JP2006338030A - 光学装置及び光学装置を備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画面輝度の低下を起こさずに、画面の色むらを均一にすることで使用者が色むらを気にすることなく明るい画像を見ることができる光学装置及びその光学装置を備える表示装置を提供すること。
【解決手段】赤青緑の各色光路上に配置された、光変調部材４５，４９，５３と、色補正部材４５，４９，５３と、断面三角形状であり、赤青緑の各色光がそれぞれ入射される第１〜第３のプリズム及び赤青緑の各色光を合成した光が出射する第４のプリズム４１Ａ〜４１Ｄと、第１〜第４のプリズム同士が張り合わされる面に、各プリズムの面によって異なる光透過特性及び光反射特性を有する複数枚の光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられて、直方体あるいは立方体に形成されたダイクロイックプリズムからなる光合成部材とを有する光学装置を構成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば液晶表示パネル等の光変調手段を含む光学装置と、この光学装置を備えるプロジェクタ装置、テレビジョン受像機、コンピュータ用のディスプレイ等の表示装置に関する。

図２３は３つの液晶表示パネルを用いた液晶プロジェクタ装置の概略図であるが、メタルハイドランプやハロゲンランプ等の光源５０１から出射される赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）は、ダイクロイックミラー５０２ａ，５０２ｃ等の光学素子によってＲ，Ｇ，Ｂ各色に分解する。光学薄膜を、平板部材やレンズに積層した色補正用ダイクロイックフィルター５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃが、各色の均一性及び純度を高めた後に、各色に対応した液晶表示パネル５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃに入射して光変調して３色を合成する。

ところが、上述したように色補正用ダイクロイックフィルター５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃは液晶表示パネル５０３ａ，５０３ｂ，５０３ｃと平行に配置されて、ダイクロイックミラー５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃは光軸ＯＰに対して垂直になっている。この場合スクリーン５０６上の画面の左右に色むらが発生しており、画面上での色むらの均一性が要求されている。これは光変調素子である液晶表示パネルの各点に対応するクロスプリズム５０４の角度依存性とクロスプリズム５０４の光束の広がりの左右の非対称性のために、画面周辺では画面中心の光学膜設計値と色が変わってしまうからである。

液晶表示パネルの各点に対応するクロスプリズム５０４のような色分離／合成光学素子の角度依存性と色分離／合成光学素子の光束の広がりを考慮し、上述したように色補正用ダイクロイックフィルター５０７ａ，５０７ｂ，５０７ｃと呼ばれる（光学薄膜を平板部材やレンズに積層した）ものを、液晶表示パネルの前後にその液晶表示パネルに平行に搭載することにより、ダイクロイックミラーやクロスプリズムの角度依存性を画面状に表示させない方式が一般的である。しかしクロスプリズム５０４の角度依存性と光束の広がりを、このような色補正用ダイクロイックフィルターだけで波長制限すると有効な波長成分を大きく損ない画面輝度低下となる。

図２４（Ａ）は、色分離／合成光学素子、特に合成光学素子であるクロスプリズム５０４の透過率に対する波長の関係の一例を示している。この透過率は実線で示すように半値波長付近において急激に変わる特性を有している。図２４（Ｂ）は、クロスプリズム５０４の一部を示しておりクロスプリズム５０４のプリズム５０４ａ，５０４ｂには、一様な光学薄膜（光学多層膜）５０８が形成されている。一例として、ダイクロイックミラー５０２ｂで反射された赤色光（Ｒ）は、ダイクロイックフィルター５０７ａ、コンデンサレンズ５０９を通り液晶表示パネル５０３ａを通過してクロスプリズム５０４の光学薄膜５０８に入射する。このときに、この赤色光（Ｒ）の下辺の光束部分５１０が、光学薄膜５０８に対し形成する角度θ１０は、上辺の光束部分５１１が光学薄膜５０８に対し形成する角度θ１１に比べて小さい。すなわち上辺の光束部分５１１は、下辺の光束部分５１０に比べて、光学薄膜５０８に対して大きい角度で入射することになる。

この時に、上辺の光束部分５１１の場合には、光学薄膜５０８における図２４（Ａ）における波長依存性は、実線のラインＬ１の状態から破線のラインＬ２の状態に移動し、下辺の光束部分５１０の場合には、実線のラインＬ１の状態から二点鎖線Ｌ３の状態に移動する。このようにして、赤色光（Ｒ）の反射は、光学薄膜５０８に対して、角度依存性を有していることから、図９のようにして、スクリーン５０６に対してカラー像を投影すると、カラー像には画面の左右に対称に色むらが発生してしまう。そこで角度依存性を小さくして色むらを防ぐために、図２４（Ｂ）の赤色光（Ｒ）の光束光を絞らないことで、角度θ１０と角度θ１１の差を小さくすることが考えられるが、このようにすると、投写レンズの口径と合成プリズム（クロスプリズム）の大きさが共に大きくなり、コスト的に不利になり、また角度依存性を含めて色帯域を制限してしまうと、光変調した光量の低下を起こし、画面輝度が低下してしまう。

そこで本発明は上記課題を解消し、画面輝度の低下を起こさずに、画面の色むらを均一にすることで使用者が色むらを気にすることなく明るい画像を見ることができる光学装置及びその光学装置を備える表示装置を提供することを目的としている。

上記目的は、本発明にあっては、赤青緑の各色光路上に配置された光変調部材及び色補正部材と、光合成部材とを有する光学装置において、光合成部材が、断面三角形状であり、赤色光が入射される光学薄膜を有する第１のプリズムと、断面三角形状であり、緑色光が入射される光学薄膜を有する第２のプリズムと、断面三角形状であり、青色光が入射される光学薄膜を有する第３のプリズムと、断面三角形状であり、赤色光、緑色光、青色光を合成した光が出射する第４のプリズムと、光透過特性及び光反射特性を有する複数枚の光学薄膜とを有するダイクロイックプリズムであり、ダイクロイックプリズムは、第１〜第４のプリズム同士が張り合わされる面に、それぞれ異なる光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜が設けられ、直方体あるいは立方体に形成されることを特徴とする光学装置により、達成される。

本発明の光学装置では、各色光路上に配置された光変調部材及び色補正部材を透過した各色光が、光合成部材の各色光に対応した第１〜第３のプリズムに入射する。そして、それぞれのプリズムに入射した各色光は、第１〜第４のプリズム及び第１〜第４のプリズムの張り合わせ面に設けられた各光学薄膜によって各色光が合成され、第４のプリズムからこの合成光が出射する。この際、第１〜第４のプリズムの張り合わせ面に設けられた各光学薄膜が、それぞれ異なる光透過特性及び光反射特性を有するため、光合成部材により合成された合成光は、光量を損なうことなく、この光合成部材で合成された光を画面に投写した場合に画面左右の色むらを均一にあるいは色むらを画面の左右で対称にすることができる。

上記目的は、本発明にあっては、光源と、赤青緑の各色光路上に配置された光変調部材及び色補正部材と、光合成部材と、投写レンズとを備える表示装置において、光合成部材が、断面三角形状であり、赤色光が入射される光学薄膜を有する第１のプリズムと、断面三角形状であり、緑色光が入射される光学薄膜を有する第２のプリズムと、断面三角形状であり、青色光が入射される光学薄膜を有する第３のプリズムと、断面三角形状であり、赤色光、緑色光、青色光を合成した光が出射する第４のプリズムと、光透過特性及び光反射特性を有する複数枚の光学薄膜とを有するダイクロイックプリズムであり、ダイクロイックプリズムは、第１〜第４のプリズム同士が張り合わされる面に、それぞれ異なる光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜が設けられ、直方体あるいは立方体に形成されることを特徴とする表示装置により、達成される。これにより光合成部材により合成された光は、光量を損なうことなく、この光合成部材で合成された光を画面に投写した場合に画面左右の色むらを均一にすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、画面輝度の低下を起こさずに、画面の色むらを均一にすることで、使用者が色むらを気にすることなく明るい画像を見ることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

図１は、本発明の光学装置の好ましい実施の形態を有する投写型表示装置を備える投写型テレビジョンセット１００を示す外観図であり、図２は、図１の投写型表示装置１を備える液晶方式の背面投写型テレビジョンセット１００を示しており、液晶プロジェクタ装置ともいう。図２はテレビジョンセット１００の内部構造を示している。まずこのテレビジョンセット１００の概略の構造について説明すると、図１及び図２において、テレビジョンセット１００はキャビネット１０１、スクリーン１０２、ミラー１０３、そして投写型表示装置１を内蔵している。投写型表示装置１が光源３の光を用いて投写しようとする投写光５は、ミラー１０３で反射して、スクリーン１０２の背面１０４から投写するようになっている。スクリーン１０２に投写された映像は、ユーザＵがスクリーン１０２においてカラー映像あるいは白黒映像として見ることができる。

以下の実施の形態の説明においては、スクリーン１０２においてカラー映像が表示できるものについて説明する。図３と図４の投写型表示装置１は、光学装置１１、光源３及び投写レンズ鏡筒１３を有している。光源３と投写レンズ鏡筒１３は、光学装置１１の本体１１ａに可能に取り付けられている。

光源３は、例えば放物面状の反射鏡３ａとランプ３ｂを有している。このランプ３ｂはメタルハライドランプあるいはハロゲンランプ等を用いることができる。一方投写レンズ鏡筒１３は、光学装置１１から導かれる合成光（カラー画像光）１３Ａを、図２のスクリーン１０２の背面１０４に対してフォーカスできる機構を有している。

次に、光学装置１１の中の光学系について説明する。光源３の近くには、フィルター１５、フライアイレンズ２１，２３が配置されている。これらのフィルター１５、フライアイレンズ２１，２３は、光源３から出る光ＬＰの光軸ＯＰに関して互いに平行に配置されている。

フライアイレンズ２１，２３は、例えば長方形状の多数のレンズが平面的に集合したものであり、フィルター１５を通ってきた、例えばＰ波（Ｐ偏光成分）の強度分布を均等化するために用いられている。フィルター１５、フライアイレンズ２１，２３を通った光Ｌは、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、そして青色光（Ｂ）を含んでいるが、次に説明する光学系により、光Ｌは、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分割された後に、所定の光変調が与えられて、再びこれら三原色が合成されることにより、投写レンズ鏡筒１３側にカラー画像光である合成光１３Ａを合成するようになっている。

光軸ＯＰに沿って、ダイクロイックミラー２５，２７、リレーレンズ２９、ミラー３１が配列されている。この光軸ＯＰと直交する方向の別の光軸ＯＰ１に沿っては、ダイクロイックミラー２５に対応してミラー３７が配列されている。光軸ＯＰに平行な光軸ＯＰ２に沿ってはミラー３７、コンデンサレンズ５１と、色補正用ダイクロイックフィルター（色補正部材）１２０及び光変調部材としての液晶表示パネル５３が配置されている。

また光軸ＯＰ１と平行な光軸ＯＰ３に沿って、ダイクロイックミラー２７に対応してコンデンサレンズ４７と色補正用ダイクロイックフィルター（色補正部材）１３０と、光変調部材としての液晶表示パネル４９が配置されている。光軸ＯＰ１、光軸ＯＰ３と平行な光軸ＯＰ４に沿って、ミラー３１に対応してリレーレンズ３３とミラー３５が配置されている。そして、ミラー３５を通る光軸ＯＰ５は、光軸ＯＰ２と一致しており、この光軸ＯＰ５に沿って、コンデンサレンズ４３と色補正用ダイクロイックフィルター（色補正部材）１４０、そして光変調部材としての液晶表示パネル４５が配置されている。

これらの液晶表示パネル５３，４９，４５に対応して、ダイクロイックプリズム（光合成部材、又は色分離／合成光学素子、あるいはクロスプリズムとも呼ぶ）４１が配置されている。このダイクロイックプリズム４１に対応して投写レンズ鏡筒１３が位置している。ダイクロイックミラー２５，２７は、波長に応じて光を反射する光反射特性及び光を透過する光透過特性を有するミラーである。

図４の光Ｌの赤色光（Ｒ）は、ダイクロイックミラー２５で反射されてミラー３７側に送られるとともに、光Ｌの緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）はダイクロイックミラー２５と透過して、ダイクロイックミラー２７側に送られる。緑色光（Ｇ）は、このダイクロイックミラー２７で反射されて、コンデンサレンズ４７、色補正用ダイクロイックフィルター１３０及び液晶表示パネル４９に送られる。青色光（Ｂ）は、ダイクロイックミラー２７を通過し、リレーレンズ２９を通りミラー３１で反射されて、そしてリレーレンズ３３を通ってミラー３５で反射されることにより、コンデンサレンズ４３と色補正用ダイクロイックフィルター１４０、液晶表示パネル４５を通る。

一方、赤色光（Ｒ）はミラー３７で反射されて、コンデンサレンズ５１及び、色補正用ダイクロイックフィルター１２０、液晶表示パネル５３を通る。

次に、図４と図５及び図６に示すダイクロイックプリズム４１の構成について説明する。このダイクロイックプリズム４１は、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）を合成して、合成光１３Ａを作るプリズムである。このダイクロイックプリズム４１は、図５と図６に示すように４つの断面三角形状のプリズム４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを接着剤で貼り合わせて、立方体あるいは直方体状に形成されたプリズムである。各プリズム４１Ａ（第４プリズム）、４１Ｂ（第３プリズム）、４１Ｃ（第１プリズム）、４１Ｄ（第２プリズム）のいずれかの面には、光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜部分２ａ−１かつ２ａ−２，２ｂ−１かつ２ｂ−２，２ｃ−１かつ２ｃ−２，２ｄ−１かつ２ｄ−２もしくは２ａ−１又は２ａ−２，２ｂ−１又は２ｂ−２，２ｃ−１又は２ｃ−２，２ｄ−１又は２ｄ−２が形成されている。このようなあらかじめ定められた光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜部分（光学多層膜）２ａ−１〜２ｄ−２は、図５と図６に示すようにプリズム４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄの接着しようとする面に対して形成されている。このような４つのプリズム４１Ａ〜４１Ｄを接着剤により接着することで、プリズムの界面には図５に示すような光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが形成されている。このような光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの光軸ＯＰ２あるいはＯＰ５に対する角度α１，α２，α３，α４は、たとえば４５°である。このダイクロイックプリズム４１の各プリズム４１Ａ〜４１Ｄは、プラスチックあるいはガラスにより断面三角形状に作られている。

次に、図４と図５に示す色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０について説明する。色補正用ダイクロイックフィルター１２０は、光源３からの光を導くコンデンサレンズ５１と、光変調部材としての液晶表示パネル５３とプリズム４１ｃとの間に配置されている。このダイクロイックフィルター１２０は液晶表示パネル５３に対して平行であり、かつ光軸ＯＰ２に対して垂直に設定されている。同様にして、色補正用ダイクロイックフィルター１３０は、光源３からの光を導くコンデンサレンズ４７と光変調部材である液晶表示パネル４９の間に配置されている。ダイクロイックフィルター１３０は液晶表示パネル４９と平行であり、かつ光軸ＯＰ３に対して垂直に配置されている。

色補正用ダイクロイックフィルター１４０は、光源３からの光を導くコンデンサレンズ４３と、光変調部材である液晶表示パネル４５の間に配置されている。ダイクロイックフィルター１４０は液晶表示パネル４５と平行であり、光軸ＯＰ５に対して垂直に配置されている。これらの色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０は、光透過部材の一方の面もしくは両方の面に、所定の光透過特性と光反射特性を有する光学薄膜を形成した部材である。光透過部材としては、プラスチックあるいはガラスにより平面状あるいはレンズ状に作ったものを採用することができる。

次に、図４において光源３のランプ３ｂが発生する光ＬＰがスクリーン１０２に到達するまでの経路を簡単に説明する。ランプ３ｂが発生する光ＬＰは、フィルター１５で可視域に帯域制限されて、その光はフライアイレンズ２１，２３を通り均一な光Ｌに検出される。この光Ｌの赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー２５で反射されて、ミラー３７で反射後に、コンデンサレンズ５１、色補正用ダイクロイックフィルター１２０及び液晶表示パネル５３を通って、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａ，２ｄに達する。

一方、光Ｌの緑色光Ｇと青色光Ｂの成分は、ダイクロイックフィルター２５を通り、そのうちの緑色光Ｇがダイクロイックミラー２７で反射されてコンデンサレンズ４７、ダイクロイックフィルター１３０、液晶表示パネル４９を通りダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに達する。ダイクロイックミラー２７を通った青色光Ｂは、リレーレンズ２９を通りミラー３１で反射されて、リレーレンズ３３を通りさらにミラー３５で反射する。この青色光Ｂは、コンデンサレンズ４３、色補正用ダイクロイックフィルター１４０及び液晶表示パネル４５を通って、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ｂ，２ｃに達する。

このように、ダイクロイックプリズム４１に集合した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは合成されて、合成光１３Ａとして液晶表示パネル５３，４９，４５が表示している画像の情報を含むようにして、投写レンズ鏡筒１３の投写レンズよりスクリーン１０２の背面に拡大投写される。この場合に、次に説明するダイクロイックプリズム４１の構成から、スクリーン１０２上にて画面において色むらを均一にすることができるので、従来のように画面いっぱいに形成されるランダムな色むらではないことから、画像を鑑賞するユーザが、画面輝度の明るいきれいな画像を楽しむことができる。

次に、図５と図６に示す光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの光学的な特性の特徴的な部分について説明する。光学薄膜２ａは、図６に示す光学薄膜部分２ａ−１，２ａ−２の両方か片方により構成されている。同様にして光学薄膜２ｂは、光学薄膜部分２ｂ−１，２ｂ−２により構成されている。光学薄膜２ｃは、光学薄膜部分２ｃ−１，２ｃ−２により構成されている。光学薄膜２ｄは、光学薄膜部分２ｄ−１，２ｄ−２の両方か片方により構成されている。いずれにしても光学薄膜は両方の光学薄膜部分、片方のみの光学薄膜部分、両方ともない場合もある。本発明の実施の形態のダイクロイックプリズム４１の特徴的なことは、光学薄膜２ａと光学薄膜２ｄの光透過特性及び光反射特性が異なることである。同様にして光学薄膜２ｂと光学薄膜２ｃの光透過特性及び光反射特性も異なる。

図７は、図８に示すダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａ、光学薄膜部分（２ａ−１，２ａ−２）に関連する光学的な反射特性を示している。同様にして図９は、図１０に示す光学薄膜２ｄの光学的反射特性を示している。図１１は、図１２に示す光学薄膜２ｄの光学的透過特性を示している。図１３は図１４に示す光学薄膜２ａの光学的透過特性を示している。図１５は図１６に示す光学薄膜２ｂの光学的透過特性を示している。図１７は図１８に示す光学薄膜２ｃの光学的透過特性を示している。図１９は図２０に示す光学薄膜２ｃの光学的反射特性を示している。図２１は、図２２の光学薄膜２ｂの光学的反射特性を示している。

上述した光学薄膜２ａ，２ｄの光学的特性、すなわち光透過特性及び光反射特性が異なるように設定されている。光学薄膜２ａ，２ｄは、赤色光（Ｒ）の反射の光学的特性を有しており、一方図２０及び図２２の光学薄膜２ｂ，２ｃは、青色光（Ｂ）の反射の光学的特性を有する。従来これらの光学薄膜２ａと２ｄは同一特性であり、光学薄膜２ｂと２ｃも同一特性で、蒸着またはスパッタ等の手法によりプリズムに形成されている。しかし、本発明の実施の形態においては、光学薄膜２ａと２ｄの光学的特性を別々に設定し、さらに光学薄膜２ｂと２ｄの光学的特性も別々に設定する。

まず図７と図８を参照する。図７は、光学薄膜２ａの赤帯域反射率Ｒｒに対する波長λの関係を示している。図７においては、色補正用ダイクロイックフィルター１２０の透過特性Ａ、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａの反射特性Ａ２、及び光学薄膜２ａの反射特性Ａ１を示している。この反射特性Ａ１は、図８の液晶表示パネル５３の中心ＣＰに対応する光学薄膜２ａの反射特性である。反射特性Ａ２は液晶表示パネル５３の右端に対応する。同様にして、図９は、光学薄膜２ｄの赤帯域反射率Ｒｒに対する波長λの関係を示している。図９においては、色補正用ダイクロイックフィルター１２０の透過特性Ａ、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａの反射特性Ａ２、及び光学薄膜２ａの反射特性Ａ１を示している。この反射特性Ａ１は、図８の液晶表示パネル５３の中心ＣＰに対応する光学薄膜２ａの反射特性である。反射特性Ａ２は液晶表示パネル５３の左端に対応する。

図７と図９において、赤色光Ｒに関して、λＲｔは、平行配列されている色補正用ダイクロイックフィルター１２０の半値波長（０°入射時）を示し、λ２ａとλ２ｄは、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａ，２ｄの設計半値波長（４５°入射時）を示している。そして、Δλ２ａとΔλ２ｄはほぼ同じ値であり、これらのΔλ２ａ，Δλ２ｄは、光学薄膜２ａ，２ｄの部分の角度依存性（１°に対する半値波長の変化量）を示している。θ２ａとθ２ｄは、液晶表示パネル５３の左右の端部を通りダイクロイックプリズムの光学薄膜２ａ，２ｄに入射する光線の主光線の角度を示している。Δθ２ａとΔθ２ｄはほぼ同じ値であり、Δθ２ａ，Δθ２ｄは、液晶表示パネル５３の左右の端部を通り光学薄膜２ａ，２ｄに入射する光線の広がり角度である。尚、図８と図９では、赤色光Ｒの反射光を生じるが、図示の簡略化のために光路を９０°曲げずに表示している。このような定義を行った場合に、図７と図９の赤色光Ｒに関して光学薄膜２ａ，２ｄの特性においては、
λＲｔ≧λ２ａ＋Δλ２ｄ×（θ２ｄ＋Δθ２ｄ） かつ
λＲｔ≧λ２ｄ
となるようにλＲｔ，λ２ａ，λ２ｄの値を選択する。図７と図９はこのような値を選択した場合の例を示しており、図７の光学薄膜２ａの反射特性Ａ２と反射特性Ａ１が、透過特性Ａより長波長側にずれないようにし、かつ図９の光学薄膜２ｄの反射特性Ａ１，Ａ２は透過特性Ａより長波長側にずれないようにしている。これにより、図８と図１０中の色補正用ダイクロイックフィルター１２０（Ａ）で決定されるλＲｔのみにより赤色が決定される。図７と図９にて赤色の帯域は各色フィルターの最も長波長側にある要素に図８と図１０において決定され、それより高い波長域が画面に表示されることになる。図７と図９ともども最も長波長側にある要素はλＲｔを決定する。

次に、図１１〜図１４を参照する。図１１と図１２は、緑色光（Ｇ）の長波長側緑帯域透過率Ｇｌｔに対する波長λの関係を示している。図１１においては図１２に示すように、色補正用ダイクロイックフィルター１３０の透過特性Ａ、光学薄膜２ｄの透過特性Ａ２及び光学薄膜２ｄの透過特性Ａ１を示している。透過特性Ａ１は、液晶表示パネル４９の中心ＣＬに対応する透過特性であり、透過特性Ａ２はダイクロイックフィルター１３０の右端に対応する透過特性である。

図１３には、図１４に示すように、ダイクロイックフィルター１３０の透過特性Ａ、光学薄膜２ａの透過特性Ａ１，透過特性Ａ２を示している。透過特性Ａ１は液晶表示パネル４９の中心ＣＬに対応する光学薄膜２ａの透過特性を示し、透過特性Ａ２は、液晶表示パネル４９の左端に対応する透過特性を示している。

図１１の場合においては、透過特性Ａ２，Ａ１が、透過特性Ａの中に入らないように設定している。図１３の場合には、透過特性Ａ２，Ａ１はすでに透過特性Ａの中に入っていない。この場合には、λＧｌｔを、平行配列された色補正用ダイクロイックフィルター１３０の長波長側半値波長（０°入射時）とすると、
λＧｌｔ≦λ２ａ かつ
λＧｌｔ≦λ２ｄ−Δλ２ａ×（θ２ａ＋Δθ２ａ）
となるようにλＧｌｔ等を選択する。

次に、図１５〜図１８を参照する。図１５と図１７においては、緑色光（Ｇ）の短波長側緑帯域透過率（Ｇｓｒ）に対する波長λの関係を示している。図１５では、図１６に示すダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ｂの透過特性Ａ１、平行配列された色補正用ダイクロイックフィルター１３０の透過特性Ａ、ダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ｂの透過特性Ａ２の関係を示している。図１５の場合には、透過特性Ａ１は液晶表示パネル４９の中心ＣＬに対応する光学薄膜２ｂの透過特性を示し、透過特性Ａはダイクロイックフィルター１３０の透過特性を示している。透過特性Ａ２は、液晶表示パネル４９の右端に対応する光学薄膜２ｂの透過特性を示している。

図１７においては、透過特性Ａ２は、液晶表示パネル４９の左端に対応する光学薄膜２ｃの透過特性を示し、透過特性Ａ１は、液晶表示パネル４９の中心ＣＬに対応する光学薄膜２ｃの透過特性を示している。透過特性Ａは、ダイクロイックフィルター１３０の透過特性である。この場合には、λＧｓｔをダイクロイックフィルター１３０の短波長側半値波長（０°入射時）とすると、
λＧｓｔ≧λ２ｂ＋Δλ２ｂ×（θ２ｂ＋Δθ２ｂ） かつ
λＧｓｔ≧λ２ｃ
となるようにλＧｓｔを選択する。

次に図１９〜図２２を参照すると、図１９と図２１は、青色光（Ｂ）の青帯域反射率Ｂｒに対する波長λの関係を示している。図１９の透過特性Ａは、図２０の色補正用ダイクロイックフィルター１４０の透過特性を示している。反射特性Ａ１は、液晶表示パネル４５の中心ＣＬに対する光学薄膜２ｃの反射特性を示している。反射特性Ａ２は、液晶表示パネル４５の右端に対応する光学薄膜２ｃの反射特性を示している。

図２１では、透過特性Ａは、図２２のダイクロイックフィルター１４０の透過特性を示している。反射特性Ａ１は、液晶表示パネル４５の中心ＣＬに対応する光学薄膜２ｂの反射特性を示している。反射特性Ａ２は、液晶表示パネル４５の左端に対応する光学薄膜２ｂの反射特性を示している。

図１９と図２１において、λＢｔを色補正用ダイクロイックフィルター１４０の長波長側半値波長（０°入射時）とすると、
λＢｔ≦λ２ｃ−Δλ２ｃ×（θ２ｃ＋Δθ２ｃ） かつ
λＢｔ≦λ２ｂ
となるように、λＢｔを選択する。

以上説明した実施の形態は、図５と図６に示すダイクロイックプリズム４１の光学薄膜２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにおいて、光学薄膜２ａ，２ｄの光学特性を変えて、かつ光学薄膜２ｂ，２ｃの光学特性をも異ならせるようにした一例に過ぎない。このようにダイクロイックプリズム４１の４面の光学薄膜２ａ〜２ｄの光学的特性を変えることにより、図４に示すスクリーン１０２に対して合成光１３Ａを投影する場合に画面光量を損なうことなく画面色むらを均一にして、高画質化を実現することができる。すなわち、光合成用のダイクロイックプリズム（クロスプリズムとも呼ぶ）の左右の光学薄膜の特性を、その角度依存性に合わせて違えることにより画面の光量を損なうことなく面内の色むらを押さえることができる。

このように、光学薄膜２ａ，２ｄ及び光学薄膜２ｂ，２ｃの光学特性を変えることにより、液晶表示パネルの各点に対応する色分離／合成光学素子の角度依存性と、色分離／合成光学素子の光束の広がりのために画面周辺において画面中心の光学膜設計値と色が変わってしまうのをあらかじめ防ぐことができる。この色分離／合成光学素子とは、図２３のダイクロイックミラー５０２ｃ，５０２ａと上述したダイクロイックプリズム４１である。すなわち、色分離／合成光学素子の光束の広がりによる色分離／合成光学素子の角度依存性を、工夫なく色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０だけで波長制限すると、不必要に有効な波長域成分を大きく損ない画面輝度の低下となる。そこで、このような色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０を用いた場合に、有効な波長成分を損なうことなく画面輝度の低下を防ぎ、画面色むらが均一な構成にするために、上述したように光学薄膜２ａ，２ｃあるいは光学薄膜２ｂ，２ｄの光学的特性を積極的に異ならせるのである。これにより、色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０は不必要に有効な波長域成分を大きく損なうことなく波長制限をしすぎずに、有効に波長帯域を得られ色むらなく画面輝度の低下をさけられる。

ところで本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上述した実施の形態では、色補正用ダイクロイックフィルター１２０，１３０，１４０は、コンデンサレンズと液晶表示パネルの間に配置されているが、これに限らずコンデンサレンズよりも光軸に沿って手前側に配置することも勿論可能である。また光変調手段として液晶表示パネルを用いているが、これに限らず他の種類の表示手段を用いることができる。光源としては、メタルハライドランプやハロゲンランプ等を用いる他に、水銀及びキセノンランプ等を採用することもできる。図示の表示装置は、スクリーンの背面から画像を表示する形式のものを採用している。しかしこれに限らず本発明の表示装置は、スクリーンの前面に直接投影する方式であっても勿論構わない。表示装置の適用例としては、テレビジョンセットに限らず、コンピュータ等のような電子機器のモニタ等として用いることもできる。

本発明の光学装置を備える表示装置の一例を示す斜視図。 図１の表示装置の内部構造を示す図。 図２の投写型表示装置を示す斜視図。 本発明の光学装置を備える投写型表示装置を示す図。 図４の投写型表示装置における色補正用ダイクロイックフィルターとダイクロイックプリズム等を示す図。 図５のダイクロイックプリズムの各プリズムを示す分解斜視図。 赤色光Ｒに関して、赤帯域反射率Ｒｒと、波長λの関係を示す図。 図７に対応して示すダイクロイックプリズムの光学薄膜の特性を説明する図。 赤色光Ｒに関し、赤帯域反射率Ｒｒと、波長λの関係を示す図。 図９に関連して示す光学薄膜の光学特性を説明する図。 緑色光Ｇに関する長波長側緑帯域透過率Ｇｌｔに対する波長λの関係を示す図。 図１１における光学薄膜の光学的特性を示す図。 緑色光Ｇに関する長波長側緑帯域透過率Ｇｌｔに対する波長λの関係を示す図。 図１３に関して光学薄膜の光学特性を示す図。 緑色光Ｇの短波長側緑帯域透過率Ｇｓｒに対して波長λの関係を示す図。 図１５に関して光学薄膜の光学特性を示す図。 緑色光Ｇの短波長側緑帯域透過率Ｇｓｒに対する波長λの関係を示す図。 図１７に関して光学薄膜の光学特性を示す図。 青色光Ｂの青帯域反射率Ｂｒに対する波長λの関係を示す図。 図１９に関する光学薄膜の光学特性を示す図。 青色光Ｂの青帯域反射率Ｂｒに対する波長λの関係を示す図。 図２１に関して光学薄膜の光学特性を示す図。 従来の投写型表示装置の例を示す図。 従来の投写型表示装置のクロスプリズムの特性を示す図。

符号の説明

１・・・投写型表示装置、３・・・光源、１１・・・光学装置、１３・・・投写レンズ鏡筒、４１・・・ダイクロイックプリズム（光合成部材）、４１Ａ・・・第４プリズム、４１Ｂ・・・第３プリズム、４１Ｃ・・・第１プリズム、４１Ｄ・・・第２プリズム、４５，４９，５３・・・液晶表示パネル（光変調部材）、１０２・・・スクリーン、１２０，１３０，１４０・・・色補正用ダイクロイックフィルター（色補正部材）

Claims (9)

1. 赤青緑の各色光路上に配置された光変調部材及び色補正部材と、
   光合成部材とを有する光学装置において、
   前記光合成部材が、
   断面三角形状であり、赤色光が入射される光学薄膜を有する第１のプリズムと、
   断面三角形状であり、緑色光が入射される光学薄膜を有する第２のプリズムと、
   断面三角形状であり、青色光が入射される光学薄膜を有する第３のプリズムと、
   断面三角形状であり、赤色光、緑色光、青色光を合成した光が出射する第４のプリズムと、
   光透過特性及び光反射特性を有する複数枚の光学薄膜とを有するダイクロイックプリズムであり、
   前記ダイクロイックプリズムは、前記第１〜第４のプリズム同士が張り合わされる面に、それぞれ異なる光透過特性及び光反射特性を有する前記光学薄膜が設けられ、直方体あるいは立方体に形成される
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記第４のプリズムと前記第３のプリズムとを張り合わる面に、赤色光路上に配置された前記色補正部材を透過する波長以上の赤色光を反射する第１の前記光学薄膜が設けられ、前記第４のプリズムと前記第１のプリズムとを張り合わる面に、青色光路上に配置された前記色補正部材を透過する波長以下の青色光を反射する第２の前記光学薄膜が設けられ、前記第３のプリズムと前記第２のプリズムとを張り合わる面に青色光路上に配置された前記色補正部材を透過する波長以下の青色光を反射する第３の前記光学薄膜が設けられ、前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとを張り合わる面に赤色光路上に配置された前記色補正部材を透過する波長以上の赤色光を反射する第４の前記光学薄膜が設けられたダイクロイックプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１の光学薄膜が反射する波長に前記第１の光学薄膜の角度依存による波長を加算した波長よりも長波長側であり、かつ前記第４の光学薄膜が反射する波長よりも長波長側である波長の赤色光を透過する前記色補正部材を、赤色光の光路上に有することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記第３の光学薄膜が反射する波長から前記第３の光学薄膜の角度依存による波長を減算した波長よりも短波長側であり、かつ前記第２の光学薄膜が反射する波長よりも短波長側である波長の青色光を透過する前記色補正部材を、青色光の光路上に有することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
5. 前記第４の光学薄膜が反射する波長から前記第４の光学薄膜の角度依存による波長を減算した波長よりも短波長側であり、かつ前記第１の光学薄膜が反射する波長よりも短波長側である波長と、前記第２の光学薄膜が反射する波長に前記第２の光学薄膜の角度依存による波長を加算した波長よりも長波長側であり、かつ前記第３の光学薄膜が反射する波長よりも長波長側である波長との間の波長の緑色光を透過する前記色補正部材を、緑色光の光路上に有することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
6. 前記色補正部材が、ダイクロイックフィルターであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
7. 前記色補正部材は、平板状あるいはレンズ状の基板と、この基板に形成された光透過性を備えている光学薄膜とを有し、前記光変調部材の前側あるいは後側に配置されている請求項１に記載の光学装置。
8. 前記光変調部材は画像を映し出す液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
9. 光源と、赤青緑の各色光路上に配置された光変調部材及び色補正部材と、光合成部材と、投写レンズとを備える表示装置において、
   前記光合成部材が、
   断面三角形状であり、赤色光が入射される光学薄膜を有する第１のプリズムと、
   断面三角形状であり、緑色光が入射される光学薄膜を有する第２のプリズムと、
   断面三角形状であり、青色光が入射される光学薄膜を有する第３のプリズムと、
   断面三角形状であり、赤色光、緑色光、青色光を合成した光が出射する第４のプリズムと、
   光透過特性及び光反射特性を有する複数枚の光学薄膜とを有するダイクロイックプリズムであり、
   前記ダイクロイックプリズムは、前記第１〜第４のプリズム同士が張り合わされる面に、それぞれ異なる光透過特性及び光反射特性を有する前記光学薄膜が設けられ、直方体あるいは立方体に形成される
   ことを特徴とする表示装置。

Images