JPH09318907A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロスダイクロイックプリズムを色光合成手
段として用いた投写型表示装置において、クロスダイク
ロイックプリズムの構造上の問題に起因する表示状態の
悪化を防止し、高品位な映像を投写表示できる投写型表
示装置を実現すること。 【解決手段】 光源１００から出射された光は、ダイク
ロイックミラー４０１、４０２によってＲ、Ｇ、Ｂ３色
の光束に分離され、それぞれ液晶パネル４１１、４１
２、４１３によって変調される。変調された光はクロス
ダイクロイックプリズム４１１によって合成された後、
投写レンズ４６０を介してスクリーン４７０上に投写さ
れる。光源部１００とダイクロイックミラーとの間には
回折格子４８０が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶パネルなどの変
調手段により形成された表示画像をスクリーン上に投写
表示する投写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変調手段として３枚の液晶パネルを用い
た投写型表示装置（３板式の投写型表示装置）の代表的
な構成例を図１１に示す。３板式の投写型表示装置９０
０においては、光源部１００からの光を波長選択性のあ
る２枚のダイクロイックミラー４０１、４０２（色光分
離手段）により赤光、緑光、青光の３原色の光束に分離
した後、それぞれの色光に対応した液晶パネル４１１、
４１２、４１３（変調手段）に照射し、それぞれの液晶
パネルを透過してきた光をクロスダイクロイックプリズ
ム４５０（色光合成手段）により合成して、投写レンズ
４６０（投写光学系）によりスクリーン４７０上に投写
表示する構成がとられている。

【０００３】ここで、色光合成手段として用いるクロス
ダイクロイックプリズム４５０は、ダイクロイック膜が
形成されたプリズムをＸ字状に配置して構成されてい
る。３板式の投写型表示装置の色光合成手段としては、
上記のクロスダイクロイックプリズムに代えて、２枚の
ダイクロイックミラーを平行配置状態で用いた構成によ
っても実現できるが、クロスダイクロイックプリズムを
用いた構成では、２枚のダイクロイックミラーを用いた
構成に比べて、液晶パネルと投写レンズとの間の距離を
短くできるため、大口径の投写レンズを用いなくとも、
明るい投写映像が得られる投写型表示装置を実現しやす
いという特徴がある。そのため、投写型表示装置におけ
る色光合成手段としては、クロスダイクロイックプリズ
ムを用いる場合が多い。

【０００４】ところで、小型の液晶パネルを用いた投写
型表示装置において、より明るい投写映像を得るために
は、アーク長の短いランプを光源に用いて、小型の液晶
パネルを効率よく照明することが重要となる。なぜな
ら、ランプのアーク長が短くなる程、集光性を高めるこ
とができるためである。従って、近年、アーク長が極め
て短いランプを搭載した投写型表示装置が開発されつつ
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、色光
合成手段としてクロスダイクロイックプリズムを用いた
投写型表示装置では、明るい投写映像を得やすいという
優れた特徴がある反面、クロスダイクロイックプリズム
に起因する問題点が存在する。

【０００６】クロスダイクロイックプリズムの一般的な
平面構造を模式的に図１０に示す。図１０に示すよう
に、クロスダイクロイックプリズム４５０は波長選択性
のあるダイクロイック膜４５２が形成されたプリズム４
５１をＸ字状に配置し、それら４個のプリズム４５１を
プリズムと屈折率がほぼ等しい光学接着剤４５３で一体
化することにより形成されている。この時、光学接着剤
の厚みは約数１０μｍあるため、クロスダイクロイック
プリズムの中央部、即ちダイクロイック膜がＸ字状に交
差する部分４５４では、ダイクロイック膜が繋がらない
不連続な状態となる。この結果、ダイクロイック膜によ
り反射され本来投写レンズに向かうはずの光がこの部分
（ダイクロイック膜がＸ字状に交差する部分４５４）に
入射した場合には、ダイクロイック膜が存在しないため
投写レンズの方向には反射されないことになる（但し、
緑色光はダイクロイック膜で反射されないため投写レン
ズに入射する）。また、４個のプリズムがＸ字状に密着
するそれぞれのプリズムの稜線部分は、プリズムの機械
的な加工精度上の限界から、完全な直角形状とはなって
おらず、平滑性の悪い表面状態を有する極幅の狭い角面
４５５となっている（図１０では、この部分を誇張して
描いてある）。この結果、この部分（極幅の狭い角面４
５５）に入射した光は角面４５５の部分で散乱され、や
はり投写レンズの方向には向かわないこととなる。即
ち、クロスダイクロイックプリズムの中央部には一方向
（この一方向は、投写画面の長手方向を横方向とした場
合、横方向とは直角に交差する縦方向に相当するため、
以下では縦方向と記す。）に細長く延びる光学的に不均
質な領域４５６（図１０では紙面に対して垂直な方向に
存在する）が存在し、この領域は局部的に光が通り難い
領域であるため、この光学的に不均質な領域４５６を通
過する光は、これ以外の領域を通過する光に比べて、そ
の光量が減少することになる。

【０００７】従って、クロスダイクロイックプリズムを
色光合成手段として用いた投写型表示装置では、クロス
ダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い
影（局部的に明るさが低下した領域）が投写画面の中央
部に縦方向に生じ、視覚的に非常に目障りなものとな
り、投写映像の表示品位を低下させる大きな要因の一つ
となっていた。この暗い影の程度（暗い影の部分の明る
さがその周辺の明るさよりも減少する度合い）は、光源
に用いるランプのアーク長と強い相関関係がある。その
理由は、アーク長が短くなる程、光源から出射される光
の平行性と集光性が高まり、その結果、クロスダイクロ
イックプリズムの中央部に存在する光学的に不均質な領
域を通過する光束の割合が増大するためである。従っ
て、アーク長の長いランプを光源に用いた場合には、暗
い影はそれほど目立たず大きな問題とはならないが、近
年のように、より明るい投写映像を得るためにアーク長
が極めて短いランプを光源に用いた場合には、この暗い
影の存在が非常に目立ち、投写映像の表示品位を低下さ
せるという重大な問題を引き起こしていた。

【０００８】以上のような点に鑑みて、本発明の課題
は、変調手段により変調された複数の光束を１つに合成
するための、多層膜をＸ字状に交差させて構成した色光
合成手段を用いた投写型表示装置において、クロスダイ
クロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い影を
目立たなくし、視覚的な障害のない高品位の映像を投写
表示できる投写型表示装置を実現することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、 １）本発明の第１の投写型表示装置は、光源と、前記光
源からの光束を３色の光束に分離する色光分離手段と、
前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束
を変調する３つの変調手段と、前記光源と前記変調手段
との間の光路上に配置された回折格子と、前記それぞれ
の変調手段により変調された複数の光束を１つに合成す
る多層膜をＸ字状に交差させた色光合成手段と、前記色
光合成手段により合成された光束を投写する投写光学系
と、を有することを特徴とする。

【００１０】上記の構成を採用することにより、先に説
明した問題点を解決することができる。即ち、クロスダ
イクロイックプリズムを色光合成手段として用いた投写
型表示装置において、あるいは同時にアーク長が極めて
短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を光源と
変調手段との間の光路上に配置することにより、クロス
ダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因する暗い
影の発生を防止し、視覚的な障害のない高品位の映像を
投写表示できる効果がある。

【００１１】クロスダイクロイックプリズムに入射した
光束を、クロスダイクロイックプリズムの中央部に存在
する光学的に不均質な（局部的に光が通り難い）領域を
避けながら、クロスダイクロイックプリズムから出射さ
せると共に、その光束を投写レンズの入射瞳内に導くこ
とができれば、クロスダイクロイックプリズムの構造上
の問題に起因する暗い影の発生を防止することができ
る。そのためには、クロスダイクロイックプリズムに入
射する光束を、ある特定の角度成分を有する複数の光束
（つまり、光束全体としてはある広がり角Ｔの中に、特
定の回折角を伴った幾つかの光束が分散している状態に
ある）に変換することが必要であり、そのような光束の
変換は回折格子を用いることにより実現することができ
る。

【００１２】ここで、上記の構成に用いる回折格子につ
いて説明する。回折格子は、その表面、或いは内部に形
成された規則的な構造体により、回折格子を通過する光
に干渉現象を生じさせ、ある特定の方向に光を出射させ
る作用（回折効果）を有する。図７は、一般的な回折格
子を通過した光の回折状態を模式的に示したもので、回
折格子に入射した光２０は、入射方向に沿ってそのまま
回折格子から出射される０次光２１と、入射方向に対し
てある出射角度θを伴って出射される高次光に分かれ、
更に高次光は、出射角度θの大きさにより＋１次光２
２、−１次光２３、＋２次光２４、−２次光２５、・・
・に分けられる（図７では、±３次以上の高次光の記載
は省略してある）。この時、光を出射させる方向や光の
強度は、回折格子に入射する光の波長、回折格子の表
面、或いは内部に形成された周期的な構造体の大きさや
形状により決まる。例えば、０次光を発生させずに、高
次光のみを発生できる回折格子とすることも可能であ
る。

【００１３】従って、上記の構成によれば、回折格子の
回折効果を利用して、クロスダイクロイックプリズムに
入射する光束を、ある特定の角度成分を有する複数の光
束に変換し、クロスダイクロイックプリズムの中央部に
存在する光学的に不均質な領域４５６に光束が集中する
ことを避けながら、それらの光束を投写レンズの入射瞳
内に導いているため、投写画面の中央部に暗い影は殆ど
発生せず、高品位の映像を投写表示することができる。
この時、回折格子を出射する光束の出射角度を適当に設
定することにより、回折格子を出射した光束のすべてを
投写レンズの入射瞳内に導くように構成することができ
る。その結果、回折格子を用いることによる光損失をほ
とんど生じることなく、暗い影の発生のみを効果的に防
止することができる。特に、平行性の高い光束を出射す
るアーク長が極めて短いランプを光源に用いた場合に
は、光束の集光性が高いためクロスダイクロイックプリ
ズムの中央部に存在する光学的に不均質な領域に光束が
集中する傾向が大きいが、その様な場合にも、光源と変
調手段の間の光路上に回折格子を配置した上記の構成を
採用することにより、クロスダイクロイックプリズムに
入射する光束を分散させ、暗い影の発生を効果的に防止
し、高品位の映像を投写表示することができる。

【００１４】尚、回折格子は、光源と変調手段との間の
光路上であればどの位置に配置しても良いが、回折格子
と投写レンズとの間の距離に応じて、回折格子による光
束の広がり角Ｔを調整し、変調手段を通過した光束がす
べて投写レンズの入射瞳に入射するように、回折格子を
設定する必要がある。

【００１５】２）前記第１の投写型表示装置において、
前記３つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射す
る側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴と
する。

【００１６】前項１）で述べたように、回折格子は光源
と変調手段の間の光路上であればどの位置に配置しても
よいが、特に上記の構成のように、３つの回折格子を、
それぞれの変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側
の位置に配置した場合には、回折格子と投写レンズとの
間の距離が短くなるため、回折格子による光束の広がり
角Ｔを大きく設定でき、クロスダイクロイックプリズム
の中央部に存在する光学的に不均質な領域に光束が集中
する状態をより効果的に回避できる。従って、投写画面
の中央部に生じる暗い影の発生をより効果的に防止する
ことができる。

【００１７】また、回折格子による光束の広がり角Ｔ
は、回折格子に入射する光束の波長により変化する。従
って、上記の構成を採用することにより、それぞれの変
調手段に入射する光束の波長に合わせて、それぞれの回
折格子を最適化することができるため、暗い影の発生を
いっそう効果的に防止することができる。

【００１８】３）前記第１の投写型表示装置において、
回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴とす
る。

【００１９】暗い影の発生原因となる光学的に不均質な
領域は、クロスダイクロイックプリズムの中央部におい
て一方向（一般的には縦方向）に細長く延びた領域とし
て存在するため、回折格子により入射する光束を拡げて
分散させる方向は、光学的に不均質な領域が存在する方
向とは直角に交差する一方向（クロスダイクロイックプ
リズム中に存在する光学的に不均質な領域の存在方向が
縦方向とすれば、回折格子により光束を拡げる方向は横
方向となる）に設定すればよい。従って、用いる回折格
子としては、光の回折方向が１次元方向である１次元型
が最適である。

【００２０】４）前記第１の投写型表示装置において、
回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴と
する。

【００２１】上記の回折格子の断面形状の一例を図８に
示す。図８から判るように、この形式の回折格子は、回
折格子１１の表面に形成された規則的な凹凸形状１２に
より回折効果を生じさせるものである。この形式の回折
格子では、表面に存在する凹凸形状のために回折格子の
表面において多少の光損失を生じやすいという欠点はあ
るものの、レプリカ（複製物）の作製が非常に容易であ
るという優れた特徴を有する。従って、この形式の回折
格子を用いた場合には、回折格子を低コストで作製でき
るため、光学系の低コスト化を実現できる特徴がある。

【００２２】５）前記第１の投写型表示装置において、
回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とす
る。

【００２３】上記の回折格子の断面形状の一例を図９に
示す。図９から判るように、この形式の回折格子は、回
折格子１３の内部に形成された規則的な屈折率分布１４
により回折効果を生じさせるものである。この形式の回
折格子では、回折格子の表面が平面形状を成しているた
め回折格子の表面における光損失が極めて少ないこと、
さらに、高い回折効率を得られることが特徴である。従
って、この形式の回折格子を用いた場合には、投写画面
の中央部に生じる暗い影の発生を効果的に防止できると
共に、その場合の光損失を極めて少なくすることができ
る。

【００２４】６）本発明の第２の投写型表示装置は、光
源と、前記光源から出射される光束を集光し、互いに空
間的に分離された複数の中間光束に変換する第１の光学
要素と、前記中間光束が収束する位置の付近に配置され
た第２の光学要素と、前記第２の光学要素から出射され
た光束を３色の光束に分離する色光分離手段と、前記色
光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束を変調
する３つの変調手段と、前記それぞれの変調手段により
変調された複数の光束を合成する色光合成手段と、前記
色光合成手段により合成された光束を投写する投写手段
とを有し、前記第２の光学要素は、前記中間光束のそれ
ぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する偏
光光束分離手段と、前記Ｐ偏光光束、Ｓ偏光光束のうち
いずれか一方の偏光方向を他方の偏光光束の偏光方向と
揃える偏光方向変換手段とを有する偏光発生装置と、前
記偏光発生装置の出射面の側に配置され、それぞれの中
間光束を重畳結合させる重畳結合手段とを有し、前記光
源と前記変調手段の間の光路上に回折格子を配置したこ
とを特徴とする。

【００２５】上記の構成において回折格子を配置しない
場合には、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問
題に起因する暗い影が投写画面の中央部に縦方向に生じ
る。特に、上記の構成では、光束分割レンズがマトリッ
クス状に配列してなる第１の光学要素を採用しているた
め、光束分割レンズが横方向に列ぶ数に応じて暗い影も
複数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は非常
に目立つものとなり、投写映像の品位を大幅に低下させ
ることとなる。

【００２６】従って、上記の構成を採用することによ
り、前記１）項で述べたように、先に説明した問題点を
解決することができる。即ち、クロスダイクロイックプ
リズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置にお
いて、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光
源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間
の光路上に配置することにより、クロスダイクロイック
プリズムの構造上の問題に起因して生じる暗い影の発生
を防止でき、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表
示できる効果がある。

【００２７】特に、上記の構成の場合には、回折格子を
配置しない場合に複数箇所に生じる暗い影の発生をほぼ
完全に防止できるため、視覚的な障害のない高品位の映
像を投写表示できる効果がある。

【００２８】７）前記第２の投写型表示装置において、
前記３つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射す
る側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴と
する。

【００２９】上記の構成を採用することにより、前記
２）項で述べたように、３つの回折格子を、それぞれの
変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側の位置に配
置することにより、回折格子と投写レンズとの間の距離
が短くなるため、回折格子による光束の広がり角Ｔを大
きく設定でき、クロスダイクロイックプリズムの中央部
に存在する光学的に不均質な領域に光束が集中する状態
をより効果的に回避できる。従って、投写画面の中央部
に生じる暗い影の発生をより効果的に防止することがで
きる。

【００３０】また、それぞれの変調手段に入射する光束
の波長に合わせてそれぞれの回折格子を最適化すること
ができるため、暗い影の発生をいっそう効果的に防止す
ることができる。

【００３１】８）前記第２の投写型表示装置において、
回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴とす
る。

【００３２】この場合も、前記３）項と同様に、クロス
ダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不
均質な領域は一方向に細長く延びた領域として存在する
ことから、用いる回折格子としては、光の回折方向が１
次元方向である１次元型のものが最適である。

【００３３】９）前記第２の投写型表示装置において、
回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴と
する。

【００３４】前記４）項と同様に、この形式の回折格子
を用いた場合には、回折格子を低コストで作製すること
ができるため、光学系の低コスト化を実現できる特徴が
ある。

【００３５】１０）前記第２の投写型表示装置におい
て、回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴
とする。

【００３６】前記５）項と同様に、この形式の回折格子
を用いた場合には、投写画面の中央部に生じる暗い影の
発生を効果的に防止できると共に、その場合の光損失を
極めて少なくすることができる。

【００３７】１１）本発明第３の投写型表示装置は、光
源と、前記光源から出射された光束を３色の光束に分離
する色光分離手段と、前記色光分離手段により分離され
たそれぞれの前記光束を変調する３つの変調手段と、前
記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を合
成する色光合成手段と、前記色光合成手段により合成さ
れた光束を投写する投写手段とを有し、前記色光分離手
段及び前記色光合成手段は多層膜をＸ字状に交差させた
ダイクロイックプリズムからなり、前記変調手段は反射
型液晶装置からなり、前記光源と前記変調手段の間の光
路上に回折格子を配置したことを特徴とする。

【００３８】上記の構成において回折格子を配置しない
場合には、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問
題に起因する暗い影が投写画面の中央部に縦方向に生じ
る。特に、上記の構成では、光束分割レンズがマトリッ
クス状に配列してなる第１の光学要素を採用しているた
め、光束分割レンズが横方向に列ぶ数に応じて暗い影も
複数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は非常
に目立つものとなり、投写映像の品位を大幅に低下させ
ることとなる。

【００３９】従って、上記の構成を採用することによ
り、前記１）項で述べたように、先に説明した問題点を
解決することができる。即ち、クロスダイクロイックプ
リズムを色光合成手段として用いた投写型表示装置にお
いて、あるいは同時にアーク長が極めて短いランプを光
源に用いた場合でも、回折格子を光源と変調手段との間
の光路上に配置することにより、クロスダイクロイック
プリズムの構造上の問題に起因して生じる暗い影の発生
を防止でき、視覚的な障害のない高品位の映像を投写表
示できる効果がある。

【００４０】特に、上記の構成の場合には、回折格子を
配置しない場合に複数箇所に生じる暗い影の発生をほぼ
完全に防止できるため、視覚的な障害のない高品位の映
像を投写表示できる効果がある。

【００４１】なお、反射型の液晶装置では、画素電極の
下にスイッチング素子を配置することができるため、素
子を小さくしなくても画素ピッチを小さくすることがで
きる。よって、容易に画素密度を高くすることが可能で
あり、解像度の高い投写画像を得ることができる。

【００４２】さらに、色光分離と色光合成とが同一のダ
イクロイックプリズムで構成できるため、投写型表示装
置を小型化することができ、また、光路長をを短くする
ことにより光の損失を防ぎ、明るい投写画像を得ること
ができる。

【００４３】１２）前記第２の投写型表示装置におい
て、回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴と
する。

【００４４】この場合も、前記３）項と同様に、クロス
ダイクロイックプリズムの中央部に存在する光学的に不
均質な領域は一方向に細長く延びた領域として存在する
ことから、用いる回折格子としては、光の回折方向が１
次元方向である１次元型のものが最適である。

【００４５】１３）前記第２の投写型表示装置におい
て、回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特
徴とする。

【００４６】前記４）項と同様に、この形式の回折格子
を用いた場合には、回折格子を低コストで作製すること
ができるため、光学系の低コスト化を実現できる特徴が
ある。

【００４７】１４）前記第２の投写型表示装置におい
て、回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴
とする。

【００４８】前記５）項と同様に、この形式の回折格子
を用いた場合には、投写画面の中央部に生じる暗い影の
発生を効果的に防止できると共に、その場合の光損失を
極めて少なくすることができる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
各実施例について説明する。尚、以下の実施例において
は、特にことわりのない限り、互いに直交する３つの方
向をＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向とする。

【００５０】（実施例１）図１は、実施例１の投写型表
示装置の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。
本例の投写型表示装置６００は、変調手段として透過型
の液晶パネルを使用したものであり、光源部１００、１
つの回折格子４８０、色光分離手段である２枚のダイク
ロイックミラー４０１、４０２、３原色の光束のそれぞ
れに対応させて配置された３つの液晶パネル４１１、４
１２、４１３、波長選択性のある多層膜をＸ字状に交差
させて構成した色光合成手段であるクロスダイクロイッ
クプリズム４５０、及び合成された光束をスクリーン４
７０上に拡大投写する投写光学系である投写レンズ４６
０とから大略構成されている。

【００５１】光源部１００は、光源ランプ１１０と放物
面リフレクター１２０から大略構成されており、光源ラ
ンプ１１０から放射された光束は、放物面リフレクター
１２０により一方向に反射されて、略平行な光束となっ
て出射される。ここで、放物面リフレクターに代えて、
楕円面リフレクター、球面リフレクターなども用いるこ
とができる。

【００５２】光源部１００の出射側には、先に図８にそ
の断面形状を示した様な表面レリーフ型の回折格子４８
０が設置されている。この回折格子の表面には断面形状
がほぼｓｉｎ波形である規則的な構造が形成されてお
り、その結果、回折格子に入射した光は、そのほとんど
が±１次光、及び±２次光となって出射される。従っ
て、光源部１００から出射された光束は、この回折格子
４８０を通過する際に、光の回折効果によりほぼ４つの
特定の角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをも
った光束に変換される。

【００５３】回折格子４８０を出射した光束は、色光分
離手段により、波長に応じて３つの光束に分離され、そ
れぞれ対応する液晶パネルに達し、それぞれの液晶パネ
ルを照明する。即ち、まず、青色光緑色光反射ダイクロ
イックミラー４０１において、赤色光が透過し、青色光
及び緑色光が反射する。赤色光は、反射ミラー４０３で
反射し、赤色光用液晶パネル４１１に達する。一方、青
色光および緑色光のうち、緑色光は、緑色光反射ダイク
ロイックミラー４０２で反射し、緑色光用液晶パネル４
１２に達する。更に、緑色光反射ダイクロイックミラー
４０２を透過した青色光は２枚の反射ミラー４３５、４
３６を経て、青色光用液晶パネル４１３に達する。

【００５４】ここで、赤色光用液晶パネル４１１、緑色
光用液晶パネル４１２、青色光用液晶パネル４１３は、
それぞれの色光を変調し、各色光に対応した表示情報を
含ませた後に、変調した色光をクロスダイクロイックプ
リズム４５０へ入射し、クロスダイクロイックプリズム
４５０においてそれぞれの変調光束は一つの光束に合成
される。ここで使用するクロスダイクロイックプリズム
４５０は、先に図１０に示したように、その内部に赤色
光反射の誘電体多層膜と青色光反射の誘電体多層膜とを
Ｘ字状に配置したものであり、クロスダイクロイックプ
リズムの構造上の問題から、その内部に光学的に不均質
な領域を有するものである。

【００５５】クロスダイクロイックプリズム４５０によ
り合成された光束は、投写レンズ４６０を経てスクリー
ン４７０上に映像を形成する。

【００５６】以上のように構成した投写型表示装置６０
０では、光源部１００と色光分離手段である２枚のダイ
クロイックミラー４０１、４０２との間に設置された回
折格子４８０の作用により、それぞれの液晶パネル４１
１、４１２、４１３を照明する光は、ほぼ４つの特定の
角度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光
束となっている。それぞれの液晶パネル上に形成された
光学像は、クロスダイクロイックプリズム４５０内で合
成されスクリーン４７０上にカラーの光学像（映像）を
形成するが、この時、クロスダイクロイックプリズム４
５０内を通過する光束も、やはり、ほぼ４つの特定の角
度成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束
である。従って、クロスダイクロイックプリズム４５０
の中央部に存在する光学的に不均質な領域には光束が集
中しないため、局部的な光損失をほとんど生じることな
く、クロスダイクロイックプリズムを通過し、スクリー
ン上に光学像を形成することができ、投写画面の中央部
に視覚的に目障りな暗い影（局部的に明るさが低下した
領域）を生じることがない。

【００５７】また、回折格子の設計に際しては、回折格
子を出射する光束の出射角度を適当に設定し、回折格子
を出射した光束のすべてを投写レンズの入射瞳内に導く
ように構成しているため、回折格子の設置による明るさ
の低下はほとんど生じない。

【００５８】尚、本例の場合、回折格子に入射する光は
３原色光を含む広帯域の可視光であるため、回折格子を
作製する際に用いる設計波長は、緑色光の波長とした。
しかし、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題
に起因して投写画面上に生じる暗い影の見え方は、クロ
スダイクロイックプリズムを通過する光の波長により左
右される。従って、回折格子を作製する際に用いる設計
波長は緑色光に限定されるものではなく、暗い影が最も
目立ち難くなるような光の波長を以て設計波長とするこ
とが望ましい。さらに、回折格子により発生させる回折
光の配光パターン（本例の場合は、±１次光と±２次
光）も、本例に限定されるものではなく、上記の暗い影
が最も目立ち難くなるように設定されることが望まし
い。

【００５９】従って、本例の投写型表示装置において
は、回折格子の効果的な使用により、投写映像の明るさ
をほとんど低下させることなく、クロスダイクロイック
プリズムの構造上の問題により投写画面上に生じる暗い
影の発生を効果的に防止し、高品位の投写映像を実現す
ることができる。

【００６０】（実施例２）上記の実施例１では、１つの
回折格子を光源部と色光分離手段との間に配置した構成
であったが、これに代えて、３つの回折格子を、それぞ
れの変調手段毎に、変調手段の光束が入射する側の位置
に配置した構成としてもよい。

【００６１】３つの回折格子を備えた投写型表示装置７
００の構成を実施例２として説明する。図２は、実施例
２の投写型表示装置７００の光学系部分を平面的にみた
概略構成図である。尚、この投写型表示装置７００、及
び以下に説明する各実施例では、基本的な構成が実施例
１に係わる投写型表示装置６００と同じであるため、同
じ機能を有する部分には同じ符号を付して、その説明を
省略する。

【００６２】図２から判るように、本例の投写型表示装
置７００では、変調手段である液晶パネル毎に、それぞ
れの液晶パネル４１１、４１２、４１３において光源部
１００からの照明光が入射する側の位置に、それぞれ回
折格子４９１、４９２、４９３が設置されている。本例
で使用した回折格子は、実施例１の場合と同じ表面レリ
ーフ型の回折格子である。さらに、それぞれの回折格子
は、それぞれの回折格子に入射する光の波長に合わせて
回折格子は最適化されている。即ち、赤色光用液晶パネ
ル４１１の光源部側には赤色光用に最適化された赤色光
用回折格子４９１が、緑色光用液晶パネル４１２の光源
部側には緑色光用に最適化された緑色光用回折格子４９
２が、青色光用液晶パネル４１３の光源部側には青色光
用に最適化された青色光用回折格子４９３がそれぞれ配
置されている。

【００６３】以上のように構成した投写型表示装置７０
０では、光源部１００からの照明光は、回折格子による
光の回折作用により、ほぼ４つの特定の角度成分を有
し、全体としては僅かに広がりをもった光束に変換され
る。これらの光でそれぞれの液晶パネル４１１、４１
２、４１３を照明するため、クロスダイクロイックプリ
ズム４５０の中央部に存在する光学的に不均質な領域に
は光束が集中せず、局部的な光損失をほとんど生じるこ
となく、クロスダイクロイックプリズムを通過し、スク
リーン上に光学像を形成することができ、投写画面の中
央部に視覚的に目障りな暗い影（局部的に明るさが低下
した領域）を生じることがない。

【００６４】また、本例の投写型表示装置７００では、
それぞれの液晶パネル毎に特性の異なる回折格子を配置
している。そのため、回折格子と投写レンズとの間の距
離が短くなり、回折格子による光束の広がり角Ｔを大き
く設定でき、また、回折格子に入射する光束の波長に合
わせて回折格子の最適化を行えるため、投写画面の中央
部に生じる暗い影の発生を効果的に防止することができ
る。

【００６５】従って、本例においても、回折格子の効果
的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下させ
ることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造上の
問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果的に
防止し、高品位の投写映像を実現することができる。

【００６６】（実施例３）次に、偏光照明系を備えた投
写型表示装置に回折格子を導入した実施例を示す。

【００６７】図３は、実施例３の投写型表示装置８００
の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。本例の
投写型表示装置８００の基本的な構成は、先の実施例２
の投写型表示装置７００と同じであるが、明るさムラが
少なく、ほぼ一種類の偏光状態を有する照明光を効率的
に発生する均一偏光照明光学装置２００と、その照明光
を効率的に伝達するリレー光学装置４３０が搭載されて
いる点が、投写型表示装置７００とは異なる特徴であ
る。

【００６８】そこで、まず、均一偏光照明光学装置２０
０について説明する。

【００６９】均一偏光照明光学装置２００の光学的構成
は図４に示すように、主に光源部１００、第１の光学要
素２１０、及び第２の光学要素２２０から構成されてい
る。

【００７０】光源部１００は、実施例１の光源部と同じ
ものであり、偏光方向がランダムな偏光光束（以下、ラ
ンダムな偏光光束と略す。）をほぼ一方向に略平行な状
態で出射する。ここで、光源部１００の光源光軸Ｒがシ
ステム光軸Ｌに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行に
シフトした状態となるように、光源部１００は配置され
ている。

【００７１】第１の光学要素２１０は、その外観を図５
に示すように、ＸＹ平面内において矩形状の外形形状を
有する複数の光束分割レンズ２１１がマトリックス状に
配列して構成されている。第１の光学要素２１０に入射
した光は、光束分割レンズ２１１により複数の中間光束
２１２に分割され、同時に光束分割レンズの集光作用に
より、システム光軸Ｌと垂直な平面内（図４ではＸＹ平
面）の中間光束が収束する位置に光束分割レンズの数と
同数の集光像２１３を形成する。尚、光束分割レンズの
ＸＹ平面上における外形形状は、照明領域２９０（本例
の場合は液晶パネル４１１、４１２、４１３）の形状と
相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上
でＸ方向に長い横長の液晶パネルを想定しているため、
光束分割レンズ２１１のＸＹ平面上における外形形状も
横長である。さらに、第１の光学要素２１０を構成する
光束分割レンズ２１１の配列様式については図５に示す
ような直交マトリックス状に限定されるわけではなく、
例えば、デルタ配置のように、Ｘ方向に列ぶ光束分割レ
ンズのレンズ列が、Ｙ方向においてはそれそれの行間で
ずれた状態となるような配置様式であってもよい。但
し、その場合には、光束分割レンズからの中間光束を効
果的に受け入れられるように、後述する集光レンズ２４
１、及び偏光分離ユニット２３１の配置様式も適当に変
化させる必要がある。

【００７２】第２の光学要素２２０は、主に集光レンズ
アレイ２４０、偏光分離ユニットアレイ２３０、選択位
相差板２５０及び出射側レンズ２６０から大略構成され
る複合体であり、第１の光学要素２１０による集光像２
１３が形成される位置の近傍の、システム光軸Ｌに対し
て垂直な平面内（図４ではＸＹ平面）に配置される。
尚、第１の光学要素２１０に入射する光束の平行性が極
めて良い場合には、第２の光学要素から集光レンズアレ
イ２４０を省略した構成としても良い。この第２の光学
要素２２０は、中間光束２１２のそれぞれをＰ偏光光束
とＳ偏光光束とに空間的に分離した後、一方の偏光光束
の偏光方向と他方の偏光光束の偏光方向とを揃え、偏光
方向がほぼ揃ったそれぞれの光束を一ヶ所の照明領域２
９０に導くような機能を有している。

【００７３】集光レンズアレイ２４０は、第１の光学要
素２１０とほぼ同様な構成となっており、即ち、第１の
光学要素２１０を構成する光束分割レンズ２１１と同数
の集光レンズ２４１をマトリックス状に複数配列したも
のであり、それぞれの中間光束を偏光分離ユニットアレ
イ２３０の特定の場所に集光しながら導く作用を有して
いる。従って、第１の光学要素２１０により形成された
中間光束２１２の特性に合わせて、また、偏光分離ユニ
ットアレイ２３０に入射する光はその主光線の傾きがシ
ステム光軸Ｌと平行であることが理想的である点を考慮
して、各集光レンズのレンズ特性は各々最適化されるこ
とが望ましい。但し、一般的には、光学系の低コスト化
及び設計の容易さを考慮して、第１の光学要素２１０と
全く同じものを集光レンズアレイ２３０として用いる
か、或いは、光束分割レンズ２１１とＸＹ平面での形状
が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズ
アレイを用いてもよいことから、本例の場合には、第１
の光学要素２１０を集光レンズアレイ２４０として用い
ている。

【００７４】次に、偏光分離ユニットアレイ２３０は、
複数の偏光分離ユニット２３１がシステム光軸Ｌと垂直
な平面内（図４ではＸＹ平面）に配列した構成をなして
いる。

【００７５】偏光分離ユニット２３１は、内部に偏光分
離面２３２と反射面２３３を備えた四角柱状の構造体で
あり、偏光分離ユニットに入射する中間光束２１２のそ
れぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに空間的に分離する
作用を有している。偏光分離ユニット２３１のＸＹ平面
上における外形形状は、光束分割レンズ２１１のＸＹ平
面上における外形形状と相似形をなしており、即ち、横
長の矩形形状である。従って、偏光分離面２３２と反射
面２３３とは横方向（Ｘ方向）に並ぶように配置されて
いる。ここで、偏光分離面２３２はシステム光軸Ｌに対
して約４５度の傾きをなし、且つ、反射面２３３は偏光
分離面と平行な状態をなし、さらに、偏光分離面２３２
がＸＹ平面上に投影する断面積と反射面２３３がＸＹ平
面上に投影する断面積が等しくなるように、偏光分離面
２３２と反射面２３３は設定されている。従って、本例
では、偏光分離面２３２が存在する領域のＸＹ平面上で
の横幅と反射面２３３が存在する領域のＸＹ平面上での
横幅とは等しくなり、且つ、それぞれが偏光分離ユニッ
ト２３１のＸＹ平面上での横幅の半分になるように設定
されている。尚、一般的に、偏光分離面２３２は誘電体
多層膜で、また、反射面２３３はアルミニウム膜で形成
することができる。

【００７６】偏光分離ユニット２３１に入射した光は、
偏光分離面２３２において、進行方向を変えずに偏光分
離面２３２を通過するＰ偏光光束と、偏光分離面２３２
で反射され隣接する反射面２３３の方向に進行方向を変
えるＳ偏光光束とに分離される。Ｐ偏光光束はそのまま
偏光分離ユニットから出射され、Ｓ偏光光束は再び反射
面２３３で進行方向を変え、Ｐ偏光光束とほぼ平行な状
態となって、偏光分離ユニットから出射される。従っ
て、偏光分離ユニット２３１に入射したランダムな偏光
光束は偏光分離ユニットにより偏光方向が異なるＰ偏光
光束とＳ偏光光束の二種類の偏光光束に分離され、偏光
分離ユニットの異なる場所からほぼ同じ方向に向けて出
射される。偏光分離ユニットは上記の様な作用を有する
ことから、それぞれの偏光分離ユニット２３１の偏光分
離面２３２が存在する領域にそれぞれの中間光束２１２
を導く必要があり、そのため、偏光分離ユニット内の偏
光分離面の中央部に中間光束が入射するように、それぞ
れの偏光分離ユニット２３１とそれぞれの集光レンズ２
４１の位置関係やそれぞれの集光レンズ２４１のレンズ
特性を調整しておく必要がある。本例の場合には、それ
ぞれの偏光分離ユニット２３１内の偏光分離面２３２の
中央部にそれぞれの集光レンズの中心軸が来るように配
置するため、集光レンズアレイ２４０は、偏光分離ユニ
ットの横幅の１／４に相当する距離（即ち距離Ｄに等し
い）だけ、偏光分離ユニットアレイ２３０に対してＸ方
向にずらした状態で配置されている。

【００７７】偏光分離ユニットアレイ２３０の出射面の
側には、λ／２位相差板２５１が規則的に配置された選
択位相差板２５０が設置されている。即ち、偏光分離ユ
ニットアレイ２３０を構成する偏光分離ユニット２３１
で、Ｐ偏光光束が出射される部分にのみλ／２位相差板
２５１が配置され、Ｓ偏光光束が出射される部分にはλ
／２位相差板２５１は設置されていない。この様なλ／
２位相差板２５１の位置選択的な配置により、偏光分離
ユニット２３１から出射されたＰ偏光光束は、λ／２位
相差板２５１を通過する際に偏光方向の回転作用を受け
Ｓ偏光光束へと変換される。一方、偏光分離ユニット２
３１から出射されたＳ偏光光束はλ／２位相差板２５１
を通過しないので、偏光方向は変化せず、Ｓ偏光光束の
まま選択位相差板２５０を通過する。以上をまとめる
と、偏光分離ユニットアレイ２３０と選択位相差板２５
０により、偏光方向がランダムな中間光束は一種類の偏
光光束（この場合はＳ偏光光束）に変換されたことにな
る。尚、本例の場合には、偏光方向がランダムな中間光
束をＳ偏光光束に揃える設定としているが、勿論、Ｐ偏
光光束に揃える設定としても良い。

【００７８】選択位相差板２５０の出射面の側には、出
射側レンズ２６０が配置されており、選択位相差板２５
０によりＳ偏光光束に揃えられた光束は、出射側レンズ
２６０により照明領域２９０（本例の場合には、液晶パ
ネル４１１、４１２、４１３が配置される場所）へと導
かれ、照明領域上で重畳結合される。ここで、出射側レ
ンズ２６０は１つのレンズ体である必要はなく、第１の
光学要素２１０のように、複数のレンズの集合体であっ
てもよい。

【００７９】従って、第２の光学要素２２０の機能をま
とめると、第１の光学要素２１０により分割された中間
光束２１２（つまり、光束分割レンズ２１１により切り
出されたイメージ面）は、第２の光学要素２２０により
照明領域２９０（本例の場合は液晶パネル４１１、４１
２、４１３）上で重畳結合される。これと同時に、途中
の偏光分離ユニットアレイ２３０により、ランダムな偏
光光束である中間光束は偏光方向が異なる二種類の偏光
光束に空間的に分離され、選択位相差板２５０を通過す
る際に一種類の偏光光束に変換されて、殆どすべての光
が照明領域２９０（本例の場合は液晶パネル４１１、４
１２、４１３）へと達する。このため、照明領域２９０
である液晶パネル４１１、４１２、４１３は殆ど一種類
の偏光光束でほぼ均一に照明されることになる。

【００８０】次に、照明光を効率的に伝達するリレー光
学装置４３０について、再び図３に基づいて説明する。
上述したように、本例の投写型表示装置８００に組み込
まれている均一偏光照明光学装置２００では、均一な照
明光が得られる領域は光源部１００からある特定の距離
だけ離れた領域上に限定される。従って、均一偏光照明
光学装置を備えた投写型表示装置では、光源部１００と
それそれの液晶パネル４１１、４１２、４１３との間の
光学的な距離が等しいことが要求される。しかし、投写
型表示装置８００における光源部１００とそれそれの液
晶パネル４１１、４１２、４１３との間のそれぞれの光
路に着目すると、青色光だけが、他の２つの色光（赤色
光と緑色光）に比べてその距離が長い。従って、青色光
の光路中に光学的な距離を補正する導光手段を配置し、
３つの色光の光学的な距離（光源部１００とそれぞれの
液晶パネルとの間の距離）を等しくする必要がある。

【００８１】以上の理由により、主に入射レンズ４３
１、リレーレンズ４３２、及び出射レンズ４３３から構
成されるリレー光学装置４３０が導光手段として、青色
光の光路中に配置されている。従って、青色光は、緑光
反射ダイクロイックミラー４０２を透過した後に、ま
ず、入射レンズ４３１及び反射ミラー４３５を経て、リ
レーレンズ４３２に導かれ、このリレーレンズに集束さ
れた後、反射ミラー４３６によって出射レンズ４３３に
導かれ、しかる後に、青色光用液晶パネル４１３に達す
る。

【００８２】次に、それぞれの液晶パネル４１１、４１
２、４１３毎に、液晶パネルの光が入射する側の位置に
設置されている３つの回折格子４９１、４９２、４９３
について説明する。これらの回折格子は、先の実施例２
の回折格子と同じ表面レリーフ型の回折格子であり、入
射する光の波長に合わせてそれぞれの回折格子は最適化
されている。

【００８３】上記のように構成した投写型表示装置８０
０では、均一偏光照明光学装置２００を従来の一般的な
光源部（例えば先の実施例２の光源部１００）に代えて
用いているため、従来の投写型表示装置（例えば従来の
技術として説明した投写型表示装置９００）に比べて、
液晶パネル４１１、４１２、４１３を照明する照明光の
光強度にはムラが少なく、さらに、液晶パネルの照明光
として相応しいほぼ一種類の偏光状態を有する光のみを
照明光として用いることができるため、液晶パネルの偏
光板（図示せず）における光損失が少なく、明るい投写
画面を実現できる特徴がある。

【００８４】しかし、一方で、均一偏光照明装置２００
には複数の光束分割レンズ２１１が存在するため、光束
分割レンズ２１１が横方向に列ぶ数に応じて暗い影も複
数箇所に生じる。その結果、この暗い影の存在は視覚的
に非常に目障りなものとなり、投写映像の品位を大幅に
低下させることとなる。

【００８５】そこで、３つの回折格子４９１、４９２、
４９３をそれぞれの液晶パネル４１１、４１２、４１３
毎に、液晶パネルの光が入射する側の位置に配置するこ
とにより、上記の不都合点を解消している。即ち、均一
偏光照明装置２００からの照明光は、回折格子４９１、
４９２、４９３による光の回折作用により、特定の角度
成分を有し、全体としては僅かに広がりをもった光束に
変換され、これらの光でそれぞれの液晶パネル４１１、
４１２、４１３を照明するため、クロスダイクロイック
プリズム４５０の中央部に存在する光学的に不均質な領
域には光束が集中せず、従って、クロスダイクロイック
プリズム４５０を光が通過する際に、局部的な光損失を
ほとんど生じることない。その結果、クロスダイクロイ
ックプリズムの構造上の問題に起因した視覚的に目障り
な暗い影（局部的に明るさが低下した領域）は、投写画
面の中央部に発生することがほとんどない。

【００８６】また、本例の投写型表示装置８００におい
ても、それぞれの液晶パネル毎に特性の異なる回折格子
を配置しているため、回折格子と投写レンズとの間の距
離が短くなり、回折格子による光束の広がり角Ｔを大き
く設定でき、また、回折格子に入射する光束の波長に合
わせて回折格子の最適化を行えるため、投写画面の中央
部に生じる暗い影の発生を効果的に防止することができ
る。

【００８７】さらに、本例のように均一偏光照明装置２
００を備えた投写型表示装置では、均一偏光照明装置に
おける照明効率を向上させるために、アーク長が極めて
短いランプを光源ランプ１１０として用いる場合が多い
が、そのような場合でも、回折格子を使用することによ
り、クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起
因して生じる暗い影の発生を効果的に防止し、視覚的な
障害のない高品位の映像を投写表示できる効果がある。

【００８８】以上、回折格子の効果的な使用により、投
写映像の明るさをほとんど低下させることなく、クロス
ダイクロイックプリズムの構造上の問題により投写画面
上に生じる暗い影の発生を効果的に防止し、高品位の投
写映像を実現することができる。

【００８９】尚、本例においては、それぞれ特性の異な
る３つの回折格子を用いているが、先の実施例１の投写
型表示装置６００のように、１つの回折格子を均一偏光
照明装置２００と色光分離手段（ダイクロイックミラー
４０１）との間に配置した構成としてもよい。

【００９０】（実施例４）反射型の液晶パネルを変調手
段として用いた投写型表示装置に回折格子を導入した実
施例を示す。尚、本例において用いた回折格子４８０
は、先の実施例１で用いたものと同じ回折格子である。

【００９１】図６は、実施例４の投写型表示装置８５０
の光学系部分を平面的にみた概略構成図である。本例の
投写型表示装置８５０は、主に、光源部１００、回折格
子４８０、偏光光束を選択的に分離する偏光ビームスプ
リッタ４４０、色光分離手段と色光合成手段を兼ねたク
ロスダイクロイックプリズム４５０、変調手段である３
つの反射型液晶パネル４１４、４１５、４１６、及び投
写光学系である投写レンズ４６０とから大略構成されて
いる。

【００９２】光源部１００から出射されたランダムな偏
光光束は、回折格子４８０を経て偏光ビームスプリッタ
４４０に入射し、偏光ビームスプリッタ４４０において
Ｓ偏光光束のみが選択的に分離される。即ち、偏光ビー
ムスプリッタ４４０に入射したランダムな偏光光束のう
ち、Ｓ偏光光束のみが偏光分離面４４１で反射され、隣
接するクロスダイクロイックプリズム４５０へ入射す
る。一方、Ｐ偏光光束は偏光分離面４４１をそのまま通
過し偏光ビームスプリッタ４４０から出射される（この
Ｐ偏光光束は液晶パネルを照明する照明光とはならな
い）。

【００９３】クロスダイクロイックプリズム４５０に入
射したＳ偏光光束は、クロスダイクロイックプリズム４
５０により波長に応じて赤色光、緑色光、及び青色光の
３つの光束に分離され、それぞれ対応する反射型の赤色
光用液晶パネル４１４、反射型の緑色光用液晶パネル４
１５、及び反射型の青色光用液晶パネル４１６に達し、
それぞれの液晶パネルを照明する。即ち、クロスダイク
ロイックプリズム４５０は液晶パネルを照明する照明光
に対しては色光分離手段として作用している。

【００９４】ここで、本例で用いている液晶パネル４１
４、４１５、４１６は反射型であるため、それぞれの液
晶パネルでは、それぞれの色光を変調し、各色光に対応
した外部からの表示情報を含ませると同時に、それぞれ
の液晶パネルから出射される光束の偏光方向を変化させ
つつ、光束の進行方向を略反転させている。従って、そ
れぞれの液晶パネルからの反射光は表示情報に応じて部
分的にＰ偏光状態となって出射される。それぞれの液晶
パネル４１４、４１５、４１６から出射された変調光束
は、再び、クロスダイクロイックプリズム４５０に入射
し、一つの光学像に合成されて、隣接する偏光ビームス
プリッタ４４０に入射する。即ち、クロスダイクロイッ
クプリズム４５０は液晶パネルから出射される変調光束
に対しては色光合成手段として作用している。

【００９５】偏光ビームスプリッタ４４０に入射した光
束のうち、液晶パネル４１４、４１５、４１６で変調さ
れた光束はＰ偏光光束となっているため、偏光ビームス
プリッタ４４０の偏光分離面４４１をそのまま通過し、
投写レンズ４６０を経てスクリーン４７０上に映像を形
成する。

【００９６】以上のように構成した投写型表示装置８５
０では、光源部１００と偏光ビームスプリッタ４４０と
の間に設置された回折格子４８０の作用により、それぞ
れの反射型の液晶パネル４１４、４１５、４１６を照明
する光は、ほぼ４つの特定の角度成分を有し、全体とし
ては僅かに広がりをもった光束となっている。それぞれ
の液晶パネル上に形成された光学像は、クロスダイクロ
イックプリズム４５０内で再び合成されスクリーン４７
０上にカラーの光学像（映像）を形成するが、この時、
クロスダイクロイックプリズム４５０内を通過する光束
も、やはり、ほぼ４つの特定の角度成分を有し、全体と
しては僅かに広がりをもった光束である。従って、液晶
パネルを照明する照明光がクロスダイクロイックプリズ
ム４５０内を通過する場合においても、また、液晶パネ
ルによって変調された変調光束がクロスダイクロイック
プリズム４５０内を通過する場合においても、何れの場
合でも、クロスダイクロイックプリズム４５０の中央部
に存在する光学的に不均質な領域には光束が集中しない
ため、局部的な光損失をほとんど生じることなく、クロ
スダイクロイックプリズムを通過し、スクリーン上に光
学像を形成することができる。従って、投写画面の中央
部に視覚的に目障りな暗い影（局部的に明るさが低下し
た領域）を生じることがない。

【００９７】また、回折格子の設計に際しては、回折格
子により僅かに広がりをもった光束の全てが投写レンズ
の入射瞳に入るように、回折格子による光束の広がり角
Ｔは設定されているため、回折格子の設置による明るさ
の低下はほとんど生じない。

【００９８】従って、本例のように反射型の液晶パネル
を備えた投写型表示装置であったも、透過型の液晶パネ
ルを備えた投写型表示装置の場合と同様に、回折格子の
効果的な使用により、投写映像の明るさをほとんど低下
させることなく、クロスダイクロイックプリズムの構造
上の問題により投写画面上に生じる暗い影の発生を効果
的に防止し、高品位の投写映像を実現することができ
る。

【００９９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ク
ロスダイクロイックプリズムを色光合成手段として用い
た投写型表示装置において、あるいは同時にアーク長が
極めて短いランプを光源に用いた場合でも、回折格子を
光源と変調手段との間の光路上に配置することにより、
クロスダイクロイックプリズムの構造上の問題に起因す
る暗い影の発生を防止し、視覚的な障害のない高品位の
映像を投写表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係わる投写型表示装置の光
学系を示す概略構成図である。

【図２】本発明の実施例２に係わる投写型表示装置の光
学系を示す概略構成図である。

【図３】本発明の実施例３に係わる投写型表示装置の光
学系を示す概略構成図である。

【図４】本発明の実施例３に係わる投写型表示装置に用
いられた均一偏光照明光学系の構成と機能を説明するた
めの説明図である。

【図５】本発明の実施例３に係わる投写型表示装置に用
いられた第１の光学要素を示す外観図である。

【図６】本発明の実施例４に係わる投写型表示装置の光
学系を示す概略構成図である。

【図７】回折格子を通過した光の回折状態を示す模式図
である。

【図８】表面レリーフ型回折格子の断面形状を示す模式
図である。

【図９】分布屈折率型回折格子の断面形状を示す模式図
である。

【図１０】クロスダイクロイックプリズムの一般的な構
造を示す模式図である。

【図１１】従来の代表的な３板式投写型表示装置の光学
系を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１１・・・表面レリーフ型回折格子 １２・・・凹凸形状 １３・・・分布屈折率型回折格子 １４・・・屈折率分布 ２０・・・回折格子に入射した光 ２１・・・０次光 ２２・・・＋１次光 ２３・・・−１次光 ２４・・・＋２次光 ２５・・・−２次光 １００・・・光源部 １１０・・・光源ランプ １２０・・・放物面リフレクター ２００・・・均一偏光照明装置 ２１０・・・第１の光学要素 ２１１・・・光束分割レンズ ２１２・・・中間光束 ２１３・・・集光像 ２２０・・・第２の光学要素 ２３０・・・偏光分離ユニットアレイ ２３１・・・偏光分離ユニット ２３２・・・偏光分離面 ２３３・・・反射面 ２４０・・・集光レンズアレイ ２４１・・・集光レンズ ２５０・・・選択位相差板 ２５１・・・λ／２位相差板 ２６０・・・出射側レンズ ２９０・・・照明領域 ４０１・・・青色光緑色光反射ダイクロイックミラー ４０２・・・緑色光反射ダイクロイックミラー ４１１・・・赤色光用液晶パネル（光透過型） ４１２・・・緑色光用液晶パネル（光透過型） ４１３・・・青色光用液晶パネル（光透過型） ４１４・・・赤色光用液晶パネル（光反射型） ４１５・・・緑色光用液晶パネル（光反射型） ４１６・・・青色光用液晶パネル（光反射型） ４３０・・・リレー光学装置 ４３１・・・入射レンズ ４３２・・・リレーレンズ ４３３・・・出射レンズ ４３５、４３６・・・反射ミラー ４４０・・・偏光ビームスプリッタ ４４１・・・偏光分離面 ４５０・・・クロスダイクロイックプリズム ４５１・・・プリズム ４５２・・・ダイクロイック膜 ４５３・・・光学接着剤 ４５４・・・ダイクロイック膜がＸ字状に交差する部分 ４５５・・・角面 ４５６・・・光学的に不均質な領域 ４６０・・・投写レンズ ４７０・・・スクリーン ４８０・・・回折格子 ４９１・・・赤色光用回折格子 ４９２・・・緑色光用回折格子 ４９３・・・青色光用回折格子 ６００、７００、８００、８５０、９００・・・投写型
表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、 前記光源からの光束を３色の光束に分離する色光分離手
   段と、 前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束
   を変調する３つの変調手段と、 前記光源と前記変調手段との間の光路上に配置された回
   折格子と、 前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を
   １つに合成する多層膜をＸ字状に交差させた色光合成手
   段と、 前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写
   光学系と、 を有することを特徴とする投写型表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記３つの変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射す
   る側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴と
   する投写型表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、 回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴とする
   投写型表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴と
   する投写型表示装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、 回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とす
   る投写型表示装置。
6. 【請求項６】 光源と、 前記光源から出射される光束を集光し、互いに空間的に
   分離された複数の中間光束に変換する第１の光学要素
   と、 前記中間光束が収束する位置の付近に配置された第２の
   光学要素と、 前記第２の光学要素から出射された光束を３色の光束に
   分離する色光分離手段と、 前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束
   を変調する３つの変調手段と、 前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を
   合成する色光合成手段と、 前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写
   手段とを有し、 前記第２の光学要素は、 前記中間光束のそれぞれをＰ偏光光束とＳ偏光光束とに
   空間的に分離する偏光光束分離手段と、前記Ｐ偏光光
   束、Ｓ偏光光束のうちいずれか一方の偏光方向を他方の
   偏光光束の偏光方向と揃える偏光方向変換手段とを有す
   る偏光発生装置と、 前記偏光発生装置の出射面の側に配置され、それぞれの
   中間光束を重畳結合させる重畳結合手段とを有し、 前記光源と前記変調手段の間の光路上に回折格子を配置
   したことを特徴とする投写型表示装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、 ３つの前記変調手段毎に、前記変調手段の光束が入射す
   る側の位置に回折格子をそれぞれ配置したことを特徴と
   する投写型表示装置。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７において、 回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴とする
   投写型表示装置。
9. 【請求項９】 請求項６において、 回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴と
   する投写型表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項６において、 回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とす
    る投写型表示装置。
11. 【請求項１１】 光源と、 前記光源から出射された光束を３色の光束に分離する色
    光分離手段と、 前記色光分離手段により分離されたそれぞれの前記光束
    を変調する３つの変調手段と、 前記それぞれの変調手段により変調された複数の光束を
    合成する色光合成手段と、 前記色光合成手段により合成された光束を投写する投写
    手段とを有し、 前記色光分離手段及び前記色光分離手段は多層膜をＸ字
    状に交差させたダイクロイックプリズムからなり、 前記変調手段は反射型液晶装置からなり、 前記光源と前記変調手段の間の光路上に回折格子を配置
    したことを特徴とする投写型表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 回折格子は１次元型の回折格子であることを特徴とする
    投写型表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１において、 回折格子は表面レリーフ型回折格子であることを特徴と
    する投写型表示装置。
14. 【請求項１４】 請求項１１において、 回折格子は分布屈折率型回折格子であることを特徴とす
    る投写型表示装置。