JP2007264339A - 変調装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】第１光変調素子にて変調された照明光を複数合成する場合の重ね合わせ精度を容易に向上させる。
【解決手段】合成手段８０が、所定角度で入射する上記照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記照明光を透過する全反射面８１Ｒ，８１Ｂと該全反射面８１Ｒ，８１Ｂにて全反射された照明光を上記第２光変調素子に向かう所定光路ＬＸに反射する反射面８２Ｒ，８２Ｂとを少なくとも有するプリズム８０Ｒ，８０Ｂを２つ以上備え、所定のプリズムと該所定のプリズムと異なる一つのプリズムとは、一方のプリズムの上記全反射面と他方のプリズムの反射面とが当接している。
【選択図】図２

Description

本発明は、変調装置及びプロジェクタに関するものである。

近年、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プロジェクタ等の電子ディスプレイ装置における画質改善は目覚しく、解像度、色域については人間の視覚特性にほぼ匹敵する性能を有する装置が実現されつつある。しかし、輝度ダイナミックレンジについてみると、その再現範囲は１〜１０^２［nit］程度の範囲であり、また階調数は８ビットが一般的である。一方、人間の視覚は、一度に知覚し得る輝度ダイナミックレンジの範囲が１０^−２〜１０^４［nit］程度あり、また輝度弁別能力は０．２［nit］でこれを階調数に換算すると１２ビット相当といわれている。このような視覚特性を経由して現在のディスプレイ装置の表示画像を見ると、輝度ダイナミックレンジの狭さが目立ち、加えてシャドウ部やハイライト部の階調が不足しているため、表示画像のリアリティや迫力に対して物足りなさを感じることになる。

また、映画やゲーム等で使用されるＣＧ（Computer Graphics）では、人間の視覚に近い輝度ダイナミックレンジや階調特性を表示データ（以下、ＨＤＲ（High Dynamic Range）表示データという。）に持たせて描写のリアリティを追求する動きが主流になりつつある。しかしそれを表示するディスプレイ装置の性能が不足しているために、ＣＧコンテンツが本来有する表現力を充分に発揮できないという課題がある。

さらに、次期ＯＳ（Operating System）、例えばWINDOWS（登録商標）-Vista（登録商標）に搭載されるWCS(Windows（登録商標） Color System)においては、１６ビット色空間の採用が予定されており、現在の８ビット色空間と比較してダイナミックレンジや階調数が飛躍的に増大する。そのため、１６ビット色空間を生かすことができる高ダイナミックレンジ・高階調の電子ディスプレイ装置実現への要求が高まると予想される。

ディスプレイ装置の中でも、液晶プロジェクタや、ＤＬＰ（Digital Light Processing、商標）プロジェクタといった投写型表示装置（プロジェクタ）は、大画面表示が可能であり、表示画像のリアリティや迫力を再現する上で効果的なディスプレイ装置である。この分野では上記の課題を解決するために、以下に述べる提案がなされている。

高ダイナミックレンジのディスプレイ装置として、光源からの照明光を光路上に直列配置された２つの光変調素子によって二重変調することによって、コントラスト比を向上させる、いわゆるＨＤＲ（High Dynamic Range）ディスプレイが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

そして、このようなＨＤＲディスプレイでは、赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々を第１光変調素子にて変調した後にクロスダイクロイックプリズムを用いて合成し、この合成光をさらに第２光変調素子によって変調している。
なお、上記第１光変調素子にて変調された照明光は、各々赤色画像情報、緑色画像情報、青色画像情報を含むものであり、第１光変調素子に入射する前の照明光とは状態が異なっている。したがって、以降の説明においては第１光変調素子にて変調された照明光を色変調光と便宜的に呼称して区別する。
特開２００５−２５０４４０号公報

しかしながら、クロスダイクロイックプリズムは、４つの三角プリズムを貼り合せることによって形成されている。このため、４つの三角プリズムの頂辺を正確に位置合わせする必要があり、貼り合わせの精度を高めることが難しい。一般的には、三角プリズムの貼り合わせ精度は１０秒程度である。この結果、赤色変調光と、緑色変調光と、青色変調光との合成にずれが生じ、第２光変調素子上に結像する、赤色変調光の画像と、緑色変調光の画像と、青色変調光の画像とにずれが生じる。このため、第２光変調素子において合成画像を正確に変調することができず、表示画像の劣化が生じる。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、第１光変調素子にて変調された色変調光を複数合成する場合の重ね合わせ精度を容易に向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の変調装置は、複数の照明光ごとに設置される第１光変調素子と、各上記第１光変調素子によって変調された上記照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、上記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、上記合成手段が、所定角度で入射する上記照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記照明光を透過する全反射面と該全反射面にて全反射された照明光を上記第２光変調素子に向かう所定光路に反射する反射面とを少なくとも有するプリズムを２つ以上備え、所定のプリズムと該所定のプリズムと異なる一つのプリズムとは、一方のプリズムの上記全反射面と他方のプリズムの反射面とが当接していることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の変調装置によれば、合成手段を構成するプリズムが所定角度で入射する上記照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記照明光を透過する全反射面と、該全反射面にて全反射された照明光を上記第２光変調素子に向けて反射する反射面とを有している。そして、このようなプリズムを複数集めて合成手段が構成されている。したがって、一方のプリズムの全反射面に所定角度で照明光を入射させるとともに、他方のプリズムの全反射面にも所定角度で照明光を入射させることによって、両方の照明光が第２光変調素子に向かう所定光路に射出される。この結果、一方のプリズムに入射された照明光と他方のプリズムに入射された照明光とが合成される。
また、本発明の変調装置においては、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面とが当接されて配置されることによって合成手段が構成されている。
ここで、仮に一方のプリズムと他方のプリズムの当接状態が、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面との境界面内においてずれている場合であっても、照明光を各プリズムの全反射面に所定角度で入射させることによって、照明光は所定光路に射出される。このため、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面との境界面内においてずれている場合であっても、ずれの量に応じて上記複数の第１光変調素子の相対位置を補正することにより照明光を正確に重ね合わせて合成することができる。
つまり、本発明の変調装置においては、一方のプリズムと他方のプリズムとを当接させる場合に、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面との境界面内における位置ずれが許容される。
したがって、本発明の変調装置によれば、合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いる従来の変調装置と比較して、第１光変調素子にて変調された照明光を複数合成する場合の重ね合わせ精度を容易に向上させることが可能となる。このように、複数の照明光の重ね合わせ精度が向上することによって、合成光を第２光変調素子において正確に変調することが可能となる。よって、本発明の変調装置を用いることによって、表示画像の画質を向上させることが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、上記照明光の偏光状態を変化させる位相差部が上記プリズムの全反射面に形成されているという構成を採用することができる。
このような構成を採用することによって、各照明光の偏光状態を変化せることができるため、合成光の偏光状態を制御することが可能となる。例えば、照明光は、合成手段の内部を通過する過程においてその偏光状態が乱れる場合があるが、位相差部を照明光の偏光の乱れを補正する位相補償膜とすることによって、所定光路に射出される照明光の偏光の乱れを補正することが可能となる。
さらには、上記位相差部が、上記合成光の偏光性が上記第２光変調素子に応じた状態となるように上記照明光の偏光状態を変化させるものであるという構成を採用することによって、合成光の偏光状態を第２光変調素子に応じた状態にすることができる。具体的には、例えば、第２光変調素子が透過型の液晶ライトバルブである場合には、液晶ライトバルブの入射側の偏光板の偏光軸に合成光の偏光状態を合わせることによって、合成光が入射側の偏光板によって遮光されることを抑止することができる。このため、照明光の利用効率を高めることが可能となる。

また、本発明の変調装置においては、上記合成手段が、上記全反射面と上記反射面とが一体とされた合成面を有するプリズムを備えるという構成を採用することもできる。
このように、全反射面と反射面を一体とすることもできる。

次に、本発明の変調装置は、赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々に対して設置される第１光変調素子と、各上記第１光変調素子によって変調された上記赤色照明光、上記緑色照明光及び上記青色照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、上記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、上記合成手段が、所定角度で入射する上記赤色照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記赤色照明光、緑色照明光及び青色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された上記赤色照明光を上記第２変調素子に向かう所定光路に反射するとともに上記緑色照明光及び上記青色照明光を透過する反射面とを有する赤色照明光用プリズムと、所定角度で入射する上記青色照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記青色照明光及び上記緑色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された上記青色照明光を上記所定光路に反射するとともに上記緑色照明光を透過する反射面とを有する青色照明光用プリズムと、所定角度で入射する上記緑色照明光を上記所定光路に全反射する全反射面と、該全反射面において全反射された上記緑色照明光を透過する透過面とを有する緑色照明光用プリズムとを備え、上記青色照明光用プリズムの全反射面と上記赤色照明光用プリズムの反射面とが当接され、上記青色照明光用プリズムの反射面と上記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、上記緑色照明光用プリズムと上記赤色照明光用プリズムとが当接されないことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の変調装置によれば、赤色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で赤色照明光を入射させ、緑色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で緑色照明光を入射させ、青色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で青色照明光を入射させることによって、全ての照明光が第２光変調素子に向かう所定光路に射出される。この結果、赤色照明光と緑色照明光と青色照明光とが合成される。
また、本発明の変調装置においては、上記青色照明光用プリズムの全反射面と上記赤色照明光用プリズムの反射面とが当接され、上記青色照明光用プリズムの反射面と上記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、さらには、上記緑色照明光用プリズムと上記赤色照明光用プリズムとが当接されない状態で合成手段が構成されている。
ここで、仮に青色照明光用プリズムと赤色照明光用プリズムとの当接状態が、全反射面と反射面との境界面内においてずれている場合であっても、各照明光を各プリズムの全反射面に所定角度で入射させることによって、各照明光は所定光路に射出される。このため、青色照明光用プリズムの全反射面と赤色照明光用プリズムの反射面との境界面内においてずれている場合であっても、ずれの量に応じて青色用の第１光変調素子と赤色用の第1光変調素子の相対位置を補正することにより青色照明光と赤色照明光を正確に重ね合わせて合成することができる。また、緑色照明光用プリズムと青色照明光用プリズムとについても同様である。
そして、緑色照明光用プリズムと赤色照明光用プリズムとが当接されないで配置されるため、本発明の変調装置においては、一方のプリズムと他方のプリズムとを当接させる場合に、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面との境界面内における位置ずれが許容される。
したがって、本発明の変調装置によれば、合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いる従来の変調装置と比較して、第１光変調素子にて変調された赤色照明光、緑色照明光及び青色照明光を合成する場合の重ね合わせ精度を容易に向上させることが可能となる。このように、赤色照明光、緑色照明光及び青色照明光の重ね合わせ精度が向上することによって、合成光を第２光変調素子において正確に変調することが可能となる。よって、本発明の変調装置を用いることによって、表示画像の画質を向上させることが可能となる。

次に、本発明の変調装置は、赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々に対して設置される第１光変調素子と、各上記第１光変調素子によって変調された上記赤色照明光、上記緑色照明光及び上記青色照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、上記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、上記合成手段が、所定角度で入射する上記青色照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記青色照明光、緑色照明光及び赤色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された上記青色照明光を上記第２変調素子に向かう所定光路に反射するとともに上記緑色照明光及び上記赤色照明光を透過する反射面とを有する青色照明光用プリズムと、所定角度で入射する上記赤色照明光を全反射するとともに上記所定角度と異なる角度で入射する上記赤色照明光及び上記緑色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された上記赤色照明光を上記所定光路に反射するとともに上記緑色照明光を透過する反射面とを有する赤色照明光用プリズムと、所定角度で入射する上記緑色照明光を上記所定光路に全反射する全反射面と、該全反射面において全反射された上記緑色照明光を透過する透過面とを有する緑色照明光用プリズムとを備え、上記赤色照明光用プリズムの全反射面と上記青色照明光用プリズムの反射面とが当接され、上記赤色照明光用プリズムの反射面と上記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、上記緑色照明光用プリズムと上記青色照明光用プリズムとが当接されないことを特徴とする。

このような特徴を有する本発明の変調装置によれば、青色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で青色照明光を入射させ、緑色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で緑色照明光を入射させ、赤色照明光用プリズムの全反射面に所定角度で赤色照明光を入射させることによって、全ての照明光が第２光変調素子に向かう所定光路に射出される。この結果、青色照明光と緑色照明光と赤色照明光とが合成される。
また、本発明の変調装置においては、上記赤色照明光用プリズムの全反射面と上記青色照明光用プリズムの反射面とが当接され、上記赤色照明光用プリズムの反射面と上記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、さらには、上記緑色照明光用プリズムと上記青色照明光用プリズムとが当接されない状態で合成手段が構成されている。
ここで、仮に赤色照明光用プリズムと青色照明光用プリズムとの当接状態が、全反射面と反射面との境界面内においてずれている場合であっても、各照明光を各プリズムの全反射面に所定角度で入射させることによって、各照明光は所定光路に射出される。このため、赤色照明光用プリズムの全反射面と青色照明光用プリズムの反射面との境界面内においてずれている場合であっても、ずれの量に応じて赤色用の第１光変調素子と青色用の第1光変調素子の相対位置を補正することにより赤色照明光と青色照明光を正確に重ね合わせて合成することができる。また、緑色照明光用プリズムと赤色照明光用プリズムとについても同様である。
そして、緑色照明光用プリズムと青色照明光用プリズムとが当接されないで配置されるため、本発明の変調装置においては、一方のプリズムと他方のプリズムとを当接させる場合に、一方のプリズムの全反射面と他方のプリズムの反射面との境界面内における位置ずれが許容される。
したがって、本発明の変調装置によれば、合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いる従来の変調装置と比較して、第１光変調素子にて変調された青色照明光、緑色照明光及び赤色照明光を合成する場合の重ね合わせ精度を容易に向上させることが可能となる。このように、青色照明光、緑色照明光及び赤色照明光の重ね合わせ精度が向上することによって、合成光を第２光変調素子において正確に変調することが可能となる。よって、本発明の変調装置を用いることによって、表示画像の画質を向上させることが可能となる。

次に、本発明のプロジェクタは、変調装置から射出される合成光を投射手段によって表示面に拡大投射するプロジェクタであって、上記変調装置として本発明の変調装置を用いることを特徴とする。
本発明の変調装置によれば、合成光を第２光変調素子において正確に変調することが可能となる。よって、このような本発明の変調装置を備えるプロジェクタによれば、表示画像の画質を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る変調装置及びプロジェクタの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態のプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。
本実施形態のプロジェクタＰＪは、光源装置１０と、光源装置１０から入射した光（照明光）の輝度分布を均一化する均一照明系２０と、均一照明系２０から入射した光の波長領域のうちのＲＧＢ３原色の輝度をそれぞれ変調する色変調部３０と、色変調部３０から入射した光をリレーするリレーレンズ９０と、リレーレンズ９０から入射した光の全波長領域の輝度を変調する液晶ライトバルブ１００と、液晶ライトバルブ１００から入射した光をスクリーン１２０に投射する投射レンズ１１０とを備えて構成されている。
なお、以下の説明において、光学系全体のｘｙｚ直交座標系は、液晶ライトバルブ１００の画素面をｘｙ平面とし、色合成プリズム８０から射出され、投射レンズ１１０に向かう光の方向をｚ方向とする。

光源装置１０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等からなるランプ１１と、ランプ１１からの射出光を反射・集光するリフレクタ１２とを備えており、ランプ１１から射出された射出光をリフレクタ１２で反射・集光して照明光Ｌとして射出する。

均一照明系２０は、フライアイレンズ等からなる第１，第２のレンズアレイ２１，２２と、偏光変換素子２３と、集光レンズ２４とを含んで構成されている。そして、光源装置１０から射出された照明光Ｌの輝度分布を第１，第２のレンズアレイ２１，２２により均一化し、第１，第２のレンズアレイ２１，２２を通過した光を偏光変換素子２３により色変調部３０の入射可能偏光方向に偏光し、偏光した光を集光レンズ２４により集光して色変調部３０に射出する。なお、偏光変換素子２３は、例えば、ＰＢＳアレイと、１／２波長板とで構成されており、ランダム偏光を特定の直線偏光に変換するものである。

色変調部３０は、光分離手段としての２つのダイクロイックミラー３４，３５と、４つのミラー（反射ミラー３６，３７，４５，４６）と、５つのフィールドレンズ（レンズ４１、リレーレンズ４２、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ）と、３つの液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒと、色合成プリズム８０と、を含んで構成されている。

ダイクロイックミラー３４，３５は、光源装置１０からの照明光Ｌを、赤色照明光Ｌ１、緑色照明光Ｌ２、青色照明光Ｌ３のＲＧＢ３原色光に分離するものである。ダイクロイックミラー３４は、緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３を反射するとともに赤色照明光Ｌ１を透過する性質のダイクロイック膜をガラス板等に形成したもので、照明光Ｌに含まれる緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３を反射するとともに赤色照明光Ｌ１を透過する。ダイクロイックミラー３５は、緑色照明光Ｌ２を反射するとともに青色照明光Ｌ３を透過する性質のダイクロイック膜をガラス板等に形成したもので、ダイクロイックミラー３４によって反射された緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３のうち、緑色照明光Ｌ２を反射して平行化レンズ５０Ｇに導光するとともに青色照明光Ｌ３を透過してレンズ４１に導光する。

リレーレンズ４２は青色照明光Ｌ３を平行化レンズ５０Ｂ近傍に導光するものである。また、レンズ４１はリレーレンズ４２に光を効率よく入射させる機能を有する。そして、レンズ４１に入射した青色照明光Ｌ３は、その強度分布をほぼ保存された状態で、かつ光損失を殆ど伴うことなく空間的に離れた液晶ライトバルブ６０Ｂ（第１光変調素子）に導光される。

平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒは対応する液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射する各色光を略平行化して、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒを透過した光を効率よくリレーレンズ９０に入射させる機能を有している。そして、ダイクロイックミラー３４，３５で分離された赤色照明光Ｌ１、緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３は、ミラー（反射ミラー３６，３７，４５，４６）及びレンズ（レンズ４１、リレーレンズ４２、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒ）を介して液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射する。

なお、反射ミラー３６は、後に詳説する色合成プリズム８０が備える赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒに赤色照明光Ｌ１が全反射角度（所定角度）にて入射されるように赤色照明光Ｌ１を反射する。
また、反射ミラー３７は、後に詳説する色合成プリズム８０が備える緑色照明光用プリズム８０Ｇの全反射面８１Ｇに緑色照明光Ｌ２が全反射角度（所定角度）にて入射されるように緑色照明光Ｌ２を反射する。
また、反射ミラー４６は、後に詳説する色合成プリズム８０が備える青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂに青色照明光Ｌ３が全反射角度（所定角度）にて入射されるように青色照明光Ｌ３を反射する。なお、反射ミラー４５は、反射ミラー４６に青色照明光Ｌ３を導光するためのものである。

液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、画素電極及びこれを駆動するための薄膜トランジスタ素子や薄膜ダイオード等のスイッチング素子がマトリクス状に形成されたガラス基板と、全面にわたって共通電極が形成されたガラス基板との間にＴＮ型液晶を挟み込むとともに、外面に偏光板を配置したアクティブマトリクス型の液晶表示素子である。

また、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒは、電圧非印加状態で白／明（透過）状態、電圧印加状態で黒／暗（非透過）状態となるノーマリーホワイトモードまたはその逆のノーマリーブラックモードで駆動され、与えられた制御値に応じて明暗間の階調がアナログ制御される。液晶ライトバルブ６０Ｂは、入射された青色照明光Ｌ３を表示画像データに基づいて光変調して青色変調光として射出する。液晶ライトバルブ６０Ｇは、入射された緑色照明光Ｌ２を表示画像データに基づいて光変調して緑色変調光として射出する。液晶ライトバルブ６０Ｒは、入射された赤色照明光Ｌ１を表示画像データに基づいて光変調して赤色変調光として射出する。

図２は、色合成プリズム８０の拡大図である。この図に示すように、色合成プリズム８０は、赤色照明光用プリズム８０Ｒと、緑色照明光用プリズム８０Ｇと、青色照明光用プリズム８０Ｂとによって構成されている。

赤色照明光用プリズム８０Ｒは、臨界角θＴＩＲより大きな入射角θ１で入射する赤色変調光Ｌ１を全反射するとともに臨界角θＴＩＲより小さな入射角θ２で入射する赤色変調光Ｌ１を透過する全反射面８１Ｒと、この全反射面８１Ｒで全反射された赤色変調光Ｌ１を液晶ライトバルブ１００に向かう光路ＬＸ（所定光路）に反射する反射面８２Ｒとを有している。なお、全反射面８１Ｒ及び反射面８２Ｒは、緑色変調光Ｌ２及び青色変調光Ｌ３を透過する。
反射面８２Ｒは、赤色変調光Ｌ１を光路ＬＸに向けて反射するとともに緑色変調光Ｌ２及び青色変調光Ｌ３を透過するダイクロイック膜が赤色照明光用プリズム８０Ｒの表面に形成されることによって構成されている。なお該ダイクロイック膜は後述する青色照明光用プリズムの全反射面８１Ｂに形成しても良い。
また、全反射面８１Ｒには、位相補償膜８３Ｒが形成されている。位相補償膜８３Ｒは、反射面８２Ｒに反射されることによって生じる赤色変調光Ｌ１の偏光の乱れが、色合成プリズム８０から射出される際にキャンセルされているように赤色変調光Ｌ１の偏光状態を変化させる膜である。

青色照明光用プリズム８０Ｂは、臨界角θＴＩＲより大きな入射角θ３で入射する青色変調光Ｌ３を全反射するとともに臨界角θＴＩＲより小さな入射角θ４で入射する青色変調光Ｌ３を透過する全反射面８１Ｂと、この全反射面８１Ｂで全反射された青色変調光Ｌ３を液晶ライトバルブ１００に向かう光路ＬＸ（所定光路）に反射する反射面８２Ｂとを有している。なお、全反射面８１Ｂ及び反射面８２Ｂは、緑色変調光Ｌ２を透過する。
反射面８２Ｂは、青色変調光Ｌ３を光路ＬＸに向けて反射するとともに緑色変調光Ｌ２を透過するダイクロイック膜が青色照明光用プリズム８０Ｂの表面に形成されることによって構成されている。なお該ダイクロイック膜は後述する緑色照明光用プリズムの透過面８２Ｇに形成しても良い。
また、全反射面８１Ｂには、位相補償膜８３Ｂが形成されている。位相補償膜８３Ｂは、反射面８２Ｂに反射される、及び、赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒを透過することによって生じる青色変調光Ｌ３の偏光の乱れが、色合成プリズム８０から射出される際にキャンセルされているように青色変調光Ｌ３の偏光状態を変化させる膜である。

緑色照明光用プリズム８０Ｇは、臨界角θＴＩＲより大きな入射角θ５で入射する緑色変調光Ｌ２を光路ＬＸに向けて全反射する全反射面８１Ｇと、この全反射面８１Ｇで全反射された緑色変調光Ｌ２を透過する透過面８２Ｇとを有している。
また、全反射面８１Ｇには、位相補償膜８３Ｇが形成されている。位相補償膜８３Ｇは、赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒ及び青色照明光用プリズムの反射面８２Ｂを透過することによって生じる緑色変調光Ｌ２の偏光の乱れが、色合成プリズム８０から射出される際にキャンセルされているように緑色変調光Ｌ２の偏光状態を変化させる膜である。

そして、色合成プリズム８０は、図２に示すように、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂと赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒとが当接され、青色照明光用プリズム８０Ｂの反射面８２Ｂと緑色照明光用プリズム８０Ｇの透過面８２Ｇとが当接されている。また、緑色照明光用プリズム８０Ｇと赤色照明光用プリズム８０Ｒとが当接されていない。

このような色合成プリズム８０では、仮に青色照明光用プリズム８０Ｂと赤色照明光用プリズム８０Ｒとの当接状態が、全反射面８１Ｂと反射面８２Ｒとの境界面内においてずれている場合であっても、赤色変調光Ｌ１及び青色変調光Ｌ３を各プリズム８０Ｒ、８０Ｂの全反射面８１Ｒ，８２Ｂに全反射角で入射させることによって、各色変調光Ｌ１，Ｌ３は光路ＬＸに射出される。このため、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂと赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒとの境界面内において位置合わせがずれている場合であっても、そのずれ量に応じて液晶ライトバルブ６０Ｒと６０Ｂの相対位置関係を補正することで、赤色変調光と青色変調光とを正確に重ね合わせて合成することができる。
また、仮に青色照明光用プリズム８０Ｂと緑色照明光用プリズム８０Ｇとの当接状態が、全反射面８１Ｂと透過面８２Ｇとの境界面内においてずれている場合であっても、緑色変調光Ｌ２及び青色変調光Ｌ３を各プリズム８０Ｇ、８０Ｂの全反射面８１Ｇ，８２Ｂに全反射角で入射させることによって、各色変調光Ｌ２，Ｌ３は光路ＬＸに射出される。このため、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂと緑色照明光用プリズム８０Ｇの透過面８２Ｇとの境界面内において位置合わせがずれている場合であっても、そのずれ量に応じて液晶ライトバルブ６０Ｂと６０Ｇの相対位置関係を補正することで、青色変調光と緑色変調光とを正確に重ね合わせて合成することができる。

そして、緑色照明光用プリズム８０Ｇと赤色照明光用プリズム８０Ｒとが当接されないで配置される。このため、例えば、青色照明光用プリズム８０Ｂと赤色照明光用プリズム８０Ｒとを当接させる場合に、全反射面８１Ｂと反射面８２Ｒとの境界面内において、赤色照明光用プリズムの位置ずれが許容される。
したがって、色合成プリズム８０を形成する場合は、４つの三角プリズムの頂辺を合わせて貼り合せるクロスダイクロイックプリズムを形成する場合と比較して、各プリズムの高い位置合わせ精度が要求されない。それにも関わらず、色合成プリズム８０は、クロスダイクロイックプリズムよりも高い精度で各色変調光Ｌ１〜Ｌ３を重ね合わせることができる。

なお、各プリズム８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂの全反射面８１Ｒ，８１Ｇ，８１Ｂへの各色変調光Ｌ１〜Ｌ３の入射角は、反射ミラー３６，３７，４６の角度を調整することによって容易に変化させることが可能である。

リレーレンズ９０は、色合成プリズム８０で合成された合成光Ｌ４を液晶ライトバルブ１００に導光するものである。なお、リレーレンズ９０は、液晶の視野角特性を考慮して両側テレセントリック特性を有することが望ましい。

液晶ライトバルブ１００は、合成光Ｌ４の輝度を表示画像データに基づいて変調して投射レンズ１１０に射出するものである。
投射レンズ１１０は、液晶ライトバルブ１００の表示面上に形成された光学像をスクリーン１２０上に投射してカラー画像を表示する。

なお、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒ及び液晶ライトバルブ１００はいずれも透過光の強度を変調する点では同じであるが、後者の液晶ライトバルブ１００は全波長域の光である合成光Ｌ４を変調するのに対して、前者の液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒはダイクロイックミラー３４，３５で分離された特定波長領域の光（赤色照明光Ｌ１、緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３）を変調する点で両者は異なっている。したがって、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒで行われる光強度変調を色変調、液晶ライトバルブ１００で行われる光強度変調を輝度変調と便宜的に呼称して区別する。

次に、プロジェクタＰＪの動作について説明する。

光源装置１０からの照明光Ｌはダイクロイックミラー３４，３５により赤色照明光Ｌ１、緑色照明光Ｌ２及び青色照明光Ｌ３の３原色光に分離されるとともに、平行化レンズ５０Ｂ，５０Ｇ，５０Ｒを含むレンズ及びミラーを介して、液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射される。液晶ライトバルブ６０Ｂ，６０Ｇ，６０Ｒに入射した各々の照明光はそれぞれの波長領域に応じた外部データに基づいて色変調されて射出される。

液晶ライトバルブ６０Ｒによって色変調された赤色変調光Ｌ１は、臨界各θＴＩＲより大きな入射角θ１にて赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒに入射して全反射される。全反射面８１Ｒにて全反射された赤色変調光Ｌ１は、赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒにて光路ＬＸに向けて反射された後、臨界各θＴＩＲより小さな入射角θ２にて全反射面８１Ｒに入射することによって全反射面８１Ｒを透過して光路ＬＸに射出される。
また、液晶ライトバルブ６０Ｂによって色変調された青色変調光Ｌ３は、臨界角θＴＩＲより大きな入射角θ３にて青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂに入射して全反射される。全反射面８１Ｂにて全反射された青色変調光Ｌ３は、青色照明光用プリズム８０Ｂの反射面８２Ｂにて光路ＬＸに向けて反射された後、臨界角θＴＩＲより小さな入射角θ４にて全反射面８１Ｂに入射することによって全反射面８１Ｂを透過し、さらに赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒ及び反射面８２Ｒを透過して光路ＬＸに射出される。
また、液晶ライトバルブ６０Ｇによって色変調された緑色変調光Ｌ２は、臨界角θＴＩＲより大きな入射角θ５にて緑色照明光用プリズム８０Ｇの全反射面８１Ｇに入射することによって光路ＬＸに向けて全反射される。全反射面８１Ｇに全反射された緑色変調光Ｌ２は、青色照明光用プリズム８０Ｂの反射面８２Ｂ、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂ、赤色照明光用プリズム８０Ｒの反射面８２Ｒ、赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒの順に透過して光路ＬＸに射出される。

このように、色合成プリズム８０に入射した各色変調光Ｌ１〜Ｌ３は、全て光路ＬＸに射出される。この結果、各色変調光Ｌ１〜Ｌ３が重ね合わされて合成され、色合成プリズム８０から合成光Ｌ４が射出される。

なお、赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒには赤色変調光Ｌ１の偏光の乱れを補正する位相補償膜８３Ｒが形成されており、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂには青色変調光Ｌ３の偏光の乱れを補正する位相補償膜８３Ｂが形成されており、緑色照明光用プリズム８０Ｇの全反射面８１Ｇには緑色変調光Ｌ２の偏光の乱れを補正する位相補償膜８３Ｇが形成されている。このため、各プリズム８０Ｒ，８０Ｇ，８０Ｂから射出される色変調光Ｌ１〜Ｌ３の偏光が整えられた状態となり、合成光Ｌ４の偏光が整った状態となる。

その後、色合成プリズム８０を射出した合成光Ｌ４は、リレーレンズ９０を介して液晶ライトバルブ１００に入射される。液晶ライトバルブ１００に入射した合成光Ｌ４は全波長域に応じた外部データに基づいて輝度変調され、最終的な光学像を内包した変調光として投射レンズ１１０へ射出される。そして、投射レンズ１１０において、合成光Ｌ４がスクリーン１２０上に拡大投射され、これによってスクリーン１２０上に画像が表示される。

このような、本実施形態のプロジェクタＰＪにおいては、クロスダイクロイックプリズムより形成が容易でかつ確実に照明光の重ね合わせを行える色合成プリズム８０を合成手段として用いている。このため、赤色変調光Ｌ１、緑色変調光Ｌ２及び青色変調光Ｌ３を合成する場合の重ね合わせ精度が向上する。このように、赤色変調光Ｌ１、緑色変調光Ｌ２及び青色変調光Ｌ３の重ね合わせ精度が向上することによって、合成光Ｌ４を液晶ライトバルブ１００において正確に変調することが可能となる。よって、本実施形態のプロジェクタＰＪによれば、スクリーン１２０における表示画像の画質を向上させることが可能となる。

また、本実施形態のプロジェクタＰＪにおいては、赤色照明光用プリズム８０Ｒの全反射面８１Ｒに形成された位相補償膜８３Ｒ、青色照明光用プリズム８０Ｂの全反射面８１Ｂに形成された位相補償膜８３Ｂ及び緑色照明光用プリズム８０Ｇの全反射面８１Ｇに形成された位相補償膜８３Ｇによって、合成光Ｌ４の偏光が整った状態となる。このため、合成光Ｌ４が液晶ライトバルブ１００に入射する際に、液晶ライトバルブ１００の偏光板に遮光される成分を低減させ、照明光の利用効率を向上させるとともに、不要な偏光を除去できるので表示画像のコントラスト特性を向上させることが可能となる。

なお、本実施形態においては、本発明の変調装置は、光源装置１０、均一照明系２０、色変調部３０、リレーレンズ９０及び液晶ライトバルブ１００（第２光変調素子）によって構成されている。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る変調装置及びプロジェクタの好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組合せ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、色合成プリズムの組合せ順序として、光源側から順に、緑色照明光用プリズム、青色照明光用プリズム、赤色照明光用プリズムとしたが、これが例えば緑色照明光用プリズム、赤色照明光用プリズム、青色照明光用プリズムの順になる配置も可能である。
この場合には、青色照明光用プリズムは、所定角度で入射する青色変調光を全反射するとともに所定角度と異なる角度で入射する青色変調光、緑色変調光及び赤色変調光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された青色変調光を液晶ライトバルブ１００に向かう所定光路に反射するとともに緑色変調光及び赤色変調光を透過する反射面とを有する。
また、赤色照明光用プリズムは、所定角度で入射する赤色変調光を全反射するとともに所定角度と異なる角度で入射する赤色変調光及び緑色変調光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された赤色変調光を上記所定光路に反射するとともに緑色変調光を透過する反射面とを有する。
また、緑色照明光用プリズムは、所定角度で入射する緑色変調光を上記所定光路に全反射する全反射面と、該全反射面において全反射された緑色変調光を透過する透過面とを有する。

また、上記実施形態においては、光変調素子として、透過型の液晶ライトバルブを用いた。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、光変調素子として、反射型の液晶ライトバルブや微小ミラーアレイデバイスを用いることも可能である。

また、上記実施形態においては、投射手段として投射レンズを用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、投射手段として投射ミラーを用いることもできる。

また、例えば、上記実施形態のスクリーンを筐体の一部に露出して設置し、上記実施形態のスクリーン以外の構成を筐体の内部に収納し、筐体の内部からスクリーンに対して背面投写することによって画像を表示する、いわゆるリアプロジェクタに本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施形態であるプロジェクタが備える光学系の概略構成図である。 合成プリズムの拡大図である。

符号の説明

ＰＪ……プロジェクタ、６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ……液晶ライトバルブ（第１光変調素子）、８０……色合成プリズム（色合成手段）、８０Ｒ……赤色照明光用プリズム、８０Ｇ……緑色照明光用プリズム、８０Ｂ……青色照明光用プリズム、８１Ｒ，８１Ｂ……全反射面、８１Ｇ……全反射面（合成面）、８２Ｒ，８２Ｂ……反射面、８２Ｇ……透過面、８３Ｒ，８３Ｇ，８３Ｂ……位相補償膜（位相差部）１００……液晶ライトバルブ（第２光変調素子）、Ｌ……照明光、Ｌ１……赤色変調（照明）光、Ｌ２……緑色変調（照明）光、Ｌ３……青色変調（照明）光、Ｌ４……合成光

Claims (7)

1. 複数の照明光ごとに設置される第１光変調素子と、各前記第１光変調素子によって変調された前記照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、前記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、
   前記合成手段は、所定角度で入射する前記照明光を全反射するとともに前記所定角度と異なる角度で入射する前記照明光を透過する全反射面と該全反射面にて全反射された照明光を前記第２光変調素子に向かう所定光路に反射する反射面とを少なくとも有するプリズムを２つ以上備え、
   所定のプリズムと該所定のプリズムと異なる一つのプリズムとは、一方のプリズムの前記全反射面と他方のプリズムの反射面とが当接している
   ことを特徴とする変調装置。
2. 前記照明光の偏光状態を変化させる位相差部が前記プリズムの全反射面に形成されていることを特徴とする請求項１記載の変調装置。
3. 前記位相差部は、前記合成光の偏光性が前記第２光変調素子に応じた状態となるように前記照明光の偏光状態を変化させるものであることを特徴とする請求項２記載の変調装置。
4. 前記合成手段は、前記全反射面と前記反射面とが一体とされた合成面を有するプリズムを備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の変調装置。
5. 赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々に対して設置される第１光変調素子と、各前記第１光変調素子によって変調された前記赤色照明光、前記緑色照明光及び前記青色照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、前記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、
   前記合成手段は、
   所定角度で入射する前記赤色照明光を全反射するとともに前記所定角度と異なる角度で入射する前記赤色照明光、緑色照明光及び青色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された前記赤色照明光を前記第２変調素子に向かう所定光路に反射するとともに前記緑色照明光及び前記青色照明光を透過する反射面とを有する赤色照明光用プリズムと、
   所定角度で入射する前記青色照明光を全反射するとともに前記所定角度と異なる角度で入射する前記青色照明光及び前記緑色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された前記青色照明光を前記所定光路に反射するとともに前記緑色照明光を透過する反射面とを有する青色照明光用プリズムと、
   所定角度で入射する前記緑色照明光を前記所定光路に全反射する全反射面と、該全反射面において全反射された前記緑色照明光を透過する透過面とを有する緑色照明光用プリズムと
   を備え、
   前記青色照明光用プリズムの全反射面と前記赤色照明光用プリズムの反射面とが当接され、前記青色照明光用プリズムの反射面と前記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、前記緑色照明光用プリズムと前記赤色照明光用プリズムとが当接されない
   ことを特徴とする変調装置。
6. 赤色照明光と、緑色照明光と、青色照明光との各々に対して設置される第１光変調素子と、各前記第１光変調素子によって変調された前記赤色照明光、前記緑色照明光及び前記青色照明光を合成して合成光として射出する合成手段と、前記合成光を変調する第２光変調素子とを備える変調装置であって、
   前記合成手段は、
   所定角度で入射する前記青色照明光を全反射するとともに前記所定角度と異なる角度で入射する前記青色照明光、緑色照明光及び赤色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された前記青色照明光を前記第２変調素子に向かう所定光路に反射するとともに前記緑色照明光及び前記赤色照明光を透過する反射面とを有する青色照明光用プリズムと、
   所定角度で入射する前記赤色照明光を全反射するとともに前記所定角度と異なる角度で入射する前記赤色照明光及び前記緑色照明光を透過する全反射面と、該全反射面において全反射された前記赤色照明光を前記所定光路に反射するとともに前記緑色照明光を透過する反射面とを有する赤色照明光用プリズムと、
   所定角度で入射する前記緑色照明光を前記所定光路に全反射する全反射面と、該全反射面において全反射された前記緑色照明光を透過する透過面とを有する緑色照明光用プリズムと
   を備え、
   前記赤色照明光用プリズムの全反射面と前記青色照明光用プリズムの反射面とが当接され、前記赤色照明光用プリズムの反射面と前記緑色照明光用プリズムの透過面とが当接され、前記緑色照明光用プリズムと前記青色照明光用プリズムとが当接されない
   ことを特徴とする変調装置。
7. 変調装置から射出される合成光を投射手段によって表示面に拡大投射するプロジェクタであって、
   前記変調装置として請求項１〜６いずれかに記載の変調装置を用いることを特徴とするプロジェクタ。
   
   

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