JP3701830B2 - 光学装置及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルや偏光板，偏光ビームスプリッタなどの偏光技術を用いた光学装置及びそれを用いた、例えば、液晶プロジェクタ装置や反射式映像表示プロジェクタ装置，液晶テレビジョン装置，投射型ディスプレイ装置などの投射型の映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像表示装置に用いられる光学装置の従来例として、特開平１−１５７６８７号公報に開示されているような十字状に組み合わせた波長分離素子、例えば、ダイクロイックミラーあるいはダイクロイックプリズムが知られており、その３つの側面に青色光、赤色光、緑色光を夫々偏光変換する反射型液晶表示素子が配置されている。ダイクロイックプリズムは４個の三角プリズムを組み合わせて断面正方形の立方体としたものであり、この立方体内の直交する一方の三角プリズム接合面がダイクロイック青反射面であり、他方の三角プリズム接合面がダイクロイック赤反射面である。
【０００３】
図１１はかかる光学装置を用いた液晶表示素子による映像表示装置（以下、液晶表示装置という）の一従来例を示す構成図であって、１は光源ユニット、２は光源、３はリフレクタ、４ａ，４ｂはアレイレンズ、５は照明光学系、６は入射偏光板、７は偏光ビームスプリッタ、７ａはコーティング面、８はダイクロイックプリズム、９Ｒは赤反射面、９Ｂは青反射面、１０Ｒは赤用反射型映像表示素子、１０Ｇは緑用反射型映像表示素子、１０Ｂは青用反射型映像表示素子、７ａはコーティング面、１１は出射偏光板、１２は投射レンズである。
【０００４】
同図において、この従来の液晶表示装置は、光源２とリフレクタ３とアレイレンズ４ａ，４ｂとからなって光を放射する光源ユニット１と、照明光学系５と、偏光ビームスプリッタ７と、投射レンズ１２と、液晶表示素子からなる赤，緑，青夫々用の映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、ダイクロイックプリズム８とで構成されている。
【０００５】
光源ユニット１からの光は照明光学系５に入射して略平行光となり、入射偏光板６でそのＳ偏光光が通過して偏光ビームスプリッタ７に達する。偏光ビームスプリッタ７はそのコーテイング面７ａで入射光のＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を通過させるものであって、入射偏光板６からのＳ偏光の入射光を反射させてダイクロイックプリズム８に送る。ダイクロイックプリズム８では、偏光ビームスプリッタ７からのＳ偏光の入射光が赤，緑，青の３原色光に分解され、夫々赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂに出射される。具体的には、偏光ビームスプリッタ７からの入射光の青色光はダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂで反射されて分離され、赤色光はダイクロイックプリズム８の赤反射面９Ｒで反射されて分離され、緑色光はこれら２つの反射面９Ｒ，９Ｂを透過することによって分離される。
【０００６】
ダイクロイックプリズム８からの出射される赤，緑，青の色光は夫々、赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射され、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ毎にそこでの映像信号に応じて空間変調され、図示しない反射鏡で反射されて再びこれら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを逆方向から通過する。これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは複屈折性を有するので、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ内を往復通過した色光は直線偏光面が映像信号のレベルに比例して回転し、この回転の大きさに応じた割合でＰ偏光成分を含む偏光光となる。
【０００７】
これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから出射した色光は再びダイクロイックプリズム８に入射され、赤色光が赤反射面９Ｒで反射され、青色光が青反射面８で反射され、緑色光がそのまま通過することにより、これら色光が合成されて偏光ビームスプリッタ７に出射される。この偏光ビームスプリッタ７では、ダイクロイックプリズム８から入射される光のＳ偏光成分がコーティング面７ａで光源ユニット１側に反射され、Ｐ偏光成分のみがそのままコーティング面７ａを通過する。偏光ビームスプリッタ７を通過したＰ偏光光は、Ｐ偏光光のみを通過させる出射偏光板１１及び投射レンズ１２を介して図示しないスクリーン上に拡大投影される。これにより、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成されたＲ，Ｇ，Ｂ画像が合成されたカラー画像がスクリーン上に拡大投影される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ダイクロイックプリズムの反射面は、その特性で決まる波長範囲λ1〜λ2の光を反射する。従って、この波長範囲λ1〜λ2を適宜設定することにより、所望とする色光を反射させることができる。また、この波長範囲λ1〜λ2外の波長の光はこの反射面を透過する。この波長範囲を決める波長λ1，λ2は反射光量（従って、透過光量）が５０％となる波長であって、以下、かかる波長を半値波長という。
【０００９】
ところで、Ｐ偏光光とＳ偏光光との半値波長λは、反射面での法線とこの反射面への入射光の光軸とのなす角度（以下、反射面での光入射角度という）θに応じて異なるものであり、この角度θが大きいほどＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長λの差（これを、以下、半値波長シフト量という）が大きくなる。図１２は光入射角度θが０〜５０度の範囲のダイクロイックプリズムの青反射面，赤反射面毎のＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量の実験結果を示す図であって、この実験結果から明らかなように、青反射面，赤反射面とも光入射角度θが大きくなるにつれてＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量が大きくなっている。
【００１０】
そこで、上記従来技術では、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂでの光入射角度θが４５度と大きいことから、Ｐ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量（Ｐ偏光光の半値波長λｐとＳ偏光光の半値波長λｓとの差）が大きく、これら半値波長λｐ，λｓとの差分の光量が偏光ビームスプリッタ７でカットされ、映像表示装置での明るさの減少や色再現性の劣化を引き起こすことになる。
【００１１】
これを具体的に説明すると、図１１において、ダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂでは、４５度の光入射角度で白色のＳ偏光光が偏光ビームスプリッタ７から入力され、図１３に示すように、青色光の上限波長となる半値波長λｓ以下の波長のＳ偏光の青色光が反射され、青用反射型映像表示素子１０Ｂに出射される。また、この青用反射型映像表示素子１０Ｂから映像信号で変調された青色光が、同様にして、ダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂに４５度の光入射角度で入射され、この青色光には、図１３において、破線で示す波長λｓまでのＰ偏光成分を含んでいるが、青反射面９Ｂでは、半値波長λｐまでしかＰ偏光光を反射しない。ここで、
λｓ＞λｐ
であり、Ｐ偏光光は図１３に実線で示す半値波長λｐまでの波長領域しか反射しないため、半値波長の差（λｓ−λｐ）、即ち、半値波長シフト量の範囲のＰ偏光の光量が青反射面９Ｂで反射されずに失われることになる。上記従来技術では、この半値波長シフト量が４５度と大きいため、半値波長シフト量が大きく、青反射面９Ｂで失われるＰ偏光の光量も大きくなる。
【００１２】
この青反射面９Ｂで反射された青用反射型映像表示素子１０Ｂからの青色光は偏光ビームスプリッタ７に送られ、そのコーティング面７ａでそのＰ偏光成分のみが抽出され、投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射され、拡大されたカラー画像の表示に使用されるのであるが、青反射面９Ｂでの青色光のＰ偏光成分の減衰が大きいため、スクリーン上での青色光の光量が低減することになる。
【００１３】
以上のことは、赤反射面９Ｒでの赤色光についても同様であるし（この場合、赤色光の波長範囲の下限波長となる半値波長について）、また、これら青反射面９Ｂ及び赤反射面での緑色光の透過特性についても同様であって、この結果、スクリーンに投射される赤，青，緑の色光のＰ偏光光の光量が低減し、表示される拡大カラー映像の明るさが減少することになる。また、以上の反射面９Ｒ，９Ｂでの赤，緑，青の色光のＰ偏光成分の減衰の割合は夫々の色光毎に、若干ではあるが、異なるものであり、このため、スクリーン上に投射表示されるカラー映像の色再現性も劣化することになる。
【００１４】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、表示されるカラー映像の明るさと色再現の性能を確保できるようにした光学装置及びそれを用いた映像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って該光軸に垂直な側面から入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離するダイクロイックプリズムと、該ダイクロイックプリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該ダイクロイックプリズムへ再入射させる３つの反射型偏光変換素子とを備え、該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２の反射面で反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、該第１の反射面の法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２の反射面の法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、１５゜≦Ａ＜４５゜とし、該ダイクロイックプリズムは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を該第１，第２の反射面で合成して該光軸に沿って出射させる構成とするものである。
【００１６】
このように、角度Ａを４５゜よりも小さくすることにより、ダイクロイックプリズムの反射面での偏光状態による（即ち、Ｓ偏光光とＰ偏光光との半値となる波長の差である）半値波長シフト量を低減し、反射型偏光変換素子によって変換された偏光成分の損失を低減できるものであり、３つの原色光がバランス良く合成されることになる。また、角度Ａを１５゜よりも大きくすることにより、角度Ａが４５゜である場合の装置のサイズをほぼ３倍程度に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射し、予め決められた光軸に沿って入射される光を３つの原色光に分離する第１，第２のダイクロイックミラーと、該第１，第２のダイクロイックミラーで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該第１，第２のダイクロイックミラーに再入射させる３つの偏光変換素子とを備え、該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２のダイクロイックミラーで反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、該第１のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、１５゜≦Ａ＜４５゜とし、該第１，第２のダイクロイックミラーは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を合成して該光軸に沿って出射させる構成とするものである。
【００１８】
これにより、上記発明と同様、ダイクロイックミラーでの偏光状態による半値波長シフト量を低減し、反射型偏光変換素子によって変換された偏光成分の損失を低減できるものであり、３つの原色光がバランス良く合成されることになるし、装置のサイズを抑えることができる。
【００１９】
さらに、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離する６角形プリズムと、該６角形プリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該６角形プリズムへ再入射させる第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子とを備え、該６角形プリズムでは、該光軸に垂直な第１の側面を該光軸に沿って入射される光の入射面とし、第２の側面を該第１の反射面で分離された第１の原色光の出射面とするとともに、該第１の反射型偏光変換素子からの該第１の原色光のみの入射面とし、第３の側面を該第２の反射面で分離された第２の原色光の出射面とするとともに、該第２の反射型偏光変換素子からの該第２の原色光の入射面とし、該第１の側面に対向する第４の側面を該第１，第２の反射面を通過した第３の原色光の出射面とするとともに、該第３の反射型偏光変換素子からの該第３の原色光の入射面として、該第２，第３及び第４の側面から夫々入射された該第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子からの原色光を該第１，第２の反射面で合成し、該第１の側面から該光軸に沿って出射させ、該第１の反射型偏光変換素子は該第２の側面に、該第２の反射型偏光変換素子は該第３の側面に夫々平行に配置され、該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第１の反射面の法線のなす角度をＡ、該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第２の反射面の法線のなす角度を−Ａとして、Ａ＜４５゜である構成とするものである。
【００２０】
かかる構成によると、上記のダイクロイックプリズムを用いた本発明に対し、６角形プリズムの反射面で分離された原色光のけられなども防止することができ、原色光の損失をさらに低減することができる。
【００２１】
本発明による映像表示装置は、光学装置により、白色光を３つの原色光に分離し、これら原色光の偏光状態を変換して合成し、この光学装置で合成された原色光を偏光ビームスプリッタを介して投射する構成をなすものであるが、この光学装置として上記の本発明による光学装置を用いており、かかる光学装置を用いた構成により、投射画像の明るさや色再現などの性能が大幅に向上する。
【００２２】
ここで、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度について説明する。
【００２３】
上記のように、図１２はダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度ＡとＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量の関係を示すものであり、この場合、代表光線は光軸に沿って入射するとする。従って、ここでは、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａと光線の入射角は等しいことになる。
【００２４】
ここで、代表光線を用いる理由は次の通りである。
即ち、一般に、液晶プロジェクタに用いられるダイクロイックプリズムには、あるＦ値の範囲の光が入射するのであるが、照度分布としては、光軸に略平行な光（Ｆ値大）の成分が最も多く、光軸に対して角度を持つ光（Ｆ値小）ほど成分が小さい。このため、上記の代表光線でダイクロイックプリズムの光学的な性能を判断することは可能である。
【００２５】
本発明では、ダイクロイックプリズムなどの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａを４５゜よりも小さく設定するものであるが、これは、図１２から明らかなように、かかる角度を４５゜とする従来の光学装置に対し、半値波長シフト量が低減するものであり、これにより、光損失を抑えることができるものである。
【００２６】
また、本発明では、上記の角度Ａを１５゜〜３７゜度に設定するものであるが、これは、図１２から明らかなように、かかる角度Ａが４５゜の従来の光学装置に比べて半値波長シフト量を小さくでき、しかも、光学装置のサイズの大型化を抑えるようにするものである。ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａを小さくするほど、半値波長シフト量は低減できるが、そのトレードオフとして光学装置のサイズが大きくなる。現在、液晶プロジェクタの商品価値として、明るさとサイズの小型化の両立は重要なテーマである。まず、充分な明るさ及び色再現性の画像を得るためには、半値波長シフト量は最大で２０ｎｍ以下に抑えることが望ましく、これより、図１２から、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの上限は３７゜とする。また、ビジネスにおいて価値ある製品とするためには、光学装置のサイズを、角度Ａが４５゜のときのサイズに対し、最大で３倍以内に抑えることがのぞましく、これを満たすために、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの下限を１５゜とするものである。
【００２７】
また、本発明では、上記の角度Ａを１５゜以下とするものであるが、これは、光学性能の重視して、半値波長シフト量を最大で５ｎｍ以下に抑えるものである。これより、図１２から、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの上限を１５゜とするものである。
【００２８】
なお、上記光軸は、ダイクロイックプリズムの入射面に対して垂直とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による光学装置の第１の実施形態を示す構成図であって、８ａ〜８ｄはダイクロイックプリズム８の側面、１３Ｒは赤反射面９Ｒの法線、１３Ｂは青反射面９Ｂの法線、１４は光軸であり、図１１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３０】
同図において、色分離／合成手段としてのダイクロイックプリズム８は４個の三角プリズム（三角柱状のプリズム）を組み合わせて形成され、その内部に互いにクロスして配置される青反射面９Ｂと赤反射面９Ｒとを有しいる。青反射面９Ｂは青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されてなるものであり、赤反射面９Ｒは赤色光を反射し、それより短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されてなるものである。
【００３１】
このダイクロイックプリズム８には、その１つの側面８ａに垂直な光軸１４に沿ってこの側面８ａからＳ偏光の光が入射され、この入射光の赤色光成分が赤反射面９Ｒで反射されて分離され、赤用反射型映像表示素子１０Ｒに入射され、また、この入射光の青色光成分が青反射面９Ｂで反射されて分離され、青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射され、さらに、この入射光の緑色構成分はこれら反射面９Ｒ，９Ｂを透過することによって分離され、緑用反射型映像表示素子１０Ｇに入射される。これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂでは、赤，緑，青の各色光成分が映像信号に応じて空間変調され、さらに、図示しない反射板で反射されて再び空間変調され、その変調に応じた割合でＰ偏光成分を含む色信号として再びダイクロイックプリズム８に入射される。ダイクロイックプリズム８では、赤色光成分が赤反射面９Ｒで反射され、青色光成分が青反射面９Ｂで反射され、緑色光成分がこれら反射面９Ｒ，９Ｂを透過することにより、これら色光成分が合成され、側面８ａから光軸１４に沿って出射される。
【００３２】
ここで、一方の反射面である青反射面９Ｂの法線１３Ｂの光軸１４に対する角度をＡ゜とすると、他方の反射面である赤反射面９Ｒの法線１３Ｒの光軸１４に対する角度もＡ゜とするものであるが、青反射面９Ｂの法線１３Ｂと赤反射面９Ｒの法線１３Ｒとは光軸１４からみて互いに反対側にあり、従って、以下では、赤反射面９Ｒの法線１３Ｒの光軸１４に対する角度は−Ａ゜とする。
【００３３】
この実施形態では、この角度Ａ゜を４５゜よりも小さくし、反射面９Ｒ，９ＢでのＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長の差、即ち、半値波長シフト量を小さくするものである。先に説明したように、半値波長シフト量が大きいほど反射面９Ｒ，９Ｂで投射に必要なＰ偏光光の失われる光量が大きく、また、図１２で説明したように、入射光の光軸１４と反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂとのなす角度が大きい程半値波長シフト量が大きくなる。従来の光学装置では、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対する角度Ａが４５゜と大きかったが、この実施形態では、上記のように、この角度Ａを４５゜よりも小さくするものであるから、反射面９Ｒ，９Ｂで失われるＰ偏光光の光量を低減できる。
【００３４】
また、上記角度Ａが４５゜である従来の光学装置では、図１１から明らかなように、赤用反射型映像表示素子１０Ｒはダイクロイックプリズム８の側面８ａの一方の隣り側の側面８ｄに対向し、青用反射型映像表示素子１０Ｂはダイクロイックプリズム８の側面８ａの他方の隣り側の側面８ｂに対向し、緑用反射型映像表示素子１０Ｇはダイクロイックプリズム８の側面８ａに対向する側面８ｃに対向するように、夫々配置されるものであったが、この実施形態では、光軸１４と反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂとのなす角度Ａが４５゜よりも小さいことから、赤用反射型映像表示素子１０Ｒは２つの側面８ａ，８ｄに対向し、また、青用反射型映像表示素子１０Ｂも２つの側面８ａ，８ｂに対向するように、夫々の面が光軸１４に対して傾斜して配置されることになる。緑用反射型映像表示素子１０Ｇは、従来の光学装置と同様、１つの側面８ｃに対向して配置される。
【００３５】
ここで、図２により、この第１の実施形態での各映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配置関係について説明する。
【００３６】
同図において、光軸１４を入射光軸とし、この入射光軸１４に沿って入射される光が青反射面９Ｂで反射される青色項の光軸１５Ｂを反射光軸とする。また、光軸１４に沿う光の幅をＬとする。従って、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの画面の幅はＬであるが、それらの全幅をＬ’とする。
【００３７】
いま、白色光が光軸１４に沿ってダイクロイックプリズム８の側面８ａから入射され、そのうちの青色光成分が青反射面９Ｂで反射されて反射光軸１５Ｂに沿って進むが、青用反射型映像表示素子１０Ｂは、その画面が反射光軸１５Ｂに垂直で、かつこの画面の中心軸が反射光軸１５Ｂに一致するように配置される。ここで、青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面の幅はＬである。
【００３８】
ところで、青反射面９Ｂの法線１３Ｂの光軸１４に対する角度がＡであるから、反射光軸１５Ｂは光軸１４に対して角度２Ａだけ傾いている。従って、画面がこの反射光軸１５Ｂに垂直な青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面は光軸１４に対して角度（９０゜−２Ａ）だけ傾斜して配置されることになる。この場合、青反射面９Ｂに対しては、青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面は角度Ａだけ傾斜している。なお、図２では、反射光軸１５Ｒと青反射面９Ｂ、反車軸１５Ｂと赤反射面９Ｒとが一致しているように図示しているが、９０゜−Ａ＝２Ａ、即ち、Ａ＝３０゜のときのみこれらは一致し、それ以外では一致することがない。
【００３９】
このことは、赤用反射型映像表示素子１０Ｒについても同様であり、光軸１４からみた青用反射型映像表示素子１０Ｂと赤用反射型映像表示素子１０Ｒとの傾斜方向は互いに逆方向となっている。
【００４０】
このために、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８に近づけて配置すると、それら間の間隔が狭まることになり、光軸１４に沿って入射される光路を一部妨げることになる。これを防止するためには、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの最短間隔を入射光の光路幅Ｌよりも大きくする必要があり、このために、反射光軸１５Ｒ，１５Ｂに垂直に、かつ中心軸が反射光軸１５Ｒ，１５Ｂと一致させる条件のもとに、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８から離す必要がある。
【００４１】
また、全ての映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から等距離の位置に配置することが必要である。これは、後述するように、この実施形態の光学装置を図１１に示したような映像表示装置の光学装置として用いた場合、投射レンズ１２により、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを全てスクリーンにピントを合わせて投射させるためである。
【００４２】
このように、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から等距離の位置に配置することが必要であることから、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８から所定の距離だけ離さざるを得なくなる。しかし、このようにこれら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８に対して配置すると、光学装置のサイズが大きくなる。即ち、半値波長シフト量と光学装置のサイズとはトレードオフの関係にあり、一方を改善しようとすると、他方が劣化することになる。
【００４３】
以下、図３〜図５により、上記の角度Ａが３０゜，１５゜のときのこの実施形態と上記従来の光学装置とのサイズを比較する。但し、以下の説明では、反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂについては、その画面部分のみを示している。
【００４４】
図３は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして全横幅Ｌ’が３５ｍｍ、画面の横幅Ｌが１８．４ｍｍの反射型液晶表示装置を用いた場合の従来の光学装置を示すものであって（従って、最低限必要な光路の幅Ｌも１８．４ｍｍである）、この場合のダイクロイックプリズム８の各側面の幅もＬ＝３５ｍｍとして示している。かかる従来の光学装置としては、その一例として、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの距離Ｌ2を４２ｍｍ、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の距離Ｌ1を４９ｍｍとした。この場合、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂは、ダイクロイックプリズム８の入射光が入射する面の両側の面に平行に配置されるから、光軸１４に沿う光を妨げることはない。
【００４５】
図４は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして図３に示した従来の光学装置と同様のものを用い、画面の横幅Ｌも図３と同様として、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを３０゜とした上記実施形態の具体例を示すものである。この場合には、ダイクロイックプリズム８の２つの側面８ａ，８ｃの幅は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの幅に等しくＬ’＝３５ｍｍであるが、２つの側面８ｂ，８ｄの幅は３５ｔａｎ３０゜≒２０．２ｍｍである。
【００４６】
この場合には、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないように配置しなければならないことから、図２に示すように、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度をＡとし、反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの全横幅をＬ’とすると、図４において、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う最低限必要な光路幅Ｌの光を妨げないためには、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1が、
【００４７】
【数１】
【００４８】
であることが必要であり、また、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から全ての反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離が等しいためには、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2が、
【００４９】
【数２】
【００５０】
であることが必要である。
【００５１】
そして、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離がΔだけ大きくなると、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1はΔ・２ｓｉｎ（２Ａ）だけ大きくなって、
【００５２】
【数３】
【００５３】
となり、また、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2はΔ・（１＋ｃｏｓ（２Ａ））だけ大きくなって、
【００５４】
【数４】
【００５５】
となる。
【００５６】
ここで、上記のように、Ｌ’＝３５ｍｍ、Ｌ＝１８．４ｍｍ、Ａ＝３０゜とすると、上記数１，２により、
Ｌ1≧Ｌ＋Ｌ’＝５３．４ｍｍ
Ｌ2≧（Ｌ＋Ｌ’）・√３／２≒４６．２４ｍｍ
であり、一例として、Δ＝１４．５４ｍｍとして、上記式数３，４により、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1を７８．５９ｍｍとし、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2を６８．０６ｍｍとした。
【００５７】
このように、この具体例では、縦，横寸法が、図３に示した従来の光学装置に比べ、大きくなるが、Ａ＝３０゜としたことにより、図１２から明らかなように、半値波長シフト量が、図３に示したＡ＝４５゜の従来の光学装置でのほぼ３０ｎｍの半値波長シフト量に対し、ほぼ１４ｎｍと半減して大幅に改善されることになる。
【００５８】
図５は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして図３に示した従来の光学装置と同様のものを用い、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを１５゜とした上記実施形態の具体例を示すものである。この場合には、ダイクロイックプリズム８の２つの側面８ａ，８ｃの幅は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの幅に等しく３５ｍｍであるが、２つの側面８ｂ，８ｄの幅は３５ｔａｎ１５゜≒９．４ｍｍである。
【００５９】
この場合には、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないように配置しなければならないことから、この実施形態においても、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2は夫々、上記数１及び数２により、
Ｌ1≧Ｌ＋Ｌ’・√３≒７９．０２ｍｍ
Ｌ2≧（Ｌ＋Ｌ’）・（２＋√３）／２≒９９・６４ｍｍ
となる。一例とし、Δ＝２４．３９ｍｍとして、上記数３，４により、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1を１０３．７１ｍｍとし、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2を１４５．１６ｍｍとした。
【００６０】
このように、この具体例では、縦，横寸法が図４に示した具体例よりもさらに大きくなるが、図１２から明らかなように、半値波長シフト量が、ほぼ５ｎｍとなって、大幅に改善される。
【００６１】
以上のように、ダイクロイックプリズム８の反射面８Ｒ，８Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを小さくするほど、半値波長シフト量は低減できるが、そのトレードオフとして光学装置のサイズが大きくなる。従って、半値波長シフト量を低減して投射画面を明るくするにしても、光学装置のサイズの点も考慮することが必要となる。
【００６２】
図１２から明らかなように、従来の光学装置のように、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを４５゜とすると、Ｐ，Ｓ偏光光の半値波長シフト量がほぼ３０ｎｍとなって大きく、Ｐ偏光光の損失光量が大きくなって投射画像の明るさが充分に得られない。この実施形態は、上記のように、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを４５゜よりも小さくすることにより、半値波長シフト量を小さくして投射画像の明るさを高めるようにするものであるか、その一具体例としては、上記の角度Ａを、
１５゜≦Ａ≦３７゜
とするものである。この範囲の３７゜の上限角度は、投射画像に充分な明るさと色再現が得られるように、半値波長シフト量を２０ｎｍ以下に抑えることによるものであり、この半値波長シフト量に対する上記角度Ａは、図１２により、ほぼ３７゜である。また、上記範囲の１５゜の下限角度は光学装置のサイズによって決めたものであって、ビジネス上価値ある製品とするには、光学装置のサイズを、最大、図３で示したような上記角度Ａが４５゜である場合の光学装置のサイズのほぼ３倍程度に抑えることが必要であり、このことから、図５に示す構成程度のサイズとする必要があって、上記下限角度を１５゜程度とするものである。
【００６３】
光学装置の光学性能を重視する場合には、半値波長シフト量を１５ｎｍ以下に抑える。この場合には、図１２により、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸に対してなす角度Ａを、
Ａ≦１５゜
とする。
【００６４】
図６は図１に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第１の実施形態を示す構成図であって、図１１及び図１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００６５】
同図において、ダイクロイックプリズム８と赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂが図１に示した光学装置を構成している。
【００６６】
光源ユニット１は光源２とリフレクタ３とアレイレンズ４ａ，４ｂとで構成されている。光源１は超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，ハロゲンランプなどの白色ランプであり、また、リフレクタ３は反射面が楕円面や放物面，非球面などの凹面をなしている。このリフレクタ３の凹面のほぼ焦点位置に光源２が配置されている。
【００６７】
光源２から放射される光はリフレクタ２によって反射集光され、アレイレンズ４ａに入射する。アレイレンズ４ａを通過した光は、さらに、アレイレンズ４ｂを通過し、照明光学系５に入射する。照明光学系５は、少なくとも１枚以上の光学レンズで構成されて正の屈折力を有しており、入射光を偏光ビームスプリッタ７へと略平行光の状態で集光させる作用を有している。
【００６８】
偏光ビームスプリッタ７の入射側には、Ｓ偏光成分のみ透過する入射偏光板６が配置されており、照明光学系５からの光のＳ偏光成分がこの入射偏光板６で抽出されて偏光ビームスプリッタ７に入射される。この偏光ビームスプリッタ７では、入射したＳ偏光成分の光がコーテイング面７ａで反射されてダイクロイックプリズム８に入射される。
【００６９】
ダイクロイックプリズム８と反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとは図１〜図５に示した光学装置を構成しており、先に説明したようにして、赤用反射型映像表示素子１０Ｒで空間変調された赤色光と、緑用反射型映像表示素子１０Ｇで空間変調された緑色光と、青用反射型映像表示素子１０Ｂで空間変調された青色光との合成光が、側面８ａから光軸１４に沿って出射される。
【００７０】
ダイクロイックプリズム８から出射された合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射し、そのＳ偏光成分がコーテイング面７ａでリフレクタ３の方に反射され、Ｐ偏光成分がこのコーテイング面７ａをそのまま透過して、投射レンズ１２を介し、図示しないスクリーン上に投射される。これにより、反射型映像素子液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成された各映像は、合成されてスクリーン上に拡大投影される。
【００７１】
この投射型の映像表示装置は、光学装置での偏光状態による半値波長シフト量が低減されたことにより、スクリーン上に拡大投射される映像の明るさや色再現の性能が向上したものとなる。
【００７２】
図７は本発明による光学装置の第２の実施形態を示す構成図であって、１６Ｒ，１６Ｂはダイクロイックミラー、１７Ｒは赤反射面、１７Ｂは青反射面、１８Ｒは赤反射面１７Ｒの法線、１８Ｂは青反射面１７Ｂの法線であり、図１に対応する部分には同一符号をつけている。
【００７３】
同図において、この第２の実施形態は、図１に示した実施形態でのダイクロイックプリズム８の代わりに、クロスして配置した２枚のダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂを用いたものであり、他の構成は図１に示した実施形態と同様である。ダイクロイックミラー１６Ｒは赤反射面１７Ｒを、また、ダイクロイックミラー１６Ｂは青反射面１７Ｂを夫々有している。赤反射面１７Ｒには、赤色光を反射し、それよりも短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着され、青反射面１７Ｂには、青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されている。
【００７４】
これら反射面１７Ｒ，１７Ｂは夫々、図１におけるダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂと同様の作用をなすものであり、従って、光軸１４に沿って白色のＳ偏光光がダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂに入射されると、図１で説明した実施形態と同様、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで空間変調されることによってＰ偏光成分を含んだ赤色光，緑色光，青色光の合成光が得られ、光軸１４に沿って出射される。
【００７５】
この第２の実施形態におけるダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂの法線１７Ｒ，１７Ｂの光軸１４に対してなる角度Ａも図１に示した実施形態と同様に設定し、半値波長シフト量を小さく抑えるように構成する。この第２の実施形態の場合も、図１に示した第１の実施形態について図２〜図５で説明したのと同様に、半値波長シフト量を小さく抑えるように上記角度Ａを設定すると、サイズが大きくなるものであり、図１に示した第１の実施形態について図２〜図５で説明したのと同様に、半値波長シフト量とサイズとの兼ね合いで上記角度Ａを設定することはいうまでもない。
【００７６】
図８は本発明による投射型の映像表示装置の第２の実施形態を示す構成図であって、図６及び図７に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００７７】
同図において、この第２の実施形態は、図６に示した映像表示装置の実施形態において、光学装置として図７に示した光学装置を用いたものである。即ち、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂと映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとからなる部分が図７に示した光学装置を構成するものである。偏光ビームスプリッタ７のコーティング面７ａで反射されたＳ偏光の白色光は光軸１４に沿って光学装置に入射され、また、光学装置から光軸１４に沿って出射される空間変調された赤，緑，青の色光の合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射され、そのコーティング面７ａでＰ偏光成分のみが分離され、出射偏光板１１，投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射される。
【００７８】
この第２の実施形態の映像表示装置も、図６に示した第１の実施形態の映像表示装置と同様に動作するものであって、この第１の実施形態の映像表示装置と同様の効果が得られる。
【００７９】
図９は本発明による光学装置の第３の実施形態を示す構成図であって、１９は６角形プリズム、１９ａ，１９ｂ，１９ｃは側面、２０Ｒは赤反射面、２０Ｂは青反射面、２１Ｒ，２１Ｂは法線、２２Ｒ，２２Ｂは反射光軸であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【００８０】
同図において、色分離／合成手段としての６角形プリズム１９は３個の３角形プリズム（三角柱状のプリズム）と１個の５角形プリズム（五角柱状のプリズム）とを組み合わせたものであって、これらプリズムの接合面に、赤色光を反射し、それよりも短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着された赤反射面２０Ｒと、青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着された青反射面２０Ｂとが交差して形成されている。赤反射面２０Ｒは、その法線２１Ｒの光軸１４に対してなす角度が所定の角度Ａとなるように、光軸１４に対して傾いて設定されており、同様に、青反射面２０Ｂも、その法線２１Ｂの光軸１４に対してなす角度が所定の角度Ａとなるように、光軸１４に対して傾いて設定されているが、これら法線２１Ｒ，２１Ｂは光軸１４に関して互いに反対側になるようにしている。
【００８１】
外部から白色光が、光軸１４に沿い、６角形プリズム１９の側面１９ａ（この６角形プリズム１９を形成する５角形プリズムの１側面）から入射されると、その赤色光が赤反射面２０Ｒで反射されて分離され、その青色光が青反射面２０Ｂで反射されて分離される。赤反射面２０Ｒで分離された赤色光は、反射光軸２２Ｒに沿い、６角形プリズム１９の他の側面１９ｃから出射して赤用反射型映像表示素子１０Ｒに入射し、青反射面２０Ｂで分離された青色光は、反射光軸２２Ｂに沿い、６角形プリズム１９のさらに他の側面１９ｂから出射して青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射する。また、反射面２０Ｒ，２０Ｂを通過した緑色光は、６角形プリズム１９の側面１９ｄから出射して緑用反射型映像表示素子１０Ｇに入射する。
【００８２】
反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、上記実施形態での映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと同様に、入射した色光を空間変調するものであって、かかる入射色光がＳ偏光光であると、この空間変調の程度に応じた偏光変換がなされてＰ偏光成分が生ずる。
【００８３】
映像表示素子１０Ｒで空間変調された赤色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｃから反射光軸２２Ｒに沿って入射され、赤反射面２０Ｒで反射されて光軸１４に沿う光となる。また、映像表示素子１０Ｂで空間変調された青色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｂから反射光軸２２Ｂに沿って入射され、青反射面２０Ｂで反射されて光軸１４に沿う光となる。さらに、映像表示素子１０Ｇで空間変調された緑色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｄから光軸１４に沿って入射され、反射面２０Ｒ，２０Ｂを透過する。これにより、空間変調された赤色光，緑色光及び青色光が６角形プリズム１９内で合成され、その側面１９ａから光軸１４に沿って外部に出射される。
【００８４】
ここで、この実施形態では、６角形プリズム１９の光が入出射する側面１９ａ〜１９ｄが、その光の光軸に垂直となるように、形成されている。即ち、側面１９ａは光軸１４に垂直な面であり、側面１９ｂ，１９ｃは夫々反射光軸２２Ｒ，２２Ｂに垂直な面であり、側面１９ｄも光軸１４に垂直な面である。そして、赤反射面２０Ｒで反射した赤色光や赤用反射型映像表示素子１０Ｒからの赤色光は全て側面１９ｃから出射し、入射して他の側面にかかることがないように、この側面１９ｃが配置されており、同様にして、青反射面２０Ｂで反射した青色光や青用反射型映像表示素子１０Ｂからの青色光は全て側面１９ｂから出射し、入射して他の側面にかかることがないように、この側面１９ｂが配置されている。勿論、光軸１４に沿う光も側面１９ａのみで入射し、出射するし、反射面２０Ｒ，２０Ｂで分離された緑色光も、側面１９ｄのみで入射し、出射する。
【００８５】
なお、上記の角度Ａは図１で示した第１の実施形態と同様に設定するものであるし、また、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないようには位置されるものであることや、反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離を等しくすることは第１の実施形態と同様である。
【００８６】
図１に示した実施形態では、反射面９Ｒ，９Ｂで反射される赤色光，青色光がダイクロイックプリズム８の傾斜角が異なる２つの側面（即ち、赤色光は側面８ａ，８ｄ、青色光は側面８ａ，８ｂ）を通り、このため、夫々の側面で光の屈折方向が異なり、また、これら２つの側面の境の角部で光のけられが生ずることになるが、この第３の実施形態の光学装置では、以上の構成により、図１で示した第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、さらに、上記夫々の光が１つの側面のみを、その光軸がその側面に垂直に、通過するものであるから、６角形プリズム１９に入出射する際の屈折を防止し、かつ隣接側面間の角部による光のけられも防止することができ、かかる屈折やけられによる光の損失を抑えることができる。
【００８７】
図１０は本発明による投射型の映像表示装置の第３の実施形態を示す構成図であって、図６及び図９に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００８８】
同図において、この第３の実施形態は、図６に示した映像表示装置の実施形態において、光学装置として図９に示した光学装置を用いたものである。即ち、６角形プリズム１９と映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとからなる部分が図９に示した光学装置を構成するものである。偏光ビームスプリッタ７のコーティング面７ａで反射されたＳ偏光の白色光は光軸１４に沿って光学装置に入射され、また、光学装置から光軸１４に沿って出射される空間変調された赤，緑，青の色光の合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射され、そのコーティング面７ａでＰ偏光成分のみが分離され、出射偏光板１１，投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射される。
【００８９】
この第２の実施形態の映像表示装置も、図６に示した第１の実施形態の映像表示装置と同様に動作するものであって、この第１の実施形態の映像表示装置と同様の効果が得られるが、さらに、光学装置の色分離／合成手段として６角形プリズム１９を用いることにより、この色分離／合成手段での光の損失をさらに抑えることができるので、スクリーンでの投射映像の明るさ，色再現などの性能をさらに高めることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による光学装置によれば、赤，青光の反射面の法線の入射光軸に対してなす角度を従来の光学装置に比べて小さくしたものであるから、かかる反射面でのＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量を低減することができ、これにより、必要とするＰ偏光光のかかる反射面での損失を大幅に低減できる。
【００９１】
また、本発明による映像表示装置によると、上記本発明による光学装置を用いて映像表示を行なうものであるから、表示される映像の明るさや色再現などの性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す実施形態での映像表示素子の配置関係を説明するための図である。
【図３】従来の光学装置のサイズの一例を示す図である。
【図４】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａが３０゜であるときの図１に示す実施形態のサイズの一具体例を示す図である。
【図５】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａが１５゜であるときの図１に示す実施形態のサイズの一具体例を示す図である。
【図６】図１に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明による光学装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図８】図７に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明による光学装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１０】図９に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１１】従来の光学装置とこれを用いた映像装置の一例を示す構成図である。
【図１２】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角とＰ，Ｓ偏光光間の半値波長シフト量との関係を示すグラフ図である。
【図１３】図１２に示した半値波長シフト量による光量の損失の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源ユニット
２ 光源
３ リフレクタ
４ａ，４ｂ アレイレンズ
５ 照明光学系
６ 入射偏光板
７ 偏光ビームスプリッタ
７ａ コーテイング面
８ ダイクロイックプリズム
８ａ〜８ｄ 側面
９Ｒ 赤反射面
９Ｂ 青反射面
１０Ｒ 赤用反射型映像表示素子
１０Ｇ 緑用反射型映像表示素子
１０Ｂ 青用反射型映像表示素子
１１ 出射偏光板
１２ 投射レンズ
１３Ｒ，１３Ｂ 法線
１４ 光軸
１５Ｒ，１５Ｂ 反射光軸
１６Ｒ，１６Ｂ ダイクロイックミラー
１７Ｒ 赤反射面
１７Ｂ 青反射面
１８Ｒ，１８Ｂ 法線
１９ ６角形プリズム
１９ａ〜１９ｄ 側面
２０Ｒ 赤反射面
２０Ｂ 青反射面
２１Ｒ，２１Ｂ 法線
２２Ｒ，２２Ｂ 反射光軸
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルや偏光板，偏光ビームスプリッタなどの偏光技術を用いた光学装置及びそれを用いた、例えば、液晶プロジェクタ装置や反射式映像表示プロジェクタ装置，液晶テレビジョン装置，投射型ディスプレイ装置などの投射型の映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
映像表示装置に用いられる光学装置の従来例として、特開平１−１５７６８７号公報に開示されているような十字状に組み合わせた波長分離素子、例えば、ダイクロイックミラーあるいはダイクロイックプリズムが知られており、その３つの側面に青色光、赤色光、緑色光を夫々偏光変換する反射型液晶表示素子が配置されている。ダイクロイックプリズムは４個の三角プリズムを組み合わせて断面正方形の立方体としたものであり、この立方体内の直交する一方の三角プリズム接合面がダイクロイック青反射面であり、他方の三角プリズム接合面がダイクロイック赤反射面である。
【０００３】
図１１はかかる光学装置を用いた液晶表示素子による映像表示装置（以下、液晶表示装置という）の一従来例を示す構成図であって、１は光源ユニット、２は光源、３はリフレクタ、４ａ，４ｂはアレイレンズ、５は照明光学系、６は入射偏光板、７は偏光ビームスプリッタ、７ａはコーティング面、８はダイクロイックプリズム、９Ｒは赤反射面、９Ｂは青反射面、１０Ｒは赤用反射型映像表示素子、１０Ｇは緑用反射型映像表示素子、１０Ｂは青用反射型映像表示素子、７ａはコーティング面、１１は出射偏光板、１２は投射レンズである。
【０００４】
同図において、この従来の液晶表示装置は、光源２とリフレクタ３とアレイレンズ４ａ，４ｂとからなって光を放射する光源ユニット１と、照明光学系５と、偏光ビームスプリッタ７と、投射レンズ１２と、液晶表示素子からなる赤，緑，青夫々用の映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、ダイクロイックプリズム８とで構成されている。
【０００５】
光源ユニット１からの光は照明光学系５に入射して略平行光となり、入射偏光板６でそのＳ偏光光が通過して偏光ビームスプリッタ７に達する。偏光ビームスプリッタ７はそのコーテイング面７ａで入射光のＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を通過させるものであって、入射偏光板６からのＳ偏光の入射光を反射させてダイクロイックプリズム８に送る。ダイクロイックプリズム８では、偏光ビームスプリッタ７からのＳ偏光の入射光が赤，緑，青の３原色光に分解され、夫々赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂに出射される。具体的には、偏光ビームスプリッタ７からの入射光の青色光はダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂで反射されて分離され、赤色光はダイクロイックプリズム８の赤反射面９Ｒで反射されて分離され、緑色光はこれら２つの反射面９Ｒ，９Ｂを透過することによって分離される。
【０００６】
ダイクロイックプリズム８からの出射される赤，緑，青の色光は夫々、赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射され、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ毎にそこでの映像信号に応じて空間変調され、図示しない反射鏡で反射されて再びこれら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを逆方向から通過する。これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは複屈折性を有するので、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ内を往復通過した色光は直線偏光面が映像信号のレベルに比例して回転し、この回転の大きさに応じた割合でＰ偏光成分を含む偏光光となる。
【０００７】
これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから出射した色光は再びダイクロイックプリズム８に入射され、赤色光が赤反射面９Ｒで反射され、青色光が青反射面８で反射され、緑色光がそのまま通過することにより、これら色光が合成されて偏光ビームスプリッタ７に出射される。この偏光ビームスプリッタ７では、ダイクロイックプリズム８から入射される光のＳ偏光成分がコーティング面７ａで光源ユニット１側に反射され、Ｐ偏光成分のみがそのままコーティング面７ａを通過する。偏光ビームスプリッタ７を通過したＰ偏光光は、Ｐ偏光光のみを通過させる出射偏光板１１及び投射レンズ１２を介して図示しないスクリーン上に拡大投影される。これにより、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成されたＲ，Ｇ，Ｂ画像が合成されたカラー画像がスクリーン上に拡大投影される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ダイクロイックプリズムの反射面は、その特性で決まる波長範囲λ1〜λ2の光を反射する。従って、この波長範囲λ1〜λ2を適宜設定することにより、所望とする色光を反射させることができる。また、この波長範囲λ1〜λ2外の波長の光はこの反射面を透過する。この波長範囲を決める波長λ1，λ2は反射光量（従って、透過光量）が５０％となる波長であって、以下、かかる波長を半値波長という。
【０００９】
ところで、Ｐ偏光光とＳ偏光光との半値波長λは、反射面での法線とこの反射面への入射光の光軸とのなす角度（以下、反射面での光入射角度という）θに応じて異なるものであり、この角度θが大きいほどＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長λの差（これを、以下、半値波長シフト量という）が大きくなる。図１２は光入射角度θが０〜５０度の範囲のダイクロイックプリズムの青反射面，赤反射面毎のＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量の実験結果を示す図であって、この実験結果から明らかなように、青反射面，赤反射面とも光入射角度θが大きくなるにつれてＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量が大きくなっている。
【００１０】
そこで、上記従来技術では、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂでの光入射角度θが４５度と大きいことから、Ｐ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量（Ｐ偏光光の半値波長λｐとＳ偏光光の半値波長λｓとの差）が大きく、これら半値波長λｐ，λｓとの差分の光量が偏光ビームスプリッタ７でカットされ、映像表示装置での明るさの減少や色再現性の劣化を引き起こすことになる。
【００１１】
これを具体的に説明すると、図１１において、ダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂでは、４５度の光入射角度で白色のＳ偏光光が偏光ビームスプリッタ７から入力され、図１３に示すように、青色光の上限波長となる半値波長λｓ以下の波長のＳ偏光の青色光が反射され、青用反射型映像表示素子１０Ｂに出射される。また、この青用反射型映像表示素子１０Ｂから映像信号で変調された青色光が、同様にして、ダイクロイックプリズム８の青反射面９Ｂに４５度の光入射角度で入射され、この青色光には、図１３において、破線で示す波長λｓまでのＰ偏光成分を含んでいるが、青反射面９Ｂでは、半値波長λｐまでしかＰ偏光光を反射しない。ここで、
λｓ＞λｐ
であり、Ｐ偏光光は図１３に実線で示す半値波長λｐまでの波長領域しか反射しないため、半値波長の差（λｓ−λｐ）、即ち、半値波長シフト量の範囲のＰ偏光の光量が青反射面９Ｂで反射されずに失われることになる。上記従来技術では、この半値波長シフト量が４５度と大きいため、半値波長シフト量が大きく、青反射面９Ｂで失われるＰ偏光の光量も大きくなる。
【００１２】
この青反射面９Ｂで反射された青用反射型映像表示素子１０Ｂからの青色光は偏光ビームスプリッタ７に送られ、そのコーティング面７ａでそのＰ偏光成分のみが抽出され、投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射され、拡大されたカラー画像の表示に使用されるのであるが、青反射面９Ｂでの青色光のＰ偏光成分の減衰が大きいため、スクリーン上での青色光の光量が低減することになる。
【００１３】
以上のことは、赤反射面９Ｒでの赤色光についても同様であるし（この場合、赤色光の波長範囲の下限波長となる半値波長について）、また、これら青反射面９Ｂ及び赤反射面での緑色光の透過特性についても同様であって、この結果、スクリーンに投射される赤，青，緑の色光のＰ偏光光の光量が低減し、表示される拡大カラー映像の明るさが減少することになる。また、以上の反射面９Ｒ，９Ｂでの赤，緑，青の色光のＰ偏光成分の減衰の割合は夫々の色光毎に、若干ではあるが、異なるものであり、このため、スクリーン上に投射表示されるカラー映像の色再現性も劣化することになる。
【００１４】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、表示されるカラー映像の明るさと色再現の性能を確保できるようにした光学装置及びそれを用いた映像表示装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って該光軸に垂直な側面から入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離するダイクロイックプリズムと、該ダイクロイックプリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該ダイクロイックプリズムへ再入射させる３つの反射型偏光変換素子とを備え、該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２の反射面で反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、該第１の反射面の法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２の反射面の法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、１５゜≦Ａ＜４５゜とし、該ダイクロイックプリズムは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を該第１，第２の反射面で合成して該光軸に沿って出射させる構成とするものである。
【００１６】
このように、角度Ａを４５゜よりも小さくすることにより、ダイクロイックプリズムの反射面での偏光状態による（即ち、Ｓ偏光光とＰ偏光光との半値となる波長の差である）半値波長シフト量を低減し、反射型偏光変換素子によって変換された偏光成分の損失を低減できるものであり、３つの原色光がバランス良く合成されることになる。また、角度Ａを１５゜よりも大きくすることにより、角度Ａが４５゜である場合の装置のサイズをほぼ３倍程度に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射し、予め決められた光軸に沿って入射される光を３つの原色光に分離する第１，第２のダイクロイックミラーと、該第１，第２のダイクロイックミラーで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該第１，第２のダイクロイックミラーに再入射させる３つの偏光変換素子とを備え、該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２のダイクロイックミラーで反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、該第１のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、１５゜≦Ａ＜４５゜とし、該第１，第２のダイクロイックミラーは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を合成して該光軸に沿って出射させる構成とするものである。
【００１８】
これにより、上記発明と同様、ダイクロイックミラーでの偏光状態による半値波長シフト量を低減し、反射型偏光変換素子によって変換された偏光成分の損失を低減できるものであり、３つの原色光がバランス良く合成されることになるし、装置のサイズを抑えることができる。
【００１９】
さらに、本発明による光学装置は、互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離する６角形プリズムと、該６角形プリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該６角形プリズムへ再入射させる第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子とを備え、該６角形プリズムでは、該光軸に垂直な第１の側面を該光軸に沿って入射される光の入射面とし、第２の側面を該第１の反射面で分離された第１の原色光の出射面とするとともに、該第１の反射型偏光変換素子からの該第１の原色光のみの入射面とし、第３の側面を該第２の反射面で分離された第２の原色光の出射面とするとともに、該第２の反射型偏光変換素子からの該第２の原色光の入射面とし、該第１の側面に対向する第４の側面を該第１，第２の反射面を通過した第３の原色光の出射面とするとともに、該第３の反射型偏光変換素子からの該第３の原色光の入射面として、該第２，第３及び第４の側面から夫々入射された該第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子からの原色光を該第１，第２の反射面で合成し、該第１の側面から該光軸に沿って出射させ、該第１の反射型偏光変換素子は該第２の側面に、該第２の反射型偏光変換素子は該第３の側面に夫々平行に配置され、該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第１の反射面の法線のなす角度をＡ、該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第２の反射面の法線のなす角度を−Ａとして、Ａ＜４５゜である構成とするものである。
【００２０】
かかる構成によると、上記のダイクロイックプリズムを用いた本発明に対し、６角形プリズムの反射面で分離された原色光のけられなども防止することができ、原色光の損失をさらに低減することができる。
【００２１】
本発明による映像表示装置は、光学装置により、白色光を３つの原色光に分離し、これら原色光の偏光状態を変換して合成し、この光学装置で合成された原色光を偏光ビームスプリッタを介して投射する構成をなすものであるが、この光学装置として上記の本発明による光学装置を用いており、かかる光学装置を用いた構成により、投射画像の明るさや色再現などの性能が大幅に向上する。
【００２２】
ここで、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度について説明する。
【００２３】
上記のように、図１２はダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度ＡとＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量の関係を示すものであり、この場合、代表光線は光軸に沿って入射するとする。従って、ここでは、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａと光線の入射角は等しいことになる。
【００２４】
ここで、代表光線を用いる理由は次の通りである。
即ち、一般に、液晶プロジェクタに用いられるダイクロイックプリズムには、あるＦ値の範囲の光が入射するのであるが、照度分布としては、光軸に略平行な光（Ｆ値大）の成分が最も多く、光軸に対して角度を持つ光（Ｆ値小）ほど成分が小さい。このため、上記の代表光線でダイクロイックプリズムの光学的な性能を判断することは可能である。
【００２５】
本発明では、ダイクロイックプリズムなどの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａを４５゜よりも小さく設定するものであるが、これは、図１２から明らかなように、かかる角度を４５゜とする従来の光学装置に対し、半値波長シフト量が低減するものであり、これにより、光損失を抑えることができるものである。
【００２６】
また、本発明では、上記の角度Ａを１５゜〜３７゜度に設定するものであるが、これは、図１２から明らかなように、かかる角度Ａが４５゜の従来の光学装置に比べて半値波長シフト量を小さくでき、しかも、光学装置のサイズの大型化を抑えるようにするものである。ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａを小さくするほど、半値波長シフト量は低減できるが、そのトレードオフとして光学装置のサイズが大きくなる。現在、液晶プロジェクタの商品価値として、明るさとサイズの小型化の両立は重要なテーマである。まず、充分な明るさ及び色再現性の画像を得るためには、半値波長シフト量は最大で２０ｎｍ以下に抑えることが望ましく、これより、図１２から、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの上限は３７゜とする。また、ビジネスにおいて価値ある製品とするためには、光学装置のサイズを、角度Ａが４５゜のときのサイズに対し、最大で３倍以内に抑えることがのぞましく、これを満たすために、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの下限を１５゜とするものである。
【００２７】
また、本発明では、上記の角度Ａを１５゜以下とするものであるが、これは、光学性能の重視して、半値波長シフト量を最大で５ｎｍ以下に抑えるものである。これより、図１２から、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａの上限を１５゜とするものである。
【００２８】
なお、上記光軸は、ダイクロイックプリズムの入射面に対して垂直とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明による光学装置の第１の実施形態を示す構成図であって、８ａ〜８ｄはダイクロイックプリズム８の側面、１３Ｒは赤反射面９Ｒの法線、１３Ｂは青反射面９Ｂの法線、１４は光軸であり、図１１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００３０】
同図において、色分離／合成手段としてのダイクロイックプリズム８は４個の三角プリズム（三角柱状のプリズム）を組み合わせて形成され、その内部に互いにクロスして配置される青反射面９Ｂと赤反射面９Ｒとを有しいる。青反射面９Ｂは青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されてなるものであり、赤反射面９Ｒは赤色光を反射し、それより短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されてなるものである。
【００３１】
このダイクロイックプリズム８には、その１つの側面８ａに垂直な光軸１４に沿ってこの側面８ａからＳ偏光の光が入射され、この入射光の赤色光成分が赤反射面９Ｒで反射されて分離され、赤用反射型映像表示素子１０Ｒに入射され、また、この入射光の青色光成分が青反射面９Ｂで反射されて分離され、青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射され、さらに、この入射光の緑色構成分はこれら反射面９Ｒ，９Ｂを透過することによって分離され、緑用反射型映像表示素子１０Ｇに入射される。これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂでは、赤，緑，青の各色光成分が映像信号に応じて空間変調され、さらに、図示しない反射板で反射されて再び空間変調され、その変調に応じた割合でＰ偏光成分を含む色信号として再びダイクロイックプリズム８に入射される。ダイクロイックプリズム８では、赤色光成分が赤反射面９Ｒで反射され、青色光成分が青反射面９Ｂで反射され、緑色光成分がこれら反射面９Ｒ，９Ｂを透過することにより、これら色光成分が合成され、側面８ａから光軸１４に沿って出射される。
【００３２】
ここで、一方の反射面である青反射面９Ｂの法線１３Ｂの光軸１４に対する角度をＡ゜とすると、他方の反射面である赤反射面９Ｒの法線１３Ｒの光軸１４に対する角度もＡ゜とするものであるが、青反射面９Ｂの法線１３Ｂと赤反射面９Ｒの法線１３Ｒとは光軸１４からみて互いに反対側にあり、従って、以下では、赤反射面９Ｒの法線１３Ｒの光軸１４に対する角度は−Ａ゜とする。
【００３３】
この実施形態では、この角度Ａ゜を４５゜よりも小さくし、反射面９Ｒ，９ＢでのＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長の差、即ち、半値波長シフト量を小さくするものである。先に説明したように、半値波長シフト量が大きいほど反射面９Ｒ，９Ｂで投射に必要なＰ偏光光の失われる光量が大きく、また、図１２で説明したように、入射光の光軸１４と反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂとのなす角度が大きい程半値波長シフト量が大きくなる。従来の光学装置では、ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対する角度Ａが４５゜と大きかったが、この実施形態では、上記のように、この角度Ａを４５゜よりも小さくするものであるから、反射面９Ｒ，９Ｂで失われるＰ偏光光の光量を低減できる。
【００３４】
また、上記角度Ａが４５゜である従来の光学装置では、図１１から明らかなように、赤用反射型映像表示素子１０Ｒはダイクロイックプリズム８の側面８ａの一方の隣り側の側面８ｄに対向し、青用反射型映像表示素子１０Ｂはダイクロイックプリズム８の側面８ａの他方の隣り側の側面８ｂに対向し、緑用反射型映像表示素子１０Ｇはダイクロイックプリズム８の側面８ａに対向する側面８ｃに対向するように、夫々配置されるものであったが、この実施形態では、光軸１４と反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂとのなす角度Ａが４５゜よりも小さいことから、赤用反射型映像表示素子１０Ｒは２つの側面８ａ，８ｄに対向し、また、青用反射型映像表示素子１０Ｂも２つの側面８ａ，８ｂに対向するように、夫々の面が光軸１４に対して傾斜して配置されることになる。緑用反射型映像表示素子１０Ｇは、従来の光学装置と同様、１つの側面８ｃに対向して配置される。
【００３５】
ここで、図２により、この第１の実施形態での各映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配置関係について説明する。
【００３６】
同図において、光軸１４を入射光軸とし、この入射光軸１４に沿って入射される光が青反射面９Ｂで反射される青色項の光軸１５Ｂを反射光軸とする。また、光軸１４に沿う光の幅をＬとする。従って、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの画面の幅はＬであるが、それらの全幅をＬ’とする。
【００３７】
いま、白色光が光軸１４に沿ってダイクロイックプリズム８の側面８ａから入射され、そのうちの青色光成分が青反射面９Ｂで反射されて反射光軸１５Ｂに沿って進むが、青用反射型映像表示素子１０Ｂは、その画面が反射光軸１５Ｂに垂直で、かつこの画面の中心軸が反射光軸１５Ｂに一致するように配置される。ここで、青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面の幅はＬである。
【００３８】
ところで、青反射面９Ｂの法線１３Ｂの光軸１４に対する角度がＡであるから、反射光軸１５Ｂは光軸１４に対して角度２Ａだけ傾いている。従って、画面がこの反射光軸１５Ｂに垂直な青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面は光軸１４に対して角度（９０゜−２Ａ）だけ傾斜して配置されることになる。この場合、青反射面９Ｂに対しては、青用反射型映像表示素子１０Ｂの画面は角度Ａだけ傾斜している。なお、図２では、反射光軸１５Ｒと青反射面９Ｂ、反車軸１５Ｂと赤反射面９Ｒとが一致しているように図示しているが、９０゜−Ａ＝２Ａ、即ち、Ａ＝３０゜のときのみこれらは一致し、それ以外では一致することがない。
【００３９】
このことは、赤用反射型映像表示素子１０Ｒについても同様であり、光軸１４からみた青用反射型映像表示素子１０Ｂと赤用反射型映像表示素子１０Ｒとの傾斜方向は互いに逆方向となっている。
【００４０】
このために、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８に近づけて配置すると、それら間の間隔が狭まることになり、光軸１４に沿って入射される光路を一部妨げることになる。これを防止するためには、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの最短間隔を入射光の光路幅Ｌよりも大きくする必要があり、このために、反射光軸１５Ｒ，１５Ｂに垂直に、かつ中心軸が反射光軸１５Ｒ，１５Ｂと一致させる条件のもとに、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８から離す必要がある。
【００４１】
また、全ての映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から等距離の位置に配置することが必要である。これは、後述するように、この実施形態の光学装置を図１１に示したような映像表示装置の光学装置として用いた場合、投射レンズ１２により、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを全てスクリーンにピントを合わせて投射させるためである。
【００４２】
このように、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から等距離の位置に配置することが必要であることから、これら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８から所定の距離だけ離さざるを得なくなる。しかし、このようにこれら映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂをダイクロイックプリズム８に対して配置すると、光学装置のサイズが大きくなる。即ち、半値波長シフト量と光学装置のサイズとはトレードオフの関係にあり、一方を改善しようとすると、他方が劣化することになる。
【００４３】
以下、図３〜図５により、上記の角度Ａが３０゜，１５゜のときのこの実施形態と上記従来の光学装置とのサイズを比較する。但し、以下の説明では、反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂについては、その画面部分のみを示している。
【００４４】
図３は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして全横幅Ｌ’が３５ｍｍ、画面の横幅Ｌが１８．４ｍｍの反射型液晶表示装置を用いた場合の従来の光学装置を示すものであって（従って、最低限必要な光路の幅Ｌも１８．４ｍｍである）、この場合のダイクロイックプリズム８の各側面の幅もＬ＝３５ｍｍとして示している。かかる従来の光学装置としては、その一例として、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの距離Ｌ2を４２ｍｍ、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の距離Ｌ1を４９ｍｍとした。この場合、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂは、ダイクロイックプリズム８の入射光が入射する面の両側の面に平行に配置されるから、光軸１４に沿う光を妨げることはない。
【００４５】
図４は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして図３に示した従来の光学装置と同様のものを用い、画面の横幅Ｌも図３と同様として、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを３０゜とした上記実施形態の具体例を示すものである。この場合には、ダイクロイックプリズム８の２つの側面８ａ，８ｃの幅は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの幅に等しくＬ’＝３５ｍｍであるが、２つの側面８ｂ，８ｄの幅は３５ｔａｎ３０゜≒２０．２ｍｍである。
【００４６】
この場合には、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないように配置しなければならないことから、図２に示すように、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度をＡとし、反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの全横幅をＬ’とすると、図４において、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う最低限必要な光路幅Ｌの光を妨げないためには、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1が、
【００４７】
【数１】
であることが必要であり、また、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から全ての反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離が等しいためには、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2が、
【００４９】
【数２】
であることが必要である。
【００５１】
そして、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離がΔだけ大きくなると、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1はΔ・２ｓｉｎ（２Ａ）だけ大きくなって、
【００５２】
【数３】
となり、また、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2はΔ・（１＋ｃｏｓ（２Ａ））だけ大きくなって、
【００５４】
【数４】
となる。
【００５６】
ここで、上記のように、Ｌ’＝３５ｍｍ、Ｌ＝１８．４ｍｍ、Ａ＝３０゜とすると、上記数１，２により、
Ｌ1≧Ｌ＋Ｌ’＝５３．４ｍｍ
Ｌ2≧（Ｌ＋Ｌ’）・√３／２≒４６．２４ｍｍ
であり、一例として、Δ＝１４．５４ｍｍとして、上記式数３，４により、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1を７８．５９ｍｍとし、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2を６８．０６ｍｍとした。
【００５７】
このように、この具体例では、縦，横寸法が、図３に示した従来の光学装置に比べ、大きくなるが、Ａ＝３０゜としたことにより、図１２から明らかなように、半値波長シフト量が、図３に示したＡ＝４５゜の従来の光学装置でのほぼ３０ｎｍの半値波長シフト量に対し、ほぼ１４ｎｍと半減して大幅に改善されることになる。
【００５８】
図５は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとして図３に示した従来の光学装置と同様のものを用い、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを１５゜とした上記実施形態の具体例を示すものである。この場合には、ダイクロイックプリズム８の２つの側面８ａ，８ｃの幅は映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの幅に等しく３５ｍｍであるが、２つの側面８ｂ，８ｄの幅は３５ｔａｎ１５゜≒９．４ｍｍである。
【００５９】
この場合には、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないように配置しなければならないことから、この実施形態においても、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2は夫々、上記数１及び数２により、
Ｌ1≧Ｌ＋Ｌ’・√３≒７９．０２ｍｍ
Ｌ2≧（Ｌ＋Ｌ’）・（２＋√３）／２≒９９・６４ｍｍ
となる。一例とし、Δ＝２４．３９ｍｍとして、上記数３，４により、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂ間の最大距離Ｌ1を１０３．７１ｍｍとし、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂの端部から映像表示素子１０Ｇまでの最大距離Ｌ2を１４５．１６ｍｍとした。
【００６０】
このように、この具体例では、縦，横寸法が図４に示した具体例よりもさらに大きくなるが、図１２から明らかなように、半値波長シフト量が、ほぼ５ｎｍとなって、大幅に改善される。
【００６１】
以上のように、ダイクロイックプリズム８の反射面８Ｒ，８Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを小さくするほど、半値波長シフト量は低減できるが、そのトレードオフとして光学装置のサイズが大きくなる。従って、半値波長シフト量を低減して投射画面を明るくするにしても、光学装置のサイズの点も考慮することが必要となる。
【００６２】
図１２から明らかなように、従来の光学装置のように、ダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを４５゜とすると、Ｐ，Ｓ偏光光の半値波長シフト量がほぼ３０ｎｍとなって大きく、Ｐ偏光光の損失光量が大きくなって投射画像の明るさが充分に得られない。この実施形態は、上記のように、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸１４に対してなす角度Ａを４５゜よりも小さくすることにより、半値波長シフト量を小さくして投射画像の明るさを高めるようにするものであるか、その一具体例としては、上記の角度Ａを、
１５゜≦Ａ≦３７゜
とするものである。この範囲の３７゜の上限角度は、投射画像に充分な明るさと色再現が得られるように、半値波長シフト量を２０ｎｍ以下に抑えることによるものであり、この半値波長シフト量に対する上記角度Ａは、図１２により、ほぼ３７゜である。また、上記範囲の１５゜の下限角度は光学装置のサイズによって決めたものであって、ビジネス上価値ある製品とするには、光学装置のサイズを、最大、図３で示したような上記角度Ａが４５゜である場合の光学装置のサイズのほぼ３倍程度に抑えることが必要であり、このことから、図５に示す構成程度のサイズとする必要があって、上記下限角度を１５゜程度とするものである。
【００６３】
光学装置の光学性能を重視する場合には、半値波長シフト量を１５ｎｍ以下に抑える。この場合には、図１２により、反射面９Ｒ，９Ｂの法線１３Ｒ，１３Ｂの光軸に対してなす角度Ａを、
Ａ≦１５゜
とする。
【００６４】
図６は図１に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第１の実施形態を示す構成図であって、図１１及び図１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００６５】
同図において、ダイクロイックプリズム８と赤用反射型映像表示素子１０Ｒ，緑用反射型映像表示素子１０Ｇ，青用反射型映像表示素子１０Ｂが図１に示した光学装置を構成している。
【００６６】
光源ユニット１は光源２とリフレクタ３とアレイレンズ４ａ，４ｂとで構成されている。光源１は超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ，キセノンランプ，水銀キセノンランプ，ハロゲンランプなどの白色ランプであり、また、リフレクタ３は反射面が楕円面や放物面，非球面などの凹面をなしている。このリフレクタ３の凹面のほぼ焦点位置に光源２が配置されている。
【００６７】
光源２から放射される光はリフレクタ２によって反射集光され、アレイレンズ４ａに入射する。アレイレンズ４ａを通過した光は、さらに、アレイレンズ４ｂを通過し、照明光学系５に入射する。照明光学系５は、少なくとも１枚以上の光学レンズで構成されて正の屈折力を有しており、入射光を偏光ビームスプリッタ７へと略平行光の状態で集光させる作用を有している。
【００６８】
偏光ビームスプリッタ７の入射側には、Ｓ偏光成分のみ透過する入射偏光板６が配置されており、照明光学系５からの光のＳ偏光成分がこの入射偏光板６で抽出されて偏光ビームスプリッタ７に入射される。この偏光ビームスプリッタ７では、入射したＳ偏光成分の光がコーテイング面７ａで反射されてダイクロイックプリズム８に入射される。
【００６９】
ダイクロイックプリズム８と反射型液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとは図１〜図５に示した光学装置を構成しており、先に説明したようにして、赤用反射型映像表示素子１０Ｒで空間変調された赤色光と、緑用反射型映像表示素子１０Ｇで空間変調された緑色光と、青用反射型映像表示素子１０Ｂで空間変調された青色光との合成光が、側面８ａから光軸１４に沿って出射される。
【００７０】
ダイクロイックプリズム８から出射された合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射し、そのＳ偏光成分がコーテイング面７ａでリフレクタ３の方に反射され、Ｐ偏光成分がこのコーテイング面７ａをそのまま透過して、投射レンズ１２を介し、図示しないスクリーン上に投射される。これにより、反射型映像素子液晶表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成された各映像は、合成されてスクリーン上に拡大投影される。
【００７１】
この投射型の映像表示装置は、光学装置での偏光状態による半値波長シフト量が低減されたことにより、スクリーン上に拡大投射される映像の明るさや色再現の性能が向上したものとなる。
【００７２】
図７は本発明による光学装置の第２の実施形態を示す構成図であって、１６Ｒ，１６Ｂはダイクロイックミラー、１７Ｒは赤反射面、１７Ｂは青反射面、１８Ｒは赤反射面１７Ｒの法線、１８Ｂは青反射面１７Ｂの法線であり、図１に対応する部分には同一符号をつけている。
【００７３】
同図において、この第２の実施形態は、図１に示した実施形態でのダイクロイックプリズム８の代わりに、クロスして配置した２枚のダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂを用いたものであり、他の構成は図１に示した実施形態と同様である。ダイクロイックミラー１６Ｒは赤反射面１７Ｒを、また、ダイクロイックミラー１６Ｂは青反射面１７Ｂを夫々有している。赤反射面１７Ｒには、赤色光を反射し、それよりも短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着され、青反射面１７Ｂには、青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着されている。
【００７４】
これら反射面１７Ｒ，１７Ｂは夫々、図１におけるダイクロイックプリズム８の反射面９Ｒ，９Ｂと同様の作用をなすものであり、従って、光軸１４に沿って白色のＳ偏光光がダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂに入射されると、図１で説明した実施形態と同様、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂで空間変調されることによってＰ偏光成分を含んだ赤色光，緑色光，青色光の合成光が得られ、光軸１４に沿って出射される。
【００７５】
この第２の実施形態におけるダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂの法線１７Ｒ，１７Ｂの光軸１４に対してなる角度Ａも図１に示した実施形態と同様に設定し、半値波長シフト量を小さく抑えるように構成する。この第２の実施形態の場合も、図１に示した第１の実施形態について図２〜図５で説明したのと同様に、半値波長シフト量を小さく抑えるように上記角度Ａを設定すると、サイズが大きくなるものであり、図１に示した第１の実施形態について図２〜図５で説明したのと同様に、半値波長シフト量とサイズとの兼ね合いで上記角度Ａを設定することはいうまでもない。
【００７６】
図８は本発明による投射型の映像表示装置の第２の実施形態を示す構成図であって、図６及び図７に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００７７】
同図において、この第２の実施形態は、図６に示した映像表示装置の実施形態において、光学装置として図７に示した光学装置を用いたものである。即ち、ダイクロイックミラー１６Ｒ，１６Ｂと映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとからなる部分が図７に示した光学装置を構成するものである。偏光ビームスプリッタ７のコーティング面７ａで反射されたＳ偏光の白色光は光軸１４に沿って光学装置に入射され、また、光学装置から光軸１４に沿って出射される空間変調された赤，緑，青の色光の合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射され、そのコーティング面７ａでＰ偏光成分のみが分離され、出射偏光板１１，投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射される。
【００７８】
この第２の実施形態の映像表示装置も、図６に示した第１の実施形態の映像表示装置と同様に動作するものであって、この第１の実施形態の映像表示装置と同様の効果が得られる。
【００７９】
図９は本発明による光学装置の第３の実施形態を示す構成図であって、１９は６角形プリズム、１９ａ，１９ｂ，１９ｃは側面、２０Ｒは赤反射面、２０Ｂは青反射面、２１Ｒ，２１Ｂは法線、２２Ｒ，２２Ｂは反射光軸であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けている。
【００８０】
同図において、色分離／合成手段としての６角形プリズム１９は３個の３角形プリズム（三角柱状のプリズム）と１個の５角形プリズム（五角柱状のプリズム）とを組み合わせたものであって、これらプリズムの接合面に、赤色光を反射し、それよりも短波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着された赤反射面２０Ｒと、青色光を反射し、それよりも長波長域を透過させるダイクロイック膜が蒸着された青反射面２０Ｂとが交差して形成されている。赤反射面２０Ｒは、その法線２１Ｒの光軸１４に対してなす角度が所定の角度Ａとなるように、光軸１４に対して傾いて設定されており、同様に、青反射面２０Ｂも、その法線２１Ｂの光軸１４に対してなす角度が所定の角度Ａとなるように、光軸１４に対して傾いて設定されているが、これら法線２１Ｒ，２１Ｂは光軸１４に関して互いに反対側になるようにしている。
【００８１】
外部から白色光が、光軸１４に沿い、６角形プリズム１９の側面１９ａ（この６角形プリズム１９を形成する５角形プリズムの１側面）から入射されると、その赤色光が赤反射面２０Ｒで反射されて分離され、その青色光が青反射面２０Ｂで反射されて分離される。赤反射面２０Ｒで分離された赤色光は、反射光軸２２Ｒに沿い、６角形プリズム１９の他の側面１９ｃから出射して赤用反射型映像表示素子１０Ｒに入射し、青反射面２０Ｂで分離された青色光は、反射光軸２２Ｂに沿い、６角形プリズム１９のさらに他の側面１９ｂから出射して青用反射型映像表示素子１０Ｂに入射する。また、反射面２０Ｒ，２０Ｂを通過した緑色光は、６角形プリズム１９の側面１９ｄから出射して緑用反射型映像表示素子１０Ｇに入射する。
【００８２】
反射型映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、上記実施形態での映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと同様に、入射した色光を空間変調するものであって、かかる入射色光がＳ偏光光であると、この空間変調の程度に応じた偏光変換がなされてＰ偏光成分が生ずる。
【００８３】
映像表示素子１０Ｒで空間変調された赤色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｃから反射光軸２２Ｒに沿って入射され、赤反射面２０Ｒで反射されて光軸１４に沿う光となる。また、映像表示素子１０Ｂで空間変調された青色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｂから反射光軸２２Ｂに沿って入射され、青反射面２０Ｂで反射されて光軸１４に沿う光となる。さらに、映像表示素子１０Ｇで空間変調された緑色光は、６角形プリズム１９にその出射のときと同じ側面１９ｄから光軸１４に沿って入射され、反射面２０Ｒ，２０Ｂを透過する。これにより、空間変調された赤色光，緑色光及び青色光が６角形プリズム１９内で合成され、その側面１９ａから光軸１４に沿って外部に出射される。
【００８４】
ここで、この実施形態では、６角形プリズム１９の光が入出射する側面１９ａ〜１９ｄが、その光の光軸に垂直となるように、形成されている。即ち、側面１９ａは光軸１４に垂直な面であり、側面１９ｂ，１９ｃは夫々反射光軸２２Ｒ，２２Ｂに垂直な面であり、側面１９ｄも光軸１４に垂直な面である。そして、赤反射面２０Ｒで反射した赤色光や赤用反射型映像表示素子１０Ｒからの赤色光は全て側面１９ｃから出射し、入射して他の側面にかかることがないように、この側面１９ｃが配置されており、同様にして、青反射面２０Ｂで反射した青色光や青用反射型映像表示素子１０Ｂからの青色光は全て側面１９ｂから出射し、入射して他の側面にかかることがないように、この側面１９ｂが配置されている。勿論、光軸１４に沿う光も側面１９ａのみで入射し、出射するし、反射面２０Ｒ，２０Ｂで分離された緑色光も、側面１９ｄのみで入射し、出射する。
【００８５】
なお、上記の角度Ａは図１で示した第１の実施形態と同様に設定するものであるし、また、映像表示素子１０Ｒ，１０Ｂが光軸１４に沿う光路を妨げないようには位置されるものであることや、反射面９Ｒ，９Ｂの交差点から映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂまでの距離を等しくすることは第１の実施形態と同様である。
【００８６】
図１に示した実施形態では、反射面９Ｒ，９Ｂで反射される赤色光，青色光がダイクロイックプリズム８の傾斜角が異なる２つの側面（即ち、赤色光は側面８ａ，８ｄ、青色光は側面８ａ，８ｂ）を通り、このため、夫々の側面で光の屈折方向が異なり、また、これら２つの側面の境の角部で光のけられが生ずることになるが、この第３の実施形態の光学装置では、以上の構成により、図１で示した第１の実施形態と同様の効果が得られるとともに、さらに、上記夫々の光が１つの側面のみを、その光軸がその側面に垂直に、通過するものであるから、６角形プリズム１９に入出射する際の屈折を防止し、かつ隣接側面間の角部による光のけられも防止することができ、かかる屈折やけられによる光の損失を抑えることができる。
【００８７】
図１０は本発明による投射型の映像表示装置の第３の実施形態を示す構成図であって、図６及び図９に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００８８】
同図において、この第３の実施形態は、図６に示した映像表示装置の実施形態において、光学装置として図９に示した光学装置を用いたものである。即ち、６角形プリズム１９と映像表示素子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとからなる部分が図９に示した光学装置を構成するものである。偏光ビームスプリッタ７のコーティング面７ａで反射されたＳ偏光の白色光は光軸１４に沿って光学装置に入射され、また、光学装置から光軸１４に沿って出射される空間変調された赤，緑，青の色光の合成光は偏光ビームスプリッタ７に入射され、そのコーティング面７ａでＰ偏光成分のみが分離され、出射偏光板１１，投射レンズ１２を介して図示しないスクリーンに投射される。
【００８９】
この第２の実施形態の映像表示装置も、図６に示した第１の実施形態の映像表示装置と同様に動作するものであって、この第１の実施形態の映像表示装置と同様の効果が得られるが、さらに、光学装置の色分離／合成手段として６角形プリズム１９を用いることにより、この色分離／合成手段での光の損失をさらに抑えることができるので、スクリーンでの投射映像の明るさ，色再現などの性能をさらに高めることができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明による光学装置によれば、赤，青光の反射面の法線の入射光軸に対してなす角度を従来の光学装置に比べて小さくしたものであるから、かかる反射面でのＰ偏光光とＳ偏光光との半値波長シフト量を低減することができ、これにより、必要とするＰ偏光光のかかる反射面での損失を大幅に低減できる。
【００９１】
また、本発明による映像表示装置によると、上記本発明による光学装置を用いて映像表示を行なうものであるから、表示される映像の明るさや色再現などの性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す実施形態での映像表示素子の配置関係を説明するための図である。
【図３】従来の光学装置のサイズの一例を示す図である。
【図４】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａが３０゜であるときの図１に示す実施形態のサイズの一具体例を示す図である。
【図５】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角度Ａが１５゜であるときの図１に示す実施形態のサイズの一具体例を示す図である。
【図６】図１に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図７】本発明による光学装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図８】図７に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図９】本発明による光学装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１０】図９に示した光学装置を用いた本発明による投射型の映像表示装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図１１】従来の光学装置とこれを用いた映像装置の一例を示す構成図である。
【図１２】ダイクロイックプリズムの反射面の法線の光軸に対してなす角とＰ，Ｓ偏光光間の半値波長シフト量との関係を示すグラフ図である。
【図１３】図１２に示した半値波長シフト量による光量の損失の説明図である。
【符号の説明】
１ 光源ユニット
２ 光源
３ リフレクタ
４ａ，４ｂ アレイレンズ
５ 照明光学系
６ 入射偏光板
７ 偏光ビームスプリッタ
７ａ コーテイング面
８ ダイクロイックプリズム
８ａ〜８ｄ 側面
９Ｒ 赤反射面
９Ｂ 青反射面
１０Ｒ 赤用反射型映像表示素子
１０Ｇ 緑用反射型映像表示素子
１０Ｂ 青用反射型映像表示素子
１１ 出射偏光板
１２ 投射レンズ
１３Ｒ，１３Ｂ 法線
１４ 光軸
１５Ｒ，１５Ｂ 反射光軸
１６Ｒ，１６Ｂ ダイクロイックミラー
１７Ｒ 赤反射面
１７Ｂ 青反射面
１８Ｒ，１８Ｂ 法線
１９ ６角形プリズム
１９ａ〜１９ｄ 側面
２０Ｒ 赤反射面
２０Ｂ 青反射面
２１Ｒ，２１Ｂ 法線
２２Ｒ，２２Ｂ 反射光軸
Claims (8)
- 互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って該光軸に垂直な側面から入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離するダイクロイックプリズムと、
該ダイクロイックプリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該ダイクロイックプリズムへ再入射させる３つの反射型偏光変換素子と
を備え、
該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２の反射面で反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、
該第１の反射面の法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２の反射面の法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、
１５゜≦Ａ＜４５゜
とし、
該ダイクロイックプリズムは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を該第１，第２の反射面で合成して該光軸に沿って出射させることを特徴とする光学装置。 - 互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射し、予め決められた光軸に沿って入射される光を３つの原色光に分離する第１，第２のダイクロイックミラーと、
該第１，第２のダイクロイックミラーで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該第１，第２のダイクロイックミラーに再入射させる３つの偏光変換素子と
を備え、
該３つの反射型偏光変換素子のうち該第１，第２のダイクロイックミラーで反射する第１，第２の色光に対する２つの反射型偏光変換素子は、該光軸に対して相互に略線対称に傾斜して配置され、
該第１のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度をＡ、該第２のダイクロイックミラーの法線の該光軸に対してなす角度を−Ａとして、
１５゜≦Ａ＜４５゜
とし、
該第１，第２のダイクロイックミラーは、該反射型偏光変換素子夫々から再入射される該原色光を合成して該光軸に沿って出射させることを特徴とする光学装置。 - 互いにクロスして配置される異なる種類の原色光を反射する第１，第２の反射面が設けられ、予め決められた光軸に沿って入射される光を該第１，第２の反射面によって３つの原色光に分離する６角形プリズムと、
該６角形プリズムで分離された該原色光の偏光状態を夫々毎に変換し、該６角形プリズムへ再入射させる第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子と
を備え、
該６角形プリズムでは、該光軸に垂直な第１の側面を該光軸に沿って入射される光の入射面とし、第２の側面を該第１の反射面で分離された第１の原色光の出射面とするとともに、該第１の反射型偏光変換素子からの該第１の原色光のみの入射面とし、第３の側面を該第２の反射面で分離された第２の原色光の出射面とするとともに、該第２の反射型偏光変換素子からの該第２の原色光の入射面とし、該第１の側面に対向する第４の側面を該第１，第２の反射面を通過した第３の原色光の出射面とするとともに、該第３の反射型偏光変換素子からの該第３の原色光の入射面として、該第２，第３及び第４の側面から夫々入射された該第１，第２及び第３の反射型偏光変換素子からの原色光を該第１，第２の反射面で合成し、該第１の側面から該光軸に沿って出射させ、
該第１の反射型偏光変換素子は該第２の側面に、該第２の反射型偏光変換素子は該第３の側面に夫々平行に配置され、
該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第１の反射面の法線のなす角度をＡ、該第１の側面に垂直な該光軸に対して該第２の反射面の法線のなす角度を−Ａとして、
Ａ＜４５゜
であることを特徴とする光学装置。 - 請求項３に記載の光学装置において、
前記第１の原色光が入出射する前記６角形プリズムの前記第２の側面は前記６角形プリズムの前記第１の原色光の光軸に垂直な平面であり、かつ該第２の原色光が入出射する前記６角形プリズムの前記第３の側面は前記６角形プリズムの前記第２の原色光の光軸に垂直な平面であることを特徴とする光学装置。 - 請求項１，２，３または４に記載の光学装置において、
入射光軸に沿う光路の幅をＬ、前記反射型偏光変換素子の横幅をＬ’として、
- 請求項１，２，３，４または５に記載の光学装置において、
１５゜≦Ａ≦３７゜
であることを特徴とする光学装置。 - 請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学装置において、
前記偏光変換素子は、映像信号に応じた光学像に形成し、該光学像に応じて光を変調することにより、光の偏光状態を変換する反射型の映像表示素子であることを特徴とする光学装置。 - 光を放射する光源ユニットと、該光源ユニットからの放射光を第１の偏光状態の照明光にする照明光学系と、第１の偏光状態の光を反射し該第１の偏光状態に対して直線偏光面が回転した第２の偏光状態の光を透過する偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを介して該照明光学系から送り込まれる該第１の偏光状態の照明光を原色光成分毎に偏光変換し偏光変換された該原色光成分を合成して出射する光学装置と、該光学装置の出射光のうちの該偏光ビームスプリッタによって分離された該第２の偏光状態の光を投射する投射手段とで構成され、
該光学手段を請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学装置とすることを特徴とする映像表示装置。
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