JP2009186704A - 画像表示装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の光学特性を非一様に変化させることによって、投射画像の色ムラを低減する画像表示装置を提供すること。
【解決手段】第１ダイクロイックミラー３１ａが照明光の入射角度α、β、γに対応する光学特性が非一様に変化する特性分布を有することにより、照明光の入射角度依存性に応じて生じる光学特性のずれを第１ダイクロイックミラー３１ａの横方向ＣＤに関して正確に又は近似的に補正することができる。これにより、第１ダイクロイックミラー３１ａの素子面３ｃの各領域ＡＬ、ＡＣ、ＡＲにおいて所望の波長成分を適切に反射又は透過させることができ、投射画像の色ムラを抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明光学系によって液晶パネル等を照明し、液晶パネル等に像を形成させる画像表示装置及びプロジェクタに関する。

画像表示装置において、ダイクロイックミラー等の光学素子は、光線入射角度依存性があり、光線入射角度ごとに光学特性（具体的には例えばカットオフ半値波長）が変わる。そのため、例えば色分離光学系内に傾斜して配置されるダイクロイックミラーの光学特性が面内で変わり、画像表示装置の色特性にばらつきが生じるという問題がある。そこで、ダイクロイックミラーの多層膜の左右方向（面の長手の横方向に相当）に特性傾斜をもたせることで、ダイクロイック特性を入射角に合わせて変化させ、入射光線の角度依存性を打ち消すものがある（例えば、特許文献１参照）。また、ダイクロイックミラーの特定方向に傾斜した厚さムラ又は屈折率ムラを設け、光学特性のずれを防止するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開平３−２９１６４４号公報 特開平６−１８８３４号公報

しかしながら、上述のダイクロイックミラーのように、光学特性を例えば左右方向に単純に傾斜させたものでは、光線の角度依存性を正確に又は近似的に打ち消すことができない。そのため、入射光線の角度依存が残存することになり、投射画像の色ムラを低減しきれていないという問題がある。

そこで、本発明は、光学素子の光学特性を非一様に変化させることによって、投射画像の色ムラを低減する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、上記画像表示装置を備えるプロジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る画像表示装置は、光源光を射出する光源と、光源光を均一化するための照明光学系と、照明光学系から射出された照明光を各色光に分離する色分離光学系と、色分離光学系によって分離された各色光の光束によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、膜厚が非一様に変化する膜厚分布を素子面内に有する光学素子と、を備える。

上記画像表示装置では、光学素子が膜厚が非一様に変化する膜厚分布を有することにより、照明光の入射角度依存性に応じて生じる光学特性のずれを光学素子の少なくとも１つの方向に関して正確に又は近似的に補正することができる。これにより、光学素子の素子面の各位置において所望の波長成分を適切に反射又は透過させることができ、投射画像の色ムラを抑えることができる。

また、本発明の具体的な態様又は観点では、膜厚分布は、光学素子の面内で照明光の入射角度に対応する透過及び反射に関する光学特性を非一様に変化させる。この場合、膜厚分布が照明光の入射角度に対応する光学特性を非一様に変化させることにより、照明光の入射角度依存性に応じて生じる光学特性のずれを光学素子の少なくとも１つの方向に関して正確に又は近似的に補正することができる。

また、本発明の別の態様によれば、光学素子の光学特性は、多層膜の膜厚構成に依存するカットオフ半値波長である。この場合、カットオフ半値波長を変化させることにより、光学素子の素子面の各位置での入射角度に依存する光学特性のずれに対応することができる。ここで、カットオフ半値波長とは、透過率が５０％となる波長をいう。

また、本発明のさらに別の態様によれば、膜厚分布は、素子面に平行な第１の方向に関して素子面の位置に応じて変化率が異なるものである。この場合、照明光の入射角度に対応する光学特性が非一様に変化する膜厚分布を有することにより、光学素子の光学特性を第１の方向に関して補正することができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、膜厚分布は、第１の方向に対して所定角度を成す素子面に平行な第２の方向に関して素子面の位置に応じて変化率が異なるものである。この場合、第２の方向についても照明光の入射角度に対応する光学特性が非一様に変化する膜厚分布を有することにより、光学素子の光学特性を２次元的に補正することができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、第１の方向と第２の方向とは垂直の関係にある。この場合、例えば光学素子の横方向及び縦方向の光学特性を変化させることにより、光学素子の光学特性を２次元的に補正することができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、膜厚分布は、変化率の傾きの大きさが変化する部分を有する。この場合、光学特性を照明光の入射角度に対応させることができ、光学素子を構成する多層膜等の設計も容易である。

また、本発明のさらに別の態様によれば、光学素子は、ダイクロイックミラーである。この場合、ダイクロイックミラーの光学特性を補正することにより、照明光のうち所望の波長の光束を効率よく透過又は反射させることができる。

また、本発明のさらに別の態様によれば、光学素子は、ダイクロイック膜である。この場合、ダイクロイック膜のカットオフ波長等に関する光学特性を補正することにより、照明光のうち所望の波長の光束を効率よく透過又は反射させることができる。

また、本発明に係るプロジェクタは、上述の画像表示装置と、各色の光変調装置から射出された各色の像光を合成する合成光学系と、合成光学系を経た像光を投射する投射光学系と、を備える。

上記プロジェクタでは、上述の画像表示装置を備えることによって、投射画像の色ムラを抑えることができる。

〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る画像表示装置及びプロジェクタの構造等について説明する。

図１は、第１実施形態の画像表示装置を備えるプロジェクタの構造を説明するための概念図である。このプロジェクタ２００は、光源１０と、照明光学系２０と、色分離光学系３０と、光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５０と、投射光学系である投射レンズ６０とを備える。このプロジェクタ２００のうち、画像形成のための光学エンジンである画像表示装置１００は、光源１０と、照明光学系２０と、色分離光学系３０と、液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃとで構成される。

上記画像表示装置１００において、光源１０は、例えば、高圧水銀ランプ等の像光形成の必要に足る光量を有する略白色光を発生する光源装置であり、光源光を発生する発光管１０ａと、発光管１０ａからの光源光を前方に反射する凹面鏡を有するリフレクタ１０ｂとを備える。

照明光学系２０は、光源光を平行化する光平行化手段である平行化レンズ２２と、光を分割及び重畳によって均一化するためのインテグレータ光学系を構成する第１及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂと、光の偏光方向を揃える偏光変換素子２４と、両フライアイレンズ２３ａ、２３ｂを経た光を重畳させる重畳レンズ２５とを備え、略白色の照明光を形成する。照明光学系２０において、平行化レンズ２２は、光源１０から射出された照明光の光束方向を略平行に変換する。第１及び第２フライアイレンズ２３ａ、２３ｂは、それぞれマトリクス状に配置された複数の要素レンズからなり、第１フライアイレンズ２３ａを構成する要素レンズによって平行化レンズ２２を経た光を分割して個別に集光し、第２フライアイレンズ２３ｂを構成する要素レンズによって第１フライアイレンズ２３ａからの分割光束を適当な発散角にして射出させる。偏光変換素子２４は、ＰＢＳ、ミラー、位相差板等を一組の要素とするアレイで形成されており、第１フライアイレンズ２３ａにより分割された各部分光束の偏光方向を一方向の直線偏光に揃える役割を有する。重畳レンズ２５は、偏光変換素子２４を経た照明光を全体として適宜収束させて、後段の各色の光変調装置である液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃの被照明領域に対する重畳照明を可能にする。

色分離光学系３０は、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、３１ｂと、反射ミラー３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、３つのフィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃとを備える。ここで、第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、３１ｂは、図１に示すように、照明光学系２０から延びるシステム光軸ＯＡに対して４５度傾斜して配置されている。色分離光学系３０は、照明光学系２０により均一化された照明光を青（Ｂ）、緑（Ｇ）、及び赤（Ｒ）の３色に分離するとともに、各色光を後段の液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く。より詳しく説明すると、まず、第１ダイクロイックミラー３１ａは、ＢＧＲの３色のうちＧ光及びＲ光を透過させＢ光を反射する。また、第２ダイクロイックミラー３１ｂは、ＧＲの２色のうちＧ光を反射しＲ光を透過させる。次に、この色分離光学系３０において、第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＢ光は、反射ミラー３２ａを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ａに入射する。また、第１ダイクロイックミラー３１ａで透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｂに入射する。さらに、第２ダイクロイックミラー３１ｂを透過したＲ光は、リレーレンズＬＬ１、ＬＬ２及び反射ミラー３２ｂ、３２ｃを経て入射角度を調節するためのフィールドレンズ３３ｃに入射する。

液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、入射した照明光の空間的強度分布を変調する非発光型の光変調装置であり、色分離光学系３０から射出された各色光に対応してそれぞれ照明される。第１ダイクロイックミラー３１ａで反射されたＢ光は、フィールドレンズ３３ａ等を介して液晶ライトバルブ４０ａに入射する。第１ダイクロイックミラー３１ａを透過し、第２ダイクロイックミラー３１ｂで反射されたＧ光は、フィールドレンズ３３ｂ等を介して液晶ライトバルブ４０ｂに入射する。第１及び第２ダイクロイックミラー３１ａ、３１ｂを透過したＲ光は、フィールドレンズ３３ｃ等を介して液晶ライトバルブ４０ｃに入射する。各液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃは、各色の照明光を通過させる際にそれぞれに対応する各色の像光を形成する。

クロスダイクロイックプリズム５０は、各液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの各色の像光を合成する。より詳しく説明すると、クロスダイクロイックプリズム５０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、Ｘ字状に交差する一対の誘電体多層膜５１ａ、５１ｂが形成されている。一方の第１誘電体多層膜５１ａは、Ｂ光を反射し、他方の第２誘電体多層膜５１ｂは、Ｒ光を反射する。クロスダイクロイックプリズム５０は、液晶ライトバルブ４０ａからのＢ光を誘電体多層膜５１ａで反射して進行方向右側に射出させ、液晶ライトバルブ４０ｂからのＧ光を誘電体多層膜５１ａ、５１ｂを介して直進・射出させ、液晶ライトバルブ４０ｃからのＲ光を誘電体多層膜５１ｂで反射して進行方向左側に射出させる。このようにして、クロスダイクロイックプリズム５０によりＢ光、Ｇ光、及びＲ光が合成され、カラー画像に対応する画像光である合成光が形成される。

投射レンズ６０は、投射光学系であり、クロスダイクロイックプリズム５０を経て形成された合成光による画像光を所望の拡大率で拡大してスクリーン（不図示）上にカラーの画像を投射する。

以下、図面を参照しつつ、色分離光学系３０を構成する第１ダイクロイックミラー３１ａの構造及び機能について説明する。図２は、第１ダイクロイックミラー３１ａの概念図及び膜厚分布を示す図であり、図２（Ａ）は、第１ダイクロイックミラー３１ａの正面図であり、図２（Ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図であり、図２（Ｃ）は、第１ダイクロイックミラー３１ａの位置と誘電体多層膜３ｂの膜厚との関係を示す図である。

第１ダイクロイックミラー３１ａに入射する照明光は、重畳レンズ２５によって全体として収束されており、第１ダイクロイックミラー３１ａに対する入射角が光束断面内で一様でない。このため、以下に詳述するように、第１ダイクロイックミラー３１ａは、長手の横方向ＣＤに非一様に変化する膜厚分布を有している。この第１ダイクロイックミラー３１ａは、図１に示すように、照明光学系２０から延びるシステム光軸ＯＡに対して４５度傾斜して配置されている。図２に示すように、第１ダイクロイックミラー３１ａは、基板である透明な平板ガラス３ａの一方の面に誘電体多層膜３ｂが形成された構造となっている。すなわち、誘電体多層膜３ｂは、長手の横方向ＣＤに膜厚の増加率を変化させたものであり、横方向ＣＤの左側における光学特性の変化率と右側における光学特性の変化率とが異なるものになっている。このような第１ダイクロイックミラー３１ａの製法については、第１ダイクロイックミラー３１ａの基板である平板ガラス３ａを例えば自転及び公転等させつつ蒸着源に対向して配置し、蒸着源との間に介在させたマスク等で平板ガラス３ａ面上の各位置への誘電体の蒸着量を調整することにより誘電体多層膜３ｂを形成することが考えられる。なお、誘電体多層膜３ｂの表面は、第１ダイクロイックミラー３１ａの素子面３ｃとなっている。

以下、第１ダイクロイックミラー３１ａの具体的特性について説明する。図２に示すように、光源１０からの照明光は、上述のように完全な平行光線ではないため、照明光の第１ダイクロイックミラー３１ａの素子面３ｃへの入射角度α、β、γは、第１ダイクロイックミラー３１ａの位置によって異なる。したがって、素子面３ｃには、素子面３ｃ上の位置に応じて入射角が４５度からずれた照明光が入射する。このため、第１ダイクロイックミラー３１ａの誘電体多層膜３ｂは、照明光の入射角度α、β、γに対応して異なる厚さに設定されており、光学特性、例えば透過率特性が変化する構成となっている。つまり、誘電体多層膜３ｂは、第１の方向、すなわちＡ−Ａ断面に沿った横方向ＣＤにおいて素子面３ｃに沿って透過率特性が変化する構成となっている。具体的に説明すると、図１において、第１ダイクロイックミラー３１ａの左側に入射する光線ａの入射角度βは第１ダイクロイックミラー３１ａの中心に入射する光線ｂの入射角度αよりも大きくなり、誘電体多層膜３ｂの領域ＡＬの厚さが領域ＡＣの厚さよりも厚くなる。一方、第１ダイクロイックミラー３１ａの右側に入射する光線ｃの入射角度γは入射角度αよりも小さくなり、誘電体多層膜３ｂの領域ＡＲの厚さが領域ＡＣの厚さよりも薄くなる。つまり、図２（Ｃ）に示すように、Ａ−Ａ断面に沿った横方向ＣＤにおいて、領域ＡＲから領域ＡＣにかけて誘電体多層膜３ｂの膜厚が第１の割合で増加し、領域ＡＣから領域ＡＬにかけて誘電体多層膜３ｂが第１の割合よりも大きな第２の割合で増加している。

図３は、第１ダイクロイックミラー３１ａに入射する照明光の波長とその透過率との関係を示す図である。また、図４は、第１ダイクロイックミラー３１ａの領域ＡＣにおける透過率特性の入射角依存性を示す。なお、図３に示す透過率特性ｅ、ｆ、ｇは、素子面３ｃへの入射角が４５度のときのものであり、それぞれ図１及び図２の光線ａ、ｂ、ｃが入射する領域ＡＬ、ＡＣ、ＡＲにおける透過率特性に対応する。また、図４に示す透過率特性ｈ、ｉ、ｊは、領域ＡＣにおいて素子面３ｃへ入射する照明光の入射角度αがそれぞれ３０度、４５度、６０度のときの透過率特性である。

図４に示すように、領域ＡＣでは入射角度αが大きくなるほどカットオフ半値波長が短波長側に移動し、入射角度αが小さくなるほどカットオフ半値波長が長波長側に移動する。これは他の領域ＡＬ、ＡＲでも同様である。つまり、入射角度β、γが大きくなるほどカットオフ半値波長が短波長側に移動し、入射角度β、γが小さくなるほどカットオフ半値波長が長波長側に移動する。よって、図３の関係を利用して、入射角度βが一般的に大きくなる領域ＡＬにおいて入射角度βの増加を相殺するように膜厚を厚くすることで、透過率特性ｅを透過率特性ｆに見かけ上シフトさせて領域ＡＣの透過率特性と見かけ上一致させることができる。また、入射角度γが一般的に小さくなる領域ＡＬにおいて入射角度γの減少を相殺するように膜厚を薄くすることで、透過率特性ｇを透過率特性ｆに見かけ上シフトさせて領域ＡＣの透過率特性と見かけ上一致させることができる。そのため、第１ダイクロイックミラー３１ａの透過率特性の横方向ＣＤの誘電体多層膜３ｂの膜厚増加率を領域ＡＣを境として第１の割合から第２の割合へと非一様に変化させている。つまり、領域ＡＲの膜厚増加率を比較的小さな第１の割合とし、領域ＡＬの膜厚増加率を比較的大きな第２の割合としており、各位置に入射する平均的な入射角度に適合させた膜厚傾斜としている。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の画像表示装置１００では、第１ダイクロイックミラー３１ａが照明光の入射角度α、β、γに対応する透過率特性が非一様に変化する特性分布を有することにより、例えば図３に示すように照明光の入射角度依存性に応じて生じる透過率特性ｅ、ｇのずれを透過率特性ｆに見かけ上シフトさせることができる。つまり、本実施形態では、横方向ＣＤにおいて透過率特性としてのカットオフ半値波長を非一様に変化させているので、第１ダイクロイックミラー３１ａの横方向ＣＤに関して正確に又は近似的に透過率特性分布を補正することができる。これにより、第１ダイクロイックミラー３１ａの素子面３ｃの各領域ＡＲ、ＡＣ、ＡＬにおいて所望の波長成分を反射又は透過させることができ、投射画像の色ムラを抑えることができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態に係る画像表示装置等について説明する。なお、第２実施形態の画像表示装置１１０は、第１実施形態の画像表示装置１００を一部変更したものであり、特に説明しない部分については第１実施形態と同様であるものとする。

図５は、第２実施形態の画像表示装置１１０を備えるプロジェクタ２１０の構造を説明するための概念図である。画像表示装置１１０において、色分離光学系３０は、フィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの前段にダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃをさらに備える。このダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、所定波長をカットする波長カットフィルタである。これにより、投射画像のカラーバランスを調整でき、あるいはフィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃでの迷光の発生を防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの構造及び機能について説明する。図６は、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの概念図であり、図６（Ａ）は、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの正面図であり、図６（Ｂ）は、そのＥ−Ｅ断面図であり、図６（Ｃ）は、そのＦ−Ｆ断面図である。また、図７は、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの位置と誘電体多層膜４ｂの膜厚との関係を示す図であり、図７（Ａ）は、図６（Ｂ）のＥ−Ｅ断面における膜厚分布を示す図であり、図７（Ｂ）は、図６（Ｃ）のＦ−Ｆ断面における膜厚分布を示す図である。

ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、システム光軸ＯＡに対して垂直に配置されており、基板である透明な平板ガラス４ａの一方の面に誘電体多層膜４ｂが形成された構造を有する。なお、誘電体多層膜４ｂの表面は、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの素子面４ｃとなっている。

ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃに入射する照明光は、重畳レンズ２５によって全体として収束されており、光束断面内で一様でない。このため、以下に詳述するように、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、長手の横方向ＧＨ及び素子面４ｃに沿って横方向ＧＨに垂直な縦方向ＪＫに光学特性が非一様に変化する特性分布を有している。すなわち、誘電体多層膜４ｂは、長手の横方向ＧＨにシステム光軸ＯＡを中心として左右対称に膜厚を変化させるものであり、横方向ＧＨの左側における光学特性の変化率と右側における光学特性の変化率とが異なるものになっている。また、誘電体多層膜４ｂは、縦方向ＪＫにシステム光軸ＯＡを中心として上下対称に膜厚を変化させるものであり、縦方向ＪＫの上側における光学特性の変化率と下側における光学特性の変化率とが異なるものになっている。

以下、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの具体的特性について説明する。図６に示すように、光源１０からの照明光は、完全な平行光線ではないため、照明光のダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの素子面４ｃへの光線ｋ、ｍ、ｎ、ｐ、ｑの入射角度δ、εは、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの位置によって異なり、素子面４ｃ上の位置に応じて０度からずれた入射角度の照明光が入射する。このため、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの誘電体多層膜４ｂは、照明光の入射角度δ、εに対応する傾斜した厚みにより光学特性、例えば透過率特性が変化する構成となっている。つまり、誘電体多層膜４ｂは、第１の方向、すなわちＥ−Ｅ断面に沿った横方向ＧＨにおいて素子面４ｃ内で透過率特性が変化する構成となっている。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、Ｅ−Ｅ断面に沿った横方向ＧＨにおいて、領域ＡＬから領域ＡＣにかけて誘電体多層膜４ｂの膜厚が第１の割合で減少し、領域ＡＣから領域ＡＲにかけて誘電体多層膜４ｂが第１の割合と正負が入れ替わった第２の割合で増加している。また、図６（Ｃ）に示すように、第２の方向、すなわちＦ−Ｆ断面に沿った縦方向ＪＫにおいて、領域ＡＵから領域ＡＣにかけて誘電体多層膜４ｂの膜厚が第３の割合で減少し、領域ＡＣから領域ＡＤにかけて誘電体多層膜４ｂが第３の割合と正負が入れ替わった第４の割合で増加している。

ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃについても第１実施形態の第１ダイクロイックミラー３１ａと同様に、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの横方向ＧＨの光学特性は、照明光の入射角度δに対応しているため、横方向ＧＨの照明光の入射位置における透過率特性が補正され、所望の波長を透過又は反射させることができる。また、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの縦方向ＪＫの光学特性も、照明光の入射角度εに対応しているため、縦方向ＪＫの照明光の入射位置における透過率特性が補正され、所望の波長成分を透過又は反射させることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の画像表示装置１１０では、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃが照明光の入射角度δ、εに対応する透過率特性が非一様に変化する特性分布を有することにより、照明光の入射角度依存性に応じて生じる透過率特性のずれを補正することができる。つまり、本実施形態では、横方向ＧＨ及び縦方向ＪＫにおいて透過率特性としてのカットオフ半値波長を非一様に変化させているので、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの横方向ＧＨ及び縦方向ＪＫに関して正確に又は近似的に透過率特性分布を補正することができる。これにより、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの素子面４ｃの各領域ＡＬ、ＡＣ、ＡＲ、ＡＵ、ＡＤにおいて所望の波長成分を反射又は透過させることができ、２次元的に投射画像の色ムラを抑えることができる。

なお、この発明は、上記の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。

以上で説明した画像表示装置１００等において、第１ダイクロイックミラー３１ａやダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの膜厚分布は、上述したものに限らず、照明光の入射角度に対応して適切な膜厚分布とすることができる。例えば、図８に示すように、膜厚分布が滑らかな曲線であってもよい。これにより、第１ダイクロイックミラー３１ａやダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの横方向ＣＤ、ＧＨや縦方向ＪＫの透過率特性は、照明光の入射角度α、β、γ、δ、εに対応しているため、横方向ＣＤ、ＧＨや縦方向ＪＫの照明光の入射位置における透過率特性が補正され、より正確に所望の波長成分を透過又は反射させることができる。

また、上記実施形態では、第１ダイクロイックミラー３１ａやダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの光学特性を補正したが、第２ダイクロイックミラー３１ｂの光学特性も補正してもよい。この場合、例えば第２ダイクロイックミラー３１ｂの透過率特性のずれに応じて補正がなされる。また、このような光学特性の補正は、ダイクロイックミラーだけでなく他の光学素子、例えばＮＤフィルタ等でも行うことができる。

また、上記実施形態では、照明光が収束する場合の第１ダイクロイックミラー３１ａやダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃの光学特性を補正したが、照明光が発散する場合においてもその光学特性に応じて補正をすることができる。

また、上記実施形態では、第１ダイクロイックミラー３１ａはＢ光を反射するものであったが、Ｒ光を反射するものを用いた場合でもその光学特性に応じて補正をすることができる。

また、第２実施形態では、所定波長カットのためにフィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの前段にダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃを設けたが、図９に示すようにフィールドレンズ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの表面に誘電体多層膜４ｂに対応するダイクロイック膜５ｂをコートしてもよい。この場合、横方向ＧＨの透過率特性は、照明光の入射角度δに対応して適切な膜厚分布となっている。また、縦方向についても同様である。

また、上記実施形態では、光源１０に用いるランプとして高圧水銀ランプを用いたが、メタルハライドランプ等を用いてもよい。

また、上記実施形態では、第１ダイクロイックミラー３１ａを照明光学系２０のシステム光軸ＯＡに対して４５度に配置したが、光学素子によって光学特性が最適となる任意の角度に配置してよい。これは、ダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃについても同様である。

また、上記実施形態では、第１ダイクロイックミラー３１ａやダイクロイックミラー３４ａ、３４ｂ、３４ｃ等が図２（Ｃ）、図７等に示すような膜厚分布を有するとしたが、図２（Ｃ）、図７等は例示にすぎず、膜厚分布は誘電体多層膜３ｂ，４ｂ等の構造に応じて変わるので、第１ダイクロイックミラー３１ａに対する光線の入射角度に対応させて膜厚分布の傾斜量等を調整すればよい。

また、上記実施形態では、光源１０からの光を複数の部分光束に分割するため、一対のフライアイレンズ２３ａ、２３ｂを用いていたが、この発明は、このようなフライアイレンズすなわちレンズアレイを用いない画像表示装置にも適用可能である。さらに、フライアイレンズ２３ａ、２３ｂをロッドインテグレータに置き換えることもできる。

また、上記実施形態では、光源１０からの光を特定方向の偏光とする偏光変換素子２４を用いていたが、この発明は、このような偏光変換素子２４を用いない画像表示装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、透過型の画像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、反射型画像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、液晶パネル等を含む液晶ライトバルブ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、液晶ライトバルブが光を反射するタイプであることを意味している。なお、光変調装置は液晶パネル等に限られず、例えばマイクロミラーを用いた光変調装置であってもよい。

また、画像表示装置としては、投射面を観察する方向から画像投射を行う前面画像表示装置と、投射面を観察する方向とは反対側から画像投射を行う背面画像表示装置とがあるが、図１等に示す画像表示装置の構成は、いずれにも適用可能である。

また、上記実施形態では、３つの液晶ライトバルブ４０ａ〜４０ｃを用いた画像表示装置１００、１１０の例のみを挙げたが、本発明は、１つの液晶パネルのみを用いた画像表示装置、２つの液晶パネルを用いた画像表示装置、或いは、４つ以上の液晶パネルを用いた画像表示装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、色分離光学系３０や液晶ライトバルブ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ等を用いて各色の光変調を行っているが、これらに代えて、例えば光源１０及び照明光学系２０によって照明されるカラーホイールと、マイクロミラーの画素によって構成されカラーホイールの透過光が照射されるデバイスとを組み合わせたものを用いることによって、カラーの光変調及び合成を行うこともできる。

本発明の第１実施形態に係る画像表示装置を備えるプロジェクタを説明する概念図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は図１の第１ダイクロイックミラーの概念図及び膜厚分布を示す図である。 図１の第１ダイクロイックミラーの透過率特性を示す図である。 第１ダイクロイックミラー３１ａの領域ＡＣにおける透過率特性の入射角依存性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る画像表示装置を備えるプロジェクタを説明する概念図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は図５のダイクロイックミラーの概念図である。 （Ａ）、（Ｂ）は図５のダイクロイックミラーの膜厚分布を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）は図２の膜厚分布の変形例を示す図である。 第２実施形態の変形例を示す図である。

符号の説明

１０…光源、 ２０…照明光学系、 ３０…色分離光学系、 ３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…ダイクロイックミラー、 ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…液晶ライトバルブ、 ５０…クロスダイクロイックプリズム、 ６０…投射レンズ、 １００、１１０…画像表示装置、 ２００、２１０…プロジェクタ、 ＯＡ…システム光軸

Claims (10)

1. 光源光を射出する光源と、
   前記光源光を均一化するための照明光学系と、
   前記照明光学系から射出された照明光を各色光に分離する色分離光学系と、
   前記色分離光学系によって分離された各色光の光束によってそれぞれ照明される各色の光変調装置と、
   膜厚が非一様に変化する膜厚分布を素子面内に有する光学素子と、
   を備える画像表示装置。
2. 前記膜厚分布は、前記光学素子の面内で前記照明光の入射角度に対応する透過及び反射に関する光学特性を非一様に変化させる、請求項１記載の画像表示装置。
3. 前記光学素子の光学特性は、多層膜の膜厚構成に依存するカットオフ半値波長である、請求項２記載の画像表示装置。
4. 前記膜厚分布は、前記素子面に平行な第１の方向に関して前記素子面の位置に応じて変化率が異なるものである、請求項１から請求項３までのいずれか一項記載の画像表示装置。
5. 前記膜厚分布は、前記第１の方向に対して所定角度を成す前記素子面に平行な第２の方向に関して前記素子面の位置に応じて変化率が異なるものである、請求項４記載の画像表示装置。
6. 前記第１の方向と前記第２の方向とは垂直の関係にある、請求項５記載の画像表示装置。
7. 前記膜厚分布は、前記変化率の傾きの大きさが変化する部分を有する、請求項４及び請求項５のいずれか一項記載の画像表示装置。
8. 前記光学素子は、ダイクロイックミラーである、請求項１から請求項７までのいずれか一項記載の画像表示装置。
9. 前記光学素子は、ダイクロイック膜である、請求項１から請求項７までのいずれか一項記載の画像表示装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項記載の画像表示装置と、
    前記各色の光変調装置から射出された前記各色の像光を合成する合成光学系と、
    前記合成光学系を経た像光を投射する投射光学系と、
    を備えるプロジェクタ。

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