JPH1055037A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光ビームスプリッタが全波長域の光に対し
て良好な偏光分離特性を得ることができないことに起因
する投射像のコントラストの劣化を防止する。 【解決手段】 光源からの光は、インテグレータ２、フ
ィールドレンズ１１及びリレーレンズ１２を経由して、
ダイクロイックミラー３，５により各色光に色分解され
る。色分解された各色光は、フィールドレンズ１３，１
４，１６，１７，１８及びリレーレンズ１５を経由し、
偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒによりそれぞれ
２つの偏光光に偏光分離される。各色光の一方の偏光光
は、ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒにより変調される。
各色光の変調光は、偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，
６Ｒにより検光され、クロスダイクロイックプリズム８
により色合成され、投射レンズ１９によりスクリーン上
に投射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ライトバルブ
上に形成される画像をスクリーン上に投射する投射型表
示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】反射型ライトバルブを使用したフルカラ
ー投射型表示装置の従来例として、特開昭６３−３９２
９４号公報に記載された装置が知られている。図４にこ
の従来の投射型表示装置の構成図を示し、本図を参照し
てこの投射型表示装置について説明する。

【０００３】図４において２１１は色分解光学系であ
り、該色分解光学系２１１は、図４に示すように配置さ
れた第１プリズム２１１Ａ、第２プリズム２１１Ｂ及び
第３プリズム２１１Ｃを備えている。第１プリズム２１
１Ａの面２１１ｅには、青色光を反射しそれより長波長
域の光を透過させるダイクロイック薄膜が蒸着されてい
る。第１プリズム２１１Ａと第２プリズム２１１Ｂとの
間には空隙が形成されている。第２プリズム２１１Ｂと
第３プリズム２１１Ｃとの間の面２１１ｆには、赤色光
を反射し緑色光を透過させるダイクロイック薄膜が蒸着
されている。したがって、面２１１ａから白色光が入射
すると、面２１１ｅにて青色光は反射され、この青色光
は更に面２１１ａにて内面全反射され、出射面２１１ｂ
に向かう。面２１１ｅを透過した光のうちの赤色光は、
面２１１ｆにて反射され、前記空隙と接する面で内面全
反射して出射面２１１ｃに向かう。面２１１ｅを透過し
た光のうちの緑色光は、面２１１ｆを透過し、出射面２
１１ｄに向かう。図４において、２１２，２１３，２１
４は、順に青色成分の映像、赤色成分の映像、緑色成分
の映像を表示する２次元の反射型液晶素子（ライトバル
ブ）である。なお、これらのライトバルブ２１２，２１
３，２１４は、透過型ライトバルブの裏面にそれぞれ誘
電体による反射層２１５，２１６，２１７がそれぞれ形
成された構成を有しており、反射型ライトバルブとして
構成されている。図４において、２２１は偏光ビームス
プリッタであり、色分解光学系２１１の設定光軸Ｏ上に
配置されている。２２２はコリメーションレンズであ
り、このコリメーションレンズ２２２のほぼ焦点上には
ハロゲンランプ等の白色光源２２３が配置されている。

【０００４】以上の構成を有する従来の投射型表示装置
では、白色光源２２３を発した光束はコリメーションレ
ンズ２２２へ入射して平行光束となり、偏光ビームスプ
リッタ２２１の偏光分離部によって反射されたＳ偏光光
が色分解光学系２１１に入射される。色分解光学系２１
１に入射した直線偏光光（Ｓ偏光光）は、各色光に色分
解されて各色光用ライトバルブ２１２，２１３，２１４
にそれぞれ入射され、各色光の映像信号によって空間変
調され、偏光方向を９０度変換させて反射され、光路を
逆行して色分解光学系２１１にて色合成され、前記面２
１１ａから出射し、前記偏光方向が変換された成分（Ｐ
偏光成分）が偏光ビームスプリッタ２２１にて検光され
てこれを透過して、投射レンズ２２４にてスクリーン２
２５上に投射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の投
射型表示装置においては以下の問題があった。すなわ
ち、前記従来の投射型表示装置においては、白色光源２
２３からの光を偏光分離する偏光ビームスプリッタ２２
１は、偏光分離しなければならない波長領域が白色光で
あるために全波長域に対して偏光分離を達成しなければ
ならないが、全波長域にて良好な偏光分離を行うことは
実際的には不可能であり、このために、ある波長域にお
いては投射像のコントラストが劣化するという問題があ
った。

【０００６】また、前記従来の投射型表示装置において
は、光源光を偏光ビームスプリッタ２２１にて偏光分離
し、該分離光のうちの一方に対して色分解及び色合成を
行い、該色合成光を偏光ビームスプリッタ２２１にて検
光する構成としているため、色分解及び色合成を行うプ
リズム２１１Ａ，２１１Ｂ，２１１Ｃ中において、偏光
面が回転してしまうと投射像のコントラストが劣化する
という問題がある。プリズム中で偏光面が回転しないよ
うにするためには、プリズムを構成する光学ガラスとし
て材質的に複屈折（歪）を極力抑えたものを用いる必要
があるが、そのためには材料のコスト上昇を避けること
はできなかった。その上、この材料を使用したとして
も、前記複屈折を完全になくすことはできず、この結果
投射像のコントラストの低下を生じていた。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、偏光ビームスプリッタが全波長域の光に対し
て良好な偏光分離特性を得ることができないことに起因
する投射像のコントラストの劣化を防止することができ
る投射型表示装置を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、色合成を行う光学系の複
屈折に起因する投射像のコントラストの劣化を防止する
ことができる投射型表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による投射型表示装置は、光源
からの光を第１、第２及び第３の色光に色分解する色分
解光学系であって、互いに略平行に配置された複数のダ
イクロイックミラーから構成された色分解光学系と、第
１、第２及び第３のライトバルブと、前記色分解光学系
にて色分解された第１、第２及び第３の色光にそれぞれ
対応して設けられた第１、第２及び第３の偏光ビームス
プリッタと、クロスダイクロイックプリズム又はクロス
ダイクロイックミラーから構成された色合成光学系と、
投射光学系と、を備え、前記第１、第２及び第３の偏光
ビームスプリッタは、前記色分解光学系にて色分解され
た第１、第２及び第３の色光をそれぞれ２つの偏光光に
偏光分離し、前記第１、第２及び第３のライトバルブ
は、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタに
て偏光分離された第１、第２及び第３の色光の一方の偏
光光をそれぞれ変調し、前記第１、第２及び第３の偏光
ビームスプリッタは、前記第１、第２及び第３のライト
バルブにて変調された第１、第２及び第３の色光をそれ
ぞれ検光し、前記色合成光学系は、前記第１、第２及び
第３の偏光ビームスプリッタにより検光された第１、第
２及び第３の色光を色合成し、前記投射光学系は、前記
色合成光学系にて色合成された光を投射するものであ
る。

【００１０】本発明の第２の態様による投射型表示装置
は、前記第１の態様による投射型表示装置において、前
記複数のダイクロイックミラーは第１及び第２のダイク
ロイックミラーから構成され、前記第１のダイクロイッ
クミラーは、前記光源からの光が最初に入射されて、前
記光源からの光を前記第１の色光と前記第２及び第３の
色光を含む光とに分離し、前記第２のダイクロイックミ
ラーは、前記第１のダイクロイックミラーによって分離
された第２及び第３の色光を含む光を前記第２の色光と
前記第３の色光とに分離し、前記第２の色光に関する前
記光源から前記第２のライトバルブまでの光路長と前記
第３の色光に関する前記光源から前記第３のライトバル
ブまでの光路長とが同じであり、前記第１の色光に関す
る前記光源から前記第１のライトバルブまでの光路長
が、前記第２及び第３の色光に関する前記光源から前記
第２及び第３のライトバルブまでの各光路長より長いも
のである。

【００１１】本発明の第３の態様による投射型表示装置
は、前記第２の態様による投射型表示装置において、前
記光源からの光が入射されて面光源を形成するインテグ
レータと、前記第１のダイクロイックミラーの前側に配
置された第１のリレーレンズであって、前記インテグレ
ータにより形成される前記面光源の前記第２及び第３の
色光による像を前記第２及び第３のライトバルブ上にそ
れぞれ結像させるとともに、前記インテグレータにより
形成される前記面光源の前記第１の色光による像を結像
させる第１のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズ
によって結像された前記面光源の前記第１の色光による
前記像の像を前記第１のライトバルブ上に結像させる第
２のリレーレンズと、を備えたものである。

【００１２】本発明の第４の態様による投射型表示装置
は、前記第３の態様による投射型表示装置において、前
記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタの直前に
は各色光毎に第１、第２及び第３のフィールドレンズが
配置されたものである。

【００１３】本発明の第５の態様による投射型表示装置
は、前記第４の態様による投射型表示装置において、前
記インテグレータと前記第１のリレーレンズとの間には
第４のフィールドレンズが配置されたものである。

【００１４】本発明の第６の態様による投射型表示装置
は、前記第２乃至第５のいずれかの態様による投射型表
示装置において、前記第１色光が青色光であるものであ
る。

【００１５】本発明の第７の態様による投射型表示装置
は、前記第１乃至第６のいずれかの態様による投射型表
示装置において、前記第１、第２及び第３のライトバル
ブ、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ並
びに前記色合成光学系が、前記投射光学系の開口絞りに
よって決定される主光線がテレセントリック性を有する
位置に配置されたものである。

【００１６】前記第１乃至第７の態様によれば、光源か
らの光が色分解光学系にて各色光に色分解された後に、
色分解された各色光が当該各色光にそれぞれ対応して設
けられた各偏光ビームスプリッタにてそれぞれ偏光さ
れ、各色光の偏光光がそれぞれ各ライトバルブにて変調
され、各色光の変調光が前記各偏光ビームスプリッタに
てそれぞれ検光される。このように、前記各偏光ビーム
スプリッタは白色光ではなく色分解後の各色光をそれぞ
れ偏光分離するので、各偏光ビームスプリッタは、狭帯
域の波長域の光に対してのみ偏光分離を行うことにな
る。したがって、各偏光ビームスプリッタにおいて偏光
分離すべき光の波長域が狭帯域に限定されることから、
各偏光ビームスプリッタの偏光分離特性を向上させるこ
とができ、結果として投射像のコントラストの向上を図
ることができる。

【００１７】また、前記第１乃至第７の態様によれば、
各ライトバルブを出射した各色光の変調光が各色光毎に
設けた各偏光ビームスプリッタにて検光された後に、当
該各色光の検光光が色合成光学系にて色合成される。し
たがって、色合成光学系を構成するプリズム部材中を各
色光が通過する際に、当該プリズム部材が持っている歪
み等による複屈折性によって当該各色光の偏光方向が変
化しても、前記従来の投射型表示装置のように色合成後
に検光するわけではないので、投射像のコントラストが
劣化することはない。このように、色合成光学系を構成
するプリズム部材が持っている複屈折性は投射像のコン
トラストに何ら影響を与えないので、前記プリズム部材
を構成する材料として、複屈折性の小さい高価な材料を
用いる必要がなくなり、コスト低減を図ることができ
る。

【００１８】ところで、ライトバルブにおいては性能に
角度依存性があるために、該ライトバルブに対する主光
線の入射角度が場所によって異なると、これに起因して
投射像のコントラストムラが発生する。また、偏光や検
光に使用する偏光ビームスプリッタにおいても性能に角
度依存性が存在し、偏光ビームスプリッタの偏光分離面
に対する主光線の入射角度が場所によって異なると、こ
れに起因して投射像のコントラストのムラが同様に発生
する。さらに、色合成光学系として使用するダイクロイ
ックミラー又はダイクロイックプリズムにおいて用いら
れるダイクロイック膜においては、その分光特性に角度
依存性がある。そのために、投射光学系の開口絞りによ
って決定される主光線のダイクロイック膜に対する入射
角度が場所によって異なると、ダイクロイック膜の分光
特性が各主光線ごとに異なり、スクリーン上においてカ
ラーシェーディングが発生する。

【００１９】この点、前記第７の態様によれば、前記第
１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ、前記第１、
第２及び第３のライトバルブ並びに前記色合成光学系
が、前記投射光学系の開口絞りによって決定される主光
線がテレセントリック性を有する位置に配置されている
ので、ライトバルブの主光線の入射角度特性に起因する
投射像のコントラストムラ、偏光ビームスプリッタの主
光線の入射角度特性に起因する投射像のコントラストム
ラ、及び、色合成光学系の主光線の入射角度特性に起因
するカラーシェーディングをなくすことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による投射型表示装
置について、図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施の形態による投射
型表示装置を示す概略構成図である。図２は、図１に示
す投射型表示装置における光線の様子を示す光線図であ
る。図２において、破線は軸外光束の主光線（投射レン
ズ１９の開口絞り１９ａによって決定される主光線）を
示している。

【００２２】本実施の形態による投射型表示装置では、
図１に示すように、光源１は、ランプ１ａと該ランプ１
ａの背面に配置された楕円鏡１ｂとから構成されてお
り、赤色光（Ｒ光）、青色光（Ｂ光）、緑色光（Ｇ光）
を含む光を出射する。なお、ランプ１ａは楕円鏡１ｂの
近い方の焦点（第１焦点）位置に配置されている。光源
１から出射された光源光は、前記楕円鏡１ｂの遠い方の
焦点（第２焦点）位置に集光され、ロッドインテグレー
タ２の入射端面からその内部に入射される。ロッドイン
テグレータ２は、断面形状が長方形状の直方体形状の透
明光学ガラス部材から構成されている。ロッドインテグ
レータ２の前記入射端面は、楕円鏡１ｂの遠い方の焦点
位置に配置されている。ロッドインテグレータ２に入射
した光は、その内面にて反射を繰り返した後にロッドイ
ンテグレータ２の入射端面と対向する端面から出射さ
れ、その出射端面には均一の光強度分布を持つ面光源が
形成される。言い換えると、この出射端面は、ロッドイ
ンテグレータ２の内面反射によってその入射端面の位置
に形成される複数の光源の虚像からの光で重畳的に照明
されている。

【００２３】ロッドインテグレータ２の出射端面から出
射され図中右方向に進行した光は、第４のフィールドレ
ンズ１１及び第１のリレーレンズ１２を経由して、その
面が光軸に対して４５度をなすように配置された第１の
ダイクロイックミラー３に入射される。本実施の形態で
は、第１のダイクロイックミラー３は、Ｂ光のみを透過
させ、Ｒ光及びＧ光を反射させる特性を有する。ダイク
ロイックミラー３に入射した光のうちのＢ光は、当該ミ
ラー３を透過してそのまま図中右方向に進行し、第５の
フィールドレンズ１３を経由して折り曲げミラー４によ
って反射されて光軸を直角に変えて図中上方向に進行
し、第６のフィールドレンズ１４、第２のリレーレンズ
（本実施の形態では、等倍リレーレンズ）１５及び第１
のフィールドレンズ１６を経由して、Ｂ光用偏光ビーム
スプリッタ６Ｂに入射される。ダイクロイックミラー３
に入射した光のうちのＲ光及びＧ光は、当該ミラー３に
よって反射され、光軸を直角に変えて図中上方向に進行
し、前記ダイクロイックミラー３と平行に（すなわち、
光軸に対しその面が４５度をなすように）配置された第
２のダイクロイックミラー５に入射される。本実施の形
態では、第２のダイクロイックミラー５は、Ｇ光を反射
し、Ｒ光を透過させる特性を有する。ダイクロイックミ
ラー５に入射した光のうちのＧ光は、当該ミラー５によ
って反射され、光軸を直角に変えて図中右方向に進行
し、第２のフィールドレンズ１７を経由してＧ光用偏光
ビームスプリッタ６Ｇに入射される。ダイクロイックミ
ラー５に入射した光のうちのＲ光は、当該ミラー５を透
過してそのまま図中上方向に進行し、第３のフィールド
レンズ１８を経由してＲ光用偏光ビームスプリッタ６Ｒ
に入射される。このようにして、互いに平行に配置され
たダイクロイックミラー３，５によって、光源１からの
光は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解される。すなわち、本
実施の形態では、ダイクロイックミラー３，５が、色分
解光学系を構成している。

【００２４】偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒに
それぞれ入射されたＢ光、Ｇ光、Ｒ光は、各偏光ビーム
スプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒによって、当該偏光ビーム
スプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒの偏光分離部を透過するＰ
偏光光と当該偏光分離部にて反射されるＳ偏光光とにそ
れぞれ偏光分離される。本実施の形態では、偏光分離さ
れた各色光のＰ偏光光は廃棄され、反射された各色光の
Ｓ偏光光は光軸を直角に変えて進行して各色光用偏光ビ
ームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒを出射し、各偏光ビー
ムスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒの出射面近傍にそれぞれ
配置された各色光用反射型ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７
Ｒにそれぞれ入射される。

【００２５】なお、図１及び図２からわかるように、Ｇ
光に関する光源１からライトバルブ７Ｇまでの光路長と
Ｒ光に関する光源１からライトバルブ７Ｒまでの光路長
とは同じであり、これらの光路長に比べて、Ｂ光に関す
る光源１からライトバルブ７Ｂまでの光路長は長くなっ
ている。

【００２６】ここで、反射型ライトバルブ、特に、本実
施の形態において前記ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒと
して採用した電気書き込み式反射型ライトバルブについ
て、図３を用いて説明する。もっとも、本発明では、ラ
イトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒとして、光書き込み式反射
型ライトバルブを採用してもよいことは、勿論である。
図３は、電気書き込み式反射型ライトバルブの一例を示
す概略断面図である。この電気書き込み式反射型ライト
バルブは、図３に示すように、透明ガラス基板３０１、
透明ＩＴＯ電極３０２、液晶配向膜３０３、ＴＮ液晶層
３０４、液晶配向膜３０５、反射電極３０６、反射電極
３０６とＴＦＴドレイン３１２との間を接続する導体３
０７，３０８、ＴＦＴドレイン３１２、ＴＦＴゲート３
１０、ＴＦＴソース３１１、ＴＦＴ酸化物層３０９、及
びシリコン基板３１３を備えている。なお、図３中、３
１４はＴＦＴソース拡散領域、３１５はＴＦＴドレイン
拡散領域である。ゲート３１０に電圧が印加されること
により、ＴＦＴがスイッチングしてドレイン３１２を経
由して電極３０６と対向電極３０２との間に電圧が印加
され、その箇所の液晶分子は互いに平行に配列すること
となり、当該箇所の液晶層３０４が１／４波長板として
作用する。このため、当該箇所に入射した偏光光は、円
偏光となって金属反射電極３０６に入射し、該電極３０
６によって逆方向に反射され、再度液晶３０４を通過す
る際に円偏光から入射光とは偏光方向が９０度ずれた偏
光光となって出射されることとなる。一方、ゲート３１
０に電圧が印加されない箇所では、ＴＦＴはスイッチン
グされないために電極３０６と対向電極３０２との間に
電界は発生せず、液晶分子は配向膜３０３，３０５に倣
って配向されており、入射光はこの液晶分子に倣って旋
向されて入射し、金属電極３０６にて反射され、再度液
晶分子のねじれに倣って再度旋向され、入射光と同じ偏
光方向の偏光光となって出射する。このように選択され
た箇所のみ、入射光の偏光方向と偏光方向が９０度ずれ
た偏光光を出射することができる。以上が電気書き込み
式反射型ライトバルブの機能であり、電気書き込み式反
射型ライトバルブは、基本的に、電気的に選択した箇所
の反射出射光の偏光方向を入射光とは異なる偏光方向に
変換させる機能を有する。このような構造を持った電気
書き込み式反射型ライトバルブの場合、ＴＦＴは電極３
０６の下部に配置することができるために、電極３０６
の面積を大きくとることができ、開口率を格段に大きく
することができる。

【００２７】ダイクロイックミラー３，５により色分解
され偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒを経てライ
トバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒにそれぞれ入射したＳ偏光の
Ｂ光、Ｇ光、Ｒ光は、各色用の画像信号によって変調を
受けて反射されてそれぞれ変調光として各ライトバルブ
７Ｂ，７Ｇ，７Ｒから出射され、再び偏光ビームスプリ
ッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒにそれぞれ入射される。前述した
電気書き込み式反射型ライトバルブの原理からわかるよ
うに、前記各色の変調光には、各色用の画像信号に応じ
て電圧が印加された箇所のＰ偏光光と電圧が印加されて
いない箇所のＳ偏光光とが混ざっている。偏光ビームス
プリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒにそれぞれ入射された変調光
は、当該偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒよりそ
れぞれ検光される。すなわち、各色の変調光のうちのＰ
偏光光のみが偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒを
透過して色合成光学系としてのクロスダイクロイックプ
リズム８へ向けて進行し（つまり、検光され）、各色の
変調光のうちのＳ偏光光は偏光ビームスプリッタ６Ｂ，
６Ｇ，６Ｒの偏光分離部にて反射されて廃棄される。

【００２８】そして、偏光ビームスプリッタ６Ｂから出
射されたＢ光の検光光は図中左方向に進行してクロスダ
イクロイックプリズム８に入射され、偏光ビームスプリ
ッタ６Ｇから出射されたＧ光の検光光は図中上方向に進
行してクロスダイクロイックプリズム８に入射され、偏
光ビームスプリッタ６Ｒから出射されたＲ光の検光光は
図中右方向に進行してクロスダイクロイックプリズム８
に入射される。

【００２９】クロスダイクロイックプリズム８は、各側
面に形成されたＲ光反射ダイクロイック膜８ＲとＢ光反
射ダイクロイック膜８Ｂとが互いに直交してＸ型となる
ように４個の直角二等辺三角形プリズムを、互いに直角
部分を合わせる形で接着剤で貼り合わせて組み合わせた
構造を有している。

【００３０】偏光ビームスプリッタ６Ｂから図中左方向
に出射されてクロスダイクロイックプリズム８に入射し
たＢ光の検光光は、Ｂ光反射ダイクロイック膜８Ｂにて
反射され、当該クロスダイクロイックプリズム８から図
中上方向に出射される。偏光ビームスプリッタ６Ｇから
図中上方向に出射されてクロスダイクロイックプリズム
８に入射したＧ光の検光光は、ダイクロイック膜８Ｒ，
８Ｂを透過して、当該クロスダイクロイックプリズム８
からそのまま図中上方向に出射される。偏光ビームスプ
リッタ６Ｒから図中右方向に出射されてクロスダイクロ
イックプリズム８に入射したＲ光の検光光は、Ｒ光反射
ダイクロイック膜８Ｒによって反射され、当該クロスダ
イクロイックプリズム８から図中上方向に出射される。

【００３１】以上により、各色光用ライトバルブ７Ｂ，
７Ｇ，７Ｒにて変調を受けて偏光ビームスプリッタ６
Ｂ，６Ｇ，６Ｒにて検光された各色光の検光光は、クロ
スダイクロイックプリズム８にて色合成され、当該合成
光は、クロスダイクロイックプリズム８から図中上方向
に出射されることになる。そして、クロスダイクロイッ
クプリズム８から出射された合成光は、投射光学系とし
ての投射レンズ１９に入射され、スクリーン（図示せ
ず）上にフルカラーの投射像として投射される。

【００３２】本実施の形態においては、前述したよう
に、光源からの光がダイクロイックミラー３，５にて色
分解された後に、色分解された各色光が当該各色光にそ
れぞれ対応して設けられた各偏光ビームスプリッタ６
Ｂ，６Ｇ，６Ｒにてそれぞれ偏光され、各色光の偏光光
がそれぞれ各ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒにて変調さ
れ、各色光の変調光が前記各偏光ビームスプリッタ６
Ｂ，６Ｇ，６Ｒにてそれぞれ検光される。このように、
各偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒは白色光では
なく色分解後の各色光をそれぞれ偏光分離するので、各
偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒは、狭帯域の波
長域の光に対してのみ偏光分離を行うことになる。した
がって、各偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒにお
いて偏光分離すべき光の波長域が狭帯域に限定されるこ
とから、各偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒの偏
光分離特性を向上させることができ、結果として投射像
のコントラストを良好にすることができる。

【００３３】また、本実施の形態においては、前述した
ように、色合成光学系を構成するクロスダイクロイック
プリズム８は、各色光用のライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７
Ｒを出射した光が各色光毎に配置した偏光ビームスプリ
ッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒにて検光された後に、当該各色光
の偏光光がクロスダイクロイックプリズム８にて色合成
される。このため、クロスダイクロイックプリズム８を
構成する４個のプリズム中を各色光が通過する際に、当
該プリズムの材料が持っている複屈折性によって偏光方
向が変化し、その色合成光が当該クロスダイクロイック
プリズム８を出射して投射レンズ１９にてスクリーン上
に投射されても、投射像のコントラストが劣化すること
はない。このため、クロスダイクロイックプリズム８を
構成するプリズムとして、複屈折の小さい高価格の材料
を使用する必要もなくなる。

【００３４】なお、本実施の形態において使用する色分
解光学系としてのダイクロイックミラー３，５及び色合
成光学系としてのクロスダイクロイックプリズム８にお
いて、入射面にはそれぞれ反射防止膜が形成されること
が好ましい。

【００３５】次に、図２を参照して、本実施の形態によ
る投射型表示装置における光線の様子について説明す
る。

【００３６】投射レンズ１９は、図２に示すように、開
口絞り１９ａと、該開口絞り１９ａよりもクロスダイク
ロイックプリズム８側（すなわち、図中下側）に位置す
る前群レンズと、開口絞り１９ａより図示しないスクリ
ーン側（図中上側）に位置する後群レンズとを有してい
る。当該開口絞り１９ａは前記前群レンズの後側（スク
リーン側を後側とする）焦点に配置されており、投射レ
ンズ１９はクロスダイクロイックプリズム８側（前側）
にテレセントリックな光学系となっている。つまり、開
口絞り１９ａの中心を通過する光線、すなわち、投射レ
ンズ１９の開口絞り１９ａによって決定される主光線
は、投射レンズ１９の前側においては、光軸に対して平
行光となる。なお、図２においては、前記投射レンズ１
９の開口絞り１９ａの中心を通過する光線、すなわち投
射レンズ１９の開口絞り１９ａによって決定される主光
線を示している。また、図２中の１２ａはリレーレンズ
１２の開口絞りを示し、図２中の１５ａはリレーレンズ
１５の開口絞りを示す。

【００３７】ロッドインテグレータ２に入射した光源光
は、当該インテグレータ２の入射端面と対向する出射端
面から、当該出射端面を均一平面光源として出射され
る。当該ロッドインテグレータ２の出射端面からの光線
は、第１のダイクロイックミラー３の前側に配置された
第１のリレーレンズ１２、ロッドインテグレータ２と第
１のリレーレンズ１２との間に配置された第４のフィー
ルドレンズ１１、偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｒ，６
Ｇのそれぞれ直前に配置された第１、第２及び第３のフ
ィールドレンズ１６，１７，１８、第５のフィールドレ
ンズ１３、第６のフィールドレンズ１４、並びに第２の
リレーレンズ１５から構成されるリレー光学系に入射さ
れる。ここで、第４のフィールドレンズ１１、第１のリ
レーレンズ１２、第５のフィールドレンズ１３、第６の
フィールドレンズ１４、第２のリレーレンズ１５及び第
１のフィールドレンズ１６は、Ｂ光用照明光学系を構成
している。第４のフィールドレンズ１１、第１のリレー
レンズ１２及び第２のフィールドレンズ１７は、Ｇ光用
照明光学系を構成している。第４のフィールドレンズ１
１、第１のリレーレンズ１２及び第３のフィールドレン
ズ１８は、Ｒ光用照明光学系を構成している。

【００３８】第１のリレーレンズ１２は、ロッドインテ
グレータ１により形成される面光源（出射端面）のＧ光
及びＲ光による像をライトバルブ７Ｇ，７Ｒ上にそれぞ
れ結像させる。したがって、ライトバルブ７Ｇ，７Ｒに
対してそれぞれＧ光及びＲ光による臨界照明（クリティ
カル照明）が達成される。本実施の形態では、第１のリ
レーレンズ１２は拡大結像光学系であり、当該リレーレ
ンズ１２の拡大率はインテグレータ２の出射端面とライ
トバルブ７Ｇ，７Ｒの像形成部分との面積比に対応する
ように設定されている。こうすることにより、無駄のな
い臨界照明が達成できる。また、第１のリレーレンズ１
２は、前記面光源のＢ光による像（１次像）Ｉを、ライ
トバルブ７Ｇ，７Ｒと共役な位置である折り曲げミラー
４と第６のフィールドレンズ１４との間の位置に結像さ
せる。そして、第２のリレーレンズ１５は、前記像Ｉの
像（２次像）をライトバルブ７Ｂ上に結像させる。した
がって、ライトバルブ７Ｂに対してＢ光による臨界照明
が達成される。第１のリレーレンズ１２は各色光用照明
光学系に共用されているため、前述した説明からわかる
ように、１次像Ｉの大きさはライトバルブ６Ｇ，６Ｒの
像形成部分の大きさと同じである。したがって、本実施
の形態では、ライトバルブ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒの大きさが
同じであるので、前記１次像Ｉがライトバルブ７Ｂ上に
結像されることから、第２のリレーレンズ１５として等
倍のリレーレンズが用いられている。なお、前述したよ
うにＢ光に関して一旦１次像Ｉを形成してこの１次像Ｉ
の像をライトバルブ７Ｂ上に形成しているのは、Ｇ光用
照明光学系及びＲ光用照明光学系として用いられている
第４のフィールドレンズ１１及び第１のリレーレンズ１
２をＢ光用照明光学系として共用するためと、インテグ
レータ２の出射端面からＢ光用ライトバルブ７Ｂまでの
光路長が、インテグレータ２の出射端面からＧ光用ライ
トバルブ７Ｇ及びＲ光用ライトバルブ７Ｒまでの各光路
長と比較して長いためである。

【００３９】本実施の形態では、前記フィールドレンズ
１１，１３，１４，１６によって、図２に示すように、
インテグレータ２の出射端面とフィールドレンズ１１と
の間の光路、フィールドレンズ１３と１次像Ｉとの間の
光路、１次像Ｉとフィールドレンズ１４との間の光路、
フィールドレンズ１６から偏光ビームスプリッタ６Ｂを
経由してライトバルブ７Ｂに至る光路においては、Ｂ光
に関する主光線が光軸と平行となり、テレセントリック
性が維持される。前記フィールドレンズ１１，１７によ
って、図２に示すように、インテグレータ２の出射端面
とフィールドレンズ１１の間の光路、並びにフィールド
レンズ１７から偏光ビームスプリッタ６Ｇを経由してラ
イトバルブ７Ｇに至る光路においては、Ｇ光に関する主
光線が光軸と平行となり、テレセントリック性が維持さ
れる。前記フィールドレンズ１１，１８によって、図２
に示すように、インテグレータ２の出射端面とフィール
ドレンズ１１の間の光路、並びにフィールドレンズ１８
から偏光ビームスプリッタ６Ｒを経由してライトバルブ
７Ｒに至る光路においては、Ｒ光に関する主光線が光軸
と平行となり、テレセントリック性が維持される。そし
て、各色光用ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒから出射さ
れた主光線は、各色光とも光軸と平行に進行して色合成
光学系であるクロスダイクロイックプリズム８を経由し
て、テレセントリック性を維持したまま投射レンズ１９
に入射される。各色光用ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒ
から偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒをそれぞれ
経由して更にクロスダイクロイックプリズム８を経て投
射レンズ１９の入射面に至る光路においても、主光線は
光軸に平行であってテレセントリック性を維持してい
る。

【００４０】以上の光学系によって、図２に示すよう
に、投射レンズ１９と各色光用ライトバルブ７Ｂ，７
Ｇ，７Ｒとの間の光路、各色光用ライトバルブ７Ｂ，７
Ｇ，７Ｒとフィールドレンズ１６，１７，１８との間の
光路、フィールドレンズ１４とフィールドレンズ１３と
の間の光路、及び、フィールドレンズ１１とロッドイン
テグレータ２の出射端面との間の光路においては、投射
レンズ１９の開口絞り１９ａによって決定される主光線
が、光軸と平行であってテレセントリック性を維持して
いる。換言すると、色合成光学系を構成するクロスダイ
クロイックプリズム８、偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６
Ｇ，６Ｒ、及びライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒはいずれ
も、投射レンズ１９の開口絞り１９ａによって決定され
る主光線がテレセントリック性を有する位置に配置され
ている。

【００４１】色合成光学系にて色合成を実施するダイク
ロイック膜８Ｒ，８Ｂは誘電体膜を多層積層して構成さ
れるが、これら膜８Ｒ，８Ｂは入射する光線の入射角度
に応じて反射特性が異なる特性を有している。このた
め、前記軸外主光線毎に当該膜８Ｒ，８Ｂに入射する角
度が異なると、スクリーン上においてカラーシェーディ
ングが発生してしまう。この点、本実施の形態によれ
ば、色合成光学系としてのクロスダイクロイックプリズ
ム８は、主光線がテレセントリック性を有する位置に配
置されているため、色合成光学系の主光線の入射角度特
性に起因するカラーシェーディングが発生しない。

【００４２】また、偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，
６Ｒも軸外主光線の入射角度が異なると、偏光分離特性
が異なることとなり、これに起因して投射像にコントラ
ストムラが発生する。この点、本実施の形態において
は、各色光用の偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒ
は主光線がテレセントリック性を有する位置に配置され
ているため、偏光ビームスプリッタ６Ｂ，６Ｇ，６Ｒの
主光線の入射角度特性に起因する投射像のコントラスト
ムラが発生することもない。

【００４３】さらに、液晶ライトバルブ７Ｂ，７Ｇ，７
Ｒも軸外主光線の入射角度が異なると、液晶層の変調特
性が異なり、これに起因して投射像にコントラストムラ
が発生する。この点、本実施の形態においては、ライト
バルブ７Ｂ，７Ｇ，７Ｒは主光線がテレセントリック性
を有する位置に配置されているため、ライトバルブ７
Ｂ，７Ｇ，７Ｒの主光線の入射角度特性に起因する投射
像のコントラストムラが発生することもない。

【００４４】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものでは
ない。

【００４５】例えば、前記実施の形態においては、イン
テグレータ２として、直方体形状のロッドインテグレー
タを用いたが、その代わりに、フライアイレンズ形状等
のインテグレータを使用してもよい。さらに、光源１と
して、ランプと楕円鏡とを用いる代わりに、例えば、ラ
ンプと放物面鏡又は球面鏡とを採用してもよい。

【００４６】また、前記実施の形態においては、色合成
光学系は、クロスダイクロイックプリズム８にて構成さ
れていたが、例えば、２枚のダイクロイックミラーをＸ
型に組み合わせたクロスダイクロイックミラーにて構成
してもよい。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光ビームスプリッタが全波長域の光に対して良好な偏
光分離特性を得ることができないことに起因する投射像
のコントラストの劣化を防止することができる。

【００４８】また、本発明によれば、色合成を行う光学
系の複屈折に起因する投射像のコントラストの劣化を防
止することができる。

【００４９】さらに、本発明によれば、ライトバルブ、
偏光ビームスプリッタ及び色合成光学系を、投射光学系
の開口絞りによって決定される主光線が光軸と平行なテ
レセントリック性を有する位置に配置することにより、
ライトバルブの主光線の入射角度特性に起因する投射像
のコントラストムラ、偏光ビームスプリッタの主光線の
入射角度特性に起因する投射像のコントラストムラ、及
び、色合成光学系の主光線の入射角度特性に起因するカ
ラーシェーディングをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による投射型表示装置を
示す概略構成図である。

【図２】図１に示す投射型表示装置における光線の様子
を示す光線図である。

【図３】電気書き込み式反射型ライトバルブの一例を示
す概略断面図である。

【図４】従来の投射型表示装置の一例を示す概略構成図
である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ロッドインテグレータ ３，５ ダイクロイックミラー ４ 折り曲げミラー ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ 偏光ビームスプリッタ ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ 反射型ライトバルブ ８ クロスダイクロイックプリズム １１，１３，１４，１６，１７，１８ フィールドレン
ズ １２，１５ リレーレンズ １９ 投射レンズ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を第１、第２及び第３の色
   光に色分解する色分解光学系であって、互いに略平行に
   配置された複数のダイクロイックミラーから構成された
   色分解光学系と、第１、第２及び第３のライトバルブ
   と、前記色分解光学系にて色分解された第１、第２及び
   第３の色光にそれぞれ対応して設けられた第１、第２及
   び第３の偏光ビームスプリッタと、クロスダイクロイッ
   クプリズム又はクロスダイクロイックミラーから構成さ
   れた色合成光学系と、投射光学系と、を備え、 前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタは、前
   記色分解光学系にて色分解された第１、第２及び第３の
   色光をそれぞれ２つの偏光光に偏光分離し、 前記第１、第２及び第３のライトバルブは、前記第１、
   第２及び第３の偏光ビームスプリッタにて偏光分離され
   た第１、第２及び第３の色光の一方の偏光光をそれぞれ
   変調し、 前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタは、前
   記第１、第２及び第３のライトバルブにて変調された第
   １、第２及び第３の色光をそれぞれ検光し、 前記色合成光学系は、前記第１、第２及び第３の偏光ビ
   ームスプリッタにより検光された第１、第２及び第３の
   色光を色合成し、 前記投射光学系は、前記色合成光学系にて色合成された
   光を投射することを特徴とする投射型表示装置。
2. 【請求項２】 前記複数のダイクロイックミラーは第１
   及び第２のダイクロイックミラーから構成され、 前記第１のダイクロイックミラーは、前記光源からの光
   が最初に入射されて、前記光源からの光を前記第１の色
   光と前記第２及び第３の色光を含む光とに分離し、 前記第２のダイクロイックミラーは、前記第１のダイク
   ロイックミラーによって分離された第２及び第３の色光
   を含む光を前記第２の色光と前記第３の色光とに分離
   し、 前記第２の色光に関する前記光源から前記第２のライト
   バルブまでの光路長と前記第３の色光に関する前記光源
   から前記第３のライトバルブまでの光路長とが同じであ
   り、 前記第１の色光に関する前記光源から前記第１のライト
   バルブまでの光路長が、前記第２及び第３の色光に関す
   る前記光源から前記第２及び第３のライトバルブまでの
   各光路長より長いことを特徴とする請求項１記載の投射
   型表示装置。
3. 【請求項３】 前記光源からの光が入射されて面光源を
   形成するインテグレータと、 前記第１のダイクロイックミラーの前側に配置された第
   １のリレーレンズであって、前記インテグレータにより
   形成される前記面光源の前記第２及び第３の色光による
   像を前記第２及び第３のライトバルブ上にそれぞれ結像
   させるとともに、前記インテグレータにより形成される
   前記面光源の前記第１の色光による像を結像させる第１
   のリレーレンズと、 前記第１のリレーレンズによって結像された前記面光源
   の前記第１の色光による前記像の像を前記第１のライト
   バルブ上に結像させる第２のリレーレンズと、 を備えたことを特徴とする請求項２記載の投射型表示装
   置。
4. 【請求項４】 前記第１、第２及び第３の偏光ビームス
   プリッタの直前には各色光毎に第１、第２及び第３のフ
   ィールドレンズが配置されたことを特徴とする請求項３
   記載の投射型表示装置。
5. 【請求項５】 前記インテグレータと前記第１のリレー
   レンズとの間には第４のフィールドレンズが配置された
   ことを特徴とする請求項４記載の投射型表示装置。
6. 【請求項６】 前記第１色光が青色光であることを特徴
   とする請求項２及至５のいずれかに記載の投射型表示装
   置。
7. 【請求項７】 前記第１、第２及び第３のライトバル
   ブ、前記第１、第２及び第３の偏光ビームスプリッタ並
   びに前記色合成光学系が、前記投射光学系の開口絞りに
   よって決定される主光線がテレセントリック性を有する
   位置に配置されたことを特徴とする請求項１乃至６のい
   ずれかに記載の投射型表示装置。