JP2022107983A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの光変調素子を均質に照明してムラの無い高画質な画像を隣り合わせて投射させることができる光学系を、小型かつ安価に実現する。
【解決手段】光源１００と、前記光源１００からの光を、第１の照明光と第２の照明光とに分割するハーフミラー１６０と、前記ハーフミラー１６０で反射された前記第１の照明光を第１の反射型光変調素子２００ａに導く第１照明光学系と、前記ハーフミラー１６０を透過した前記第２の照明光を第２の反射型光変調素子２００ｂに導く第２照明光学系とを備える。前記ハーフミラー１６０から前記第１の反射型光変調素子２００ａまでの光路長をＬＤＡとし、前記ハーフミラー１６０から前記第２の反射型光変調素子２００ｂまでの光路長をＬＤＢとした時に、０．８５＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１５を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射型光変調素子を２つ備え、２画面分の画像を投射可能な投射型表示装置に関する。

近年では、インターネットを介して複数人が参加可能なテレビ会議システム用のモニターや、複数の監視カメラを備えた監視システム用モニター、あるいは医療用モニターや教育用モニターなど、様々な分野において、大画面かつ多画素の表示装置が求められている。

従来から、ＤＭＤ素子や液晶素子などの光変調素子と投射光学系を備え、画像をスクリーン等に拡大投影して表示する投射型表示装置が知られている。投射型表示装置に用いられる光変調素子は、近年では画素が微細化されて画素数が増加しており、ＸＧＡ（１０２４×７６８画素）、ＷＸＧＡ（１２８０×８００画素）からＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００画素）、４Ｋへと進化している。

ただし、光変調素子の画素数を増加させると、製造歩留まりが低下する等の理由により、光変調素子の単価は大幅に上昇してしまう傾向がある。また、光変調素子の画素ピッチを微細化すると、画素配線や駆動トランジスタに対して開口部が占める面積の割合が低下する傾向があり、照明光の利用効率が低下してしまう場合がある。また、画素数を増加させると、駆動時に光変調素子基板の温度が上昇しやすくなる傾向がある。
したがって、単板の光変調素子を用いた投射型表示装置では、画素数を増加させたり画素サイズを微細化するのには限界があった。

そこで、比較的簡易に大画面表示を可能にする方法として、複数の投射型表示装置を併設し、投射画像を隣り合わせて表示させる方法が知られている。
例えば、特許文献１には、併設された複数の投射型表示装置から画像を投射する際に、投射型表示装置ごとの輝度や色度の差異が目立たなくなるように調整する方法が提案されている。

特開２００９－１５９３７２号公報

複数の投射型表示装置を併設して投射画像を隣り合わせて表示させる方法は、大画面表示を簡易に実現できるようにも考えられる。しかしながら、現実には、隣り合う複数の投射画像を観察者が見た時に違和感を感じないようにするのは容易ではなく、投射型表示装置を設置・調整する際に、オペレータに高度な技能と多大な負荷が必要になっていた。

というのも、複数の投射型表示装置の各々は、独立した投射光学系と光変調素子を備えている。各装置から投射される隣り合う画像の位置、大きさ、傾き、合焦状態などを、観察者が違和感を感じないレベルに整合させるためには、各画像投射装置を設置する際の位置や、各投射型表示装置の投射光学系の設定を精密に調整する必要があるからである。

この点、特許文献１に開示された方法は、投射画像の画面境界で輝度や色度の差異が目立たなくなるようにする駆動調整方法であり、隣り合う画像の位置、大きさ、傾き、合焦状態などを調整するものではない。

そこで、２つの光変調素子で変調された画像を隣り合わせて投射して大画面表示をするが、隣り合う画像相互の位置、大きさ、傾き、合焦などの調整に多大な負荷を要しない投射型表示装置が求められていた。さらには、２つの光変調素子を均質に照明してムラの無い高画質な画像を隣り合わせて投射させることができる光学系を、小型かつ安価に実現することが期待されていた。

本発明の一態様は、光源と、前記光源からの光を、第１平面に配された光軸に沿って伝搬させるライトトンネルと、前記ライトトンネルを経由して入射する前記光源からの光を、第１の照明光と第２の照明光とに分割するハーフミラーと、前記ハーフミラーで反射された前記第１の照明光を第１の反射型光変調素子に導く第１照明光学系と、前記ハーフミラーを透過した前記第２の照明光を第２の反射型光変調素子に導く第２照明光学系と、前記第１の反射型光変調素子から出力される第１の映像光の光路を折り曲げ、結像して第１の中間像を形成する第１の折り曲げ型リレーレンズと、前記第２の反射型光変調素子から出力される第２の映像光の光路を折り曲げ、結像して第２の中間像を形成する第２の折り曲げ型リレーレンズと、頂角を形成する第１反射面と第２反射面とを備え、前記第１の折り曲げ型リレーレンズにより伝えられる前記第１の映像光を前記第１反射面が全反射し、前記第２の折り曲げ型リレーレンズにより伝えられる前記第２の映像光を前記第２反射面が全反射するルーフ状の反射光学素子と、投射レンズと、を備え、前記第１照明光学系は、前記第１の照明光の光軸を、前記第１の反射型光変調素子の手前で前記第１平面と交差する方向に折り曲げる第１ミラーを含み、前記第２照明光学系は、前記第２の照明光の光軸を前記第１平面の中で折り曲げる光路変更ミラーと、前記第２の照明光の光軸を前記第２の反射型光変調素子の手前で前記第１平面と交差する方向に折り曲げる第２ミラーを含み、前記ハーフミラーから前記第１の反射型光変調素子までの光路長をＬＤＡとし、前記ハーフミラーから前記第２の反射型光変調素子までの光路長をＬＤＢとした時に、０．８５＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１５を満たし、前記第１の反射型光変調素子から前記ルーフ状の反射光学素子の前記第１反射面に至る前記第１の映像光の光軸と、前記第２の反射型光変調素子から前記ルーフ状の反射光学素子の前記第２反射面に至る前記第２の映像光の光軸は、前記第１平面と平行な第２平面に配され、前記第１の映像光は、前記第１反射面で反射されてから前記第１の中間像を結び、前記第２の映像光は、前記第２反射面で反射されてから前記第２の中間像を結び、前記投射レンズの光軸は前記反射光学素子の前記頂角を通り、前記投射レンズは、前記第１の中間像及び前記第２の中間像を並べて拡大投射する、ことを特徴とする投射型表示装置である。

本発明によれば、２つの光変調素子で変調された画像を隣り合わせて投射して大画面表示させるが、隣り合う画像相互の位置、大きさ、傾き、合焦などの調整に多大な負荷を要しない投射型表示装置を提供することができる。また、２つの光変調素子を均質に照明してムラの無い高画質な画像を隣り合わせて投射させることができる光学系を、小型かつ安価に実現することができる。

実施形態１に係る投射型表示装置の光学的な構成を示す模式図。 （ａ）ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ａに至るまでの照明光学系の模式図。（ｂ）ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ｂに至るまでの照明光学系。 （ａ）ミラーを備えた折り曲げ型リレーレンズの一例を示す図。（ｂ）プリズムを備えた折り曲げ型リレーレンズの一例を示す図。 （ａ）反射型光変調素子２００ｂを背面側から見た時の各光学素子の配置を模式的に示す図。（ｂ）実施形態１の諸元を示す表。 （ａ）スクリーン上に投射された表示画像の一例を示す模式図。（ｂ）スクリーン上に投射された表示画像の他の一例を示す模式図。 （ａ）折り曲げ型リレーレンズ３０１ａの一部（出射側端部）、ルーフプリズム４０１、中間像５００ａの位置関係を示す模式図。（ｂ）折り曲げ型リレーレンズ３０１ａの一部（出射側端部）、ルーフプリズム４０１、中間像５００ａの別の位置関係を示す模式図。（ｃ）ルーフプリズムの構成を示す模式図。 ダイクロイックミラー１０５の光学特性を示す図。 回転体上の蛍光体の配置パターンを示す平面図。 蛍光体の発光スペクトルを示すグラフ。 実施形態２に係る投射型表示装置の光学的な構成を示す模式図。 （ａ）表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを水平に並べて投射した実施形態の図。（ｂ）表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを垂直に並べて投射した実施形態の図。

図面を参照して、実施形態にかかる投射型表示装置について説明してゆく。尚、以後の説明において方向について言及する際に、＋方向（プラス方向）とは図中に示されている矢印と同一の方向を意味し、－方向（マイナス方向）とは図中に示されている矢印と反対の方向を意味するものとする。

［実施形態１］
図１は、実施形態１にかかる投射型表示装置の光学的な構成を示す模式図である。投射型表示装置１は、反射型光変調素子２００ａ（第１の反射型光変調素子）および反射型光変調素子２００ｂ（第２の反射型光変調素子）を備えている。本実施形態では、反射型光変調素子２００ａおよび反射型光変調素子２００ｂとして、マイクロミラーデバイスをアレイ状に設けたＤＭＤが用いられるが、反射型液晶デバイスのような反射型光変調素子を用いてもよい。尚、ＤＭＤとしては、画面を平面視した時に、各画素のマイクロミラーの反射面が、画面枠に対して４５°傾斜し、画像信号に応じて反射面を駆動して照明光の反射方向を変更するものが用いられる。

投射型表示装置１は、光源装置１００を備えている。光源装置１００は、反射型光変調素子２００ａおよび反射型光変調素子２００ｂを照明するための光源である。光源装置１００は、励起光源ユニット２１０を備えているが、励起光源ユニット２１０は、発光素子（例えば青色半導体レーザ）を２次元的に複数配列し、各発光素子に対応してコリメートレンズを設けたユニットである。また、光源装置１００は、モータ１２１により回転可能な回転体１２２を備え、回転体１２２の主面上には、蛍光体１２３が設けられている。さらに、励起光源ユニット２１０と蛍光体１２３の間には、ダイクロイックミラー１０５、１／４波長板１０７、および集光レンズが配置されている。
尚、光源装置１００は、反射型光変調素子２００ａおよび反射型光変調素子２００ｂを照明するのに適した照明光を提供できる装置であれば、上記構成とは異なる装置を用いてもよい。発光素子を用いて蛍光体を励起して蛍光を出力する方式の光源装置でなくてもよく、発光素子の光をそのまま照明光として出力する方式の光源装置でもよい。例えば、放電ランプを備えた光源装置や、個別に点灯を制御可能な３色のＬＥＤ素子を備えた光源装置や、個別に点灯を制御可能な３色のレーザダイオード素子を備えた光源装置などを用いてもよい。

励起光源ユニット２１０から出射した励起光（例えば、青色レーザ光）は、図１における－Ｘ方向に進むが、光路上には、光路分岐合成部としてのダイクロイックミラー１０５が配置されている。半導体レーザから出射するレーザビームのＳ偏光波が反射されるようにダイクロイックミラー１０５は配置されている。反射特性としてＳ波の方がＰ波よりも入射角の影響を受けにくいからである。

図７に、本実施形態で用いるダイクロイックミラー１０５の光学特性を示す。図の横軸は光の波長で、縦軸は透過率である。透過率が高いほど、反射率は低いといえる。各グラフは、入射角が、おおむね４５度の場合における透過／反射の波長特性を示している。尚、入射角とは、ダイクロイックミラー１０５のミラー面に立てた法線と入射する光とがなす角である。実線のグラフが示すように、Ｓ波については４８０ｎｍ付近よりも短波長側では透過率が小さく（反射率が高く）、４８０ｎｍ付近よりも長波長側では透過率が大きい（反射率が低い）。一方、点線のグラフが示すように、Ｐ波については４００ｎｍ付近よりも短波長側では透過率が小さく（反射率が高く）、４００ｎｍ付近よりも長波長側では透過率が大きい（反射率が低い）。本実施形態では、蛍光体を励起する励起レーザ光として、図７にＥＸとして示すＳ波の青色レーザ光を入射させるが、ダイクロイックミラー１０５は、この波長のＳ波については高い反射率で反射し、Ｐ波については高い透過率で透過することがわかる。このダイクロイックミラー１０５の特性を利用することにより、蛍光体を励起するためのＳ波の励起光を蛍光体１２３に向けて反射させ、回転体１２２の反射領域（蛍光体１２３が設けられていない領域）から到達するＰ波の励起光を透過させる光路分岐合成機能を実現することができる。光路分岐合成部として機能するダイクロイックミラー１０５は、製造上の誤差は別として板厚が一定の透明な基板に誘電体多層膜を積層することで形成されている。誘電体多層膜は、製造上の誤差は別として、誘電体多層膜の厚みが光学面内で均一になるように積層されている。

励起光源ユニット２１０からダイクロイックミラー１０５に入射する励起光は、図７においてＥＸとして示した波長を有するＳ波なので、ダイクロイックミラー１０５によって高い効率で反射され、＋Ｙ方向に向かう。その光路上には、１／４波長板１０７、集光レンズ、回転体１２２が配置されている。１／４波長板１０７を透過した励起光は、集光レンズによって回転体１２２に集光される。

本実施形態の光源装置では、回転体１２２はモータ１２１により回転可能であり、回転体１２２の主面上には、蛍光体１２３が設けられている。図８に、回転体１２２を集光レンズ側から見た平面図を示すが、回転体１２２の主面上には、発光波長特性が異なる赤色蛍光体１２３Ｒと黄色蛍光体１２３Ｙと緑色蛍光体１２３Ｇが、回転体１２２の回転軸ＲＡを中心としたリング領域の一部にそれぞれ被覆されている。そして、蛍光体が設けられているリング領域の下地には、回転体１２２の方向に放射された蛍光をレンズ側に反射するための反射面が設けられ、蛍光の取出し効率の向上が図られている。

図９に、赤色蛍光体１２３Ｒと黄色蛍光体１２３Ｙと緑色蛍光体１２３Ｇに励起光Ｅｘを照射した際の発光スペクトルの例を示す。点線で示す３１が緑色蛍光体１２３Ｇの発光スペクトル、一点鎖線で示す３２が黄色蛍光体１２３Ｙの発光スペクトル、実線で示す３３が赤色蛍光体スペクトルである。尚、波長４５０ｎｍ付近に見られるピークは、蛍光体の発光ではなく、励起光の一部が蛍光体に吸収されずに反射されたものである。尚、本実施形態で用いられ得る蛍光体は、ここに例示された発光特性の蛍光体に限られるものではない。たとえば、赤色発光、緑色発光、黄色発光の蛍光体に代えて、白色発光の蛍光体を設けてもよい。

また、本実施形態では、図８に示すように、回転体１２２のリング領域の一部には蛍光体が塗布されずに、励起光を反射するための反射部１２４が設けられている。反射部１２４は、青色レーザ光を高い効率で反射するように鏡面加工しておくのが望ましい。
このような回転体１２２を回転させることにより、励起光Ｅｘは、赤色蛍光体１２３Ｒか、黄色蛍光体１２３Ｙか、緑色蛍光体１２３Ｇか、反射部１２４かのいずれかを照射する。蛍光体の過熱を防ぐため、回転体１２２の基材には熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、空冷効率を向上させるため基材に凹凸部や空孔が設けられる場合もある。

次に、光源装置１００の各部の作用について説明する。
励起光源ユニット２１０から出射されたコリメートされたＳ偏光の青色光（励起光Ｅｘ）は、ダイクロイックミラー１０５に入射する。Ｓ偏光の青色光（励起光Ｅｘ）は、ダイクロイックミラー１０５により＋Ｙ方向、すなわち回転体１２２の方向に向かう。１／４波長板１０７を経由した励起光は、集光レンズによって回転体１２２に集光される。

励起光Ｅｘが集光される位置に、緑色蛍光体１２３Ｇが存在するような回転タイミングにおいては、図９に示す発光スペクトル３１の緑色の蛍光が発せられる。同様に黄色蛍光体１２３Ｙが存在するような回転タイミングにおいては、図９に示す発光スペクトル３２の黄色の蛍光が発せられ、赤色蛍光体１２３Ｒが存在するような回転タイミングにおいては、図９に示す発光スペクトル３３の赤色の蛍光が発せられる。また、反射部１２４が存在するような回転タイミングにおいては、励起光Ｅｘ（青色光）は反射される。

緑色蛍光、黄色蛍光、赤色蛍光、反射された青色光は、－Ｙ方向に進みながら集光レンズによって集光され、１／４波長板１０７を経由してダイクロイックミラー１０５に入射する。尚、反射部１２４で反射された青色光は、再び１／４波長板１０７を経由することでＰ偏光に変換されてダイクロイックミラー１０５に入射する。

図９に示す蛍光体の発光特性と、図７に示すダイクロイックミラー１０５の透過／反射特性を対比させれば明らかなように、ダイクロイックミラー１０５に入射する緑色蛍光および黄色蛍光のうちＰ偏光成分はほとんど全てが、Ｓ偏光成分は波長が約４９０ｎｍ以上の大部分が透過する。また、赤色蛍光については、Ｓ偏光成分もＰ偏光成分もほとんど全てが透過する。また、Ｐ偏光に変換された青色光は、ほとんど全てが透過する。すなわち、これらの光はダイクロイックミラー１０５を高い効率で透過し、光源装置の出力光として取り出され、集光レンズ１０９により適宜集光される。図１に示すように、光源装置の出力光は、投射型表示装置の照明光ＩＬとして利用される。

光源装置１００の出力光は、集光レンズ１０９により適宜集光される。集光レンズ１０９は、投射レンズ６００のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定してライトトンネル１４０の入射口に照明光ＩＬを集光する。
本実施形態では、例えば、反射型光変調素子２００ａおよび反射型光変調素子２００ｂの画面サイズ（高さ）を１４ｍｍとし、照明光学系のＦナンバーを２．６に設定している。

色選択ホイール１３０は、回転可能な板状回転体で、Ｒ、Ｙ、Ｇの各色フィルターと、青色光を透過させるための扇状の光透過部が設けられている。各色のカラーフィルターは、不要な波長域の光をカットして、各色の照明光の色純度を高めるために設けられている。ただし、青色光は色純度が高いレーザ光であり、フィルターを設ける必要がないため、フィルターではなく光透過部が設けられている。場合によっては、この光透過部には、他の色の出力光（蛍光）とＮＡを一致させるための拡散板が設けられる場合がある。

蛍光体が付与された回転体１２２と色選択ホイール１３０とは、同期して回転しており、前者の赤色蛍光体が発光している時にはＲフィルターが、黄色蛍光体が発光している時にはＹフィルターが、緑色蛍光体が発光している時にはＧフィルターが、青色の励起光が反射している時には光透過部が光路上に位置するように回転タイミングが調整されている。尚、蛍光体の発光色純度が十分に高い場合には、色選択ホイールを設けなくてもよい場合があり得る。

ライトトンネル側集光レンズ１５０は、ライトトンネル１４０を介して伝搬された照明光ＩＬを、反射型光変調素子２００ａおよび反射型光変調素子２００ｂを照明するのに適した光束に整形するレンズである。単数もしくは複数のレンズで構成される。

ライトトンネル側集光レンズ１５０を経た照明光ＩＬは、光路分岐素子であるハーフミラー１６０により一部（概ね５０％）は反射され、一部（概ね５０％）は透過する。ハーフミラー１６０により反射された照明光は、反射型光変調素子２００ａを照明するのに用いられ、ハーフミラー１６０を透過した照明光は、反射型光変調素子２００ｂを照明するのに用いられる。以後の説明では、反射型光変調素子２００ａを照明するのに用いられる光を照明光ＩＬＡ（第１の照明光）と呼び、反射型光変調素子２００ｂを照明するのに用いられる光を照明光ＩＬＢ（第２の照明光）と呼ぶ場合がある。尚、ライトトンネル１４０からハーフミラー１６０に至るまでの照明光ＩＬの光軸は、Ｙ軸と平行方向、つまりＸＹ平面と平行な第１平面内にある。

まず、ハーフミラー１６０により反射された照明光ＩＬＡは、光路補正レンズ１５１ａ（第１レンズ）、折り返しミラー１６２（第１ミラー）、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ａに集光される（第１照明光学系）。第１照明光学系においては、光源装置１００から反射型光変調素子２００ａまでの間に、ハーフミラー１６０、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０の３箇所で反射されるため、照明光ＩＬＡの折り返し回数は３回である。照明光ＩＬＡの光軸は、ハーフミラー１６０にて反射されてから折り返しミラー１６２に到達するまではＸＹ平面と平行な第１平面内にあるが、折り返しミラー１６２により反射されると光軸はＸＹ平面内から打ち上げられてＺ方向成分を有することになる。すなわち、照明光ＩＬＡの光軸は、反射型光変調素子２００ａの手前で折り返しミラー１６２により第１平面とは交差する方向に折り曲げられる。

ＴＩＲプリズム１７０は、例えば２つのプリズムを貼り合わせて構成された内部全反射プリズムであり、照明光ＩＬＡを内部全反射させて、反射型光変調素子２００ａに所定の角度で入射させる。
尚、照明光ＩＬがハーフミラー１６０に入射する入射角η１は、例えば３２．５°に設定され、折り返しミラー１６２における入射と反射の角度差（入射角と反射角の和）βは、例えば１０１．７°に設定される。

一方、ハーフミラー１６０を透過した照明光ＩＬＢは、光路変更ミラー１６１、光路補正レンズ１５１ｂ（第２レンズ）、折り返しミラー１６２（第２ミラー）、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ｂに集光される（第２照明光学系）。第２照明光学系においては、光源装置１００から反射型光変調素子２００ｂまでの間に、光路変更ミラー１６１、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０の３箇所で反射されるため、照明光ＩＬＢの折り返し回数は３回である。照明光ＩＬＢの光軸は、ハーフミラー１６０を透過してから、光路変更ミラー１６１にて反射されて折り返しミラー１６２に到達するまでは、ＸＹ平面と平行な第１平面内にあるが、折り返しミラー１６２により反射されると光軸はＸＹ平面内から打ち上げられてＺ方向成分を有することになる。すなわち、照明光ＩＬＢの光軸は、反射型光変調素子２００ｂの手前で折り返しミラー１６２により第１平面とは交差する方向に折り曲げられる。

ＴＩＲプリズム１７０は、例えば２つのプリズムを貼り合わせて構成された内部全反射プリズムであり、照明光ＩＬＢを内部全反射させて、反射型光変調素子２００ｂに所定の角度で入射させる。
尚、照明光ＩＬＢが光路変更ミラー１６１に入射する入射角η２は、例えば５７．５°に設定され、折り返しミラー１６２における入射と反射の角度差（入射角と反射角の和）βは、照明光ＩＬＡと同様に例えば１０１．７°に設定される。尚、照明光ＩＬがハーフミラー１６０に入射する入射角η１と、照明光ＩＬＢが光路変更ミラー１６１に入射する入射角η２については、η２＞η１の関係が成立するように設定される。

照明光ＩＬＡの照明光学系と照明光ＩＬＢの照明光学系においては、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０は、同じ仕様のものを用いることができる。両方の照明光学系において、これらの光学素子は、反射型光変調素子に対する相対位置関係が同等になるように配置される。

図２（ａ）は、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ａに至るまでの照明光学系を模式的に示し、図２（ｂ）は、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ｂに至る照明光学系を模式的に示している。尚、図２（ａ）では、ハーフミラー１６０、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０による光路方向の変更は図示を省略し、光軸を直線的に示している。同様に、図２（ｂ）では、光路変更ミラー１６１、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０による光路方向の変更は図示を省略し、光軸を直線的に示している。

また、図４（ａ）は、反射型光変調素子２００を背面側から見た時の各光学素子の配置を模式的に示している。尚、図４（ａ）では、照明光学系の一部は図示を省略している。折り返しミラー１６２の反射点ＰからＴＩＲプリズム１７０に向かう照明光は、反射型光変調素子２００に入射角４５°で入射する。尚、反射型光変調素子２００として用いられるＤＭＤ素子では、画面を平面視した時に、各画素のマイクロミラーの反射面が、画面枠に対して４５°傾斜し、画像信号に応じて反射面を駆動して照明光の反射方向を変更するものが用いられている。

図２（ａ）に示すように、照明光ＩＬＡの光軸とハーフミラー１６０の交点をＳ、照明光ＩＬＡの光軸と折り返しミラー１６２の交点をＰａ、ＳとＰａの距離をＬａとする。また、図２（ｂ）に示すように、照明光ＩＬＢの光軸とハーフミラー１６０の交点をＳ、照明光ＩＬＢの光軸と折り返しミラー１６２の交点をＰｂ、ＳとＰｂの距離をＬｂとする。
図２（ａ）および図２（ｂ）に例示されるように、本実施形態では、ＬａとＬｂが等しくない、すなわちＬａ／Ｌｂは１にはならないように、照明光ＩＬＡ用の折り返しミラー１６２と照明光ＩＬＢ用の折り返しミラー１６２は配置される。
照明光ＩＬＡと照明光ＩＬＢの両方について、折り返しミラーから反射型光変調素子までの光路長は等しく設定されているため、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ａに至る照明光ＩＬＡの光路長と、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ｂに至る照明光ＩＬＢの光路長には、Ｌａ－Ｌｂ＝ΔＬの差異が生じる。尚、Ｌａ／Ｌｂが１にならない構成としては、図２（ａ）および図２（ｂ）に示したＬａ＞Ｌｂとする構成の他に、Ｌａ＜Ｌｂとなるように、照明光ＩＬＡ用の折り返しミラー１６２と照明光ＩＬＢ用の折り返しミラー１６２を配置してもよい。

本実施形態では、照明光ＩＬＡが反射型光変調素子２００ａを照明する条件と、照明光ＩＬＢが反射型光変調素子２００ｂを照明する条件をなるべく揃えるため、照明光ＩＬＡの光路中のハーフミラー１６０と折り返しミラー１６２の間に光路補正レンズ１５１ａを配置し、照明光ＩＬＢの光路中のハーフミラー１６０と折り返しミラー１６２の間に光路補正レンズ１５１ｂを配置している。光路補正レンズ１５１ａの焦点距離をｆ１、光路補正レンズ１５１ｂの焦点距離をｆ２とした時、Ｌａ＞Ｌｂの場合にはｆ１＞ｆ２とすることにより、光路長差ΔＬの影響を低減して両方の反射型光変調素子の照明条件を揃えることができる。また、Ｌａ＜Ｌｂの場合にはｆ１＜ｆ２とすることにより、光路長差ΔＬの影響を低減して両方の反射型光変調素子の照明条件を揃えることができる。

以上により、反射型光変調素子２００ａと反射型光変調素子２００ｂは、照明光ＩＬＡと照明光ＩＬＢにより各々照明される。
尚、光路補正レンズに特殊なレンズを用いなくとも２つの反射型光変調素子を均質に照明してムラの無い高画質な画像を投射できるようにするためには、下記の条件１を満足するのが望ましい。
０．８５＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１５ ・・・（条件１）
ただし、ＬＤＡはハーフミラー１６０から反射型光変調素子２００ａまでの照明光ＩＬＡの光路長であり、ＬＤＢはハーフミラー１６０から反射型光変調素子２００ｂまでの照明光ＩＬＢの光路長である。

また、ＬａとＬｂは、下記の条件２を満足するのが望ましい。
０．７＜Ｌａ／Ｌｂ＜１．３ ・・・・（条件２）

条件１あるいは条件２においては、光路補正レンズ１５１ａと光路補正レンズ１５１ｂについては、下記の条件３を満足するのが望ましい。
０．９５＜ｆ１／ｆ２＜１．０５ ・・・（条件３）
照明光ＩＬＡ側と照明光ＩＬＢ側で、変調素子側集光レンズ１５２として同一仕様のレンズを用いつつ、照明の均一性を高められるからである。

前述したように、反射型光変調素子２００ａは、アレイ状に設けられた多数のマイクロミラーデバイスを有する。反射型光変調素子２００ａは、照明光ＩＬＡの色の切り替えに同期させて、映像中の各色信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、照明光ＩＬＡを所定角度で反射させ、映像光ＩＧＡ（第１の映像光）として出力する。映像光ＩＧＡは、ＴＩＲプリズム１７０を透過して折り曲げ型リレーレンズ３０１ａ（第１の折り曲げ型リレーレンズ）に入射する。

折り曲げ型リレーレンズ３０１ａは、映像光ＩＧＡの光路をルーフプリズム４０１に向けて折り曲げる。ルーフプリズム４０１は、映像光ＩＧＡを投射レンズ６００に向けて鋭角に反射させる。折り曲げ型リレーレンズ３０１ａの集光作用により、映像光ＩＧＡは、ルーフプリズム４０１にて光路変更された後に中間像５００ａ（第１の中間像）を結像する。尚、映像光ＩＧＡの光軸は、ＸＹ平面と平行な第２平面内にある。第２平面は、前述した第１平面と所定の距離離れ、第１平面と平行な平面である。

同様に、反射型光変調素子２００ｂは、アレイ状に設けられた多数のマイクロミラーデバイスを有する。反射型光変調素子２００ｂは、照明光ＩＬＢの色の切り替えに同期させて、映像中の各色信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、照明光ＩＬＢを所定角度で反射させ、映像光ＩＧＢ（第２の映像光）として出力する。映像光ＩＧＢは、ＴＩＲプリズム１７０を透過して折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂ（第２の折り曲げ型リレーレンズ）に入射する。

折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂは、映像光ＩＧＢの光路をルーフプリズム４０１に向けて折り曲げる。ルーフプリズム４０１は、映像光ＩＧＢを投射レンズ６００に向けて鋭角に反射させる。折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂの集光作用により、映像光ＩＧＢは、ルーフプリズム４０１にて光路変更された後に中間像５００ｂ（第２の中間像）を結像する。尚、映像光ＩＧＢの光軸は、映像光ＩＧＡの光軸と同様に、ＸＹ平面と平行な第２平面内にある。

このように、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａおよび折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂは、それぞれ反射型光変調素子から出力される映像光を取り込み、映像光の光路をルーフプリズム４０１の反射面に向けて変更し、ルーフプリズム４０１の先に中間像を結像させる機能を有する。図１においては、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａおよび折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂを模式的に示したが、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、折り曲げ型リレーレンズの具体的な構成を説明する。

図３（ａ）は、折り曲げ型リレーレンズの一つの構成例を示した図で、折り曲げ型リレーレンズ３０１Ｍは、第２群リレーレンズＧ２と、反射ミラーＭ１と、第１群リレーレンズＧ１を備えている。第２群リレーレンズＧ２は、複数のレンズを備え、全体として凸のパワーを有する。第１群リレーレンズＧ１は、少なくとも１枚のレンズを備え、全体として凸のパワーを有する。反射ミラーＭ１は、映像光ＩＧを鋭角（θ＜９０°）に反射させるミラーである。図３（ａ）では、ルーフプリズム４０１（図１）による光路の変更は図示を省略しているが、折り曲げ型リレーレンズ３０１Ｍの作用により、映像光ＩＧはルーフプリズム４０１の先に中間像５００を結ぶように構成されている。

図３（ｂ）は、折り曲げ型リレーレンズの別の構成例を示した図で、折り曲げ型リレーレンズ３０１Ｐは、第２群リレーレンズＧ２と、プリズムＰ１と、第１群リレーレンズＧ１を備えている。第２群リレーレンズＧ２は、複数のレンズを備え、全体として凸のパワーを有する。第１群リレーレンズＧ１は、少なくとも１枚のレンズを備え、全体として凸のパワーを有する。プリズムＰ１は、第２群リレーレンズＧ２側の入射面から入射した映像光ＩＧを反射面にて鋭角（θ＜９０°）に内部反射させ、第１群リレーレンズＧ１側の出射面から出射させるプリズムである。図３（ｂ）では、ルーフプリズム４０１（図１）による光路の変更は図示を省略しているが、折り曲げ型リレーレンズ３０１Ｐの作用により、映像光ＩＧはルーフプリズム４０１の先に中間像５００を結ぶように構成されている。
図３（ａ）、図３（ｂ）に例示した構成は、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａおよび折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂにおいて好適に実施することができる。

尚、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａと折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂの折り曲げ角度θの大きさは等しいが、θは６０°以上で９０°未満に設定される。

図１に戻り、映像光ＩＧＡおよび映像光ＩＧＢは、ルーフプリズム４０１の頂点を挟む両側面（第１反射面、第２反射面）にてそれぞれ反射（光路変更）され、ルーフプリズム４０１の頂点よりもＸ方向に進んだ位置に中間像５００ａ（第１の中間像）および中間像５００ｂ（第２の中間像）を結像する。

本実施形態の投射型表示装置１は、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａにて形成された中間像５００ａと、折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂにて形成された中間像５００ｂを、一括して拡大投射するための投射レンズ６００を備えている。投射レンズ６００の光軸ＬＸはＸ方向と平行とし、光軸ＬＸはルーフプリズム４０１の頂角を通るように位置決めされている。尚、図１では、投射レンズ６００により投射される光束の内、反射型光変調素子から出射された映像光のごく一部のみが示されている。投射レンズ６００を用れば、例えば建物の壁などの任意の物体に映像を投映することもできるが、スクリーンを設置してスクリーン上に映像を表示することもできる。

図５（ａ）は、スクリーン上に投射された表示画像の一例を示し、表示画像７００Ａは中間像５００ａが拡大投射されたものであり、表示画像７００Ｂは中間像５００ｂが拡大投射されたものである。
また、図６（ａ）は、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａの一部（出射側端部）、ルーフプリズム４０１、中間像５００ａの位置関係を示す図である。尚、図示の便宜のため折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂと中間像５００ｂを省略しているが、折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂは、投射レンズ６００の光軸ＬＸに対して折り曲げ型リレーレンズ３０１ａと対称に配置され、中間像５００ｂは、投射レンズ６００の光軸ＬＸに対して中間像５００ａと対称な位置に形成される。

ルーフプリズム４０１の頂角αは、例えば９０°とする。その場合、投射レンズの光軸ＬＸに対してルーフプリズムの左右の反射面がなす角度は、ともに４５°で対称となるようにルーフプリズムの向きを設定する。そして、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａの光軸ＬＡが投射レンズの光軸ＬＸに対してなす角度を９０°とする。すなわち、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａを通過する表示光の主光線がルーフプリズム４０１の斜面に入射する入射角度を４５°にする。尚、ルーフプリズムの頂角αは、９０°以外の角度にして光学系を構成することも可能である。ただし、各光学素子のレイアウトに鑑みれば、投射型表示装置が大掛かりにならないようにするために、頂角αは６０°以上で９０°以下の範囲内に設定するのが好ましい。

ルーフプリズム４０１としては、例えば光学ガラスより成る母材の表面を鏡面加工したプリズムを用いることができるが、これに限られるわけではなく、頂角の両側から入射する表示光を高い効率で反射して、投射レンズに向けて偏向できる反射光学素子であればよい。例えば、図６（ｃ）に示すように、板状ミラー４０３Ａと板状ミラー４０３Ｂを組合わせて、頂角αを構成したルーフ状の反射光学素子を用いてもよい。

投射レンズ６００のＦナンバーは、照明系のエタンデューによりＦ２．３～Ｆ２．８に設定されるが、光束角は、例えばＦ２．５では±１２°である。（すなわち、図６（ａ）に示すθ１の大きさは、１２°である。）
折り曲げ型リレーレンズ３０１ａで結ばれる表示光を損失無く利用するには、±１２°の光束を全てルーフプリズム４０１で反射させる。この時、図６（ａ）に示すように、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＸ方向の距離をＬとし、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＹ方向の距離（すなわち、投射レンズの光軸ＬＸとの距離）をｈとすれば、ｔａｎθ１＝ｈ／Ｌが成り立つ。

したがって、図６（ｂ）に示すように、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａとルーフプリズム４０１を隔てるＹ方向の距離を、図６（ａ）よりも若干大きくして、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＸ方向の距離であるＬを小さくすれば、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＹ方向の距離であるｈも小さくすることができる。そのため、図５（ｂ）に示すように、スクリーンＳＣ上の表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを隔てるＹ方向の距離を、図５（ａ）よりも小さくすることができる。

理論的には、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＸ方向の距離であるＬをゼロに近づければ近づけるほど、スクリーンＳＣ上の表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを隔てるＹ方向の距離をゼロに近づけることができる。

現実的には、ルーフプリズム４０１の頂点と中間像５００ａのＸ方向の距離を完全にゼロにする必要はない場合もあり、それは以下の理由による。一般に、反射型光変調素子においては、各画素の開口部どうしが隙間なく隣接しているわけではない。例えば、ＤＭＤ素子であれば、各画素の反射面を独立して動作可能にするために、反射面と反射面の間には隙間が設けられている。また、反射型液晶素子であれば、画素配線や駆動トランジスタにより画素の開口どうしは隔てられており、この開口どうしを隔てる部分は光学的にマスクされている。この画素間の隙間部分に照射された照明光は、表示画像の一部として投射されることはない。このように、スクリーンに拡大投射される表示画像の画素間には、微視的には黒色の帯あるいは格子が存在する。

そこで、中間像５００ａと中間像５００ｂを隔てる２×ｈの距離をゼロにしなくても、２×ｈと中間像の画素間に存する黒色の帯あるいは格子の幅との差が顕著ではないレベルまで折り曲げ型リレーレンズの位置を調整すれば、観察者にとって表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂの境界は目立たなくなるのである。

中間像がルーフプリズムの頂点近傍の所定位置に結像されるように、予め反射型光変調素子、折り曲げ型リレーレンズ、ルーフプリズムの相対位置関係を調整し、投射型表示装置１のフレームあるいは筐体等に各光学素子を固定しておく。反射型光変調素子２０１ａと折り曲げ型リレーレンズ３０１ａをユニットとしてみた時、当該ユニットのルーフプリズム４０１に対する相対位置および姿勢（垂直方向、水平方向、回転方向）を調整するための調整機構を設けておくのが望ましい。同様に、反射型光変調素子２０１ｂと折り曲げ型リレーレンズ３００ｂをユニットとしてみた時、当該ユニットのルーフプリズム４０１に対する相対位置および姿勢（垂直方向、水平方向、回転方向）を調整するための位置決め機構を設けておくのが望ましい。

そして、反射型光変調素子２００ａから出射した映像光ＩＧＡおよび反射型光変調素子２０１ｂから出射した映像光ＩＧＢを、ルーフプリズム４０１を用いて全反射させ、ロスなく投射レンズ６００の方向に光路変更する。

係る構成を有する本実施形態の投射型表示装置は、２つの光変調素子からの表示画像をスクリーン上に隣り合わせて表示するが、あらかじめ２つの中間像の位置、大きさ、傾き、合焦状態が整合されている。このため、オペレータは、例えばズーム倍率や画像全体の合焦の調整を行う必要がある時に、投射レンズ６００のみを調整すればよく、従来のように２つの光変調素子それぞれの投射光学系を個別に調整する必要がない。また、投射レンズが１本で済むため、投射型表示装置の小型化や低コスト化を実現することができる。

尚、スクリーンは、投射型表示システムの構成要素として、投射型表示装置１と常にセットで用いてもよいが、本発明の実施形態はそれに限られるわけではない。上述したように、実施形態に係る投射型表示装置１は、表示画像を光学的に調整する際の操作が簡単なので可搬用途にも適しており、例えばスクリーンを設置していない建築物の壁など、任意の場所の任意の面に容易に表示画像を投射することができる。

次に、図４（ｂ）に、本実施形態の投射型表示装置１における照明光学系等の諸元をまとめて表として示す。既に述べたように、ライトトンネル１４０から出射した照明光ＩＬは、入射角η１＝３２．５°にてハーフミラー１６０に入射するが、照明光ＩＬの一部は反射角η１＝３２．５°にて反射して照明光ＩＬＡとして用いられ、他の一部は透過して照明光ＩＬＢとして用いられる。

照明光ＩＬＡは、ハーフミラー１６０からＬａ＝９３．３ｍｍ離間した位置にある折り返しミラー１６２により、β＝１０１．７°だけ光路を折り返され、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ａに集光される。
一方、ハーフミラー１６０を透過した照明光ＩＬＢは、ハーフミラー１６０からＬｂ１離間した位置にある光路変更ミラー１６１にて入射角η２＝５７．５°、反射角η２＝５７．５°にて全反射され、光路変更ミラー１６１からＬｂ２だけ離間した位置にある折り返しミラー１６２に向けて光路変更される。光路変更された照明光ＩＬＢは、折り返しミラー１６２により、β＝１０１．７°だけ光路を折り返され、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ｂに集光される。ハーフミラー１６０から折り返しミラー１６２に至るまでの照明光ＩＬＢの光路長Ｌｂは、Ｌｂ＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２＝８２．５ｍｍである。

このように、照明光ＩＬＡの光路長Ｌａと照明光ＩＬＢの光路長Ｌｂを比べると、Ｌａ／Ｌｂが１．１３となるが、本実施形態では照明光ＩＬＡの光路中に焦点距離ｆ１の光路補正レンズ１５１ａを配置し、照明光ＩＬＢの光路中に焦点距離ｆ２の光路補正レンズ１５１ｂを配置し、ｆ１＞ｆ２に設定することにより、照明光の光路長差の影響を低減している。例えば、Ｌａ＝９３．３ｍｍ、Ｌｂ＝８２．５ｍｍの場合には、光路補正レンズ１５１ａの焦点距離ｆ１＝１０６．４ｍｍ、光路補正レンズ１５１ａの焦点距離ｆ１＝１０６．４ｍｍとすることにより、光路長差の影響を補正することが可能である。
また、ライトトンネルを出射してから反射型光変調素子を照明するまでの光路の折り返し回数は、照明光ＩＬＡが３回（ハーフミラー１６０、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０）であり、照明光ＩＬＢも３回（光路変更ミラー１６１、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０）であり、同一回数である。このように、それぞれの照明光が反射型光変調素子を照明するまでの光路の折り返し回数は同一回数とするのが望ましいが、同一回数にするのがレイアウト的に困難な場合には、偶数回同士あるいは奇数回同士のように偶奇を一致させるのが望ましい。
それぞれの反射型光変調素子から出力される映像光ＩＧＡとＩＧＢは、折り曲げ角度θ＝６５°の折り曲げ型リレーレンズ３０１ａと折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂにて光路変更され、ルーフプリズム４０１に向かう。

係る構成を備えた本実施形態の投射型表示装置は、２つの反射型光変調素子を照射する照明光の光路において光路長に差異があっても、ほぼ同等の条件で照明光を照射できるため、均質でムラのない高画質な２画面の映像光を得ることができる。ＬＤＡとＬＤＢの間に差異があっても、０．８５＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１５の関係を満たす範囲内であれば、ほぼ同等の条件で照明光を照射できる。言い換えれば、ＬａとＬｂの間に差異があっても、０．７＜Ｌａ／Ｌｂ＜１．３の関係を満たす範囲内であれば、ほぼ同等の条件で照明光を照射できる。また、照明光および映像光の光路の構成において、η２＞η１、θ＜９０°などの特徴を備えることにより、光路が占有する空間をコンパクトにすることができ、投射型表示装置を小型化することができる。また、２つの反射型光変調素子に関して、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０、折り曲げ型リレーレンズ３０１は同一構成の素子を用いることができるため、製造コストを抑制することが可能である。

［実施形態２］
次に、実施形態２に係る投射型表示装置について説明する。尚、実施形態１と同一または類似する部分については、説明を簡略化または省略する。
実施形態１では、照明光ＩＬＡと照明光ＩＬＢの光路を比べると、ハーフミラーから折り返しミラ―までの距離、すなわちＬａとＬｂの間に差異があったが、実施形態２は、ＬａとＬｂが等しくなるように構成要素が配置されている。

図１０は、実施形態２にかかる投射型表示装置の光学的な構成を示す模式図である。実施形態１に係る光学要素と同一の機能を備えるものについては、同じ参照番号を付して示している。尚、図１では光源装置１００が図中の右下になるように図示し、図１０では光源装置１００が図中の左下になるように図示している。このため、図１０では反射型光変調素子２００ａを照明するのに用いられる照明光ＩＬＡ（第１の照明光）の光路が図の左側に示され、反射型光変調素子２００ｂを照明するのに用いられる照明光ＩＬＢ（第２の照明光）の光路が図の右側に示され、図１と異なっているが、この違いは本質的なものではなく図示の便宜に過ぎない。

本実施形態では、ハーフミラー１６０により反射された照明光ＩＬＡは、レンズ１５１、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ａに集光される。光源装置１００から反射型光変調素子２００ａまでの間に、ハーフミラー１６０、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０の３箇所で反射されるため、照明光ＩＬＡの折り返し回数は３回である。

照明光ＩＬがハーフミラー１６０に入射する入射角η１は、例えば３２．５°に設定され、折り返しミラー１６２における入射と反射の角度差（入射角と反射角の和）βは、例えば６９．２°に設定される。ＴＩＲプリズム１７０は、例えば２つのプリズムを貼り合わせて構成された内部全反射プリズムであり、照明光ＩＬＡを内部全反射させて、反射型光変調素子２００ａに所定の角度で入射させる。

一方、ハーフミラー１６０を透過した照明光ＩＬＢは、光路変更ミラー１６１、レンズ１５１、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０を経由して、反射型光変調素子２００ｂに集光される。光源装置１００から反射型光変調素子２００ｂまでの間に、光路変更ミラー１６１、折り返しミラー１６２、ＴＩＲプリズム１７０の３箇所で反射されるため、照明光ＩＬＢの折り返し回数は３回である。

照明光ＩＬＢが光路変更ミラー１６１に入射する入射角η２は、例えば５７．５°に設定され、折り返しミラー１６２における入射と反射の角度差（入射角と反射角の和）βは、照明光ＩＬＡと同様に例えば６９．２°に設定されている。ＴＩＲプリズム１７０は、例えば２つのプリズムを貼り合わせて構成された内部全反射プリズムであり、照明光ＩＬＢを内部全反射させて、反射型光変調素子２００ｂに所定の角度で入射させる。尚、照明光ＩＬがハーフミラー１６０に入射する入射角η１と、照明光ＩＬＢが光路変更ミラー１６１に入射する入射角η２については、η２＞η１の関係が成立するように設定される。

照明光ＩＬＡの照明光学系と照明光ＩＬＢの照明光学系においては、レンズ１５１、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０は、同じ仕様のものを用いることができる。両方の照明光学系において、反射型光変調素子に対する相対位置関係が同等になるように、これらの光学素子は配置される。

実施形態１と同様に、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａと折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂは、ルーフプリズム４０１の頂点を通る投射レンズ６００の光軸ＬＸに対して対称に配置されている。
本実施形態では、ハーフミラー１６０の光学面は、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａおよび折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂが配置されている平面（第２平面）と直交しており、かつ光軸ＬＸの延長線ＡＸに沿って配置されている。また、本実施形態では、ハーフミラー１６０を透過した照明光ＩＬＢに関しては、光路変更ミラー１６１の光学面は、折り曲げ型リレーレンズ３０１ａおよび折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂが配置されている平面（第２平面）と直交しており、かつ折り曲げ型リレーレンズ３０１ｂの反射型光変調素子２００ｂ側の光軸ＢＸの延長線に沿って配置されている。

照明光ＩＬＡの光軸とハーフミラー１６０の交点をＳ、照明光ＩＬＡの光軸と折り返しミラー１６２の交点をＰａ、ＳとＰａの距離をＬａとする。また、照明光ＩＬＢの光軸とハーフミラー１６０の交点をＳ、照明光ＩＬＢの光軸と折り返しミラー１６２の交点をＰｂ、ＳとＰｂの距離をＬｂ＝Ｌｂ１＋Ｌｂ２とする。
この時、上述した配置を採用したことにより、ＬａとＬｂを等しくする、すなわちＬａ／Ｌｂ＝１とすることができる。

係る構成を備えた本実施形態の投射型表示装置は、２つの反射型光変調素子を照射する照明光の光路において、ハーフミラー１６０から各々の反射型光変調素子に至る光路長を等しくすることが可能なため、同等の条件で照明光を照射することができる。このため、均質でムラのない高画質な２画面の映像光を得ることができる。また、照明光および映像光の光路の構成において、η２＞η１、θ＜９０°などの特徴を備えることにより、光路が占有する空間をコンパクトにすることができ、投射型表示装置を小型化することができる。また、２つの反射型光変調素子に関して、レンズ１５１、折り返しミラー１６２、変調素子側集光レンズ１５２、ＴＩＲプリズム１７０、折り曲げ型リレーレンズ３０１は同一仕様の素子を用いることができるため、製造コストを抑制することが可能である。

［その他の実施形態］
本発明の実施は、上述した実施形態や具体的な実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
例えば、２つの反射型光変調素子に入力する画像信号は、単一の画像を分割した分割画像でもよいし、全く別の画像でもよい。画像信号の供給源は、単一のコンピュータでもよいし、別のコンピュータでもよい。

図１１（ａ）に示すように、別々のコンピュータから入力される画像信号を、投射型表示装置内の別々の光変調素子に入力し、表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを水平に並べて投射してもよい。

あるいは、図１１（ｂ）に示すように、別々のコンピュータから入力される画像信号を、投射型表示装置内の別々の光変調素子に入力し、表示画像７００Ａと表示画像７００Ｂを垂直に並べて投射してもよい。

１・・・投射型表示装置／１００・・・光源装置／１０５・・・ダイクロイックミラー／１０７・・・１／４波長板／１０９・・・集光レンズ／１２１・・・モータ／１２２・・・回転体／１２３・・・蛍光体／１２３Ｇ・・・緑色蛍光体／１２３Ｒ・・・赤色蛍光体／１２３Ｙ・・・黄色蛍光体／１２４・・・反射部／１３０・・・色選択ホイール／１４０・・・ライトトンネル／１５０・・・ライトトンネル側集光レンズ／１５１・・・・レンズ／１５１ａ、１５１ｂ…光路補正レンズ／１５２・・・変調素子側集光レンズ／１６０・・・ハーフミラー／１６１・・・光路変更ミラー／１６２・・・折り返しミラー／１７０・・・ＴＩＲプリズム／２００ａ、２００ｂ・・・反射型光変調素子／２１０・・・励起光源ユニット／３０１ａ、３０１ｂ…折り曲げ型リレーレンズ／４０１・・・ルーフプリズム／４０３Ａ、４０３Ｂ・・・板状ミラー／５００、５００ａ、５００ｂ・・・中間像／６００・・・投射レンズ／７００Ａ、７００Ｂ・・・表示画像／ＩＧＡ、ＩＧＢ・・・映像光／ＩＬ、ＩＬＡ、ＩＬＢ・・・照明光／ＬＸ・・・投射レンズの光軸

Claims (7)

1. 光源と、
   前記光源からの光を、第１平面に配された光軸に沿って伝搬させるライトトンネルと、
   前記ライトトンネルを経由して入射する前記光源からの光を、第１の照明光と第２の照明光とに分割するハーフミラーと、
   前記ハーフミラーで反射された前記第１の照明光を第１の反射型光変調素子に導く第１照明光学系と、
   前記ハーフミラーを透過した前記第２の照明光を第２の反射型光変調素子に導く第２照明光学系と、
   前記第１の反射型光変調素子から出力される第１の映像光の光路を折り曲げ、結像して第１の中間像を形成する第１の折り曲げ型リレーレンズと、
   前記第２の反射型光変調素子から出力される第２の映像光の光路を折り曲げ、結像して第２の中間像を形成する第２の折り曲げ型リレーレンズと、
   頂角を形成する第１反射面と第２反射面とを備え、前記第１の折り曲げ型リレーレンズにより伝えられる前記第１の映像光を前記第１反射面が全反射し、前記第２の折り曲げ型リレーレンズにより伝えられる前記第２の映像光を前記第２反射面が全反射するルーフ状の反射光学素子と、
   投射レンズと、を備え、
   前記第１照明光学系は、前記第１の照明光の光軸を、前記第１の反射型光変調素子の手前で前記第１平面と交差する方向に折り曲げる第１ミラーを含み、
   前記第２照明光学系は、前記第２の照明光の光軸を前記第１平面の中で折り曲げる光路変更ミラーと、前記第２の照明光の光軸を前記第２の反射型光変調素子の手前で前記第１平面と交差する方向に折り曲げる第２ミラーを含み、
   前記ハーフミラーから前記第１の反射型光変調素子までの光路長をＬＤＡとし、前記ハーフミラーから前記第２の反射型光変調素子までの光路長をＬＤＢとした時に、
   ０．８５＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１５
   を満たし、
   前記第１の反射型光変調素子から前記ルーフ状の反射光学素子の前記第１反射面に至る前記第１の映像光の光軸と、前記第２の反射型光変調素子から前記ルーフ状の反射光学素子の前記第２反射面に至る前記第２の映像光の光軸は、前記第１平面と平行な第２平面に配され、
   前記第１の映像光は、前記第１反射面で反射されてから前記第１の中間像を結び、
   前記第２の映像光は、前記第２反射面で反射されてから前記第２の中間像を結び、
   前記投射レンズの光軸は前記反射光学素子の前記頂角を通り、前記投射レンズは、前記第１の中間像及び前記第２の中間像を並べて拡大投射する、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記第１の折り曲げ型リレーレンズにおける前記第１の映像光の折り曲げ角度と、前記第２の折り曲げ型リレーレンズにおける前記第２の映像光の折り曲げ角度は、６０°以上で９０°未満である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記ハーフミラーから前記第１ミラーまでの光路長をＬａとし、前記ハーフミラーから前記第２ミラーまでの光路長をＬｂとした時に、
   ０．７＜Ｌａ／Ｌｂ＜１．３
   を満たす、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
4. 前記第１照明光学系は、前記ハーフミラーと前記第１ミラーの間に、焦点距離がｆ１の第１レンズを備え、
   前記第２照明光学系は、前記光路変更ミラーと前記第２ミラーの間に、焦点距離がｆ２の第２レンズを備え、
   Ｌａ＝Ｌｂであり、かつｆ１＝ｆ２である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
5. 前記第１照明光学系は、前記ハーフミラーと前記第１ミラーの間に、焦点距離がｆ１の第１レンズを備え、
   前記第２照明光学系は、前記光路変更ミラーと前記第２ミラーの間に、焦点距離がｆ２の第２レンズを備え、
   Ｌａ＞Ｌｂであり、かつｆ１＞ｆ２である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
6. 前記第１照明光学系は、前記ハーフミラーと前記第１ミラーの間に、焦点距離がｆ１の第１レンズを備え、
   前記第２照明光学系は、前記光路変更ミラーと前記第２ミラーの間に、焦点距離がｆ２の第２レンズを備え、
   Ｌａ＜Ｌｂであり、かつｆ１＜ｆ２である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
7. 前記ハーフミラーの光学面は、前記第２平面と直交し、かつ前記投射レンズの光軸の延長線に沿って設けられており、
   前記光路変更ミラーの光学面は、前記第２平面と直交し、前記第２の折り曲げ型リレーレンズの前記第２の反射型光変調素子の側の光軸の延長線に沿って設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

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