JP2022178477A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらの無い高画質、小型化、低コストをバランスよく達成した２板式の投射型表示装置が求められていた。【解決手段】光源からの光を第１の色光の第１照明光と第２の色光の第２照明光とに分割するダイクロイックミラーと、第１照明光を第１反射型光変調素子に導く第１照明光学系と、第２照明光を第２反射型光変調素子に導く第２照明光学系と、第１反射型光変調素子から出力される第１映像光を誘電体多層膜を透過させるとともに、第２反射型光変調素子から出力される第２映像光を誘電体多層膜にて反射させて光路を変更し、第１映像光と第２映像光を合成した合成光を出射する合成プリズムと、第１後群レンズと、第２後群レンズと、合成プリズムよりも拡大側に配置されて合成光に作用する前群レンズとを備え、誘電体多層膜への第１映像光と第２映像光の入射角の大きさは実質的に等しく、１０度以上かつ２７度以下である投射型表示装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、反射型光変調素子を２つ備えた２板式の投射型表示装置に関する。

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、カラー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。
例えば、異なる色の照明光を高速で切り替えながら単板の光変調素子を照射し、異なる色の画像を時分割で投射する単板式の投射型表示装置が知られている。光変調素子が単板でありながらもカラー表示が可能であるため、コスト低減や装置小型化の面で利点はあるものの、異なる表示色の画像を時分割で切り替えながらの表示であるため、高輝度化が困難であった。また、時分割で色が切り替わる照明光を作り出すために、切り替え式カラーフィルターと白色光源とを組合わせて用いる場合には、白色光の一部しか利用されず、光利用率が低いために消費電力が大きくなるという問題もあった。

単板式とは異なる方式として、３つの光変調素子を備え、異なる色の照明光（例えばＲ、Ｇ、Ｂ）で各光変調素子を照射し、各光変調素子から出力される異なる色の表示画像をダイクロイックプリズム等を用いて合成して投影する３板式の投射型表示装置が知られている。前述の単板式に比べて高輝度化が可能であるため、シネマなどの大型スクリーン用途には適するが、光学系の構成が複雑で部品点数も多くなるため、低コスト化や装置小型化が困難であり、使用用途が限られていた。
そこで、高輝度、小型化、低コスト化のバランスに優れた汎用性の高い装置を実現するため、２つの光変調素子を備えた２板式の投射型表示装置が試みられている。

例えば、特許文献１には、光源部と、光源部からの出射光を第１の色光と第２の色光に分離する色分離ミラーと、第１の色光を変調する第１の光変調素子と、第２の色光を変調する第２の光変調素子と、第１の光変調素子により変調された第１の色光と、第２の光変調素子により変調された第２の色光とを色合成する色合成プリズムを備えた投射型表示装置が記載されている。この装置は、色合成プリズムから出射する合成光を投写するための投写ユニットを更に備えている。

また、特許文献２には、光源部からの光を分離する分離用偏光ダイクロイックプリズムと、第１の光変調素子と第２の光変調素子と、第１の光変調素子の出力光と第２の光変調素子の出力光を合成する合成用偏光ダイクロイックプリズムと、を備えた投射型表示装置が記載されている。この装置の光源ユニットは、第１の表示期間には、第１の光変調素子と第２の光変調素子にそれぞれ青色光を照射し、第２の表示期間には、第１の光変調素子に緑色光を、第２の光変調素子に赤色光を照射するように構成されている。

特開２０１８－１４６９５１号公報 国際公開第２０１８／０７３８９３号

特許文献１に記載された方法では、色分離ミラーへの入射角をθ１とし、色合成プリズムへの入射角をθ２としたとき、θ１＝５５度、θ２＝３５度のように角度設定して光学素子をレイアウトしている。同文献の図１に示されるように、ＴＩＲプリズムと色合成プリズムとを合体したプリズムユニットが、光変調素子と投射レンズの間に配置され、かつ色合成プリズムへの入射角θ２を３５度としたことにより、投射レンズのバックフォーカスが、３板式の場合よりもむしろ大きくなってしまっており、その意味では装置の小型化が必ずしも十分ではない。

また、特許文献１では、色合成プリズムの色合成面に対して対称になるように光変調素子を配置することで装置の小型化が図られているが、上述したようにθ２＝３５度に設定した結果、最も普及していてコスト的に有利なタイプの反射型光変調素子を適用するのが困難になっている。最も普及していてコスト的に有利な反射型光変調素子は、図１５に示すように、画面に多数のマイクロミラーが２次元配列され、各、オン・オフ時には反射面が±１２度に傾斜するように駆動されるタイプである。この素子では、図中の左上に拡大して示すように、表示すべきｏｎ光と表示させないｏｆｆ光を異なる方向に反射させるが、特許文献１の装置ではθ２＝３５度でかつ光変調素子を対称に配置した結果、ｏｎ光を投射レンズの方向に反射させ、ｏｆｆ光を投射レンズ外の方向に反射させ得る幾何学的な配置が成立し得なくなっている。したがって、特許文献１に記載された方法を実施する際には、コスト的に有利なタイプの反射型光変調素子を採用することができず、マイクロミラーの偏角方向が画面の水平方向（Ｈ方向）か垂直方向（Ｖ方向）の反射型光変調素子を採用する必要があった。

また、特許文献２に記載された方法では、２つの光変調素子の出力光を色合成する手段として偏光ダイクロイックプリズムを用いているが、ダイクロイックプリズムの偏光特性は入射角に依存して大きく変化する。このため、例えばＦナンバーが２．５程度で面内の入射角ばらつきが±１２度である現実的な光学系においては、表示画面内で色むらが顕著に発生し、表示画質が低下する問題が生じる。
そこで、色むらの少ない高画質と、小型化、低コストをバランスよく達成した汎用性の高い２板式の投射型表示装置が求められていた。

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の色光の第１照明光と第２の色光の第２照明光とに分割するダイクロイックミラーと、前記ダイクロイックミラーで反射された前記第１照明光を第１反射型光変調素子に導く第１照明光学系と、前記ダイクロイックミラーを透過した前記第２照明光を第２反射型光変調素子に導く第２照明光学系と、前記第１反射型光変調素子から出力される第１映像光を誘電体多層膜を透過させるとともに、前記第２反射型光変調素子から出力される第２映像光を前記誘電体多層膜にて反射させて光路を変更し、前記第１映像光と前記第２映像光を合成した合成光を出射する合成プリズムと、前記合成プリズムと前記第１反射型光変調素子の間に配置されて前記第１映像光に作用する第１後群レンズと、前記合成プリズムと前記第２反射型光変調素子の間に配置されて前記第２映像光に作用する第２後群レンズと、前記合成プリズムよりも拡大側に配置されて前記合成光に作用する前群レンズと、を備え、前記誘電体多層膜への前記第１映像光と前記第２映像光の入射角の大きさは実質的に等しく、１０度以上かつ２７度以下である、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、色むらの少ない高画質と、小型化、低コストをバランスよく達成した汎用性の高い２板式の投射型表示装置を提供することができる。

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。 実施形態１における照明光学系の一部を抽出して示す図。 実施形態１における投射光学系を示す図。 （ａ）合成プリズム４００の構成を示す図。（ｂ）誘電体多層膜４０５の特性を示す図。 ダイクロイックミラー１８０の特性を示すグラフ。 実施形態１において反射型光変調素子２００ｂを背面側から見た時の各光学素子の配置を示す図。 （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を模式的に示す図。（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を模式的に示す図。 （ａ）実施形態１で用いる光源装置１１０の構成を示す図。（ｂ）実施形態２で用いる光源装置１１０の構成を示す図。 （ａ）シアンフィルターＣＦの透過特性を示すグラフ。（ｂ）赤フィルターＲＦの透過特性を示すグラフ。 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。 実施形態２における照明光学系の一部を抽出して示す図。 実施形態２における投射光学系を示す図。 （ａ）合成プリズム４１０の構成を示す図。（ｂ）誘電体多層膜４１５の特性を示す図。 実施形態２において反射型光変調素子２００ｂを背面側から見た時の各光学素子の配置を示す図。 反射型光変調素子の構成を説明するための図。 回転体の平面図。 蛍光体の発光特性を示す図。 （ａ）実施形態１に係る光源装置１１０から出力される照明光ＩＬの色光を示すタイムチャート。（ｂ）実施形態１に係る第１照明光の色光を示すタイムチャート。（ｃ）実施形態１に係る反射型光変調素子２００ａから出力される映像光を示すタイムチャート。（ｄ）実施形態１に係る第２照明光の色光を示すタイムチャート。（ｅ）実施形態１に係る反射型光変調素子２００ｂから出力される映像光を示すタイムチャート。 （ａ）実施形態２に係る光源装置１１０から出力される照明光ＩＬの色光を示すタイムチャート。（ｂ）実施形態２に係る第１照明光の色光を示すタイムチャート。（ｃ）実施形態２に係る反射型光変調素子２００ａから出力される映像光を示すタイムチャート。（ｄ）実施形態２に係る第２照明光の色光を示すタイムチャート。（ｅ）実施形態２に係る反射型光変調素子２００ｂから出力される映像光を示すタイムチャート。 （ａ）実施形態２に係る光源装置１１０から出力される照明光ＩＬの色光を示すタイムチャート。（ｂ）実施形態２に係る第１照明光の色光を示すタイムチャート。（ｃ）実施形態２に係る反射型光変調素子２００ａから出力される映像光を示すタイムチャート。（ｄ）実施形態２に係る第２照明光の色光を示すタイムチャート。（ｅ）実施形態２に係る反射型光変調素子２００ｂから出力される映像光を示すタイムチャート。

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。
［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反射型光変調素子）および反射型光変調素子２００ｂ（第２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。尚、ＤＭＤとしては、図１５を参照して説明したように、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。各画素に対応するマイクロミラーは、画像信号の輝度レベルに応じて、反射方向がパルス幅変調により変更されるように駆動される。

投射型表示装置１は、光源装置１１０を備えている。光源装置１１０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。図８（ａ）に、本実施形態で用いる光源装置１１０の構成を示す。光源装置１１０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（例えば青色発光の半導体レーザ）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１１０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。

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１６に、回転体１２２の平面図を示すが、回転体１２２の主面上には、回転軸ＲＡを中心としたリング領域の一部に黄色蛍光体１２３Ｙが塗布され、リング領域の残りの部分には蛍光体が塗布されずに、励起光Ｅｘ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。黄色蛍光体１２３Ｙが設けられている領域の下地には、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１７に、黄色蛍光体１２３Ｙに励起光Ｅｘを照射した際に黄色蛍光体１２３Ｙから得られる光のスペクトルの例を示す。図中に一点鎖線で示すグラフ３２が黄色蛍光体１２３Ｙの発光スペクトルである。参考のため、一般的な緑色蛍光体の発光スペクトルを点線グラフ３１で示し、一般的な赤色蛍光体の発光スペクトルを実線グラフ３３で示している。尚、波長４５０ｎｍ付近に見られるピークは、蛍光体による発光ではなく、励起光Ｅｘ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、図１７に示されたグラフ３２は一例であり、本実施形態で用いられ得る蛍光体の発光特性は、これと厳密に一致しなければならないわけではない。

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、黄色蛍光体１２３Ｙか、または反射部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１１０の各部の作用について図８（ａ）を参照して説明する。
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により回転体１２２の方向に反射される。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、黄色の蛍光が発せられる。また、励起光Ｅｘが集光される位置に反射部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。
ダイクロイックミラー１０５に入射する黄色蛍光のうち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、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。

集光レンズ１０９は、投射光学系６１０のＦナンバーに適合させるべく所定のＮＡに設定されており、照明光ＩＬをライトトンネル１４０の入射口に集光する。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。尚、場合によっては照明光ＩＬから不要なスペクトル成分を除外するため、集光レンズ１０９とライトトンネル１４０の間に例えば切り替え式のカラーフィルター（カラーホイール）を設けてもよい。

次に、光源装置１１０から提供される照明光ＩＬを、反射型光変調素子２００ａ（第１の反射型光変調素子）と反射型光変調素子２００ｂ（第２の反射型光変調素子）に分配する照明光学系について説明する。

図２は、実施形態１の照明光学系の一部を抽出して示した図である。ライトトンネル１４０を介して伝搬された照明光ＩＬは、ライトトンネル側集光レンズ１５０により、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される。ライトトンネル側集光レンズ１５０は、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を経由した照明光ＩＬは、さらに中間像側集光レンズ１５１を経て、拡大中間像１５５を結ぶ。ただし、拡大中間像１５５の結像位置の近傍にはダイクロイックミラー１８０が配置されており、照明光ＩＬの入射角η１は２７．５度に設定されている。照明光ＩＬに含まれる赤色光Ｒはダイクロイックミラー１８０を透過し、緑色光Ｇおよび青色光Ｂはダイクロイックミラー１８０により反射される。尚、照明光ＩＬの入射角η１は、必ずしも２７．５度である必要はないが、下記の条件を満足するのが望ましい。
２５度＜η１＜３２度 ・・・（条件１）

図５に、ダイクロイックミラー１８０の透過率の波長依存性を示す。プレート状のダイクロイックミラー１８０は、ダイクロイックプリズムに比べてＰＳ分離幅や角度シフト（入射角依存性）が小さいという利点がある。図５に示すように、入射角が２８度に対して±１０度変化したとしても、角度シフトはあるもののシフト量は小さい。また、カーブの立ち上がりも急峻でほぼステップ状であり、赤色光の分離能が優れていることがわかる。

ダイクロイックミラー１８０を透過した赤色光Ｒは、反射型光変調素子２００ｂを照明するのに用いられ、ダイクロイックミラー１８０により反射された緑色光Ｇおよび青色光Ｂは、反射型光変調素子２００ａを照明するのに用いられる。言い換えれば、照明光の拡大中間像１５５の第１の色光成分は第１反射型光変調素子に転写され、第２の色光成分は第２反射型光変調素子に転写される。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緑色光Ｇおよび青色光Ｂを第１照明光（Ｇ＋Ｂ）と呼び、反射型光変調素子２００ｂを照明するのに用いられる赤色光Ｒを第２照明光（Ｒ）と呼ぶ場合がある。また、ダイクロイックミラー１８０から反射型光変調素子２００ａまでの第１照明光の光路を第１照明光学系と呼び、ダイクロイックミラー１８０から反射型光変調素子２００ｂまでの第２照明光の光路を第２照明光学系と呼ぶものとする。

図１および図２から理解されるように、第１照明光学系においては、ダイクロイックミラー１８０により反射された第１照明光（Ｇ＋Ｂ）は、中間像側集光レンズ１６０（第１レンズ）、折り返しミラー１８２ａ（第１ミラー）、変調素子側集光レンズ１６３、ＴＩＲプリズム１７０ａを経由して、反射型光変調素子２００ａに集光される。第１照明光学系においては、光源装置１１０から反射型光変調素子２００ａまでの間に、ダイクロイックミラー１８０、折り返しミラー１８２ａ、ＴＩＲプリズム１７０ａの３箇所で反射されるため、第１照明光の折り返し回数は３回である。

尚、ライトトンネル１４０からダイクロイックミラー１８０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平面内にあるが、第１照明光の光軸は、ダイクロイックミラー１８０にて反射されてから折り返しミラー１８２ａに到達するまではＸＹ平面と平行な第１平面内にある。一方、折り返しミラー１８２ａにより反射されると、第１照明光の光軸は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、第１照明光の光軸は、反射型光変調素子２００ａの手前で折り返しミラー１８２ａ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１７０ａは、例えば２つのプリズムを組み合わせて構成された内部全反射プリズムであり、第１照明光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がダイクロイックミラー１８０に入射する入射角η１は、前述のように例えば２７．５度に設定され、折り返しミラー１８２ａ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５９．３度に設定される。

一方、ダイクロイックミラー１８０を透過した第２照明光（Ｒ）は、中間像側集光レンズ１６１、光路変更ミラー１８１、中継レンズ１６２（第２レンズ）、折り返しミラー１８２ｂ（第２ミラー）、変調素子側集光レンズ１６３、ＴＩＲプリズム１７０ｂを経由して、反射型光変調素子２００ｂに集光される。第２照明光学系においては、光源装置１１０から反射型光変調素子２００ｂまでの間に、光路変更ミラー１８１、折り返しミラー１８２ｂ、ＴＩＲプリズム１７０ｂの３箇所で反射されるため、第２照明光の折り返し回数は３回である。すなわち、第１照明光の折り返し回数と、第２照明光の折り返し回数は等しいため、各反射型光変調素子に同質の照明光を照射でき、ムラの発生を抑制することができる。

第２照明光の光軸は、ダイクロイックミラー１８０を透過してから、光路変更ミラー１８１にて反射されて折り返しミラー１８２ｂ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１８２ｂ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、第２照明光の光軸は、反射型光変調素子２００ｂの手前で折り返しミラー１８２ｂ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１７０ｂ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、第２照明光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、第２照明光が光路変更ミラー１８１に入射する入射角η２（図２）は、例えば６４度に設定され、折り返しミラー１８２ｂにおける入射と反射の角度差（入射角と反射角の和）βは、第１照明光と同様に例えば５９．３度に設定される。尚、照明光ＩＬがダイクロイックミラー１８０に入射する入射角η１と、第２照明光が光路変更ミラー１８１に入射する入射角η２については、以下の関係が成立するように設定される。
η２≧η１ ・・・（条件２）

第１照明光の照明光学系と第２照明光の照明光学系においては、折り返しミラー１８２ａと折り返しミラー１８２ｂ、変調素子側集光レンズ１６３、ＴＩＲプリズム１７０ａとＴＩＲプリズム１７０ｂは、それぞれ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７（ａ）は、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ａに至る照明光学系を模式的に示し、図７（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、図示の便宜のため、図７（ａ）では、ダイクロイックミラー１８０、折り返しミラー１８２ａ、ＴＩＲプリズム１７０ａ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７（ｂ）では、光路変更ミラー１８１、折り返しミラー１８２ｂ、ＴＩＲプリズム１７０ｂ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６は、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している。尚、図６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１８２ｂの反射点ＰからＴＩＲプリズム１７０ｂに向かう照明光は、反射型光変調素子２００ｂに入射角４５°で入射する。尚、反射型光変調素子２００ｂ（および反射型光変調素子２００ａ）として用いられるＤＭＤ素子は、図１５を参照してすでに述べたように、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７（ａ）に示すように、第１照明光の光軸とダイクロイックミラー１８０の交点をＳ、第１照明光の光軸と折り返しミラー１８２ａの交点をＰａ、ＳとＰａの距離をＬａとする。また、図７（ｂ）に示すように、第２照明光の光軸とダイクロイックミラー１８０の交点をＳ、第２照明光の光軸と折り返しミラー１８２ｂの交点をＰｂ、ＳとＰｂの距離をＬｂとする。

図７（ａ）および図７（ｂ）に例示されるように、本実施形態では、ＬａとＬｂが必ずしも等しくない、すなわちＬａ／Ｌｂが必ずしも１にはならないように、第１照明光用の折り返しミラー１８２ａと第２照明光用の折り返しミラー１８２ｂは配置される。

第１照明光と第２照明光の両方について、折り返しミラー１８２ａ（折り返しミラー１８２ｂ）から反射型光変調素子２００ａ（反射型光変調素子２００ｂ）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に至る第１照明光の光路長と、ライトトンネル１４０から反射型光変調素子２００ｂに至る第２照明光の光路長には、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７（ａ）および図７（ｂ）に示したＬａ＞Ｌｂとする構成の他に、Ｌａ＜Ｌｂとなるように、第１照明光用の折り返しミラー１８２ａと第２照明光用の折り返しミラー１８２ｂを配置してもよい。

本実施形態では、第１照明光が反射型光変調素子２００ａを照明する条件と、第２照明光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、第１照明光の光路中のダイクロイックミラー１８０と折り返しミラー１８２ａの間に中間像側集光レンズ１６０を配置し、第２照明光の光路中のダイクロイックミラー１８０と光路変更ミラー１８１の間に中間像側集光レンズ１６１を、光路変更ミラー１８１と折り返しミラー１８２ｂの間に中継レンズ１６２を配置している。これらのレンズの位置と焦点距離とを適宜設定することにより、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、本実施形態では、前述したように、黄色蛍光体を備えた光源装置１１０から図１７に示したスペクトル特性の蛍光が出力され、ダイクロイックミラー１８０にて色光を分離するが、照明光の色純度を高めるために、第１照明光学系にシアンフィルターＣＦを、第２照明光学系に赤フィルターＲＦを設けるのが好ましい。フィルターを設ける位置は任意であるが、本実施形態では光学系の対称性を考慮して、各々の光学系の変調素子側集光レンズ１６３の出射面に、ダイクロイックフィルター（多層膜フィルター）を設けた。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１照明光学系の変調素子側集光レンズ１６３の出射面には、図９（ａ）に示す特性を備えたシアンフィルターＣＦを設け、図７（ｂ）に示すように、第２照明光学系の変調素子側集光レンズ１６３の出射面には、図９（ｂ）に示す特性を備えた赤フィルターＲＦを設けた。
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、第１照明光と第２照明光により各々照明される。

尚、ダイクロイックミラー１８０から反射型光変調素子２００ａまでの光路長をＬＤＡとし、ダイクロイックミラー１８０から反射型光変調素子２００ｂまでの光路長をＬＤＢとした時に、以下の条件を満足するのが望ましい。
０．９＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１ ・・・（条件３）

反射型光変調素子２００ａと反射型光変調素子２００ｂは、アレイ状に設けられた多数のマイクロミラーを有するが、光源装置１１０から照射される照明光ＩＬの色の切り替えタイミングと同期して、照明光を変調する。

図１８（ａ）～図１８（ｅ）は、光源装置１１０と各反射型光変調素子の駆動タイミングを説明するため、横軸を時間ｔで表したタイムチャートである。図８（ａ）、図１６、図２７を参照して説明したように、光源装置１１０は、回転体１２２を回転させて、黄色蛍光体１２３Ｙが発する黄色の蛍光と、反射部１２４が反射する青色光を交互に出力する。画像信号の１フレームの期間に同期させて回転体１２２を１回転させるように制御すれば、図１８（ａ）に示すように、光源装置１１０からはＹ光とＢ光が交互に出力される。

ダイクロイックミラー１８０は、図５に示した透過特性を有するため、ダイクロイックミラー１８０により反射された第１照明光は、図１８（ｂ）に示すようにＧ光とＢ光が交互に照射する態様となり、ダイクロイックミラー１８０を透過した第２照明光は、図１８（ｄ）に示すように、Ｒ光が間欠的に照射する態様となる。

第１照明光の色の切り替わりタイミングに同期させて映像信号のＧ成分とＢ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ａからは、図１８（ｃ）に示す映像光Ｇ＋Ｂが出力される。また、第２照明光のＲ光が点灯するタイミングに同期させて映像信号のＲ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ｂからは、図１８（ｅ）に示す映像光Ｒが出力される。各色の映像光は、映像信号中の各色成分の輝度に応じて反射型光変調素子によりパルス幅変調されている。色ごとに１階調に相当するパルス幅（時間的長さ）を異ならせる必要がある場合には、反射型光変調素子を駆動するクロックの周波数を映像光の色に合わせて調整すればよい。

次に、反射型光変調素子２００ａと反射型光変調素子２００ｂから出力された映像光を合成して投射する投射光学系について説明する。
図３は、投射光学系について説明するため、図１に示した投射型表示装置１の全体構成の中から、投射光学系６１０の部分を抽出した図面である。

前述したように、反射型光変調素子２００ａは、映像信号中のＧ色またはＢ色の信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、第１照明光を所定角度で反射させ、図１８（ｃ）に示す映像光Ｇ＋Ｂを出力する。映像光Ｇ＋Ｂは、ＴＩＲプリズム１７０ａを透過して第１後群レンズ６０１ａに入射し、さらに合成プリズム４００を透過して前群レンズ６０２に入射し、投映面７００（例えば投映スクリーン）に拡大投影される。

また、反射型光変調素子２００ｂは、映像信号中のＲ色の信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、第２照明光を所定角度で反射させ、図１８（ｅ）に示す映像光Ｒを出力する。映像光Ｒは、ＴＩＲプリズム１７０ｂを透過して第２後群レンズ６０１ｂに入射し、さらに合成プリズム４００にて内部反射して光路を変更されて前群レンズ６０２に入射し、投映面７００（例えば投映スクリーン）に拡大投影される。尚、図１～図３では、前群レンズ６０２の光軸ＬＸが一点鎖線で示されている。

前群レンズ６０２は、第１後群レンズ６０１ａと合わせて、映像光Ｇ＋Ｂに対する投射レンズとして作用する。同様に、前群レンズ６０２は、第２後群レンズ６０１ｂと合わせて、映像光Ｒに対する投射レンズとして作用する。ここで、ＴＩＲプリズム１７０ａとＴＩＲプリズム１７０ｂは、同一構成の素子が用いられ、第１後群レンズ６０１ａと第２後群レンズ６０１ｂは、同一構成のレンズが用いられる。また、後述するように、合成プリズム４００内において、映像光Ｒの光路長と映像光Ｇ＋Ｂの光路長は等しくなるように構成されている。このため、本実施形により構成される投射レンズ系では、投映面７００上の画像の調整（例えばピント調整）は、前群レンズ６０２を操作するだけで簡単に行うことができる。

合成プリズム４００は、映像光Ｒの光路を変更して映像光Ｇ＋Ｂの光路に重畳させ、映像光Ｒおよび映像光Ｇ＋Ｂを前群レンズ６０２に向けて導く。
図４（ａ）に示すように、合成プリズム４００は、プリズム４０１、プリズム４０２、プリズム４０３の３つのプリズムで構成されている。プリズム４０１とプリズム４０２は、微小な隙間であるエアギャップＡＧ１を挟んで対向し、プリズム４０２とプリズム４０３は、微小な隙間であるエアギャップＡＧ２を挟んで対向している。プリズム４０２の光学面のうち、エアギャップＡＧ１を挟んでプリズム４０１と対向している面には、誘電体多層膜４０５が設けられている。

映像光Ｒは、プリズム４０２に入射すると、エアギャップＡＧ２側の光学面にて誘電体多層膜４０５に向けて内部全反射される。本実施形態では、誘電体多層膜４０５に対する映像光Ｒの入射角ωが、ω＝１２度となるよう構成されている。誘電体多層膜４０５は、図４（ｂ）に示す透過／反射特性を備えた膜であり、映像光Ｒは殆どすべてが反射される。尚、誘電体多層膜４０５は、プリズム４０１とプリズム４０２の間に隙間なくサンドイッチ（接着）されているのではなく、プリズム４０１との間にエアギャップを介しているので、接着型のクロスプリズムと比較してＰＳ分離幅および角度シフトのシフト量は小さく、グラフのカーブの立ち上がりが急峻でほぼステップ状である。誘電体多層膜４０５で反射された映像光Ｒは、エアギャップＡＧ２、プリズム４０３を透過して前群レンズ６０２に入射する。

一方、映像光Ｇ＋Ｂは、プリズム４０１、エアギャップＡＧ１を透過し、誘電体多層膜４０５に入射角１２度で入射する。先に説明した図４（ｂ）の透過／反射特性から明らかなように、映像光Ｇ＋Ｂは誘電体多層膜４０５を透過する。映像光Ｇ＋Ｂは、さらにプリズム４０２、エアギャップＡＧ２およびプリズム４０３を透過して前群レンズ６０２に入射する。

尚、誘電体多層膜４０５に対する入射角は、製造上の誤差を除き、映像光Ｒと映像光Ｇ＋Ｂとで実質的に等しくなるように構成されている。また、映像光Ｒがプリズム４０２内に入射してから誘電体多層膜４０５に到達するまでの光路長は、映像光Ｇ＋Ｂがプリズム４０１内に入射してから出射するまでの光路長と等しくなるように、プリズム４０２とプリズム４０１の形状が設定されている。

以上説明した本実施形態によれば、例えば特許文献１に開示された２板式の表示装置に比べ、投射レンズのバックフォーカスを小さくできるため、装置を小型化することができる。また、マイクロミラーが画面の垂直方向（Ｖ方向）に対して４５度の向きに配置されるタイプの反射型光変調素子を用いるため、コスト的に有利である。また、特許文献２に開示された２板式の表示装置に比べ、偏光特性が入射角に依存して大きく変化するダイクロイックプリズムを用いない光学系であるため、色むらが少なく高画質の映像を表示することが可能である。すなわち、本実施形態によれば、高画質、小型化、低コストをバランスよく達成した汎用性の高い２板式の投射型表示装置を実現することができた。

［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。

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。投射型表示装置２は、反射型光変調素子２００ａ（第１反射型光変調素子）および反射型光変調素子２００ｂ（第２反射型光変調素子）を備えている。本実施形態においても、実施形態１と同様に、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。尚、ＤＭＤとしては、図１５を参照して説明したように、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。各画素に対応するマイクロミラーは、画像信号の輝度レベルに応じて、反射方向がパルス幅変調により変更されるように駆動される。

投射型表示装置２は、光源装置１１０を備えている。光源装置１１０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。
図８（ｂ）に、本実施形態で用いる光源装置１１０の構成を示す。本実施形態の光源装置１１０は、実施形態１の光源装置のように蛍光体を励起して発光させるのではなく、独立に駆動可能な色光の異なる固体光源（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの半導体レーザやＬＥＤ）の出力光を合成して照明光ＩＬとして出力する。すなわち、光源装置１１０は、赤発光の固体光源１１１Ｒ、青発光の固体光源１１２Ｂ、緑発光の固体光源１１３Ｇと、各発光源の光を集光するレンズ１１５とを備え、青反射のダイクロイックミラー８０７と赤反射のダイクロイックミラー８０８とを用いて各色光の光路を重畳させ、集光レンズ１０９を介して照明光ＩＬをライトトンネル１４０に向けて出射する。固体光源（例えば、半導体レーザやＬＥＤ）を用いることにより、本実施形態では蛍光体に比べて色純度の高い照明光ＩＬをライトトンネル１４０に向けて出射することができる。

図１１は実施形態２の照明光学系の一部を抽出して示した図であり、実施形態１における図２に対応している。本実施形態における照明光学系の基本構成は、実施形態１と類似しているが、図中の表に示す通り、各光学素子の設置角度や位置が異なっている。本実施形においても、第１照明光が反射型光変調素子２００ａを照明する条件と、第２照明光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、第１照明光の光路中のダイクロイックミラー１８０と折り返しミラー１８２ａの間に中間像側集光レンズ１６０を配置し、第２照明光の光路中のダイクロイックミラー１８０と光路変更ミラー１８１の間に中間像側集光レンズ１６１を、光路変更ミラー１８１と折り返しミラー１８２ｂの間に中継レンズ１６２を配置している。これらのレンズの位置と焦点距離とを適宜設定することにより、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、図１４は、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している。尚、図１４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１８２ｂの反射点ＰからＴＩＲプリズム１７０ｂに向かう照明光は、反射型光変調素子２００ｂに入射角４５°で入射する。尚、反射型光変調素子２００ｂ（および反射型光変調素子２００ａ）として用いられるＤＭＤ素子は、図１５を参照してすでに述べたように、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。

反射型光変調素子２００ａと反射型光変調素子２００ｂは、アレイ状に設けられた多数のマイクロミラーを有するが、光源装置１１０から照射される照明光ＩＬの色の切り替えタイミングと同期して、照明光を変調する。

図１９（ａ）～図１９（ｅ）は、光源装置１１０と各反射型光変調素子の駆動タイミングを説明するため、横軸を時間ｔで表したタイムチャートである。図８（ｂ）を参照して説明したように、光源装置１１０は、独立に駆動可能な色光の異なる固体光源として、赤発光の固体光源１１１Ｒ、青発光の固体光源１１２Ｂ、緑発光の固体光源１１３Ｇを備えている。図１９（ａ）に示すように、画像信号の１フレームに相当する期間のうち、例えば約２／３は固体光源１１１Ｒと緑発光の固体光源１１３Ｇとを同時に点灯させてＲ光とＧ光を出力し、残りの約１／３は固体光源１１２Ｂを点灯させてＢ光を出力させる。

ダイクロイックミラー１８０は、図５に示した透過特性を有するため、ダイクロイックミラー１８０により反射された第１照明光は、図１９（ｂ）に示すようにＧ光とＢ光が交互に照射する態様となり、ダイクロイックミラー１８０を透過した第２照明光は、図１９（ｄ）に示すように、Ｒ光が間欠的に照射する態様となる。

第１照明光の色の切り替わりタイミングに同期させて映像信号のＧ成分とＢ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ａからは、図１９（ｃ）に示す映像光Ｇ＋Ｂが出力される。また、第２照明光のＲ光が点灯するタイミングに同期させて映像信号のＲ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ｂからは、図１９（ｅ）に示す映像光Ｒが出力される。各色の映像光は、映像信号中の各色成分の輝度に応じて反射型光変調素子によりパルス幅変調されている。色ごとに１階調に相当するパルス幅（時間的長さ）を異ならせる必要がある場合には、反射型光変調素子を駆動するクロックの周波数を映像光の色に合わせて調整すればよい。

尚、駆動タイミングは図１９（ａ）～図１９（ｅ）の例に限られるわけではなく、例えば図２０（ａ）～図２０（ｅ）に示す態様であってもよい。図２０（ａ）に示すように、画像信号の１フレームに相当する期間の全域にわたり固体光源１１１Ｒを点灯させてＲ光を出力し、これと並行して画像信号の１フレームに相当する期間のうち、例えば約２／３は緑発光の固体光源１１３Ｇを点灯させてＧ光を出力し、残りの約１／３は固体光源１１２Ｂを点灯させてＢ光を出力させる。

ダイクロイックミラー１８０は、図５に示した透過特性を有するため、ダイクロイックミラー１８０により反射された第１照明光は、図２０（ｂ）に示すようにＧ光とＢ光が交互に照射する態様となり、ダイクロイックミラー１８０を透過した第２照明光は、図２０（ｄ）に示すように、Ｒ光が連続的に照射する態様となる。

第１照明光の色の切り替わりタイミングに同期させて映像信号のＧ成分とＢ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ａからは、図２０（ｃ）に示す映像光Ｇ＋Ｂが出力される。また、フレームの切り替わりタイミングに同期させて映像信号のＲ成分を入力することにより、反射型光変調素子２００ｂからは、図２０（ｅ）に示す映像光Ｒが出力される。各色の映像光は、映像信号中の各色成分の輝度に応じて反射型光変調素子によりパルス幅変調されている。色ごとに１階調に相当するパルス幅（時間的長さ）を異ならせる必要がある場合には、反射型光変調素子を駆動するクロックの周波数を映像光の色に合わせて調整すればよい。

次に、反射型光変調素子２００ａと反射型光変調素子２００ｂから出力された映像光を合成して投射する投射光学系について説明する。
図１２は、投射光学系について説明するため、図１０に示した投射型表示装置２の全体構成の中から、投射光学系６１０の部分を抽出した図面である。

前述したように、反射型光変調素子２００ａは、映像信号中のＧ色またはＢ色の信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、第１照明光を所定角度で反射させ、図１９（ｃ）あるいは図２０（ｃ）に示す映像光Ｇ＋Ｂを出力する。映像光Ｇ＋Ｂは、ＴＩＲプリズム１７０ａを透過して第１リレーレンズ６１１ａに入射し、さらに合成プリズム４１０を透過して第３リレーレンズ６１２を経て中間像６１３を結ぶ。中間像６１３は、拡大側に配置された投射レンズ６１４により投映面７００（例えば投映スクリーン）に拡大投射される。

また、反射型光変調素子２００ｂは、映像信号中のＲ色の信号成分に応じてマイクロミラーデバイスを駆動し、第２照明光を所定角度で反射させ、図１９（ｅ）あるいは図２０（ｅ）に示す映像光Ｒを出力する。映像光Ｒは、ＴＩＲプリズム１７０ｂを透過して第２リレーレンズ６１１ｂに入射し、さらに合成プリズム４１０にて内部反射して光路を変更されて第３リレーレンズ６１２を経て中間像６１３を結ぶ。中間像６１３は、投射レンズ６１４により投映面７００（例えば投映スクリーン）に拡大投影される。

このように、本実施形態では、リレーレンズを用いて投射レンズ６１４の手前で表示映像の中間像を一旦形成する構成である点が実施形態１と異なる。本実施形態では、リレーレンズ絞り付近の光線径を小さくすることができるため、合成プリズム４１０を小型化することができる。
合成プリズム４１０は、映像光Ｒの光路を変更して映像光Ｇ＋Ｂの光路に重畳させ、映像光Ｒおよび映像光Ｇ＋Ｂを前群レンズ６０２に向けて導く。

図１３（ａ）に示すように、合成プリズム４１０は、プリズム４１１およびプリズム４１２の２つのプリズムで構成されている。プリズム４１１とプリズム４１２は、微小な隙間であるエアギャップＡＧ３を挟んで対向している。プリズム４１１の光学面のうち、エアギャップＡＧ３を挟んでプリズム４１２と対向している面には、誘電体多層膜４１５が設けられている。

映像光Ｒは、プリズム４１１に入射すると、第３リレーレンズ６１２側の光学面にて誘電体多層膜４１５に向けて内部全反射される。本実施形態では、誘電体多層膜４１５に対する映像光Ｒの入射角ωが、ω＝２６．５度となるよう構成されている。誘電体多層膜４１５は、図１３（ｂ）に示す透過／反射特性を備えた膜であるが、固体光源の単色性の良い照明光を変調した映像光Ｒは、殆どすべてが反射される。尚、誘電体多層膜４１５は、プリズム４１１とプリズム４１２の間に隙間なくサンドイッチ（接着）されているのではなく、プリズム４１２との間にエアギャップを介しているので、接着型のクロスプリズムと比較してＰＳ分離幅および角度シフトのシフト量は小さく、グラフのカーブの立ち上がりが急峻でほぼステップ状である。誘電体多層膜４１５で反射された映像光Ｒは、プリズム４１１を透過して第３リレーレンズ６１２に入射する。

一方、映像光Ｇ＋Ｂは、プリズム４１２、エアギャップＡＧ３を透過し、誘電体多層膜４１５に入射角２６．５度で入射する。先に説明した図１３（ｂ）の透過／反射特性から明らかなように、固体光源の単色性の良い照明光を変調した映像光Ｇ＋Ｂは、誘電体多層膜４１５を透過する。映像光Ｇ＋Ｂは、さらにプリズム４１１を透過して第３リレーレンズ６１２に入射する。

尚、誘電体多層膜４１５に対する入射角は、映像光Ｒと映像光Ｇ＋Ｂとで等しくなるように構成されている。また、映像光Ｒがプリズム４１１内に入射してから誘電体多層膜４１５に到達するまでの光路長は、映像光Ｇ＋Ｂがプリズム４１２内に入射してから出射するまでの光路長と等しくなるように、プリズム４１１とプリズム４１２の形状が設定されている。

以上説明した本実施形態によれば、例えば特許文献１に開示された２板式の表示装置に比べ、投射レンズのバックフォーカスを小さくできるため、装置を小型化することができる。また、マイクロミラーが画面の垂直方向（Ｖ方向）に対して４５度の向きに配置されるタイプの反射型光変調素子を用いるため、コスト的に有利である。また、特許文献２に開示された２板式の表示装置に比べ、偏光特性が入射角に依存して大きく変化するダイクロイックプリズムを用いない光学系であるため、色むらが少なく高画質の映像を表示することが可能である。すなわち、本実施形態によれば、高画質、小型化、低コストをバランスよく達成した汎用性の高い２板式の投射型表示装置を実現することができた。

［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、実施形態１で用いた光源装置と、実施形態２で用いた映像の中間像を形成する投射光学系を組合わせてもよい。あるいは、実施形態２で用いた光源装置と、実施形態１で用いた映像の中間像を形成しない投射光学系を組合わせてもよい。

実施形態１では、合成プリズム４００の誘電体多層膜４０５に入射する第１映像光（Ｒ＋Ｇ）と第２映像光（Ｒ）の入射角ωは、製造上の誤差を除いて実質的に等しい大きさとし、ω＝１２度とした。また、実施形態２では、合成プリズム４１０の誘電体多層膜４１５に入射する第１映像光（Ｒ＋Ｇ）と第２映像光（Ｒ）の入射角ωは、製造上の誤差を除いて実質的に等しい大きさとし、ω＝２６．５度とした。本発明を実施するにあたり、入射角ω１２度、または２６．５度に限られるわけではないが、入射角ωは１０度以上かつ２７度以下の範囲内に設定する。

例えば、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。

１・・・投射型表示装置／１１０・・・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／１１１Ｒ・・・赤発光の固体光源／１１２Ｂ・・・青発光の固体光源／１１３Ｇ・・・緑発光の固体光源／１２１・・・モータ／１２２・・・回転体／１２３・・・蛍光体／１２３Ｙ・・・黄色蛍光体／１２４・・・反射部／１４０・・・ライトトンネル／１５０・・・ライトトンネル側集光レンズ／１５１・・・・中間像側集光レンズ／１５５・・・拡大中間像／１６０・・・中間像側集光レンズ／１６１・・・中間像側集光レンズ／１６２・・・中継レンズ／１６３・・・変調素子側集光レンズ／１７０ａ、１７０ｂ・・・ＴＩＲプリズム／１８０・・・ダイクロイックミラー／１８１・・・光路変更ミラー／１８２ａ、１８２ｂ・・・折り返しミラー／２００ａ、２００ｂ・・・反射型光変調素子／２１０・・・励起光源ユニット／４００・・・合成プリズム／４０１、４０２、４０３・・・プリズム／４０５・・・誘電体多層膜／４１０・・・合成プリズム／４１１、４１２・・・プリズム／４１５・・・誘電体多層膜／６０１ａ・・・第１後群レンズ／６０１ｂ・・・第２後群レンズ／６０２・・・前群レンズ／６１０・・・投射光学系／６１１ａ・・・第１リレーレンズ／６１１ｂ・・・第２リレーレンズ／６０・・・投射光学系／６１２・・・第３リレーレンズ／６１３・・・中間像／６１４・・・投射レンズ／７００・・・投映面／ＡＧ１、ＡＧ２、ＡＧ３・・・エアギャップ／Ｅｘ・・・励起光／ＩＬ・・・照明光／ＬＸ・・・前群レンズの光軸

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の色光の第１照明光と第２の色光の第２照明光とに分割するダイクロイックミラーと、
   前記ダイクロイックミラーで反射された前記第１照明光を第１反射型光変調素子に導く第１照明光学系と、
   前記ダイクロイックミラーを透過した前記第２照明光を第２反射型光変調素子に導く第２照明光学系と、
   前記第１反射型光変調素子から出力される第１映像光を誘電体多層膜を透過させるとともに、前記第２反射型光変調素子から出力される第２映像光を前記誘電体多層膜にて反射させて光路を変更し、前記第１映像光と前記第２映像光を合成した合成光を出射する合成プリズムと、
   前記合成プリズムと前記第１反射型光変調素子の間に配置されて前記第１映像光に作用する第１後群レンズと、前記合成プリズムと前記第２反射型光変調素子の間に配置されて前記第２映像光に作用する第２後群レンズと、前記合成プリズムよりも拡大側に配置されて前記合成光に作用する前群レンズと、を備え、
   前記誘電体多層膜への前記第１映像光と前記第２映像光の入射角の大きさは実質的に等しく、１０度以上かつ２７度以下である、
   ことを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記第１後群レンズ、前記第２後群レンズ、および前記前群レンズにより投射レンズ系が構成され、
   前記第１後群レンズと前記前群レンズにより前記第１映像光が拡大投射され、前記第２後群レンズと前記前群レンズにより前記第２映像光が拡大投射される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
3. 前記第１後群レンズは、第１リレーレンズを構成し、
   前記第２後群レンズは、第２リレーレンズを構成し、
   前記前群レンズは、前記合成プリズムの側に配置された第３リレーレンズと、拡大側に配置された投射レンズとを含み、
   前記第１映像光は、前記第１リレーレンズと前記第３リレーレンズにより、前記第３リレーレンズと前記投射レンズの間に中間像を結び、
   前記第２映像光は、前記第２リレーレンズと前記第３リレーレンズにより、前記第３リレーレンズと前記投射レンズの間に中間像を結び、
   前記投射レンズにより、前記第１映像光および前記第２映像光の前記中間像が拡大投射される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
4. 前記第１照明光学系は、前記第１照明光の光軸を、前記第１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照明光の光軸を前記第２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、
   前記ダイクロイックミラーから前記第１反射型光変調素子までの光路長をＬＤＡとし、前記ダイクロイックミラーから前記第２反射型光変調素子までの光路長をＬＤＢとした時に、
   ０．９＜ＬＤＡ／ＬＤＢ＜１．１
   を満たす、
   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. 前記光源からの光を前記ダイクロイックミラーに入射させる入射角をη１とした時、
   ２５度＜η１＜３２度
   を満たす、
   ことを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。
6. 前記第２照明光を前記光路変更ミラーに入射させる入射角をη２とした時、
   η２≧η１
   を満たす、
   ことを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
7. 前記ライトトンネルと前記ダイクロイックミラーとの間に集光レンズを備え、前記集光レンズは前記光源からの光の中間像を形成し、前記第１照明光学系は前記中間像の第１の色光成分を前記第１反射型光変調素子に転写し、前記第２照明光学系は前記中間像の第２の色光成分を前記第２反射型光変調素子に転写する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。

Images