JP3610280B2 - 色合成光学素子およびそれを用いた投写型画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は色合成光学素子及びそれを用いた投写型画像表示装置に関し、例えばカラー液晶パネルに基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するカラー液晶プロジェクターに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、液晶ライトバルブなどに基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するようにした投写装置(液晶プロジェクター)が種々と提案されている。
【0003】
この投写装置では、R,G,Bの3色光の画像に基づく画像表示素子(液晶パネル)を光源からの光を色分解した色光で各々照明している。そして画像表示素子を透過したそれぞれの色光を色合成手段を介して一つの投写レンズでスクリーン面上等に投写している。
【0004】
従来より、液晶プロジェクターに用いられる色合成光学素子の1つとして、クロスダイクロプリズムがある。図5は従来のクロスダイクロプリズムを用いた投写型画像表示装置の要部概略図である。図5に示す投写型画像表示装置で用いているクロスダイクロプリズムXDPは4つの直角プリズム31、32、33、34よりなり、2種類の反射波長域を有するダイクロイック層DM1,DM2をプリズム内部で交差させている。
【0005】
尚、図5の投写型画像表示装置では、光源1から発せられた白色光を放物面鏡2よりほぼ平行な光束に変換し、複数の矩形のレンズアレイより構成される第1フライアイレンズ3により複数の矩形のレンズアレイより構成される第2フライアイ4の各コマのほぼ中心部に光源像を形成する。そして偏光変換素子5により、片方の偏光成分のみに揃えられた光束を、第1正レンズ6により画像変調手段上16、18、20に重ね合わせる。青反射ダイクロイックミラー8により反射された青色光は光反射ミラー9、第2正レンズ15を介して、青色用の画像変調手段16の表示部に集光される。青反射ダイクロイックミラー8を透過した緑および赤色の光成分のなかの緑色成分は、緑色を反射するダイクロイックミラー10により反射され、第3正レンズ17を介して、緑色用の画像変調手段18の表示部に集光される。ダイクロイックミラー10を透過した赤色成分の光は、第4正レンズ27、高反射ミラー28、第5正レンズ29、高反射ミラー30、第6正レンズ26を介して、赤色用の画像変調手段16の表示部に集光される。
【0006】
各色の画像変調手段16、18、20で変調された光は、第1プリズム31、第2プリズム32、第3プリズム33、第4プリズム34より構成されるクロスダイクロプリズムXDPにより色合成され、投写レンズ35により、不図示のスクリーンにカラー画像として投影されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図5に示す色合成プリズムとしてのクロスダイクロプリズムは4つの直角プリズムの角度を正確に形成し、かつ各面を研磨して形成しないと、前記ダイクロイック層DM1,DM2が直角プリズムの頂角で折れ曲がってしまう。
【0008】
このため、不図示のスクリーン上の投影像が二重像となり、解像感が著しく悪くなるという問題があった。また、スクリーン上の解像力を良好に保つため、4つの直角プリズム31、32、33、34を接合する場合、接合面で段差が生じないように接合しなければならず、接合時に細心の注意を必要とした。また、直角プリズムの直角な稜線部分はピリやカケ等の欠陥が許されず、稜線部分の幅が広いと、クロスプリズムのクロスする部分が縦筋となってスクリーン上に投影されてしまうという問題もあった。このように、従来のクロスダイクロプリズムは、プリズム加工およびプリズム接合が極めて難しく、製造するのに大変な時間と費用とを必要としていた。
【0009】
一方、クロスダイクロプリズムの以上述べたような問題点を回避する為、特開平10−104763号公報においては、ビデオカメラ等で色分解手段として使用されてきた3つのプリズムよりなる色分解プリズムを用いた液晶プロジェクターが提案されている。しかしながら、同公報では色分解プリズムの形状が、プリズムの光路長を最小にするような形状に最適化されていなかったため、図8(A)に示すように、図7(A)のクロスダイクロプリズムと比較して2倍近いプリズム光路長を必要とした。
【0010】
また、同公報の明細書中にはプリズムの材料や屈折率に関する記載がないので、プリズムの屈折率を高めて、空気換算時の光路長を短くしているかどうかは不明であった。
【0011】
以上のように上記公報の提案では、プリズムの製造自体は、クロスダイクロプリズムに対し容易になってはいるが、プリズムが大きくてプリズム光路長が長いために、投写レンズのバックフォーカスをクロスダイクロプリズムを使用する場合と比較してかなり長くする必要が生じていた。このため、投写レンズは大型化し、投写レンズの光学性能面において、特に倍率色収差が増大してくるといった問題が生じてきた。
【0012】
本発明の目的は、上記公報のプリズムよりも光路長を短くできる色合成光学素子と、この色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在することを特徴としている。
【0014】
請求項2の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であることを特徴としている。
【0015】
請求項3の発明の色合成光学素子は、4つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0016】
請求項4の発明の色合成光学素子は、光の射出側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、前記第3プリズムと前記第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0017】
請求項5の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0018】
請求項6の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0019】
請求項7の発明の色合成光学素子は、4つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0020】
請求項8の発明の色合成光学素子は、光の射出側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、前記第3プリズムと前記第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0021】
請求項9の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0022】
請求項10の発明の色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0023】
請求項11の発明は、請求項1から10のいずれか1項の発明において、前記プリズムの材質のアッベ数νdは
45<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0024】
請求項12の発明は、請求項1から11のいずれか1項の発明において、前記射出側のダイクロイックミラー層が形成されている面と前記共通の面とのなす角度θ1は
20度<θ1<35度
の条件式を満足することを特徴としている。
【0025】
請求項13の発明は、請求項1から12のいずれか1項に発明において、前記共通の面と入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面のなす角度θ2は
40度<θ2<50度
の条件式を満足することを特徴としている。
【0026】
請求項14の発明は、請求項1から13のいずれか1項の発明において、前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.6<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0027】
請求項15の発明はの色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と透過面を兼ねる面であるプリズムを最も射出側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず該共通の面と射出側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ1、該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ2としたとき、
20度<θ1<35度
40度<θ2<50度
の条件式を満足し、前記プリズムの材質のd線における屈折率をNd、プリズムの材質のアッベ数をνdとしたとき、
1.56<Nd
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0028】
請求項16の発明の色合成光学素子は、光の射出側から順に、3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、2面以上備えた第2プリズムと、3面以上備えた第3プリズムと、2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面の一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムが向かい合う面の一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムはそれぞれ頂角が45度の直角三角柱プリズムより構成され、
前記プリズムの材質のd線における屈折率をNdとしたとき、
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0029】
請求項17の発明の投射型画像表示装置は、請求項1から16のいずれか1つの色合成光学素子を用いたことを特徴としている。
【0030】
請求項18の発明の投射型画像表示装置は、光源側から順に、該光源からの光を用いて複数の光源像を形成する第1フライアイレンズと、前記複数の光源像それぞれの形成位置を中心とするレンズを複数有する第2フライアイレンズと、該第2フライアイレンズからの出射光を直線偏光光に変換する偏光変換素子を複数有する偏光変換素子アレイと、前記偏光変換素子アレイからの光を3つのR光、G光、B光に分解する色分解手段と、該R光、G光、B光を変調する3つの液晶表示素子と、該3つの液晶表示素子からの出力光を合成する色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写する投写手段とを具備した投写型画像表示装置であって、
該色合成手段は、請求項1から16のいずれか1項に記載の色合成光学素子を有していることを特徴としている。
【0031】
請求項19の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在することを特徴としている。
【0032】
請求項20の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であることを特徴としている。
【0033】
請求項21の発明の色分解光学素子は、4つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0034】
請求項22の発明の色分解光学素子は、光の入射側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、該第3プリズムと該第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0035】
請求項23の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0036】
請求項24の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0037】
請求項25の発明の色分解光学素子は、4つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0038】
請求項26の発明の色分解光学素子は、光の入射側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、該第3プリズムと該第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0039】
請求項27の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0040】
請求項28の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0041】
請求項29の発明は、請求項19から28のいずれか1項の発明において、前記プリズムの材質のアッベ数νdは
45<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0042】
請求項30の発明は、請求項19から29のいずれか1項の発明において、前記入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面と前記共通の面とのなす角度θ1は
20度<θ1<35度
の条件式を満足することを特徴としている。
【0043】
請求項31の発明は、請求項19から30のいずれか1項の発明において、前記共通の面と入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面のなす角度θ2は
40度<θ2<50度
の条件式を満足することを特徴としている。
【0044】
請求項32の発明は、請求項19から31のいずれか1項の発明において、前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.6<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0045】
請求項33の発明の色分解光学素子は、3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と透過面を兼ねる面であるプリズムを最も入射側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ1、該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ2としたとき、
20度<θ1<35度
40度<θ2<50度
の条件式を満足し、前記プリズムの材質のd線における屈折率をNd、プリズムの材質のアッベ数をνdとしたとき、
1.56<Nd
40<νd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0046】
請求項34の発明の色分解光学素子は、光の入射側から順に、3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、2面以上備えた第2プリズムと、3面以上備えた第3プリズムと、2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面の一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムが向かい合う面の一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムはそれぞれ頂角が45度の直角三角柱プリズムより構成されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率をNdとしたとき、
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴としている。
【0047】
請求項35の発明の投射型画像表示装置は、請求項19から34のいずれか1つの色分解光学素子を用いたことを特徴としている。
【0048】
請求項36の発明の投射型画像表示装置は、光源側から順に、該光源からの光を用いて複数の光源像を形成する第1フライアイレンズと、前記複数の光源像それぞれの形成位置を中心とするレンズを複数有する第2フライアイレンズと、該第2フライアイレンズからの出射光を直線偏光光に変換する偏光変換素子を複数有する偏光変換素子アレイと、前記偏光変換素子アレイからの光を3つのR光、G光、B光に分解する色分解手段と、該R光、G光、B光を変調する3つの液晶表示素子と、該3つの液晶表示素子からの出力光を合成する色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写する投写手段とを具備した投写型画像表示装置であって、
該色分解手段は、請求項19から35のいずれか1項に記載の色分解光学素子を有していることを特徴としている。
【0049】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の色合成光学素子を用いた画像投写装置の実施形態1の要部概略図である。図中1はメタルハライドランプ等の光源(発光管)である。2は反射面が放物面又は楕円面から成るリフレクター(反射部材)である。同図は放物ミラーを示している。
【0050】
光源1の発光部からの光束をリフレクター2で反射して平行光に変換し、この平行光を第1フライアイレンズ(第1光学素子)3に入射させている。
【0051】
第1フライアイレンズ3は、正の屈折力を有する矩形のレンズ(凸レンズ)を複数個平板上に配置して構成している。
【0052】
4は第2フライアイレンズ(第2光学素子)であり、正の屈折力を有する矩形のレンズ(平凸レンズ)を複数個、平板上に配置して構成している。
【0053】
複数の矩形のレンズアレイより構成される第1フライアイレンズ3により複数の矩形のレンズアレイより構成される第2フライアイ4の各コマのほぼ中心部に光源像を形成している。
【0054】
5は偏光変換素子アレイであり、例えば図10に示す構成を有し、偏光変換素子毎に入射する無偏光(ランダム偏光)の光を特定の方向に偏光した直線偏光光として射出させている。各偏光変換素子から射出する偏光光の偏光方向は、図10が示す通り、互いに一致している。
【0055】
偏光変換素子5に入射した光は、その偏光分離層5Bにて、P波とS波に分離され、P波は偏光分離面5Bを透過し、S波は反射され、P波はλ/2位相板5Aにより位相変換され、S波と偏光軸の方向をそろえている。これにより偏光変換素子5から射出される光束はすべて同一方向の偏光軸を有した偏光光となる。
【0056】
偏光変換素子5から射出された光束は第1正レンズ6により偏向され、後述する色分解系でR,G,Bの各色に色分解され、RGB各色別に変調される液晶パネル(液晶表示素子)よりなる画像変調装置の表示部16,18,20上に重ね合わせている。
【0057】
本実施形態では、第1正レンズ6から射出された光束のうち、青反射ダイクロイックミラー8により反射された青色光は高反射ミラー9、第2正レンズ15を介して、青色用の画像変調手段16の表示部に集光される。
【0058】
青反射ダイクロイックミラー8を透過した緑色および赤色の光成分のなかの緑色成分は、緑色を反射するダイクロイックミラー10により反射され、第3正レンズ17を介して、緑色用の画像変調手段18の表示部に集光される。ダイクロイックミラー10を透過した赤色成分の光は、第4正レンズ11、高反射ミラー12、第5正レンズ13、高反射ミラー14、第6正レンズ19を介して、赤色用の画像変調手段20の表示部に集光される。第4正レンズ11と第5正レンズ13は、赤色チャンネルのみ他の色チャンネルより光路が長いため、ほぼ等倍結像するリレーレンズの役目を果たしている。
【0059】
各色の画像変調手段16、18、20で変調された光は、第1プリズム23、第2プリズム24、第3プリズム21、第4プリズム22より構成される色合成手段としての色合成プリズム(色合成光学素子)Pにより色合成され、投写レンズ25により、不図示のスクリーンにカラー画像として投影される。
【0060】
次に図1の実施形態1で用いた色合成プリズムPの構成について、図4を用いて詳しく説明する。
【0061】
本実施形態の色合成プリズム(色合成光学素子)Pは投写レンズ25からの白色光を複数の色光に分解する色分解プリズム(色分解光学素子)として使用することもできるが、ここでは色合成手段としての作用のみを述べる。
【0062】
色分解光学素子として用いるときは光束の入射,射出が逆となるだけであり、基本的な光学作用は全く同じである。
【0063】
図4において、16,18,20は図1の画像変調手段に相当している。色合成プリズムは、図4に示すように、光透過面でありかつ全反射面でもある共通の面23Aと、赤色成分を反射させ青および緑色成分を透過させるダイクロイック膜が形成されたダイクロイック面23Bと、光透過面23Cより構成される第1プリズム23と、2つの光透過面24A、24Bを有する第2プリズム24と、ふたつの光透過面21A、21Cと、青色成分を反射させ緑色成分を透過させるダイクロイック膜が形成されたダイクロイック面21Bより構成される第3プリズム21と、2つの光透過面22A,22Bを有する第4プリズム22より構成されている。
【0064】
図4において、光透過面23A、23C、21C、22Bには、空気とガラスの界面で生ずる表面反射光による光量損失を防ぐため、反射防止コートを形成することが望ましい。
【0065】
第2プリズムの24C面と第4プリズムの22C面は、プリズム内部の内面反射によるゴースト発生を防ぐため、研磨面ではなく、砂ズリ面とするのがよく、さらには黒色の塗料を塗布するのが良い。
【0066】
また、第1プリズム23のダイクロイック面23Bに形成されているダイクロイック膜は第2プリズム24の光透過面24Aに形成してもよい。第2プリズム24のほうが、第1プリズム23より小さいので、ダイクロイック膜を蒸着するときに、蒸着釜にたくさんプリズムを入れることができるので、製造コストが安くなる利点がある。
【0067】
また、第3プリズム21のダイクロイック面21Bに形成されているダイクロイック膜は第4プリズム22の光透過面22Aに形成しても良い。
【0068】
本発明に係る色合成プリズムPでは、従来の色分解プリズム等で良く使用されてきた3つのプリズムから構成される色分解プリズムに対し、プリズムの光路長を短くするために、4つのプリズムを利用している。
【0069】
2つのダイクロイックミラー層23B,21Bに挟まれるプリズムを2つに分割することにより、該プリズムによる光射出側の有効光束のケラレを防ぎ、光入射側のプリズム21を小さくしている。
【0070】
さらに、プリズムの空気換算時の光路長を短くするために、従来より屈折率の高いガラスを使用している。たとえば、(株)オハラ社製の商品名S−BSM25(d線の屈折率1.65844、アッベ数50.9)、商品名S−BSM15(d線の屈折率1.62299、アッベ数58.2)等が屈折率も高く、透過率も良いので好ましい。
【0071】
さらに高屈折率のものとしては、同じく(株)オハラ社製の商品名S−LAL14(d線の屈折率1.6968、アッベ数55.5)、商品名S−LAL8(d線の屈折率1.71300、アッベ数53.9)等が可視域全域で透過率が高く、本発明のプリズム用として適している。
【0072】
また、第1プリズム23と第2プリズム24の間のダイクロイック面23Bを第1プリズム23の光射出面23Aに対して27度に設定することにより、プリズムの光路長を短くし、ダイクロイック面の反射によるゴーストの発生を抑えている。
【0073】
また、第1プリズム23の光射出面23Aにおける全反射条件を十分に満足している。
【0074】
また、第3プリズム21と第4プリズム22の間のダイクロイック面21Bを第1プリズム23の光射出面23A対して45度に設定することにより、プリズムの光路長を短くしている。
【0075】
プリズムの光路長を短くすることにより、プリズム自体を小型化できるだけでなく、投写レンズのバックフォーカスを短くできるので、投写レンズとそれを用いる投写装置の小型化および高性能化を実現している。
【0076】
次に色合成光学素子Pとしての各発明の特徴について説明する。第1発明としての色合成光学素子は、3つ以上のプリズムを接合して構成され、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と光透過面が共通の面である面を備えるプリズムを有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき断面図外形は4つ以上の線分(24A,24B,24C,21C,21B)により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点Ptの少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分(23B,21B)の両端を結んだ線分より内側に存在することを特徴としている(図4参照)。
【0077】
ここで、色合成方向の平面とは、合成される前の3色の異なった色の3本の光線と、色合成素子により合成された1本の光線を含む平面を示す。又、交差とは2つの線分が互いに交わることをいう。
【0078】
他の発明としての色合成光学素子は3つ以上のプリズムを接合して構成され、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と光透過面が共通の面である面を備えるプリズムを最も光射出側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつの角度γは180度を超える角度であることを特徴としている(図6(A)参照)。
【0079】
他の発明としての色合成光学素子は4つ以上のプリズムを接合して構成され、該4つのプリズムのうちひとつは全反射面と光透過面を兼ねた面を備えるプリズムを有し、互いに波長域が異なる、つまり、色が異なる2つの色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間のプリズムは複数のプリズム(24,21)より構成されていることを特徴としている。
【0080】
他の発明としての色合成光学素子は、光の射出側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が光透過面と全反射面を兼ねている第1プリズム23と、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズム24と、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズム21と、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズム22とを備え、該第1プリズムと該第2プリズムが向かい合う面の一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズム2と該第4プリズム22が向かい合う面の一方又は双方に第1の色光とは色(波長域)が異なる第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を備えることを特徴としている。
【0081】
尚、本発明においては次の構成のうち1以上を満足させる構成とするのが良い。
【0082】
(ア−1)前記第1プリズム23と前記第2プリズム24は前記ダイクロイックミラー層をはさんで接合され、前記第3のプリズム21と前記第4のプリズム22は前記ダイクロイックミラー層をはさんで接合されていることである。
【0083】
(ア−2)前記第2プリズム24と前記第3プリズム21は接合されていることである。
【0084】
(ア−3)前記第3プリズム21と前記第4プリズム22はそれぞれ頂角が45度の直角三角柱プリズムより構成されることである。又、第1〜第4発明においては次の構成のうち1以上を満足させる構成とするのが良い。
【0085】
(ア−4)前記第2プリズムと前記第3プリズムは一体成形されていることである。
【0086】
(イ−1)前記光射出側のダイクロイックミラー層が形成されている面と前記光透過面と全反射面を兼ねた面とのなす角度θ1は
20度<θ1<35度 ‥‥‥(1)
の条件式を満足することである。
【0087】
更に望ましくは、
22度<θ1<33度 ‥‥‥(1A)
とすることである。
【0088】
(イ−2)前記光透過面と全反射面を兼ねた面と光入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面のなす角度θ2は
40度<θ2<50度 ‥‥‥(2)
の条件式を満足することである。
【0089】
さらに望ましくは
42度<θ1<48度 ‥‥‥(2A)
とすることである。
【0090】
(イ−3)前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd ‥‥‥(3)
の条件式を満足することである。
【0091】
さらに望ましくは
1.6<Nd ‥‥‥(3A)
とすることである。
【0092】
(イ−4) 前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd ‥‥‥(4)
の条件式を満足することである。
【0093】
さらに望ましくは
45<νd ‥‥‥(4A)
とすることである。
【0094】
他の発明としての色合成光学素子は、3つ以上のプリズムより構成され、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と光透過面を兼ねた面であるプリズムを最も射出側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、以下の条件式を満足することを特徴としている。
【0095】
20度<θ1<35度 ‥‥‥(1)
さらに望ましくは
22度<θ1<33度 ‥‥‥(1A)
40度<θ2<50度 ‥‥‥(2)
さらに望ましくは
42度<θ2<48度 ‥‥‥(2A)
ここで、θ1;該色合成光学素子の光射出面と光射出側のダイクロイックミラー層のなす角度
θ2;該色合成光学素子の光射出面と光入射側のダイクロイックミラー層のなす角度
尚、第5発明において、更に好ましくは以下の条件式を満足することが良い。
【0096】
1.56<Nd ‥‥‥(3)
さらに望ましくは、
1.6<Nd ‥‥‥(3A)
40<νd ‥‥‥(4)
さらに望ましくは、
45<Nd ‥‥‥(4A)
ここで、Nd;プリズムのd線における屈折率
νd;プリズムのアッベ数
である。
【0097】
本発明の投写型画像表示装置は、上記色合成光学素子の少なくとも1つを備えている。
【0098】
また、本発明の投写型画像表示装置は、3原色の色成分を含む光を放射する光発生手段と、該光発生手段の放射光を3つの原色光に分解する色分離手段と、該3つの原色光が入射し、該原色光を変調して光学像を形成する3つの画像変調手段と、該3つの画像変調手段からの出力光を1つに合成する色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写する投写手段とを具備し、該色合成手段は、上記記載の色合成光学素子の少なくとも1つを有するように構成される。
【0099】
次に前述の各条件式の技術的意味について説明する。
【0100】
条件式(1)は、光射出側のダイクロイックミラー層が形成されている面23Bと該色合成光学素子の光射出面23Aとのなす角度θ1について限定したもので、条件式(1)の下限値を超える領域では、図4における最も光射出側のプリズム23の該光透過面と全反射面を兼ねている光射出面23Aにおいて全反射条件を満たさなくなり、画像のケラレが生じてくるので良くない。また、条件式(1)の上限値を超える領域では、最も光射出側のプリズム23の有効光路が最も射出側のプリズムのダイクロイックミラー面23Bと干渉してくるので、それを防ぐために最も射出側のプリズム23を大きくしなければならず、色合成プリズム全体の光路長が増大してくるので良くない。
【0101】
条件式(2)は、該色合成光学素子の光射出面23Aと該光入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面21Bのなす角度θ2について限定したもので、条件式(2)の下限値を超える領域では、図4における、プリズム21の光入射面21Cが反時計回転方向に傾くので、プリズム内部の有効光路にプリズム21の光入射面21Cが食い込んでくるので良くない。これを防ぐためには、プリズム21を光源側に延長させねばならず、プリズムが大型化してくる。
【0102】
また、条件式(2)の上限値を超える領域では、図4におけるプリズム21の光入射面21Cが時計回転方向に傾くので、図4に示す画像変調手段16と18が接近してきて、干渉してくるので良くない。
【0103】
条件式(3)は、該色合成光学素子を構成しているプリズムの材質のd線における屈折率Ndについて限定したもので、条件式(3)の下限値を超える領域では、プリズム内部の空気換算時の光路長が増大してくるので良くない。また、最も射出側のプリズムの全反射面で全反射条件を満たさず、最も光射出側のプリズムを透過する光量が減少してくるので良くない。
【0104】
条件式(4)は、該色合成光学素子を構成しているプリズムの材質のアッベ数νdについて限定したもので、条件式(4)の下限値を超える領域では、現状存在するガラス材料においては、青の透過率が低下してくるので、光路長の長いプリズムに使用した場合、青チャンネルの光量が減少してしまうので良くない。
【0105】
図2は本発明の色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置の実施形態2の要部概略図である。本実施形態は、色合成光学素子の第2プリズム36の形状が、図1の第2プリズム24の形状と異なる以外は全く同一である。
【0106】
図2の第2プリズム36では、該第2プリズム36と画像変調手段16との干渉を防ぐために、第2プリズム36の紙面上部を斜めにカットしている。このため、図1と比較すると第2プリズム36が小型になり、第2プリズム36の軽量化を実現している。
【0107】
図3は本発明の色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置の実施形態3の要部概略図である。本実施形態は、図2の第2プリズム36と第3プリズム21をひとつの第2プリズム37として構成したものである。研磨を行わず成型のみでプリズムを作製すれば、このような形状も可能である。この第2プリズム37のダイクロイックミラー層が形成されていない面は2つの平面37A,37Bより構成され、その2つの平面の内角(プリズム側の角度)は196度となっている。第2プリズム37を図3に示すような形状とすることにより、光射出側の有効光束のケラレを発生させずに、色合成光学素子のプリズム光路長を短くすることができる。図1、図2の素子と比較すると、プリズムの部品点数が減少するので、さらに簡素化及びコストダウンが可能となる。
【0108】
次に本発明に係る色合成プリズムの形状(大きさ)に関して、従来の色合成プリズムと比較して説明する。
【0109】
図6から図9は、実際に各方式のプリズムの設計を行い、各方式のプリズムの大きさを比較した概略図である。以下は画像変調手段16,18,20を0.9インチ(有効表示範囲18.288X13.716mm)の液晶パネルと仮定し、Fナンバー1.7の投写レンズを使用し、液晶パネルの表示面16,18,20から、色合成プリズムPの光入射面までの距離を6mmとした場合の設計値である。
【0110】
図6(A)は、図2に示す本発明の色合成光学素子Pの設計例の液晶パネルの長辺方向(色合成光学素子の色分解方向)の断面図である。プリズム材料は(株)オハラ社製の商品名S−BSM25(屈折率Nd=1.65844 アッベ数νd=50.9)を使用している。
【0111】
前述のθ1は27度、θ2は45度である。プリズムの空気換算光路長は50.97/1.65844=30.73mmとなる。
【0112】
図6(B)は、図6(A)での液晶パネルの短辺方向のプリズムの断面の大きさを示している。図6(B)に示すように第3,第4プリズム21,22の高さを軽量化のため第1,第2プリズム23、36より小さくしている。
【0113】
図7(A)は従来のクロスダイクロプリズムの設計例の液晶パネルの長辺方向の断面図である。プリズム材料は(株)オハラ社製の商品名S−BSL7(屈折率Nd=1.51633 アッベ数νd=64.1)を使用している。図7(B)は図7(A)の液晶パネルの短辺方向の断面図である。
【0114】
プリズムの空気換算光路長は32/1.51633=21.10mmとなる。
【0115】
本発明の色合成プリズムと比較するとやや小型であるが、前述の問題点のため、製造コストが高く、スクリーン上に縦筋が発生する等の欠点を有する。
【0116】
図8(A)は従来の3つプリズムを用いた色合成光学素子の設計例の液晶パネルの長辺方向の断面図である。プリズム材料は(株)オハラ社製の商品名S−BSL7(屈折率Nd=1.51633 アッベ数νd=64.1)を使用している。
【0117】
図8(B)は図8(A)の設計例の液晶パネルの短辺方向の断面図である。
【0118】
プリズムの空気換算光路長は57.37/1.51633=37.83mmとなる。
【0119】
本発明の色合成プリズムと比較すると空気換算時の光路長がかなり増大している。このため、投写レンズがかなり大型化してくる。また、画像変調手段18と20との距離が本発明と比較するとかなり広がるので、照明光学系が大型化してくる。
【0120】
図9(A)は従来の直角プリズムおよび菱形プリズムを組み合わせたプリズムの設計値に基づく液晶パネルの長辺方向の断面図である。プリズム材料は(株)オハラ社製の商品名S−BSL7(屈折率Nd=1.51633 アッベ数νd=64.1)を使用している。
【0121】
図9(B)は図9(A)の液晶パネルの短辺方向の断面図である。
【0122】
プリズムの空気換算光路長は75/1.51633=49.46mmとなる。本発明の色合成プリズムと比較すると空気換算時の光路長が非常に増大している。このため、投写レンズのバックフォーカスが非常に長くなり、収差補正が困難となってくるためレンズ全長およびレンズ径が極めて大型化してくる。
【0123】
これらの設計例との比較により、本発明の色合成プリズムは、クロスダイクロプリズムを使用した色合成光学素子と比較すると、やや大型化するが、他の方式のふたつのダイクロイックミラー層がプリズム内部で交差しない色合成光学素子と比較した場合、プリズム内部の光路長および、空気換算時の光路長を非常に短縮することが可能であることが明らかである。
【0124】
尚、以上の各実施形態において、各プリズムの光学作用をしない面(例えば図4の第2プリズム24の面24c、第4プリズム22の面22c、図3の第2プリズム37の面37B、図6(A)の第2プリズム36の面36a等)は平面に限定されずに曲面としても良い。
【0125】
以上のように、本実施形態に係る色合成光学素子は、プリズム内部においてダイクロイックミラー層が交差しないので、従来のクロスダイクロプリズムに対し、プリズムの製造およびプリズムの接合が容易となり、製造コストの安い色合成光学素子が実現できる。また、クロスダイクロプリズムに対してプリズム内部に光路長が長くなる点に関しては、従来の3つのプリズムより構成される色合成光学素子に対し、2つのダイクロイックミラー層に挟まれるプリズムを2つに分割し、かつプリズムの屈折率を高くすることにより、プリズムの光路長の空気換算時の増大を極力小さくすることができる。
【0126】
これにより、製造コストが安く、かつスクリーン上の投影像の劣化や、縦筋の発生のない小型で高性能な投写型画像表示装置が実現している。
【0127】
【発明の効果】
本発明によれば、製造が容易で小型の色合成光学素子を提供し、製造が容易で小型の投写型画像表示装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置の実施形態1の要部概略図
【図2】本発明の色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置の実施形態2の要部概略図
【図3】本発明の色合成光学素子を用いた投写型画像表示装置の実施形態3の要部概略図
【図4】図1の色合成光学素子の色分解方向の断面図
【図5】従来の投写型画像表示装置の断面図
【図6】本発明の実施形態2の色合成光学素子の設計例の画像変調手段の長辺方向(色分解方向)と短辺方向の断面図
【図7】従来のクロスダイクロプリズムを用いた色合成光学素子の設計例の長辺方向(色分解方向)と短辺方向の断面図
【図8】従来の3つのプリズムを用いた色合成光学素子の設計例の長辺方向(色分解方向)と短辺方向の断面図
【図9】従来の4つのプリズムを用いた色合成光学素子の設計例の長辺方向(色分解方向)と短辺方向の断面図
【図10】図1の偏光変換素子の要部断面図
【符号の説明】
23 第1プリズム
24,36 第2プリズム
21 第3プリズム
22 第4プリズム
37 プリズム
23B,21B ダイクロイックミラー層
1 光源
2 放物面鏡
3 第1フライアイレンズ
4 第2フライアイレンズ
5 偏光変換素子
6 第1正レンズ
7,9,12,14 高反射ミラー
8 青反射ダイクロイックミラー
10 緑色光を反射するダイクロイックミラー
11 第4正レンズ
13 第5正レンズ
15 第2正レンズ
16,18,20 画像変調手段
17 第3正レンズ
19 第6正レンズ
25 投写レンズ
Claims (36)
- 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在することを特徴とする色合成光学素子。
- 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であることを特徴とする色合成光学素子。
- 4つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 光の射出側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、前記第3プリズムと前記第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 4つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 光の射出側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、前記第3プリズムと前記第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も射出側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色合成方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 前記プリズムの材質のアッベ数νdは
45<νd
の条件式を満足することを特徴とする請求項1から10のいずれか1項の色合成光学素子。 - 前記射出側のダイクロイックミラー層が形成されている面と前記共通の面とのなす角度θ1は
20度<θ1<35度
の条件式を満足することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項の色合成光学素子。 - 前記共通の面と入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面のなす角度θ2は
40度<θ2<50度
の条件式を満足することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項の色合成光学素子。 - 前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.6<Nd
の条件式を満足することを特徴とする請求項1から13のいずれか1項の色合成光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色合成光学素子であって、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と透過面を兼ねる面であるプリズムを最も射出側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず該共通の面と射出側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ1、該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ2としたとき、
20度<θ1<35度
40度<θ2<50度
の条件式を満足し、前記プリズムの材質のd線における屈折率をNd、プリズムの材質のアッベ数をνdとしたとき、
1.56<Nd
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 光の射出側から順に、3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、2面以上備えた第2プリズムと、3面以上備えた第3プリズムと、2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面の一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムが向かい合う面の一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムはそれぞれ頂角が45度の直角三角柱プリズムより構成され、
前記プリズムの材質のd線における屈折率をNdとしたとき、
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色合成光学素子。 - 請求項1から16のいずれか1つの色合成光学素子を用いたことを特徴とする投写型画像表示装置。
- 光源側から順に、該光源からの光を用いて複数の光源像を形成する第1フライアイレンズと、前記複数の光源像それぞれの形成位置を中心とするレンズを複数有する第2フライアイレンズと、該第2フライアイレンズからの出射光を直線偏光光に変換する偏光変換素子を複数有する偏光変換素子アレイと、前記偏光変換素子アレイからの光を3つのR光、G光、B光に分解する色分解手段と、該R光、G光、B光を変調する3つの液晶表示素子と、該3つの液晶表示素子からの出力光を合成する色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写する投写手段とを具備した投写型画像表示装置であって、
該色合成手段は、請求項1から16のいずれか1項に記載の色合成光学素子を有していることを特徴とする投写型画像表示装置。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在することを特徴とする色分解光学素子。
- 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であることを特徴とする色分解光学素子。
- 4つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 光の入射側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、該第3プリズムと該第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のアッベ数νdは
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 4つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間には複数のプリズムが配置されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 光の入射側から順に、光学的に平滑な面を3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第2プリズムと、光学的に平滑な面を3面以上備えた第3プリズムと、光学的に平滑な面を2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、前記第2プリズムと前記第3プリズムとが接合されており、該第3プリズムと該第4プリズムの向かい合う面が一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を介して接合されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該ダイクロイックミラー層が形成されていない面の断面図の屈曲点の少なくともひとつは、該2つのダイクロイックミラー層が形成されている面の断面図の線分の両端を結んだ線分よりプリズムの内側に存在し、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、全反射面と透過面を兼ねる面である面を備えるプリズムを最も入射側に有し、互いに波長域が異なる光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず、該2つのダイクロイックミラー層の間に配置されるプリズムを色分解方向の平面で切断したとき、断面図外形は4つ以上の線分により形成され、該断面図外形の内角の少なくともひとつは180度を超える角度であり、
前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 前記プリズムの材質のアッベ数νdは
45<νd
の条件式を満足することを特徴とする請求項19から28のいずれか1項の色分解光学素子。 - 前記入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面と前記共通の面とのなす角度θ1は
20度<θ1<35度
の条件式を満足することを特徴とする請求項19から29のいずれか1項の色分解光学素子。 - 前記共通の面と入射側のダイクロイックミラー層が形成されている面のなす角度θ2は
40度<θ2<50度
の条件式を満足することを特徴とする請求項19から30のいずれか1項の色分解光学素子。 - 前記プリズムの材質のd線における屈折率Ndは
1.6<Nd
の条件式を満足することを特徴とする請求項19から31のいずれか1項の色分解光学素子。 - 3つ以上のプリズムより構成される色分解光学素子であって、該3つのプリズムのうちひとつは全反射面と透過面を兼ねる面であるプリズムを最も入射側に有し、2種類の異なる波長域の色光を反射する2つのダイクロイックミラー層を有し、該2つのダイクロイックミラー層はプリズム内部で交差せず該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ1、該共通の面と入射側のダイクロイックミラー層のなす角度をθ2としたとき、
20度<θ1<35度
40度<θ2<50度
の条件式を満足し、前記プリズムの材質のd線における屈折率をNd、プリズムの材質のアッベ数をνdとしたとき、
1.56<Nd
40<νd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 光の入射側から順に、3面以上備え、該3以上の面の中のひとつの面が透過面と全反射面を兼ねる面を備える第1プリズムと、2面以上備えた第2プリズムと、3面以上備えた第3プリズムと、2面以上備えた第4プリズムとを備え、該第1プリズムと該第2プリズムの向かい合う面の一方又は双方に第1の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムが向かい合う面の一方又は双方に第2の色光を反射するダイクロイックミラー層を備え、該第3プリズムと該第4プリズムはそれぞれ頂角が45度の直角三角柱プリズムより構成されており、
前記プリズムの材質のd線における屈折率をNdとしたとき、
1.56<Nd
の条件式を満足することを特徴とする色分解光学素子。 - 請求項19から34のいずれか1つの色分解光学素子を用いたことを特徴とする投写型画像表示装置。
- 光源側から順に、該光源からの光を用いて複数の光源像を形成する第1フライアイレンズと、前記複数の光源像それぞれの形成位置を中心とするレンズを複数有する第2フライアイレンズと、該第2フライアイレンズからの出射光を直線偏光光に変換する偏光変換素子を複数有する偏光変換素子アレイと、前記偏光変換素子アレイからの光を3つのR光、G光、B光に分解する色分解手段と、該R光、G光、B光を変調する3つの液晶表示素子と、該3つの液晶表示素子からの出力光を合成する色合成手段と、該色合成手段で合成された光を投写する投写手段とを具備した投写型画像表示装置であって、
該色分解手段は、請求項19から35のいずれか1項に記載の色分解光学素子を有していることを特徴とする投写型画像表示装置。
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