JP2006259755A - 光選択プリズム及びこれを用いた投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光選択プリズムの特性を向上させる。
【解決手段】４つの柱状プリズム（直角プリズム）２６１ないし２６４の側面によって構成される接合面には、赤色反射膜２６６Ｒと青色反射膜２６６Ｂとが略Ｘ字状に形成されている。赤色反射膜２６６Ｒは、２つの反射膜の交差位置において分割されることなく連続して形成されている。一方、青色反射膜２６６Ｂは、赤色反射膜２６６Ｒと接着剤２６７で２つに分離されている。赤色反射膜２６６Ｒが連続して形成されている面は曲面である。
【選択図】図９

Description

この発明は、光選択プリズム及びこれを用いた投写型表示装置に関する。

カラー画像を投写する投写型表示装置には、光選択プリズムとしてクロスダイクロイックプリズムが用いられていることが多い。クロスダイクロイックプリズムは、略Ｘ字状に交差する２種類のダイクロイック膜を有しており、赤、緑、青の３色の光を合成して同一の方向に射出する色光合成光学系としての機能を有する。

図１２は、投写型表示装置の要部を示す概念図である。この投写型表示装置は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６と、クロスダイクロイックプリズム４８と、投写レンズ５０とを備えている。クロスダイクロイックプリズム４８の中心には、赤色反射膜４８Ｒと青色反射膜４８Ｂが略Ｘ字状に形成されている。クロスダイクロイックプリズム４８は、３つの液晶ライトバルブ４２，４４，４６で変調された赤、緑、青の３色の光を合成して、投写レンズ５０の方向に射出する。投写レンズ５０は、合成された光を投写スクリーン５２上に結像させる。

通常のクロスダイクロイックプリズムは、同じ大きさの４つの柱状プリズムの側面同士を貼り合わせることによって作成される。赤色反射膜４８Ｒは、４つの柱状プリズムを貼り合わせたときに同一平面を構成するように、２つの柱状プリズムの所定の側面に予め形成されている。また、青色反射膜４８Ｂも、同様に、２つの柱状プリズムの所定の側面に予め形成されている。

赤色反射膜４８Ｒは、赤色光のみを分離して反射し、その他の色光を透過する。青色反射膜４８Ｂは、青色光のみ分離して反射し、その他の色光を透過する。このような特性を有する反射膜には、通常、ダイクロイック膜と呼ばれる誘電体多層膜が用いられている。これらの反射膜は、液晶ライトバルブ４２，４６からの光を９０°曲げて、投写レンズ５０へ左右均等に向ける働きをする。したがって、クロスダイクロイックプリズムに略Ｘ字状に形成された反射膜は、平面上に形成されることが好ましい。

しかし、同じ大きさの４つの柱状プリズムを貼り合わせてクロスダイクロイックプリズムを作成する場合には、赤色反射膜４８Ｒや青色反射膜４８Ｂの面がそれぞれ平坦な面になるように、精度良く貼り合わせを行うことがかなり困難である。したがって、クロスダイクロイックプリズムの中心の交差部付近では、赤色反射膜４８Ｒおよび青色反射膜４８Ｂのそれぞれにギャップや段差が発生する。このため、交差部付近を通過する光に関しては、赤色反射膜４８Ｒおよび青色反射膜４８Ｂの反射特性や透過特性が変化し、この結果、クロスダイクロイックプリズム４８の特性が劣化し、その交差部において光が散乱してしまうという問題があった。このようなクロスダイクロイックプリズムを投写型表示装置に適用した場合には、投写画像のほぼ中央に、クロスダイクロイックプリズム内での光の散乱に起因する筋が見えるという問題がある。また、投写画面の中央の画像が一部重なり、各色で画面のサイズが異なるという問題がある。

なお、クロスダイクロイックプリズムは、光を分離させるために利用することもでき、上述したクロスダイクロイックプリズムの特性劣化の問題はこのような場合にも共通する。また、光学素子としては、クロスダイクロイックプリズム以外にも、光を選択的に透過または反射するための光選択膜が略Ｘ字状に形成された他の種類の光選択プリズムが用いられる場合もある。上述した特性劣化の問題は、このような種々の光選択プリズムに共通する問題であった。

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、光選択プリズムの特性を向上させる技術を提供することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部は、本発明の光選択プリズムによって解決することができる。この光選択プリズムは、略Ｘ字状に交差する２種類の光選択膜を有する光選択プリズムであって、
互いの側面で接合された４つの柱状プリズムと、
前記４つの柱状プリズムの側面に沿って略Ｘ字状に交差するように形成された２つの光選択膜と、を備え、
前記２つの光選択膜の一方は、前記２つの光選択膜の交差位置において分割されること無く連続して形成されており、
前記光選択膜が連続して形成されている面は曲面である
ことを特徴とする。

上記構成の光選択プリズムによれば、２つの光選択膜の一方は、交差位置において分割されること無く連続して形成されているので、略Ｘ字状の交差部付近におけるこの光選択膜の特性を向上させることができる。また、曲面上に形成された光選択膜を反射した光によって形成される画像のサイズを調整することができる。これにより、光選択プリズムの特性を向上させることができる。

本発明による光選択プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズムを、投写型表示装置に適用することもできる。この投写型表示装置は、画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
照明光を射出する照明光学系と、
前記照明光を、３色の光に分離する色光分離光学系と、
前記３色の光を、与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
前記３組の光変調手段で変調された３色の光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
前記クロスダイクロイックプリズムで合成された光を投写する投写光学系と、を備え、
前記クロスダイクロイックプリズムは、
互いの側面で接合された４つの柱状プリズムと、
前記４つの柱状プリズムの側面に沿って略Ｘ字状に交差するように形成された２つのダイクロイック膜と、を備えており、
前記２つのダイクロイック膜の一方は、前記２つのダイクロイック膜の交差位置において分割されること無く連続して形成されており、
前記ダイクロイック膜が連続して形成されている面は曲面である
ことを特徴とする。

この投写型表示装置は、本発明によるクロスダイクロイックプリズムを用いて光を合成しているので、投写された画像のほぼ中央に、クロスダイクロイックプリズム内での光の散乱に起因する筋が見えるという問題を緩和することができる。また、曲面上に形成されたダイクロイック膜を反射した光によって形成される画像のサイズを調整することができる。これにより、光選択プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズムの特性を向上させることができ、投写型表示装置の光学系で発生する色収差を補正することができる。

Ａ．第１の光選択プリズム：
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、この発明の光選択プリズムの第１の実施例であるクロスダイクロイックプリズムを示す説明図である。このクロスダイクロイックプリズム２６０は、４つの直角プリズム（柱状プリズム）２６１，２６２，２６３，２６４を備えている。４つの直角プリズム２６１ないし２６４は、互いに高さが等しい直角二等辺三角柱の形状を有している。クロスダイクロイックプリズム２６０は、直角プリズムの互いに直角をなす側面（以下、「直角面」あるいは「接合面」という）で互いに接着剤２６７で接合されて構成される四角柱（直方体または立方体）である。

４つの直角プリズム２６１ないし２６４の直角面によって構成される接合面には、図１（Ｂ）に示すように、赤色反射膜２６６Ｒと青色反射膜２６６Ｂとが略Ｘ字状に形成されている。また、赤色反射膜２６６Ｒは、２つの直角プリズム２６１，２６３の間の接合面と、他の２つの直角プリズム２６２，２６４の間の接合面とで構成される赤色反射膜形成面の全体にわたって連続して形成されたダイクロイック膜（光選択膜）である。一方、青色反射膜２６６Ｂは、２つの直角プリズム２６１，２６２の間の接合面と、他の２つの直角プリズム２６３，２６４の間の接合面のそれぞれに形成されたダイクロイック膜であるが、これらの２つの接合面に形成された青色反射膜２６６Ｂは、赤色反射膜２６６Ｒと、接着剤２６７とで隔離されている。

このクロスダイクロイックプリズム２６０は、上記のように、赤色反射膜２６６Ｒが略Ｘ字状に交差する２つの膜形成面の一方の全体（全面）にわたって連続して形成されている。これにより、クロスダイクロイックプリズム２６０の中心においても赤色反射膜２６６Ｒの特性（反射／透過特性）が低下することが無い。また、青色反射膜２６６Ｂは、赤色反射膜２６６Ｒと接着剤２６７で分離されているが、同一平面上に存在するように高精度に配置されているので、分離による損失はあるものの、反射特性や透過特性の良い青色反射面を得ることができる。これにより、クロスダイクロイックプリズム２６０の特性を向上させることができる。なお、青色反射膜２６６Ｂ側を分離するようにしたのは、青色光が赤色光に比べて比視感度が低く、人間の目の解像度がより低いためである。

なお、４つの柱状プリズム２６１，２６２，２６３，２６４は、直角二等辺三角形ではなく、略直角な角を有する三角形の形状を有していても良い。

Ｂ．第１の製造方法：
次に、図２〜図８を参照して、図１に示したクロスダイクロイックプリズムの第１の製造方法を説明する。図２は、プリズム柱からクロスダイクロイックプリズムを切り出す工程を示す説明図である。クロスダイクロイックプリズム２６０の製造工程では、まず、図２に示すような長手方向に長いプリズム柱３２０を作成し、このプリズム柱３２０から所望の長さのプリズムを切り出すことにより製造される。

プリズム柱３２０は、第１のプリズム対３２１と第２のプリズム対３２２とが貼り合わされて構成されている。第１のプリズム対３２１は、比較的長い直角プリズム３２５（以下、単に「長い直角プリズム」という）と比較的短い直角プリズム３２６（以下、単に「短い直角プリズム」という）とが貼り合わされて構成されている。第２のプリズム対３２２も、同様に、長い直角プリズム３２７と短い直角プリズム３２８とが貼り合わされて構成されている。これらの直角プリズム３２５ないし３２８の長さは、長い直角プリズム３２５，３２７よりも短い直角プリズム３２６，３２８のほうが短くなるように設定されていれば良く、長い直角プリズム同士、短い直角プリズム同士の長さが等しい必要はない。なお、長い直角プリズム同士、短い直角プリズム同士の長さが等しい方が、用意する直角プリズムの種類を最低限に抑えることができ、また、製造も容易である。本実施例の各図では、長い直角プリズム同士、短い直角プリズム同士をそれぞれ等しいサイズで示している。

図３は、プリズム対３２１，３２２の作製工程を示す説明図である。第１のプリズム対３２１は、以下のように作製される。まず図３（Ａ）に示す長い直角プリズム３２５と、図３（Ｂ）に示す短い直角プリズム３２６とを用意する。長い直角プリズム３２５及び短い直角プリズム３２６のそれぞれ３つの側面は光の通過面であるので、平坦に研磨された研磨面となっている。短い直角プリズム３２６の直角面３２６ａには、青色反射膜２６６Ｂ（図３（Ｂ）の斜めの破線で示す）を形成する。この青色反射膜２６６Ｂは無機物の薄膜が多層に形成された誘電体多層膜であり、真空蒸着やスパッタによって形成される。そして、長い直角プリズム３２５の直角面３２５ａと短い直角プリズム３２６の直角面３２６ａとを貼り合わせて図３（Ｃ）に示す第１のプリズム対３２１を作製する。このとき、長い直角プリズム３２５の直角面３２５ａの上下に、露出部３２１ｄ，３２１ｅが形成されるように貼り合わせる。この貼り合わせには、図４に示す第１の組み立て治具５００が用いられる。第１の組み立て治具５００は、左右両端に設けられた基準面部５０２ａ，５０２ｂと、略矩形状の溝部５０２ｃとを含む基盤５０２を備えている。基準面部５０２ａ，５０２ｂの上面は、略同一平面となるように加工されている。溝部５０２ｃは、接合面に塗布した接着剤が溢れ出す場合の逃げ部である。

２つの直角プリズム３２５，３２６を貼り合わせる際には、まず、２つの直角プリズムの貼り合わせ面の少なくとも一方に接着剤を塗布して、貼り合わせる。その後、図４に示すように、２つのプリズム３２５，３２６を基盤５０２の上、すなわち、基準面部５０２ａ，５０２ｂの上に載置する。そして、２つのプリズムを基準面部５０２ａ，５０２ｂに押しつける。こうすることによって、プリズム同士を長手方向に平行に設定することができる。

こうして、２つの直角プリズム３２５，３２６同士の相対的な位置関係を設定した後に、貼り合わせ面に塗布していた接着剤を固化させる。この結果、第１のプリズム対３２１を得ることができる。

さらに、同様の方法で、直角プリズム３２７と、青色反射膜２６６Ｂが形成された直角プリズム３２８とを貼り合わせ、第２の直角プリズム対３２２を作製する。

図５は、上記のようにして作製された２つのプリズム対のうち、第１のプリズム対３２１の接合面３２１ｃを拡大して示す説明図である。この接合面３２１ｃは、図３（Ｃ）に示すように、第１のプリズム対３２１の２つの直角面３２１ａ，３２１ｂに挟まれた面であり、この接合面３２１ｃに第２のプリズム対３２２が接合される。

接合面３２１ｃは、２つの直角プリズム３２５、３２６の直角面３２５ｂ，３２６ｂを含み、第１の組み立て治具５００の基準面部５０２ａ，５０２ｂに押し付けられた面である。図５（Ａ）に示すように、直角面３２６ｂには、直角面３２６ａに形成した青色反射膜２６６Ｂが直角のコーナー部を回り込んでいるはみ出しがある場合がある。また、第１の組立治具５００への直角プリズム３２５，３２６の押しつけ力の違いによって、直角面３２５ｂと直角面３２６ｂとで多少の段差を有している場合もある。この結果、第１の直角プリズム対３２１の接合面３２１ｃは平坦でない場合が多い。そこで、図５（Ｂ）に示すように、接合面３２１ｃを研磨することによって平坦となるように加工する。そして、図５（Ｃ）に示すように、平坦な接合面３２１ｃに、赤色反射膜２６６Ｒを形成する。この赤色反射膜２６６Ｒも、青色反射膜２６６Ｂと同様に、蒸着やスパッタによって形成される。このように、赤色反射膜２６６Ｒを平坦な面上に形成すれば、赤色反射膜２６６Ｒが連続した１つの膜で構成されるので、特に２つの直角プリズム３２５，３２６の接合部付近における光の散乱が無くなり、この結果、スクリーン上にこの光の散乱に起因する筋が生じなくなる。また、接合面３２１ｃを平面とした場合には、反射膜が高精度で同一平面上に形成されるので、光が９０°反射してもスクリーン上における画像のサイズが左右で変わらないという利点がある。なお、本発明の「平坦な面」とは段差のない連続した面であることを意味しており、必ずしも幾何学的に厳密な平面である必要はない。

第２のプリズム対３２２についても、第１のプリズム対３２１と同様に、その接合面３２２ｃを研磨する。なお、上記のように、第１のプリズム対３２１の接合面３２１ｃに赤色反射膜２６６Ｒを形成する場合には、第２のプリズム対３２２の接合面３２２ｃには赤色反射膜２６６Ｒを形成する必要はない。また、赤色反射膜２６６Ｒは、第１のプリズム対３２１の接合面３２１ｃに形成する代わりに、第２のプリズム対３２２の接合面３２２ｃに形成してもよい。

ところで、反射面で反射される赤と青の２色の光を比較すると、赤色の光の方が比視感度が高い（すなわち、肉眼で目立ち易い）。従って、赤色反射膜は、なるべく段差のない平坦な面を構成することが好ましい。この実施例の作製方法においては、図５（Ｃ）に示す赤色反射膜２６６Ｒが正確に接合面３２１ｃの全体にわたって連続して形成されているので、この点からも優れたクロスダイクロイックプリズムを製造することができる。なお、比視感度は、緑＞赤＞青の順であるため、赤色反射膜、あるいは、青色反射膜の代わりに緑色反射膜を用いる場合には、図５に示す方法に従って、緑色反射膜を接合面３２１ｃ上に形成するように作製することが好ましい。

図６は、図３ないし図５の方法に従って作成された２組のプリズム対３２１，３２２を貼り合わせる工程を示す説明図である。まず、図６（Ａ）に示す第２のプリズム対３２２と、図６（Ｂ）に示す第１のプリズム対３２１とを、短いプリズム同士、長いプリズム同士が隣接するように貼り合わせて、図６（Ｃ）に示すプリズム柱３２０を作製する。この貼り合わせでは、図７に示す第２の組立治具５２０が用いられる。第２の組立治具５２０は、枠状に設けられた基準面部５２２ａと、基準面部５２２ａの中央に形成された溝部５２２ｃとを含む基盤５２２を備えている。基準面部５２２ａの上面は、高精度に加工されている。溝部５２２ｃの幅Ｗ３は短い直角プリズム３２６の長手方向の長さＬ１よりも若干大きく設定されており、深さＨ１は短い直角プリズム３２６，３２８の直角面の幅Ｌ３よりも大きく設定されている。また、基盤５２２の幅Ｗ４は長い直角プリズム３２５，３２７の長手方向の長さＬ２よりも大きく設定されている。

２組のプリズム対３２１，３２２を相互に貼り合わせる際には、その接合面に接着剤を塗布して、図７に示すように、短い直角プリズム３２６，３２８が溝部５２２ｃの中に収納されるように、第２の組立治具５２０の上に２組のプリズム対３２１，３２２を載置する。このとき、長い直角プリズム３２５，３２７を基準面部５２２ａ，５２２ｂの上面に押しつけるようにする。これによって、第１のプリズム対３２１の内部に形成した青色反射膜２６６Ｂと、第２のプリズム対３２２の内部に形成した青色反射膜２６６Ｂとが同一面を構成するように相互の位置関係を設定することができる。

図８は、２組のプリズム対３２１，３２２を第２の組立治具５２０の上に載置した状態を拡大して示す側面図である。図８では、説明を容易にするため、基準面部５２２ａを透視して示している。基準面部５２２ａの上面５２２ａ（Ｕ）に接触するのは、２つの長い直角プリズム３２５，３２７の直角面３２５ａ，３２７ａ（短い直角プリズム３２６，３２８と貼り合わされる貼り合わせ面（接合される面））のうち、反射膜が形成されていない露出部（図６の３２１ｄ，３２１ｅ，３２２ｄ，３２２ｅ）だけである。これらの露出部３２１ｄ，３２１ｅ，３２２ｄ，３２２ｅは研磨面であるので、これらの露出部を基盤５２２の基準面部５２２ａの上面５２２ａ（Ｕ）に載置することによって、これらの研磨面に関して高い平坦度を得ることができる。ここで「平坦度」とは、面の連続性の高さ（段差のなさ）を示している。このとき、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、露出部３２１ｄ，３２１ｅと面一な研磨面（貼り合わせ面）には青色反射膜２６６Ｂが形成されており、また、露出部３２２ｄ，３２２ｅと面一な研磨面（貼り合わせ面）にも青色反射膜２６６Ｂが形成されている。従って、図７のようにプリズム対を貼り合わせることによって、それぞれの青色反射膜２６６Ｂで形成される青色反射面に関しても、高い平坦度を得ることができる。

こうして、２組のプリズム対同士の相対的な位置関係を高精度に設定した後に、貼り合わせ面に塗布していた接着剤を固化させる。この結果、高精度に組み合わされたプリズム柱３２０（図６（Ｃ））を得ることができる。なお、４つの直角プリズムを貼り合わせる接着剤として、紫外線硬化接着剤で粘度の低いものを用いれば、硬化時間が短くて済み、また硬化時の熱の発生も少なくて済む。

このようにして作製されたプリズム柱３２０を、図２で示したように、長手方向にほぼ垂直で互いにほぼ平行な２つの切断面によって所望の長さのプリズムを切り出すことにより、クロスダイクロイックプリズム２６０を製造することができる。このようにすれば、比較的大きなプリズム柱３２０から所望の長さのプリズムを切り出すことにより、比較的小さなクロスダイクロイックプリズムを容易に製造することができる。これにより、このように製造されたクロスダイクロイックプリズムを投写型表示装置に適用することによって、投写型表示装置を小型化することが可能である。なお、プリズム柱３２０をクロスダイクロイックプリズムとして使用することもできる。

上述したように製造されたクロスダイクロイックプリズム２６０は、赤色反射膜２６６Ｒが２組のプリズム対の接合面の全体にわたって連続して形成されているので、赤色反射膜２６６Ｒの反射特性や透過特性を向上させることができる。これにより、クロスダイクロイックプリズム２６０の特性を向上させることができる。また青色反射膜２６６Ｂは赤色反射膜２６６Ｒで分離されているが、同一の面上上に存在するように高精度に配置することができるので、分離による損失はあるものの、反射特性や透過特性の良い青色分離反射面を得ることができる。これによっても、クロスダイクロイックプリズム２６０の特性を向上させることができる。

なお、上記製造方法では、４つの直角プリズム３２５，３２６，３２７，３２８のそれぞれ３つの側面が平坦に研磨されている直角プリズムを用いる場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。プリズム対を構成する２つの直角プリズムの互いに接合される側面が少なくとも研磨されている直角プリズムを用いるようにしてもよい。この場合において、他の研磨されていない側面のうち、２つのプリズム対３２１，３２２同士が互いに接合される接合面３２１ｃ，３２２ｃに相当する側面は、図５に示した工程で研磨される。また、プリズム２６０の外側面に相当する側面は、プリズム柱３２０の作製後、あるいはプリズム柱３２０からクロスダイクロイックプリズム２６０を切り出した後に研磨するようにすればよい。このようにすれば、各製造工程で発生しやすいガラス面の傷を随時取り除くことができる。

Ｃ．第２の光選択プリズム：
図９は、光選択プリズムの第２の実施例であるクロスダイクロイックプリズムを示す説明図である。このクロスダイクロイックプリズム２６０Ａは、４つの柱状プリズム２６１Ａ，２６２Ａ，２６３Ａ，２６４Ａを備えている。４つの柱状プリズム２６１Ａないし２６４Ａは、互いに高さが等しい略三角柱の形状を有している。クロスダイクロイックプリズム２６０Ａは、各柱状プリズムの１つの角をなす２つの側面で互いに接着剤２６７で接合されて構成される四角柱である。

４つの柱状プリズム２６１Ａないし２６４Ａが互いに接合される側面（以下、「接合面」という）には、図９（Ｂ）に示すように、赤色反射膜２６６Ｒと青色反射膜２６６Ｂとが略Ｘ字状に形成されている。また、赤色反射膜２６６Ｒは、２つの柱状プリズム２６１Ａ，２６３Ａの間の接合面と、他の２つの柱状プリズム２６２Ａ，２６４Ａの間の接合面とで構成される赤色反射膜形成面の全体にわたって連続して形成されたダイクロイック膜（光選択膜）である。一方、青色反射膜２６６Ｂは、２つの柱状プリズム２６１Ａ，２６２Ａの間の接合面と、他の２つの柱状プリズム２６３Ａ，２６４Ａの間の接合面のそれぞれに形成されたダイクロイック膜であるが、これらの２つの接合面に形成された青色反射膜２６６Ｂは、赤色反射膜２６６Ｒと、接着剤２６７とで隔離されている。

このクロスダイクロイックプリズム２６０Ａも、図１のクロスダイクロイックプリズム２６０と同様に、赤色反射膜２６６Ｒが略Ｘ字状に交差する２つの膜形成面の一方の全体（全面）にわたって連続して形成されている。これにより、クロスダイクロイックプリズム２６０Ａの中心においても赤色反射膜２６６Ｒの特性（反射／透過特性）が低下することが無い。また、青色反射膜２６６Ｂは、クロスダイクロイックプリズム２６０と同様に、赤色反射膜２６６Ｒと接着剤２６７で分離されているが、この分離を除けば連続した同一面上（図９では、同一平面上）にほぼ存在するように高精度に配置されている。このため、分離による損失はあるものの、反射特性や透過特性の良い青色反射面を得ることができる。以上のことから、クロスダイクロイックプリズム２６０Ａにおいても、クロスダイクロイックプリズム２６０と同様に、その特性を向上させることができる。

ここで、赤色反射膜２６６Ｒが形成されている膜形成面は、図９（Ｂ）に示すように、曲面を有している。この曲面は、球面上やあるいは楕円面状の面のようないわゆる曲面だけでなく、折れ曲がった複数の平面を有する形状であってもよい。このように、赤色反射膜２６６Ｒが曲面の膜形成面に形成されている場合には、赤色光反射膜２６６Ｒにおける赤色光の反射方向を赤色反射膜２６６Ｒの位置に応じて制御することができるので、赤色光による画面のサイズを変化させることができ。したがって、このクロスダイクロイックプリズム２６０Ａを投写型表示装置に適用した場合には、投写光学系で発生する色収差による画質の低下を抑制することができる。

なお、クロスダイクロイックプリズム２６０Ａも、上記第１の製造方法にしたがって製造することができる。この場合に、図５（Ｂ）において説明した接合面３２１ｃを平坦に研磨する際に、接合面３２１ｃを曲面状に研磨することにより膜形成面を曲面とすることができる。

Ｄ．第２の製造方法：
図１０は、クロスダイクロイックプリズムの第２の製造方法のうち、４つの柱状プリズムを準備する工程を示す説明図である。図１０（Ａ）に示すように、白板ガラス等の光学用の板ガラス４００を準備する。この板ガラス４００は、板ガラス内での屈折率が一様となるように管理されているものが利用される。板ガラス４００の上、下面４０２，４０４を研磨して平坦化し、図１０（Ｂ）に示すように、上面４０２に青色反射膜２６６Ｂ（斜線部）を形成する。そして、図１０（Ｂ）の一点鎖線に沿って板ガラス４００を４分割することにより、図１０（Ｃ）に示すように、４つの柱状プリズム４２５，４２６Ｏ，４２７，４２８Ｏを切り出す。これらの４つの柱状プリズム４２５，４２６Ｏ，４２７，４２８Ｏのうち、柱状プリズム４２５，４２７が直角プリズムの場合には、図２に示した長い直角プリズム３２５，３２７に相当する。柱状プリズム４２６Ｏ，４２８Ｏを、図１０（Ｃ）の一点鎖線に沿って切断することにより、図１０（Ｄ）に示すように柱状プリズム４２６，４２８が作製される。これらの柱状プリズム４２６，４２８が直角プリズムの場合には、図２に示した短い直角プリズム３２６，３２８に相当する。ここで、４つの柱状プリズム４２５，４２６，４２７，４２８によって２組のプリズム対を構成する際に互いに接合される側面３２５ａ，３２６ａ，３２７ａ，３２８ａは、板ガラス４００の研磨された上面４０２あるいは下面４０４である。

上記のようにして準備された４つの柱状プリズム４２５，４２６，４２７，４２８を、図３〜図７に示した製造工程と同様にして組み立てることにより、図２に示したプリズム柱３２０に相当するプリズム柱４２０を作製することができる。作製されたプリズム柱４２０を長手方向（高さ方向）に適当な長さで切断すことにより、小さなプリズム柱を切り出す。そして、切り出された小さなプリズム柱の外面を研磨して平坦化することにより、図１のクロスダイクロイックプリズム２６０や図９のクロスダイクロイックプリズム２６０Ａを作製することができる。なお、クロスダイクロイックプリズム２６０Ａの外面は、平面だけでなく曲面に研磨するようにしてもよい。

第２の製造方法によれば、１枚の板ガラスから、クロスダイクロイックプリズムを作製することができるので、クロスダイクロイックプリズム内の屈折率を一様にすることができる。これにより、クロスダイクロイックプリズム内における光の屈折によって発生する光の光路の差が生じない。また、各製造工程において必要となる面をその工程ごとに作製するため、製造工程中に発生するガラス面の傷を低減することができ、また、反射面の平坦度を高めることができる。

なお、上記第２の製造方法の説明では、プリズム柱４２０から小さなプリズム柱を切り出した後に、その外面を研磨する場合を説明したが、これに限定されるものではない。プリズム柱４２０の外面を研磨するようにしてもよい。

また、上記第２の製造方法の説明では、板ガラス４００に青色反射膜２６６Ｂを形成した後に、板ガラス４００を４分割するようにする場合を説明しているが、板ガラス４００を４分割した後に、柱状プリズム４２６，４２８の側面に青色反射膜２６６Ｂを形成するようにしてもよい。

また、上記第２の製造方法の説明では、柱状プリズム４２５，４２６の組み合わせと柱状プリズム４２７，４２８の組み合わせで２つのプリズム対を構成する場合を説明しているが、柱状プリズム４２５，４２８の組み合わせと柱状プリズム４２６，４２７の組み合わせ、あるいは、柱状プリズム４２５，４２７の組み合わせと柱状プリズム４２６，４２８の組み合わせとするようにしてもよい。好ましくは、隣り合う柱状プリズムの屈折率が近くなるような組み合わせである。このようにすれば、プリズム内での光の屈折による画像の劣化等を防止することができる。

なお、第１の製造方法においても、１枚の板ガラスから作製された４つの柱状プリズムを用いるようにすれば、第２の製造方法と同様に、プリズム内での光の屈折による画像の劣化等を防止することができる。

また、第１の製造方法においても、プリズム柱３２０の外側面やプリズム柱３２０から切り出された小さなプリズム柱の外側面を平面でなく、曲面に研磨することもできる。この場合に作製されたクロスダイクロイックプリズムを構成する４つのプリズムは、直角プリズムではなく柱状プリズムである。

Ｅ．投写型表示装置の構成：
図１１は、この発明の実施例のクロスダイクロイックプリズム２６０を用いた投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。この投写型表示装置は、照明光学系１００と、ダイクロイックミラー２１０，２１２と、反射ミラー２２０，２２２，２２４と、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２と、３枚のフィールドレンズ２４０，２４２，２４４と、３枚の液晶ライトバルブ（液晶パネル）２５０，２５２，２５４と、クロスダイクロイックプリズム２６０と、投写レンズ系２７０とを備えている。

照明光学系１００は、ほぼ平行な光線束を射出する光源１１０と、第１のレンズアレイ１２０と、第２のレンズアレイ１３０と、偏光変換素子１４０と、反射ミラー１５０と、重畳レンズ１６０とを備えている。照明光学系１００は、照明領域である３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４をほぼ均一に照明するためのインテグレータ光学系である。

光源１１０は、放射状の光線を射出する放射光源としての光源ランプ１１２と、光源ランプ１１２から射出された放射光をほぼ平行な光線束として射出する凹面鏡１１４とを有している。光源ランプ１１２としては、通常、メタルハライドランプや高圧水銀灯などの高圧放電灯が用いられる。凹面鏡１１４としては、放物面鏡を用いることが好ましい。なお放物面鏡に代えて、楕円面鏡や球面鏡なども用いることができる。

第１のレンズアレイ１２０は複数の第１の小レンズ１２２で構成されている。第２のレンズアレイ１３０は、複数の第１の小レンズのそれぞれに対応する複数の第２の小レンズ１３２で構成されている。光源１１０から射出された略平行な光線束は、第１と第２のレンズアレイ１２０，１３０によって、複数の部分光束に分割されて偏光変換素子１４０に入射する。偏光変換素子１４０は、非偏光な光を所定の直線偏光光、例えば、ｓ偏光光あるいはｐ偏光光に変換して射出する機能を有している。従って、偏光変換素子１４０に入射した複数の部分光線束は、それぞれ所定の直線偏光光に変換されて射出される。偏光変換素子１４０から射出された部分光線束は、反射ミラー１５０で反射されて重畳レンズ１６０に入射する。重畳レンズ１６０に入射した複数の部分光線束は、重畳レンズ１６０の重畳作用によって、照明領域である液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４上で重畳される。この結果、各液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、ほぼ均一に照明される。

２枚のダイクロイックミラー２１０，２１２は、照明光学系１００から射出された光を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する色光分離光学系としての機能を有する。第１のダイクロイックミラー２１０は、照明光学系１００から射出された光の赤色光成分を透過させるとともに、青色光成分と緑色光成分とを反射する。

第１のダイクロイックミラー２１０を透過した赤色光は、反射ミラー２２０で反射され、フィールドレンズ２４０を通って赤光用の液晶ライトバルブ２５０に達する。このフィールドレンズ２４０は、このフィールドレンズ２４０を通った各部分光束が、その主光線（中心軸）に平行な光線束となるように集光する機能を有している。他の液晶ライトバルブの前に設けられたフィールドレンズ２４２，２４４も同様である。

第１のダイクロイックミラー２１０で反射された青色光と緑色光のうちで、緑色光は第２のダイクロイックミラー２１２によって反射され、フィールドレンズ２４２を通って緑光用の液晶ライトバルブ２５２に達する。一方、青色光は、第２のダイクロイックミラー２１２を透過し、入射側レンズ２３０と、リレーレンズ２３２および反射ミラー２２２，２２４を備えたリレーレンズ系を通過する。リレーレンズ系を通過した青色光は、さらにフィールドレンズ２４４を通って青色光用の液晶ライトバルブ２５４に達する。

なお、青色光にリレーレンズ系が用いられているのは、青色光の光路の長さが他の色光の光路の長さよりも長いために発生する光の利用効率の低下を防止するためである。すなわち、入射側レンズ２３０に入射した青色光をそのまま、射出側レンズ（フィールドレンズ）２４４に伝えるためである。

３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４は、それぞれに入射する各色の光を、与えられた画像情報（画像信号）に応じて変調して、画像を表す光を射出する光変調手段としての機能を有する。液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４の光の入射面には、通常、偏光板が設けられているので、照明光学系１００から射出される直線偏光光の偏光方向は、これらの偏光板の透過軸にほぼ等しい偏光方向に設定される。このようにすれば、照明光学系１００から射出された照明光を効率よく利用することができる。クロスダイクロイックプリズム２６０は、３枚の液晶ライトバルブ２５０，２５２，２５４から射出された３色の色光を合成する色光合成光学系（光選択プリズム）としての機能を有する。クロスダイクロイックプリズム２６０には、赤光を反射する誘電体多層膜と、青光を反射する誘電体多層膜とが、４つの柱状プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー画像を投写するための合成光が形成される。クロスダイクロイックプリズム２６０で生成された合成光は、投写レンズ系２７０の方向に射出される。投写レンズ系２７０は、この合成光を投写スクリーン３００上に投写して、カラー画像を表示する投写光学系としての機能を有する。

この投写型表示装置は、上述した実施例のクロスダイクロイックプリズム２６０を利用している。従って、投写画像の中央に筋が発生する問題を緩和することができ、また、スクリーンの左右で画像サイズが変わってしまうという問題も緩和することができる。また、クロスダイクロイックプリズム２６０は、プリズム柱３２０あるいはプリズム柱４２０から切り出された小さなプリズムであるので、投写型表示装置を小型化することも可能である。

なお、クロスダイクロイックプリズム２６０の代わりに図９のクロスダイクロイックプリズム２６０Ａを用いることもできる。この場合には、さらに、投写レンズ系２７０で発生する色収差による画質の低下を抑制することができる。

なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（１）クロスダイクロイックプリズム内のダイクロイック膜の配置や構成は、上記実施例以外の種々のものが考えられる。たとえば、赤色反射膜と青色反射膜の形成位置を入れ替えるようにしてもよい。また、青色反射膜の代わりに、緑色反射膜を設けるようにしてもよい。さらに、反射する色光は、赤、緑、青に限られず、膜の特性を考慮しつつ種々の色光を反射する膜を組合せて使用することが可能である。

（２）上記実施例において、１つのプリズム対を構成する２つの直角プリズムの接合される面に形成されるダイクロイック膜（上記実施例では、青色反射膜）を、短い直角プリズムの直角面に形成する例を示しているが、長い直角プリズムの直角面に形成するようにしてもよい。また、プリズムとしては、直角プリズム以外の柱状プリズムを使用することも可能である。但し、４つの柱状プリズムを貼り合わせて光選択プリズムを形成する場合には、各柱状プリズムの断面は、一般に、互いの側面同士が密着した状態で貼り合わせることができるような３角形の形状を有していることが好ましい。

（３）上記実施例において、プリズム柱を構成する４つの直角プリズムは、長い直角プリズム同士及び短い直角プリズム同士の長手方向の長さがそれぞれ等しい直角プリズムを用いているが、少なくとも、短い直角プリズムが長い直角プリズムよりも短ければよい。すなわち、２つの短い直角プリズム同士が貼り合わされて第２の組立治具５２０（図７）の溝部５２２ｃに収納された際に、貼り合わされた２つの短い直角プリズム同士の長手方向の長さが第２の組立治具５２０の溝部５２２ｃの幅Ｗ３よりも小さければ良く、２つの長い直角プリズムが基準面部５２２ａ，５２２ｂの上面に押しつけられるような長さであればよい。このようにすれば、２組のプリズム対のそれぞれに形成された第１のダイクロイック膜（実施例では、青色反射膜）を精度良く同一平面上に配置することができる。

（４）上記実施例では、透過型の投写型表示装置に本発明を適用した場合の例について説明したが、本発明は、反射型の投写型表示装置にも適用することが可能である。ここで、「透過型」とは、液晶ライトバルブ等の光変調手段が光を透過するタイプであることを意味しており、「反射型」とは、光変調手段が光を反射するタイプであることを意味している。反射型の投写型表示装置では、クロスダイクロイックプリズムは、光を赤、緑、青の３色の光に分離する色光分離手段として利用されると共に、変調された３色の光を再度合成して同一の方向に射出する色光合成手段としても利用される。反射型の投写型表示装置にこの発明を適用した場合にも、透過型の投写型表示装置とほぼ同様な効果を得ることができる。

（５）上記実施例では、光選択プリズムとしてクロスダイクロイックプリズムの例を説明したが、本発明は、クロスダイクロイックプリズム以外の光選択プリズムにも適用可能である。例えば、２つの光選択膜として偏光に関する選択性を有する膜（偏光分離膜）を使用した光選択プリズムにも本発明を適用可能である。また、色光と偏光とに関してそれぞれ異なる光選択性を有する２種類の光選択膜を用いた光選択プリズムにも適用可能である。

（６）上記実施例においては、投写型表示装置の光変調手段として液晶ライトバルブ（液晶パネル）を用いているが、これに限られない。例えば、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＴＩ社の商標）を用いることも可能である。すなわち、光変調手段としては、入射する光を画像信号に応じて画像を表す光に変調する種々の装置を利用することができる。

光選択プリズムの第１の実施例であるクロスダイクロイックプリズムを示す説明図である。 プリズム柱からクロスダイクロイックプリズムを切り出す工程を示す説明図である。 プリズム対の作製工程を示す説明図である。 第１の組み立て治具５００を示す斜視図である。 第１のプリズム対３２１の接合面３２１ｃを拡大して示す説明図である。 ２組のプリズム対３２１，３２２を貼り合わせる工程を示す説明図である。 第２の組立治具５２０の斜視図である。 ２組のプリズム対３２１，３２２を第２の組立治具５２０の上に載置した状態を拡大して示す側面図である。 光選択プリズムの第２の実施例であるクロスダイクロイックプリズムを示す説明図である。 クロスダイクロイックプリズムの第２の製造方法のうち、４つの柱状プリズムを準備する工程を示す説明図である。 この発明の実施例のクロスダイクロイックプリズム２６０を用いた投写型表示装置の要部を示す概略平面図である。 投写型表示装置の要部を示す概念図である。

符号の説明

４２，４４，４６...液晶ライトバルブ
４８...クロスダイクロイックプリズム
４８Ｂ...青色反射膜
４８Ｒ...赤色反射膜
５０...投写レンズ
５２...投写スクリーン
１００...照明光学系
１１０...光源
１１２...光源ランプ
１１４...凹面鏡
１２０...第１のレンズアレイ
１２２...小レンズ
１３０...第２のレンズアレイ
１３２...小レンズ
１４０...偏光変換素子
１５０...反射ミラー
１６０...重畳レンズ
２１０...第１のダイクロイックミラー
２１２...第２のダイクロイックミラー
２２０，２２２，２２４...反射ミラー
２３０...入射側レンズ
２３２...リレーレンズ
２４０，２４２，２４４...フィールドレンズ
２５０，２５２，２５４...液晶ライトバルブ
２６０...クロスダイクロイックプリズム
２６１，２６２，２６３，２６４...直角プリズム（柱状プリズム）
２６６Ｂ...青色反射膜
２６６Ｒ...赤色反射膜
２６０Ａ...クロスダイクロイックプリズム
２６１Ａ，２６２Ａ，２６３Ａ，２６４Ａ...柱状プリズム
２７０...投写レンズ
３００...投写スクリーン
３２０...プリズム柱
３２１...第１のプリズム対
３２１ａ，３２１ｂ...直角面
３２１ｃ...接合面
３２１ｄ，３２１ｅ...露出部
３２２...第２のプリズム対
３２２ｄ，３２２ｅ...露出部
３２５，３２７...長い直角プリズム
３２６，３２８...短い直角プリズム
３２５ａ...直角面
３２５ｂ...直角面
３２６ａ...直角面
３２６ｂ...直角面
４００...板ガラス
４０２...上面
４０４...下面
４２５，４２６，４２７，４２８...柱状プリズム
４２６Ｏ，４２８Ｏ...柱状プリズム
５００...第１の組立治具
５０２...基盤
５０２ａ，５０２ｂ...基準面部
５０２ｃ...溝部
５０４...段差設定部材
５２０...第２の組立治具
５２２...基盤
５２２ａ...基準面部
５２２ａ（Ｕ）...基準面部５２２ａの上面
５２２ｃ...穴部

Claims (2)

1. 略Ｘ字状に交差する２種類の光選択膜を有する光選択プリズムであって、
   互いの側面で接合された４つの柱状プリズムと、
   前記４つの柱状プリズムの側面に沿って略Ｘ字状に交差するように形成された２つの光選択膜と、を備え、
   前記２つの光選択膜の一方は、前記２つの光選択膜の交差位置において分割されること無く連続して形成されており、
   前記光選択膜が連続して形成されている面は曲面である
   ことを特徴とする光選択プリズム。
2. 画像を投写して表示する投写型表示装置であって、
   照明光を射出する照明光学系と、
   前記照明光を、３色の光に分離する色光分離光学系と、
   前記３色の光を、与えられた画像信号に基づいてそれぞれ変調する３組の光変調手段と、
   前記３組の光変調手段で変調された３色の光を合成するクロスダイクロイックプリズムと、
   前記クロスダイクロイックプリズムで合成された光を投写する投写光学系と、を備え、
   前記クロスダイクロイックプリズムは、
   互いの側面で接合された４つの柱状プリズムと、
   前記４つの柱状プリズムの側面に沿って略Ｘ字状に交差するように形成された２つのダイクロイック膜と、を備えており、
   前記２つのダイクロイック膜の一方は、前記２つのダイクロイック膜の交差位置において分割されること無く連続して形成されており、
   前記ダイクロイック膜が連続して形成されている面は曲面である
   ことを特徴とする投写型表示装置。

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