが、反射率が小さいほど消光比が大きくなり良好
なコントラスト性能が得られることは言うまでもない。
図１に示した実施形態では界面反射を低減するため緑色
映像表示素子２Ｇと偏光分離装置１Ｇを接着または粘着
し相互に固定する。偏光分離装置１Ｇと色合成光学系で
ある色合成プリズム１０の間にはλ／４板４を配置し、
回転調整して偏光軸を最適化して消光比ができるだけ大
きくなるようにする。

【００３３】色分離ミラ−７２を透過した赤色光束は、
光路折返し面をＹＺ平面に垂直でＺ軸方向に対して概ね
４５°傾けて配置した光路折返しミラー３４によりＹ軸
方向に反射し、光路折返しミラー３４に対向して配置し
た第２平面の赤色光束用偏光分離装置１Ｒに入射し、偏
光分離装置１Ｒの構成部材１Ｒａと１Ｒｂの界面で反射
する。光路折返しミラー３４の反射特性は図１９に示す
ように赤色波長領域（たとえば６００ｎｍから６９０ｎ
ｍ）の反射率を十分大きくし、紫外線領域（４００ｎｍ
以下）の反射率を十分に小さくする。具体的には、４２
０ｎｍ以下の紫外線領域の反射率は６００ｎｍから６９
０ｎｍの赤色波長領域のピ−ク反射率に対して５０％以
下とするのが望ましい。このようにすることで、緑色映
像表示素子２Ｇに入射する紫外線量を従来以上に軽減で
きる。また赤外（熱）線領域（８００ｎｍ以上）の反射
率を十分に小さくすることも映像表示素子の使用温度低
減には重要となる。

【００３４】図２の上面図に光路折返しミラー３４によ
り反射した赤色光束が、第２平面の偏光分離装置１Ｒに
入射し、構成部材１Ｒａと１Ｒｂの界面で反射して赤色
映像表示素子２Ｒに入射する様子を示す。

【００３５】偏光分離装置１Ｒの構成部材１Ｒａと１Ｒ
ｂの界面はＹＺ平面に垂直でＹ軸方向に対して概ね４５
°傾け、光路折返しミラ−３４の光路折返し面に略平行
となるように対向して配置するので青、緑色光束の場合
と同様Ｓ偏光相当となり、Ｚ軸方向に反射して赤色映像
表示素子２Ｒに入射する。構成部材１Ｒａと１Ｒｂの界
面に設けた反射膜の特性は図２２に示すように赤色波長
領域（たとえば６００ｎｍから６９０ｎｍ）の反射率を
十分大きくし、紫外線領域（４００ｎｍ以下）の反射率
を十分に小さくする。具体的には、紫外線領域（４００
ｎｍ以下）の反射率は６００ｎｍから６９０ｎｍの赤色
波長領域の平均反射率に対して５０％以下とするのが望
ましい。このようにすることで、赤色映像表示素子２Ｒ
に入射する紫外線量をさらに軽減できる。赤色映像表示
素子２Ｒに入射したＳ偏光の赤色光束は赤色映像表示素
子２Ｒにより映像信号に応じて反射光の強度が変調され
る。赤色映像表示素子２Ｒからの赤色映像光束の反射光
束は偏光方向がＹＺ平面に平行なＰ偏光となり、偏光分
離装置１Ｒの構成部材１Ｒａと１Ｒｂの界面に設けた反
射膜の入射面に対してはＰ偏光相当となるので、赤色映
像光束はこの界面を通過する。Ｐ偏光に対する偏光分離
装置１Ｒの反射特性は図示しないが、反射率が小さいほ
ど消光比が大きくなり良好なコントラスト性能が得られ
ることは言うまでもない。図１に示した実施形態では界
面反射を低減するため赤色映像表示素子２Ｒと偏光分離
装置１Ｒを接着または粘着し相互に固定する。偏光分離
装置１Ｒと色合成光学系の間にはλ／４板５を配置し、
回転調整して偏光軸を最適化して消光比ができるだけ大
きくなるようにする。

【００３６】以上述べた経路を通過した青色映像光束、
緑色映像光束、赤色映像光束は図４に示すプリズム１０
Ｗ，１０Ｂ，１０Ｒ，１０Ｇの４つのプリズムブロック
で構成された色合成光学系である色合成プリズム１０に
より合成され白色偏光分離装置１Ｗを通過し投写光学系
である投写レンズ２０によりスクリーン上に拡大投影さ
れる。

【００３７】図５は本願発明の第２の実施形態について
投影装置から照明光学系部分を除いた光学系を緑色映像
表示素子側から観た構成を示したものである。図６は図
５の構成図に対する上面図である。図７は第１平面の光
束分光光学系、光路折返し手段の配置を示し、各映像表
示素子への入射光路を示すものである。図８は図６と同
様に図５の構成図に対する上面図であり、各映像表示素
子からの出射光路を示すものである。各図において、共
通部品には同一番号を付し、先出図でその説明を述べた
ものについてはその説明を省略する。

【００３８】第１の実施形態との大きな違いは偏光分離
装置１Ｂ，１Ｒ，１Ｇと色合成光学系である色合成プリ
ズム１０とが直接粘着または接着されている点である。
映像表示素子２Ｂ，２Ｇ，２Ｒと偏光分離装置１Ｂ，１
Ｇ，１Ｒの間にはλ／４板４，５，６をそれぞれ配置し
偏光軸を最適点にあわせ込むことで良好な性能を得る。
その他の動作については図１から図４に示した実施形態
と同様であるため説明は省略する。

【００３９】図９は本願発明の第３の実施形態について
投影装置から照明光学系部分を除いた光学系を緑映像表
示素子側から観た構成を示したものである。図１０は図
９の構成図に対する上面図である。

【００４０】第１及び第２の実施形態との大きな違い
は、偏光分離装置１Ｂ，１Ｒ，１Ｇと色合成光学系であ
る色合成プリズム１０とが直接粘着または接着され、か
つ、偏光軸を最適点にあわせ込んだ後λ／４板４，５，
６についても前記２者とそれぞれ直接粘着または接着さ
れている点である。その他の動作については図１から図
４に示した実施形態と同様であるため説明は省略する。

【００４１】映像表示素子２Ｂ，２Ｒ，２Ｇと偏光分離
装置１Ｂ，１Ｒ，１Ｇとの具体的な結合方法としては映
像表示素子の保護ガラス表面に偏光分離装置１Ｂ，１
Ｒ，１Ｇを接着または粘着する。第２の結合方法として
は保護ガラスの代用として偏光分離装置を用いる。各偏
光分離装置１Ｂ，１Ｒ，１Ｇを各映像表示素子の外装に
接着または粘着固定すると保護ガラスが不要となりコス
ト面でも有利になる。

【００４２】本願発明の実施形態の偏光分離装置として
は偏光ビームスプリッタを用いる。この偏光ビームスプ
リッタは基材に生じる光学的異方性から複屈折を誘発
し、光の偏光特性を乱してしまう。このため偏光分離装
置においてはＳ偏光、Ｐ偏光分離の消光比（コントラス
ト比）が部分的に低下し、照度むら及び3色合成後の色
むら等が発生し画質を大幅に低下させる。そこで本願発
明ではそれぞれの光に対応した偏光分離装置の基材を、
互いに異なる波長で光弾性定数の絶対値が最小となる材
料を用いることで照度むら及び3色合成後の色むら等を
低減する。またコスト重視の場合には比視感度の低い青
色光束に対応した偏光分離装置の基材を緑色光束に対応
した偏光分離装置の基材と共通にしても良い。広い波長
領域において光弾性定数が小さい基材としてはショット
社のＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ５７、小原（株）のＰＢＨ５
５およびＰＢＨ５７等が優れている。

【００４３】図１１は本願発明の第４の実施形態につい
て投影装置から照明光学系部分を除いた光学系を青映像
表示素子側から観た構成を示した側面図であり、照明光
学系を含む投影装置全体の構成は図１６に示すとおりで
ある。図１２は図１１の構成図に対する上面図である。
図１３は第１平面の光束分光光学系、光路折返し手段の
配置を示し、各映像表示素子への入射光路を示すもので
ある。図１４は図１２と同様に図１１の構成図に対する
上面図であり、各映像表示素子からの出射光路を示すも
のである。各図において、共通部品には同一番号を付
し、先出図でその説明を述べたものについてはその説明
を省略する。

【００４４】なお、図１６において、照明光学系の光軸
をＸ軸の負方向、紙面裏から紙面表への軸をＹ軸、Ｘ軸
とＹ軸に直交する右手直交座標系の残りの軸をＺ軸とし
ている。Ｚ軸の負方向は投写光学系の光軸で、図１６で
は紙面に平行で右から左方向である。照明光学系は図１
５に同じであり、その説明を省略するが、照明光学系か
らの白色光束の偏光方向はＺＸ平面に平行である。照明
光学系以降の光束分光光学系、光路折返し手段、偏光分
離装置、色合成光学系と投写光学系については、図１１
から図１４で述べる。

【００４５】また、図１１から図１４において、各図の
座標系は図１６と同じで、右手直交座標系である。但
し、第１平面と第２平面の意味は、既に述べたものと等
しい。

【００４６】図１１において、光源を含む照明光学系
（図示せず）は紙面奥に配置されており、第１平面から
入射した白色光束（図中では説明をより明確にするため
赤色光束（Ｒ光）、青色光束（Ｂ光）、緑色光束（Ｇ
光）として表示する）は偏光変換装置（図１６の５４）
により偏光方向がＺＸ平面に平行な水平（Ｐ）偏光方向
に揃えられているものとする。投写光学系である投写レ
ンズ２０の下部に配置された第１の光路折返しミラー３
０は図１６で示すように光路折返し面がＺＸ平面に垂直
でＸ軸の負方向に対して概ね４５°傾けて配置されてい
る。従って、第１平面にある照明光学系からの白色光束
は光路折返しミラー３０にＰ偏光にて入射し、光路折返
しミラー３０により折返された白色光束は第２の光路折
返しミラー３１に入射する。第１の光路折返しミラー３
０の分光反射特性は例えば図２３に示すように可視光の
領域での反射率を十分高くする必要がある。また紫外線
と赤外線領域の光を透過させることで映像表示素子の信
頼性（寿命）を向上できる。

【００４７】光路折返しミラー３１は光路折返し面をＹ
Ｚ平面に垂直でＺ軸方向に対して概ね４５°傾けて配置
する。この結果、光路折返しミラー３１には偏光方向が
入射面（ＹＺ平面に平行）に対して９０°傾いた（直交
した）Ｓ偏光相当が入射することになる。この時、光路
折返しミラー３１の分光反射特性は図１７に示すように
青色波長領域（たとえば４３０ｎｍから５００ｎｍ）の
反射率を十分大きくし、紫外線領域（４００ｎｍ以下）
の反射率を十分に小さくする。具体的には、４２０ｎｍ
以下の紫外線領域の反射率は５１０ｎｍから５７０ｎｍ
の緑色波長領域のピ−ク反射率に対して５０％以下とす
るのが望ましい。このようにすることで、青色映像表示
素子２Ｂに入射する紫外線量を従来以上に軽減できる。
一方緑色及び赤色領域の光束はほほ１００％透過する設
計とする必要がある。この必要条件を満足しないと第２
平面に配置された緑色映像表示素子２Ｇと赤色映像表示
素子２Ｒ及び青色映像表示素子２Ｂに直接照明光束の一
部が漏れ込みコントラスト性能や色純度が低下する。

【００４８】図１１においても説明の都合上光の進行方
向を矢印により示している。

【００４９】白色偏光分離装置１Ｗの構成部材１Ｗａと
１Ｗｂの界面はＹＺ平面に垂直でＹ軸方向に対して概ね
４５°傾け、光路折返しミラー３１の光路折返し面に略
平行となるように対向して配置するので、光路折返しミ
ラー３１から偏光分離装置１Ｗに入射するＸＹ平面に平
行な緑色光束の偏光方向は、偏光分離装置１Ｗの入射面
（ＹＺ面に平行）に対して直交するＳ偏光相当となって
反射する。構成部材１Ｗａと１Ｗｂの界面に設けた反射
膜の特性は図２３に示すように可視光の波長領域（たと
えば４１０ｎｍから７００ｎｍ）の反射率を十分大きく
し、紫外線領域（４００ｎｍ以下）と赤外線領域（８０
０ｎｍ以上）の反射率を十分に小さくする。例えば、紫
外線領域（４００ｎｍ以下）の反射率は４２０ｎｍから
７００ｎｍの可視光波長領域の平均反射率に対して５０
％以下とするのが望ましい。このようにすることで、緑
色映像表示素子２Ｇに入射する紫外線と赤色映像表示素
子２Ｒに入射する赤外線量を軽減できる。そして、図１
２に示すように色合成光学系である色合成プリズム１０
のプリズム１０Ｒと１０Ｗの接合面とプリズム１０Ｇと
１０Ｂの接合面に設けた反射膜によりスペーサガラス４
４を通過し青色映像表示素子２Ｂに入射する。青色映像
表示素子２Ｂにより映像信号に応じて反射光の強度が変
調され反射し、再び色合成プリズム１０のプリズム１０
Ｒと１０Ｗの接合面とプリズム１０Ｇと１０Ｂの接合面
に設けた反射膜により反射し偏光分離装置１Ｗに入射す
る。この時ＹＺ平面に垂直でＺ軸方向に概ね４５°傾け
て配置した構成部材１Ｗａと１Ｗｂの界面に設けた反射
膜にはＰ偏光相当となるので、青色映像光束はこの界面
を通過する。Ｐ偏光に対する偏光分離装置１Ｗの反射特
性は図示しないが、反射率が小さいほど消光比が大きく
なり良好なコントラスト性能が得られることは言うまで
もない。

【００５０】図１１に示した実施形態では界面反射を低
減するため色合成プリズム１０とスペーサガラス４０及
び偏光分離装置１Ｗ，１Ｒ，１Ｂと色合成プリズム１０
を接着または粘着し相互に固定する。スペーサガラス４
０と緑色映像表示素子２Ｇの間にはλ／４板４を配置
し、回転調整して偏光軸を最適化して消光比ができるだ
け大きくなるようにする。

【００５１】図１１に示した第４の実施形態においても
第１平面と第２平面はＹ軸方向で上下に重ね合う位置関
係で配置されているが、上下での光束の漏れ込みが発生
しないようにケースの壁面（底面）等で完全に分離され
た構成とする分離手段（図示せず）を設けると色むらや
照度むらが発生し難い。

【００５２】以上述べた経路を通過し緑色映像表示素子
２Ｇで反射した緑色映像光束は図１４に示すプリズム１
０Ｗ，１０Ｂ，１０Ｒ，１０Ｇの４つのプリズムブロッ
クで構成された色合成光学系である色合成プリズム１０
により他の２色の映像光束と合成され白色偏光分離装置
１Ｗを通過し投写光学系である投写レンズ２０によりス
クリーン上に拡大投影される。

【００５３】白色偏光分離装置１Ｗは構成部材１Ｗａと
１Ｗｂから構成され、これらの界面に図２３に示すよう
に可視範囲の光束に対してＳ偏光が入射した場合に反射
する反射膜が設けられているが、Ｐ偏光相当になった映
像光束は前記反射膜を透過し、投写レンズ２０によりス
クリーン上に拡大投影される。

【００５４】また、図１３に示すように緑色光束が色分
離ミラー７３により赤色光束と緑色光束に分離されるよ
うに構成され、以降は第１の実施形態と同じでありここ
では説明を省略する。

【００５５】以上述べた本願発明では、Ｓ偏光からＰ偏
光またはＰ偏光からＳ偏光に変換するために使用する偏
光方向を回転させる有機物を用いた偏光回転素子を使用
してないので、信頼性（寿命）の更なる向上が期待でき
る。

【００５６】本願発明の実施形態では、照度むらや色む
らをより一層低減するため、投写レンズ２０の直前に検
光子としての作用を持つ偏光分離装置１Ｗを設けてい
る。このため色合成光学系を構成するプリズムについて
も、前述した偏光分離装置と同様に低複屈折の基材を用
いると優れた性能を得ることができる。この時、図２、
図６、図１０、図１２に示した色合成プリズム１０の内
プリズム１０Ｇ、１０Ｗについては視感度が最も高い緑
色波長領域の光に対する光弾性定数が最小となる基材を
使用すると良好な性能が得られる。また、プリズム１０
Ｒについては赤色波長領域の光に対する光弾性定数が最
小となる基材を用いることで更なる性能改善が実現でき
る。この時プリズム１０Ｗは緑色波長領域と赤色波長領
域において光弾性定数が小さくなる基材を選ぶとさらに
良い。

【００５７】図２６は本願発明の色合成光学系である色
合成プリズム１０を構成するプリズム１０Ｗ，１０Ｒ，
１０Ｂ，１０Ｇに設ける反射膜のＳ偏光に対する特性を
示したものであり、緑色波長領域の光束が通過し赤、青
領域の光束が所望の反射を行う特性となっている。図２
７は緑色波長領域の光束のみがＰ偏光、赤色波長領域及
び青色波長領域の光束がＳ偏光であるときの特性を示し
たものである。緑色波長領域の光束が通過し赤、青領域
の光束が所望の反射を行う特性となっている。

【００５８】図２８及び図２９に投影装置を構成する投
写光学装置（投写レンズ）、光束分光光学系、色合成光
学系、偏光分離装置に使用する反射防止コートの分光反
射率を示す。通常４００〜７００ｎｍの波長領域全般に
わたって良好な反射防止特性を得るためには図２８に示
した特性が一般的であるが、人間の目の比視感度を考慮
すれば感度が最も高い緑色領域の反射率を最小とし、つ
いで赤色領域の反射率を抑えた図２９に示した特性のほ
うが総合的に優れている。

【００５９】図３０は同一有効対角寸法で映像表示素子
のアスペクト比（横：縦）が４：３の場合の有効領域４
２とアスペクト比（横：縦）が１６：９の場合の有効領
域４１を画面中心に合わせて比較したもので、テレビジ
ョン画像表示用としては、画面のアスペクト比が１６：
９（横：縦）の横長表示素子の場合には本願発明の投影
装置のように第１平面と第２平面が上下に重ね合う位置
関係で配置しても垂直方向（厚さ方向）に大きくなるこ
とを抑えることが可能となる。

【００６０】次に図３１及び図３２は本願発明の投影装
置を搭載した映像表示装置としての一実施形態である背
面投写型画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向
断面図である。図３１はセット高さを抑えたテーブルト
ップタイプであり図３２は奥行きを抑えた薄型タイプで
ある。

【００６１】図３１及び図３２においては投影装置８０
において得られる映像を投写用レンズ２０により折り返
しミラー８２を介してスクリーン８５上に拡大投写する
構成となっている。８４、８７はキャビネット（筺
体）、８１はバックカバーである。スクリーン８５の外
形中心に対して投写レンズの２０の光軸がほぼ一致する
構成であり、画面周辺部でのフレネルレンズによる反射
損失が四隅で均一となる。なお、図３２では投影装置の
出射光軸が図３１と異なるので投影装置の符号を８０’
としている。

【００６２】また、本願発明の投影装置を搭載した映像
表示装置としては上記背面投写型画像ディスプレイ装置
に限定されるものではなく、前面に布設されたスクリ−
ンに拡大投影するプロジェクター装置にも、本願発明の
投影装置を適用できることは明らかである。

【００６３】このとき、本発明の投影装置を上記背面投
写型画像ディスプレイ装置とプロジェクター装置の双方
に適用する場合、投影装置の照明光学系を構成するマル
チレンズアレイのセル数とセル寸法及び凸レンズ（フィ
−ルドレンズ）の屈折力及び位置のいずれかを変えるこ
とで、照明光学系以外の構成要件を変更しないようにし
て、部品の共用化を図れば、部品単価のコストダウンや
設計労力の低減につなげることができる。

【００６４】また、緑色光束を折返す光路折返しミラ−
の反射特性や緑色光束用偏光分離装置の界面に設けた反
射膜の反射特性の上限波長は、背面投写型画像ディスプ
レイ装置のように色純度を重視する場合は５７０ｎｍで
あるが、プロジェクター装置のように明るさを重視する
場合は５８０ｎｍとするのが望ましい。

【００６５】また、図３４に示すように、１０Ｗ、１０
Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂで構成される色合成光学系により合
成された映像光束を、偏光ビームスプリッタ１Ｗｃ、１
Ｗｄで構成される検光子を介して投写レンズ２０に入射
させる。この構成により、不要光を排除することがで
き、更なるコントラストの向上を図ることができる。本
実施の形態では、図３４に示すように、検光子を２段重
ねの偏光ビームスプリッタ１Ｗｃ、１Ｗｄで構成する。
この構成により、偏光ビームスプリッタ１段の通常の構
成に比べて薄型化が可能となる。この２段構成の検光子
は、投写レンズ２０の入射側に近接して配置すれば良
く、図１６に示す実施の形態の場合には、偏光分離装置
１Ｗと投写レンズ２０との間に配置すれば良いことは言
うまでも無い。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本願発明によれば、
光束分光光学系ではクロスダイクロイックミラーを使用
しないのでクロスダイクロイックミラーの交差点で生じ
るスジ状の領域が発生せず、良好な拡大映像を得ること
ができる。また、各色光束に対応して第１の偏光分離部
を設け、色合成後に第２の偏光分離部を設けることで最
小のコストアップで高いコントラスト性能を得ることが
できる。

【００６７】また、光源、偏光変換装置を含む照明光学
系、光束分光光学系、光路折返し手段を第１平面に配置
し、偏光分離装置、色合成光学系、投写光学系を第２平
面に配置し、それぞれを階層的に重ねることで、照明光
学系のＦ値を大きくしても投影装置の外形寸法増を軽減
できる。

【００６８】さらに、映像表示素子の（寿命）信頼性向
上のために、従来から、照明光学系の上流部分（光源に
近い部分）に紫外線と赤外線を遮断するため紫外線や赤
外線の反射フィルターや紫外線吸収フィルターを設け、
以降の光学系に漏れ込む紫外線や赤外線量を軽減してい
るが、このほかに、第１平面と第２平面を結合する光路
折返しミラーの特性により紫外線や赤外線が映像表示素
子に到達することを抑えることができる。

【００６９】さらに、本願発明の投影装置の構成におい
ては部品に有機物を使用しないでも成立するので信頼性
（寿命）の更なる向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の投影装置の第１実施例主要部を示し
た構成図（背面図）である。

【図２】本願発明の投影装置の第１実施例主要部を示し
た構成図（上面図）である。

【図３】本願発明の投影装置の第１実施例光束分光光学
系と主要部を示した構成図である。

【図４】本願発明の投影装置の第１実施例色合成光学系
と主要部を示した構成図である。

【図５】本願発明の投影装置の第２実施例主要部を示し
た構成図（背面図）である。

【図６】本願発明の投影装置の第２実施例主要部を示し
た構成図（上面図）である。

【図７】本願発明の投影装置の第２実施例光束分光光学
系と主要部を示した構成図である。

【図８】本願発明の投影装置の第２実施例色合成光学系
と主要部を示した構成図である。

【図９】本願発明の投影装置の第３実施例主要部を示し
た構成図（背面図）である。

【図１０】本願発明の投影装置の第３実施例主要部を示
した構成図（上面図）である。

【図１１】本願発明の投影装置の第４実施例主要部を示
した構成図（背面図）である。

【図１２】本願発明の投影装置の第４実施例主要部を示
した構成図（上面図）である。

【図１３】本願発明の投影装置の第４実施例光束分光光
学系と主要部を示した構成図である。

【図１４】本願発明の投影装置の第４実施例色合成光学
系と主要部を示した構成図である。

【図１５】本願発明の照明系と色合成光学系、映像表示
素子及び投写レンズの配置を示した構成図である。

【図１６】本願発明の照明系と色合成光学系、映像表示
素子及び投写レンズの配置を示した構成図である。

【図１７】本願発明の光束分光光学系の反射膜特性を示
す特性図である。

【図１８】本願発明の光束分光光学系の反射膜特性を示
す特性図である。

【図１９】本願発明の光束分光光学系の反射膜特性を示
す特性図である。

【図２０】本願発明の偏光分離装置の反射膜特性を示す
構成図である。

【図２１】本願発明の偏光分離装置の反射膜特性を示す
構成図である。

【図２２】本願発明の偏光分離装置の反射膜特性を示す
構成図である。

【図２３】本願発明の偏光分離装置の反射膜特性を示す
構成図である。

【図２４】本願発明の光束分光光学系の反射膜特性を示
す特性図である。

【図２５】本願発明の光束分光光学系の反射膜特性を示
す特性図である。

【図２６】色合成・分離光学系の反射膜特性を示す特性
図である。

【図２７】色合成・分離光学系の反射膜特性を示す特性
図である。

【図２８】従来技術による反射防止多層膜の反射特性を
示す特性図である。

【図２９】本願発明技術による反射防止多層膜の反射特
性を示す特性図である。

【図３０】映像表示素子のアスペクト比を説明するため
の構成図である。

【図３１】本願発明の投写光学系を搭載した背面投写型
画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図で
ある。

【図３２】本願発明の投写光学系を搭載した背面投写型
画像ディスプレイ装置の主要部を示す垂直方向断面図で
ある。

【図３３】光路折返しミラ−３２と偏光分離装置１Ｇの
動作を説明する図である。

【図３４】検光子の動作を説明する図である。

【符号の説明】

１Ｇ…緑光束用偏光分離装置、１Ｒ…赤光束用偏光分離
装置、１Ｂ…青光束用偏光分離装置、２Ｒ…赤光束用映
像表示素子、２Ｂ…青光束用映像表示素子、２Ｇ…緑光
束用映像表示素子、４，５，６…λ／４板、３０…光路
折返しミラー、３１…光路折返しミラー、３２…光路折
返しミラー、３４…光路折返しミラー、１０…色合成プ
リズム、２０…投写レンズ、７２…色分離ミラー、３５
…光路折返しミラー、３６…光路折返しミラー、７３…
色分離ミラー、７４…色分離ミラー、４０…スペーサガ
ラス、５０…光源ランプ、５１…光束変換レンズ、５２
…マルチレンズアレイ、５３…マルチレンズアレイ、５
４…偏光変換装置、５５…第１フィールドレンズ、５６
…第２フィールドレンズ、４１…映像表示素子（アスペ
クト比１６：９）の有効領域、４２…映像表示素子（ア
スペクト比４：３）の有効領域、４３…映像表示素子の
画素中心、４４…スペーサガラス、８０…投影装置、８
０’…投影装置、８４…キャビネット（筺体）、８１…
バックカバー、８２…光路折返しミラー、８７…キャビ
ネット（筺体）、８５…透過型スクリーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷津 雅彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア事業部 内 (72)発明者 益岡 信夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア事業部 内 (72)発明者 小倉 直之 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所デジタルメディア事業部 内 Ｆターム(参考） 2H099 AA11 BA09 CA02 CA07 CA08 2K103 AA01 AA05 AA14 AB04 AB05 AB06 AB07 BC08 BC09 BC14 BC33 CA75 5C060 BA03 BA09 BC05 BE05 BE10 GA02 GB06 HC16 HC22 HC24 HC25 JA17 JA20 JB06

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光束を同一偏波に変換する偏光
   変換装置と、 該光束を第1、第２、第３の異なった色光束に分光する
   光束分光光学系と、 前記色光束の光路をそれぞれ変更する光路折り返し手段
   と、 偏光分離装置と、 前記第1、第２、第３の異なった色光束に対応する第1、
   第２、第３の反射型映像表示素子と、 所定の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィ
   ルターを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光
   学系と、 前記色合成光学系により重ね合わされたカラー画像を拡
   大投写する拡大投写装置とを有し、 前記偏光変換装置と、前記光束分光光学系と、前記光路
   折り返し手段とを第一の平面内に配置し、 前記偏光分離装置と、前記第1、第２、第３の反射型映
   像表示素子と、前記色合成光学系と、前記拡大投写装置
   とを前記第一の平面とは上下に階層的に配置された第二
   の平面内に配置し、 前記光束分光光学系により分光された色光束を前記光路
   折り返し手段により、それぞれの色光に対応する前記反
   射型映像表示素子への入出射を行い、前記色合成光学系
   により前記反射型映像表示素子からの出射色光を合成す
   るように構成すると共に、前記光束分光光学系を構成す
   る部材の一部を前記光路折返し手段と兼用するように構
   成したことを特徴とする投影装置。
2. 【請求項２】前記光束分光光学系は、前記光源側から第
   １の光束を選択的に分光反射する第１のダイクロイック
   ミラー、第２、第３の光束の何れか一つを選択的に分光
   反射する第２のダイクロイックミラーの順で構成され、
   該第１のダイクロイックミラーが前記光路折返し手段と
   して兼用するように構成したことを特徴とする請求項１
   に記載の投影装置。
3. 【請求項３】前記色合成光学系と前記拡大投写装置との
   間に該色合成光学系により合成された光束に対応した偏
   光分離装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の
   投影装置。
4. 【請求項４】光源からの光束を同一偏波に変換する偏光
   変換装置と、 該光束を第1、第２、第３の異なった色光束に分光する
   光束分光光学系と、 前記色光束の光路をそれぞれ変更する光路折り返し手段
   と、 偏光分離装置と、 前記第1、第２、第３の異なった色光束に対応する第1、
   第２、第３の反射型映像表示素子と、 所定の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィ
   ルターを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光
   学系と、 前記色合成光学系により重ね合わされたカラー画像を拡
   大投写する拡大投写装置とを有し、 前記偏光変換装置と、前記光束分光光学系と、前記光路
   折り返し手段とを第一の平面内に配置し、 前記偏光分離装置と、前記第1、第２、第３の反射型映
   像表示素子と、前記色合成光学系と、前記拡大投写装置
   とを前記第一の平面とは上下に階層的に配置された第二
   の平面内に配置し、 前記光束分光光学系により分光された色光束を前記光路
   折り返し手段により、それぞれの色光に対応する前記反
   射型映像表示素子への入出射を行い、前記色合成光学系
   により前記反射型映像表示素子からの出射色光を合成す
   るように構成すると共に、 前記光路折返し手段としてダイクロイックミラーを用
   い、それぞれのダイクロイックミラーの特定色における
   ピーク反射率Ｒｐに対して４２０ｎｍ以下の波長領域で
   の反射率を５０％以下としたこと特徴とする投影装置。
5. 【請求項５】前記第一のダイクロイックミラーは、青色
   領域の光束を選択的に分光反射するダイクロイックミラ
   ーであり、且つ４００ｎｍ以下の波長の光に対する反射
   率が４３０ｎｍから５００ｎｍの範囲の波長に対する反
   射率に対して５０％以下としたことを特徴とする請求項
   ２に記載の投影装置。
6. 【請求項６】光源からの光束を同一偏波に変換する偏光
   変換装置と、 該光束を第1、第２、第３の異なった色光束に分光する
   光束分光光学系と、 前記色光束の光路をそれぞれ変更する光路折り返し手段
   と、 偏光分離装置と、 前記第1、第２、第３の異なった色光束に対応する第1、
   第２、第３の反射型映像表示素子と、 所定の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィ
   ルターを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光
   学系と、 前記色合成光学系により重ね合わされたカラー画像を拡
   大投写する拡大投写装置とを有し、 前記偏光変換装置と、前記光束分光光学系と、前記光路
   折り返し手段とを第一の平面内に配置し、 前記偏光分離装置と、前記第1、第２、第３の反射型映
   像表示素子と、前記色合成光学系と、前記拡大投写装置
   とを前記第一の平面とは上下に階層的に配置された第二
   の平面内に配置し、 前記光束分光光学系により分光された色光束を前記光路
   折り返し手段により、それぞれの色光に対応する前記反
   射型映像表示素子への入出射を行い、前記色合成光学系
   により前記反射型映像表示素子からの出射色光を合成す
   るように構成すると共に、 前記偏光分離装置は、入射光がＳ偏光の場合に反射する
   反射面を有すると共に４００ｎｍ以下の波長領域の反射
   率Ｒ１が、４２０ｎｍから７００ｎｍまでの間の前記偏
   光分離装置に応じた所定波長領域での平均反射率Ｒ２に
   比べて５０％以下としたことを特徴とする投影装置。
7. 【請求項７】光源からの光束を同一偏波に変換する偏光
   変換装置と、 該光束を第1、第２、第３の異なった色光束に分光する
   光束分光光学系と、 前記色光束の光路をそれぞれ変更する光路折り返し手段
   と、 偏光分離装置と、 前記第1、第２、第３の異なった色光束に対応する第1、
   第２、第３の反射型映像表示素子と、 所定の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィ
   ルターを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光
   学系と、 前記色合成光学系により重ね合わされたカラー画像を拡
   大投写する拡大投写装置とを有し、 前記偏光変換装置と、前記光束分光光学系と、前記光路
   折り返し手段とを第一の平面内に配置し、 前記偏光分離装置と、前記第1、第２、第３の反射型映
   像表示素子と、前記色合成光学系と、前記拡大投写装置
   とを前記第一の平面とは上下に階層的に配置された第二
   の平面内に配置し、 前記光束分光光学系により分光された色光束を前記光路
   折り返し手段により、それぞれの色光に対応する前記反
   射型映像表示素子への入出射を行い、前記色合成光学系
   により前記反射型映像表示素子からの出射色光を合成す
   るように構成すると共に、 前記第一の平面内に配置された光源の光軸と前記第二の
   平面に配置された拡大投写装置の光軸が略垂直となるよ
   うに配置されたことを特徴とする投影装置。
8. 【請求項８】異なった色光束 前記第1、第２、第３の光束が反射または透過する偏光
   分離装置を構成する基材は、光弾性定数の絶対値が最小
   となる波長が互いに異なることを特徴とする請求項１乃
   至請求項７の何れかに記載の投影装置。
9. 【請求項９】前記第1、第２、第３の光束が反射または
   透過する偏光分離装置は偏光ビームスプリッタであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載の
   投影装置。
10. 【請求項１０】前記色合成光学系と前記映像表示素子の
    間に１／４波長板を設けたことを特徴とする請求項１、
    請求項４、請求項６、請求項７の何れかに記載の投影装
    置。
11. 【請求項１１】前記１／４波長板は前記映像表示素子と
    前記偏光分離装置の間に設けたことを特徴とする請求項
    １０に記載の投影装置。
12. 【請求項１２】前記第1、第２、第３の光束が反射また
    は透過する前記偏光分離装置と前記映像表示素子とを貼
    り合わせて構成したことを特徴とする請求項１、請求項
    ４、請求項６、請求項７の何れかに記載の投影装置。
13. 【請求項１３】前記第1、第２、第３の光束が反射また
    は透過する前記偏光分離装置と前記色合成光学系とを貼
    り合わせて構成したことを特徴とする請求項１、請求項
    ４、請求項６、請求項７の何れかに記載の投影装置。
14. 【請求項１４】前記第1、第２、第３の光束が反射また
    は透過する前記偏光分離装置と映像表示素子と前記色合
    成光学系と前記１／４波長板それぞれを互いに貼り合わ
    せて構成したことを特徴とする請求項１０、請求項１
    ２、請求項１３の何れかに記載の投影装置。
15. 【請求項１５】光源と、光源からの光束を同一偏波に変
    換する偏光変換装置と、一対のマルチレンズアレイと、
    該マルチレンズアレイによって分割された光束を拡大す
    る凸レンズを含む照明系と、該照明系により複数に分割
    された光束を赤、緑、青色の異なった色光束に分光する
    光束分光光学系と、前記赤、緑、青色光束の光路をそれ
    ぞれ変更する光路折り返し手段と、偏光分離装置と、所
    定の波長の光を選択的に透過または反射する光学フィル
    ターを設けたプリズムを貼り合せてより成る色合成光学
    系と、前記色合成光学系により重ね合わされたカラー画
    像を拡大投写する拡大投写装置とを有し、 前記光束分光光学系により赤、緑、青色に分光された色
    光束は前記光路折り返し手段によりそれぞれに対応する
    偏光分離装置に入射し一旦は反射されてそれぞれの色光
    束に対応して設けられた映像表示素子に入射し、該映像
    表示素子において偏光方向が変化すると共に映像信号に
    応じて強度が変調されて反射し、前記偏光分離装置を透
    過した後に光合成光学系に入射して合成され、拡大投写
    装置によりスクリーン上に拡大投影されると共に、 前記照明系を構成するマルチレンズアレイのセル数とセ
    ル寸法及び凸レンズの屈折力及び位置のいずれかを変え
    ることで、前記照明系以外の構成要件を変更することな
    く、映像表示装置である背面投写型画像ディスプレイ装
    置とプロジェクター装置の双方に使用できるように構成
    したことを特徴とする投影装置。
16. 【請求項１６】前記色合成光学系と前記拡大投写装置と
    の間に検光手段を有し、該検光手段は２段重ねの偏光ビ
    ームスプリッタにより構成したことを特徴とする請求項
    １、請求項４、請求項６、請求項７、請求項１５の何れ
    かに記載の投影装置。
17. 【請求項１７】請求項１乃至請求項１６の何れかに記載
    の投影装置と、前記第１、第２、第３の映像表示素子を
    駆動する駆動回路を有することを特徴とする映像表示装
    置。