JP2004078159A - 投写型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【目的】反射型液晶パネルを用いた投写型表示装置において、投写レンズの一部のレンズ群を色光合成手段よりも前段に配置し投写レンズのワイド化に適した構成とし、画面上での照度分布や色度分布の均一性を確保し光の利用効率やコントラストも良好とする。
【構成】光源１０からの白色光は偏光変換光学系１４によりＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラー１６および偏光分離合成素子１９、２６を経て３色光成分に分解されて対応するＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに照射される。各色光用の画像情報を担持した反射光束は、ダイクロイックプリズム２９で合成されるとともに、レンズ群３１ａ（またはレンズ群３１ｂ）とレンズ群３０ａからなる投写レンズ３０によりスクリーン上に投写される。ミラー１６からプリズム２９に至る光路中に、特定波長偏光変換素子２５、２７および偏光板１８ａ、１８ｂ、２２ａ、２２ｂが配されている。
【選択図】 図１
【構成】光源１０からの白色光は偏光変換光学系１４によりＳ偏光に変換され、ダイクロイックミラー１６および偏光分離合成素子１９、２６を経て３色光成分に分解されて対応するＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに照射される。各色光用の画像情報を担持した反射光束は、ダイクロイックプリズム２９で合成されるとともに、レンズ群３１ａ（またはレンズ群３１ｂ）とレンズ群３０ａからなる投写レンズ３０によりスクリーン上に投写される。ミラー１６からプリズム２９に至る光路中に、特定波長偏光変換素子２５、２７および偏光板１８ａ、１８ｂ、２２ａ、２２ｂが配されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶などを用いた反射型ライトバルブに表示された画像をスクリーン上に拡大投映する投写型表示装置に関し、詳しくは、投写レンズのワイド化に適した構成の投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロジェクタ市場はパソコンの普及とともに大きく伸展している。プロジェクタにおいて、映像を信号に変え光変調を行なうライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示素子や、微小ミラーが規則的に配列されたＤＭＤ素子などが知られている。その中でも反射型の液晶表示素子は、高効率で微小な画素を作ることに適しており、高品位な映像を提供するライトバルブとして注目されている。反射型液晶表示素子の特徴は、液晶の旋光作用を利用し、偏光方向によって画素のＯＮ状態とＯＦＦ状態を区別することである。
【０００３】
反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置としては、例えば、４つの偏光ビームスプリッタを使用したものが知られている。その概略構成を、図７を用いて説明する。図１３は、投写型表示装置において、光源からの白色光を３つの色光光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分解し、各色光に対応する反射型液晶パネルにより画像情報を担持させた後、各色光を合成して投写レンズに入射させる様子を示している。各色光の経路は模式的に示されており、実線と点線は互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態であることを示す。以下の説明では、実線はＳ偏光、点線はＰ偏光とする。
【０００４】
図示されない光源から出射された白色光は、偏光板２４１によりＳ偏光のみが透過され、または図示されない前段においてＳ偏光に変換された後偏光板２４１により偏光方向を揃えられて、特定波長偏光変換素子２４２を介し、偏光ビームスプリッタプリズム（以下、ＰＢＳと称する）２４３に入射する。特定波長偏光変換素子２４２は、特定波長帯域の光の偏光を変換する素子であり、例えば、Ｇ光の偏光をＰ偏光に変換する。
【０００５】
ＰＢＳ２４３に入射した光束のうち、Ｐ偏光であるＧ光はＰＢＳ２４３を透過し、さらにＰＢＳ２１９を透過して、Ｇ光用の反射型液晶パネル（以下、ＬＣＤと称する）２２１Ｇを照射する。他方、Ｓ偏光であるＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ２４３内で反射されて、ＰＢＳ２２６に入射される。ＰＢＳ２２６の前段には特定波長偏光変換素子２２５が配され、例えば、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ２２６を透過してＢ光用のＬＣＤ２２１Ｂを照射し、Ｒ光はＰＢＳ２２６で反射されてＲ光用のＬＣＤ２２１Ｒを照射する。
【０００６】
各色光に対応する画像情報を担持した光束はＰＢＳ２１９、２２６から出射されたものと異なる方の偏光とされてＰＢＳ２１９、２２６に入射される。そのため、Ｇ光はＰＢＳ２１９内で反射され、Ｂ光はＰＢＳ２２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ２２６を透過して、ＰＢＳ２４７に入射される。
【０００７】
なお、各ＬＣＤ２２１Ｇ、２２１Ｂ、２２１Ｒの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ２１９の光入射側（ＰＢＳ２４３側）および光出射側（ＰＢＳ２４７側）には偏光板２１８、２２２が配されており、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２２６とＰＢＳ２４７の間には、特定波長偏光変換素子２２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換する。
【０００８】
ＰＢＳ２４７において、Ｇ光はＳ偏光であるので内部で反射され、Ｂ光、Ｒ光はＰ偏光であるので透過され、３つの色光光束が合成されて出射される。この光束は特定波長偏光変換素子２４５を介しＧ光の偏光がＰ偏光に変換されて、偏光板２４６によりＰＢＳによる偏光方向のズレを調整された後、投写レンズ２３０により投写される。
【０００９】
このような構成によれば、４つのＰＢＳを用いて、色分解および色合成において各色光の偏光方向の相違を利用しているので、ダイクロイック素子を用いる場合に比べ偏光特性は良好に維持され、理論的には光の利用効率を高くし得る。しかし実際には、大きな偏光ビームスプリッタを通過する際には偏光特性を維持することが難しく、偏光特性が乱れるために光の利用効率は必ずしも高くすることができなかった。また、偏光特性の乱れにより、投写型表示装置としてのコントラストが低下するという問題もあった。
【００１０】
この偏光特性の乱れを解消するための方策としては、使用するＰＢＳの材質を光弾性定数の小さなものにする方策が提案されている。しかし、光弾性定数が非常に小さい材質は、重量が重く、コストが高いというだけでなく、鉛などを多く含んでいるため環境上の問題がある。特許文献１には、使用するＰＢＳの数を２または３に低減し、これらの問題を解消しようとした構成が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１５４１５２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の投写型表示装置の投写レンズは、投写レンズとスクリーンまでの距離が短くても大画面が構成できるよう、焦点距離を短くしレンズのワイド化を図る傾向にある。特に、家庭用などの限られた空間で使用するフロントタイププロジェクタや、小型かつ薄型にする必要のあるリアプロジェクションＴＶなどで使用する投写レンズは、ワイド化の要求が強い。
【００１３】
しかしながら、上記のような構成の投写型表示装置では、ワイドレンズの設計が非常に難しい。これらの装置では、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に、少なくともＬＣＤ側にはＰＢＳ、投写レンズ側にはＰＢＳまたはダイクロイックミラー等、の両者の部材を配置する構成とされている。これだけの液晶パネルから投写レンズまでの絶対的間隔を維持しつつ、投写レンズをワイド化させる場合には、投写レンズひいては装置全体が大きくなりがちで、装置全体の小型化も要望される状況では、レンズ設計の工夫だけでは対処しきれない問題となっている。
【００１４】
また、上記公報記載の技術では、ライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置し、このフィールドレンズを投写レンズと一体と考える場合の作用効果が記載されている。しかしながら、この手法はＰＢＳやダイクロイックプリズムのサイズを小さくする効果があるとはいえ、その作用はテレセントリックな光束の状態を崩すことで得られたものであるため、画面上での照度分布や色度分布を考慮すると必ずしも利点が優るものではない。ＰＢＳを通過するときの光束はテレセントリックな状態であることが望ましい。また、このようにライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置した場合は、フィールドレンズを通過する時に偏光特性を乱してしまう虞があり、光の利用効率やコントラストの点で好ましくない。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、近年の技術動向に適応した投写レンズのワイド化を容易にするとともに、光の利用効率やコントラストは高くし得る投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投写型表示装置は、光源から出射された白色光を色分解し、各々の色光を画像変調したのち色合成するとともに、投写レンズを用いてスクリーン上に所望の画像を投映する投写型表示装置において、
前記白色光を３色光成分のうちの第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させる色光分解手段と、
前記色光分解手段から出射された前記第１の色光を、この第１の色光を光変調させる第１の反射型ライトバルブへ導くとともに、この第１の反射型ライトバルブで光変調された該第１の色光を出射する第１の偏光分離合成素子と、
前記色光分解手段から出射された前記第２、第３の色光を、該第２の色光と該第３の色光とに分離し、この両色光を、該第２の色光を光変調させる第２の反射型ライトバルブと、該第３の色光を光変調させる第３の反射型ライトバルブとのうち、各々対応するライトバルブへ導くとともに、この各ライトバルブで光変調された前記第２の色光と前記第３の色光とを合成し出射する第２の偏光分離合成素子と、
前記第１の偏光分離合成素子から出射された前記第１の色光と、前記第２の偏光分離合成素子から出射された前記第２、第３の色光とを、合成する色光合成手段とを備え、
前記第１の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
前記第２の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置されたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、各々全体として正の屈折力を有し、前記第１のレンズと前記色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々前記投写レンズとなるように構成されることが好ましい。
【００１８】
また、前記光源から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段が、前記色光分解手段の前段に配されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が配置されていることが好ましい。さらに、前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側と前記色光合成手段へ光束が出射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が各々配置されていることがより好ましい。
【００２０】
また、前記色光合成手段がダイクロイックプリズムで構成されていてもよい。
【００２１】
また、前記色光分解手段が、入射光の波長帯域に応じて分離を行なう色分離手段からなっていてもよい。また、前記色光分解手段が、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子、および入射光の偏光方向に応じて分離を行なう偏光分離素子から構成されていてもよい。
【００２２】
また、前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光合成手段へ向かう光の出射側に、各々偏光板が配置されていることが好ましい。また、前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光の入射側に、各々偏光板が配置されていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る投写型表示装置は、３原色光に対応する各々の反射型ライトバルブで光変調されたのち互いに異なる方向から入射された、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とを、合成する３色光合成手段を備え、該３色光合成手段と、前記第１の色光を光変調させる前記反射型ライトバルブの間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
該３色光合成手段と、前記第２の色光および前記第３の色光を合成する２色光合成手段との間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置され、前記第１のレンズと前記３色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々投写レンズとなるように構成されたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、前記３色光合成手段として機能する色光分解合成手段を備え、
この色光分解合成手段により分解された各色光の光路上であって該色光分解合成手段により合成される各色光の光路上に、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズが配されていることが好ましい。
【００２５】
また、前記色光分解合成手段は偏光分離合成素子よりなることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について図面を用いて説明する。図１は、後述する本発明の実施例１に係る投写型表示装置を示す図である。まず、この図を用いて本発明の実施形態に共通する投写型表示装置の概要を説明する。この投写型表示装置は、光源から出射された白色光を色分解し、各々の色光を画像変調したのち色合成するとともに、投写レンズを用いてスクリーン上に所望の画像を投映するものである。
【００２７】
光源部としては、放物面リフレクタ１１の焦点位置に光源ランプ１０が配置されている。光源ランプ１０は、超高圧水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源であり、光源ランプ１０から放射された白色光は、放物面リフレクタ１１によって一方向に反射されて、放物面リフレクタ１１の光軸に略平行な光束となってインテグレータ光学系に入射される。
【００２８】
インテグレータ光学系は、各々基板上に矩形状に設けられた複数の凸レンズアレイを配列してなる、第１および第２のレンズアレイ１２、１３から構成される。第１のレンズアレイ１２の各凸レンズと第２のレンズアレイ１３の各凸レンズは対応する面が対向し、光源の光束が効率よくかつ均一に、後述する反射型液晶パネル（以下、ＬＣＤと称する）の有効開口に照射される。第１のレンズアレイ１２に入射した光は、各凸レンズの集光作用により、光軸と垂直な平面内に凸レンズの数と同数の光源の像を形成する。第２のレンズアレイ１３は、この光源の像の近傍に配置される。第２のレンズアレイ１３の各凸レンズにより集光された光は、第２のレンズアレイ１３に隣接する偏光変換光学系１４に入射する。
【００２９】
偏光変換光学系１４は、光源ランプ１０から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段の一例である。偏光方向変換手段として単に偏光板を配置する場合に比べ、インテグレータ光学系により均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力することにより、光量利用効率を向上させることができる。偏光変換光学系１４から出射される光束は、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されるので、異なる偏光が無駄にされることなく光源光が後段のＬＣＤへと導かれる。
【００３０】
偏光変換光学系１４から出射された光束は、少なくとも１枚以上の構成であり、正の屈折力を有するコンデンサレンズ１５、１７ａ、１７ｂによりさらに集光されつつ、３色光成分に分解されて対応する各色光用のＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに照射される。そして、各色光用の画像情報を担持した反射光束は、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９において合成されるとともに、レンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、または、レンズ群３１ｂとレンズ群３０ａからなる投写レンズ３０により、拡大されて図示されないスクリーン上に投写される。これにより、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに表示された映像はスクリーン上にフルカラー画像として投映される。図１に示すように、本発明の実施形態では、色光合成手段（図１ではダイクロイックプリズム２９）の前段に、投写レンズ３０の一部のレンズ群３１ａ、３１ｂが配置されている。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る投写型表示装置の構成について、図２を用いて説明する。この実施形態は、色光分解手段として、入射光の波長帯域に応じて分離を行なうダイクロイックミラー１１６を備えた装置であり、図２はこの装置の、色光分解手段から色光合成手段まで（以下、この部分を色光分解合成システムと称する）の構成を示している。なお、図２および以下の図３〜図１２において、図１と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００３２】
上述のとおり偏光変換光学系から出射されたＳ偏光の光束は、ダイクロイックミラー１１６により波長帯域に応じて３色光成分のうちの第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。なお、本実施形態および以下の実施形態の説明では便宜上、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光として説明するが、いずれの分解過程でいずれの色光を分解することも可能であり、対応する位置に対応する色光用のＬＣＤを配置するように構成されていればよい。各色光の経路は模式的に示されており、実線と点線は互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態であることを示す。以下の説明では、説明の便宜上、実線はＳ偏光、点線はＰ偏光とする。この点に関しても、以下の図３〜図１２において同様である。
【００３３】
ダイクロイックミラー１１６は、ガラス基板上にＧ光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、またその余の原色光に対してもその入射角が４５°となるように設定されているので、Ｇ光を直角反射し、Ｂ光、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー１１６により反射された第１の色光としてのＧ光は、第１の偏光分離合成素子としての偏光ビームスプリッタプリズム（以下、ＰＢＳと称する）１１９に入射され、このＳ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜で反射されて、このＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００３４】
ダイクロイックミラー１１６を透過したＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ１２６に入射される。ＰＢＳ１２６の前段には特定波長偏光変換素子１２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ１２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ１２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｃを照射する。
【００３５】
各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１１９、１２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１１９、１２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１１９を透過して、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ１２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ１２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム１２９に入射される。
【００３６】
このダイクロイックプリズム１２９は、内部にＧ光を反射させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、その余の原色光もダイクロイック膜に対してその入射角が４５°となるように設定されているので、Ｇ光を直角反射し、Ｂ光、Ｒ光を透過する。このようにして、ダイクロイックプリズム１２９において３色光が合成されて、色光分解合成システムから出射され、レンズ群１３０ａに入射されることになる。
【００３７】
なお、各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１１９の光入射側（光源側）および光出射側（投写レンズ側）には偏光板１１８ａ、１２２ａが配され、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ１２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子１２５、１２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換している。さらに、この素子１２５、１２７を挟むように偏光板１１８ｂ、１２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整している。特に、偏光板１１８ａ、１１８ｂは、光束がダイクロイックミラー１１６を介することにより生じる偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。
【００３８】
このようにして本実施形態によれば、ＰＢＳの数を２としてコストと重量を低減し、鉛などの環境に間題のある物質をできる限り少なくして環境に配慮しているとともに、ダイクロイックミラーおよびダイクロイックプリズムを用いながらも光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を問題とならない程度に抑えることができる。
【００３９】
また、図２に示すように、この実施形態では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群１３１ａ、１３１ｂが配置されており、このレンズ群１３１ａとレンズ群１３０ａ、ならびに、このレンズ群１３１ｂとレンズ群１３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。
【００４０】
このように投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂを、画像情報を担持した光束が色光合成手段に入射するよりも前段に配置することにより、投写レンズとして近年要望されているワイドレンズの設計が容易になる。投写レンズ全体が色光合成手段の後段に配される従来の装置では、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に、色光合成手段や検光子等の部材が配置されることから、この間隔を長くとる必要がある。そしてこのことがレンズワイド化を困難にしていた。本実施形態によれば、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易にレンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００４１】
さらに本実施形態では、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置は、画像情報を担持した光束がＰＢＳ１１９、１２６から出射された後段とされている。したがって、ＰＢＳ内部においては、光束はテレセントリックな状態となっており、画面上での照度分布や色度分布の均一性確保に適している。本実施形態においてもダイクロイックプリズム１２９内ではテレセントリックな光束の状態が崩れることになるが、ダイクロイックコートの特性は調整が可能で補正もある程度可能となるため、ＰＢＳ内で非テレセントリックとなる場合よりも問題が少ない。
【００４２】
また、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置がライトバルブ近傍であると偏光特性を乱してしまう虞があり、光の利用効率やコントラストの点で好ましくないが、本実施形態によれば、このような問題もない。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る投写型表示装置の構成について、図３を用いて説明する。この実施形態は、色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子１４２と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ１４３とを備えた装置であり、図３はこの装置の、色光分解合成システムの構成を示している。第１の実施形態と同様に説明の便宜上、３色光成分のうちの第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００４４】
上述のとおり偏光変換光学系から出射されたＳ偏光の光束は、偏光板１４１により偏光方向のズレを調整された後、特定波長偏光変換素子１４２によりＧ光の偏光をＰ偏光に変換してＰＢＳ１４３に入射され、ＰＢＳ１４３により入射光の偏光方向に応じてＧ光と、残りのＢ光、Ｒ光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。ＰＢＳ１４３は、内部の偏光分離膜の作用により、Ｓ偏光のＢ光、Ｒ光を直角反射し、Ｐ偏光のＧ光を透過する。ＰＢＳ１４３により透過された第１の色光としてのＧ光は、ＰＢＳ１１９に入射され、このＰ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜を透過して、このＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００４５】
ＰＢＳ１４３で反射されたＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ１２６に入射される。ＰＢＳ１２６の前段には特定波長偏光変換素子１２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ１２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ１２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｃを照射する。
【００４６】
各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１１９、１２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１１９、１２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１１９で反射され、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ１２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ１２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム１２９に入射される。ダイクロイックプリズム１２９以降は上述の第１の実施形態と同様である。
【００４７】
なお、各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子１２５、１２７が配され、Ｂ光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に変換している。また、ＰＢＳ１１９、１２６とダイクロイックプリズム１２９の間に偏光板１２２ｃ、１２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する。
【００４８】
この実施形態でも、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群１３１ａ、１３１ｂが配置されており、このレンズ群１３１ａとレンズ群１３０ａ、ならびに、このレンズ群１３１ｂとレンズ群１３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。したがって、第１の実施形態と同様に、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易に投写レンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００４９】
また、本実施形態でも、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置は、画像情報を担持した光束がＰＢＳ１１９、１２６から出射された後段とされている。したがって、ＰＢＳ内部においては、光束はテレセントリックな状態となっており、画面上での照度分布や色度分布の均一性確保に適している。また、投写レンズの一部がライトバルブ近傍に配されて偏光特性を乱してしまうこともない。
【００５０】
本実施形態はＰＢＳの数を３として、従来のＰＢＳが４つのものに比べコストと重量を低減し、環境に配慮した構成となっている。しかも、色光合成手段としては従来のＰＢＳに代えてダイクロイックプリズムを用いながらも、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を問題とならない程度に抑えることができる。また、ＰＢＳの数を３としているので、第１の実施形態よりもさらに光利用効率が高いという利点がある。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態に係る投写型表示装置の構成について説明する。この実施形態は、１つのＰＢＳが色光分解手段と色光合成手段とを兼ねる構成とされた装置である。図７は本発明の実施例３に係る投写型表示装置の概略構成を示す図であり、この図７を用いてこの実施形態について説明する。第１の実施形態と同様に説明の便宜上、３色光成分のうちの第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００５２】
この実施形態は色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子５１と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ５２とを備えた装置である。偏光変換光学系１４でＳ偏光とされた光束は、コンデンサレンズ１５、１７を介し、偏光板４１により偏光方向のズレを調整された後、特定波長偏光変換素子５１によりＢ光およびＲ光の偏光をＰ偏光に変換してＰＢＳ５２に入射され、ＰＢＳ５２により入射光の偏光方向に応じてＧ光と、残りのＢ光、Ｒ光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。ＰＢＳ５２は、内部の偏光分離膜の作用により、Ｓ偏光のＧ光を直角反射し、Ｐ偏光のＢ光、Ｒ光を透過する。ＰＢＳ５２により反射された第１の色光としてのＧ光は、レンズ群３１ａおよびガラスプリズム５３を介してこのＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００５３】
ＰＢＳ５２で透過された第２、第３の色光としてのＢ光、Ｒ光は、レンズ群３１ｂを介してダイクロイックプリズム５４に入射される。このダイクロイックプリズム５４は、内部に一方の色光、例えばＲ光を反射させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、その余の原色光もダイクロイック膜に対してその入射角が４５°となるように設定されている。これにより、Ｂ光はダイクロイックプリズム５４を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ２１ｂを照射し、Ｒ光はダイクロイックプリズム５４内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ２１ｃを照射する。
【００５４】
各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、経路を逆行して色光合成手段としてのＰＢＳ５２に各々戻されるが、ＰＢＳ５２から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ５２を透過し、Ｂ光、Ｒ光はＰＢＳ５２で反射されて合成されることになる。
【００５５】
なお、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配されている。また、偏光板４１は偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する。また、ガラスプリズム５３は、第１の色光の光路長を第２および第３の色光の光路長に合わせて調整するために、配されたものである。
【００５６】
この実施形態では、ＰＢＳ５２は光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、互いに異なる方向から入射された光変調された、前記第１の色光と、その余の前記第２の色光および前記第３の色光との合成光を合成し、出射する色光分解合成手段として機能している。
【００５７】
そしてＰＢＳ５２により分解された各色光の光路上であってＰＢＳ５２により合成される各色光の光路上には、正の屈折力を有するレンズ群３１ａ、３１ｂが配されている。このレンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、このレンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。
【００５８】
すなわち、本実施形態に係る投写型表示装置では、色光合成手段（ＰＢＳ５２）により合成される各色光の光路上であって、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと色光合成手段（ＰＢＳ５２）との間に、投写レンズ３０を構成するレンズ系の一部（レンズ群３１ａ、３１ｂ）が配されている。これにより、第１の実施形態と同様に、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易に投写レンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００５９】
また、本実施形態でも、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃとレンズ群３１ａ、３１ｂとの間にはガラスプリズム５３またはダイクロイックプリズム５４が配されており、投写レンズの一部がライトバルブ近傍に配されて偏光特性を乱してしまうことがない。また、本実施形態は、１つのＰＢＳが色光分解手段と色光合成手段を兼ね、それに加えて１つのダイクロイックプリズムを配するだけで３色光の色分解および色合成を行い得るという、簡易な構成とされている。また、本実施形態は、ＰＢＳの数を１として、従来のＰＢＳが４つのものに比べコストと重量を低減し、環境に配慮した構成となっている。
【００６０】
以下に、本発明に係る投写型表示装置の具体的実施例を示す。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る投写型表示装置を示す図である。本実施例は上記第１の実施形態に基づくものであり、色光分解手段として、入射光の波長帯域に応じて分離を行なうダイクロイックミラー１６を備えた装置である。装置全体の概要は上述したとおりであるので説明は省略する。なお、第１の実施形態と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００６１】
本実施例の構成と第１の実施形態で説明した構成との相違点は、ダイクロイックミラー１６において、所定のダイクロイック膜を形成することにより、第１の色光を透過し、第２、第３の色光を直角反射するように構成されていることである。本実施例では一例として、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００６２】
ダイクロイックミラー１６を透過したＧ光は、第１の偏光分離合成素子としてのＰＢＳ１９に入射され、このＳ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜で反射されて、このＧ光を光変調させるＬＣＤ２１ａへ導かれる。ダイクロイックミラー１６で反射されたＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ２６に入射される。ＰＢＳ２６の前段には特定波長偏光変換素子２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ２１ｃを照射する。
【００６３】
各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１９、２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１９、２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１９を透過して、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム２９に入射される。ダイクロイックプリズム２９は、Ｇ光を透過し、Ｂ光、Ｒ光を直角反射する。このようにして、ダイクロイックプリズム２９において３色光が合成されて、レンズ群３０ａに入射されることになる。
【００６４】
なお、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１９の光入射側（光源側）および光出射側（投写レンズ側）には偏光板１８ａ、２２ａが配され、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子２５、２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換している。さらに、この素子２５、２７を挟むように偏光板１８ｂ、２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整している。特に、偏光板１８ａ、１８ｂは、光束がダイクロイックミラー１６を介することにより生じる偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。
【００６５】
また、図１に示すように、この実施例では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群３１ａ、３１ｂが配置されており、このレンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、このレンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズ３０となるように構成されている。また、この投写レンズ３０は内部に絞り３３を備えている。この投写レンズ３０の構成を図４に示す。なお、図４は各ＬＣＤの代表として投写レンズ３０からＬＣＤ２１ａまでを示すものであるが、他のＬＣＤ２１ｂ、２１ｃまでも略同様である。また、レンズ群３１ｂはレンズ群３１ａと同様のものである。
【００６６】
下記表１に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ（焦点距離を１として規格化されている）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（焦点距離を１として規格化されている）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、この表１および後述する表２において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。
【００６７】
【表１】
【００６８】
＜実施例２＞
図５は、本発明の実施例２に係る投写型表示装置の主要部を示す平面図である。本実施例は上記第２の実施形態に基づくものであり、色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子４２と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ４３とを備えた装置である。装置全体の概要は上述したとおりであるので説明は省略する。なお、第２の実施形態と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００６９】
本実施例の構成と第２の実施形態として説明した構成との相違点は、ＰＢＳ４３と各ＰＢＳ１９、２６との間に偏光板１８ｃ、１８ｂが配されており、各光束の偏光方向のズレを調整している点と、ＰＢＳ２６の光出射側（投写レンズ側）に配された特定波長偏光変換素子２７ａが、Ｒ光の偏光をＰ偏光からＳ偏光に変換している点と、特定波長偏光変換素子２７ａの後段の偏光板２２ｄがＳ偏光を透過するものとされている点である。このような構成により、ダイクロイックプリズム２９で合成されて出射される光束は第２の実施形態として説明した構成と異なり、全てＳ偏光として出射される。
【００７０】
また、図５に示すように、この実施例では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群３５ａ、３５ｂが配置されており、このレンズ群３５ａとレンズ群３５ｃ、３６〜３９ならびに、このレンズ群３５ｂとレンズ群３５ｃ、３６〜３９が、各々投写レンズ３０となるように構成されている。この投写レンズ３０はズームレンズであって、拡大側より順に変倍の際に固定でフォーカシングを行なうための第１レンズ群３９と、連続変倍のため、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する第２レンズ群３８、第３レンズ群３７および第４レンズ群３６と、変倍の際に固定の第５レンズ群とを配設されてなる。第５レンズ群は、レンズ群３５ｃおよび３５ａ、またはレンズ群３５ｃおよび３５ｂからなる。
【００７１】
図６は、この投写レンズ３０からＬＣＤ２１ｃまでを示す側面図である。なお、図６は投写レンズ３０から各ＬＣＤの代表としてＬＣＤ２１ｃまでを示すものであるが、他のＬＣＤ２１ａ、２１ｂまでも略同様である。また、レンズ群３５ｂはレンズ群３５ａと同様のものである。図５および図６はこの投写レンズ３０の広角端におけるレンズ位置を示しており、望遠側に向かうにしたがって第２〜第４レンズ群３６〜３８が、図６の矢印に示されるように移動する。
【００７２】
下記表２に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ（広角端における焦点距離を１として規格化されている）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（広角端における焦点距離を１として規格化されている）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、広角端および望遠端における第１レンズ群３９と第２レンズ群３８の距離（移動１）、第２レンズ群３８と第３レンズ群３７の距離（移動２）、第３レンズ群３７と第４レンズ群３６の距離（移動３）および第４レンズ群３６と第５レンズ群の距離（移動４）を表３に示す。
【００７３】
【表２】
【００７４】
【表３】
【００７５】
また、図６の側面図において、ＬＣＤ２１ｃからダイクロイックプリズム２９までの光軸Ｘに対し、投写レンズ３０の光軸ＸＬがシフトして配置されているのは、通常、この装置よりも上方に投写して使用されることの多い、投写型表示装置の使用形態に対応させるためである。
【００７６】
＜実施例３＞
図７は、本発明の実施例３に係る投写型表示装置を示す図である。本実施例は上記第３の実施形態に基づくものであり、色光分解手段が色光合成手段を兼ねる構成とされた装置である。
【００７７】
この装置の、コンデンサレンズ１７より前段の構成は実施例１のものと略同様であり、さらに光路変向を行う全反射ミラー５０が配されている。
【００７８】
この装置の、コンデンサレンズ１７より後段の構成は第３の実施形態で説明したとおりであって、特定波長偏光変換素子５１とＰＢＳ５２とにより色光分解が行われ、ＰＢＳ５２により色光合成が行われるという、ＰＢＳ５２が色光分解手段と色光合成手段とを兼ねる構成とされている。レンズ群３１ａ、３１ｂは、このＰＢＳ５２により分解された各色光の光路上であって、かつこのＰＢＳ５２により合成される各色光の光路上に、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃとＰＢＳ５２との間に配されている。
【００７９】
また、本実施例の投写レンズ３０は実施例１と同様のものを用いており、レンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、レンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズ３０となるように構成されている。
【００８０】
本発明に係る投写型表示装置としては、上述したものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
【００８１】
例えば、３色光成分は上記説明では便宜上、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光として説明として説明したが、これに限られるものではなく、Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光を任意の順で第１〜第３の色光に当てはめることができる。すなわち、色光分解合成システムの、いずれの分解過程でいずれの色光を分解または合成するように構成されていてもよい。また、その分解または合成が、いずれの色光を反射しいずれの色光を透過するように構成されていてもよい。また、各色光に対応するライトバルブの位置も上述したものに限られない。また、色光分解手段に入射する光束は偏光方向が統一されていることが好ましいものであって、Ｓ偏光に限られず、Ｐ偏光とされた光束が入射するように構成されていてもよい。
【００８２】
３色光成分の分解合成過程およびこれらの光束の偏光状態の設定に関しては、３色光成分が各々照射される位置に、対応する色光用のＬＣＤが配置されるように、色光分解手段、ＬＣＤ前段のＰＢＳ、および色光合成手段の、膜構成および配置を適宜設定することができる。この場合、偏光板および特定波長偏光変換素子も適宜配置することができる。
【００８３】
これらの設定は、例えば、装置の解像力を重視する場合には、目の視感度の最も高いＧ光について、ライトバルブから投写面までの間で反射回数が最も少なくなるよう配置することが好ましい。また、装置のコントラストを重視する場合には、偏光を分離や合成する面では一般的にＰ偏光の透過効率よりもＳ偏光の反射効率が良いことを考慮する必要があり、この場合には、Ｇ光の偏光方向や３色光成分に対応する各ライトバルブの配置によって、ライトバルブから投写面までの間でＧ光に反射を用いた方が良い場合もある。また、明るさ重視、熱問題重視など様々な条件によって最適な配置は異なるものとなる。
【００８４】
また、本発明に係る投写型表示装置では、光路上に所定の色調整手段を配設することができる。例えば超高圧水銀灯の可視領域では、３原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するという特性がある。投写型表示装置では、明るさだけでなく色再現性が良い画像が要求され、このような光源の分光分布のばらつきが問題となる場合がある。上記超高圧水銀灯では、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そのため、超高圧水銀灯から出射された光のうち５８０ｎｍ近辺の波長域の光を取り除くような色調整手段を配設し、装置の色再現性を良好とすることができる。
【００８５】
色調整手段を配設する位置としては、例えば、照明光学系の中、反射型ライトバルブ直前、色光合成手段以降、とすることができる。また、これらの複数箇所に配設されていてもよい。また、偏光特性や、色光合成手段の特性を適宜設定して、色調整手段とすることもできる。
【００８６】
また、本発明に係る投写型表示装置では、ＰＢＳは、従来よく知られた直角三角プリズム２個のプリズム接合面にコートを施したものに限られない。例えば、白色光を第１の色光と第２、第３の色光とに分離するためのＰＢＳや、反射型ライトバルブ直前に配された照明光束と投映光束とを偏光分離するＰＢＳや、第２の色光と第３の色光とを偏光分離するＰＢＳや、画像情報を担持した第１の色光と第２、第３の色光とを合成するためのＰＢＳとして、ワイヤーグリッドタイプの平板状のＰＢＳを用いてもよい。ワイヤーグリッドタイプのものによれば、偏光分離角度の特性が良好となる。また、形状は従来のＰＢＳと同じ立方体プリズムで、格子状に凹凸を付けた平板状ＰＢＳを直角三角プリズム２個の底面で挟み込んだものを用いることもできる。
【００８７】
また、本発明に係る投写型表示装置において、入射光の波長帯域に応じて分離を行なう部材としては、ダイクロイックミラーに代えて、例えばダイクロイックプリズムを用いることも可能である。
【００８８】
また、本発明に係る投写型表示装置において、色光分解合成システムでは、ＰＢＳプリズム、平板状ＰＢＳ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの各素子を適宜組み合わせることができる。これらの組み合わせは、上述の説明に用いられたものに限られない。これらの各素子を適宜組み合わせることにより、例えば、図２の色光分解合成システムのように、このシステムに入射する照明光束とこのシステムから射出する投映光束とが略直交するように構成することも可能であるし、また、図３の色光分解合成システムのように、これらの照明光束と投映光束とが略平行となるように構成することも可能である。
【００８９】
このような構成は、色光分解合成システムの前段の照明光学系中や、色光分解合成システムの後段の投写レンズ中で、折り曲げミラー等を配しどのように光路を設定するかとも関連して、決定される。特に、リア型のプロジェクションテレビ等、照明光学系からスクリーンまでを含めたセット全体のサイズが重要となる場合には、コンパクト化に適した構成が要望される。また、セット全体の所定方向のサイズをコンパクトにしたいという場合もある。例えば、図８〜１１にリア型のプロジェクションテレビの２つの構成例を示す。図８および図９は第１の構成例、図１０および図１１は第２の構成例のものであり、図８（ａ）、図８（ｂ）および図１０は照明光学系からスクリーンまでを含めたセット全体の断面図、図９（ａ）、図９（ｂ）および図１１（ａ）、図１１（ｂ）は照明光学系６１から投写レンズ６３までの断面図である。これらの図において図１と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示し、説明は省略する。
【００９０】
第１の構成例は、色光分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色光分解合成システム６２から射出された後段のレンズ群６３ｃの光軸とが、略直交する例である。投写レンズ６３は、レンズ群６３ａとレンズ群６３ｃまたはレンズ群６３ｂとレンズ群６３ｃからなる。色光分解合成システム６２より後段のレンズ群６３ｃの中では光路折り曲げがなく、照明光学系６１の中では全反射ミラー５０にて光路折り曲げを行っている。レンズ群６３ｃの後段では２つの全反射ミラー６４ａ、６４ｂにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投映される。
【００９１】
第２の構成例は、色光分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色光分解合成システム６２から射出された後段のレンズ群６３ｃの光軸とが、略平行な例である。なお、光源ランプ１０からの光束は楕円面鏡よりなるリフレクタ５５で反射され発散レンズ５６により略平行光とされて第１のレンズアレイ１２に入射される。また、投写レンズ６３は、レンズ群６３ａとレンズ群６３ｃまたはレンズ群６３ｂとレンズ群６３ｃからなる。照明光学系６１の中では光路折り曲げがなく、レンズ群６３ｃの中で全反射ミラー６６にて光路折り曲げを行っている。レンズ群６３ｃの後段では全反射ミラー６４ｃにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投映される。
【００９２】
これらの構成例によれば、色光分解合成システム６２だけでなく投写型表示装置全体としての光路が、セット全体のコンパクト化を達成し得るように設定されている。なお、上記の構成例はどちらも、ライトバルブの長辺方向と偏光分離合成素子の偏光分離合成面とが平行に配置されたリア型プロジェクションＴＶの例であるが、色分離合成部に対するライトバルブの配置や、フロントプロジェクタとして使用する場合など、条件により折り曲げ回数や、折り曲げ方向は多数存在するものであって、上記構成例に限定されるものではない。但し、折り曲げ回数が少ない方が、反射による効率ロスが少なく明るさなどの面で有利であるし、組立精度やコスト的にも有利である。
【００９３】
また、本発明に係る投写型表示装置において、照明光束の光束断面内における光量分布を均一化させるインテグレータ光学系としては、上述したレンズアレイに限られず例えば、ロッドインテグレータを用いることができる。ロッドインテグレータとしては、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータや、偏光変換機能付ロッドインテグレータを用いることができる。これらのロッドインテグレータを用いる場合には、レンズや偏光変換光学系等、照明光学系の他の部材もこれに適した構成とする。
【００９４】
また、本発明に係る投写型表示装置において、照明光学系中のコンデンサレンズの構成は上述したものに限られない。例えば、実施例１（図１）に示した投写型表示装置のコンデンサレンズ１７ａ、１７ｂに代えて、図１２に示すようにコンデンサレンズ１７を配することも可能である。実施例１の構成よりも、色光分解手段（ダイクロイックミラー１１６）の前段の光路が若干長くなるが、色光分解手段の前段とすることで１枚のレンズで同様の作用を生じることができ、部材点数が削減でき、コスト的にも有利となる。
【００９５】
また、本発明に係る投写型表示装置において、第２の色光と第３の色光とを分離合成するＰＢＳ２６、１２６の光出射側（投写レンズ側）の特定波長偏光変換素子２７、１２７は必ずしも必要ではなく、光入射側（光源側）の特定波長偏光変換素子２５、１２５のみが配された構成とされていてもよい。第２の色光と第３の色光とを分離合成するＰＢＳ１２６が理想的な性能であって、各色光が偏光方向の十分に揃った状態で出射される場合には、このような構成が可能となる。
【００９６】
また、本発明に係る投写型表示装置において、上記第１および第２の実施形態のものでは、偏光分離合成素子として２つのＰＢＳを用いた構成、または、それに加え色光分解手段としてＰＢＳを用いた構成としているが、さらに色光合成手段としてもＰＢＳを用いた構成とし、偏光分離合成素子としての２つのＰＢＳと色光合成手段としてのＰＢＳとの間に、各々レンズを配置することも可能である。
【００９７】
また、本発明に係る投写型表示装置において投写レンズとしては、上記実施例に示すものに限られず、レンズ中に色光合成手段を配するスペースを有する任意の投写レンズを用いることができる。また、３色光を合成する色光合成手段と第１の色光を光変調させるライトバルブとの間、または、この色光合成手段と第１の色光を対応するライトバルブに入射させる偏光分離合成素子としてのＰＢＳとの間、ならびに、この色光合成手段と第２の色光および第３の色光を合成する２色光合成手段（偏光分離合成素子としてのＰＢＳの場合を含む）との間に配されるレンズは、各々１枚であってもよいし複数枚から構成されていてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る投写型表示装置によれば、投写レンズの一部となるレンズ群を色光合成手段よりも前段に配置することにより、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易にレンズのワイド化を図ることができる。また、投写レンズの一部となるレンズ群の位置がライトバルブに近すぎないので、光の利用効率やコントラストも良好とすることができる。なお、偏光分離合成素子としての偏光ビームスプリッタプリズム内部において、光束がテレセントリックな状態となっている場合には、画面上での照度分布や色度分布の均一性を確保することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する図
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図
【図４】実施例１の投写レンズの拡大図
【図５】本発明の実施例２に係る投写型表示装置の概略構成図
【図６】実施例２の投写レンズの拡大図
【図７】本発明の実施例３に係る投写型表示装置の概略構成図
【図８】本発明に係る第１のリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図９】図８の部分断面図
【図１０】本発明に係る第２のリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図１１】図１０の部分断面図
【図１２】図１のレンズ位置変更例
【図１３】従来の投写型表示装置の構成を説明する図
【符号の説明】
１０ 光源
１１、５５ リフレクタ
１２、１３ レンズアレイ
１４ 偏光変換光学系
１５、１７ａ、１７ｂ コンデンサレンズ
１６、１１６ ダイクロイックミラー
１８ａ〜ｃ、２２ａ〜ｄ、１１８ａ、１１８ｂ、１２２ａ〜ｃ、１４１、２１８、２２２、２４１、２４６ 偏光板
１９、２６、４３、５２、１１９、１２６、１２９、２１９、２２６、２４３、２４７ ビームスプリッタ
２０ａ〜ｃ、１２０ａ〜ｃ、２２０ａ〜ｃ １／４波長板
２１ａ〜ｃ、１２１ａ〜ｃ、２２１Ｇ、２２１Ｂ、２２１Ｒ 反射型液晶パネル
２５、２７、２７ａ、４２、５１、１２５、１２７、１４２、２２５、２２７、２４２、２４５ 特定波長偏光変換素子
２９、５４、１２９ ダイクロイックプリズム
３０、６３、２３０ 投写レンズ
３０ａ、３１ａ、３１ｂ、３５ａ〜ｃ、３６〜３９、６３ａ〜ｃ、１３０ａ、１３１ａ、１３１ｂ レンズ群
３３ 絞り
５０、６４ａ、６４ｂ 全反射ミラー
５３ ガラスプリズム
５６ レンズ
６１ 照明光学系
６２ 色光分解合成システム
６５ スクリーン
Ｌ１〜Ｌ１４ レンズ
Ｒ１〜Ｒ３０ 曲率半径
Ｄ１〜Ｄ２９ 軸上面間隔
Ｘ、ＸＬ 光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶などを用いた反射型ライトバルブに表示された画像をスクリーン上に拡大投映する投写型表示装置に関し、詳しくは、投写レンズのワイド化に適した構成の投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロジェクタ市場はパソコンの普及とともに大きく伸展している。プロジェクタにおいて、映像を信号に変え光変調を行なうライトバルブとしては、透過型や反射型の液晶表示素子や、微小ミラーが規則的に配列されたＤＭＤ素子などが知られている。その中でも反射型の液晶表示素子は、高効率で微小な画素を作ることに適しており、高品位な映像を提供するライトバルブとして注目されている。反射型液晶表示素子の特徴は、液晶の旋光作用を利用し、偏光方向によって画素のＯＮ状態とＯＦＦ状態を区別することである。
【０００３】
反射型液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置としては、例えば、４つの偏光ビームスプリッタを使用したものが知られている。その概略構成を、図７を用いて説明する。図１３は、投写型表示装置において、光源からの白色光を３つの色光光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分解し、各色光に対応する反射型液晶パネルにより画像情報を担持させた後、各色光を合成して投写レンズに入射させる様子を示している。各色光の経路は模式的に示されており、実線と点線は互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態であることを示す。以下の説明では、実線はＳ偏光、点線はＰ偏光とする。
【０００４】
図示されない光源から出射された白色光は、偏光板２４１によりＳ偏光のみが透過され、または図示されない前段においてＳ偏光に変換された後偏光板２４１により偏光方向を揃えられて、特定波長偏光変換素子２４２を介し、偏光ビームスプリッタプリズム（以下、ＰＢＳと称する）２４３に入射する。特定波長偏光変換素子２４２は、特定波長帯域の光の偏光を変換する素子であり、例えば、Ｇ光の偏光をＰ偏光に変換する。
【０００５】
ＰＢＳ２４３に入射した光束のうち、Ｐ偏光であるＧ光はＰＢＳ２４３を透過し、さらにＰＢＳ２１９を透過して、Ｇ光用の反射型液晶パネル（以下、ＬＣＤと称する）２２１Ｇを照射する。他方、Ｓ偏光であるＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ２４３内で反射されて、ＰＢＳ２２６に入射される。ＰＢＳ２２６の前段には特定波長偏光変換素子２２５が配され、例えば、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ２２６を透過してＢ光用のＬＣＤ２２１Ｂを照射し、Ｒ光はＰＢＳ２２６で反射されてＲ光用のＬＣＤ２２１Ｒを照射する。
【０００６】
各色光に対応する画像情報を担持した光束はＰＢＳ２１９、２２６から出射されたものと異なる方の偏光とされてＰＢＳ２１９、２２６に入射される。そのため、Ｇ光はＰＢＳ２１９内で反射され、Ｂ光はＰＢＳ２２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ２２６を透過して、ＰＢＳ２４７に入射される。
【０００７】
なお、各ＬＣＤ２２１Ｇ、２２１Ｂ、２２１Ｒの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ２１９の光入射側（ＰＢＳ２４３側）および光出射側（ＰＢＳ２４７側）には偏光板２１８、２２２が配されており、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２２６とＰＢＳ２４７の間には、特定波長偏光変換素子２２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換する。
【０００８】
ＰＢＳ２４７において、Ｇ光はＳ偏光であるので内部で反射され、Ｂ光、Ｒ光はＰ偏光であるので透過され、３つの色光光束が合成されて出射される。この光束は特定波長偏光変換素子２４５を介しＧ光の偏光がＰ偏光に変換されて、偏光板２４６によりＰＢＳによる偏光方向のズレを調整された後、投写レンズ２３０により投写される。
【０００９】
このような構成によれば、４つのＰＢＳを用いて、色分解および色合成において各色光の偏光方向の相違を利用しているので、ダイクロイック素子を用いる場合に比べ偏光特性は良好に維持され、理論的には光の利用効率を高くし得る。しかし実際には、大きな偏光ビームスプリッタを通過する際には偏光特性を維持することが難しく、偏光特性が乱れるために光の利用効率は必ずしも高くすることができなかった。また、偏光特性の乱れにより、投写型表示装置としてのコントラストが低下するという問題もあった。
【００１０】
この偏光特性の乱れを解消するための方策としては、使用するＰＢＳの材質を光弾性定数の小さなものにする方策が提案されている。しかし、光弾性定数が非常に小さい材質は、重量が重く、コストが高いというだけでなく、鉛などを多く含んでいるため環境上の問題がある。特許文献１には、使用するＰＢＳの数を２または３に低減し、これらの問題を解消しようとした構成が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１５４１５２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の投写型表示装置の投写レンズは、投写レンズとスクリーンまでの距離が短くても大画面が構成できるよう、焦点距離を短くしレンズのワイド化を図る傾向にある。特に、家庭用などの限られた空間で使用するフロントタイププロジェクタや、小型かつ薄型にする必要のあるリアプロジェクションＴＶなどで使用する投写レンズは、ワイド化の要求が強い。
【００１３】
しかしながら、上記のような構成の投写型表示装置では、ワイドレンズの設計が非常に難しい。これらの装置では、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に、少なくともＬＣＤ側にはＰＢＳ、投写レンズ側にはＰＢＳまたはダイクロイックミラー等、の両者の部材を配置する構成とされている。これだけの液晶パネルから投写レンズまでの絶対的間隔を維持しつつ、投写レンズをワイド化させる場合には、投写レンズひいては装置全体が大きくなりがちで、装置全体の小型化も要望される状況では、レンズ設計の工夫だけでは対処しきれない問題となっている。
【００１４】
また、上記公報記載の技術では、ライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置し、このフィールドレンズを投写レンズと一体と考える場合の作用効果が記載されている。しかしながら、この手法はＰＢＳやダイクロイックプリズムのサイズを小さくする効果があるとはいえ、その作用はテレセントリックな光束の状態を崩すことで得られたものであるため、画面上での照度分布や色度分布を考慮すると必ずしも利点が優るものではない。ＰＢＳを通過するときの光束はテレセントリックな状態であることが望ましい。また、このようにライトバルブ近傍にフィールドレンズを配置した場合は、フィールドレンズを通過する時に偏光特性を乱してしまう虞があり、光の利用効率やコントラストの点で好ましくない。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、近年の技術動向に適応した投写レンズのワイド化を容易にするとともに、光の利用効率やコントラストは高くし得る投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る投写型表示装置は、光源から出射された白色光を色分解し、各々の色光を画像変調したのち色合成するとともに、投写レンズを用いてスクリーン上に所望の画像を投映する投写型表示装置において、
前記白色光を３色光成分のうちの第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させる色光分解手段と、
前記色光分解手段から出射された前記第１の色光を、この第１の色光を光変調させる第１の反射型ライトバルブへ導くとともに、この第１の反射型ライトバルブで光変調された該第１の色光を出射する第１の偏光分離合成素子と、
前記色光分解手段から出射された前記第２、第３の色光を、該第２の色光と該第３の色光とに分離し、この両色光を、該第２の色光を光変調させる第２の反射型ライトバルブと、該第３の色光を光変調させる第３の反射型ライトバルブとのうち、各々対応するライトバルブへ導くとともに、この各ライトバルブで光変調された前記第２の色光と前記第３の色光とを合成し出射する第２の偏光分離合成素子と、
前記第１の偏光分離合成素子から出射された前記第１の色光と、前記第２の偏光分離合成素子から出射された前記第２、第３の色光とを、合成する色光合成手段とを備え、
前記第１の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
前記第２の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置されたことを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、各々全体として正の屈折力を有し、前記第１のレンズと前記色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々前記投写レンズとなるように構成されることが好ましい。
【００１８】
また、前記光源から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段が、前記色光分解手段の前段に配されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が配置されていることが好ましい。さらに、前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側と前記色光合成手段へ光束が出射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が各々配置されていることがより好ましい。
【００２０】
また、前記色光合成手段がダイクロイックプリズムで構成されていてもよい。
【００２１】
また、前記色光分解手段が、入射光の波長帯域に応じて分離を行なう色分離手段からなっていてもよい。また、前記色光分解手段が、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子、および入射光の偏光方向に応じて分離を行なう偏光分離素子から構成されていてもよい。
【００２２】
また、前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光合成手段へ向かう光の出射側に、各々偏光板が配置されていることが好ましい。また、前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光の入射側に、各々偏光板が配置されていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る投写型表示装置は、３原色光に対応する各々の反射型ライトバルブで光変調されたのち互いに異なる方向から入射された、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とを、合成する３色光合成手段を備え、該３色光合成手段と、前記第１の色光を光変調させる前記反射型ライトバルブの間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
該３色光合成手段と、前記第２の色光および前記第３の色光を合成する２色光合成手段との間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置され、前記第１のレンズと前記３色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々投写レンズとなるように構成されたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、前記３色光合成手段として機能する色光分解合成手段を備え、
この色光分解合成手段により分解された各色光の光路上であって該色光分解合成手段により合成される各色光の光路上に、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズが配されていることが好ましい。
【００２５】
また、前記色光分解合成手段は偏光分離合成素子よりなることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る投写型表示装置について図面を用いて説明する。図１は、後述する本発明の実施例１に係る投写型表示装置を示す図である。まず、この図を用いて本発明の実施形態に共通する投写型表示装置の概要を説明する。この投写型表示装置は、光源から出射された白色光を色分解し、各々の色光を画像変調したのち色合成するとともに、投写レンズを用いてスクリーン上に所望の画像を投映するものである。
【００２７】
光源部としては、放物面リフレクタ１１の焦点位置に光源ランプ１０が配置されている。光源ランプ１０は、超高圧水銀ランプ、あるいはメタルハライドランプ等の高輝度白色光源であり、光源ランプ１０から放射された白色光は、放物面リフレクタ１１によって一方向に反射されて、放物面リフレクタ１１の光軸に略平行な光束となってインテグレータ光学系に入射される。
【００２８】
インテグレータ光学系は、各々基板上に矩形状に設けられた複数の凸レンズアレイを配列してなる、第１および第２のレンズアレイ１２、１３から構成される。第１のレンズアレイ１２の各凸レンズと第２のレンズアレイ１３の各凸レンズは対応する面が対向し、光源の光束が効率よくかつ均一に、後述する反射型液晶パネル（以下、ＬＣＤと称する）の有効開口に照射される。第１のレンズアレイ１２に入射した光は、各凸レンズの集光作用により、光軸と垂直な平面内に凸レンズの数と同数の光源の像を形成する。第２のレンズアレイ１３は、この光源の像の近傍に配置される。第２のレンズアレイ１３の各凸レンズにより集光された光は、第２のレンズアレイ１３に隣接する偏光変換光学系１４に入射する。
【００２９】
偏光変換光学系１４は、光源ランプ１０から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段の一例である。偏光方向変換手段として単に偏光板を配置する場合に比べ、インテグレータ光学系により均一化された光束をＰ偏光とＳ偏光とに分離した後、両偏光を一方の偏光にそろえるとともに、両者を平行光として出力することにより、光量利用効率を向上させることができる。偏光変換光学系１４から出射される光束は、Ｐ偏光がＳ偏光に変換されるので、異なる偏光が無駄にされることなく光源光が後段のＬＣＤへと導かれる。
【００３０】
偏光変換光学系１４から出射された光束は、少なくとも１枚以上の構成であり、正の屈折力を有するコンデンサレンズ１５、１７ａ、１７ｂによりさらに集光されつつ、３色光成分に分解されて対応する各色光用のＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに照射される。そして、各色光用の画像情報を担持した反射光束は、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９において合成されるとともに、レンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、または、レンズ群３１ｂとレンズ群３０ａからなる投写レンズ３０により、拡大されて図示されないスクリーン上に投写される。これにより、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃに表示された映像はスクリーン上にフルカラー画像として投映される。図１に示すように、本発明の実施形態では、色光合成手段（図１ではダイクロイックプリズム２９）の前段に、投写レンズ３０の一部のレンズ群３１ａ、３１ｂが配置されている。
【００３１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る投写型表示装置の構成について、図２を用いて説明する。この実施形態は、色光分解手段として、入射光の波長帯域に応じて分離を行なうダイクロイックミラー１１６を備えた装置であり、図２はこの装置の、色光分解手段から色光合成手段まで（以下、この部分を色光分解合成システムと称する）の構成を示している。なお、図２および以下の図３〜図１２において、図１と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００３２】
上述のとおり偏光変換光学系から出射されたＳ偏光の光束は、ダイクロイックミラー１１６により波長帯域に応じて３色光成分のうちの第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。なお、本実施形態および以下の実施形態の説明では便宜上、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光として説明するが、いずれの分解過程でいずれの色光を分解することも可能であり、対応する位置に対応する色光用のＬＣＤを配置するように構成されていればよい。各色光の経路は模式的に示されており、実線と点線は互いに偏光方向が異なる２種類の偏光状態であることを示す。以下の説明では、説明の便宜上、実線はＳ偏光、点線はＰ偏光とする。この点に関しても、以下の図３〜図１２において同様である。
【００３３】
ダイクロイックミラー１１６は、ガラス基板上にＧ光反射ミラーとしての分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されており、またその余の原色光に対してもその入射角が４５°となるように設定されているので、Ｇ光を直角反射し、Ｂ光、Ｒ光を透過する。ダイクロイックミラー１１６により反射された第１の色光としてのＧ光は、第１の偏光分離合成素子としての偏光ビームスプリッタプリズム（以下、ＰＢＳと称する）１１９に入射され、このＳ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜で反射されて、このＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００３４】
ダイクロイックミラー１１６を透過したＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ１２６に入射される。ＰＢＳ１２６の前段には特定波長偏光変換素子１２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ１２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ１２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｃを照射する。
【００３５】
各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１１９、１２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１１９、１２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１１９を透過して、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ１２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ１２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム１２９に入射される。
【００３６】
このダイクロイックプリズム１２９は、内部にＧ光を反射させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、その余の原色光もダイクロイック膜に対してその入射角が４５°となるように設定されているので、Ｇ光を直角反射し、Ｂ光、Ｒ光を透過する。このようにして、ダイクロイックプリズム１２９において３色光が合成されて、色光分解合成システムから出射され、レンズ群１３０ａに入射されることになる。
【００３７】
なお、各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１１９の光入射側（光源側）および光出射側（投写レンズ側）には偏光板１１８ａ、１２２ａが配され、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ１２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子１２５、１２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換している。さらに、この素子１２５、１２７を挟むように偏光板１１８ｂ、１２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整している。特に、偏光板１１８ａ、１１８ｂは、光束がダイクロイックミラー１１６を介することにより生じる偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。
【００３８】
このようにして本実施形態によれば、ＰＢＳの数を２としてコストと重量を低減し、鉛などの環境に間題のある物質をできる限り少なくして環境に配慮しているとともに、ダイクロイックミラーおよびダイクロイックプリズムを用いながらも光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を問題とならない程度に抑えることができる。
【００３９】
また、図２に示すように、この実施形態では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群１３１ａ、１３１ｂが配置されており、このレンズ群１３１ａとレンズ群１３０ａ、ならびに、このレンズ群１３１ｂとレンズ群１３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。
【００４０】
このように投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂを、画像情報を担持した光束が色光合成手段に入射するよりも前段に配置することにより、投写レンズとして近年要望されているワイドレンズの設計が容易になる。投写レンズ全体が色光合成手段の後段に配される従来の装置では、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に、色光合成手段や検光子等の部材が配置されることから、この間隔を長くとる必要がある。そしてこのことがレンズワイド化を困難にしていた。本実施形態によれば、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易にレンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００４１】
さらに本実施形態では、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置は、画像情報を担持した光束がＰＢＳ１１９、１２６から出射された後段とされている。したがって、ＰＢＳ内部においては、光束はテレセントリックな状態となっており、画面上での照度分布や色度分布の均一性確保に適している。本実施形態においてもダイクロイックプリズム１２９内ではテレセントリックな光束の状態が崩れることになるが、ダイクロイックコートの特性は調整が可能で補正もある程度可能となるため、ＰＢＳ内で非テレセントリックとなる場合よりも問題が少ない。
【００４２】
また、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置がライトバルブ近傍であると偏光特性を乱してしまう虞があり、光の利用効率やコントラストの点で好ましくないが、本実施形態によれば、このような問題もない。
【００４３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る投写型表示装置の構成について、図３を用いて説明する。この実施形態は、色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子１４２と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ１４３とを備えた装置であり、図３はこの装置の、色光分解合成システムの構成を示している。第１の実施形態と同様に説明の便宜上、３色光成分のうちの第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００４４】
上述のとおり偏光変換光学系から出射されたＳ偏光の光束は、偏光板１４１により偏光方向のズレを調整された後、特定波長偏光変換素子１４２によりＧ光の偏光をＰ偏光に変換してＰＢＳ１４３に入射され、ＰＢＳ１４３により入射光の偏光方向に応じてＧ光と、残りのＢ光、Ｒ光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。ＰＢＳ１４３は、内部の偏光分離膜の作用により、Ｓ偏光のＢ光、Ｒ光を直角反射し、Ｐ偏光のＧ光を透過する。ＰＢＳ１４３により透過された第１の色光としてのＧ光は、ＰＢＳ１１９に入射され、このＰ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜を透過して、このＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００４５】
ＰＢＳ１４３で反射されたＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ１２６に入射される。ＰＢＳ１２６の前段には特定波長偏光変換素子１２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ１２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ１２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ１２１ｃを照射する。
【００４６】
各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１１９、１２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１１９、１２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１１９で反射され、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ１２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ１２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム１２９に入射される。ダイクロイックプリズム１２９以降は上述の第１の実施形態と同様である。
【００４７】
なお、各ＬＣＤ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子１２５、１２７が配され、Ｂ光の偏光をＳ偏光からＰ偏光に変換している。また、ＰＢＳ１１９、１２６とダイクロイックプリズム１２９の間に偏光板１２２ｃ、１２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する。
【００４８】
この実施形態でも、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム１２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群１３１ａ、１３１ｂが配置されており、このレンズ群１３１ａとレンズ群１３０ａ、ならびに、このレンズ群１３１ｂとレンズ群１３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。したがって、第１の実施形態と同様に、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易に投写レンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００４９】
また、本実施形態でも、投写レンズの一部となるレンズ群１３１ａ、１３１ｂの位置は、画像情報を担持した光束がＰＢＳ１１９、１２６から出射された後段とされている。したがって、ＰＢＳ内部においては、光束はテレセントリックな状態となっており、画面上での照度分布や色度分布の均一性確保に適している。また、投写レンズの一部がライトバルブ近傍に配されて偏光特性を乱してしまうこともない。
【００５０】
本実施形態はＰＢＳの数を３として、従来のＰＢＳが４つのものに比べコストと重量を低減し、環境に配慮した構成となっている。しかも、色光合成手段としては従来のＰＢＳに代えてダイクロイックプリズムを用いながらも、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を問題とならない程度に抑えることができる。また、ＰＢＳの数を３としているので、第１の実施形態よりもさらに光利用効率が高いという利点がある。
【００５１】
次に、本発明の第３の実施形態に係る投写型表示装置の構成について説明する。この実施形態は、１つのＰＢＳが色光分解手段と色光合成手段とを兼ねる構成とされた装置である。図７は本発明の実施例３に係る投写型表示装置の概略構成を示す図であり、この図７を用いてこの実施形態について説明する。第１の実施形態と同様に説明の便宜上、３色光成分のうちの第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００５２】
この実施形態は色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子５１と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ５２とを備えた装置である。偏光変換光学系１４でＳ偏光とされた光束は、コンデンサレンズ１５、１７を介し、偏光板４１により偏光方向のズレを調整された後、特定波長偏光変換素子５１によりＢ光およびＲ光の偏光をＰ偏光に変換してＰＢＳ５２に入射され、ＰＢＳ５２により入射光の偏光方向に応じてＧ光と、残りのＢ光、Ｒ光とに分解され、互いに異なる方向へ出射される。ＰＢＳ５２は、内部の偏光分離膜の作用により、Ｓ偏光のＧ光を直角反射し、Ｐ偏光のＢ光、Ｒ光を透過する。ＰＢＳ５２により反射された第１の色光としてのＧ光は、レンズ群３１ａおよびガラスプリズム５３を介してこのＧ光を光変調させるＬＣＤ１２１ａへ導かれる。
【００５３】
ＰＢＳ５２で透過された第２、第３の色光としてのＢ光、Ｒ光は、レンズ群３１ｂを介してダイクロイックプリズム５４に入射される。このダイクロイックプリズム５４は、内部に一方の色光、例えばＲ光を反射させる分光特性を有する誘電体多層膜からなるダイクロイック膜が施されて形成されたガラスプリズムであり、その余の原色光もダイクロイック膜に対してその入射角が４５°となるように設定されている。これにより、Ｂ光はダイクロイックプリズム５４を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ２１ｂを照射し、Ｒ光はダイクロイックプリズム５４内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ２１ｃを照射する。
【００５４】
各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、経路を逆行して色光合成手段としてのＰＢＳ５２に各々戻されるが、ＰＢＳ５２から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ５２を透過し、Ｂ光、Ｒ光はＰＢＳ５２で反射されて合成されることになる。
【００５５】
なお、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配されている。また、偏光板４１は偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する。また、ガラスプリズム５３は、第１の色光の光路長を第２および第３の色光の光路長に合わせて調整するために、配されたものである。
【００５６】
この実施形態では、ＰＢＳ５２は光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、互いに異なる方向から入射された光変調された、前記第１の色光と、その余の前記第２の色光および前記第３の色光との合成光を合成し、出射する色光分解合成手段として機能している。
【００５７】
そしてＰＢＳ５２により分解された各色光の光路上であってＰＢＳ５２により合成される各色光の光路上には、正の屈折力を有するレンズ群３１ａ、３１ｂが配されている。このレンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、このレンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズとなるように構成されている。
【００５８】
すなわち、本実施形態に係る投写型表示装置では、色光合成手段（ＰＢＳ５２）により合成される各色光の光路上であって、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと色光合成手段（ＰＢＳ５２）との間に、投写レンズ３０を構成するレンズ系の一部（レンズ群３１ａ、３１ｂ）が配されている。これにより、第１の実施形態と同様に、ＬＣＤから投写レンズの最も光源側レンズまでの間に配置される部材が低減されるので、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易に投写レンズのワイド化を図ることができる。したがって、良好な光学性能を有するワイドレンズの設計が可能となる。
【００５９】
また、本実施形態でも、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃとレンズ群３１ａ、３１ｂとの間にはガラスプリズム５３またはダイクロイックプリズム５４が配されており、投写レンズの一部がライトバルブ近傍に配されて偏光特性を乱してしまうことがない。また、本実施形態は、１つのＰＢＳが色光分解手段と色光合成手段を兼ね、それに加えて１つのダイクロイックプリズムを配するだけで３色光の色分解および色合成を行い得るという、簡易な構成とされている。また、本実施形態は、ＰＢＳの数を１として、従来のＰＢＳが４つのものに比べコストと重量を低減し、環境に配慮した構成となっている。
【００６０】
以下に、本発明に係る投写型表示装置の具体的実施例を示す。
＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る投写型表示装置を示す図である。本実施例は上記第１の実施形態に基づくものであり、色光分解手段として、入射光の波長帯域に応じて分離を行なうダイクロイックミラー１６を備えた装置である。装置全体の概要は上述したとおりであるので説明は省略する。なお、第１の実施形態と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００６１】
本実施例の構成と第１の実施形態で説明した構成との相違点は、ダイクロイックミラー１６において、所定のダイクロイック膜を形成することにより、第１の色光を透過し、第２、第３の色光を直角反射するように構成されていることである。本実施例では一例として、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光とする。
【００６２】
ダイクロイックミラー１６を透過したＧ光は、第１の偏光分離合成素子としてのＰＢＳ１９に入射され、このＳ偏光のＧ光は内部の偏光分離膜で反射されて、このＧ光を光変調させるＬＣＤ２１ａへ導かれる。ダイクロイックミラー１６で反射されたＢ光、Ｒ光は、ＰＢＳ２６に入射される。ＰＢＳ２６の前段には特定波長偏光変換素子２５が配され、一方の色光、例えばＢ光の偏光を所定角度だけ回転させＰ偏光に変換する。これにより、Ｂ光はＰＢＳ２６を透過してＢ光を光変調させるＬＣＤ２１ｂを照射し、Ｓ偏光であるＲ光はＰＢＳ２６内部で反射されてＲ光を光変調させるＬＣＤ２１ｃを照射する。
【００６３】
各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃで反射され各色光用の画像情報を担持した光束は、ＰＢＳ１９、２６に各々戻されるが、ＰＢＳ１９、２６から出射されたものと異なる方の偏光とされている。そのため、Ｇ光はＰＢＳ１９を透過して、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９に入射される。また、Ｂ光はＰＢＳ２６内で反射され、Ｒ光はＰＢＳ２６を透過することにより、Ｂ光、Ｒ光が合成されてダイクロイックプリズム２９に入射される。ダイクロイックプリズム２９は、Ｇ光を透過し、Ｂ光、Ｒ光を直角反射する。このようにして、ダイクロイックプリズム２９において３色光が合成されて、レンズ群３０ａに入射されることになる。
【００６４】
なお、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの前段には、投映画面のコントラスト向上を図るために、１／４波長板２０ａ、２０ｂ、２０ｃが配されている。また、ＰＢＳ１９の光入射側（光源側）および光出射側（投写レンズ側）には偏光板１８ａ、２２ａが配され、偏光方向のズレを調整している。また、ＰＢＳ２６の光入射側（光源側）と光出射側（投写レンズ側）には特定波長偏光変換素子２５、２７が配され、Ｂ光の偏光をＰ偏光に変換している。さらに、この素子２５、２７を挟むように偏光板１８ｂ、２２ｂが配されており、偏光方向のズレを調整している。特に、偏光板１８ａ、１８ｂは、光束がダイクロイックミラー１６を介することにより生じる偏光方向のズレを調整し、光の利用効率低下や投映画面上でのコントラスト低下を防止する作用効果を有する。
【００６５】
また、図１に示すように、この実施例では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群３１ａ、３１ｂが配置されており、このレンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、このレンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズ３０となるように構成されている。また、この投写レンズ３０は内部に絞り３３を備えている。この投写レンズ３０の構成を図４に示す。なお、図４は各ＬＣＤの代表として投写レンズ３０からＬＣＤ２１ａまでを示すものであるが、他のＬＣＤ２１ｂ、２１ｃまでも略同様である。また、レンズ群３１ｂはレンズ群３１ａと同様のものである。
【００６６】
下記表１に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ（焦点距離を１として規格化されている）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（焦点距離を１として規格化されている）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。なお、この表１および後述する表２において、各記号Ｒ、Ｄ、Ｎ、νに対応させた数字は拡大側から順次増加するようになっている。
【００６７】
【表１】
＜実施例２＞
図５は、本発明の実施例２に係る投写型表示装置の主要部を示す平面図である。本実施例は上記第２の実施形態に基づくものであり、色光分解手段として、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する特定波長偏光変換素子４２と、入射光の偏光方向に応じて分離を行なうＰＢＳ４３とを備えた装置である。装置全体の概要は上述したとおりであるので説明は省略する。なお、第２の実施形態と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示している。
【００６９】
本実施例の構成と第２の実施形態として説明した構成との相違点は、ＰＢＳ４３と各ＰＢＳ１９、２６との間に偏光板１８ｃ、１８ｂが配されており、各光束の偏光方向のズレを調整している点と、ＰＢＳ２６の光出射側（投写レンズ側）に配された特定波長偏光変換素子２７ａが、Ｒ光の偏光をＰ偏光からＳ偏光に変換している点と、特定波長偏光変換素子２７ａの後段の偏光板２２ｄがＳ偏光を透過するものとされている点である。このような構成により、ダイクロイックプリズム２９で合成されて出射される光束は第２の実施形態として説明した構成と異なり、全てＳ偏光として出射される。
【００７０】
また、図５に示すように、この実施例では、色光合成手段としてのダイクロイックプリズム２９の前段に、正の屈折力を有するレンズ群３５ａ、３５ｂが配置されており、このレンズ群３５ａとレンズ群３５ｃ、３６〜３９ならびに、このレンズ群３５ｂとレンズ群３５ｃ、３６〜３９が、各々投写レンズ３０となるように構成されている。この投写レンズ３０はズームレンズであって、拡大側より順に変倍の際に固定でフォーカシングを行なうための第１レンズ群３９と、連続変倍のため、およびその連続変倍によって生じる像面移動の補正のため、相互に関係をもって移動する第２レンズ群３８、第３レンズ群３７および第４レンズ群３６と、変倍の際に固定の第５レンズ群とを配設されてなる。第５レンズ群は、レンズ群３５ｃおよび３５ａ、またはレンズ群３５ｃおよび３５ｂからなる。
【００７１】
図６は、この投写レンズ３０からＬＣＤ２１ｃまでを示す側面図である。なお、図６は投写レンズ３０から各ＬＣＤの代表としてＬＣＤ２１ｃまでを示すものであるが、他のＬＣＤ２１ａ、２１ｂまでも略同様である。また、レンズ群３５ｂはレンズ群３５ａと同様のものである。図５および図６はこの投写レンズ３０の広角端におけるレンズ位置を示しており、望遠側に向かうにしたがって第２〜第４レンズ群３６〜３８が、図６の矢印に示されるように移動する。
【００７２】
下記表２に、本実施例の投写レンズ３０の、各レンズ面の曲率半径Ｒ（広角端における焦点距離を１として規格化されている）、各レンズの中心厚および各レンズ間の空気間隔Ｄ（広角端における焦点距離を１として規格化されている）、各レンズのｄ線における屈折率Ｎおよびアッベ数νを示す。また、広角端および望遠端における第１レンズ群３９と第２レンズ群３８の距離（移動１）、第２レンズ群３８と第３レンズ群３７の距離（移動２）、第３レンズ群３７と第４レンズ群３６の距離（移動３）および第４レンズ群３６と第５レンズ群の距離（移動４）を表３に示す。
【００７３】
【表２】
【表３】
また、図６の側面図において、ＬＣＤ２１ｃからダイクロイックプリズム２９までの光軸Ｘに対し、投写レンズ３０の光軸ＸＬがシフトして配置されているのは、通常、この装置よりも上方に投写して使用されることの多い、投写型表示装置の使用形態に対応させるためである。
【００７６】
＜実施例３＞
図７は、本発明の実施例３に係る投写型表示装置を示す図である。本実施例は上記第３の実施形態に基づくものであり、色光分解手段が色光合成手段を兼ねる構成とされた装置である。
【００７７】
この装置の、コンデンサレンズ１７より前段の構成は実施例１のものと略同様であり、さらに光路変向を行う全反射ミラー５０が配されている。
【００７８】
この装置の、コンデンサレンズ１７より後段の構成は第３の実施形態で説明したとおりであって、特定波長偏光変換素子５１とＰＢＳ５２とにより色光分解が行われ、ＰＢＳ５２により色光合成が行われるという、ＰＢＳ５２が色光分解手段と色光合成手段とを兼ねる構成とされている。レンズ群３１ａ、３１ｂは、このＰＢＳ５２により分解された各色光の光路上であって、かつこのＰＢＳ５２により合成される各色光の光路上に、各ＬＣＤ２１ａ、２１ｂ、２１ｃとＰＢＳ５２との間に配されている。
【００７９】
また、本実施例の投写レンズ３０は実施例１と同様のものを用いており、レンズ群３１ａとレンズ群３０ａ、ならびに、レンズ群３１ｂとレンズ群３０ａが、各々投写レンズ３０となるように構成されている。
【００８０】
本発明に係る投写型表示装置としては、上述したものに限られるものではなく、種々の態様の変更が可能である。
【００８１】
例えば、３色光成分は上記説明では便宜上、第１の色光をＧ光、第２の色光をＢ光、第３の色光をＲ光として説明として説明したが、これに限られるものではなく、Ｇ光、Ｂ光、Ｒ光を任意の順で第１〜第３の色光に当てはめることができる。すなわち、色光分解合成システムの、いずれの分解過程でいずれの色光を分解または合成するように構成されていてもよい。また、その分解または合成が、いずれの色光を反射しいずれの色光を透過するように構成されていてもよい。また、各色光に対応するライトバルブの位置も上述したものに限られない。また、色光分解手段に入射する光束は偏光方向が統一されていることが好ましいものであって、Ｓ偏光に限られず、Ｐ偏光とされた光束が入射するように構成されていてもよい。
【００８２】
３色光成分の分解合成過程およびこれらの光束の偏光状態の設定に関しては、３色光成分が各々照射される位置に、対応する色光用のＬＣＤが配置されるように、色光分解手段、ＬＣＤ前段のＰＢＳ、および色光合成手段の、膜構成および配置を適宜設定することができる。この場合、偏光板および特定波長偏光変換素子も適宜配置することができる。
【００８３】
これらの設定は、例えば、装置の解像力を重視する場合には、目の視感度の最も高いＧ光について、ライトバルブから投写面までの間で反射回数が最も少なくなるよう配置することが好ましい。また、装置のコントラストを重視する場合には、偏光を分離や合成する面では一般的にＰ偏光の透過効率よりもＳ偏光の反射効率が良いことを考慮する必要があり、この場合には、Ｇ光の偏光方向や３色光成分に対応する各ライトバルブの配置によって、ライトバルブから投写面までの間でＧ光に反射を用いた方が良い場合もある。また、明るさ重視、熱問題重視など様々な条件によって最適な配置は異なるものとなる。
【００８４】
また、本発明に係る投写型表示装置では、光路上に所定の色調整手段を配設することができる。例えば超高圧水銀灯の可視領域では、３原色光のうち赤色波長域が、他の色成分に対応する波長域に比べ光量が少なく、その一方、黄色波長域に光強度のピークを有するという特性がある。投写型表示装置では、明るさだけでなく色再現性が良い画像が要求され、このような光源の分光分布のばらつきが問題となる場合がある。上記超高圧水銀灯では、そのままの光源光を使用すると、全体として黄色味を帯びたカラー画像が形成されてしまう。そのため、超高圧水銀灯から出射された光のうち５８０ｎｍ近辺の波長域の光を取り除くような色調整手段を配設し、装置の色再現性を良好とすることができる。
【００８５】
色調整手段を配設する位置としては、例えば、照明光学系の中、反射型ライトバルブ直前、色光合成手段以降、とすることができる。また、これらの複数箇所に配設されていてもよい。また、偏光特性や、色光合成手段の特性を適宜設定して、色調整手段とすることもできる。
【００８６】
また、本発明に係る投写型表示装置では、ＰＢＳは、従来よく知られた直角三角プリズム２個のプリズム接合面にコートを施したものに限られない。例えば、白色光を第１の色光と第２、第３の色光とに分離するためのＰＢＳや、反射型ライトバルブ直前に配された照明光束と投映光束とを偏光分離するＰＢＳや、第２の色光と第３の色光とを偏光分離するＰＢＳや、画像情報を担持した第１の色光と第２、第３の色光とを合成するためのＰＢＳとして、ワイヤーグリッドタイプの平板状のＰＢＳを用いてもよい。ワイヤーグリッドタイプのものによれば、偏光分離角度の特性が良好となる。また、形状は従来のＰＢＳと同じ立方体プリズムで、格子状に凹凸を付けた平板状ＰＢＳを直角三角プリズム２個の底面で挟み込んだものを用いることもできる。
【００８７】
また、本発明に係る投写型表示装置において、入射光の波長帯域に応じて分離を行なう部材としては、ダイクロイックミラーに代えて、例えばダイクロイックプリズムを用いることも可能である。
【００８８】
また、本発明に係る投写型表示装置において、色光分解合成システムでは、ＰＢＳプリズム、平板状ＰＢＳ、ダイクロイックプリズム、ダイクロイックミラーなどの各素子を適宜組み合わせることができる。これらの組み合わせは、上述の説明に用いられたものに限られない。これらの各素子を適宜組み合わせることにより、例えば、図２の色光分解合成システムのように、このシステムに入射する照明光束とこのシステムから射出する投映光束とが略直交するように構成することも可能であるし、また、図３の色光分解合成システムのように、これらの照明光束と投映光束とが略平行となるように構成することも可能である。
【００８９】
このような構成は、色光分解合成システムの前段の照明光学系中や、色光分解合成システムの後段の投写レンズ中で、折り曲げミラー等を配しどのように光路を設定するかとも関連して、決定される。特に、リア型のプロジェクションテレビ等、照明光学系からスクリーンまでを含めたセット全体のサイズが重要となる場合には、コンパクト化に適した構成が要望される。また、セット全体の所定方向のサイズをコンパクトにしたいという場合もある。例えば、図８〜１１にリア型のプロジェクションテレビの２つの構成例を示す。図８および図９は第１の構成例、図１０および図１１は第２の構成例のものであり、図８（ａ）、図８（ｂ）および図１０は照明光学系からスクリーンまでを含めたセット全体の断面図、図９（ａ）、図９（ｂ）および図１１（ａ）、図１１（ｂ）は照明光学系６１から投写レンズ６３までの断面図である。これらの図において図１と略同様の作用をなす部材には下２桁の数字および添え字を同様にして示し、説明は省略する。
【００９０】
第１の構成例は、色光分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色光分解合成システム６２から射出された後段のレンズ群６３ｃの光軸とが、略直交する例である。投写レンズ６３は、レンズ群６３ａとレンズ群６３ｃまたはレンズ群６３ｂとレンズ群６３ｃからなる。色光分解合成システム６２より後段のレンズ群６３ｃの中では光路折り曲げがなく、照明光学系６１の中では全反射ミラー５０にて光路折り曲げを行っている。レンズ群６３ｃの後段では２つの全反射ミラー６４ａ、６４ｂにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投映される。
【００９１】
第２の構成例は、色光分解合成システム６２に入射する前段の照明光学系６１の光軸と、色光分解合成システム６２から射出された後段のレンズ群６３ｃの光軸とが、略平行な例である。なお、光源ランプ１０からの光束は楕円面鏡よりなるリフレクタ５５で反射され発散レンズ５６により略平行光とされて第１のレンズアレイ１２に入射される。また、投写レンズ６３は、レンズ群６３ａとレンズ群６３ｃまたはレンズ群６３ｂとレンズ群６３ｃからなる。照明光学系６１の中では光路折り曲げがなく、レンズ群６３ｃの中で全反射ミラー６６にて光路折り曲げを行っている。レンズ群６３ｃの後段では全反射ミラー６４ｃにより、光路が折り曲げられて、スクリーン６５に画像が投映される。
【００９２】
これらの構成例によれば、色光分解合成システム６２だけでなく投写型表示装置全体としての光路が、セット全体のコンパクト化を達成し得るように設定されている。なお、上記の構成例はどちらも、ライトバルブの長辺方向と偏光分離合成素子の偏光分離合成面とが平行に配置されたリア型プロジェクションＴＶの例であるが、色分離合成部に対するライトバルブの配置や、フロントプロジェクタとして使用する場合など、条件により折り曲げ回数や、折り曲げ方向は多数存在するものであって、上記構成例に限定されるものではない。但し、折り曲げ回数が少ない方が、反射による効率ロスが少なく明るさなどの面で有利であるし、組立精度やコスト的にも有利である。
【００９３】
また、本発明に係る投写型表示装置において、照明光束の光束断面内における光量分布を均一化させるインテグレータ光学系としては、上述したレンズアレイに限られず例えば、ロッドインテグレータを用いることができる。ロッドインテグレータとしては、ガラス製の中実な棒状ロッドプリズムや、内面を反射コートにより鏡面とした中空プリズムや、棒状ロッドプリズムを光束入射側に配置しその光束出射側に中空プリズムを配置して両者を組み合わせた、いわゆるハイブリッド型のインテグレータや、偏光変換機能付ロッドインテグレータを用いることができる。これらのロッドインテグレータを用いる場合には、レンズや偏光変換光学系等、照明光学系の他の部材もこれに適した構成とする。
【００９４】
また、本発明に係る投写型表示装置において、照明光学系中のコンデンサレンズの構成は上述したものに限られない。例えば、実施例１（図１）に示した投写型表示装置のコンデンサレンズ１７ａ、１７ｂに代えて、図１２に示すようにコンデンサレンズ１７を配することも可能である。実施例１の構成よりも、色光分解手段（ダイクロイックミラー１１６）の前段の光路が若干長くなるが、色光分解手段の前段とすることで１枚のレンズで同様の作用を生じることができ、部材点数が削減でき、コスト的にも有利となる。
【００９５】
また、本発明に係る投写型表示装置において、第２の色光と第３の色光とを分離合成するＰＢＳ２６、１２６の光出射側（投写レンズ側）の特定波長偏光変換素子２７、１２７は必ずしも必要ではなく、光入射側（光源側）の特定波長偏光変換素子２５、１２５のみが配された構成とされていてもよい。第２の色光と第３の色光とを分離合成するＰＢＳ１２６が理想的な性能であって、各色光が偏光方向の十分に揃った状態で出射される場合には、このような構成が可能となる。
【００９６】
また、本発明に係る投写型表示装置において、上記第１および第２の実施形態のものでは、偏光分離合成素子として２つのＰＢＳを用いた構成、または、それに加え色光分解手段としてＰＢＳを用いた構成としているが、さらに色光合成手段としてもＰＢＳを用いた構成とし、偏光分離合成素子としての２つのＰＢＳと色光合成手段としてのＰＢＳとの間に、各々レンズを配置することも可能である。
【００９７】
また、本発明に係る投写型表示装置において投写レンズとしては、上記実施例に示すものに限られず、レンズ中に色光合成手段を配するスペースを有する任意の投写レンズを用いることができる。また、３色光を合成する色光合成手段と第１の色光を光変調させるライトバルブとの間、または、この色光合成手段と第１の色光を対応するライトバルブに入射させる偏光分離合成素子としてのＰＢＳとの間、ならびに、この色光合成手段と第２の色光および第３の色光を合成する２色光合成手段（偏光分離合成素子としてのＰＢＳの場合を含む）との間に配されるレンズは、各々１枚であってもよいし複数枚から構成されていてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る投写型表示装置によれば、投写レンズの一部となるレンズ群を色光合成手段よりも前段に配置することにより、投写レンズの焦点距離を短くすることができ、投写レンズや装置全体を大型にすることなく、従来と同程度のレンズサイズでありながら、容易にレンズのワイド化を図ることができる。また、投写レンズの一部となるレンズ群の位置がライトバルブに近すぎないので、光の利用効率やコントラストも良好とすることができる。なお、偏光分離合成素子としての偏光ビームスプリッタプリズム内部において、光束がテレセントリックな状態となっている場合には、画面上での照度分布や色度分布の均一性を確保することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る投写型表示装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する図
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図
【図４】実施例１の投写レンズの拡大図
【図５】本発明の実施例２に係る投写型表示装置の概略構成図
【図６】実施例２の投写レンズの拡大図
【図７】本発明の実施例３に係る投写型表示装置の概略構成図
【図８】本発明に係る第１のリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図９】図８の部分断面図
【図１０】本発明に係る第２のリア型プロジェクションテレビの全体断面図
【図１１】図１０の部分断面図
【図１２】図１のレンズ位置変更例
【図１３】従来の投写型表示装置の構成を説明する図
【符号の説明】
１０ 光源
１１、５５ リフレクタ
１２、１３ レンズアレイ
１４ 偏光変換光学系
１５、１７ａ、１７ｂ コンデンサレンズ
１６、１１６ ダイクロイックミラー
１８ａ〜ｃ、２２ａ〜ｄ、１１８ａ、１１８ｂ、１２２ａ〜ｃ、１４１、２１８、２２２、２４１、２４６ 偏光板
１９、２６、４３、５２、１１９、１２６、１２９、２１９、２２６、２４３、２４７ ビームスプリッタ
２０ａ〜ｃ、１２０ａ〜ｃ、２２０ａ〜ｃ １／４波長板
２１ａ〜ｃ、１２１ａ〜ｃ、２２１Ｇ、２２１Ｂ、２２１Ｒ 反射型液晶パネル
２５、２７、２７ａ、４２、５１、１２５、１２７、１４２、２２５、２２７、２４２、２４５ 特定波長偏光変換素子
２９、５４、１２９ ダイクロイックプリズム
３０、６３、２３０ 投写レンズ
３０ａ、３１ａ、３１ｂ、３５ａ〜ｃ、３６〜３９、６３ａ〜ｃ、１３０ａ、１３１ａ、１３１ｂ レンズ群
３３ 絞り
５０、６４ａ、６４ｂ 全反射ミラー
５３ ガラスプリズム
５６ レンズ
６１ 照明光学系
６２ 色光分解合成システム
６５ スクリーン
Ｌ１〜Ｌ１４ レンズ
Ｒ１〜Ｒ３０ 曲率半径
Ｄ１〜Ｄ２９ 軸上面間隔
Ｘ、ＸＬ 光軸
Claims (13)
- 光源から出射された白色光を色分解し、各々の色光を画像変調したのち色合成するとともに、投写レンズを用いてスクリーン上に所望の画像を投映する投写型表示装置において、
前記白色光を３色光成分のうちの第１の色光と、残りの第２、第３の色光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させる色光分解手段と、
前記色光分解手段から出射された前記第１の色光を、この第１の色光を光変調させる第１の反射型ライトバルブへ導くとともに、この第１の反射型ライトバルブで光変調された該第１の色光を出射する第１の偏光分離合成素子と、
前記色光分解手段から出射された前記第２、第３の色光を、該第２の色光と該第３の色光とに分離し、この両色光を、該第２の色光を光変調させる第２の反射型ライトバルブと、該第３の色光を光変調させる第３の反射型ライトバルブとのうち、各々対応するライトバルブへ導くとともに、この各ライトバルブで光変調された前記第２の色光と前記第３の色光とを合成し出射する第２の偏光分離合成素子と、
前記第１の偏光分離合成素子から出射された前記第１の色光と、前記第２の偏光分離合成素子から出射された前記第２、第３の色光とを、合成する色光合成手段とを備え、
前記第１の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
前記第２の偏光分離合成素子と前記色光合成手段との間に少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置されたことを特徴とする投写型表示装置。 - 前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、各々全体として正の屈折力を有し、前記第１のレンズと前記色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々前記投写レンズとなるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
- 前記光源から出射された白色光を一方向に振動する直線偏光に変換する偏光方向変換手段が、前記色光分解手段の前段に配されていることを特徴とする請求項１または２記載の投写型表示装置。
- 前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が配置されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光束が入射する側と前記色光合成手段へ光束が出射する側に、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子が各々配置されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記色光合成手段がダイクロイックプリズムで構成されたことを特徴とする請求項１から５のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記色光分解手段が、入射光の波長帯域に応じて分離を行なう色分離手段からなることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記色光分解手段が、特定波長帯域の光の偏光を所定角度の偏光方向に変換する偏光変換素子、および入射光の偏光方向に応じて分離を行なう偏光分離素子から構成されることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光合成手段へ向かう光の出射側に、各々偏光板が配置されていることを特徴とする請求項４から８のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- 前記第１の偏光分離合成素子および前記第２の偏光分離合成素子の、前記色光分解手段からの光の入射側に、各々偏光板が配置されていることを特徴とする請求項４から９のうちいずれか１項記載の投写型表示装置。
- ３原色光に対応する各々の反射型ライトバルブで光変調されたのち互いに異なる方向から入射された、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とを、合成する３色光合成手段を備え、
該３色光合成手段と、前記第１の色光を光変調させる前記反射型ライトバルブの間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第１のレンズが配置され、
該３色光合成手段と、前記第２の色光および前記第３の色光を合成する２色光合成手段との間に、少なくとも１枚のレンズよりなる第２のレンズが配置され、前記第１のレンズと前記３色光合成手段の光出射側に配置されている第３のレンズ、ならびに前記第２のレンズと前記第３のレンズが、各々投写レンズとなるように構成されたことを特徴とする投写型表示装置。 - 光源から出射された白色光を、第１の色光と、その余の第２の色光および第３の色光の合成光とに分解し、互いに異なる方向へ出射させるとともに、前記３色光合成手段として機能する色光分解合成手段を備え、
この色光分解合成手段により分解された各色光の光路上であって該色光分解合成手段により合成される各色光の光路上に、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズが配されていることを特徴とする請求項１１記載の投写型表示装置。 - 前記色光分解合成手段が偏光分離合成素子よりなることを特徴とする請求項１２記載の投写型表示装置。
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