JP2007256679A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が発する光の利用効率が良好であり、照度が良好な投影画像を表示することが出来る投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】投射型画像表示装置１０は、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ発光するＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ、及びＬＥＤ１Ｂをフィリップスプリズム４の周囲三面に備える。フィリップスプリズム４は、第１ダイクロイック膜が形成された第２面４ｃを有する第１プリズム４ａと、第２ダイクロイック膜が形成された第５面４ｇを有する第２プリズム４ｅと、第３プリズム４ｉとを備える。３色の光は、フィリップスプリズム４により略同一の光軸上に合成され、ＤＭＤ６における光の利用効率が良好である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子が発する光の利用効率が良好であり、照度が良好な投影画像を表示することが可能である投射型画像表示装置に関する。

従来、フロントプロジェクション方式として光源により生成した画像に係る変調光をスクリーンに投影してスクリーン上に画像表示を行うプロジェクタ（投射型画像表示装置）が存在する。また、このような投射型画像表示装置の構成は、リアプロジェクションテレビに代表されるリアプロジェクション方式にも適用されている。投射型画像表示装置は光源としてランプを用いるものと、レーザ及びダイオード等の発光素子を用いるものがあり、一方、投影対象の元画像を生成する空間光変調素子（ライトバルブ）の種類で区別した場合、ＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）を用いるものと、液晶表示パネルを用いたものとに分かれる。

図６は、光源にランプを用いると共にライトバルブにＤＭＤを用いた従来の投射型画像表示装置３０（DLP方式：Digital Light Projector）の構成を示す概略図である。投射型画像表示装置３０は、光源のランプ３２に対向するようにカラーホイール３３を配置し、ランプ３２から出射した光線の進行方向においてカラーホイール３３より下流となる側にロッドインテグレータ３４、計３組のコンデンサレンズ３５ａ〜３５ｃ、及びミラー３６を配置し、ミラー３６で光線をＤＭＤ３７へ向くように反射させ、ＤＭＤ３７で生成された画像の変調光を投射レンズ３８から投影する。

ランプ３２は、ＨＩＤ（High Intensity Discharge Lamps）ランプで総称される放電ランプであり、ランプ３２の中央に設けられた発光管３２ａから出射した光線は、主に硝子基材からなる楕円面や双曲面により形成されたリフレクタ（反射鏡）３２ｂで反射して、所望の方向及び領域を照射するように進行する。

カラーホイール３３は、少なくとも赤（以下、Ｒと称す）色,緑色（以下、Ｇと称す）,及び青色（以下、Ｂと称す）の光線を透過させるダイクロイックミラーが形成された３つのセグメントに分割されている。なお、カラーホイール３３の回転は図示しない制御部により制御されている。

カラーホイール３３の出射側に配置されたロッドインテグレータ３４は主に硝子基材で柱状に形成されており、入射面３４ａから所望の広がり角で入射した光線群を、硝子基材と周囲の空気との屈折率の差により硝材基材の内側界面で全反射を繰り返して硝子基材内部を効率良く伝播させる。その結果、ロッドインテグレータ３４の出射面３４ｂでは、光線群の入射角度が維持されたままで光源の多重反射像が生じ、照度が均一化される。

次に、投射型画像表示装置３０の投影制御を説明すると、図示しない制御部はＤＭＤ３７の同期信号によりカラーホイール３３の位相回転制御を行い、この制御により、例えば、ＤＭＤ３７へＲ色画像データが入力されている時間帯にランプ３２の出射光線がカラーホイール３３のＲ色セグメントを通過するようにカラーホイール３３の回転が行われる。

そのため、ランプ３２の出射光線はカラーホイール３３を通過することで、順にＲ色、Ｇ色、及び、Ｂ色の光線となり、それと同期してＤＭＤ３７も順にＲ、Ｇ、Ｂ用の画像を形成するので、Ｒ、Ｇ、Ｂ光線がＤＭＤ３７に入出射されることにより順にＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線が生成される。これらＲ、Ｇ、Ｂ画像の光線が投射レンズ３８からスクリーン（図示せず）へ投影されることで、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。

図７は、光源に発光素子を用いると共にライトバルブに１枚の液晶パネルを用いたＬＣＤ１枚方式の投射型画像表示装置４０の構成を示す概略図である。発光素子には、アイセーフ性を持たせたレーザ、レーザダイオード、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体半導体発光素子の適用が可能である。

投射型画像表示装置４０は、Ｒ光線を発光するＬＥＤ４１Ｒ、Ｇ光線を発光するＬＥＤ４１Ｇ、及びＢ光線を発光するＬＥＤ４１Ｂにそれぞれ対向して、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの出射光の広がり角度を制御するレンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを配置すると共に、レンズ４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを通過した光線が入射するようにダイクロイックミラー４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂを配置している。また、ダイクロイックミラー４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂの下流側にはレンズ４４、第１フライアイレンズ４５ａ、ＰＳ分離合成ユニット４６、第２フライアイレンズ４５ｂ、液晶パネル４７、及び投射レンズ４８をそれぞれ配置している。

投射型画像表示装置４０では、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの出射光を液晶パネル４７上又は近傍で結像させるために、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから液晶パネル４７までの光路長を揃えている。そのため、ＬＥＤ４１Ｂからダイクロイックミラー４３Ｂまでの距離が一番長く、以下、ＬＥＤ４１Ｇからダイクロイックミラー４３Ｇまでの距離が二番目に長く、ＬＥＤ４１Ｒからダイクロイックミラー４３Ｒまでの距離が一番短くなるように各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂを配置すると共に、ダイクロイックミラー４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂの大きさもそれぞれ相異させている。

投射型画像表示装置４０では、液晶パネル４７上又は近傍で各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂからの出射光を結像させるので、各ＬＥＤ４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂの発光ムラが直接的にそのまま照度ムラへと繋がる。このため、投射型画像表示装置４０は、液晶パネル４７の上流側に位置するＰＳ分離合成ユニット４６を第１、第２フライアイレンズ４５ａ、４５ｂで挟み込み、液晶パネル４７上でのＬＥＤ光（ＬＥＤ像）を多重結合化して照度ムラの改善を図っている。

図８は、光源にＬＥＤを用いると共にライトバルブに１枚のＤＭＤを用いたＤＭＤ１枚方式の従来の投射型画像表示装置５０の構成を示す概略図である。
立方体状の合成プリズムとしてのクロスダイクロイックプリズム５４の周囲三面には、Ｒ色の光を発光するＬＥＤ５１Ｒ、Ｇ色の光を発光するＬＥＤ５１Ｇ、及びＢ色の光を発光するＬＥＤ５１Ｂが配置されている。各ＬＥＤ５１Ｒ、５１Ｇ及び５１Ｂとクロスダイクロイックプリズム５４との間には、集光レンズ５２Ｒ及び５３Ｒ、５２Ｇ及び５３Ｇ、５２Ｂ及び５３Ｂがそれぞれ配置されている。クロスダイクロイックプリズム５４の出射側には、ＴＩＲ(Total Internal Reflection:全反射）プリズム５５、ＤＭＤ５６及び投射レンズ５７が配置されている。

クロスダイクロイックプリズム５４は、Ｒ光を反射する一方、Ｇ、Ｂ光を透過するダイクロイックミラー５４Ｒ、及びＢ光を反射する一方、Ｒ、Ｇ光を透過するダイクロイックミラー５４Ｂを対角線上に設けている。なお、各ダイクロイックミラー５４Ｒ、５４Ｂは、クロスダイクロイックプリズム５４を構成するプリズム部材を貼り合わせて一体的に形成されている。

ＬＥＤ５１Ｒで発光し、レンズ５２Ｒ及び５３Ｒを通過したＲ光は、ダイクロイックミラー５４Ｒで反射し、クロスダイクロイックプリズム５４を出射してＴＩＲプリズム５５へ向かう。また、ＬＥＤ５１Ｂで発光し、レンズ５２Ｂ及び５３Ｂを通過したＢ光は、ダイクロイックミラー５４Ｂで反射し、クロスダイクロイックプリズム５４を出射してＴＩＲプリズム５５へ向かう。ＬＥＤ５１Ｇで発光し、レンズ５２Ｇ及び５３Ｇを通過したＧ光は、光軸がダイクロイックミラー５４Ｒと５４Ｂとの交点を通る状態で、ダイクロイックミラー５４Ｒ及び５４Ｂを透過して、クロスダイクロイックプリズム５４を出射し、ＴＩＲプリズム５５へ向かう。ＬＥＤ５１Ｒ、ＬＥＤ５１Ｇ及びＬＥＤ５１Ｂは、時分割駆動により順次点灯され、各色の光は、このクロスダイクロイックプリズム５４において、同一の光軸上に合成された上で、クロスダイクロイックプリズム５４を出射する。

ＴＩＲプリズム５５は、平面視が図の如く、一角が鋭角のプリズムである第１プリズム５５ａと、平面視が直角三角形である第２プリズム５５ｂとを備える。第１プリズム５５ａに入射した光は、第１プリズム５５ａを通過して、第２プリズム５５ｂに入射し、第２プリズム５５ｂを通過して、ＤＭＤ５６に入射する。ＤＭＤ５６に入射した光は、電気的にオン・オフされるＤＭＤ５６のマイクロミラーの傾き角度に応じて変調され、第２プリズム５５ｂに入射して、第２プリズム５５ｂの反射面５５ｃで反射して、投射レンズ５７に入射する。Ｒ，Ｇ，Ｂ光が順次ＤＭＤ５６に入射されることにより、順次Ｒ，Ｇ，Ｂ画像の光が生成され、該光が第２プリズム５５ｂの反射面５５ｃで全反射し、投射レンズ５７を介してスクリーンに投射されて、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。スクリーン上に表示されたＲ，Ｇ，Ｂ画像は、各々が人間の色分解能以上の速さで切り換えられるため、錯覚的にカラー画像として視認される。

特許文献１には、クロスダイクロイックプリズムの３入射面にＲ、Ｇ及びＢ光の各ＬＥＤから発光し、第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズを通した出射光を入射し、出射面からＲ、Ｇ及びＢ光の合成照明光を出射し、第１フライアイレンズの各素子レンズの出射瞳の拡大像を、この素子に対応する第２フライアイレンズ、及び以後の照明レンズを通して、ＤＭＤパネルにやや大きめに結像する光学系を有し、ＤＭＤパネル上の画素のオン画素から反射した光のみが投射レンズを通過してスクリーンに結像する投射型画像表示装置の発明が開示されている。

特許文献２には、ＬＥＤから発する光を半円形の開口部を有する放物面反射鏡により反射して略平行光束化し、２つの台形プリズムの底面同士が接合され接合面に半透鏡特性の薄膜が施されている六角形プリズムに略平行光束を入射させ、前記薄膜により２分割させて、プリズム出射後の光束が円形断面の照明光となり、インテグレータ系のフライアイレンズに導かれるように構成された光源装置を有する投射型画像表示装置の発明が開示されている。

特許文献３には、複数のＲ色ＬＥＤの中にＹ色ＬＥＤが少なくとも１つ混在するＲ色光源ユニットと、複数のＧ色ＬＥＤからなるＧ色光源ユニットと、複数のＢ色ＬＥＤからなるＢ色光源ユニットとをクロスダイクロイックプリズムの３面と対向させてそれぞれ配置し、Ｇ色の発光時にＹ色ＬＥＤを同時に発光させ、両者から発せられた光の合成光がＧ色光としてライトバルブに照射されるように構成された投射型画像表示装置の発明が開示されている。
特開２００３−１８６１１０号公報 特開２００４−５３９４９号公報 特開２００５−１８９２７７号公報

図６の投射型画像表示装置３０は、ランプ３２ａから出射した光、及びランプ３２ａから出射し、リフレクタ３２ｂにて反射した光を、カラーホイール３３で集光しているが、光のロスが多く、光の利用効率が悪いという問題がある。また、光路が長く、装置全体が大型化するという問題がある。

図７の投射型画像表示装置４０においては、ダイクロイックミラー４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂが平行平板であるために、光学的な収差、特に非点収差が大きく発生し、集光光学系及び合成系に各ＬＥＤの光を効率よく導くことが出来ず、投射光がにじむという問題がある。

また、図８及び特許文献１の投射型画像表示装置の場合、ＬＥＤから出射した光をクロスダイクロイックプリズムにより合成しているが、これらの投射型画像表示装置のライトバルブはＤＭＤであり、ランダム偏光が使用されている。

図９は、図８のクロスダイクロイックプリズム５４の分光特性を示したグラフである。図９中、Ｂave：Ｂ光の自然光（ランダム偏光）に対する分光特性、Ｂｓ：Ｂ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｂｐ：Ｂ光のＰ偏光に対する分光特性、Ｒave：Ｒ光のランダム偏光に対する分光特性、Ｒｓ：Ｒ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｒｐ：Ｒ光のＰ偏光に対する分光特性を示す。図９より、クロスダイクロイックプリズム５４においては、Ｐ偏光とＳ偏光とで分光特性に大きな差が生じていることが分かる。従って、理想的なダイクロイック特性が得られず、ＤＭＤ５６における光の利用効率が悪いという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、合成プリズムとしてフィリップスプリズムを用いることにより、発光素子が発する光の利用効率が良好であり、照度が良好な投影画像を表示することが出来る投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＬＥＤを光軸方向に移動させる手段を備えることで、所望の色の光の光路長を調整することが出来、各色のぼやけ具合等を揃えることが出来るとともに、装置全体の小型化を図ることが出来る投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る投射型画像表示装置は、少なくとも２以上の異なる色の光を各別に発する発光素子と、各発光素子が発する光を集光する集光レンズと、各集光レンズが発する光を入射し、該光を全反射又は通過させ、各色の光を略同一の光軸上に合成する合成プリズムと、該合成プリズムから入射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えて反射させるマイクロミラーを有するＤＭＤと、該ＤＭＤが反射した光を被投射体へ投射する投射レンズとを備える投射型画像表示装置において、前記合成プリズムが、フィリップスプリズムであることを特徴とする。

本発明においては、Ｐ偏光とＳ偏光とで分光特性の差が少ないフィリップスプリズムを合成プリズムとして用いるので、ランダム偏光を用いるＤＭＤにおいて、フィリップスプリズムにより合成された光を有効に利用することが出来る。従って、投射光の照度が良好である。
そして、各発光素子が発した光の光路を短くすることが出来、装置全体を小型化することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、第１色、第２色及び第３色の光を各々発する第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子を備え、前記フィリップスプリズムは、前記第１発光素子が発する第１色の光が入射する第１面と、該第１色の光を反射させ、前記第２色及び第３色の光を透過させる第１誘電体多層膜が形成された第２面と、前記第１色、第２色及び第３色の光が出射する第３面とを有する第１プリズムと、前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる第２誘電体多層膜が形成された第５面と、前記第２色及び第３色の光が出射する、前記第１プリズムの第３面に空気層を介して対向する第６面とを有する第２プリズムと、前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムとを備えることを特徴とする。

本発明においては、第１発光素子が発した第１色の光は、第１プリズムの第１面に入射し、第３面で反射し、さらに第２面の第１誘電体多層膜で反射して、第３面を出射する。第２発光素子が発した第２色の光は、第２プリズムの第４面に入射し、第６面で反射し、さらに第５面の第２誘電体多層膜で反射して、第６面を出射し、第２面の第１誘電体多層膜を透過して、第３面を通過する。第３発光素子が発した第３色の光は、第３プリズムの第７面に入射し、第８面から出射し、第５面の第２誘電体多層膜を透過して第６面から出射し、第２面の第１誘電体多層膜を透過して、第３面から出射する。
本発明においては、以上のようにして、効率良く、光路長を短くして、３色の光を合成することが出来るので、装置全体をさらに小型化することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記フィリップスプリズムが、前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備えることを特徴とする。

本発明においては、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差がさらに減じ、光の利用効率がさらに良好になる。

本発明に係る投射型画像表示装置は、第１色、第２色及び第３色の光を各々発する第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子を備え、前記フィリップスプリズムは、前記第１発光素子が発する第１色の光が入射する第１面と、該第１色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる、第１誘電体多層膜が形成された第２面と、前記第１色及び第３色の光が出射する第３面とを有する第１プリズムと、前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２色の光を反射させ、前記第１色及び第３色の光を透過させる第２誘電体多層膜が形成され、前記第３面に対向する第５面と、前記第１色、第２色及び第３色の光が出射する第６面とを有する第２プリズムと、前記第３色の光が入射する第７面と、前記第２面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムとを備えることを特徴とする。

本発明においては、第１発光素子が発した第１色の光は、第１プリズムの第１面に入射し、第３面で反射し、さらに第２面の第１誘電体多層膜で反射して、第３面を出射する。そして、第２プリズムの第５面の第２誘電体多層膜を透過して、第６面から出射する。第２発光素子が発した第２色の光は、第２プリズムの第４面に入射し、第６面で反射し、さらに第５面の第２誘電体多層膜で反射して、第６面から出射する。第３発光素子が発した第３色の光は、第３プリズムの第７面に入射し、第８面から出射し、第２面の第１誘電体多層膜を透過して第３面から出射した後、第５面の第２誘電体多層膜を透過して、第６面から出射する。
本発明においては、以上のようにして、効率良く、光路長を短くして、３色の光を合成することが出来るので、装置全体をさらに小型化することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記フィリップスプリズムは、前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備えることを特徴とする。

本発明においては、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差がさらに減じ、光の利用効率がさらに良好になる。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記フィリップスプリズムは、第１プリズムと第２プリズムとの平面視の寸法が略同一であることを特徴とする。

本発明においては、第１プリズムと第２プリズムとの平面視の寸法が略同一であるので、使用する硝子の量が減じ、加工設備を共通化することが出来るので、装置のコストダウンが図られる。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記第１色、第２色及び第３色は、それぞれ赤色、青色及び緑色であることを特徴とする。

本発明においては、３原色を良好に合成することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、前記発光素子が、面発光型ＬＥＤであることを特徴とする。

本発明においては、ＬＥＤの形状とＤＭＤの開口形状とを一致させることが出来るので、結像倍率の観点から各ＬＥＤからの出射光の全てを有効に利用することが出来る。

本発明に係る投射型画像表示装置は、少なくとも一のＬＥＤを光軸方向に移動させる手段を備えることを特徴とする。

本発明においては、ＬＥＤを所定距離移動させることによって、所望の色の光の光路長を調整することが出来、各色のぼやけ具合等を揃えることが出来る。
また、フィリップスプリズムの各構成プリズムの光軸方向の長さを変えて各色の光の光路を変える場合と比較して、装置全体をより小型にすることが出来る。

本発明によれば、フィリップスプリズムを合成プリズムとして用いるので、ランダム偏光を用いるＤＭＤにおいて、フィリップスプリズムにより合成された光を有効に利用することが出来、投射光の照度が良好である。

本発明によれば、集光レンズを所定距離移動させることで、所望の色の光の光路長を調整することが出来、各色のぼやけ具合等を揃えることが出来る。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、１０が投射型画像表示装置である。

投射型画像表示装置１０は、光源の発光素子として、Ｒ色の光を発光するＬＥＤ１Ｒ、Ｇ色の光を発光するＬＥＤ１Ｇ、及びＢ色の光を発光するＬＥＤ１Ｂを備える。ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ及びＬＥＤ１Ｂは、フィリップスプリズム４の周囲三面に、それぞれ配置されている。ＬＥＤ１Ｒ、ＬＥＤ１Ｇ及びＬＥＤ１Ｂは面発光型のＬＥＤであり、時分割駆動により順次点灯される。

フィリップスプリズム４は、平面視が三角形状である第１プリズム４ａ，第２プリズム４ｅと、平面視が台形状である第３プリズム４ｉとを備える。
第１プリズム４ａは、ＬＥＤ１Ｒが発する光が入射する第１面４ｂと、ＬＥＤ１Ｂと対向し、内側に第１ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第２面４ｃと、斜辺に対応する第３面４ｄとを備える。ダイクロイック膜は、屈折率がそれぞれ異なる誘電体の多層膜からなり、２以上の波長域の光を分離するものである。第１ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。
第２プリズム４ｅは、ＬＥＤ１Ｂが発する光が入射する第４面４ｆと、ＬＥＤ１Ｇと対向し、内側に第２ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第５面４ｇと、第２面４ｃに所定間隔を隔てて対向する第６面４ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる。
第３プリズム４ｉは、ＬＥＤ１Ｇが発する光が入射する第７面４ｊと、第５面４ｇと接合された第８面４ｋとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面４ｃに限定されるものではなく、第６面４ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面４ｇに限定されるものではなく、第８面４ｋに設けてもよい。

ＬＥＤ１Ｒと第１プリズム４ａの第１面４ｂとの間には、集光レンズ２Ｒ及び３Ｒが配置されている。同様に、ＬＥＤ１Ｂと第２プリズム４ｅの第４面４ｆとの間には、集光レンズ２Ｂ及び３Ｂが配置され、ＬＥＤ１Ｇと第３プリズム４ｉの第７面４ｊとの間には、集光レンズ２Ｇ及び３Ｇがそれぞれ配置されている。フィリップスプリズム４の出射側には、ＴＩＲプリズム５、ＤＭＤ６及び投射レンズ７が配置されている。

ＬＥＤ１Ｒが発したＲ光は、第１プリズム４ａの第１面４ｂに主光線を略垂直として入射し、第３面４ｄで反射し、さらに第１ダイクロイック膜が形成された第２面４ｃで反射して、第３面４ｄを出射する。
ＬＥＤ１Ｂが発したＢ光は、第２プリズム４ｅの第４面４ｆに主光線を略垂直として入射し、第６面４ｈで反射し、さらに第５面４ｇの第２ダイクロイック膜で反射して、第６面４ｈを出射し、第１プリズム４ａの第２面４ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面４ｄから出射する。
ＬＥＤ１Ｇが発したＧ光は、第３プリズム４ｉの第７面４ｊに主光線を略垂直として入射し、第８面４ｋから出射し、第２プリズム４ｅの第５面４ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第６面４ｈから出射し、第１プリズム４ａの第２面４ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面４ｄから出射する。
Ｒ光は、第１ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第３面４ｄを出射する。Ｂ光は、第２ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第６面４ｈ及び第３面４ｄを出射する。以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム４を出射する。

ＴＩＲプリズム５は、平面視が図の如く、一角が鋭角のプリズムである第１プリズム５ａと、平面視が直角三角形である第２プリズム５ｂとを備える。フィリップスプリズム４を出射して、ＴＩＲプリズム５の第１プリズム５ａに入射した各色の光は、第１プリズム５ａを通過して、第２プリズム５ｂに入射し、第２プリズム５ｂを通過して、ＤＭＤ６に入射する。ＤＭＤ６に入射した光は、電気的にオン・オフされるＤＭＤ６のマイクロミラーの傾き角度に応じて変調され、第２プリズム５ｂに入射し、第２プリズム５ｂの反射面５ｃで全反射して、投射レンズ７に入射する。
ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ及び１Ｂの発光部の形状と、ＤＭＤ６の開口形状とは、ともに、縦：横＝３：４の矩形状であり、一致している。

フィリップスプリズム４からＴＩＲプリズム５を介して、Ｒ，Ｇ，Ｂ光が順次ＤＭＤ６に入射されることにより、順次Ｒ，Ｇ，Ｂ画像の光が生成され、該光が第２プリズム５ｂの反射面５ｃで全反射して、投射レンズ７を介してスクリーンに投射されて、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。

図２は、フィリップスプリズム４の分光特性を示したグラフである。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）であり、Ｂ光及びＲ光についてのランダム偏光、Ｐ偏光及びＳ偏光に対する分光特性（反射率）を示している。図２中、Ｂave：Ｂ光の自然光（ランダム偏光）に対する分光特性、Ｂｓ：Ｂ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｂｐ：Ｂ光のＰ偏光に対する分光特性、Ｒave：Ｒ光のランダム偏光に対する分光特性、Ｒｓ：Ｒ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｒｐ：Ｒ光のＰ偏光に対する分光特性を示す。図２より、図９のクロスダイクロイックプリズム５４の分光特性のグラフと比較して、フィリップスプリズム４においては、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差が減じていることが分かる。従って、ランダム偏光を用いるＤＭＤ６において、フィリップスプリズム４にて合成された光の利用効率が高くなることが分かる。よって、投射レンズ７により投射される光の照度が高くなる。
また、本実施形態においては、上述したように、ＬＥＤ１Ｒ，１Ｇ及び１Ｂの形状とＤＭＤ６の開口形状とが一致しているので、結像倍率の観点から各ＬＥＤからの出射光の全てを有効に利用することが出来る。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、２０が投射型画像表示装置である。図中、図１と同一部分は同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。

投射型画像表示装置２０のフィリップスプリズム１４は、第１面１４ｂ、第２面１４ｃ及び第３面１４ｄを有する第１プリズム１４ａと、第４面１４ｆ、第５面１４ｇ及び第６面１４ｈを有する第２プリズム１４ｅと、第７面１４ｊ及び第８面１４ｋを有する第３プリズム１４ｉと、平面視が略直角三角形状であり、第９面１４ｎ及び第１０面１４ｐを有する第４プリズム１４ｍとを備える。

図１の投射型画像表示装置１０と同様に、フィリップスプリズム１４の第１プリズム１４ａの第３面１４ｄを光路を一致させた状態で出射した各色の光は、第４プリズム１４ｍの第９面１４ｎに入射し、第１０面１４ｐを出射する。

図４は、フィリップスプリズム１４の分光特性を示したグラフであり、縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）である。図４中、Ｂave：Ｂ光の自然光（ランダム偏光）に対する分光特性、Ｂｓ：Ｂ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｂｐ：Ｂ光のＰ偏光に対する分光特性、Ｒave：Ｒ光のランダム偏光に対する分光特性、Ｒｓ：Ｒ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｒｐ：Ｒ光のＰ偏光に対する分光特性を示す。図４より、図２のフィリップスプリズム４の分光特性のグラフと比較して、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差がさらに減じていることが分かる。従って、ＤＭＤ６において、フィリップスプリズム１４にて合成された光の利用効率がさらに高くなり、投射レンズ７により投射される光の照度がさらに高くなる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、２１が投射型画像表示装置である。

投射型画像表示装置２１は、光源の発光素子として、Ｒ色の光を発光するＬＥＤ１１Ｒ、Ｇ色の光を発光するＬＥＤ１１Ｇ、及びＢ色の光を発光するＬＥＤ１１Ｂを備える。ＬＥＤ１１Ｒ、ＬＥＤ１１Ｇ及びＬＥＤ１１Ｂは、フィリップスプリズム１６の周囲三面に対向させて、それぞれ配置されている。ＬＥＤ１１Ｒ、ＬＥＤ１１Ｇ及びＬＥＤ１１Ｂは砲弾型のＬＥＤであり、時分割駆動により順次点灯される。

フィリップスプリズム１６は、平面視が三角形状である第１プリズム１６ａ、第２プリズム１６ｅ、第３プリズム１６ｉ及び第４プリズム１６ｍを備える。
第１プリズム１６ａは、ＬＥＤ１１Ｒが発する光が入射する第１面１６ｂと、ＬＥＤ１１Ｇと対向し、内側に第１ダイクロイック膜が形成された第２面１６ｃと、斜辺に対応する第３面１６ｄとを備える。第１ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光を透過させる。
第２プリズム１６ｅは、ＬＥＤ１１Ｂが発する光が入射する第４面１６ｆと、第３面１６ｄに所定間隔を隔てて対向する、第２ダイクロイック膜が形成された第５面１６ｇと、斜辺に対応する第６面１６ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｒ光及びＧ光を透過させる。
第３プリズム１６ｉは、ＬＥＤ１１Ｇが発する光が入射する第７面１６ｊと、第２面１６ｃと所定間隔を隔てて対向、又は接合された第８面１６ｋとを備える。
第４プリズム１６ｍは、第６面１６ｈに所定間隔を隔てて対向する第９面１６ｎと、第１０面１６ｐとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面１６ｃに限定されるものではなく、第８面１６ｋに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面１６ｇに限定されるものではなく、第３面１６ｄに設けてもよい。

ＬＥＤ１１Ｒと第１プリズム１６ａの第１面１６ｂとの間には、集光レンズ１２Ｒ、１３Ｒ及び１５Ｒが配置されている。同様に、ＬＥＤ１１Ｂと第２プリズム１６ｅの第４面１６ｆとの間には、集光レンズ１２Ｂ、１３Ｂ及び１５Ｂが配置され、ＬＥＤ１１Ｇと第３プリズム１６ｉの第７面１６ｊとの間には、集光レンズ１２Ｇ、１３Ｇ及び１５Ｇがそれぞれ配置されている。第４プリズム１６ｍの出射側には、ＴＩＲプリズム１７、ＤＭＤ１８及び投射レンズ１９が配置されている。

ＬＥＤ１１Ｒが発したＲ光は、第１プリズム１６ａの第１面１６ｂに入射し、第３面１６ｄで全反射し、さらに第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜で反射して、第３面１６ｄを出射する。そして、第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して、出射面１６ｈから出射し、さらに第９面１６ｎに入射し、第１０面１６ｐから出射する。
ＬＥＤ１１Ｂが発したＢ光は、第２プリズム１６ｅの第４面１６ｆに入射し、第６面１６ｈで全反射し、さらに第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜で反射する。そして、第６面１６ｈから出射し、さらに第９面１６ｎに入射して、第１０面１６ｐから出射する。
ＬＥＤ１１Ｇが発したＧ光は、第３プリズム１６ｉの第７面１６ｊに入射し、第８面１６ｋから出射し、第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して第３面１６ｄから出射する。そして、第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して、第６面１６ｈから出射し、さらに第９面１６ｎに入射して、第１０面１６ｐから出射する。
Ｒ光は、第１ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第３面１６ｄを出射する。Ｂ光は、第２ダイクロイック膜にて反射した後、光路がＧ光の光路に略一致した状態で、第６面１６ｈを出射する。以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム１６を出射する。

ＴＩＲプリズム１７は、平面視が図の如く一角が鋭角のプリズムである第１プリズム１７ａと、平面視が直角三角形である第２プリズム１７ｂとを備える。フィリップスプリズム１６を出射して、第１プリズム１７ａに入射した各色の光は、第１プリズム１７ａを通過して、第２プリズム１７ｂに入射し、第２プリズム１７ｂを通過して、ＤＭＤ１８に入射する。ＤＭＤ１８に入射した光は、電気的にオン・オフされるＤＭＤ１８のマイクロミラーの傾き角度に応じて変調され、第２プリズム１７ｂに入射し、第２プリズム１７ｂの反射面１７ｃで反射して、投射レンズ１９に入射する。

フィリップスプリズム１６からＴＩＲプリズム１７を介して、Ｒ，Ｇ，Ｂ光が順次ＤＭＤ１８に入射されることにより、順次Ｒ，Ｇ，Ｂ画像の光が生成され、該光がＴＩＲプリズム１７の第２プリズム１７ｂで全反射して、投射レンズ１９を介してスクリーンに投射されて、スクリーンにＲ、Ｇ、Ｂ画像が表示される。

本実施形態の投射型画像表示装置２１は、ＬＥＤ移動手段及び制御部２３を備えており、制御部２３により制御されて、ＬＥＤ移動手段がＬＥＤ１１Ｒ、１１Ｇ及び１１Ｂを光軸方向に各別に移動させることが出来るように構成されている。

図５においては、ＬＥＤ１１ＧのＬＥＤ移動手段のみ示す。
ＬＥＤ１１Ｇの下側及び上側には、ＬＥＤカバー１１ａ，１１ｂが被覆されている。ＬＥＤカバー１１ａの下側には、ギア２２が配されており、ＬＥＤカバー１１ａの下部に設けられた歯１１ｃとギア２２に設けられた歯２２ｂとが噛合されている。ＬＥＤカバー１１ａとギア２２とでＬＥＤ移動手段を構成する。図示しないモータによってギア２２の軸２２ａが回転し、歯２２ｂが回転すると、これに噛合された歯１１ｃが光軸方向の入射側、又は出射側に移動して、ＬＥＤ１１Ｇが光軸方向の入射側、又は出射側に移動するように構成されている。ＬＥＤ１１Ｒ及び１１Ｂも同様にして光軸方向の入射側、又は出射側に移動するように構成されている。
この構成により、各色の光の光路長を調整することが出来、各色のぼやけ具合等を一致させることが出来る。この一致の有無は、解析ソフトウエア等で判断することが出来る。

前記実施形態１乃至３においては、発光素子としてＬＥＤを適用した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、アイセーフ性を有するレーザ、レーザダイオード等の他の固体半導体素子を用いてもよい。
そして、発光素子は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の光を発するものに限定されない。

本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズムの分光特性を示したグラフである。 本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 実施の形態２に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズムの分光特性を示したグラフである。 本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 光源にランプを用いると共にライトバルブにＤＭＤを用いた従来の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 光源に発光素子を用いると共にライトバルブに１枚の液晶パネルを用いたＬＣＤ１枚方式の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 光源にＬＥＤを用いると共にライトバルブに１枚のＤＭＤを用いたＤＭＤ１枚方式の従来の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。 図８の投射型画像表示装置に係るクロスダイクロイックプリズムの分光特性を示したグラフである。

符号の説明

１０、２０、２１ 投射型画像表示装置
１Ｒ、１１Ｒ、１Ｇ、１１Ｇ、１Ｂ、１１Ｂ ＬＥＤ
２Ｒ、３Ｒ、１２Ｒ、１３Ｒ、１５Ｒ、２Ｇ、３Ｇ、１２Ｇ、１３Ｇ、１５Ｇ、２Ｂ、３Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ、１５Ｂ 集光レンズ
４、１４、１６ フィリップスプリズム
４ａ、１４ａ、１６ａ 第１プリズム
４ｅ、１４ｅ、１６ｅ 第２プリズム
４ｉ、１４ｉ、１６ｉ 第３プリズム
１４ｍ、１６ｍ 第４プリズム
４ｂ、１４ｂ、１６ｂ 第１面
４ｃ、１４ｃ、１６ｃ 第２面
４ｄ、１４ｄ、１６ｄ 第３面
４ｆ、１４ｆ、１６ｆ 第４面
４ｇ、１４ｇ、１６ｇ 第５面
４ｈ、１４ｈ、１６ｈ 第６面
４ｊ、１４ｊ、１６ｊ 第７面
４ｋ、１４ｋ、１６ｋ 第８面
１４ｎ、１６ｎ 第９面
１４ｐ、１６ｐ 第１０面
５、１７ ＴＩＲプリズム
６、１８ ＤＭＤ
７、１９ 投射レンズ
２２ ギア
２３ 制御部

Claims (9)

1. 少なくとも２以上の異なる色の光を各別に発する発光素子と、各発光素子が発する光を集光する集光レンズと、各集光レンズが発する光を入射し、該光を全反射又は通過させ、各色の光を略同一の光軸上に合成する合成プリズムと、該合成プリズムから入射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えて反射させるマイクロミラーを有するＤＭＤと、該ＤＭＤが反射した光を被投射体へ投射する投射レンズとを備える投射型画像表示装置において、
   前記合成プリズムは、フィリップスプリズムであることを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 第１色、第２色及び第３色の光を各々発する第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子を備え、
   前記フィリップスプリズムは、
   前記第１発光素子が発する第１色の光が入射する第１面と、該第１色の光を反射させ、前記第２色及び第３色の光を透過させる第１誘電体多層膜が形成された第２面と、前記第１色、第２色及び第３色の光が出射する第３面とを有する第１プリズムと、
   前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる第２誘電体多層膜が形成された第５面と、前記第２色及び第３色の光が出射する、前記第１プリズムの第３面に空気層を介して対向する第６面とを有する第２プリズムと、
   前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムと
   を備える請求項１に記載の投射型画像表示装置。
3. 前記フィリップスプリズムは、
   前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備える請求項２に記載の投射型画像表示装置。
4. 第１色、第２色及び第３色の光を各々発する第１発光素子、第２発光素子及び第３発光素子を備え、
   前記フィリップスプリズムは、
   前記第１発光素子が発する第１色の光が入射する第１面と、該第１色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる、第１誘電体多層膜が形成された第２面と、前記第１色及び第３色の光が出射する第３面とを有する第１プリズムと、
   前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２色の光を反射させ、前記第１色及び第３色の光を透過させる第２誘電体多層膜が形成され、前記第３面に対向する第５面と、前記第１色、第２色及び第３色の光が出射する第６面とを有する第２プリズムと、
   前記第３色の光が入射する第７面と、前記第２面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムと
   を備える請求項１に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記フィリップスプリズムは、
   前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備える請求項４に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記フィリップスプリズムは、
   第１プリズムと第２プリズムとの平面視の寸法が略同一である請求項４又は５に記載の投射型画像表示装置。
7. 前記第１色、第２色及び第３色は、それぞれ赤色、青色及び緑色である請求項１乃至６のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
8. 前記発光素子は、面発光型ＬＥＤである請求項１乃至７のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
9. 少なくとも一のＬＥＤを光軸方向に移動させる手段を備える請求項１乃至８のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。

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