JP2006251556A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に複数の発光素子を用い、色合成手段としてクロスダイクロイックミラーを有する投写型表示装置において、色合成手段の構造による合わせ面の影響が画像に現れないで高品位な画質が得られる、高輝度でコンパクトな投写型表示装置を提供する。
【解決手段】それぞれの光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂに搭載されている２個の発光素子からクロスダイクロイックミラー３０に入射する各々の光軸２１Ｒ、２２Ｒ、２１Ｇ、２２Ｇ、２１Ｂ、２２Ｂが、クロスダイクロイックミラー３０の第１と第２のダイクロイックミラーのなす角の二等分面に関して略対称な配置となるようにそれぞれの発光素子が配置されているので、光変調素子５０に照射される光路内にクロスダイクロイックミラー３０の接合面が存在せず、どの発光素子からの光束も遮蔽されることなく光変調素子５０に到達できる。
【選択図】図１

Description

本発明は投写型表示装置に関し、特にクロスダイクロイックミラーを有する投写型表示装置に関する。

映像や画像を大画面に表示できる表示装置として投写型表示装置が知られている。投写型表示装置は、光源からの白色光をダイクロイックミラーなどの色分離手段によって赤色光、緑色光、青色光に分離し、分離した単色光をそれぞれ液晶表示デバイスやＤＭＤ（格子状反射型画像形成素子、デジタル・マイクロミラー・デバイス）などの光変調素子にて変調し、クロスダイクロイックプリズムなどの色合成手段によって色合成を行ってカラー映像を作り、その映像を投写レンズなどの投写光学系を用いてスクリーン等に拡大表示を行う装置である。光源としては高圧水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電ランプのほか、近年においてはＬＥＤや半導体レーザーなどの半導体発光素子を光源として利用する提案も行なわれている。これらの半導体発光素子は放電ランプと比べて、熱線や紫外線の成分を含まずに赤色、緑色、青色などの単色の発光が可能である、点灯制御が簡単である、応答速度が速い、破裂をしない、長寿命であるといった利点がある。

半導体発光素子を使用した投写型表示装置は、従来の放電ランプを使用した場合と比較して上述のような利点を有しているとともに小型化が可能なので、装置の小型化に対してもその利用が期待されている。多数の発光素子による光源を用いてコンパクトな光学系を構成できれば、高輝度で小型な投写型表示装置が実現できる。

特許文献１には、赤、緑、青の単色光の発光素子を用いて、色合成手段にクロスダイクロイックプリズムを使用した例が開示されている。図５は従来例のクロスダイクロイックプリズムの構造を説明するための模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はクロスダイクロイックプリズムを構成する３角プリズムを離した状態を示す模式図である。クロスダイクロイックプリズム８０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように４個の直角二等辺三角形型の３角プリズムの直角面を合わせて略立方体を形成したプリズムである。

図５（ａ）のクロスダイクロイックプリズム８０は、青反射面８２、赤反射面８３を有し、赤色光８１Ｒ、緑色光８１Ｇ、青色光８１Ｂが図示の方向から入射する。図５（ｂ）のクロスダイクロイックプリズム１０を分解した構成図に示されるように、クロスダイクロイックプリズム８０は、赤色光８１Ｒを反射する赤反射面８３、青色光８１Ｂを反射する青反射面８２が入射光の光軸に対し４５°で交差する構成となっている。青反射面８２、赤反射面８３には誘電体多層膜によるダイクロイック膜がコーティングされている。

図５（ａ）に示すように、クロスダイクロイックプリズム８０に入射した緑色光８１Ｇは青反射面８２、赤反射面８３を透過して真直ぐに出射し、入射した赤色光８１Ｒは４５°傾いた赤反射面８３で反射して９０°曲げられて出射し、同様に入射した青色光８１Ｂも４５°傾いた青反射面８２で反射して９０°曲げられて出射することにより、色合成された白色光が出射面から得られる。

クロスダイクロイックプリズムは、特許文献１に記述されているように赤反射面、青反射面におけるＳ偏光、Ｐ偏光の反射特性が異なる。そのため、特許文献１の例では、光変調素子からの出射光を、色によってＳ偏光、あるいはＰ偏光に揃えることによってクロスダイクロイックプリズムの特性を生かしている。図６は一般的なクロスダイクロイックプリズムの赤反射面の反射特性を示すグラフであり、図７は一般的なクロスダイクロイックプリズムの青反射面の反射特性を示すグラフである。図６において、符号８４は赤反射面のＳ偏光の反射特性（４５°入射）、符号８５は赤反射面のＰ偏光の反射特性（４５°入射）である。また図７において、符号８６は青反射面のＳ偏光の反射特性（４５°入射）、符号８７は青反射面のＰ偏光の反射特性（４５°入射）である。図６に示すように、赤反射面のＳ偏光の反射特性８４の反射率は、赤色の波長域（約５８０ｎｍから約７００ｎｍ）において９５％以上の反射率であるが、Ｐ偏光の反射特性８５の反射率については低い値となっている。同様に、図７に示すように、青反射面のＳ偏光の反射特性８６の反射率は青色の波長域（約４００ｎｍ〜約４９０ｎｍ）は９５％以上の反射率であるが、Ｐ偏光の反射特性８７の反射率については低い値となっている。また、ここでは説明を省略するが、クロスダイクロイックプリズムの赤反射面、青反射面を透過する緑色光の波長域（約５００ｎｍ〜約５７５ｎｍ）についても、偏光方向により透過率が異なり、Ｓ偏光の透過率が低い値となってしまうのが通例である。一般に、ダイクロイック膜の特性は、光の入射面の角度に依存するため、クロスダイクロイックプリズムの４５°入射面では、Ｓ偏光、Ｐ偏光の分光特性を揃えることが困難であるので、透過または反射時にどちらか一方の偏光光を大きく損失してしまうといった問題を有している。また、光源として非偏光光を用いてクロスダイクロイックプリズムに入射した場合においても、どちらか一方の直線偏光光の分、光量を損失してしまうといった問題を有している。

特許文献２には、発光素子を用いた投写型表示装置の例が開示されており、この例では赤色光、緑色光、青色光の単色光の色合成手段にクロスダイクロイックプリズムを用いているが、ここでも発光素子にＬＥＤを使用した場合、ＬＥＤは非偏光光を発するので、前述したように４５°入射におけるダイクロイック膜の偏光方向による特性により光を損失してしまうといった問題がある。具体的には、赤色光と青色光がクロスダイクロイックプリズムに入射した場合には、Ｓ偏光光は良好に反射するが、Ｐ偏光光については、図６、図７に示すように反射率が低いので、良好に反射せず、損失光となり結果明るい画像を得ることができない。また、緑色光がクロスダイクロイックプリズムに入射した場合においても、前述したようにＰ偏光光については良好に透過するが、Ｓ偏光光については、良好に透過せずに光を損失してしまうといった問題を有している。

特許文献３には色合成手段にクロスダイクロイックミラーを使用した投写型表示装置が開示されている。色合成手段にクロスダイクロイックミラーを使用した場合には、クロスダイクロイックプリズムを使用した場合の上述の問題を低減することが可能である。ダイクロイックミラーは、一般的に白板ガラスなどのガラスの板に、ダイクロイック膜をコーティングしたものである。ダイクロイック膜は、誘電体多層膜によるコーティングがなされており、それぞれ固有の屈折率を持ったフッ化マグネシウムや酸化チタン等の薄膜材料を、数層から数十層重ねることによって、所望の分光特性を実現する。ミラー上に形成したダイクロイック膜と、プリズム内に形成したダイクロイック膜とでは入射角による直線偏光光の透過または反射の分光特性が異なり、一般に、プリズム内に膜形成をした方がＳ偏光とＰ偏光の特性の差が大きく、波長差が開いてしまうことが知られている。従って、特許文献３の例にもあるように、ダイクロイックミラーを用いた方が、Ｓ偏光とＰ偏光の分光特性の差をより近づけることが可能であるため、クロスダイクロイックプリズムと比較して有利である。

図８は従来例のクロスダイクロイックミラーの説明図であり、（ａ）は、クロスダイクロイックミラーの斜視図、（ｂ）はクロスダイクロイックミラーの第１の構成例、（ｃ）はクロスダイクロイックミラーの第２の構成例である。第１の構成例ではクロスダイクロイックミラー９０は、それぞれがスリット９３を有する第１のダイクロイックミラー９１および第２のダイクロイックミラー９２から構成され、第２の構成例ではクロスダイクロイックミラー９０は、第１のダイクロイックミラー９４、第２のダイクロイックミラー９５、および第３のダイクロイックミラー９６から構成される。図８（ｂ）に示すように、クロスダイクロイックミラー９０の第１の構成例では、第１のダイクロイックミラー９１と第２のダイクロイックミラー９２とのスリット９３を組み合わせて、第１のダイクロイックミラー９４と第２のダイクロイックミラー９５とがＸ字型になるように組み合わせて構成される。また、図８（ｃ）に示すように、クロスダイクロイックミラー９０の第２の構成例では、第１のダイクロイックミラー９４の中央部両側面に第２のダイクロイックミラー９５と第３のダイクロイックミラー９６との端面をＸ字型になるように接合して構成される。

しかし、クロスダイクロイックミラーを用いた場合においても、発光素子を光源とした投写型表示装置において、ダイクロイックミラー同士の貼り合わせ部による照射ムラが出てしまうといった問題がある。

図９は従来のクロスダイクロイックミラーを用いた投写型表示装置とクロスダイクロイックミラーの模式図であり、（ａ）は投写型表示装置の平面図、（ｂ）はクロスダイクロイックミラーの拡大斜視図である。図９（ａ）において、投写型表示装置１０１は赤色光、緑色光、青色光の単色光を発する発光素子を用いた赤色光源１１１Ｒ、緑色光源１１１Ｇ、青色光源１１１Ｂ、レンズ１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ、クロスダイクロイックミラー１３０、リレーレンズ１４１、コンデンサレンズ１４３、光変調素子１５０、投写光学系１５５を有する。クロスダイクロイックミラー１３０は図９（ａ）、（ｂ）に示すようにクロスダイクロイックミラー貼り合わせ部１３１、第１の赤反射面１３７、第２の赤反射面１３８、青反射面１３９を有する。本例は単一の光変調素子による構成なので、光変調素子１５０には液晶表示デバイスを用いる。

緑色光源１１１Ｇの出射光は、レンズ１１５Ｇ、クロスダイクロイックミラー１３０、リレーレンズ１４１、コンデンサレンズ１４３を順に通過し、光変調素子１５０を照射する。赤色光源１１１Ｒの出射光は、レンズ１１５Ｒを通って、第１の赤反射面１３７と第２の赤反射面１３８とで反射し、リレーレンズ１４１、コンデンサレンズ１４３、を順に通って光変調素子１５０を照射する。同様に、青色光源１１１Ｂの出射光は、レンズ１１５Ｂを通って、青反射面１３９で反射し、リレーレンズ１４１、コンデンサレンズ１４３、を順に通って光変調素子１５０を照射する。光変調素子１５０によって変調された赤色光、緑色光、青色光は順次点灯による人の目の残像を利用した時分割方式によって合成され、投写光学系１５５によって図示していないスクリーンなどへ投影される。

このとき、緑色光に関しては、緑色光源１１１Ｇが照射したレンズ１１５Ｇ付近の２次光源像をリレーレンズ１４１にて光変調素子１５０に照射するが、緑色光源１１１Ｇの光軸がクロスダイクロイックミラー１３０の貼り合わせ部１３１を通過するため、貼り合わせ部１３１による遮蔽や影の影響により、光変調素子１５０が均一に照明されないといった問題を有している。また、赤色光に関しては、赤色光源１１１Ｒが照射したレンズ１１５Ｒ付近の２次光源像をリレーレンズ１４１にて光変調素子１５０に照射するが、赤色光を反射する第１の赤反射面１３７、第２の赤反射面１３８は青色光を反射するダイクロイックミラーの厚さ分だけ分離しており、赤色光源１１１Ｒの光軸がクロスダイクロイックミラー４０の貼り合わせ部を通過するため、反射面が途切れて分離している影響により光変調素子１５０が均一に照明されないといった問題を有している。さらには、緑色光、赤色光によって光変調素子１５０が均一に照明されないため、赤色光、緑色光、青色光が足しあわされた時に均一な色にならずに色ムラとなり、所望の画像を得られないといった問題を有している。

この例では、クロスダイクロイックミラー１３０は図８（ｃ）に示した第２の構成例の構成であるが、図８（ｂ）に示す第１の構成例でも同様の問題を有しており、また、図８（ｃ）における第２の構成例にて、赤反射面を分割せずに青反射面を分割した場合においても、青色光のダイクロイックミラーの貼り合わせ部の影響により光変調素子１５０は不均一な照明となるので色ムラとなり、所望の画像を得られないといった問題を有している。
特開２００２−３２８３３７号公報 特開２００１−２４９４００号公報 特開平９−１６６７０９号公報

第１の課題は、上述の投写画像の照射ムラを低減することである。発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザーなどの半導体発光素子を用い、単一の光変調素子を用いた投写型表示装置では、光源が単色光であるため、赤色光、緑色光、青色光の光源を用いて色合成を行ない、それらを時分割で点灯制御することでフルカラー画像を得る。このような光学系においては、装置全体をコンパクトにしようとしたときに色合成手段としてダイクロイックミラーをＸ字型に配置したクロスダイクロイックミラーを用いるのが最もコンパクトにできる構成である。しかしながら、Ｘ字型にダイクロイックミラーが交差する箇所における合わせ面のガラスの厚みの影響によって光源からの照明光が光変調素子を不均一に照明するので、スクリーンなどに投影されたときに照射ムラとなって高品位な画像が得られないという課題があった。

第２の課題は、投写画像の色ムラを低減することである。上述の色合成手段にクロスダイクロイックミラーを有する光学系において、Ｘ字型に配置したクロスダイクロイックミラーの構造として、複数のダイクロイックミラーを貼り合わせているため、クロスダイクロイックミラーが反射する光の色によってダイクロイックミラーのダイクロイック膜の継ぎ目が光変調素子上に像となって現れてしまうので、赤色光、緑色光、青色光の３色を合成した投写画像に色ムラとなって現れてしまうといった問題を有している。

本発明の目的は、光源に複数の発光素子を用い、色合成手段としてクロスダイクロイックミラーを有する投写型表示装置において、色合成手段の構造による合わせ面の影響が画像に現れないで高品位な画質が得られる、高輝度でコンパクトな投写型表示装置を提供することにある。

本発明の投写型表示装置は、
それぞれが複数の発光素子を有しスペクトルが異なる色光を発する３個の光源と、第１の色光を反射して第２および第３の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと第２の色光を反射して第１および第３の色光を透過する第２のダイクロイックミラーとが互いに中央部近傍で略直角に交差するように配置されて、光源の色光を合成する色合成手段と、色合成手段によって合成された光を変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投影する投写光学系と、を有する投写型表示装置であって、第１の色光を発する光源と第２の色光を発する光源とが、ダイクロイックミラーの交差位置を挟んで配置され、第１の色光および第２の色光の反射方向とは反対の方向に第３の色光を発する光源が配置され、それぞれの光源に搭載されている複数の発光素子が第１と第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面に関して略対称に配置されていることを特徴とする。

また、それぞれが複数の発光素子を有しスペクトルが異なる色光を発する３個の光源と、第１の色光を反射して第２および第３の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと第２の色光を反射して第１および第３の色光を透過する第２のダイクロイックミラーとが互いに中央部近傍で略直角に交差するように配置されて、光源の色光を合成する色合成手段と、色合成手段によって合成された光を変調する光変調素子と、光変調素子によって変調された光を投影する投写光学系と、を有する投写型表示装置であって、第１の色光を発する光源と第２の色光を発する光源とが、第１と第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面上の、色合成手段を挟んで対向する位置に、第１のダイクロイックミラーによる第１の色光の反射光および第２のダイクロイックミラーによる第２の色光の反射光が光変調素子に入射するよう配置され、第１の色光および第２の色光の反射方向とは反対の方向の第１と第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面上に第３の色光を発する光源が配置され、それぞれの光源に搭載されている複数の発光素子が、第１と第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面に関して略対称に配置されていることを特徴とする。

それぞれの光源に搭載されている複数の発光素子は偶数個で構成されていてもよく、第１の色光が赤色光であり、第２の色光が青色光であり、第３の色光が緑色光であってもよく、色合成手段がクロスダイクロイックミラーであってもよい。

クロスダイクロイックミラーは、第１のダイクロイックミラーと、第２のダイクロイックミラーとが、それぞれの中央部に設けられたスリットにより組み合わせられて構成されていてもよく、第２のダイクロイックミラーは２つの部分からなり、クロスダイクロイックミラーは、第１のダイクロイックミラーの中央部の両側に、第２のダイクロイックミラーの２つの部分が接合されて構成されていてもよい。

色合成手段に入射する光の光軸は反射面で反射された発光素子の光軸であってもよい。

それぞれの光源に搭載されている複数の発光素子から色合成手段に入射する各々の光軸が、色合成手段の第１と第２のダイクロイック膜のなす角の略二等分面に平行でかつ左右略対称な配置となるように発光素子が配置されているので、光変調素子に照射される光路内に色合成手段の接合面が存在せず、どの発光素子からの光束も遮蔽されることなく光変調素子に到達できる。

第１の効果は、照射ムラの少ない良好な投写画像が得られることである。その理由は、発光素子からの出射光が色合成手段の継ぎ目を通らないので、貼り合わせ部による光の遮断や影がなく、単色光における光変調素子上の照度のバラつきを低減できるためである。

第２の効果は、色ムラの少ない良好な投写画像を得られることである。その理由は、第１の効果によって単色光における光変調素子上の照射ムラが低減されるため、色合成手段による合成光においても光変調素子上の色ムラが低減されるためである。

本発明による投写型表示装置の実施の形態では、光源に複数の発光素子を用い、色合成手段としてクロスダイクロイックミラーを有する投写型表示装置において、色合成手段の構造からくる合わせ面の影響が画像に現れないので高品位な画質が得られ、高輝度、コンパクトな投写型表示装置となることを特徴とする。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の緑色光についての光線の動作を示す模式的構成図である。ここでは、光源として複数の同色を呈する発光素子で構成される赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂが用いられている。本願では発光素子とは半導体発光素子のことをいい、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー等が対象となる。また、光源は赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂとして説明するが、これに限定されるものではなく合成によってカラー表示のできるスペクトルが異なる色光を発する３個の光源であればよい。

図１においては、各光源が、各々２個の発光素子で構成される例が示されているがその数は限定されるものではない。光源としては発光ダイオードや半導体レーザーなどが使用できる。光源に発光ダイオードを用いるときは樹脂や光学ガラスをレンズ形状にしたものを発光素子と一体化したものが一般的に使用される。赤色光源１１Ｒ、緑色光源１１Ｇ、青色光源１１Ｂは、緑色光源１１Ｇの光軸に対して赤色光源１１Ｒの光軸と青色光源１１Ｂの光軸とが直交するように各々の光軸が配置され、直交する位置にクロスダイクロイックミラー３０が配置される。クロスダイクロイックミラー３０は、複数のダイクロイックミラー要素からなり、第１の赤反射面３７、第２の赤反射面３８、青反射面３９を有する。第１の赤反射面３７、第２の赤反射面３８、青反射面３９には、誘電体多層膜などによるダイクロイック膜のコーティングがなされている。第１の赤反射面３７と第２の赤反射面３８とは赤色の波長域を反射させて緑色と青色の波長域を透過させ、青反射面３９は青色の波長域を反射させて緑色と赤色の波長域を透過させる特性を有している。また、符号２１Ｒ、２２Ｒは赤色光源１１Ｒに搭載されている赤色発光素子の光軸、符号２１Ｇ、２２Ｇは緑色光源１１Ｇに搭載される緑色発光素子の光軸、符号２１Ｂ、２２Ｂは青色光源１１Ｂに搭載される青色発光素子の光軸である。各光源の直後すなわち、光源とクロスダイクロイックミラー３０との間には、各々の光源に対して矩形形状の外形を有するレンズ１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂが配置されている。なお、同一基板上に発光ダイオードを実装してアレイ化したり、また矩形レンズをフライアイレンズ状に一体型にしたりすることも可能である。

クロスダイクロイックミラー３０の直後にはリレーレンズ４１と重畳レンズ４２が配置されている。リレーレンズ４１は光源を構成する発光素子の数に対応している。図１においては各色の光源がそれぞれ２個の発光素子から構成されており、それらはクロスダイクロイックミラー３０で光路合成されるのでリレーレンズ４１は２個である。重畳レンズ４２は1個で構成されている。ここで、リレーレンズ４１および重畳レンズ４２はその外形は必ずしも矩形である必要はない。重畳レンズ４２の直後にはコンデンサレンズ４３が配置されている。そしてコンデンサレンズ４３の後に単一の光変調素子５０が設けられている。光変調素子５０としては、高速応答が可能な液晶パネルやＤＭＤ（格子状反射型画像形成素子）が利用できる。光変調素子５０の直後には、光変調素子５０において変調された画像を図示していないスクリーン等へ投影する投写光学系５５が配置されている。

ここで、本発明の構成上重要なのは、図１のようにクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１（紙面に垂直な縦線状の領域）を中心として２個の光源が対称に配置されていることである。すなわち、各々の光源の光軸（赤色は２１Ｒと２２Ｒ、緑色は２１Ｇと２２Ｇ、青色は２１Ｂと２２Ｂ）の略中間の位置にクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１がくるように構成されている点である。当然のこととして、矩形形状の外形を有するレンズ（１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ）とリレーレンズ４１もクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部を中心として対称となるように配置される。

図２は図１の投写型表示装置の緑色光における光変調素子を照明する光についての模式図である。図２においては、発光素子の光軸２１Ｇ、２２Ｇと、矩形のレンズ１５Ｇ近傍に作られる緑２次光源像２６Ｇと、クロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１と、緑２次光源像２６Ｇが結像された緑光源像２７Ｇとが示されている。図２においては、図１と同じ機能を有する物については同じ符号を用いて説明を省略する。

図３は、図１と同じ本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の赤色光についての赤色光線の動作を示す模式的構成図である。図３においては、図１が緑色光についての緑色光線２５Ｇの動作を示しているのに対して、赤色光についての赤色光線２５Ｒの動作を示している。図３においては、図１と同じ機能を有する物については同じ符号を用いて説明を省略する。

次に、本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の動作について、図面を参照して説明する。図１の第１の実施の形態において、まず、緑色光源１１Ｇから発せられた光軸２１Ｇを有する緑色光は、その光軸２１Ｇに対応したレンズ１５Ｇを照射する。そして、照射されたレンズ１５Ｇの近傍に形成された緑２次光源像２６Ｇは、クロスダイクロイックミラー３０を通過してそのレンズ１５Ｇに対応したリレーレンズ４１、重畳レンズ４２およびコンデンサレンズ４３を経由して光変調素子５０を照明する。一方、緑色光源１１Ｇから発せられた光軸２２Ｇを有する緑色光は、その光軸に対応したレンズ１５Ｇを照射する。照射されたレンズ１５Ｇの近傍に形成された緑２次光源像２６Ｇは、クロスダイクロイックミラー３０を通過してそのレンズ１５Ｇに対応したリレーレンズ４１、重畳レンズ４２およびコンデンサレンズ４３を経由して光変調素子５０を照明する。重畳レンズ４２は各リレーレンズ４１から出射した光線を光変調素子５０上に集光させる機能を有するので、光軸２１Ｇと光軸２２Ｇから発せられたレンズ１５の近傍の各々の緑２次光源像２６Ｇは光変調素子５０上に重ね合わされるように結像し、投写光学系５５にて図示していないスクリーン等へ投影される。図２では、前述した光軸２１Ｇと２２Ｇから発せられた各々のレンズ１５Ｇの２次光源像２６Ｇが光変調素子５０に照射される概念を示している。図２において、発光素子の光軸２１Ｇから発せられたレンズ１５近傍に作られる緑２次光源像２６Ｇは、クロスダイクロイックミラー３０の青反射面３９と第１の赤反射面３７を通過して、リレーレンズ４１、重畳レンズ４２およびコンデンサレンズ４３によって光変調素子５０上に緑光源像２７Ｇとして結像する。一方、発光素子の光軸２２Ｇから発せられてレンズ１５近傍に作られる緑２次光源像２６Ｇも同様にクロスダイクロイックミラー３０の第２の赤反射面３８と青反射面３９を通過して、リレーレンズ４１、重畳レンズ４２およびコンデンサレンズ４３によって光変調素子５０上に緑光源像２７Ｇとして結像する。この時、光軸２１Ｇと光軸２２Ｇの略中間の位置の延長線上にクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１が配置されているため、それぞれの発光素子からの光線は、クロスダイクロイックミラーの貼り合わせ部３１による影や像の影響を受けずに良好に光変調素子５０を照明することができる。

図３は、図１における第１の実施の形態の構成の赤色光の動作を示している。赤色光源１１Ｒから発せられた光軸２１Ｒを有する赤色光は、光軸２１Ｒに対応したレンズ１５Ｒを照射する。照射されたレンズ１５Ｒ近傍の２次光源像は、クロスダイクロイックミラー３０を構成しているダイクロイックミラーの４５°傾いた第２の赤反射面３８で反射されて９０°曲げられ、青反射面３９を通過してリレーレンズ４１へ入射する。リレーレンズ４１の直後には、重畳レンズ４２が配置されているので、リレーレンズ４１を通過したレンズ１５Ｒの２次光源像は、重畳レンズ４２とコンデンサレンズ４３によって光変調素子５０上を照明する。一方、赤色光源１１Ｒから発せられた光軸２２Ｒを有する赤色光は、光軸２２Ｒに対応したレンズ１５Ｒを照射する。光軸２１Ｒからの光と同様に、レンズ１５Ｒ近傍の２次光源像は、クロスダイクロイックミラー３０を構成している青反射面３９を透過して、第１の赤反射面３７で反射されて９０°曲げられ、リレーレンズ４１へ入射する。リレーレンズ４１直後には、重畳レンズ４２が配置されているので、リレーレンズ４１を通過したレンズ１５Ｒの２次光源像は、重畳レンズ４２とコンデンサレンズ４３によって光変調素子５０上を照明する。

この時、本第１の実施の形態のクロスダイクロイックミラー３０は、図８（ｃ）に示される第２の構成であり、図８（ｃ）における第２のダイクロイックミラー９５と第３のダイクロイックミラー９６のように別部品となっていても、発光素子の光軸２１Ｒと光軸２２Ｒの略中間の位置の延長線上に貼り合わせ部３１が配置されているので、赤色光線２５Ｒは、第１の赤反射面３７と第２の赤反射面３８が分離して途切れている影響を受けずに均一に光変調素子５０を照明している。

先に説明したように、緑色光においてもレンズ１５Ｇの２次光源像を光変調素子５０に均一に照明することが可能となるので、単色光による照射ムラが低減され、良好な投写画像を得ることが可能である。

また、赤色光においても、レンズ１５Ｒの２次光源像を光変調素子５０に均一に照明し、クロスダイクロイックミラー３０の反射面の構成による照射ムラが低減されるので、特定の色による照射ムラが低減され、３色を合成したフルカラー表示の場合における色ムラが低減されて良好な投写画像を得ることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態では、クロスダイクロイックミラーに図８（ｃ）の構成を用いているが、図８（ｂ）に示すような構成となっていても、光源の各々の光軸２１Ｇ、２２Ｇ、光軸２１Ｂ、２２Ｂ、光軸２１Ｒ、２２Ｒの略中間の位置の延長線上にクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１がくるように配置されているので、赤色光、緑色光、青色光は貼り合わせ部３１の影響を受けずに均一に光変調素子５０を照明し、照射ムラや色ムラのない良好な投写画像を得ることが可能である。

また、本発明の第１の実施の形態では、クロスダイクロイックミラー３０において第１の赤反射面３７、第２の赤反射面３８と、赤反射についてのみ別体となったクロスダイクロイックミラー３０を用いたが、図８（ｃ）に示される第２のダイクロイックミラー９５と第３のダイクロイックミラー９６を一体として、逆に第１のダイクロイックミラー９４を図８（ｃ）の９５、９６のように別体として第１の青反射面、第２の青反射面とした場合においても、図３にて青色光における各々の発光素子の光軸２１Ｂと２２Ｂの略中間の位置の延長線上にクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１が配置されているため、クロスダイクロイックミラー３０の青反射面が分離していても、青色光は光変調素子５０を均一に照明することが可能であるので、３色を合成したフルカラー表示における色ムラが低減され、良好な投写画像を得ることが可能である。

また、光源を構成する発光素子の個数は、偶数個であることが望ましい。それは、クロスダイクロイックミラーの貼り合わせ部の線に対して対称となるように各発光素子の光軸を配置することによって、光変調素子上に各発光素子からの光が重畳された場合に、より均一な照明光となり、より良好な投写画像を得られるためである。

本発明の投写型表示装置は上述の第１の実施の形態に限定される物ではなく、種々の変形が可能である。例えば、光源部分の構成に違いがあっても、本発明を適用することができる。図４は本発明の第２の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図である。図４の光源においては、複数の発光素子からの出射光をその発光素子に対応したそれぞれの放物面において反射させて平行光を得る構成となっている。それによってクロスダイクロイックミラーの貼り合わせ部に対して各色における光源の構成が対称となるよう配置された例である。緑色光源６１Ｇの発光素子６２Ｇ、６３Ｇはそれぞれが反射面６４Ｇを有し、その反射面はそれぞれに対応した発光素子６２Ｇ、６３Ｇを焦点とする２次曲面からなる放物面となっている。同様に、赤色光源６１Ｒ、青色光源６１Ｂもそれぞれ反射面６４Ｒ、６４Ｂを有し、反射面６４Ｒ、６４Ｂはそれぞれの対応する発光素子６２Ｒ、６３Ｒ、６２Ｂ、６３Ｂを焦点とする放物面からなる。ここではそれぞれ１組の反射面を有するものとして記載されているが１対の反射面が対称となるように複数あってもよい。発光素子６２Ｇからの出射光は、反射面６４Ｇで反射して、光軸７１Ｇと一致するよう配置されており、同様に発光素子６３Ｇからの出射光は反射面６４Ｇで反射して光軸７２Ｇと、発光素子６２Ｒからの出射光は反射面６４Ｒで反射して光軸７１Ｒと、発光素子６３Ｒからの出射光は反射面６４Ｒで反射して光軸７２Ｒと、発光素子６２Ｂからの出射光は反射面６４Ｂで反射して光軸７１Ｂと、発光素子６３Ｂからの出射光は反射面６４Ｂで反射して光軸７２Ｂと一致するよう配置されている。図４においては、緑色光線２５Ｇによって緑色光の動作を示しており、第１の実施の形態と同じ機能を有しているものについては同じ符号を用いて説明を省略する。

図４のような構成においても、複数の発光素子を有する光源にて、クロスダイクイックミラーに入射する直前における互いの光軸（緑色光は７１Ｇと７２Ｇ、赤色光は７１Ｒと７２Ｒ、青色光は７１Ｂと７２Ｂ）の略中間の位置の延長線上にクロスダイクロイックミラー３０の貼り合わせ部３１がくるように配置されているので、各色の単色光における照射ムラが低減され、さらに、単色光における照射ムラが少ないので赤色光、緑色光、青色光を合成した合成光においても、色ムラのないカラー画像による、良好な投写画像を得ることが可能である。さらに、図４のような構成においては、図１のような構成に比べ、発光素子の配置の自由度が増すという利点がある。

また、本発明の第１の実施の形態と第２の実施の形態においては、光変調素子５０に液晶表示デバイスを用いており、偏光光を取り扱うので、リレーレンズ４１と重畳レンズ４２の間に偏光変換手段を挿入して光の利用効率を上げても構わない。偏光変換手段はＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を使用するのが小型化できて好ましい。

さらには、色合成手段にクロスダイクロイックプリズムではなくクロスダイクロイックミラーを用いているので、軽量化することが可能となり、小型でコンパクトな投写型表示装置の光学系として適している。

上述の実施の形態に記載したクロスダイクロイックミラーは、２種類のミラーが必ずしも厳密に直角に組み合わせられている必要はない。即ち、クロスダイクロイックミラーにおける２種類のミラーのなす角は、本発明の作用効果を奏する範囲であれば、直角から多少逸脱して配置されていても構わない。また、上述の実施の形態では、２つのダイクロイックミラーのなす角の二等分面上に光源があり、各光源に搭載されている複数の発光素子がその二等分面に関して対称に配置された例を述べた。しかし、本発明を実施するにあたって、光源は厳密に２つのダイクロイックミラーのなす角の二等分面上にある必要はなく、また、複数の発光素子は２つのダイクロイックミラーのなす角の厳密な二等分面に関して厳密に対称に配置されている必要はない。即ち、本発明の作用効果を奏する範囲であれば、光源は２つのダイクロイックミラーのなす角の二等分面上から多少逸脱して配置されていても構わない。また、本発明の作用効果を奏する範囲であれば、複数の発光素子は２つのダイクロイックミラーのなす角の厳密な二等分面に関して厳密に対称な配置から、多少逸脱しても構わない。

本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の緑色光についての光線の動作を示す模式的構成図である。 図１の投写型表示装置の緑色光における光変調素子を照明する光についての模式図である。 図１と同じ本発明の第１の実施の形態の投写型表示装置の赤色光についての赤色光線の動作を示す模式的構成図である。 本発明の第２の実施の形態の投写型表示装置の模式的構成図である。 従来例のクロスダイクロイックプリズムの構造を説明するための模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はクロスダイクロイックプリズムを構成する３角プリズムを離した状態を示す模式図である。 一般的なクロスダイクロイックプリズムの赤反射面の反射特性を示すグラフである。 一般的なクロスダイクロイックプリズムの青反射面の反射特性を示すグラフである。 従来例のクロスダイクロイックミラーの説明図であり、（ａ）は、クロスダイクロイックミラーの斜視図、（ｂ）はクロスダイクロイックミラーの第１の構成例、（ｃ）はクロスダイクロイックミラーの第２の構成例である。 従来のクロスダイクロイックミラーを用いた投写型表示装置とクロスダイクロイックミラーの模式図であり、（ａ）は投写型表示装置の平面図、（ｂ）はクロスダイクロイックミラーの拡大斜視図である。

符号の説明

１、１００ 投写型表示装置
１１Ｒ、６１Ｒ、１１１Ｒ 赤色光源
１１Ｇ、６１Ｇ、１１１Ｇ 緑色光源
１１Ｂ、６１Ｂ、１１１Ｂ 青色光源
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ、１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ レンズ
２１Ｒ、２２Ｒ 赤色発光素子の光軸
２１Ｇ、２２Ｇ 緑色発光素子の光軸
２１Ｂ、２２Ｂ 青色発光素子の光軸
２５Ｒ 赤色光線
２５Ｇ 緑色光線
２６ ２次光源像
２７ 光源像
３０、９０、１３０ クロスダイクロイックミラー
３１、１３１ 貼り合わせ部
３７、１３７ 第１の赤反射面
３８、１３８ 第２の赤反射面
３９、８２、１３９ 青反射面
４１、１４１ リレーレンズ
４２ 重畳レンズ
４３、１４３ コンデンサレンズ
５０、１５０ 光変調素子
５５、１５５ 投写光学系
６２Ｒ、６３Ｒ、６２Ｇ、６３Ｇ、６２Ｂ、６３Ｂ 発光素子
６４Ｒ、６４Ｇ、６４Ｂ 反射面
８１Ｒ 赤色光
８１Ｇ 緑色光
８１Ｂ 青色光
８３ 赤反射面
８４ 赤反射面のＳ偏光の反射特性
８５ 赤反射面のＰ偏光の反射特性
８６ 青反射面のＳ偏光の反射特性
８７ 青反射面のＰ偏光の反射特性
９１、９４ 第１のダイクロイックミラー
９２、９５ 第２のダイクロイックミラー
９３ スリット
９６ 第３のダイクロイックミラー

Claims (8)

1. それぞれが複数の発光素子を有しスペクトルが異なる色光を発する３個の光源と、
   第１の色光を反射して第２および第３の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと第２の色光を反射して第１および第３の色光を透過する第２のダイクロイックミラーとが互いに中央部近傍で略直角に交差するように配置されて、前記光源の色光を合成する色合成手段と、
   前記色合成手段によって合成された光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子によって変調された光を投影する投写光学系と、を有する投写型表示装置であって、
   前記第１の色光を発する光源と前記第２の色光を発する光源とが、前記ダイクロイックミラーの交差位置を挟んで配置され、
   前記第１の色光および前記第２の色光の反射方向とは反対の方向に前記第３の色光を発する光源が配置され、
   それぞれの前記光源に搭載されている複数の前記発光素子が前記第１と前記第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面に関して略対称に配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
2. それぞれが複数の発光素子を有しスペクトルが異なる色光を発する３個の光源と、
   第１の色光を反射して第２および第３の色光を透過する第１のダイクロイックミラーと第２の色光を反射して第１および第３の色光を透過する第２のダイクロイックミラーとが互いに中央部近傍で略直角に交差するように配置されて、前記光源の色光を合成する色合成手段と、
   前記色合成手段によって合成された光を変調する光変調素子と、
   前記光変調素子によって変調された光を投影する投写光学系と、を有する投写型表示装置であって、
   前記第１の色光を発する光源と前記第２の色光を発する光源とが、前記第１と前記第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面上の、前記色合成手段を挟んで対向する位置に、前記第１のダイクロイックミラーによる前記第１の色光の反射光および前記第２のダイクロイックミラーによる前記第２の色光の反射光が前記光変調素子に入射するよう配置され、
   前記第１の色光および前記第２の色光の反射方向とは反対の方向の前記第１と前記第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面上に前記第３の色光を発する光源が配置され、
   それぞれの前記光源に搭載されている複数の前記発光素子が、前記第１と前記第２のダイクロイックミラーのなす角の略二等分面に関して略対称に配置されていることを特徴とする投写型表示装置。
3. それぞれの前記光源に搭載されている複数の前記発光素子は偶数個で構成される、請求項１または請求項２に記載の投写型表示装置。
4. 前記第１の色光が赤色光であり、前記第２の色光が青色光であり、前記第３の色光が緑色光である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
5. 前記色合成手段がクロスダイクロイックミラーである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
6. 前記クロスダイクロイックミラーは、前記第１のダイクロイックミラーと、前記第２のダイクロイックミラーとが、それぞれの中央部に設けられたスリットにより組み合わせられて構成されている、請求項５に記載の投写型表示装置。
7. 前記第２のダイクロイックミラーは２つの部分からなり、
   前記クロスダイクロイックミラーは、前記第１のダイクロイックミラーの中央部の両側に、前記第２のダイクロイックミラーの２つの部分が接合されて構成されている、請求項５に記載の投写型表示装置。
8. 前記色合成手段に入射する光の光軸は反射面で反射された前記発光素子の光軸である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の投写型表示装置。

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