JP2005091968A - クロスダイクロイックプリズム及びそれを用いる投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロスダイロイックプリズムの構造に起因して発生するＧ光（緑色光）のゴーストを防止する。
【解決手段】色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムは、内部に前記第１色光を反射、第２色光と第３色光を透過する第１ダイクロイック膜９Ｒと、前記第３色光を反射、第１色光と第２色光を透過する第２ダイクロイック膜９Ｂとが互いに交差するように配置されるとともに、前記第２ダイクロイック膜は、該第１ダイクロイック膜９Ｒと前記第２ダイクロイック膜９Ｂとの交差線上に隙間Ｄを有し、当該クロスダイクロイックプリズムに入射した前記第２色光が前記隙間にて回折されて発生する回折光が、前記投射レンズの有する開口絞りにてカットされて投射されないか、又は、投射レンズ自体に入射されないように膜厚或いは接着層の厚み等を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｒ（赤）色光、Ｇ（緑）色光、Ｂ（青）色光用に配置されたライトバルブから射出された各色光のうち、変調光を検光して取り出してから、当該色光毎の光を入射して色合成を実施するクロスダイクロイックプリズム、及びそれを色合成に用いる投射型表示装置に関するものである。

図１１に投射型表示装置の従来例の平面構成図を、図１２には前記投射型表示装置において色合成光学系として使用しているクロスダイクロイックプリズム１０９の断面構成図を記載する。

光源１０１から射出した光源光はＢ（青）光を反射するダイクロイックミラー１０２Ｂと、Ｒ（赤）光とＧ（緑）光を反射するダイクロイックミラー１０２ＲＧを互いに直交するように配置したクロスダイクロイックミラー１０２に入射し、互いに反対方向に進行するＢ光と、Ｒ光とＧ光の混合光に色分解する。
前記Ｂ光は偏向ミラー１０３に入射して進行方向を変えて進行し、Ｂ光用偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに入射、偏光分離部を反射し射出した光をＢ光用の反射型ライトバルブ１０７Ｂに入射させる。前記Ｒ光とＧ光の混合光は偏向ミラー１０４に入射、進行方向を変えて進行し、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０５に入射して、反射して進行するＧ光と、透過して進行するＲ光に色分解し、各色光毎に配置される偏光ビームスプリッタ１０６Ｇ、１０６Ｒにそれぞれ入射、偏光分離部を反射し、斜出する光を各色光用の反射型ライトバルブ１０７Ｇ、１０７Ｒに入射する。
各色光用の反射型ライトバルブ１０７Ｂ、１０７Ｇ、１０７Ｒに入射した各色光は色信号によって変調作用を受け、変調光と非変調光の混合光を反射させて射出し、偏光ビームスプリッタ１０６Ｂ、１０６Ｇ、１０６Ｒにそれぞれ入射し、変調光のみ透過する光として検光して取り出される。各検光光は、内部に略直交して配置されたＲ光反射ダイクロイック膜１０９ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１０９Ｂを有するクロスダイクロイックプリズム１０９にそれぞれ異なる入射面から入射し、Ｒ光は前記Ｒ光反射ダイクロイック膜１０９Ｒにて反射、Ｂ光はＢ光反射ダイクロイック膜１０９Ｂにて反射、Ｇ光は両ダイクロイック膜を透過することによって色合成を達成して合成光を射出し投射レンズ１１０に入射、図示しないスクリーン上に投射像を投射する。

図１２に前記色合成光学系を形成する前記クロスダイクロイックプリズム１０９の断面構成図を示す。まず、その作製法を説明する。断面形状が同じ４個の直角二等辺三角柱プリズム１０９−１、１０９−２、１０９−３、１０９−４を用意し、そのうちのプリズム１０９−１とプリズム１０９−３の直角頂角を挟む側面の一方にＢ光反射ダイクロイック膜１０９Ｂをそれぞれ形成する。次に、プリズム１０９−１とプリズム１０９−２とを、また、プリズム１０９−３とプリズム１０９−４とを、ダイクロイック膜形成面と他方のプリズムの側面とが接着されるように、接着剤層１０９Ｓを用いて接着し、２つの対プリズムを作製する。

次に、前記２つの対プリズムの直角頂角に相対する斜面を研磨して該斜面の平面性を確保する。そして、プリズム１０９−１、１０９−２で形成される対プリズムの研磨面にＲ光反射ダイクロイック膜１０９Ｒを形成し、当該Ｒ光反射ダイクロイック膜形成面と、プリズム１０９−３、１０９−４とからなる対プリズムの研磨面とを、両対プリズム間のＢ光ダイクロイック膜が同一平面をなすように接着剤層１０９Ｓを用いて接着してクロスダイクロイックプリズム１０９を形成する。

図１２に示すように、図１１の基本構成図における説明の入射光は、プリズム１０９−２からはＲ光、プリズム１０９−３からはＢ光、プリズム１０９−４からはＧ光が入射し、プリズム１０９−１からは合成光が射出する構成となっている。上記構成のクロスダイクロイックプリズムの構成は例えば以下の特許文献に開示されている。
特開平１０−３１１９０７ 特開平１０−３１１９０８ 特開平１０−３１１９０９ 特開平１４−１８９１０９

従来例に示した投射型表示装置においては、前記構造のクロスダイロイックプリズムの構造に起因してＧ光のゴースト像が発生することがわかった。本願発明の課題はクロスダイクロイックプリズムの構成に起因するこのＧ光のゴースト像を防止することである。

本願発明の投射型表示装置の第１の形態は、光源光からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解して、前記各色光毎に配置するライトバルブに入射し、該ライトバルブを射出した各色光を入射し、色合成して投射レンズ側に射出するクロスダイクロイックプリズムにおいて、前記色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムは、内部に前記第１色光を反射、第２色光と第３色光を透過する第１ダイクロイック膜と、前記第３色光を反射、第１色光と第２色光を透過する第２ダイクロイック膜とが互いに交差するように配置されるとともに、前記第２ダイクロイック膜は、該第１ダイクロイック膜と前記第２ダイクロイック膜との交差線上に隙間を有し、当該クロスダイクロイックプリズムに入射した前記第２色光が前記隙間にて回折されて発生する回折光が、前記投射レンズの有する開口絞りにてカットされて投射されないか、又は、投射レンズ自体に入射されないことを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第２の形態は、請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、前記色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムは、内部に前記第１色光を反射、第２色光と第３色光を透過する第１ダイクロイック膜と、前記第３色光を反射、第１色光と第２色光を透過する第２ダイクロイック膜とが互いに交差するように配置されるとともに、前記第２ダイクロイック膜は、該第１ダイクロイック膜と前記第２ダイクロイック膜との交差線上に隙間を有し、前記交差線上の隙間の両側に配置された前記第２ダイクロイック膜の両先端にそれぞれ接し、前記第２色光の光軸に平行な２つの平面が形成する間隔をＤとし、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側の開き角をφとしたとき、当該Ｄが
（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。
本願発明の投射型表示装置の第３の形態は、請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第３プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第３プリズムのダイクロイック膜形成側面と第４プリズムの頂角を挟む一側面とをそれぞれ接着層２を用いて接着して２つの対プリズムを形成し、前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１ダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜面と前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを、両対プリズム中の両第２ダイクロイック膜が同一平面を構成する様に接着層３を用いて接着して構成されたダイクロイックプリズムであって、前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１としたとき、Ｄ＝（ｓ１＋ｔ１−ｔ２）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側の開き角をφとしたとき、
（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第４の形態は、請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第３プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第３プリズムのダイクロイック膜形成側面と第４プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層２を用いて接着して２つの対プリズムを形成し、前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１ダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜面と前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを両対プリズム中の両第２ダイクロイック膜に段差を有するように接着層３を用いて接着して構成されたクロスダイクロイックプリズムであって、前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１、前記段差をＺとしたとき、Ｄ＝（ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｚ）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側開き角をφとしたとき、
（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
を満足し、さらに、前記段差Ｚは前記第２色光用のライトバルブの画素ピッチをＰとしたときにＺ√２＜１／２Ｐを満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第５の形態は、請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第４プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第４プリズムのダイクロイック膜形成側面と第３プリズムの頂角を挟む一側面とをそれぞれ接着層２を用いて接続して２つの対プリズムを形成し、前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１のダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜と前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを、前記第1プリズムと前記第３プリズムとが、また前記第２プリズムと前記第４プリズムとが相対するように接着剤層３を用いて接着して構成されたことを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第６の形態は、請求項５に記載の投射型表示装置に使用するクロスダイクロイックプリズムにおいて、前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１としたとき、前記第１プリズム側面に形成された第２ダイクロイック膜と前記第４プリズム側面に形成された第２ダイクロイック膜とは段差Ｚを有しており、
Ｄ＝（ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｚ）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側開き角をφとしたとき、
（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
を満足し、さらに、前記段差Ｚは前記第２色光用のライトバルブの画素ピッチをＰとしたとき、
Ｚ√２＜１／２Ｐ
を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第７の形態は、前記第１ダイクロイック膜の膜厚は、前記第２ダイクロイック膜の膜厚よりも小であることを特徴とする、請求項１及至請求項６に記載のクロスダイクロイックプリズムである。

本願発明の投射型表示装置の第８の形態は、光源光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、前記各色光毎に配置するライトバルブに入射し、射出した各色光をクロスダイクロイックプリズムにて色合成して投射レンズにて投射する構成の投射型表示装置において、前記クロスダイクロイックプリズムに請求項１乃至７いずれか１項に記載のクロスダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする投射型表示装置である。

本発明の投射型表示装置は従来例におけるクロスダイクロイックプリズムを色合成光学系に使用する投射型表示装置で投射されるゴースト像の発生を防止することができ、優れた投射像を投射することが可能となる。

本実施例においてはまず前述の従来例に示したクロスダイクロイックプリズムの構造からゴースト像の発生する原因を追及し、それをここで説明する。

図１３には、前記クロスダイクロイックプリズムにより発生するＧ光のゴースト光Ｇ１、Ｇ２を図示する。前述のように、三角柱フ゜リス゛ム１０９−４の入射面から入射するＧ光は、理想的にはそのまま透過して、三角柱フ゜リス゛ム１０９−１の射出面から透過してＧ光の射出光となる。
図示の様に、クロスダイクロイックプリズムの中心部では、Ｒ光反射ダイクロイック膜は連続膜であるが、Ｂ光反射ダイクロイック膜は間隔ｄの隙間を有している。ここで、間隔ｄはＧ光の光軸に平行な点線かつ記載の紙面に垂直な２平面で定義している。
当該ダイクロイック膜１０９Ｂは実質的にはＧ光を透過する光学特性を有しているが、その透過率はゼロではない。また、間隔ｄを形成した両ダイクロイック膜のエッジ部分の形状により、Ｇ光は、間隔ｄで図１３のクロスダイクロイック膜の紙面に垂直な方向に伸びるスリットを通過することになる。光は、所定の間隔を有するスリットを通過する際には入射光軸に対して両側にθの角度の傾きを有する回折光を発生する。この回折光が前述のゴースト光となって投射像に混入されていることが判明した。
このゴースト像Ｇ１、Ｇ２が投射されてしまう理由を図１４に基づいて説明する。投射レンズ１１０は開口数ＮＡを有しており、該投射レンズのＮＡの値に対応して、ライトバルブ１０７Ｇの画像形成面の各点から光軸に平行な軸に対する角度Φを有する（頂角２Φの円錐形状の光束）光束が投射レンズ１１０に入射すれば投射像として投射される構成となっている。
ここで、前述のゴースト像Ｇ１、Ｇ２をライトバルブ１０７Ｇ上ａ１、ａ２からの光線と見なすと、それぞれ当該２点からの前記ＮＡにて決定される円錐形状の光束内に存在する光線となってしまい、投射レンズ１１０に入射した前記Ｇ１、Ｇ２ゴースト像が投射されることになる。上記は光軸に平行な光線であってクロスダイクロイックプリズム１０９の中心部に入射する光線によって、発生するゴースト像を説明したものである。
また、図１５はライトバルブ１０７Ｇの点ｂ１から射出する頂角２Φの円錐形状の光束の外縁部近くの光線がクロスダイクロイックプリズム１０９の中央部に入射し、その光線の軸に対して両側にθの角度を有して発生する回折光線Ｇ１、Ｇ２が発生する様子を記載している。この場合には、回折光線Ｇ２は投射レンズ１１０に入射されても投射レンズの有するＮＡの有する円錐形状光束の外縁光線よりも傾きが大の光線なので開口絞りによってカットされてゴースト光としての投射はないが、回折光Ｇ１は前述と同じ理由からＮＡ内の光線となりゴースト光として投射されてしまう。

本発明のクロスダイクロイックプリズムおよびそれを用いた投射型表示装置を説明する。
図１に本発明のクロスダイクロイックプリズム９を色合成光学系として使用した投射型表示装置の平面構成図を、図２には本発明のクロスダイクロイックプリズム９の断面形状を示す。図１の投射型表示装置の構成は従来例と同じであり、使用する同じ構成部品については同じ部番を記載し、それらの説明はここでは省略する。

本発明のクロスダイクロイックプリズム９の構成は図２に示すように、同じ断面形状の直角２等辺三角柱プリズム９−１、９−２、９−３、９−４を用意し、プリズム９−１とプリズム９−３との、直角を挟む側面の一方に、それぞれ厚みｔ２を有するＢ光反射ダイクロイック膜９Ｂを形成した後、プリズム９−１のダイクロイック膜９Ｂを形成した面とプリズム９−２のプリズムの直角を挟む位置側面、また、プリズム９−３のダイクロイック膜９Ｂを形成した面とプリズム９−４のプリズムの直角を挟む位置側面とを、接着しない両者の側面が一平面を構成するように接着する。この際、従来例にて示した厚みよりも小さい厚みｓ２を有する接着剤層にて接着してそれぞれ対プリズムを形成する。
次に、前記プリズム９−１と９−２とからなる対プリズムの前記接着しない側面からなる平面に厚みｔ１を有するＲ光反射ダイクロイック膜９Ｒを形成し、当該Ｒ光反射ダイクロイック膜を形成した平面と他の対プリズムのプリズム９−３、９−４の側面からなる平面とを両対プリズム中の前記ダイクロイック膜９Ｂが均一平面を構成するように従来例にて示した厚みよりも小さい厚みｓ１を有する接着剤層を有して接着してクロスダイクロイックプリズム９を構成する。

図１の投射型表示装置に示すようにプリズム９−４にはライトバルブ１０７Ｇから射出され偏光ビームスプリッタ１０６Ｇにて検光して取りだされたＧ光が入射する。
図２に示すように、中央部に隙間を有する２枚のダイクロイック膜９Ｂの中央部の隙間の両先端部のＧ光の光軸に対して平行で紙面に垂直な平面の構成する間隔はＤであるとする。このＤの値は従来例に示した同様の間隔ｄよりもその値が小さいことが重要であり、その値について説明する。

上述のように定義される間隔Ｄを有するダイクロイック膜９Ｂに波長λの光が入射したとするとこの間隔によって回折される±の回折光（Ｇ１、Ｇ２）のＧ光の光軸に平行な軸に対する回折角θは以下の式（１）に示す関係を有する。

ｓｉｎ２θ＝（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）・・・・・・（１）
上式（１）の導きを以下に記載する。
一般に幅ｄのスリットに波長λの入射光が入射角θｉで入射したとき、当該スリットによる±１次回折光の出射角θｍは以下の（１−１）式で表される。

ｓｉｎθｍ−ｓｉｎθｉ＝±λ／ｄ・・・・・・（１−１）
ここで入射するＧ光の光軸に対する回折光の角度をαとすると、次式（１−２）が成り立つ。

θｍ＝α＋θｉ・・・・・・（１−２）
クロスダイクロイックプリズムの場合は、θｉ＝４５度となるので、
ｓｉｎθｍ＝ｓｉｎ（α＋θｉ）
＝ｓｉｎα ｃｏｓθｉ＋ｃｏｓα ｓｉｎθｉ
＝（ｓｉｎα＋ｃｏｓα）／√２
となり、これを上式（１−１）に代入すると、
（ｓｉｎα＋ｃｏｓα）／√２ − １／√２＝±λ／ｄ・・・（１−３）
クロスダイクロイックの場合には、プリズムの正面から見た場合の膜の間隔Ｄは、
Ｄ＝ｄ／√２、ｄ＝Ｄ√２
となるので、上記（１−３）式は
ｓｉｎα＋ｃｏｓα−１＝±λ／Ｄ
ｓｉｎα＋ｃｏｓα＝（±λ／Ｄ）＋１・・・（１−４）
となる。
この両辺を２乗して変形すると、
２ｓｉｎα ｃｏｓα＝（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）±２）
よって
ｓｉｎ２α＝（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）±２）・・・（１−５）
本実施例の場合はαをθと定義しているので、式（１−５）は上式（１）を示しているのである。

実施例に戻り、この＋１次と−１次の両回折光をライトバルブ１０７Ｇの表面上の任意の位置から射出される光線と見なすと、その射出点から射出される円錐状の光束であって投射レンズにより投射像として投射される頂角のなす角度（２φ）と、投射レンズ１１０の開口数ＮＡと、投射レンズのＦ値Ｆには、次式（２）に示す関係が成り立つ。

sinφ＝ＮＡ＝１／（２Ｆ）・・・・（２）
これは、前記の開口数を決定しているのは投射レンズ中に配置された不図示の開口絞りであり、前記頂角（２φ）より外側に進行する大きい角度の光線は前記開口絞りによってカットされる構造となっているためである。

前記回折光が投射レンズ１１０に入射しても投射されないためには、前述の図１５に示すＮＡを構成する円錐形状の外縁の傾きを有する光線がクロスダイクロイックプリズム９の中心部に入射し、当該光線の方向に対して両側に角度θを有して発生進行する回折光の方向を考慮し、この回折光をＮＡの円錐形状より傾きの大の光線として、開口絞りでカットする。すなわち、図１５より、回折角θが前記頂角の２倍以上の角度を有すればよい。従って、
θ＞２φ ・・・・・・（３）
上記（３）式の両辺を２倍して、ｓｉｎをとると上式（１）より次式（４）となる。

sin２θ＝（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ ・・・・・・（４）
上式（４）よりゴースト光を投射しないために、Ｄが次式（５）を満足する必要がある。

（λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ・・・・（５）
ここで例えば、投射レンズのＦはＦ＝２．８、λとしてはＧ光の中心波長０．５５μｍ（５５０ｎｍ）であるとすると、（２）式からφは１０．２８７度となるので、（５）式に代入すると
Ｄ＜１．９μｍ
となる。

次に前記接着剤層ｓ１の厚みについて言及する。図３には図２のクロスダイクロイックプリズム９の中央部の拡大構成図を記載する。この図より、前記Ｄの値は次式（６）式にてダイクロイック膜９Ｒの膜厚ｔ１、９Ｂの膜厚ｔ２と、接着剤層厚ｓ１を用いて求めることができる。

Ｄ＝（ｓ１＋ｔ１−ｔ２）／√２・・・・（６）
例えばダイクロイック膜９Ｒとダイクロイック膜９Ｂの膜厚が略一致している場合には（６）式に前記Ｄの値を代入してｓ１が以下のように求まる。

ｓ１＜２．７μｍ
このように、接着層ｓ１の厚みを所定の値よりも小さい値とすることによって、Ｄの値を小さく抑えることができ、間隔Ｄのスリットを通過した光の回折光の回折角を投射レンズの絞りで規定されるＮＡよりも大きくすることによって、回折光によるゴーストの発生を防ぐことができる。また、接着層ｓ１の厚みを更に小さくすることによって、間隔Ｄのスリットを通過した光の回折光の回折角を投射レンズに入射しない大きさまで広げることができることは言うまでもない。このような接着層ｓ１は、例えば、接着剤の粘度を小さく抑えること、また、接着時に２つの被接着部材に大きな圧力を加えること等によって達成できる。

なお、式（６）から理解できるように、Ｄを小さい値にするために、ｔ２をｔ１より大とすればよいことが判明した。すなわち、中心部に隙間を形成する膜の膜厚を、もう一方の連続膜の膜厚よりも大とすればよいことが判明した。

以上を満足するクロスダイクロイックプリズム９を投射型表示装置にて色合成光学系に使用すれば、当該クロスダイクロイックプリズムの中央部のダイクロイックプリズム９Ｂの隙間に起因する回折光が投射レンズに入射して、内部の開口絞りにカットされ投射像として投射することはない。また、さらに大きい回折角の回折光とすることができれば投射レンズ自体に入射することさえも防止でき、良好な投射像を投射することが可能となる。

前実施例におけるクロスダイクロイックプリズム９においては使用する接着剤層の層厚ｓ１の値を小さくすることによってダイクロイック膜の中心部における隙間Ｄの値を小さくし、当該部によって発生する回折光によるゴースト光の回折角度を大とすることにより、投射レンズに入射しても投射されることのない投射型表示装置とすることにした。本実施例においては、前記隙間Ｄの値を小さくするのに、空間を形成するダイクロイック膜に空間の前後で段差を形成することにより本発明を構成することとするものである。

図４に本発明のダイクロイックプリズム９の断面構成図を示す。図４のダイクロイックプリズム９は、プリズム９−１とプリズム９−２、プリズム９−３とプリズム９−４とからなるそれぞれの対プリズムが、層厚ｔ２のＢ光反射ダイクロイックプリズム９Ｒと層厚ｓ２の接着剤層を内部に有し、両対プリズムを層厚ｔ１の連続の平面ダイクロイック膜９Ｒと層厚ｓ１の接着剤層を挟んで構成され、プリズム９−１と９−２からなる対プリズム中のダイクロイック膜９Ｂと、プリズム９−３と９−４からなる対プリズム中のダイクロイック膜９Ｂとは、段差Ｚを有して配置されている。

前記図４に示す構成のクロスダイクロイックプリズム９の中央部の拡大構成を図５に示す。前述の定義によるダイクロイック膜９Ｂの略中央部における前実施例と同じ定義による隙間Ｄの値は次式（９）にて求められる。

Ｄ＝（ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｚ）／√２・・・・・（９）
（９）式を変型すると次式となる。
Ｚ＝ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｄ√２・・・・・（１０）
上式（９）によるＤは（５）式を満足しなくてならないことは言うまでもない。

但し、本実施形態においては、前述のダイクロイック膜９Ｂの段差の量Ｚが大の場合投射画像において当該膜によって反射するＢ光に起因する二重像が発生してしまう。実施例では、段差を形成したダイクロイック膜９ＢはＢ（青）光反射特性を有しているので、当該膜に反射されるＢ光用ライトバルブ１０７Ｂから射出される検光光はその段差Ｚによって、投射像にずれ像を形成する。そのずれ量を、ライトバルブ１０７Ｂ上における二重像のずれ量として換算すると、図６の説明図からＺ√２となる。このずれ量がライトバルブの画素ピッチＰよりも大であれば投射像にて一画素より大のＢ光の二重像が投射されることになり投射像として問題を有する。即ち、前記Ｚ√２の値はライトバルブ上の画素ピッチをＰとするとＰよりも小である必要がある。即ち次式（１１）を満たす必要がある。

Ｚ√２＜Ｐ・・・・・（１１）
前記Ｚ√２の値がライトバルブ上の画素ピッチＰの１／２よりも小であれば、さらに良好な画像を投射することができる。すなわち、次式を満足すればよい。

Ｚ√２＜１／２Ｐ・・・・・（１２）
以上の条件を満足するクロスダイクロイックプリズム９を投射型表示装置にて色合成光学系に使用すれば、当該クロスダイクロイックプリズムの中央部のダイクロイックプリズム９Ｂの隙間に起因する回折光が投射レンズに入射しても、内部の開口絞りにカットされ投射像として投射することはない。また、さらに大きい回折角の回折光とすることができれば投射レンズ自体に入射することさえ防止でき、良好な投射像を投射することが可能となる。

本実施例のクロスダイクロイックプリズム９の断面構成を図７に示す。前述の実施例１、２におけるクロスダイクロイックプリズムにおいては、図２、図４に示すように中央部において間隔を有するＢ光反射ダイクロイック膜９Ｂは、プリズム９−１とプリズム９−３の側面にそれぞれ形成した構成となっている。これに対して、本実施例におけるＢ光反射ダイクロイック膜９Ｂはプリズム９−１とプリズム９−４の直角の頂角を挟む一側面にそれぞれ層厚ｔ２を有して形成する構成とし、プリズム９−１とプリズム９−２とを、またプリズム９−３とプリズム９−４とをそれぞれ接着剤にて接着して２つの対プリズムとし、プリズム９−１とプリズム９−２との対プリズムに層厚ｔ１のＲ光反射ダイクロイック膜９Ｒを形成し、２つの対プリズム同士を層厚ｓ１の接着剤にて、プリズム９−１とプリズム９−３との、プリズム９−２とプリズム９−４とのそれぞれの直角の頂角を挟む一側面同士が相対するように、且つプリズム９−２とプリズム９−４の側面が略平面となるように接着してクロスダイクロイックプリズム９を形成する。その断面構造の中心部の拡大構成図を図８に示す。

本実施例のクロスダイクロイックプリズム９の構成においては、ダイクロイック膜９Ｂに中央部に、段差Ｚが接着剤層厚ｓ２に起因して形成される。
図８の構成図から、ダイクロイック膜９Ｂの中心部の隙間Ｄは上記と同じく（９）式にて求められる。

本構造においては段差Ｄはダイクロイック膜９Ｂと隣接する層厚ｓ２の接着剤層と略同じ厚さになるので上記Ｄの量はｔ１−ｔ２の値と、接着剤層の厚みの差ｓ１−ｓ２の値によって決定される。この両者の差を有効に用いれば前記Ｄの値を実質的にゼロまたは負の値にすることが可能である。しかし、この場合にも、段差Ｚによる二重像の問題を解決することが必要である。この段差量Ｚは前述の様に接着剤層厚ｓ２と略一致するのであり、これによって決定される二重像の問題は前述のようであって、式（１１）または式（１２）のＺをｓ２に置き換えた式を満たす必要がある。つまり、接着剤層ｓ２√２をライトバルブ上の画素ピッチＰまたはピッチの１／２の大きさよりも薄くする必要がある。また、式（９）から、ダイクロイック膜厚ｔ１とｔ２が略等しい場合には、ｓ２の量をｓ１と量と等しくするか、大とすればＤをゼロまたはそれ以下にすることが可能である。

以上を満足するクロスダイクロイックプリズム９を投射型表示装置にて色合成光学系に使用すれば、当該クロスダイクロイックプリズムの中央部のダイクロイックプリズム９Ｂの隙間に起因する回折光が投射レンズに入射して、内部の開口絞りにカットされ投射像として投射することはない。また、さらに大きい回折角の回折光とすることができれば投射レンズ自体に入射することさえ防止でき、良好な投射像を投射することが可能となる。

図９に本実施例のクロスダイクロイックプリズム９の断面構成図を示す。本実施例のクロスダイクロイックプリズム９は前実施例と同様であるが、２つの対プリズムをプリズム９−２とプリズム９−４の側面に段差を有して構成される。その断面構造の中心部の拡大構成図を図１０に示す。

図１０の構成図から、ダイクロイック膜９Ｂの中心部の間隔Ｄは上式と同様に（９）式にて求められる。
本実施例においても、中央に隙間を有するダイクロイック膜の中央に隙間を介して段差を生じさせるので、図１０にて記載のダイクロイック膜９Ｂの段差Ｄを二重像が投射されないよう、（１１）式または（１２）式を満たすように設定する必要がある。

以上を満足するクロスダイクロイックプリズム９を投射型表示装置にて色合成光学系に使用すれば、当該クロスダイクロイックプリズムの中央部のダイクロイックプリズム９Ｂの隙間に起因する回折光が投射レンズに入射して、内部の開口絞りにカットされ投射像として投射することはない。また、さらに大きい回折角の回折光とすることができれば投射レンズ自体に入射することさえ防止でき、良好な投射像を投射することが可能となる。

以上説明実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムにおいては略中央部において隙間Ｄを有するダイクロイック膜はＢ光反射ダイクロイック膜であるが、この構造を有するダイクロイック膜に限定はなく、他色光の例えばＲ光反射ダイクロイック膜を中央部にて隙間を有する構成に、他色光反射例えばＢ光反射ダイクロイック膜を連続平面膜にて形成する構成とした場合にも、本願発明を適用できることは言うまでもない。

さらに、クロスダイクロイックプリズムの構造として、互いに直交する両ダイクロイック膜である例えばＲ光反射ダイクロイック膜とＢ光反射ダイクロイック膜とを両膜とも中央部にて隙間を有する構成とする場合にも両膜の構成する隙間に関してもそれぞれ上述の隙間Ｄの満たす条件を形成する必要があることはいうまでもない。
上記説明の投射型表示装置において使用するライトバルブは反射型ライトバルブであったが、本発明に係るクロスダイクロイックプリズムを色合成光学系に使用する投射型表示装置はこれに限定されず、色分解光学系によってＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解して各色光毎に配置された透過型ライトバルブにそれぞれ入射、射出された変調光を色合成して投射レンズにて投射する投射型表示装置の色合成光学系に本発明を適用しても同様の効果を奏する投射型表示装置を提供することが可能となる。

本発明のクロスダイクロイックプリズムを色合成に使用すれば、当該クロスダイクロイックプリズムを透過する色光による回折光からなるゴースト光を投射することが無くなり良好な投射像を投射する投射型表示装置を提供することができるため、産業上の利用性は大である。

本発明の投射型表示装置の基本平面構成図 第１実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの断面構成図。 第１実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの中央部の拡大構成図。 第２実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの断面構成図。 第２実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの中央部の拡大構成図。 第２実施例のクロスダイクロイックプリズムの段差を有するダイクロイック膜の段差による二重像発生の説明図。 第３実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの断面構成図。 第３実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの中央部の拡大構成図。 第４実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの断面構成図。 第３実施例における本発明のクロスダイクロイックプリズムの中央部の拡大構成図。 従来例の投射型表示装置の基本平面構成図 従来例のクロスダイクロイックプリズムの断面構成図。 従来例のクロスダイクロイックプリズムにて発生するゴースト像の原因となる回折光発生説明図。 従来例のクロスダイクロイックプリズムにて発生するゴースト像の投射の説明図。 従来例のクロスダイクロイックプリズムにて発生するゴースト像の投射の説明図。

符号の説明

９ クロスダイクロイックプリズム
９Ｂ Ｂ光反射ダイクロイック膜
９Ｒ Ｂ光反射ダイクロイック膜
９−１、９−２、９−３、９−４ 二等辺直角三角柱プリズム
１０１ 光源
１０２ クロスダイクロイックミラー
１０３、１０４ 偏向ミラー
１０５ ダイクロイックミラー
１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂ 偏光ビームスプリッタ
１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂ 反射型ライトバルブ
１１０ 投射レンズ

Claims (8)

1. 光源光からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解して、前記各色光毎に配置するライトバルブに入射し、該ライトバルブを射出した各色光を入射し、色合成して投射レンズ側に射出するクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムは、内部に前記第１色光を反射、第２色光と第３色光を透過する第１ダイクロイック膜と、前記第３色光を反射、第１色光と第２色光を透過する第２ダイクロイック膜とが互いに交差するように配置されるとともに、前記第２ダイクロイック膜は、該第１ダイクロイック膜と前記第２ダイクロイック膜との交差線上に隙間を有し、
   当該クロスダイクロイックプリズムに入射した前記第２色光が前記隙間にて回折されて発生する回折光が、前記投射レンズの有する開口絞りにてカットされて投射されないか、又は、投射レンズ自体に入射されないことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
2. 請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムは、内部に前記第１色光を反射、第２色光と第３色光を透過する第１ダイクロイック膜と、前記第３色光を反射、第１色光と第２色光を透過する第２ダイクロイック膜とが互いに交差するように配置されるとともに、前記第２ダイクロイック膜は、該第１ダイクロイック膜と前記第２ダイクロイック膜との交差線上に隙間を有し、
   前記交差線上の隙間の両側に配置された前記第２ダイクロイック膜の両先端にそれぞれ接し、前記第２色光の光軸に平行な２つの平面が形成する間隔をＤとし、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側の開き角をφとしたとき、当該Ｄが
   （λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
   を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
3. 請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第３プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第３プリズムのダイクロイック膜形成側面と第４プリズムの頂角を挟む一側面とをそれぞれ接着層２を用いて接着して２つの対プリズムを形成し、前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１ダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜面と、前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを、両対プリズム中の両第２ダイクロイック膜が同一平面を構成する様に接着層３を用いて接着して構成されたダイクロイックプリズムであって、
   前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１としたとき、Ｄ＝（ｓ１＋ｔ１−ｔ２）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側の開き角をφとしたとき、
   （λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
   を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
4. 請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第３プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第３プリズムのダイクロイック膜形成側面と第４プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層２を用いて接着して２つの対プリズムを形成し、
   前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１ダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜面と前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを両対プリズム中の両第２ダイクロイック膜に段差を有するように接着層３を用いて接着して構成されたクロスダイクロイックプリズムであって、
   前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１、前記段差をＺとしたとき、Ｄ＝（ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｚ）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側開き角をφとしたとき、
   （λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
   を満足し、
   さらに、前記段差Ｚは前記第２色光用のライトバルブの画素ピッチをＰとしたときにＺ√２＜１／２Ｐを満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
5. 請求項１に記載のクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   当該クロスダイクロイックプリズムは、４個の同じ直角二等辺三角形の断面形状の第１から第４の三角柱プリズムを用意し、第１プリズムと第４プリズムの直角の頂角を挟む一側面に第２ダイクロイック膜を形成し、第１プリズムのダイクロイック膜形成側面と第２プリズムの頂角を挟む一側面とを接着層１を用いて接着し、第４プリズムのダイクロイック膜形成側面と第３プリズムの頂角を挟む一側面とをそれぞれ接着層２を用いて接続して２つの対プリズムを形成し、
   前記第１プリズムと第２プリズムとからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面に前記第１のダイクロイック膜を形成し、前記第１ダイクロイック膜と前記第３プリズムと第４プリズムからなる対プリズムの直角頂角と相対する斜面とを、前記第1プリズムと前記第３プリズムとが、また前記第２プリズムと前記第４プリズムとが相対するように接着剤層３を用いて接着して構成されたことを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
6. 請求項５に記載の投射型表示装置に使用するクロスダイクロイックプリズムにおいて、
   前記第１ダイクロイック膜の膜厚をｔ１、第２ダイクロイック膜厚をｔ２、前記接着層３の層厚をｓ１としたとき、
   前記第１プリズム側面に形成された第２ダイクロイック膜と前記第４プリズム側面に形成された第２ダイクロイック膜とは段差Ｚを有しており、
   Ｄ＝（ｔ１−ｔ２＋ｓ１−Ｚ）／√２で求められるＤは、前記第２色光の中心波長をλ、前記投射レンズの開口数ＮＡで規定される片側開き角をφとしたとき、
   （λ／Ｄ）*（（λ／Ｄ）＋２）＞sin４φ
   を満足し、さらに、前記段差Ｚは前記第２色光用のライトバルブの画素ピッチをＰとしたとき、
   Ｚ√２＜１／２Ｐ
   を満足することを特徴とするクロスダイクロイックプリズム。
7. 前記第１ダイクロイック膜の膜厚は、前記第２ダイクロイック膜の膜厚よりも小であることを特徴とする、請求項１及至請求項６に記載のクロスダイクロイックプリズム。
8. 光源光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、前記各色光毎に配置するライトバルブに入射し、射出した各色光をクロスダイクロイックプリズムにて色合成して投射レンズにて投射する構成の投射型表示装置において、前記クロスダイクロイックプリズムに請求項１乃至７いずれか１項に記載のクロスダイクロイックプリズムを用いたことを特徴とする投射型表示装置。