JPH0829766A

JPH0829766A - 投射型カラー画像表示装置

Info

Publication number: JPH0829766A
Application number: JP6161124A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shibatani; 岳柴谷; Hiroshi Hamada; 浩浜田; 裕 ▲高▼藤; Yutaka Takato
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【構成】光束合成プリズム６は、光学系の主光線の仰
角θに対し、頂角が９０°＋θまたは９０°−θの二等
辺三角プリズム１１と、この二等辺三角プリズムの底角
と等しい頂角の、一辺が上記二等辺三角プリズムの底辺
と等しい長さで同形状の平行四辺形プリズム１２・１３
とを接合して形成し、プリズム１１・１２の接合面とプ
リズム１１・１２の接合面とにそれぞれダイクロイック
ミラー面１４_B・１４_Gを形成し、プリズム１３にミラ
ー面１４_Mを形成し、光束合成プリズム６に３原色の各
画像が正確に重なり合うように調整して液晶表示素子４
_R・４_G・４_Bを設ける。【効果】部品点数が減少し、装置を小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マトリクス状に配列さ
れた複数の絵素を有する透過型の液晶表示素子に表示さ
れた画像を投影レンズで拡大して表示する投射型画像表
示装置であって、特に大画面の投影型ＴＶシステムや情
報表示システムに適用される投射型カラー画像表示装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、それ自体が発光しない
ので、別に光源を設ける必要があるものの、投影型ブラ
ウン管表示装置と比較して、色再現範囲が広い、小型か
つ軽量であるため持ち運びが容易である、地磁気に影響
されないのでコンバージェンス調整が不要であるといっ
た非常に優れた特徴を有している。

【０００３】このような液晶表示素子による投射型カラ
ー画像表示方式には、３原色に応じて液晶表示素子を３
枚使用する３板式と、液晶表示素子を１枚のみ使用する
単板式とがある。

【０００４】上記単板式の投射型カラー画像表示装置で
は、１枚の液晶表示素子の画素単位に３原色のカラーフ
ィルタがマトリクス状に作り込まれ、それぞれの画素を
制御することにより画像が形成される。この単板式にお
いては、直接白色光を照射するだけでカラー画像が得ら
れるので、３板式と比較して光学系が簡素化されるもの
の、光の利用効率が悪く、その分、投影像が暗くなって
しまうという問題点を有している。これは、例えば赤色
を制御する画素に入射した白色光のうち、赤色以外の成
分がカラーフィルタに吸収されてしまって無駄になるこ
とによる。

【０００５】一方、３板式の投射型カラー画像表示装置
では、白色光を赤・緑・青の３原色の光束に分割する光
学系と、各原色光を制御して画像を形成する液晶表示素
子とが独立に設けられているので、構成は単板式と比較
して複雑になるものの、単板式における上記の問題が生
じない。

【０００６】この３板式においては、上記構成に加えさ
らに投影レンズを３本用意して各液晶表示素子からの出
射光を投影し、スクリーン上で１枚のカラー画像を作成
することも考えられる。しかしながら、この場合には、
スクリーンに対する投影角度が３色でそれぞれ異なるた
め、投射型カラー画像表示装置からスクリーンまでの投
影距離が変わると３色の画像の重ね合わせを再調整しな
ければならない。そこで、この３板式においては、各液
晶表示素子を通過した光をもう一度、一つの光路に合成
した後、１本の投影レンズによりスクリーンに投影する
構成が採られている。

【０００７】この種の従来の３板式投射型カラー画像表
示装置としては、図５に示すものが知られている。同図
に示す構成においては、白色光源５１が回転対称形の放
物面鏡５２の焦点に設けられ、この構造により、ほぼ平
行な白色光束がダイクロイックミラー５３_R方向に照射
される。ダイクロイックミラー５３_R・５３_Bはそれぞ
れ赤・青の光のみを反射させ、同様に、ダイクロイック
ミラー５４_B・５４_Gはそれぞれ青・緑の光のみ反射さ
せる。また、ミラー５３_M・５４_Mは波長選択性のない
ものである。従って、上記白色光束はダイクロイックミ
ラー５３_R・５３_Bにより赤・青・緑の３原色の成分に
分離され、液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_Bにはそ
れぞれに対応する色の略平行な光束が入射する。液晶表
示素子５５_R・５５_G・５５_Bを通過した光はそれぞれ
３原色の画像となり、ダイクロイックミラー５４_B・５
４_Gとミラー５４_Mとにより光学的に重ね合わされて合
成される。この合成されたカラー画像は、投影レンズ５
６により、床面５８に対して垂直に設けられたスクリー
ン５７に投影される。

【０００８】尚、液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_B
の光が通過する前後位置には、図示しない偏光板が配さ
れている。また、液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_B
の前または後位置には、投影レンズ５６の瞳に効率良く
光を導くために、フィールドレンズが配される場合もあ
る。

【０００９】尚、図５の構成では、ミラー５３_M・５４
_Mに波長選択性を持たせていないが、これはミラー５３
_M・５４_Mの位置では既に光束が赤・緑の単色光になっ
ているためであり、上記ミラー５３_M・５４_Mに代え
て、それぞれ赤・緑の光のみ反射するダイクロイックミ
ラーを用いても構わない。また、光束を３色に分離する
順番、つまりダイクロイックミラー５３_R・５３_B・５
４_B・５４_Gおよびミラー５３_M・５４_Mの反射波長域
や配置に関しても図５に示した以外に可能な組み合わせ
が存在する。また一般にダイクロイックミラー５３_R・
５３_B・５４_B・５４_Gおよびミラー５３_M・５４
_Mは、４５度入射と４５度出射、つまり直角に反射する
ように用いられる。

【００１０】いずれにせよ、分離光学系および合成光学
系は共に３枚のミラーを使用しており、光源部から液晶
表示素子５５_R・５５_G・５５_Bまでの距離を３原色に
ついて等距離とし、また表示画像の合成においても液晶
表示素子５５_R・５５_G・５５_Bから投影レンズまでの
光路を等距離にしている。

【００１１】また、光源から投影レンズまでの光学系の
主光線は仰角θだけ傾けられる。仰角θは使用する液晶
表示素子５５_R・５５_G・５５_Bの持つ最適視角に一致
させると共に、液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_Bの
表示面法線は、スクリーン５７に垂直になっている。こ
れにより、投影像のコントラスト比を最大にすると共
に、投影像が台形に歪むキーストーン歪みの発生を防ぐ
ことができる。

【００１２】また、特開平５−６１１２９号には、１個
の直角二等辺三角形プリズム６１と２個の平行四辺形プ
リズム６２・６３とからなるダイクロイックプリズム６
４を備えた投射型カラー画像表示装置が提案されてい
る。その構成を図６に示す。この装置は、図５の色合成
光学系を、境界面にダイクロイックミラーを設けた合成
プリズムであるダイクロイックプリズム６４に置換した
ものと考えてよく、図５の構成と同じく、光源部から液
晶表示素子６５_R・６５_G・６５_Bまでの光路調が各色
とも等しく、また液晶表示素子６５_R・６５_G・６５_B
から投影レンズ６６までの光路調も等しくすることがで
きる。

【００１３】この装置では、光が１より大きい屈折率を
有するダイクロイックプリズム６４内を進むため、図５
の構成のうち、色合成光学系のみを置き換えてこの装置
を構成した場合でも、即ち同一の投影レンズ６６を使用
した場合でも、図５の構成と比較して投影レンズ６６の
見かけのＦ値が小さくなり、より明るい投影画像を得る
ことができる。

【００１４】また、液晶表示素子の個々の画素に対応し
てマイクロレンズを形成したマイクロレンズアレイを液
晶表示素子に貼着し、液晶表示素子の画像表示部を通過
する光量を増やし、投影像を高輝度化する技術がある。
マイクロレンズアレイを使用した場合には、液晶表示素
子を通過した光がマイクロレンズの開口数ＮＡに相当す
る角度で広がるため、マイクロレンズアレイを使用しな
い場合と比較して、投影レンズのＦ値を小さくしてＮＡ
を大きくしなければならない。特開平５−６１１２９号
には明示されていないが、色合成光学系の光路をプリズ
ムにするのはこの点でも有効である。

【００１５】一方、従来の投射型カラー画像表示装置と
しては、特開昭６２−１２５７９１号に開示されている
ように、色合成光学系にクロスダイクロイックプリズム
を使用する方式が知られている。図７に示すように、ク
ロスダイクロイックプリズム７１は、境界面Ｒ_R1および
境界面Ｒ_R2に、赤色の光を反射するダイクロイックミラ
ー面が形成され、境界面Ｒ_B1および境界面Ｒ_B2に、青色
の光を反射するダイクロイックミラー面が形成された、
直角二等辺三角形プリズムを４個合わせて正四角柱状の
合成プリズムとしたものである。そして、同図に示すよ
うに液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_Bを配し、入射
面７１_R・７１_G・７１_Bから入射した光束を一つに合
成して出射面７１_OUTから出射させる。しかし、本方式
は、各液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_Bから出射面
７１_OUTまでの光路長は等しくすることが可能であるも
のの、色分離光学系において、光源部からの光束を等距
離で液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_Bに導くことが
できないため、液晶表示素子５５_R・５５_G・５５_B上
での照度分布が変化し、合成された画像に色むらが生じ
るので好ましくない。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記の投射型カラー画
像表示装置において、３原色の画像を１本の投影レンズ
によりスクリーンに投影して、一つのカラー画像とする
ためには、以下の条件が不可欠である。これは、レンズ
の結像の原理から導かれるものである。

【００１７】１．赤・青・緑の各画像を形成する各液晶
表示素子から投影レンズまでの距離が互いに等しいこ
と。

【００１８】２．投影レンズ側から眺めた見かけ上の３
枚の液晶表示素子の位置が一致すること。

【００１９】上記１の条件が満たされない場合には、各
液晶表示素子の像の拡大率が異なり、画像の大きさが一
致しない。さらに、３枚の画像が同時には結像せず、何
れかの色の画像がピンボケ状態となってしまう。また、
上記２の条件が満たされない場合には、各色の画像同士
が正確に重ならず、画像ずれを起こすことになり、やは
り良好なカラー画像を得ることができないことになる。

【００２０】このため、上記従来の３板式の投射型カラ
ー画像表示装置では、上記の条件を満たすために、液晶
表示素子の位置および角度についての調整機構を有して
おり、装置の組み立て時に上記の調整を行っている。し
かしながら、このような構成では、装置の部品点数が増
加するとともに、上記調整機構分のスペースが必要とな
り、装置が大型化するという問題点を招来している。

【００２１】特に、近年、製造技術の進歩により、同じ
画素数でありながら、ポリシリコン薄膜トランジスタを
使用したより小さいサイズの液晶表示素子が開発されて
いるものの、そうした小型の液晶表示素子を３板式の投
射型カラー画像表示装置に使用した場合であっても、装
置全体のサイズを液晶表示素子のサイズに比例して縮小
することが困難となっている。

【００２２】この問題は図６に示した特開平５−６１１
２９号の構成においても同様で、光学系の主光線を液晶
表示素子の最適視角と同じだけ傾けるには、液晶表示素
子と合成プリズムとを離して配置する必要がある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明の投射型カラー画像表示装置は、
１個の白色光源の光を略平行な光束にして出射する光源
部と、この光源部から得られる白色光束を、赤・緑・青
の３原色の光束に分離して色合成光学系に入射させる色
分離光学系と、この色分離光学系により得られた上記３
原色の光束に個々に対応して設けられ、各色の光束を、
その色の画像信号に応じて変調し、これにより得られた
画像を表示する３枚のマトリクス型液晶表示素子と、こ
れら各マトリクス型液晶表示素子に表示された３原色の
画像を光学的に重ね合わせる色合成光学系と、この色合
成光学系により得られた光束を１本の投影レンズにより
スクリーンに投影する投影型カラー画像表示装置におい
て、上記光源部から投影レンズまでの光学系の主光線
と、上記マトリクス型液晶表示素子の面法線とのなす角
がマトリクス型液晶表示素子の最適視角θに等しく、上
記の色合成光学系は、上記マトリクス型液晶表示素子の
最適視角θに対し、頂角が９０°＋θまたは９０°−θ
の二等辺三角形を底面とする三角柱状の二等辺三角プリ
ズムと、上記二等辺三角形の底角と等しい頂角を有し、
一辺が上記二等辺三角形の底辺と等しい長さの平行四辺
形を底面とする四角柱状をなす、互いに同形状の第１お
よび第２平行四辺形プリズムとの合計３個のプリズムを
備え、これら３個のプリズムが、上記等しい長さの辺を
含む同形状の四角形の面同士で接合され、かつ第１およ
び第２平行四辺形プリズムが上記同形状の面に関し対称
となるように接合され、二等辺三角プリズムを上記光源
部側として、この二等辺三角プリズムと第１平行四辺形
プリズムとが上記主光線の方向に並び、かつ第１平行四
辺形プリズムに対し第２平行四辺形プリズムが上下方向
に並ぶように配され、第１平行四辺形プリズムと二等辺
三角プリズムとの接合面に第１ダイクロイックミラーが
形成され、第１平行四辺形プリズムと第２平行四辺形プ
リズムとの接合面に第２ダイクロイックミラーが形成さ
れ、第２平行四辺形プリズムにおける第２ダイクロイッ
クミラーとの対向面に波長選択性のないミラーが形成さ
れ、それぞれ上記光源部側に位置する、二等辺三角プリ
ズムにおける二等辺三角形の斜辺を含む１面、この面と
交差状に隣接する第１平行四辺形プリズムの面、および
この面と交差状に隣接する第２平行四辺形プリズムの面
が、３原色の光束の個別の入射面となり、これら入射面
が投影レンズから等距離の位置に設定され、第１ダイク
ロイックミラーは、第１平行四辺形プリズムの入射面か
ら入射した所定色の光のみを反射するものであり、第２
ダイクロイックミラーは、第２平行四辺形プリズムの入
射面から入射した所定色の光のみを反射するものであ
り、上記各マトリクス型液晶表示素子は、色合成光学系
の出射側において３原色の各画像が正確に重なり合うよ
うに取り付け位置が調整された状態で、それぞれ色合成
光学系の上記個別の入射面に固定されていることを特徴
としている。

【００２４】また、請求項２の発明の投射型カラー画像
表示装置は、請求項１の発明の投射型カラー画像表示装
置において、上記液晶表示素子の出射側偏光板が、上記
色合成光学系からの光束の出射側位置に配置されている
ことを特徴としている。

【００２５】

【作用】請求項１の構成によれば、光源部から出射した
白色の光束は、色分離光学系にて赤・緑・青の３原色の
光束に分離される。これら各色の光束は、色合成光学系
に設けられた、それぞれその色用のマトリクス型液晶表
示素子に入射し、画像信号に応じて変調される。これに
より各マトリクス型液晶表示素子にはそれぞれ画像信号
に応じた各色の画像が表示される。その後、各マトリク
ス型液晶表示素子に表示された３原色の画像は光学的に
重ね合わせられる。

【００２６】この場合、各マトリクス型液晶表示素子を
経て二等辺三角プリズムの入射面から入射した所定色の
光束は、第１および第２ダイクロイックミラーを透過し
て進行する。第１平行四辺形プリズムの入射面から入射
した所定色の光束は、第１ダイクロイックミラーで反射
された後、第２ダイクロイックミラーを透過し、二等辺
三角プリズムの入射面から入射した所定色の光束と同一
の光路を進行する。また、第２平行四辺形プリズムの入
射面から入射した所定色の光束は、波長選択性のないミ
ラーおよび第２ダイクロイックミラーにて反射された
後、二等辺三角プリズムの入射面から入射した所定色の
光束と同一の光路を進行する。これにより、３原色の画
像が光学的に重ね合わせられる。その後、重ね合わされ
た上記画像は、投影レンズによりスクリーンに投影され
る。

【００２７】本投射型カラー画像表示装置において、上
記のマトリクス型液晶表示素子は、３原色の各画像が正
確に重なり合うように取り付け位置が調整された状態
で、それぞれ色合成光学系の上記各入射面に固定されて
いるので、マトリクス型液晶表示素子の位置調整機構が
不要である。従って、本投射型カラー画像表示装置は、
部品点数が減少し、小型化が可能である。

【００２８】また、マトリクス型液晶表示素子を色合成
光学系に固定すれば、光学系の主光線と液晶表示素子の
表示面法線とのなす角θが上記液晶表示素子の最適視角
に等しくなっているので、画像のコントラスト比を向上
することができる。即ち、液晶表示素子は、その最適視
角方向が画像表示面の法線方向から外れているので、照
明光に対して液晶表示素子を最適視角の側に傾けると画
像のコントラスト比を向上することができる。

【００２９】請求項２の構成によれば、液晶表示素子の
出射側偏光板が、上記色合成光学系からの光束の出射側
位置に配置されているので、偏光板の発熱が表示画像に
影響する事態を回避し得るととも、装置のコストダウン
を図り得る。

【００３０】即ち、偏光板は一般に３枚の液晶表示素子
と色合成光学系との間に設けられる。しかしながら、偏
光板は光を吸収して発熱するので、このような構成で
は、偏光板の発熱により液晶表示素子の特性が変化し、
表示される画像に悪影響を与える虞がある。そこで、本
発明の構成のように偏光板を設ければ、このような事態
を回避することができる。また、本発明の構成では、偏
光板の数が少なくてすむので、コストダウンが可能であ
る。

【００３１】

【実施例】

〔実施例１〕本発明の一実施例を図１および図２に基づ
いて以下に説明する。本実施例の投射型カラー画像表示
装置は、図１に示すように、白色光源１、この白色光源
１と共に光源部１５を構成する放物面鏡２、ダイクロイ
ックミラー３_R・３_B、これらダイクロイックミラー３
_R・３_Bと共に色分離光学系を構成するミラー３_M、液
晶表示素子４_R・４_G・４_B、フィールドレンズ５_R・
５_G・５_B、色合成光学系としての光束合成プリズム
６、出射側偏光板としての偏光板７および投影レンズ８
を備えている。

【００３２】上記の白色光源１としては、ハロゲンラン
プ、メタルハライドランプあるいはキセノンランプ等を
使用することができる。尚、光源から輻射される紫外線
や赤外線が液晶表示素子４_R・４_G・４_Bに悪影響を及
ぼす虞がある場合には、紫外線や赤外線を遮断するフィ
ルタが、白色光源１と液晶表示素子４_R・４_G・４_Bと
の間の適当な位置に配される。

【００３３】放物面鏡２は、回転対称形をなし、その焦
点に上記白色光源１が配され、この白色光源１の光を略
平行な光束にして出射させるものである。放物面鏡２の
反射面には、可視光のみを反射させ、赤外線を透過する
いわゆるコールドミラーが必要に応じて使用される。
尚、光源部の構成としては、上記のもの以外に、球面鏡
もしくは回転楕円鏡とコンデンサーレンズとを組み合わ
せて、平行な光束を得るものとしてもよい。

【００３４】ダイクロイックミラー３_R・３_Bは、それ
ぞれ赤・青のみの光を反射させるものである。これらダ
イクロイックミラー３_R・３_Bは、光源部１５から出射
される光束の光軸上における前後位置に各々平行に配さ
れ、この光軸に対して、光を上方へ反射させるように、
所定角度に傾斜して設けられている。

【００３５】ミラー３_Mは、波長選択性がなく、全ての
光を反射させるものである。このミラー３_Mは、ダイク
ロイックミラー３_Rの上方に、ダイクロイックミラー３
_Rと平行となる傾斜角度で設けられている。従って、ミ
ラー３_Mにより反射された光は、光源部１５から出射し
た光束の光軸（主光線）と平行となる。

【００３６】液晶表示素子４_R・４_G・４_Bはそれぞれ
赤・緑・青の画像を表示するものである。液晶表示素子
４_Rは、ミラー３_Mにより反射された光束の光軸上にお
いて、ダイクロイックミラー３_Rにより反射された光束
の光軸と平行に設けられている。液晶表示素子４_Gは、
光源部１５から出射した光束の光軸上に設けられてい
る。液晶表示素子４_Bは、ダイクロイックミラー３_Bに
より反射された光束の光軸上において、光源部１５から
出射した光束の光軸と平行に設けられている。これら液
晶表示素子４_R・４_G・４_Bは、ツイステッド・ネマテ
ィック・モード（ＴＮモード）で動作し、アモルファス
シリコンあるいはポリシリコンを使用した薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）により駆動されるアクティブ・マトリク
ス方式のものである。尚、本投射型カラー画像表示装置
においては、これら以外の動作モードや駆動法のものを
使用することも可能である。

【００３７】フィールドレンズ５_R・５_G・５_Bは、そ
れぞれ対応する液晶表示素子４_R・４_G・４_Bの後面に
設けられ、液晶表示素子４_R・４_G・４_Bとの対向面が
液晶表示素子４_R・４_G・４_Bの後面と同寸法の板状を
なしている。これらレンズ５_R・５_G・５_Bは３原色の
画像を形成する各光を収束させるものである。これらフ
ィールドレンズ５_R・５_G・５_Bおよび液晶表示素子４
_R・４_G・４_Bは、光学接着剤にて光束合成プリズム６
に貼着されている。このため、フィールドレンズ５_R・
５_G・５_Bとしては、それぞれ、平板状のフレネルレン
ズが使用されている。尚、フィールドレンズ５_R・５_G
・５_Bは、光束合成プリズム６に液晶表示素子４_R・４
_G・４_Bを先に貼着した後、貼着してもよい。この場
合、フィールドレンズ５_R・５_G・５_Bは液晶表示素子
４_R・４_G・４_Bの前面に設けられる。

【００３８】光束合成プリズム６は、紙面奥行き方向に
高さを有する柱状立体であり、二等辺三角プリズム１１
と第１および第２平行四辺形プリズムである２個の平行
四辺形プリズム１２・１３とを光学接着剤にて貼着する
ことにより形成されている。二等辺三角プリズム１１
は、底面が二等辺三角形の三角柱状をなし、平行四辺形
プリズム１２・１３は底面が平行四辺形で互いに同形状
の四角柱状をなしている。二等辺三角プリズム１１と平
行四辺形プリズム１２とは、二等辺三角プリズム１１を
光源部１５側として光軸方向に並び、平行四辺形プリズ
ム１３は平行四辺形プリズム１２に対して下方に並んで
いる。二等辺三角プリズム１１と平行四辺形プリズム１
２との接合面には、青の光のみを反射する第１ダイクロ
イックミラーとしてのダイクロイックミラー面１４_Bが
形成され、平行四辺形プリズム１２と平行四辺形プリズ
ム１３との接合面には、緑の光のみ反射する第２ダイク
ロイックミラーとしてのダイクロイックミラー面１４_G
が形成されている。また、平行四辺形プリズム１３にお
けるダイクロイックミラー面１４_Gとの対向面には、波
長選択性がなく、光を全反射するミラー面１４_Mが形成
されている。同形状をなす平行四辺形プリズム１２と平
行四辺形プリズム１３とはダイクロイックミラー面１４
_Gに関して対称となるように接合されており、上記ダイ
クロイックミラー面１４_B・１４_Gおよびミラー面１４
_Mは、ダイクロイックミラー３_R・３_Bと平行になって
いる。

【００３９】そして、上記液晶表示素子４_Rおよびフィ
ールドレンズ５_Rは、二等辺三角プリズム１１における
ミラー３_M側の面に設けられ、液晶表示素子４_Bおよび
５_Bは光束合成プリズム６におけるダイクロイックミラ
ー３_B側の面に設けられ、液晶表示素子４_Gおよびフィ
ールドレンズ５_Gは、平行四辺形プリズム１３における
ダイクロイックミラー３_B側の面に設けられている。

【００４０】ここで、本装置が床面１０上に配置される
場合、投影レンズ８にて拡大された投影像がスクリーン
９から下方にはみ出して床面１０に写しだされることが
ないように、投影レンズ８の光軸の位置は、液晶表示素
子４_R・４_G・４_Bにおける表示エリアの中心よりも高
く設定されている。従って、画像は床面１０よりも上方
に拡大投影される。

【００４１】また、液晶表示素子４_R・４_G・４_Bは、
その最適視角方向が画像表示面の法線方向から外れてお
り、照明光に対して液晶表示素子４_R・４_G・４_Bを最
適視角の側に傾けると画像のコントラスト比を向上する
ことができる。そこで、光源部１５より出射される平行
光束の光軸（主光線）は、床面１０に対して仰角θ（θ
＞０°）を有するように設定され、かつ上記仰角θが液
晶表示素子４_R・４_G・４_Bの最適視角に設定されてい
る。

【００４２】但し、この場合でも、液晶表示素子４_R・
４_G・４_Bにおける表示面の法線、投影レンズ８の光
軸、およびスクリーン９の法線を互い平行となるように
設定しないと、投影画像が台形に歪むキーストーン歪み
が生じることになる。尚、スクリーン９は床面１０に対
して垂直である。このようなことから、上記の仰角θ
は、液晶表示素子４_R・４_G・４_Bの最適視角方向と表
示面法線とのなす角θと一致し、光束合成プリズム６の
詳細形状は下記のようになっている。

【００４３】光束合成プリズム６は、その分解図である
図２に示すように、前記液晶表示素子４_Rおよびフィー
ルドレンズ５_Rが設けられた面ＡＢ、即ち入射面６ａ
が、床面１０に対して垂直である。また、光学系が仰角
θを有するので、同図中に示す角度α・β・γ・δは以
下の式で表される。尚、これら角度α・β・γ・δは、
それぞれ、二等辺三角形あるいは平行四辺形となる条件
から導き出されるものである。

【００４４】α＝９０°＋θ β＝４５°−（１／２）θ γ＝β＝４５°−（１／２）θ δ＝１３５°＋（１／２）θ 二等辺三角プリズム１１のＢＣと平行四辺形プリズム１
２のＤＥとは長さが等しく、これらの辺を含む同形状の
四辺形の面同士が接合されている。また、β＋δ＝１８
０°であるから、二等辺三角プリズム１１と平行四辺形
プリズム１２との接合後、面ＡＣと面ＤＧとは一つの平
面となる。また、プリズム１１〜１３を接合すると、二
等辺三角プリズム１１の面ＡＢと平行四辺形プリズム１
３の面ＨＩとが平行になる。平行四辺形プリズム１２の
面ＦＥ、即ち入射面６ｂは床面１０に対して平行ではな
いものの、面ＤＥ、即ちダイクロイックミラー面１４_B
で反射されて生じる虚像は、面ＡＢに設けられた液晶表
示素子４_Rにより形成された像と一致する。同様に、面
ＨＩ、即ち入射面６ｃに設けられた液晶表示素子４_Gに
より形成され、面ＫＨ、即ちダイクロイックミラー面１
４_Gに反射されて生じる虚像も面ＡＢに設けられた液晶
表示素子４_Rにより形成された像と一致する。

【００４５】偏光板７は、光束合成プリズム６と投影レ
ンズ８との間に設けられている。尚、偏光板７は、３枚
ずつ設けられている各液晶表示素子４_R・４_G・４_Bと
フィールドレンズ５_R・５_G・５_Bとの間にそれぞれ挟
み込まれてもよい。ただし、この場合には、偏光板７が
光を吸収して発熱し、この熱により液晶表示素子４_R・
４_G・４_Bの特性が変化する虞がある。従って、この構
成を採用するには、偏光板７を十分に冷却可能であるこ
とが条件となる。そこで、本投射型カラー画像表示装置
においては、１枚のみの偏光板７を、光束合成プリズム
６からの光の出射側であって、赤・緑・青の光束が合成
された後の位置に設け、液晶表示素子４_R・４_G・４_B
に発熱の影響を与えないようにしている。そして、この
ような構成の方が、偏光板７が１枚ですむので、低コス
トにて装置を構成することができる。

【００４６】また、液晶表示素子４_R・４_G・４_Bと光
束合成プリズム６との間には、フィールドレンズ５_R・
５_G・５_Bの他、図示しないが必要に応じて放熱材、吸
熱材、緩衝材あるいは１／２波長板等が挟装される。

【００４７】上記放熱材、吸熱材および緩衝材は、何れ
も上記のように偏光板７が液晶表示素子４_R・４_G・４
_Bと光束合成プリズム６との間に挟装された場合に設け
られる。即ち、放熱材および吸熱材は、偏光板７の発熱
を逃がして液晶表示素子４_R・４_G・４_Bの温度上昇を
防いだり、熱膨張による応力発生を抑制する目的で設け
られる。緩衝材は、光束合成プリズム６と液晶表示素子
４_R・４_G・４_Bとの間、もしくはこれらと他の光学部
品との間において熱膨張率の差が大きい場合に、この差
による変形量を吸収する目的で設けられる。これら放熱
材、吸熱材および緩衝材としては、光学的に透明で、液
晶表示素子４_R・４_G・４_Bと光束合成プリズム６との
中間の熱膨張率のものを適宜選択すればよい。

【００４８】１／２波長板は、投射型カラー画像表示装
置の色再現性を高めるのに使用される。即ち、一般にダ
イクロイックミラーは、光の反射面に対し、ｓまたはｐ
成分のどちらかに限った場合の波長選択性が急峻になる
ので、本装置においてもこの１／２波長板を有効に使用
することができる。図１に示す本装置においては、ダイ
クロイックミラー３_R・３_Bおよびダイクロイックミラ
ー面１４_G・１４_Bのｐ波またはｓ波の偏波面が紙面に
対し垂直方向または水平方向である。一方、液晶表示素
子４_R・４_G・４_Bに使用する偏光板は、これらに対し
４５°傾いた方向を偏光軸として有するので、液晶表示
素子４_R・４_G・４_Bの前後どちらか、あるいは前後両
側に、出射光の偏光面がダイクロイックミラーに対する
Ｐ波またはＳ波となるように１／２波長板の主軸方向を
定めて配置する。

【００４９】上記光束合成プリズム６と液晶表示素子４
_R・４_G・４_B、さらにこれら両者間に配される上記の
光学部品は、熱膨張率が等しくなるか、あるいはその差
が小さくなるように、各々の材質が選択されることが好
ましい。また、これら各部品を貼着して固定するための
光学接着材としては、硬化後にある程度の柔軟性を有す
るものを使用すれば、温度上昇時の応力による部品同士
の剥がれ等の発生を抑制することができる。

【００５０】また、液晶表示素子４_R・４_G・４_Bにつ
いては、光束合成プリズム６の出射側において３原色の
各画像が正確に重なり合うように、光束合成プリズム６
に対する取り付け位置の調整がされている。

【００５１】投影レンズ８は、できるだけ短い距離で大
画面が得られるように、レトロフォーカスタイプと呼ば
れ、複数個のレンズの組み合わせにより形成されたもの
であり、レンズの主点がレンズ系から飛び出したものと
なっている。尚、投影レンズ８としては、通常のスライ
ド映写機の投影レンズや写真機のレンズと同じ構成のも
のを使用することができる。さらに、投影レンズ８とし
ては、複数のレンズ群から構成され、それらの相対位置
を変化させることにより、投影レンズ８全体の合成焦点
距離が変化するようなズームレンズを使用することもで
きる。

【００５２】このような投影レンズ８に入射する光は屈
折率ｎが１より大きい光束合成プリズム６を通る。従っ
て、光束合成プリズム６内の光路長をＬとすると、各液
晶表示素子４_R・４_G・４_Bから投影レンズ８までの光
路長は、空気中に換算した場合、（１−１／ｎ）Ｌで表
される距離だけ短縮される。これにより、投影レンズ８
の小型化および製造コストの低下が可能となる。また、
液晶表示素子４_R・４_G・４_Bを通過した後の光の広が
り角は、この光が光束合成プリズム６を通ることにより
抑制される。従って、投影像を高輝度化する目的で、マ
イクロレンズアレイを液晶表示素子４_R・４_G・４_Bに
適用した場合であっても、投影レンズ８のＦ値を小さく
してＮＡを大きくしなければならないといった投影レン
ズ８についての条件が緩和される。また、従来例と同様
に、ダイクロイックミラーによる赤・緑・青の色分離、
合成の順番は、図１の構成に限らず、適宜配置を入れ換
えることも可能である。

【００５３】上記の構成において、光源部１５から出射
された光束のうち、赤の光はダイクロイックミラー３_R
により上方へ反射され、さらにミラー３_Mに反射され
て、偏光板（図示せず）を通過後、液晶表示素子４_Rに
入射する。また、ダイクロイックミラー３_Rを透過した
光のうち、青の光はダイクロイックミラー３_Bにより上
方へ反射され、偏光板（図示せず）を通過後、液晶表示
素子４_Bに入射する。また、ダイクロイックミラー３_B
を透過した緑の光は、そのまま直進し、偏光板（図示せ
ず）を通過後、液晶表示素子４_Gに入射する。このよう
に、光源部１５から出射された白色の光束は、３原色の
成分に分離され、各々対応する液晶表示素子４_R・４_G
・４_Bへ入射することにより、各液晶表示素子４_R・４
_G・４_Bに各３原色の画像が個別に表示される。

【００５４】次に、液晶表示素子４_Rに表示された赤の
画像の光束は、光束合成プリズム６に入射し、投影レン
ズ８方向へ直進する一方、液晶表示素子４_Bに表示され
た青の画像の光束は、光束合成プリズム６内に入射し、
ダイクロイックミラー面１４_Bで反射された後、上記赤
の画像の光束と同一の光路を進行する。これにより、青
の画像が上記赤の画像と合成される。また、液晶表示素
子４_Gに表示された緑の画像の光束は、光束合成プリズ
ム６に入射してミラー面１４_Mで反射され、さらにダイ
クロイックミラー面１４_Gで反射された後、上記赤およ
び青の画像の光束と同一の光路を進行する。これによ
り、緑の画像が先に合成されている赤および青の画像と
合成され、カラー画像が得られる。光束合成プリズム６
にて合成されたカラー画像は、実際には液晶表示素子４
_R・４_G・４_Bにより偏光の変調を受けただけであるの
で、検光子の働きをする偏光板７を通過させた後、投影
レンズ８に入射させる。このカラー画像は投影レンズ８
にて拡大された後、スクリーン９上に表示される。

【００５５】上記のように、本実施例の３板式の投射型
カラー画像表示装置では、光束合成プリズム６の出射側
で３原色の各画像が正確に重なり合うように、光束合成
プリズム６に対する液晶表示素子４_R・４_G・４_Bの取
り付け位置が調整された状態で、液晶表示素子４_R・４
_G・４_Bを光束合成プリズム６に固定する。従って、液
晶表示素子４_R・４_G・４_Bの位置調整機構が不要とな
り、投射型カラー画像表示装置は、部品点数が減少し、
小型化が可能となる。

【００５６】〔実施例２〕本発明の他の実施例を図３お
よび図４に基づいて、以下に説明する。尚、説明の便宜
上、前記の実施例に示した部材と同一の機能を有する部
材には同一の符号を付記し、その説明を省略する。

【００５７】本実施例の投射型カラー画像表示装置は、
前記実施例１の投射型カラー画像表示装置の構成を上下
逆転させたものとなっている。但し、光束合成プリズム
２１については、光源部１５からの平行光束の光軸が、
実施例１の構成と同様、床面１０に対して上向きの仰角
θを有するものとするため、前記光束合成プリズム６と
は異なる形状のものとなっている。その他の構成は、実
施例１の投射型カラー画像表示装置と同様である。

【００５８】上記光束合成プリズム２１は、光束合成プ
リズム６の二等辺三角プリズム１１に対応する二等辺三
角プリズム３１、平行四辺形プリズム１２に対応する平
行四辺形プリズム３２、および平行四辺形プリズム１３
に対応する平行四辺形プリズム３３を備えている。ま
た、光束合成プリズム２１の入射面２１ａ〜２１ｃは前
記光束合成プリズム６の入射面６ａ〜６ｃに対応するも
のである。これらプリズム３１〜３３は、上記仰角θに
ついての条件を満たすため、プリズム１１〜１３の角度
α・β・γ・δに対応する角度α´・β´・γ´・δ´
が、下記のように設定されている。

【００５９】α´＝９０°−θ β´＝４５°＋（１／２）θ γ´＝β´＝４５°＋（１／２）θ δ´＝１３５°−（１／２）θ 前記実施例１の構成では、ダイクロイックミラー３_R・
３_Bおよび光束合成プリズム６内のダイクロイックミラ
ー面１４_G・１４_Bへの光の入射角は、各ミラーの面の
法線に対し、４５°よりも大きくなっている。一方、本
実施例２の構成では、上記入射角が４５°よりも小さく
なっており、ダイクロイックミラー３_R・３_Bおよびダ
イクロイックミラー面１４_G・１４_Bでの色分離の性能
面において、有利な場合もある。その他の機能について
は、実施例１の投射型カラー画像表示装置と同様であ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の発明の
投射型カラー画像表示装置は、請求項１の発明の投射型
カラー画像表示装置は、１個の白色光源の光を略平行な
光束にして出射する光源部と、この光源部から得られる
白色光束を、赤・緑・青の３原色の光束に分離して色合
成光学系に入射させる色分離光学系と、この色分離光学
系により得られた上記３原色の光束に個々に対応して設
けられ、各色の光束を、その色の画像信号に応じて変調
し、これにより得られた画像を表示する３枚のマトリク
ス型液晶表示素子と、これら各マトリクス型液晶表示素
子に表示された３原色の画像を光学的に重ね合わせる色
合成光学系と、この色合成光学系により得られた光束を
１本の投影レンズによりスクリーンに投影する投影型カ
ラー画像表示装置において、上記光源部から投影レンズ
までの光学系の主光線と、上記マトリクス型液晶表示素
子の面法線とのなす角がマトリクス型液晶表示素子の最
適視角θに等しく、上記の色合成光学系は、上記マトリ
クス型液晶表示素子の最適視角θに対し、頂角が９０°
＋θまたは９０°−θの二等辺三角形を底面とする三角
柱状の二等辺三角プリズムと、上記二等辺三角形の底角
と等しい頂角を有し、一辺が上記二等辺三角形の底辺と
等しい長さの平行四辺形を底面とする四角柱状をなす、
互いに同形状の第１および第２平行四辺形プリズムとの
合計３個のプリズムを備え、これら３個のプリズムが、
上記等しい長さの辺を含む同形状の四角形の面同士で接
合され、かつ第１および第２平行四辺形プリズムが上記
同形状の面に関し対称となるように接合され、二等辺三
角プリズムを上記光源部側として、この二等辺三角プリ
ズムと第１平行四辺形プリズムとが上記主光線の方向に
並び、かつ第１平行四辺形プリズムに対し第２平行四辺
形プリズムが上下方向に並ぶように配され、第１平行四
辺形プリズムと二等辺三角プリズムとの接合面に第１ダ
イクロイックミラーが形成され、第１平行四辺形プリズ
ムと第２平行四辺形プリズムとの接合面に第２ダイクロ
イックミラーが形成され、第２平行四辺形プリズムにお
ける第２ダイクロイックミラーとの対向面に波長選択性
のないミラーが形成され、それぞれ上記光源部側に位置
する、二等辺三角プリズムにおける二等辺三角形の斜辺
を含む１面、この面と交差状に隣接する第１平行四辺形
プリズムの面、およびこの面と交差状に隣接する第２平
行四辺形プリズムの面が、３原色の光束の個別の入射面
となり、これら入射面が投影レンズから等距離の位置に
設定され、第１ダイクロイックミラーは、第１平行四辺
形プリズムの入射面から入射した所定色の光のみを反射
するものであり、第２ダイクロイックミラーは、第２平
行四辺形プリズムの入射面から入射した所定色の光のみ
を反射するものであり、上記各マトリクス型液晶表示素
子は、色合成光学系の出射側において３原色の各画像が
正確に重なり合うように取り付け位置が調整された状態
で、それぞれ色合成光学系の上記個別の入射面に固定さ
れている構成である。

【００６１】これにより、本投射型カラー画像表示装置
は、マトリクス型液晶表示素子の位置調整機構が不要と
なり、部品点数が減少し、小型化が可能であるという効
果を奏する。

【００６２】請求項２の発明の投射型カラー画像表示装
置は、請求項１の発明の投射型カラー画像表示装置にお
いて、上記液晶表示素子の出射側偏光板が、上記色合成
光学系からの光束の出射側位置に配置されている構成で
ある。

【００６３】これにより、請求項１の発明の効果に加
え、偏光板の発熱により液晶表示素子の特性が変化し、
表示画像に影響する事態を回避し得るととも、偏光板の
必要な枚数が減少して、装置のコストダウンを図り得る
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における投射型カラー画像表
示装置の要部の構成を示す概略の正面図である。

【図２】図１に示した光束合成プリズムの分解図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例における投射型カラー画像
表示装置の要部の構成を示す概略の正面図である。

【図４】図３に示した光束合成プリズムの分解図であ
る。

【図５】従来の投射型カラー画像表示装置の要部の構成
を示す概略の正面図である。

【図６】他の従来の投射型カラー画像表示装置の要部の
構成を示す概略の正面図である。

【図７】クロスダイクロイックプリズムを使用した従来
の投射型カラー画像表示装置の要部の構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１白色光源（光源部）２放物面鏡（光源部）３_R ダイクロイックミラー（色分離光学系）３_B ダイクロイックミラー（色分離光学系）３_M ミラー（色分離光学系）４_R 液晶表示素子４_G 液晶表示素子４_B 液晶表示素子６光束合成プリズム（色合成光学系）６ａ〜６ｃ入射面７偏光板（出射側偏光板）８投影レンズ９スクリーン１０床面１１二等辺三角プリズム１２平行四辺形プリズム（第１平行四辺形プリズ
ム）１３平行四辺形プリズム（第２平行四辺形プリズ
ム）１４_G ダイクロイックミラー面（第２ダイクロイック
ミラー）１４_B ダイクロイックミラー面（第１ダイクロイック
ミラー）１４_M ミラー面（波長選択性のないミラー）１５光源部２１光束合成プリズム 21a 〜21c 入射面 θ 主光線の仰角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１個の白色光源の光を略平行な光束にして
出射する光源部と、この光源部から得られる白色光束を、赤・緑・青の３原
色の光束に分離して色合成光学系に入射させる色分離光
学系と、この色分離光学系により得られた上記３原色の光束に個
々に対応して設けられ、各色の光束を、その色の画像信
号に応じて変調し、これにより得られた画像を表示する
３枚のマトリクス型液晶表示素子と、これら各マトリクス型液晶表示素子に表示された３原色
の画像を光学的に重ね合わせる色合成光学系と、この色合成光学系により得られた光束を１本の投影レン
ズによりスクリーンに投影する投影型カラー画像表示装
置において、上記光源部から投影レンズまでの光学系の主光線と、上
記マトリクス型液晶表示素子の面法線とのなす角がマト
リクス型液晶表示素子の最適視角θに等しく、上記の色
合成光学系は、上記マトリクス型液晶表示素子の最適視
角θに対し、頂角が９０°＋θまたは９０°−θの二等
辺三角形を底面とする三角柱状の二等辺三角プリズム
と、上記二等辺三角形の底角と等しい頂角を有し、一辺
が上記二等辺三角形の底辺と等しい長さの平行四辺形を
底面とする四角柱状をなす、互いに同形状の第１および
第２平行四辺形プリズムとの合計３個のプリズムを備
え、これら３個のプリズムが、上記等しい長さの辺を含
む同形状の四角形の面同士で接合され、かつ第１および
第２平行四辺形プリズムが上記同形状の面に関し対称と
なるように接合され、二等辺三角プリズムを上記光源部
側として、この二等辺三角プリズムと第１平行四辺形プ
リズムとが上記主光線の方向に並び、かつ第１平行四辺
形プリズムに対し第２平行四辺形プリズムが上下方向に
並ぶように配され、第１平行四辺形プリズムと二等辺三
角プリズムとの接合面に第１ダイクロイックミラーが形
成され、第１平行四辺形プリズムと第２平行四辺形プリ
ズムとの接合面に第２ダイクロイックミラーが形成さ
れ、第２平行四辺形プリズムにおける第２ダイクロイッ
クミラーとの対向面に波長選択性のないミラーが形成さ
れ、それぞれ上記光源部側に位置する、二等辺三角プリ
ズムにおける二等辺三角形の斜辺を含む１面、この面と
交差状に隣接する第１平行四辺形プリズムの面、および
この面と交差状に隣接する第２平行四辺形プリズムの面
が、３原色の光束の個別の入射面となり、これら入射面
が投影レンズから等距離の位置に設定され、第１ダイク
ロイックミラーは、第１平行四辺形プリズムの入射面か
ら入射した所定色の光のみを反射するものであり、第２
ダイクロイックミラーは、第２平行四辺形プリズムの入
射面から入射した所定色の光のみを反射するものであ
り、上記各マトリクス型液晶表示素子は、色合成光学系の出
射側において３原色の各画像が正確に重なり合うように
取り付け位置が調整された状態で、それぞれ色合成光学
系の上記個別の入射面に固定されていることを特徴とす
る投射型カラー画像表示装置。
【請求項２】上記液晶表示素子の出射側偏光板が、上記
色合成光学系からの光束の出射側位置に配置されている
ことを特徴する請求項１に記載の投射型カラー画像表示
装置。