JPH11142992A

JPH11142992A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH11142992A
Application number: JP9304782A
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: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28

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ものを安
価で提供することを目的とする。【解決手段】色合成光学系は、枠体１３１と入射窓１
３２，１３３，１３４とおよび出射窓１３５により内側
が密閉された空間となる容器をなし、内側に第１のダイ
クロイックミラー１３６と第２のダイクロイックミラー
１３７を配置し、空間には液体１３８が充填された３色
合成プリズム１１７を用いて構成する。第１のダイクロ
イックミラー１３６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１３７に入
射する光の角度θ₂を２５゜以上３５゜以下とする。

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１５によっ
てスクリーン（図示せず）上に拡大投写される。

【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１４
〜図１６に示す。図１４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２
２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３
６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（図示せず）上に拡大投写される。

【０００６】図１５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４３，４４、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４９，５０，５１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（図示せず）上に拡大
投写される。

【０００７】図１６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１５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６３，６４、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６９，７０，７１を透過し、
ダイクロイックプリズム７３，７４、全反射プリズム７
２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（図示せず）上
に拡大投写される。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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、また、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。

【００１３】そこで、図１４〜図１６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
クミラー面を狭持すれば発生しない。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。

【００１４】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。

【００１５】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。しかし、図１４〜図１６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。

【００１６】一例として、図１４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
１７（ａ）（ｂ）、図１８（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１７
（ａ）、図１８（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１７（ｂ）、図１８（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１７（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１８
（ａ）（ｂ）は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。

【００１７】まず、図１７（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１７（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
長の幅をみると、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。

【００１８】次に、図１８（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〜図１６
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。

【００１９】以上のような、図１３に示した構成の課題
と、図１４〜図１６に示した構成の課題を解決する手段
として、図１９に示す構成が例えば特開昭６３−３１１
８９２号公報に開示されている。

【００２０】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８５，８
６，８７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３８−２３７２４号公報に開示されている空
気層９６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〜図１６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。

【００２１】しかし、図１９に示す構成の場合、空気層
９６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。

【００２２】さらに、図１４〜図１６、図１９に示した
色合成光学系は、いずれもガラスプリズムを３つ以上用
いているため、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色合成光学系に比べてコスト高とな
る。

【００２３】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
ることを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の投写型表示装置
は、枠体と入出射窓からなる容器中にダイクロイックミ
ラーを配置し、液体を充填して色合成光学系を構成した
ことを特徴とする。

【００２５】この構成によると、高輝度、高画質の液晶
投写型表示装置を低コストで実現できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】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、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、枠体と、３つの入射窓
と、１つの出射窓からなる密閉容器中に、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
ロイックミラーを有し、前記容器中の空間部には液体が
充填され、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、前記第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。

【００２７】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、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、枠体と、３つの入射窓
と、１つの出射窓からなる密閉容器中に、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
ロイックミラーを有し、前記容器中の空間部には液体が
充填され、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、前記第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ことを特徴とするものである。

【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、枠体と、３つの入射窓
と、１つの出射窓からなる密閉容器中に、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
ロイックミラーを有し、前記容器中の空間部には液体が
充填され、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、前記第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、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。

【００２９】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、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、いずれも、枠
体と、４つの入射窓または出射窓からなる密閉容器中
に、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を有し、前記容器中の
空間部には液体が充填され、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が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θ₂が２５゜以上３５゜以下であり、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。

【００３０】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、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、枠体と、４つの入出射窓からなる密閉容器中に、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を有し、前記容器中の空間部
には液体が充填され、前記第１のダイクロイックミラー
は、入射する光の角度θ₁が２０゜以上４０゜以下であ
り、前記第２のダイクロイックミラーは、入射する光の
角度θ₂が２５゜以上３５゜以下であり、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。

【００３１】以下、本発明の各実施の形態を図１〜図１
２に基づいて説明する。（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、１１４，１１
５，１１６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１０６，１０７，１０
８は、色分解手段としての色分解光学系を構成する。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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、緑色光はリレーレンズ
１０９、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１
１４，１１５，１１６を透過した後、３色合成プリズム
１１７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１１
８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。

【００３５】このようにして、液晶パネル１１４，１１
５，１１６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。

【００３６】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。緑色光の照明光路長
は、青色光、赤色光の照明光路長と異なるため、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。

【００３７】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ように配置されている。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。Ｐ
Ｄ液晶を用いた場合、自然光を利用できる。従って、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。

【００３８】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。ポリマー１２５
の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、ＴＦＴ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の上の
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の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の間に未硬化の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。

【００４１】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１２
４は連続状につながる。

【００４２】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。アル
ミダイカストからなる一体の枠体１３１（図中斜線部）
の開口部には、青，赤，緑の３原色光がそれぞれ入射す
る入射窓１３２、１３３、１３４と、合成された光が出
射する出射窓１３５とが形成されている。枠体１３１と
入射窓１３２，１３３，１３４と出射窓１３５により内
側が密閉された空間となる容器をなしている。枠体１３
１の内側に溝が設けられ、第１のダイクロイックミラー
１３６と第２のダイクロイックミラー１３７が挿入さ
れ、接着により固定されている。また、容器内の空間に
は液体が充填され、全体としてプリズム状をなしてい
る。入射窓１３２，１３３，１３４と出射窓１３５は、
いずれも透明ガラス板であり、空気との界面には反射防
止膜が形成されている。また、第１のダイクロイックミ
ラー１３６，第２のダイクロイックミラー１３７は、透
明ガラス基板上に誘電体多層膜によるダイクロイック層
が形成されている。入射窓１３２，１３３，１３４，出
射窓１３５，第１のダイクロイックミラー１３６，第２
のダイクロイックミラー１３７で用いられている透明ガ
ラス基板と液体１３８との屈折率は略等しいものを用い
ている。

【００４３】入射窓１３２に入射する青色光は、第２の
ダイクロイックミラー１３７に入射角θ₂で入射後に反
射され、第１のダイクロイックミラー１３６を透過して
出射窓１３５より出射する。入射窓１３３に入射する赤
色光は、第２のダイクロイックミラー１３７、第１のダ
イクロイックミラー１３６を順次透過して出射面１３５
より出射する。入射窓１３４に入射する緑色光は、出射
窓１３５で一度全反射され、第１のダイクロイックミラ
ー１３６に入射角θ₁で入射し、再び反射されて出射面
１３５より出射する。

【００４４】第１，第２のダイクロイックミラー１３
６，１３７の基板は厚さ２ｍｍのものを用いている。こ
の場合、ダイクロイックミラーの基板厚としては１ｍｍ
以上３ｍｍ以下であることが望ましい。

【００４５】板厚が１ｍｍ以下の場合、ダイクロイック
ミラーの平面を精度良く加工することが困難となり、３
ｍｍ以上の場合、平面度は出し易いが色合成プリズム全
体が大きくなり、セットのコンパクト化に不利となる。

【００４６】本実施の形態によれば、ダイクロイックミ
ラー基板と媒質の液体の屈折率が等しくなるようにして
いるので、非点隔差は発生せず、基板を平面度が出し易
い厚さまで厚くすることができる。従って、プレート状
のダイクロイックミラーを用いているにもかかわらず、
高解像度な投写画像の表示が実現できる。

【００４７】また、第１，第２のダイクロイックミラー
ともに、一体となっている枠体１３１の溝に挿入され接
着剤で固着されているため、組立後の衝撃等によるダイ
クロイックミラー面の機構的なずれもほとんど無視でき
る。

【００４８】さらに、光が通る光路は、ほとんど空気よ
り屈折率の高い液体であるため、図１３に示した構成の
ような長い空間（空気光路換算長）を必要とせず、投写
レンズをコンパクトに構成できる。

【００４９】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。

【００５０】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。入射角θ₁が２０゜以下の場合は、
出射窓１３５が光軸１３９と垂直な方向に極端に長くな
り、３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θ
₁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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】図１と図３に示した実施の形態において
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。図４（ａ）
（ｂ）、図５（ａ）（ｂ）に、第１，第２のダイクロイ
ックミラー１３６，１３７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
３６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１３７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１３６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４９５ｎｍ、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
１３７は、半値波長を５４０ｎｍとしている。

【００５５】まず、図４（ａ）（ｂ）からわかるよう
に、図１７（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，第２のダイクロイックミラ
ー１３６，１３７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、第１のダイクロイックミラー１３６
は基準入射角が２６゜と、第２のダイクロイックミラー
１３７の３２゜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。

【００５７】すなわち、第１のダイクロイックミラー１
３６を緑反射とすれば、第２のダイクロイックミラー１
３７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１３７の半値波長を赤と青の中間の波長（５４
０ｎｍ前後）に設定すれば、第２のダイクロイックミラ
ー１３７は、第１のダイクロイックミラー１３６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１３７の半値波長公差も、第１の
ダイクロイックミラー１３６より広く設定でき、歩留ま
りの点でも有利である。

【００５８】次に、図５（ａ）（ｂ）からわかるよう
に、図１８（ａ）（ｂ）に示した分光特性に比べて第
１，第２のダイクロイックミラー１３６，１３７とも
に、入射角依存性が低減されている。従って、図１４〜
図１６の構成より色むらの少ない投写画像を表示でき
る。

【００５９】さらに、図３に示した３色合成プリズム１
１７は、図１９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１９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
で有利となる。

【００６０】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１０
４，１０５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。

【００６１】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１１７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〜図１６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１９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。さらに、ガラス
プリズムを用いず、プレート状のダイクロイックミラー
と液体とを組み合わせて用いているので、低コスト化が
実現できる。

【００６２】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。なお、図１と図３に示した構成は、第１のダ
イクロイックミラー１３６を緑反射に、第２のダイクロ
イックミラー１３７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。

【００６３】例えば、第１のダイクロイックミラー１３
６を青反射、第２のダイクロイックミラー１３７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１３６と第２のダイク
ロイックミラー１３７の分光透過率特性を図６（ａ）
（ｂ）、図７（ａ）（ｂ）に示す。

【００６４】図６（ａ）、図７（ａ）は第１のダイクロ
イックミラー１３６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１３７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。

【００６５】青反射である第１のダイクロイックミラー
１３６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１３７は、半値波長を５８５ｎ
ｍとしている。

【００６６】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。この場合も、図６
（ａ）（ｂ）からわかるように、図１７（ａ）（ｂ）に
示した分光特性に比べて、第１，第２のダイクロイック
ミラー１３６，１３７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）からわかるよう
に、入射角依存性についても同様に図１８（ａ）（ｂ）
に示した分光特性に比べて第１，第２のダイクロイック
ミラー１３６，１３７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１１７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】なお、３色合成プリズム１１７を構成する
枠体１３１や入射窓１３２，１３３，１３４と出射窓１
３５は、プラスチック材料による射出成型品であっても
良い。

【００７０】また、本実施の形態では、第１のダイクロ
イックミラー１３６への基準入射角を２６゜、第２のダ
イクロイックミラー１３７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。

【００７１】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。

【００７２】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。（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の入射窓に固着したものであり、各構成
部品、及び配置角度などは全て図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の入射窓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、図２
に示した対向基板と貼り付ける対象物との間に空気層が
あるとそこで画質劣化を生じるので、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１１４，１１５，
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、図３に示した３色合成プリズム１１
７を構成する枠体１３１は、黒色艶消しアルマイト処理
を施し、液体１３８との界面に入射する不要散乱光のほ
とんどを吸収するようにしている。こうすることで、不
要散乱光が液晶パネル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１１４，１１５，１１６と３色色合成プリズム１１
７との界面反射光もなくなるため、多重反射によるゴー
スト像の発生やウィンドコントラストの低下も抑制でき
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
等しく構成されている。なお、図中のプリズムは、図３
に示した枠体１３１、入射窓１３２、１３３、１３４、
出射窓１３５を省略し、プリズム状をなしている液体、
第１のダイクロイックミラー、第２のダイクロイックミ
ラーのダイクロイック面のみを示している。

【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
（図示せず）上に拡大投写される。

【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１５６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
に示した構成で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〜図１
６、図１７（ａ）（ｂ）、図１８（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１９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、ダイクロイックミラー基板の板厚は薄くしても
良い。

【００９０】また、色分解プリズム１４３と色合成プリ
ズム１５６を一体化し、１つのプリズム体で色分解、色
合成を機能させてもよい。（実施の形態４）図１０〜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】図１０〜図１２とも、図９に示した場合と
同様に図中のプリズムは、図３に示した枠体１３１、入
射窓１３２、１３３、１３４、出射窓１３５を省略し、
プリズム状をなしている液体、第１のダイクロイックミ
ラー、第２のダイクロイックミラーのダイクロイック面
のみを示している。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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に反射され
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
（図示せず）上に拡大投写される。

【００９６】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。

【００９７】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に示した構成で発生するコン
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〜図１６、図１７（ａ）（ｂ）、図
１８（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１９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。

【００９８】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。

【００９９】次に、図１１に示す投写型表示装置は、画
像形成手段としてマトリックス状に反射ミラーが配列さ
れた反射素子１７６，１７７，１７８を用いたもので、
１７１は光発生手段としての光源、１７５は色分解合成
手段としての３色分解合成プリズム、１７９は投写手段
としての投写レンズである。

【０１００】反射素子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。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。

【０１０１】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。

【０１０２】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
対応する反射素子１７６，１７７，１７８によって変調
された後に反射されて、再び３分解色合成プリズム１７
５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。反射素子１７６，１７７，１７８の
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（図示せず）上に拡
大投写される。

【０１０３】この構成の場合も、光源１７１から反射素
子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。

【０１０４】また、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に示した構成で発生
するコンバージェンスずれや解像度劣化、さらには長バ
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〜図１６、図１７（ａ）
（ｂ）、図１８（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１９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。

【０１０５】次に、図１２に示す投写型表示装置は、画
像形成手段として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。

【０１０６】液晶パネル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１
８４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。

【０１０７】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。

【０１０８】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に反射されて、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（図示せず）上に拡大投写される。

【０１０９】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。

【０１１０】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に示した構成で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る。

【０１１１】この場合、３色分解合成プリズム９４の分
光特性に関しては直線偏光を用いるが、液晶パネル９
６，９７，９８によって変調されてスクリーンに到達す
る光は、液晶パネル９６，９７，９８に光が入射する前
後で直線偏光の偏光方向が変化するため、自然光を用い
た場合と同様に、Ｓ偏光、Ｐ偏光双方の半値波長の分離
幅が小さいことが望ましい。また、図１８（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１
９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。

【０１１２】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。

【０１１３】

【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安価で提供でき、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の概略構成図

【図１６】従来の投写型表示装置の概略構成図

【図１７】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１８】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１９】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、枠体と、３つの入射窓と、１つの出
射窓からなる密閉容器中に、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
ーを有し、前記容器中の空間部には液体が充填され、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゜以下である投写型表示装置。
【請求項２】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、枠体と、３つの入射窓と、
１つの出射窓からなる密閉容器中に、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
ックミラーを有し、前記容器中の空間部には液体が充填
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投写型表示装置。
【請求項３】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、枠体と、３つの入射窓と、１つの出
射窓からなる密閉容器中に、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
ーを有し、前記容器中の空間部には液体が充填され、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投写型
表示装置。
【請求項４】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、いずれ
も、枠体と、４つの入射窓または出射窓からなる密閉容
器中に、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を有し、前記容器
中の空間部には液体が充填され、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が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θ₂が２５゜以上３５
゜以下であり、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した投写
型表示装置。
【請求項５】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、枠体と、４つの入出射窓からな
る密閉容器中に、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を有し、
前記容器中の空間部には液体が充填され、前記第１のダイクロイックミラーは、入射する光の角度
θ₁が２０゜以上４０゜以下であり、前記第２のダイク
ロイックミラーは、入射する光の角度θ₂が２５゜以上
３５゜以下であり、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
ように構成した投写型表示装置。
【請求項６】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，請求項２，請求項３，請求項４，
請求項５の何れかに記載の投写型表示装置。
【請求項７】色合成手段は、３つの入射窓、１つの出
射窓、２つのダイクロイックミラー基板と液体との屈折
率が略等しいことを特徴とする請求項１，請求項２，請
求項３の何れかに記載の投写型表示装置。
【請求項８】色合成手段は、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の基板厚が、それぞ
れ１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項
１，請求項２，請求項３，請求項４の何れかに記載の投
写型表示装置。
【請求項９】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，請求項２，請求項３の何れかに記載の
投写型表示装置。
【請求項１０】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２，請求項３，
請求項４の何れかに記載の投写型表示装置。
【請求項１１】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２，請求項３，請求項４，
請求項５の何れかに記載の投写型表示装置。
【請求項１２】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２，請求項３，請求項４，
請求項５の何れかに記載の投写型表示装置。
【請求項１３】色合成手段は、４つの入射窓または出
射窓、２つのダイクロイックミラー基板と液体との屈折
率が略等しいことを特徴とする請求項４記載の投写型表
示装置。
【請求項１４】色分解手段と色合成手段は互いに同一
形状、または相似形状である請求項４記載の投写型表示
装置。
【請求項１５】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５
記載の投写型表示装置。
【請求項１６】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５記載の投写型表示装置。
【請求項１７】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５記載の投写型表示装置。
【請求項１８】色分解合成手段は、４つの入出射窓、
２つのダイクロイックミラー基板と液体との屈折率が略
等しい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１９】色分解合成手段は、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の基板厚が、
それぞれ１ｍｍ以上３ｍｍ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。