JPH10104763A

JPH10104763A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH10104763A
Application number: JP8256120A
Authority: JP
Inventors: Shinya Mito; 真也三戸; Takaaki Tanaka; 孝明田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1996-09-27
Publication date: 1998-04-24
Anticipated expiration: 2016-09-27
Also published as: JP3139387B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に投
写する投写型表示装置に関するもので、３つのライトバ
ルブを用い、１つの投写レンズで構成するときに、色合
成光学系に起因して発生するコンバージェンスずれ、非
点隔差、解像度劣化を除去し、しかも色均一性、色再現
性、色利用効率の良好な投写画像を表示できる投写型表
示装置示を提供することを目的とする。【解決手段】色合成光学系を、２つの接合面を有する
３つのプリズムからなる３色合成プリズム１１７を用い
て構成する。２つの接合面には、それぞれ投写レンズ１
１８側から順に第１のダイクロイックミラーと第２のダ
イクロイックミラーが形成され、第１のダイクロイック
ミラーに入射する光の角度θ₁を２０゜以上４０゜以
下、第２のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₂を２５゜以上３５゜以下となるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてライトバ
ルブ上ルに形成された光学像をスクリーン上に拡大投写
する投写型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るために、ライトバルブ
に映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像に光を
照射し投写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方
法が従来よりよく知られている。最近では、ライトバル
ブとして液晶パネルを用いる投写型表示装置が注目され
ている。

【０００３】フルカラーで、高輝度、高解像度の投写画
像を得るために、ライトバルブを赤用、緑用、青用とし
て３つ用い、１つの投写レンズで投写する方式が多く用
いられている。この場合、光源から出力される白色光を
赤、緑、青の３色に分解する色分解光学系と、３色を再
び１つに合成する色合成光学系が必要となる。

【０００４】色分解光学系、色合成光学系ともに、プレ
ート状のダイクロイックミラーを用いて構成した投写型
表示装置の構成例を（図１３）に示す。光源１から出力
する白色光は、全反射ミラー２で反射された後、ダイク
ロイックミラー３，４、全反射ミラー５で構成される色
分解光学系によって赤、緑、青の３原色光に分解され
る。各原色光は、それぞれ対応するフィールドレンズ
６，７，８、ライトバルブ９，１０，１１を透過後、ダ
イクロイックミラー１２，１３、全反射ミラー１４で構
成される色合成光学系で１つに合成され、投写レンズ１
５によってスクリーン上（図示せず）に拡大投写され
る。

【０００５】また、色合成光学系をダイクロイックプリ
ズムを用いて構成した投写型表示装置の構成例を（図１
４(ａ)〜(ｃ)）に示す。

【０００６】（図１４(ａ)）に示す構成は、色合成プリ
ズム３６の２つのダイクロイックミラー面がＸ字状をな
したタイプである。光源２１からの出力光は全反射ミラ
ー２２を経て、ダイクロイックミラー２３，２４、全反
射ミラー２５，２６，２７で構成される色分解光学系で
３つの原色光に分解される。全反射ミラー２６，２７を
経て進行する色成分は、他の２つの色成分と照明光路長
（光源２１からライトバルブ３３，３４，３５までの距
離）が異なるため、スクリーン上の照度分布が３色とも
等光路長である場合と等価的に略等しくなるように、リ
レーレンズ２８，２９を補助的に配置している。３つの
原色光は対応するフィールドレンズ３０，３１，３２、
ライトバルブ３３，３４，３５を透過し、色合成プリズ
ム３６で１つに合成された後、投写レンズ３７によって
スクリーン上（図示せず）に拡大投写される。

【０００７】（図１４(ｂ)）に示す構成は、色合成プリ
ズム５２の２つのダイクロイックミラー面、及び全反射
面が、（図１３）に示した構成のダイクロイックミラー
１２，１３、全反射ミラー１４と同じように配置され、
光が通過する空間を全てプリズムとし、プリズム全体と
してＬ字状なしたタイプである。光源４１からの出力光
は全反射ミラー４２を経て、ダイクロイックミラー４
３，４４、全反射ミラー４５で構成される色分解光学系
で３つの原色光に分解される。３つの原色光は対応する
フィールドレンズ４６，４７，４８、ライトバルブ４
９，５０，５１を透過し、色合成プリズム５２で１つに
合成された後、投写レンズ５３によってスクリーン上
（図示せず）に拡大投写される。

【０００８】（図１４(ｃ)）に示す構成は、色合成光学
系の２つのダイクロイックミラー面、及び全反射面が、
（図１４(ｂ)）の構成と同じように配置されているが、
２つのキューブ状のダイクロイックプリズム７４，７５
と、１つの三角柱状の全反射プリズム７３で色合成光学
系を構成したタイプである。光源６１からの出力光は全
反射ミラー６２を経て、ダイクロイックミラー６３，６
４、全反射ミラー６５で構成される色分解光学系で３つ
の原色光に分解される。３つの原色光は対応するフィー
ルドレンズ６６，６７，６８、ライトバルブ６９，７
０，７１を透過し、ダイクロイックプリズム７３，７
４、全反射プリズム７２で構成される色合成光学系によ
って１つに合成された後、投写レンズ５３によってスク
リーン上（図示せず）に拡大投写される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】３つのライトバルブと
投写レンズとの間に配置されることになる色合成光学系
は、ライトバルブ上の光学像をスクリーン上に結像させ
る投写光学系の一部であり、色合成光学系を構成するダ
イクロイックミラー、全反射ミラーのそれぞれの反射面
の傾き角精度、位置精度、平面度、及びダイクロイック
ミラーを透過する場合に発生する非点隔差は、直接スク
リーン上の投写画像の画質を左右する。

【００１０】（図１３）に示した構成は、色合成光学系
を構成するダイクロイックミラー１３，１４、全反射ミ
ラー１２がいずれもプレート状であるため、色合成光学
系が軽量、かつ低コストであり、しかもダイクロイック
ミラー１３，１４の光学特性が色再現、色利用効率とい
う観点で比較的良好であるという長所を有する。

【００１１】しかし、セット全体に衝撃が加えられた場
合、ダイクロイックミラー１３，１４、全反射ミラー１
２の各反射面が初期状態から機構的にずれ、これによっ
て赤、緑、青の光軸が互いにずれてスクリーン上のコン
バージェンスずれが発生しやすいという課題がある。

【００１２】また、ダイクロイックミラー１３，１４、
全反射ミラー１２はいずれもプレート状であるため、平
面度の精度を良好に保つことが困難である。一般的に、
色合成光学系の反射面に要求される平面度は、理想的な
平面との有効範囲内での最大のずれ量が、入射する光の
波長をλとすると、２λ以下、望ましくはλ以下が必要
となる。平面度が良好でない場合、コンバージェンスず
れや結像性能の劣化による解像度低下を招く。特に、ダ
イクロイックミラー１３，１４の場合、基板上に形成さ
れている多層膜の内部応力により、平面度は経時変化が
発生するという問題もあり、上記平面度を実現しようと
すると板厚を厚くする必要がある。但し、板厚を厚くす
ることは非点隔差を増大させ、これも解像度を著しく劣
化させる要因となる。

【００１３】さらに、（図１３）の構成は、ライトバル
ブ９，１０，１１から投写レンズ１５までの空間が長
く、投写レンズ１５は長いバックフーカスを有する必要
がある。この場合、投写レンズ１５の特にライトバルブ
９，１０，１１側の外径が大きく、投写レンズ１５の全
長も長くなり、投写レンズのコストアップにつながる。

【００１４】そこで、（図１４(a)〜(ｃ)）に示した構
成のように、色合成光学系をプリズムを用いた構成にす
れば、反射面の角度精度、位置精度はプリズムの加工精
度のみに依存し、セット組立後の衝撃等によるコンバー
ジェンスずれはほとんど発生しない。また、プリズムは
十分な厚さを有しているため、各反射面の要求される平
面度も比較的容易に実現でき、平面度の経時変化もほと
んどない。非点隔差も屈折率の等しいプリズムでダイク
ロイックミラー面が狭持されているため発生しない。従
って、コンバージェンスずれのない、高解像度の投写画
像を容易に実現できる。

【００１５】さらに、ライトバルブから投写レンズまで
の空間は、空気より屈折率の高い光学ガラスなどの材料
で占められているため、空気換算光路長が（図１３）の
構成に比べて短くすることができ、投写レンズをコンパ
クトに構成できる。

【００１６】このように、色合成光学系をプリズムによ
る構成とすることで、（図１３）の構成で発生する上記
課題を解決できる。

【００１７】しかし、（図１４(ａ)〜(ｃ)）に示した構
成は、いずれも色合成光学系のダイクロイックミラー面
に入射する光の基準入射角が４５゜であり、これがダイ
クロイックプリズムである場合、プレート状のダイクロ
イックミラーに比べて色再現性、色利用効率の点で不利
となる。

【００１８】一例として、（図１４(ａ)）に示した構成
の色合成プリズム３６のダイクロイックミラーの分光透
過率を（図１５(ａ)，(ｂ)、図１６(ａ)，(ｂ)）に示
す。グラフの縦軸は透過率、横軸は波長を表している。
（図１５(ａ)、図１６(ａ)）は、Ｘ字状に配置されてい
る２つのダイクロイックミラー面の一方の分光透過率
（赤反射青緑透過）を表し、（図１５(ｂ)、図１６
(ｂ)）は、もう一方の分光透過率（青反射緑赤反射）を
表している。また、（図１５(ａ)，(ｂ)）は、基準入射
角４５゜におけるＳ偏光、Ｐ偏光、及び自然光の分光透
過率、（図１６(ａ)，(ｂ)）自然光の基準入射角４５゜
の場合と、基準入射角から空気換算中で±５゜ずれた場
合の分光透過率を表している。

【００１９】まず、（図１５(ａ)，(ｂ)）からわかるよ
うに、いずれの分光特性もＳ偏光とＰ偏光の５０％透過
率波長（以下、半値波長）の分離幅が非常に大きい。色
分離、または色合成をする場合、反射波長帯域と透過波
長帯域の間の分光曲線ができるだけシャープであること
が色再現と色利用効率を両立するために有利となる。従
って、（図１５(ａ)，(ｂ)）に示す分光特性の場合、直
線偏光のみを利用する方式では、Ｓ偏光の分光特性を用
いればよいが、特に自然光を用いた投写型表示装置の場
合、１つの指標として透過率が９０％と１０％となる波
長幅をみると、いずれも６０ｎｍ以上もあり、このまま
では色再現性の良好な、しかも色利用効率の高い性能を
実現することは困難となる。

【００２０】次に、（図１６(ａ)，(ｂ)）からわかるよ
うに、いずれも入射角依存性が大きく、これは投写画像
の色むらの原因となる。ダイクロイックプリズムの場
合、プレート状のダイクロイックミラーと同等の入射角
依存性とするためには少なくと基準入射角を３５゜以
下、望ましくは３０゜以下にする必要があり、（図１４
(ａ)〜(ｃ)）に示した構成はいずれも４５゜であるた
め、投写画像の色利用効率を維持しながら投写画像の色
むらを除去することは困難となる。

【００２１】以上のような、（図１３）に示した構成の
課題と、（１４(ａ)〜(ｃ)）に示した構成の課題を解決
する手段として、（図１７）に示す構成が例えば特開昭
６３−３１１８９２号公報に開示されている。光源８１
から出力する光は、レンズ８２を経てダイクロイックミ
ラー８３，８４、ミラー８５，８６，８７で構成される
色分解光学系で３原色光に分解される。３原色光は、そ
れぞれ対応する集光レンズ８８，８９，９０、液晶パネ
ル９１，９２，９３を透過した後、色合成プリズム９４
で１つに合成され、投写レンズ９５によって拡大投写さ
れる。色合成プリズム９４として、特公昭３８−２３７
２４号公報に開示されている空気層を有する３つプリズ
ムの組み合わせで構成されたタイプを用いている。この
タイプのプリズムをにすれば、Ｖ字状に配置された２つ
のダイクロイックミラー面に入射する光の角度を４５゜
よりも小さくできるので、（図１４(ａ)〜(ｃ)）に示し
た構成の分光特性の課題を解決でき、またプリズムであ
るため、（図１３）に示したような、プレート状のダイ
クロイックミラーを用いることによる投写画像の画質劣
化も低減できる。

【００２２】しかし、（図１７）に示す構成の場合、空
気層を十分薄く、しかも十分均一（空気層の両側のプリ
ズム界面の平行度を高精度に）に調整することがプリズ
ムの組立上、大幅なコストアップにつながる。空気層が
厚い場合、発生する非点隔差が投写画像の解像度を劣化
させ、また空気層が十分均一でない場合もプリズムの光
入射面と光出射面の平行度低下が投写画像の解像度劣化
の原因となる。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題を鑑
みてなされたものであり、高輝度、高画質の液晶投写型
表示装置を提供するものである。

【００２４】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を含む光を放射する光発生手段と、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、３つの原色
光が入射し、原色光を変調して光学像を形成する３つの
画像形成手段と、３つの画像形成手段からの出力光を１
つに合成する色合成手段と、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、色合成手段は、２つの
接合面を有する３つのプリズム部材からなり、２つの接
合面には、それぞれ投写手段側から順に第１のダイクロ
イックミラーと第２のダイクロイックミラーが形成さ
れ、前記第１のダイクロイックミラーに入射する光の角
度θ₁は２０゜以上４０゜以下であり、第２のダイクロ
イックミラーに入射する光の角度θ₂は２５゜以上３５
゜以下であることを特徴とするものである。

【００２５】また、本発明の投写型表示装置は、３原色
の色成分を含む自然光を放射する光発生手段と、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、
３つの原色光が入射し、原色光を変調して光学像を形成
する３つの画像形成手段と、３つの画像形成手段からの
出力光を１つに合成する色合成手段と、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、色合成手段
は、２つの接合面を有する３つのプリズム部材からな
り、２つの接合面には、それぞれ投写手段側から順に第
１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラ
ーが形成され、第１のダイクロイックミラーに入射する
光の角度θ₁は２０゜以上４０゜以下であり、第２のダ
イクロイックミラーに入射する光の角度θ₂は２５゜以
上３５゜以下であり、かつ投写レンズから出力される光
は自然光であるものである。

【００２６】本発明の他の投写型表示装置は、３原色の
色成分を含む自然光を放射する光発生手段と、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、３
つの原色光が入射し、原色光を変調して光学像を形成す
る３つの画像形成手段と、３つの画像形成手段からの出
力光を１つに合成する色合成手段と、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、色合成手段
は、２つの接合面を有する３つのプリズム部材からな
り、２つの接合面には、それぞれ投写手段側から順に第
１のダイクロイックミラーと第２のダイクロイックミラ
ーが形成され、第１のダイクロイックミラーに入射する
光の角度θ₁は２０゜以上４０゜以下であり、第２のダ
イクロイックミラーに入射する光の角度θ₂は２５゜以
上３５゜以下であり、３つの画像形成手段は、色合成手
段の光入射面にそれぞれ光学的に結合されるように固着
され、かつ投写レンズから出力される光は自然光である
ものである。

【００２７】本発明の他の投写型表示装置は、３原色の
色成分を含む光を放射する光発生手段と、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、３つの
原色光が入射し、原色光を変調して光学像を形成する３
つの画像形成手段と、３つの画像形成手段からの出力光
を１つに合成する色合成手段と、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、色分解手段と、色
合成手段は、それぞれ、入射する光の角度θ₁が２０゜
以上４０゜以下である第１のダイクロイックミラーと、
入射する光の角度θ₂が２５゜以上３５゜以下である第
２のダイクロイックミラーの、少なくとも２つのダイク
ロイックミラーを有するプリズム体であり、３つの原色
光は、光発生手段から投写手段までの光路長が互いに略
等しくなるように構成されているものである。

【００２８】本発明の他の投写型表示装置は、３原色の
色成分を含む光を放射する光発生手段と、光発生手段か
らの放射光を３つの原色光に分解し、再び合成する色分
解合成手段と、入射する３つの原色光をそれぞれ変調し
て、光学像を形成する３つの反射型画像形成手段と、色
分解合成手段により１つに合成された出力光を投写する
投写手段とを具備し、色分解合成手段は、入射する光の
角度θ₁が２０゜以上４０゜以下である第１のダイクロ
イックミラーと、入射する光の角度θ₂が２５゜以上３
５゜以下である第２のダイクロイックミラーの、少なく
とも２つのダイクロイックミラー面を有するプリズム体
であり、３つの原色光は、光発生手段から投写手段まで
の光路長が互いに略等しくなるように構成されているも
のである。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、（図１）から（図１２）を用いて説明する。

【００３０】（実施の形態１）（図１）は、本発明の投
写型表示装置の構成一例を示したもので、１０１は光発
生手段としての光源、１０４，１０５はダイクロイック
ミラー、１０３，１０６，１０７，１０８は全反射ミラ
ー、１１４，１１５，１１６は画像形成手段としての液
晶パネル、１１７は色合成手段としての３色合成プリズ
ム、１１８は投写手段としての投写レンズであり、ダイ
クロイックミラー１０３，１０５と、全反射ミラー１０
６，１０７，１０８は、色分解手段としての色分解光学
系を構成する。

【００３１】光源１０１は、メタルハライドランプなど
の放電ランプと、ランプから放射された光の赤外光を透
過し、可視光を反射するコールドミラーが形成された凹
面鏡とで構成され、凹面鏡から略平行光が出力されるよ
うになっている。

【００３２】光源１０１から出力された赤、緑、青の３
原色光を含む自然光は、紫外線を反射し、可視光を透過
する紫外線カットフィルタ、全反射ミラー１０３を経
て、ダイクロイックミラー１０４に４４゜の角度で入射
する。ダイクロイックミラー１０４によって青色光は反
射され、緑色光、赤色光は透過してダイクロイックミラ
ー１０５に３８゜の角度で入射する。ダイクロイックミ
ラー１０５によって赤色光は反射され緑色光は透過す
る。このように白色光は、２つのダイクロイックミラー
１０４，１０５で３つの原色光に分解される。分解され
た、青、赤、緑の光はそれぞれ、青色光が全反射ミラー
１０６を経て、フィールドレンズ１１１に、赤色光はフ
ィールドレンズ１１２に、リレーレンズ１０９、緑色光
は全反射ミラー１０７、リレーレンズ１１０、全反射ミ
ラー１０８を経て、フィールドレンズ１１３に入射す
る。さらに、３つの原色光は、それぞれ対応するフィー
ルドレンズ１１１，１１２，１１３、液晶パネル１１
４，１１５，１１６を透過した後、３色合成プリズム１
１７に入射する。３色合成プリズム１１７は、３つの原
色光を１つに合成し、合成された光は投写レンズ１１８
に入射する。液晶パネル１１４，１１５，１１６で変調
された光の中で、散乱する光はそのほとんどが光学系の
有効部外に入射して遮蔽され、直進する光は投写レンズ
１１８を透過してスクリーン（図示せず）に到達する。
このようにして、液晶パネル１１４，１１５，１１６上
に散乱特性の変化として形成された光学像は、投写レン
ズ１１８によってスクリーン上に拡大投写される。

【００３３】光源１０１から液晶パネル１１４，１１
５，１１６までの照明光路長距離は、青色光と赤色光と
を等しくなるように設定している。

【００３４】緑色光の照明光路長は、青色光、赤色光の
照明光路長とが異なるため、スクリーン上の照度分布が
３色とも等光路長である場合と等価的に略等しくなるよ
うに、緑色光の光路中にリレーレンズ１０７，１０８を
補助的に配置している。

【００３５】フィールドレンズ１１１，１１２，１１３
は、照明光を効率よく利用するため、投写レンズの入射
瞳に照明光が集光する様に配置されている。

【００３６】液晶パネル１１４，１１５，１１６は、液
晶として、映像信号に応じた光散乱特性の変化によって
光学像を形成する高分子分散液晶（以下、ＰＤ液晶と呼
ぶ）を用いている。ＰＤ液晶を用いた場合、自然光を利
用できるので、旋光性の変化によって光学像を形成する
ために一方の直線偏光のみを利用し、しかも偏光子、検
光子としての偏光板が不可欠なツイストネマティック液
晶（ＴＮ液晶）に比べて、飛躍的に高輝度な投写画像を
表示できる。従って、（図１）に示した投写型表示装置
は、投写レンズ１１８から自然光が出射する。

【００３７】ここでＰＤ液晶パネルの動作について（図
２(ａ)，(ｂ)）を用いて簡単に説明する。

【００３８】ポリマー１２５中には水滴状の液晶（以
後、水滴状液晶１２４と呼ぶ）が分散されている。画素
電極１２２にはＴＦＴ（図示せず）等が接続され、ＴＦ
Ｔのオン、オフにより画素電極１２２に電圧が印加され
て、画素電極１２２上の液晶配向方向を可変させて光を
変調する。（図２(ａ)）に示すように電圧を印加してい
ない状態では、それぞれの水滴状液晶１２４は不規則な
方向に配向している。この状態ではポリマー１２５と水
滴状液晶１２４とに屈折率差が生じ、入射光は散乱す
る。

【００３９】ここで（図２(ｂ)）に示すように、対向電
極１２３と画素電極１２２間に電圧を印加すると液晶分
子の方向がそろう。液晶分子が一定方向に配向したとき
の屈折率をあらかじめポリマー１２５の屈折率と合わせ
ておくと、入射光は散乱せずに直進する。

【００４０】ここで、ＰＤ液晶パネルの製造方法につい
て説明しておく。ポリマー１２５として、光硬化樹脂、
特に紫外線により硬化する紫外線硬化樹脂（以後、ＵＶ
樹脂）が通常用いられる。アレイ基板１２１と対向基板
１２６とは一定の間隔をあけて保持される。保持手段と
しては微細なビーズが用いられることが多い。なお、Ｐ
Ｄ液晶パネルには基本的には配向膜の形成は必要ない。
アレイ基板１２１と対向基板１２６間に未硬化のＵＶ樹
脂成分と液晶成分とを混合させた溶液（以後、混合溶液
と呼ぶ）を注入する。次に紫外線光を混合溶液に照射す
る。すると混合溶液のＵＶ樹脂は硬化し、樹脂成分と液
晶成分とが相分離する。液晶が少ない場合は（図２）に
示すように水滴液晶１２４となり、液晶が多い場合は、
水滴状液晶１２４は連続状につながる。

【００４１】次に、（図１）に示した構成の中で、３色
合成プリズム１１７について、（図３）を用いて説明す
る。

【００４２】３色合成プリズム１１７は、（図１）中の
投写レンズ１１８側から順に、第１のプリズム１３１、
第２のプリズム１３２、第３のプリズム１３３の３つの
プリズムが接合して構成されている。３つのプリズムは
光学ガラスを研磨したものであり、それぞれの屈折率は
互いに等しいものを用いている。それぞれの接合面に
は、第１のダイクロイックミラー１３４と第２のダイク
ロイックミラー１３５が形成されている。

【００４３】入射面１３６に入射する緑色光は、出射面
１３９で一度全反射され、第１のダイクロイックミラー
１３４に入射角θ₁で入射し、再び反射されて出射面１
３９より出射する。入射面１３７に入射する青色光は、
第２のダイクロイックミラー１３５に入射角θ₂で入射
後反射され、第１のダイクロイックミラー１３４を透過
して出射面１３９より出射する。入射面１３８に入射す
る赤色光は、第２のダイクロイックミラー１３５、第１
のダイクロイックミラー１３４を順次透過して出射面１
３９より出射する。

【００４４】ここで、入射角θ₁と入射角θ₂は、（図
３）に示すプリズム構成とすることでいずれも４５゜よ
りも小さく設定でき、良好な分光特性が得られる。ま
た、３色合成プリズム１１７全体としてもコンパクトに
構成できる。

【００４５】設定する入射角の範囲としては、入射角θ
₁が２０゜以上４０゜以下、入射角θ₂が２５゜以上３５
゜以下が望ましい。

【００４６】入射角θ₁が２０゜以下の場合は、第１の
プリズム１３１が光軸１４０と垂直な方向に極端に長く
なり、色合成プリズム１１７、及び（図１）に示した投
写型表示装置をコンパクトに構成できない。また、入射
角θ₁が４０゜以上の場合は、基準入射角が４５゜のダ
イクロイックプリズムの分光特性に近くなり、前述した
Ｓ偏光とＰ偏光に半値波長の分離幅と、入射角依存性に
起因する問題が発生する。

【００４７】また、入射角θ₂が２５゜以下の場合は、
入射角θ₁が４０゜以上となる場合があり、入射角θ₂が
３５゜以上の場合は、入射角θ₁が２０゜以上となる場
合がある。

【００４８】さらに、好ましくは、入射角θ₁が２０゜
以上３０゜以下、入射角θ₂が２５゜以上３０゜以下で
あれば、分光特性、コンパクト性ともにより良好な結果
が得られる。

【００４９】第２のプリズム１３２と第３のプリズム１
３３は、同一形状にするとよい。こうすることで、プリ
ズム加工上、第２のプリズム１３２と第３のプリズム１
３３は同じ加工治具で生産でき、低コスト化に有利であ
る。

【００５０】その場合、入射角θ₁と入射角θ₂との関係
は、以下の式で表すことができる。

【００５１】

【数６】

【００５２】従って、数式（６）を満たす条件で、かつ
上記角度範囲内で入射角θ₁と入射角θ₂の基準入射角を
決定すれば良い。（図１）、（図３）に示した本実施の
形態例においては、基準入射角をそれぞれ入射角θ₁が
２６゜、入射角θ₂が３２゜となるように設定してい
る。

【００５３】（図４(ａ)，(ｂ)）、（図５(ａ)，(ｂ)）
に、第１のダイクロイックミラー１３４と第２のダイク
ロイックミラー１３５の分光透過率特性を示す。（図４
(ａ)）、（図５(ａ)）は第１のダイクロイックミラー１
３４の分光透過率、（図４(ｂ)）、（図５(ｂ)）は第２
のダイクロイックミラー１３５の分光透過率を表し、
（図４(ａ)，(ｂ)）はＳ偏光、Ｐ偏光、自然光のそれぞ
れの分光透過率、（図５(ａ)，(ｂ)）は自然光の分光透
過率の入射角依存性を表している。

【００５４】第１のダイクロイックミラーは緑反射なの
で、半値波長は２つ存在し、短波長側の半値波長を４９
５ｎｍ、長波長側の半値波長を５８５ｎｍとしている。
また、青反射である第２のダイクロイックミラー１３５
は、半値波長を５４０ｎｍとしている。

【００５５】まず、（図４(ａ)，(ｂ)）に示すグラフか
らわかるように、（図１５(ａ)，(ｂ)）に示した分光特
性に比べて基準入射角が小さいので、第１のダイクロイ
ックミラー１３４、第２のダイクロイックミラー１３５
ともにＳ偏光、Ｐ偏光の半値波長での波長分離幅が小さ
くなり、自然光を用いた場合の反射波長帯域が良好に確
保できている。従って、３色合成プリズム１１７から出
射する光は、自然光の場合でも色再現性が良好で、しか
も色利用効率も良好な投写画像を表示できる。

【００５６】特に、ダイクロイックミラー１３４は、基
準入射角が２６゜と、ダイクロイックミラー１３５の３
２゜よりもさらに小さいので、Ｓ偏光、Ｐ偏光の半値波
長での波長分離幅はより抑制できる。即ち、第１のダイ
クロイックミラー１３４を緑反射とすれば、第２のダイ
クロイックミラー１３５には緑色光が入射しないので、
第２のダイクロイックミラー１３５の半値波長を赤と青
の中間の波長（５４０ｎｍ前後）に設定すれば、第２の
ダイクロイックミラー１３５は、第１のダイクロイック
ミラー１３４より基準入射角が大きくても、これによる
Ｓ偏光、Ｐ偏光の半値波長分離幅増大や入射角依存性に
よる影響は実用上無視できるレベルとなる。また、こう
することで、第２のダイクロイックミラー１３５の半値
波長公差も、第１のダイクロイックミラーより広く設定
でき、歩留まりの点でも有利である。

【００５７】次に、（図５(ａ)，(ｂ)）に示すグラフか
らわかるように、（図１６(ａ)，(ｂ)）に示した分光特
性に比べて第１のダイクロイックミラー１３４、第２の
ダイクロイックミラー１３５ともに、入射角依存性が低
減されている。従って、（図１４(ａ)，(ｂ)）の構成よ
り色むらの少ない投写画像を表示できる。

【００５８】さらに、（図３）に示した３色合成プリズ
ム１１７は、（図１７）に示した構成の色合成プリズム
９４のように空気層を有していないので、空気層がある
場合に発生する可能性のある解像度劣化は起こらない。
従って、空気層の組立精度が要求される（図１７）の色
合成プリズム９４より、プリズムの組立が容易で生産
性、コストの点で有利でとなる。

【００５９】ここで、（図１）に示した構成の色分解光
学系を構成するダイクロイックミラー１０４、ダイクロ
イックミラー１０５は、それぞれ入射する光の基準入射
角を４４゜、３８゜とし、いずれも４５゜以下としてい
る。こうすることにより、セット全体もコンパクトに構
成できる。しかも、プレート状のダイクロイックミラー
１０４，１０５においても基準入射角が小さいほど分光
特性がＳ偏光、Ｐ偏光の半値波長分離幅、入射角依存性
の点でより有利となる。

【００６０】以上のように、本発明の投写型表示装置
は、色合成光学系に（図３）に示した構成の３色合成プ
リズムを用いているので、（図１３）に示したプレート
状のダイクロイックミラーを用いた場合に発生するコン
バージェンスずれや解像度劣化、さらには長バーックフ
ォーカス化に伴う投写レンズのコストアップの課題を解
決でき、また、（図１４(ａ)〜(ｂ)）に示したダイクロ
イックミラーへの基準入射角が４５゜であるダイクロイ
ックプリズムを用いた場合に発生する、ダイクロイック
ミラーの分光特性劣化の課題や、（図１７）に示した空
気層を有するダイクロイックプリズムの空気層に起因す
るコスト高、または解像度劣化も同時に解決できる。従
って、本発明の投写型表示装置は、高解像度で色再現、
色利用効率の良好な投写画像を容易に実現できる。

【００６１】なお、（図１）、（図３）に示した構成
は、第１のダイクロイックミラー１３４を緑反射に、第
２のダイクロイックミラーを青反射とし、それに伴って
色分解光学系を構成するダイクロイックミラー１０４は
青反射、ダイクロイックミラー１０５は赤反射としてい
るが、色分解、色合成の各色配置は、他の方式でも良
い。

【００６２】例えば、第１のダイクロイックミラー１３
４を青反射、第２のダイクロイックミラー１３５を緑反
射とし、色分解光学系のダイクロイックミラー１０４を
緑反射、ダイクロイックミラー１０５を赤反射とした場
合の第１のダイクロイックミラー１３４と第２のダイク
ロイックミラー１３５の分光透過率特性を（図６(ａ)，
(ｂ)）、（図７(ａ)，(ｂ)）に示す。

【００６３】（図６(ａ)）、（図７(ａ)）は第１のダイ
クロイックミラー１３４の分光透過率、（図６(ｂ)）、
（図７(ｂ)）は第２のダイクロイックミラー１３５の分
光透過率を表し、（図６(ａ)，(ｂ)）はＳ偏光、Ｐ偏
光、自然光のそれぞれの分光透過率、（図７(ａ)，
(ｂ)）は自然光の分光透過率の入射角依存性を表してい
る。

【００６４】青反射である第１のダイクロイックミラー
の半値波長は４９５ｎｍとし、緑反射である第２のダイ
クロイックミラー１３５は、半値波長を５８５ｎｍとし
ている。

【００６５】この場合、２つのダイクロックミラーとも
１色反射で構成しているため、加工上、多層膜の半値波
長制御がしやすいという利点がある。

【００６６】この場合も、（図６(ａ)，(ｂ)）に示すグ
ラフからわかるように、（図１５(ａ)，(ｂ)）に示した
分光特性に比べて、第１のダイクロイックミラー１３
４、第２のダイクロイックミラー１３５ともにＳ偏光、
Ｐ偏光の半値波長での波長分離幅が小さくなり、自然光
を用いた場合の反射波長帯域が良好に確保できている。

【００６７】また、（図５(ａ)，(ｂ)）に示すグラフか
らわかるように、入射角依存性についても同様に（図１
６(ａ)，(ｂ)）に示した分光特性に比べて第１のダイク
ロイックミラー１３４、第２のダイクロイックミラー１
３５ともに低減されている。

【００６８】このように、本実施の形態では、（図３）
に示す３色合成プリズムの分光特性例を２つ示したが、
赤、青、緑の３色の配置はさらに他の組み合わせであっ
ても、基準入射角が４５゜のプリズムの分光特性に対す
る有利性は確保できる。

【００６９】また、本実施の形態では、第１のダイクロ
イックミラーへの基準入射角を２６゜、第２のダイクロ
イックミラーへの基準入射角を３２゜にそれぞれ設定し
たが、前述の条件に範囲内であれば、他の基準入射角の
組み合わせでも良い。

【００７０】色分解光学系のダイクロイックミラー１０
４，１０５についても、本実施の形態では、基準入射角
をそれぞれ４４゜、３８゜としているが、４５゜以下で
あれば他の基準入射角の組み合わせとしても良い。

【００７１】３色合成プリズム、色分解光学系の３色の
色配置や、ダイクロイックミラー面への基準入射角につ
いては、以下の実施の形態についても同様のことが言え
る。

【００７２】（実施の形態２）（図８）に示す投写型表
示装置の構成は、液晶パネル１１４，１１５，１１６を
それぞれ３色合成プリズム１１７の入射面に固着したも
のであり、各構成部品、及び配置角度等は全て（図１）
に示した構成と同一である。

【００７３】液晶パネル１１４，１１５，１１６を３色
合成プリズム１１７の入射面の面と固着することによ
り、空気との界面反射による不要反射光は少なくなりコ
ントラストが向上する。この場合、各液晶パネル１１
４，１１５，１１６は３色合成プリズム１１７に光学結
合剤により光学的に結合されている。

【００７４】光学結合剤としては、アクリル系やエポキ
シ系などの透明接着剤、シリコン樹脂を成分をするゲ
ル、エチレングリコールなどの液体などが例示される。
これらの光結合剤は屈折率が表示パネルの基板の屈折率
に近いものが多く実用上充分である。具体的には信越化
学工業（株）製の透明シリコーン樹脂ＫＥ１０５１であ
り、屈折率は１．４０である。これは、２種類の液体で
供給されており、２液を混合して室温放置または加熱す
ると、付加重合反応によりゲル状に硬化する。

【００７５】いずれの光学結合剤を用いる場合も、に示
した対向基板と、張り付ける対象物との間に空気層があ
るとそこで画質異常を生じるので、空気層を含まないよ
うにする必要がある。

【００７６】各液晶パネル１１４，１１５，１１６が３
色合成プリズム１１７に光学結合剤で固着した場合の効
果について、（図２）に示した液晶パネル１１４，１１
５，１１６の動作原理図を用いて以下に説明する。

【００７７】各液晶パネル１１４，１１５，１１６が固
着されていない場合、入射光はアレイ基板１２１側から
入射し、ポリマー１２４層の水滴状液晶１２４で散乱す
る。散乱した光の一部は対向基板１２６の空気との界面
で反射し、再びポリマー１２５層に入射する。入射した
光は水滴状液晶１２４で再び散乱（２次散乱と呼ぶ）
し、その散乱した光の一部は対向基板１２６から出射す
る。出射した光は投写レンズに入射し、スクリーンに投
写される。この、２次散乱による出射光は投写画像のコ
ントラスト性能を著しく劣化させる要因となる。

【００７８】従って、液晶パネル１１４，１１５，１１
６を３色合成プリズム１１７に光結合剤を介して固着す
ることで、液晶パネル１１４，１１５，１１６と３色合
成プリズム１１７との間に不要反射光が発生する界面を
光学的に除去でき、コントラスト劣化を防ぐことが出来
る。

【００７９】また、３色合成プリズム１１７の無効領域
には光吸収膜が塗布されている。こうすることで、散乱
した光はそのほとんどが光吸収膜に入射して吸収され、
液晶パネル１１４，１１５，１１６に再び戻り、２次散
乱を発生させることはほとんどない。したがって、表示
コントラストはさらに向上し、また、液晶パネル１１
４，１１５，１１６と３色色合成プリズムとの界面反射
光もなくなるため、乱反射による画素のにじみ、ウィン
ドコントラストの低下もなくなる。

【００８０】なお、この場合、液晶パネル１１４，１１
５，１１６が３色合成プリズム１１７に固着されている
ので、組立調整後に液晶パネル１１４，１１５，１１６
の機構的位置ずれによるコンバージェンスずれの発生も
なくなる。

【００８１】以上、（図８）に示した構成は、コントラ
スト性能をより向上させるために、（図１）に示した構
成の液晶パネル１１４，１１５，１１６と３色合成プリ
ズム１１７を固着した場合を示したが、３色合成プリズ
ム１１７は（図３）に示したものと同一であり、このプ
リズムを色合成光学系に用いた効果は、実施の形態１と
全く同様である。

【００８２】（実施の形態３）（図９）に示す投写型表
示装置は、色分解光学系も色合成光学系と同様に（図
３）に示した構成のプリズムを用い、赤、青、緑とも照
明光路長を等しくした場合の構成の斜視図である。

【００８３】１４１は光発生手段としての光源、１４３
は３色分解プリズム、１５３，１５４，１５５は画像形
成手段としての液晶パネル、１５６は色合成手段として
の３色合成プリズム、１５７は投写手段としての投写レ
ンズである。

【００８４】液晶パネル１５３，１５４，１５５は、映
像信号に応じて光散乱特性の変化として光学像を形成す
る高分子分散液晶を用いたものであり、（図１）に示し
た液晶パネル１１４，１１５，１１６ものと同一であ
る。また、３色分解プリズム１４３と３色合成プリズム
１５６も（図１）に示した３色合成プリズム１１７と同
じものを用いている。

【００８５】光源１４１は、メタルハライドランプなど
の放電ランプと、ランプから放射された光の赤外光を透
過し、可視光を反射するコールドミラーが形成された凹
面鏡とで構成され、凹面鏡から略平行光が出力されるよ
うになっている。

【００８６】光源１４１から出力された赤、緑、青の３
原色光を含む自然光は、全反射ミラー１４２を経て、３
色分解プリズム１４３に入射する。３色分解プリズム１
４３によって分解された３つの原色光は、青色光が全反
射ミラー１４４，１４７を経てフィールドレンズ１５０
に、赤色光が全反射ミラー１４５，１４８を経てフィー
ルドレンズ１５１に、緑色光が全反射ミラー１４６，１
４９を経て、フィールドレンズ１５２にそれぞれ入射す
る。さらに、３つの原色光は、それぞれ対応するフィー
ルドレンズ１５０，１５１，１５２、液晶パネル１５
３，１５４，１５５を透過した後、３色合成プリズム１
５６に入射する。３色合成プリズム１５６は、３つの原
色光を１つに合成し、合成された光は投写レンズ１５７
に入射する。液晶パネル１５３，１５４，１５５に形成
された光学像は、投写レンズ１５７によってスクリーン
上（図示せず）に拡大投写される。

【００８７】この構成の場合、光源１４１から液晶パネ
ル１５３，１５４，１５５までの照明光路長距離が３色
とも等しくなるので、スクリーン上の色均一性が（図
１）に示した構成で用いたリレーレンズ１０９，１１０
を用いなくても良好となり、また、色分解光学系もプリ
ズムによる構成としているためにセット全体を非常にコ
ンパクトに構成できる。

【００８８】３色分解プリズム１４３、３色合成プリズ
ムは、（図３）に示した３色合成プリズム１１７と同じ
ものを用いているので、分光特性も（図４(ａ)，
(ｂ)）、（図５(ａ)，(ｂ)）の示したようになり、（図
１３）に示したプレート状のダイクロイックミラーを用
いた場合に発生するコンバージェンスずれや解像度劣
化、さらには長バーックフォーカス化に伴う投写レンズ
のコストアップの課題を解決でき、また、（図１４(ａ)
〜(ｂ)）、（図１５(ａ)，(ｂ)）に示したダイクロイッ
クミラーへの基準入射角が４５゜であるダイクロイック
プリズムを用いた場合に発生する、ダイクロイックミラ
ーの分光特性劣化の課題や、（図１７）に示した空気層
を有するダイクロイックプリズムの空気層に起因するコ
スト高、または解像度劣化も同時に解決できる。従っ
て、本実施の形態の投写型表示装置も、高解像度で色再
現、色利用効率の良好な投写画像を容易に実現できる。

【００８９】なお、照明光路中に配置されている３色分
解プリズム１４３は、３色合成プリズム１５６ほど、ダ
イクロイックミラー面の平面度や角度精度が要求されな
いので、プリズムとしてガラス一体成形品や、プラスチ
ック一体成型品を用いれば、より低コストにできる。そ
の他、入射窓、および出射窓となるガラス基板とアルミ
ニウムなどからなる枠体とで容器を構成し、この容器内
に、色分解面となる基板を挿入し、容器の空間内にガラ
スの屈折率に近い液体を充填したものでもよい。液体と
してはエチレングリコールを主成分としたものが、光学
性能（透明性、屈折率均一性等）、耐熱性、耐寒性など
に優れている点で望ましい。また、エチレングリコール
の他に、少なくとも組立時には液体であるが、組立完了
後は次第にゲル状となる透明シリコン樹脂などを用いて
もよい。但し、これらの場合の３色分解プリズム１４３
の形状は、３色合成プリズム１５６と略同一形状、また
は相似形状にすることが望ましい。

【００９０】（実施の形態４）（図１０）、（図１
１）、（図１２）に示す投写型表示装置は、いずれも反
射型の画像形成手段を用いた投写型表示装置の構成例で
あり、（図１０）に示す構成の画像形成手段は、映像信
号に応じて光散乱特性の変化として光学像を形成する高
分子分散液晶を用いライトバルブであり、（図１１）に
示す構成の画像形成手段は、マトリックス状に反射ミラ
ーが配列され、前記反射ミラーの傾角を制御することに
より光学像を形成する反射素子であり、（図１２）に示
す構成の画像形成手段は、複屈折性の変化として光学像
を形成する液晶を用いたライトバルブである。

【００９１】以下に、上記３つの構成例について、図面
を参照にしながら説明する。まず、（図１０）に示す投
写型表示装置は高分子分散液晶を用いたもので、１６１
は光発生手段としての光源、１６４は色分解合成手段と
しての３色分解合成プリズム、１６５，１６６，１６７
は画像形成手段としての液晶パネル、１６９は投写手段
としての投写レンズである。

【００９２】液晶パネル１６５，１６６，１６７は、映
像信号に応じて光散乱特性の変化として光学像を形成す
る高分子分散液晶を用いた反射型パネルである。また、
３色分解合成プリズム１６４は、（図１）に示した３色
合成プリズム１１７と同じものを用いている。

【００９３】光源１６１は、メタルハライドランプなど
の放電ランプと、ランプから放射された光の赤外光を透
過し、可視光を反射するコールドミラーが形成された凹
面鏡とで構成され、凹面鏡から略平行光が出力されるよ
うになっている。

【００９４】光源１６１から出力された赤、緑、青の３
原色光を含む自然光は、全反射ミラー１６２，１６３を
経て、３色分解合成プリズム１６４に入射する。３色分
解プリズム１６４によって分解された３つの原色光は、
青色光が液晶パネル１６５に、赤色光が液晶パネル１６
６に、緑色光が液晶パネル１６７にそれぞれ入射する。
３つの原色光は、それぞれ対応する、液晶パネル１６
５，１６６，１６７によって変調された後反射されて、
再び３分解色合成プリズム１６４に入射する。３色分解
合成プリズム１６４は、３つの原色光を１つに合成し、
合成された光は絞り１６８に入射する。散乱光として変
調された光は、そのほとんどが絞り１６８によって遮光
され、変調されない光は絞り１６８を通過して投写レン
ズ１６９に入射する。このようにして、散乱特性の変化
として液晶パネル１６５，１６６，１６７上に形成され
た光学像は、投写レンズ１６９によってスクリーン上
（図示せず）に拡大投写される。

【００９５】この構成の場合も、光源１６１から液晶パ
ネル１６５，１６６，１６７までの照明光路長距離が３
色とも等しくなるので、スクリーン上の色均一性が（図
１）に示した構成で用いたリレーレンズ１０９，１１０
を用いなくても実現でき、また、色分解光学系と色合成
光学系を１つの３色分解合成プリズム１６４で構成して
いるためセット全体を非常にコンパクトに構成できる。

【００９６】３色分解合成プリズム１６４は、（図３）
に示した３色合成プリズム１１７と同じものを用いてい
るので、分光特性も（図４(ａ)，(ｂ)）、（図５(ａ)，
(ｂ)）の示したようになり、（図１３）に示したプレー
ト状のダイクロイックミラーを用いた場合に発生するコ
ンバージェンスずれや解像度劣化、さらには長バーック
フォーカス化に伴う投写レンズのコストアップの課題を
解決でき、また、（図１４(ａ)〜(ｂ)）、（図１５
(ａ)，(ｂ)）に示したダイクロイックミラーへの基準入
射角が４５゜であるダイクロイックプリズムを用いた場
合に発生する、ダイクロイックミラーの分光特性劣化の
課題や、（図１７）に示した空気層を有するダイクロイ
ックプリズムの空気層に起因するコスト高、または解像
度劣化も同時に解決できる。従って、本実施の形態の投
写型表示装置も、高解像度で色再現、色利用効率の良好
な投写画像を容易に実現できる。

【００９７】なお、以上の実施の形態で示した、高分子
分散液晶を用いた投写型表示装置の場合、（図１）、
（図８）、（図９）および（図１０）において、散乱光
と直進光の進行方式はこれらに限定するものではなく、
たとえば直進光成分を遮光体で遮蔽し、散乱光をスクリ
ーンに投写する中心遮蔽型の光学系を用いてもよい。

【００９８】次に、（図１１）に示す投写型表示装置
は、マトリックス状に反射ミラーが配列された反射素子
を用いたもので、１７１は光発生手段としての光源、１
７５は色分解合成手段としての３色分解合成プリズム、
１７６，１７７，１７８は画像形成手段としての液晶パ
ネル、１７９は投写手段としての投写レンズである。

【００９９】ライトバルブ１７６，１７７，１７８は、
映像信号に応じて、マトリックス状に配列されている微
小な各反射ミラーの傾き角が変化して光学像を形成する
高分子分散液晶を用いた反射型パネルである。また、こ
の場合も、３色分解合成プリズム１７５は、（図１）に
示した３色合成プリズム１１７と同じものを用いてい
る。

【０１００】光源１７１は、メタルハライドランプなど
の放電ランプと、ランプから放射された光の赤外光を透
過し、可視光を反射するコールドミラーが形成された凹
面鏡とで構成され、凹面鏡から略平行光が出力されるよ
うになっている。

【０１０１】光源１７１から出力された赤、緑、青の３
原色光を含む自然光は、全反射ミラー１７２，１７３、
フィールドレンズ１７４を経て、３色分解合成プリズム
１７５に入射する。３色分解プリズム１７５によって分
解された３つの原色光は、青色光が液晶パネル１７６
に、赤色光が液晶パネル１７７に、緑色光が液晶パネル
１７８にそれぞれ入射する。３つの原色光は、それぞれ
対応する、液晶パネル１７６，１７７，１７８によって
変調された後反射されて、再び３分解色合成プリズム１
７５に入射する。３色分解合成プリズム１７５は、３つ
の原色光を再び１つに合成し、合成された光は投写レン
ズ１７９に入射する。液晶パネル１７６，１７７，１７
８上に光の反射角の変化によって形成された光学像は、
投写レンズ１７９によってスクリーン上（図示せず）に
拡大投写される。

【０１０２】この構成の場合も、光源１７１から液晶パ
ネル１７６，１７７，１７８までの照明光路長距離が３
色とも等しくなるので、スクリーン上の色均一性が（図
１）に示した構成で用いたリレーレンズ１０９，１１０
を用いなくても実現でき、また、色分解光学系と色合成
光学系を１つの３色分解合成プリズム１７５で構成して
いるためセット全体を非常にコンパクトに構成できる。

【０１０３】また、３色分解合成プリズム１７５は、
（図３）に示した３色合成プリズム１１７と同じものを
用いているので、分光特性も（図４(ａ)，(ｂ)）、（図
５(ａ)，(ｂ)）の示したようになり、（図１３）に示し
たプレート状のダイクロイックミラーを用いた場合に発
生するコンバージェンスずれや解像度劣化、さらには長
バーックフォーカス化に伴う投写レンズのコストアップ
の課題を解決でき、また、（図１４(ａ)〜(ｂ)）、（図
１５(ａ)，(ｂ)）に示したダイクロイックミラーへの基
準入射角が４５゜であるダイクロイックプリズムを用い
た場合に発生する、ダイクロイックミラーの分光特性劣
化の課題や、（図１７）に示した空気層を有するダイク
ロイックプリズムの空気層に起因するコスト高、または
解像度劣化も同時に解決できる。従って、本実施の形態
の投写型表示装置も、高解像度で色再現、色利用効率の
良好な投写画像を容易に実現できる。

【０１０４】次に、（図１２）に示す投写型表示装置
は、複屈折性を有する液晶を用いたもので、１８１は光
発生手段としての光源、１８３は偏光ビームスプリッ
タ、１８４は色分解合成手段としての３色分解合成プリ
ズム、１８５，１８６，１８７は画像形成手段としての
液晶パネル、１８８は投写手段としての投写レンズであ
る。

【０１０５】ライトバルブ１８５，１８６，１８７は、
映像信号に応じて、複屈折性が変化して光学像を形成す
る液晶を用いた反射型パネルである。液晶材料として
は、強誘電液晶、ホメオトロピック液晶などが例示され
る。偏光ビームスプリッタは２つのプリズムを接合した
もので、その接合面には偏光選択性を有する多層膜が形
成されている。また、この場合も、３色分解合成プリズ
ム１８４は、（図１）に示した３色合成プリズム１１７
と同じものを用いている。

【０１０６】光源１８１は、メタルハライドランプなど
の放電ランプと、ランプから放射された光の赤外光を透
過し、可視光を反射するコールドミラーが形成された凹
面鏡とで構成され、凹面鏡から略平行光が出力されるよ
うになっている。

【０１０７】光源１８１から出力された赤、緑、青の３
原色光を含む自然光は、全反射ミラー１８２を経て、偏
光ビームスプリッタ１８３に入射する。偏光ビームスプ
リッタ１８３に入射した自然光のうち、Ｐ偏光は不要光
として偏光ビームスプリッタ１８３を透過し、Ｓ偏光は
反射されて色分解合成プリズム１８４に入射する。３色
分解プリズム１８４によって分解された３つの原色光
は、青色光が液晶パネル１８５に、赤色光が液晶パネル
１８６に、緑色光が液晶パネル１８７にそれぞれ入射す
る。略直線偏光となった３つの原色光は、それぞれ対応
する、液晶パネル１８６，１８７，１８８によって楕円
偏光に変調された後反射されて、再び３分解色合成プリ
ズム１８４に入射する。３色分解合成プリズム１８４
は、３つの原色光を再び１つに合成し、合成された光は
再び偏光ビームスプリッタ１８３に入射する。液晶パネ
ル１８６，１８７，１８８によって変調された楕円偏光
にうち、Ｐ偏光に変換された光は偏光ビームスプリッタ
１８３を透過して投写レンズ１８８に入射し、変換され
ないＳ偏光は偏光ビームスプリッタ１８３によって反射
されて光源１８１側に進行する。このように、液晶パネ
ル１８５，１８６，１８７上に液晶の複屈折性の変化に
よって形成された光学像は、投写レンズ１７９によって
スクリーン上（図示せず）に拡大投写される。

【０１０８】この構成の場合も、光源１８１から液晶パ
ネル１８６，１８７，１８８までの照明光路長距離が３
色とも等しくなるので、スクリーン上の色均一性が（図
１）に示した構成で用いたリレーレンズ１０９，１１０
を用いなくても実現でき、また、色分解光学系と色合成
光学系を１つの３色分解合成プリズム１８４で構成して
いるためセット全体を非常にコンパクトに構成できる。

【０１０９】また、３色分解合成プリズム１８４は、
（図３）に示した３色合成プリズム１１７と同じものを
用いているので、（図１３）に示したプレート状のダイ
クロイックミラーを用いた場合に発生するコンバージェ
ンスずれや解像度劣化、さらには長バーックフォーカス
化に伴う投写レンズのコストアップの課題を解決でる。

【０１１０】分光特性に関しては、この場合、直線偏光
を用いるのでＳ偏光の分光透過率のみでダイクロイック
ミラーを設計できる。従って、（図１４(ａ)〜(ｂ)）に
示したようなＳ偏光とＰ偏光の半値波長幅が大きいこと
に起因する問題はない。但し、（図１５(ａ)，(ｂ)）に
示したダイクロイックミラーへの基準入射角が４５゜で
あるダイクロイックプリズムを用いた場合に発生する、
ダイクロイックミラーの入射角依存性の課題解決は、前
述の実施の形態と同様に有効である。また、（図１７）
に示した空気層を有するダイクロイックプリズムの空気
層に起因するコスト高、または解像度劣化も同時に解決
できる。従って、本実施の形態の投写型表示装置も、高
解像度で色再現、色利用効率の良好な投写画像を容易に
実現できる。

【０１１１】なお、以上の全ての実施の形態において、
光源としてメタルハライドランプを用いたが、他に水銀
ランプ、キセノンランプ、ハロゲンランプ、および無電
極放電ランプなどを光源として用いても良い。

【０１１２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、３つのラ
イトバルブを用い、１つの投写レンズで構成するとき
に、色合成光学系に起因して発生するコンバージェンス
ずれ、非点隔差、解像度劣化を除去し、しかも色均一
性、色再現性、色利用効率の良好な投写画像を表示でき
る投写型表示装置示を提供でき、非常に大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の
概略構成図

【図２】高分子分散液晶の動作原理の説明図

【図３】本発明の投写型表示装置に用いる３色合成プリ
ズムの構成図

【図４】本発明の投写型表示装置に用いる３色合成プリ
ズム分光透過率特性図

【図５】本発明の投写型表示装置に用いる３色合成プリ
ズム分光透過率特性図

【図６】本発明の投写型表示装置に用いる３色合成プリ
ズム分光透過率特性図

【図７】本発明の投写型表示装置に用いる３色合成プリ
ズム分光透過率特性図

【図８】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の
概略構成図

【図９】本発明の一実施の形態による投写型表示装置の
斜視図

【図１０】本発明の一実施の形態による投写型表示装置
の斜視図

【図１１】本発明の一実施の形態による投写型表示装置
の斜視図

【図１２】本発明の一実施の形態による投写型表示装置
の斜視図

【図１３】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図１４】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図１５】従来の投写型表示装置に用いる色合成プリズ
ムの分光透過率特性図

【図１６】従来の投写型表示装置に用いる色合成プリズ
ムの分光透過率特性図

【図１７】従来の投写型表示装置の概略構成図

【符号の説明】

１０１光源１０４，１０５ダイクロイックミラー１０３，１０６，１０７，１０８全反射ミラー１１４，１１５，１１６液晶パネル１１７３色合成プリズム１１８投写レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３原色の色成分を含む光を放射する光発
生手段と、前記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、前記３つの原色光が入射し、前記原色光を変調して光学
像を形成する３つの画像形成手段と、前記３つの画像形成手段からの出力光を１つに合成する
色合成手段と、前記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、前記色合成手段は、２つの接合面を有する３つのプリズ
ム部材からなり、前記２つの接合面には、それぞれ前記
投写手段側から順に第１のダイクロイックミラーと第２
のダイクロイックミラーが形成され、前記第１のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₁は２０゜以上４０゜以下であり、前記第２のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₂は２５゜以上３５゜以下であることを特徴とする投写
型表示装置。
【請求項２】前記角度θ₁は２０゜以上３０゜以下で
あり、前記角度θ₂は３０゜以上３５゜以下であること
を特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】前記角度θ₁と、前記角度θ₂は以下の条
件を満たす請求項１記載の投写型表示装置。【数１】
【請求項４】色分解手段は２つのダイクロイックミラ
ーを有し、前記２つのダイクロイックミラーに入射する
光の角度は、いずれも４５゜以下となるように配置され
ている請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】３原色の色成分を含む自然光を放射する
光発生手段と、前記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、前記３つの原色光が入射し、前記原色光を変調して光学
像を形成する３つの画像形成手段と、前記３つの画像形成手段からの出力光を１つに合成する
色合成手段と、前記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、前記色合成手段は、２つの接合面を有する３つのプリズ
ム部材からなり、前記２つの接合面には、それぞれ前記
投写手段側から順に第１のダイクロイックミラーと第２
のダイクロイックミラーが形成され、前記第１のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₁は２０゜以上４０゜以下であり、前記第２のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₂は２５゜以上３５゜以下であり、かつ投写レンズから出力される光は自然光であることを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】前記画像形成手段は、光散乱特性の変化
として光学像を形成する高分子分散液晶を用いた液晶ラ
イトバルブであることを特徴とする請求項５記載の投写
型表示装置。
【請求項７】前記角度θ₁は２０゜以上３０゜以下で
あり、前記角度θ₂は３０゜以上３５゜以下であること
を特徴とする請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項８】前記角度θ₁と、前記角度θ₂は以下の条
件を満たす請求項５記載の投写型表示装置。【数２】
【請求項９】前記第１のダイクロイックミラーは、緑
色成分の光を反射し、青、赤成分の光を透過する特性を
有することを特徴とする請求項５記載の投写型表示装
置。
【請求項１０】前記第１のダイクロイックミラーは、
青色成分の光を反射し、緑、赤成分の光を透過する特性
を有することを特徴とする請求項５記載の投写型表示装
置。
【請求項１１】色分解手段は２つのダイクロイックミ
ラーを有し、前記２つのダイクロイックミラーに入射す
る光の角度は、いずれも４５゜以下となるように配置さ
れている請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項１２】３原色の色成分を含む自然光を放射す
る光発生手段と、前記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、前記３つの原色光が入射し、前記原色光を変調して光学
像を形成する３つの画像形成手段と、前記３つの画像形成手段からの出力光を１つに合成する
色合成手段と、前記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、前記色合成手段は、２つの接合面を有する３つのプリズ
ム部材からなり、前記２つの接合面には、それぞれ前記
投写手段側から順に第１のダイクロイックミラーと第２
のダイクロイックミラーが形成され、前記第１のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₁は２０゜以上４０゜以下であり、前記第２のダイクロイックミラーに入射する光の角度θ
₂は２５゜以上３５゜以下であり、前記３つの画像形成手段は、前記色合成手段の光入射面
にそれぞれ光学的に結合されるように固着され、かつ投写レンズから出力される光は自然光であることを
特徴とする投写型表示装置。
【請求項１３】前記画像形成手段は、光散乱特性の変
化として光学像を形成する高分子分散液晶を用いた液晶
ライトバルブであることを特徴とする請求項１２記載の
投写型表示装置。
【請求項１４】前記角度θ₁は２０゜以上３０゜以下
であり、前記角度θ₂は３０゜以上３５゜以下であるこ
とを特徴とする請求項１２記載の投写型表示装置。
【請求項１５】前記角度θ₁と、前記角度θ₂は以下の
条件を満たす請求項１２記載の投写型表示装置。【数３】
【請求項１６】前記第１のダイクロイックミラーは、
緑色成分の光を反射し、青、赤成分の光を透過する特性
を有することを特徴とする請求項１２記載の投写型表示
装置。
【請求項１７】前記第１のダイクロイックミラーは、
青色成分の光を反射し、緑、赤成分の光を透過する特性
を有することを特徴とする請求項１２記載の投写型表示
装置。
【請求項１８】色分解手段は２つのダイクロイックミ
ラーを有し、前記２つのダイクロイックミラーに入射す
る光の角度は、いずれも４５゜以下となるように配置さ
れている請求項１２記載の投写型表示装置。
【請求項１９】３原色の色成分を含む光を放射する光
発生手段と、前記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、前記３つの原色光が入射し、前記原色光を変調して光学
像を形成する３つの画像形成手段と、前記３つの画像形成手段からの出力光を１つに合成する
色合成手段と、前記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、前記色分解手段と、前記色合成手段は、それぞれ、入射
する光の角度θ₁が２０゜以上４０゜以下である第１の
ダイクロイックミラーと、入射する光の角度θ ₂が２５
゜以上３５゜以下である第２のダイクロイックミラー
の、少なくとも２つのダイクロイックミラー面を有する
プリズム体であり、前記３つの原色光は、前記光発生手段から前記投写手段
までの光路長が互いに略等しくなるように構成されてい
ることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２０】前記画像形成手段は、光散乱特性の変
化として光学像を形成する高分子分散液晶を用いた液晶
ライトバルブであることを特徴とする請求項１９記載の
投写型表示装置。
【請求項２１】前記角度θ₁は２０゜以上３０゜以下
であり、前記角度θ₂は３０゜以上３５゜以下であるこ
とを特徴とする請求項１９記載の投写型表示装置。
【請求項２２】前記角度θ₁と、前記角度θ₂は以下の
条件を満たす請求項１９記載の投写型表示装置。【数４】
【請求項２３】前記第１のダイクロイックミラーは、
緑色成分の光を反射し、青、赤成分の光を透過する特性
を有することを特徴とする請求項１９記載の投写型表示
装置。
【請求項２４】前記色分解手段のプリズム体と、前記
色合成手段のプリズム体は互いに同一形状、または相似
形状である請求項１９記載の投写型表示装置。
【請求項２５】３原色の色成分を含む光を放射する光
発生手段と、前記光発生手段からの放射光を３つの原色光に分解し、
再び合成する色分解合成手段と、入射する前記３つの原色光をそれぞれ変調して、光学像
を形成する３つの反射型画像形成手段と、前記色分解合成手段により１つに合成された出力光を投
写する投写手段とを具備し、前記色分解合成手段は、入射する光の角度θ₁が２０゜
以上４０゜以下である第１のダイクロイックミラーと、
入射する光の角度θ₂が２５゜以上３５゜以下である第
２のダイクロイックミラーの、少なくとも２つのダイク
ロイックミラー面を有するプリズム体であり、前記３つの原色光は、前記光発生手段から前記投写手段
までの光路長が互いに略等しくなるように構成されてい
ることを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２６】前記反射型画像形成手段は、光散乱特
性の変化として光学像を形成する高分子分散液晶を用い
た反射型液晶ライトバルブであることを特徴とする請求
項２５記載の投写型表示装置。
【請求項２７】前記反射型画像形成手段は、マトリッ
クス状に反射ミラーが配列され、前記反射ミラーの傾角
を制御することにより光学像を形成する反射素子である
ことを特徴とする請求項２５記載の投写型表示装置。
【請求項２８】前記反射型画像形成手段は、複屈折性
の変化として光学像を形成するライトバルブであること
を特徴とする請求項２５記載の投写型表示装置。
【請求項２９】前記角度θ₁は２０゜以上３０゜以下
であり、前記角度θ₂は３０゜以上３５゜以下であるこ
とを特徴とする請求項２５記載の投写型表示装置。
【請求項３０】前記角度θ₁と、前記角度θ₂は以下の
条件を満たす請求項２５記載の投写型表示装置。【数５】
【請求項３１】前記第１のダイクロイックミラーは、
緑色成分の光を反射し、青、赤成分の光を透過する特性
を有することを特徴とする請求項２５記載の投写型表示
装置。