JPH11249070A

JPH11249070A - 投影型画像表示装置

Info

Publication number: JPH11249070A
Application number: JP10050491A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakanishi; 浩中西; Ikuo Takahara; 郁雄高原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-03-03
Also published as: JP3490886B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量、低コスト、かつ表示品位が良
く、明るい画像表示装置を実現する。【解決手段】光源と、該光源からの光を赤、緑、青の
光束に分離する色分離手段と、該色分離手段によって分
離された赤、緑、青の光束のそれぞれに対応した画像表
示手段と、該画像表示手段による画像信号に合わせて変
調された光を合成する色合成プリズムとを備えた画像表
示装置において、前記画像表示手段の画像表示を行う領
域の長辺方向の向きと、前記色合成プリズムを形成する
３角柱の高さ方向の向きとを略一致させて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶プロジ
ェクションのような光源から画像表示素子を経た光を投
影レンズによりスクリーンに拡大投影するような投影型
画像表示素装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、赤、緑、青に対応した液晶表示素
子を使用する３板式の液晶プロジェクションには、ダイ
クロイックミラーで色分離・合成を行う方式（以下、ミ
ラー順次方式と呼ぶ。）と、ダイクロイックミラーで色
分離を行い、クロスダイクロイックプリズムで色合成を
行う方式（以下、クロスダイクロイックプリズム方式と
呼ぶ。）とが実用化されている。

【０００３】前者のミラー順次方式は、図２７に示すよ
うに、放物面鏡１０２を有する光源１０１からの白色光
を２枚のダイクロイックミラー７０１、７０２で、赤、
緑、青に分離した後、それぞれに対応する液晶表示素子
１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに入射させる。そして、
その後、液晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに
よって変調された光をダイクロイックミラー７０３、７
０４で合成して、投影レンズに入射させるというような
方式であり、光源１０１から液晶表示素子１０５Ｒ、１
０５Ｇ、１０５Ｂまでの距離が同じであるため、ホワイ
トバランスのズレが発生しないという特徴を有している
反面、液晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂから
投影レンズ１１２までの光路上に、少なくともダイクロ
イックミラーを２枚配置するためのスペースが必要とな
るため、投影レンズ１１２のバックフォーカス（投影レ
ンズから液晶表示素子までの距離）が長くなってしま
い、投影レンズ１１２が大型化するという問題を有して
いる。

【０００４】このため、ミラー順次方式では、通常、液
晶表示素子の光出射側、もしくは光入射側にレンズを配
置して、投影レンズの瞳位置近辺に液晶表示素子を通過
した光を集光する方式がとられている。

【０００５】この場合には、投影レンズと液晶表示素子
との間に挿入されているダイクロイックミラー７０３、
７０４には、集光された光が入射する。このダイクロイ
ックミラー７０３、７０４は、光の入射角度が変わる
と、ダイクロイックミラーを透過および反射する光の分
光特性も変化し、集光された光が入射すると、赤、緑、
青の色純度の低下や色むらが発生するため、収束光を入
射させる場合には、その膜厚に勾配をつけて異なる角度
で入射した光に対する分光特性も略一致するよう構成す
ることができる。

【０００６】また、このミラー順次方式では、投影レン
ズと液晶表示素子との間に、平行平板ガラス上に誘電体
多層膜を形成することにより作成したダイクロイックミ
ラー７０３、７０４が斜めに挿入されていることで、非
点収差が発生してしまうという課題がある。この非点収
差は、ダイクロイックミラーを光が透過する場合に発生
するため、赤、緑、青の光路によって、ダイクロイック
ミラーを透過する回数の異なる本方式では、赤、緑、青
の光路によって非点収差の発生量が異なり、投影レンズ
でこれらの収差を全て補正することは困難となってい
る。

【０００７】このような上記問題を解決するために、特
開平５−６１１２９号公報や特開平７−３２５２８３号
公報では、図２８に示すように、投影レンズ１１２と液
晶表示素子１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂとの間に複数
個のガラスを貼り合わせたガラスプリズム７１１を挿入
するような方式も開示されている。

【０００８】このような方式では、ガラスプリズム７１
１を挿入することにより、投影レンズ１１２のバックフ
ォーカスを短くすることができ、かつ、ガラスプリズム
７１１の貼り合わせ面ａ、ｂに形成した誘電体膜により
色合成を行うことによって、非点収差の発生を防止して
いる。

【０００９】後者のクロスダイクロイックプリズム方式
は、例えば、特開平１−２９３３８５号公報に開示され
ているように、ダイクロイックミラー７２１、７２２で
色分離を行い、それぞれの光を対応する液晶表示素子１
０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂに入射させた後、色合成を
一つのクロスダイクロイックプリズム１１１で行うとい
うような方式であり、例えば、図２９に示すような構成
により実用化されている。

【００１０】このようなクロスダイクロイックプリズム
方式は、上述したミラー順次方式と比べると、投影レン
ズ１１２のバックフォーカスを短くすることができ、か
つ、投影レンズ１１２と液晶表示素子１０５Ｒ、１０５
Ｇ、１０５Ｂとの間にダイクロイックミラーを斜めに挿
入する必要が無いので、非点収差の発生を防止すること
が可能となっている。

【００１１】また、ミラー順次方式では、ダイクロイッ
クミラーのたわみなどにより、液晶表示素子がファイン
ピッチになると、３枚の液晶表示素子のコンバージェン
スにズレが生じてしまうという問題も有しているが、こ
のクロスダイクロイックプリズム方式では、クロスダイ
クロイックプリズム１１１を構成する４つの三角柱の側
面に誘電体多層膜を形成しているため、たわみなどの発
生がなく、コンバージェンス調整が正確にできるという
ような利点を有している。

【００１２】現在では、液晶表示素子が小型で画素ピッ
チの小さい高温ｐ−Ｓｉ液晶表示パネルを用いたプロジ
ェクションのほとんどにおいてこの方式が用いられてい
る。

【００１３】また、上述したような方式は、透過型の液
晶表示素子を用いたプロジェクションに採用されている
ものであるが、近年、反射型液晶表示素子を用いたプロ
ジェクションが発表、実用化されている。その光学シス
テムの一例を図３０に示す。

【００１４】この方式では、ダイクロイックミラー７３
１、７３２により順次色分離を行い、それぞれの光を偏
光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと呼ぶ。）３０３
Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂに入射させる。ＰＢＳ３０３
Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂでは、入射光をＰ偏光とＳ偏光
とに分離し、一方の光を反射型液晶表示素子３０４Ｒ、
３０４Ｇ、３０４Ｂに入射せさせる。この反射型液晶表
示素子３０４Ｒ、３０４Ｇ、３０４Ｂで反射された光
は、再度ＰＢＳ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂに入射
し、反射型液晶表示素子３０４Ｒ、３０４Ｇ、３０４Ｂ
で偏光方向が変調された光のみ、クロスダイクロイック
プリズム１１１で合成され、投影レンズ１１２によりス
クリーンに投影される。

【００１５】これらクロスダイクロイックプリズムで色
合成を行う透過型・反射型液晶表示素子を用いたプロジ
ェクションでは、後述する図４および図１４に示すよう
な配置（クロスダイクロイックプリズムを構成する三角
柱の高さ方向と液晶表示素子の表示領域の短辺方向とを
一致させる配置）のものが実用化されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような投影型画像表示装置においては、以下に説明す
るような課題を有している。

【００１７】まず、特開平５−６１１２９号公報や特開
平７−３２５２８３号公報に開示されている投影型画像
表示装置では、投影レンズと液晶表示素子との間の光路
上に、ガラスブロックを挿入する必要があるため、シス
テム自体の重量が非常に重くなるだけでなく、ダイクロ
イックミラーと比較すると非常に高価となってしまう。

【００１８】また、ガラスブロックによりバックフォー
カスを短くしたとしても、クロスダイクロイックプリズ
ムで一度に色合成を行う方式と比較すると、同じサイズ
の液晶表示素子を用いた場合約２倍の光路長が必要とな
り、その効果は小さなものとなってしまう。

【００１９】さらに、特開平７−３２５２８３号公報に
は、ミラー順次方式に反射型液晶表示素子を適用した場
合の投影型画像表示装置についても開示されているが、
この場合、光源からの自然光を振動方向が直交した直線
偏光に分離するＰＢＳが、各液晶表示素子と投影レンズ
との間に必要となり、システムの重量がさらに重くなる
だけでなく、投影レンズのバックフォーカスもさらに長
くなってしまう。

【００２０】これらに対して、クロスダイクロイックプ
リズム方式では、クロスダイクロイックプリズムで一度
に色合成を行うため、バックフォーカスを非常に短くす
ることができ、かつ、非点収差の発生もない。しかしな
がら、この方式では、クロスダイクロイックプリズムの
価格がプリズムの体積に比例して高くなっていくため、
液晶表示素子のサイズが以下に示す理由により大きくな
ると価格の面で不利になるという問題を有している。特
に、ＰＢＳとクロスダイクロイックプリズムとの両方が
必要となる反射型液晶表示素子を用いたプロジェクショ
ンでは、ＰＢＳもクロスダイクロイックプリズムと同様
にほぼ体積に比例して価格が高くなっていくため、透過
型液晶表示素子を用いたプロジェクションよりも、さら
に価格の面で不利になってしまう。

【００２１】一般に、液晶表示素子には、マトリクス状
に規則的に配列された画素電極に３端子素子や非線形２
端子素子を設け、画像信号に対応した駆動電圧を印加す
ることによって液晶の光学特性を変化させ、画像や文字
などを表示するアクティブマトリクス方式のものが使用
される。

【００２２】このアクティブマトリクス方式の液晶表示
装置の場合には、ＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）素子や
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）素子などのスイッチング素
子と、画素電極に駆動電圧を供給するための配線電極と
を設ける必要がある。

【００２３】このスイッチング素子に強い光が入射して
しまうと、ＯＦＦ状態における素子抵抗が下がり、電圧
印加時に充電した電荷が放電されるだけでなく、前記ス
イッチング素子や配線電極が形成された領域に存在する
液晶部分には、正規の駆動電圧が印加されず、本来の表
示動作が実行されなくなってしまい、黒状態でも光が漏
れてコントラスト比が低下するという難点を有してい
る。

【００２４】したがって、図３１に示すように、ＴＦＴ
８０１などのスイッチング素子および画素電極が設けら
れたＴＦＴ基板と液晶層を挟んで対向する対向基板に
は、ブラックマトリクス８０２と称される遮光手段を設
けて、上述した光入射領域に入射する光を遮断する必要
がある。よって、このような液晶表示素子の場合には、
各々遮光性のあるＴＦＴ８０１、ゲートバスライン８０
３およびソースバスライン８０４に加えて、ブラックマ
トリクス８０２によっても遮光されるため、画素の領域
中に占める有効な画素開口部の面積、即ち開口率が小さ
くなってしまう。

【００２５】さらに、これらスイッチング素子や配線電
極は、その電気的性能や製造技術などの制約から、ある
程度以下の大きさで形成することは非常に困難となって
いる。よって、液晶表示素子の高精細化、小型化に伴っ
て、画素電極のピッチが小さくなるほど開口率がさらに
低下してしまう。

【００２６】このため、液晶表示素子が高精細化する
と、開口率を確保するために、パネルサイズを大きくす
る必要がある。上述した液晶表示パネルサイズの大型化
は、反射型液晶表示素子についても同様である。

【００２７】さらに、この方式では、ミラー順次方式で
行われているような投影レンズに対して光を集光させて
入射させると、画面内での色むらや色純度、明るさの低
下などが発生して、表示特性が大きく低下するため、液
晶表示素子を通過した光を蹴られることなく、投影レン
ズに入射させるためには、投影レンズの口径とクロスダ
イクロイックプリズム、ＰＢＳを図３２（ａ）（ｂ）
（図中では緑の光路のみ図示）に示すように、液晶表示
素子１０５Ｇの端から出た広がり角θを有する光を全て
取り込めるように大型化しなくてはならず、大幅なコス
トアップとなってしまう。

【００２８】このとき、投影レンズに対して光を集光さ
せて入射させることができない理由としては、クロスダ
イクロイックプリズムの誘電体膜に勾配をつけることが
非常に困難であるということが挙げられる。このクロス
ダイクロイックプリズムは、図３３に示すように、４つ
の三角柱の向かい合う側面のどちらかに誘電体多層膜を
形成し、４つの三角柱の頂点を精度良く貼り合わせて構
成されるものである。よって、膜ａと膜ａ´および膜ｂ
と膜ｂ´は、異なる三角柱に形成された同じ色を反射す
る膜となる。これらの異なる三角柱の面に連続的に勾配
をつけて誘電体多層膜を形成するのは実質上困難であ
り、膜ａと膜ａ´（または膜ｂと膜ｂ´）との境界で不
連続となり、スクリーン上においてもこの境界線が映し
出されてしまい表示品位が損なわれるという問題を有し
ている。

【００２９】本発明は、上述したような問題点を解決す
るためになされたものであり、その目的は、小型、軽
量、低コスト、かつ表示品位が良く、明るい投影型画像
表示装置を実現することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の投影型画像表示装置は、光源と、該光源からの光を
赤、緑、青の光束に分離する色分離手段と、該色分離手
段によって分離された赤、緑、青の光束のそれぞれに対
応した画像表示手段と、該画像表示手段により画像信号
に合わせて変調された光を合成するクロスダイクロイッ
クプリズムと、該クロスダイクロイックプリズムで合成
された光を投影する投影手段とを備えた投影型画像表示
装置において、前記画像表示手段の画像表示を行う領域
の長辺方向の向きと、前記クロスダイクロイックプリズ
ムを形成する３角柱の高さ方向の向きとを略一致させて
構成していることを特徴としており、そのことにより、
上記目的を達成する。

【００３１】また、前記光源からの光を偏光方向に応じ
て反射または透過する偏光選択反射手段をさらに備える
とともに、前記画像表示手段が反射型画像表示素子であ
ることにより、上記目的を達成する。

【００３２】また、前記画像表示手段への信号入力端子
が、該画像表示手段の表示領域の短辺方向に形成されて
いることが望ましい。

【００３３】さらに、前記クロスダイクロイックプリズ
ムに入射する光が、該クロスダイクロイックプリズムの
光出射面よりも前記投影レンズ側に集光点を有する収束
光であることにより、上記目的を達成する。

【００３４】以下、本発明の作用について説明する。

【００３５】本発明の請求項１に記載の構成によれば、
画像表示手段の画像表示を行う有効領域の長辺方向の向
きと、クロスダイクロイックプリズムを形成する３角柱
の高さ方向の向きとを略一致させていることにより、投
影レンズのバックフォーカスを短縮することができ、小
型化、低コスト化を図ることができる。

【００３６】ここで、図２０（ａ）に示すように、画像
表示手段１０５と投影レンズ１１２との距離（投影レン
ズのバックフォーカス）ｂに大きく影響するのは、クロ
スダイクロイックプリズム１１１のＬの距離であり、こ
の距離Ｌは画像表示手段１０５のＬの方向と平行な方向
の表示領域の大きさによって決まる。

【００３７】よって、図２０（ｂ）に示すように、画像
表示手段１０５の表示領域の短辺方向を上記Ｌの方向と
一致させておけば、Ｌ´＜Ｌとなり、画像表示手段１０
５と投影レンズ１１２との距離を短くすることができ
る。

【００３８】なお、画像表示手段１０５の短辺方向とク
ロスダイクロイックプリズム１１１のＬ´の方向とを一
致させることにより、クロスダイクロイックプリズム１
１１を構成する三角柱の高さ方向のサイズは逆に長くな
るが、例えば、アスペクト比が３：４の画像表示素子を
用いた場合には、クロスダイクロイックプリズム１１１
を構成する三角柱の高さとＬ´との比は、おおむね４：
３となり、本発明の構成を適用した方が、その体積は約
２５％小さくなる。

【００３９】また、クロスダイクロイックプリズム１１
１は、先に述べたように、その体積にほぼ比例してコス
トがアップするものである。よって、本発明の構成を適
用することで、クロスダイクロイックプリズム１１１自
体の低コスト化も図ることができる。上記クロスダイク
ロイックプリズム１１１のコストダウンの効果は、アス
ペクト比が３：４の画像表示素子を用いた場合を例に説
明したが、アスペクト比が１６：９の画像表示素子を用
いた場合を同様に考えると、クロスダイクロイックプリ
ズム１１１の体積は、約４４％も小さくすることがで
き、コストもこれに合わせて安くなるため、アスペクト
比が３：４の画像表示素子を用いた場合よりもさらに効
果がある。

【００４０】本発明の請求項２に記載の構成によれば、
これまで図２１（ａ）に示すように、反射型画像表示素
子３０４を用いたプロジェクションでは、光源からの光
をその偏光方向に応じて分離および合成するＰＢＳ３０
３が必要となるため、透過型の画像表示素子を用いたプ
ロジェクションと比べると、このＰＢＳ３０３の分だけ
投影レンズ１１２のバックフォーカスｂが長くなってし
まう。このバックフォーカスｂの長さを決めるのは、図
中に示したＰＢＳ３０３とクロスダイクロイックプリズ
ム１１１におけるＬとＮとの長さである。

【００４１】このような反射型画像表示素子３０４を用
いたプロジェクションにおいても、本発明を適用する
と、図２１（ｂ）に示すＬ´、Ｎ´をＬ´＜Ｌ、Ｎ´＜
Ｎとすることができ、ＰＢＳ３０３とクロスダイクロ
イックプリズム１１１の投影レンズ１１２のバックフォ
ーカスに影響を与える方向のサイズを小さくすることが
できるため、投影レンズ１１２のバックフォーカスをさ
らに短くすることが可能となり、装置の小型、低コスト
化を図ることができる。

【００４２】さらに、反射型画像表示素子３０４を用い
たプロジェクションでは、ＰＢＳ３０３が追加されてい
る分コストアップとなってしまうが、ＰＢＳ３０３もク
ロスダイクロイックプリズム１１１と同様に、その体積
にほぼ比例してコストがアップするため、本発明の構成
を適用することで、上述した請求項１において説明した
クロスダイクロイックプリズム１１１のコストダウンと
同様に、ＰＢＳ３０３とクロスダイクロイックプリズム
１１１との両方のコストダウンを図ることが可能となっ
ている。

【００４３】なお、本発明では、３つのＰＢＳ３０３
Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂと１つのクロスダイクロイック
プリズム１１１を組み合わせた場合について説明した
が、例えば図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、Ｐ
ＢＳ３０３とダイクロイックミラー、ＰＢＳ３０３とフ
ィリップスタイプのプリズム９０１、および１つのＰＢ
Ｓ３０３と１つのクロスダイクロイックプリズム１１１
を用いた場合などにも有効である。

【００４４】本発明の請求項３に記載の構成によれば、
画像表示素子への信号入力端子が画像表示素子の表示領
域の長辺方向に形成されている場合には、一般に図２３
に示す画像表示素子の概念図のように、画像表示素子を
駆動するためのケーブルが長辺方向に設置されている。

【００４５】このケーブルは、ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒ
ｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔケーブル（以下、ＦＰＣ
と呼ぶ。）と呼ばれ、折り曲げ可能なプリント基板であ
るが、極端な角度に曲げると断線などが発生するため、
上記画像表示素子を請求項１、２に示した光学系に適用
すると、図２４（ａ）（ｂ）に示すように、ＦＰＣを折
り曲げるために必要な空間を確保しないと、光が通過す
る光路上（図中、光軸に沿った点線内）のＦＰＣが光路
上にかかってしまい光を遮ってしまう。

【００４６】しかしながら、このための空間を確保しよ
うとすると、反射型画像表示素子を用いたプロジェクシ
ョンでは、投影レンズのバックフォーカスが長くなるだ
けでなく、システム全体が大きくなってしまい、コスト
が大幅にアップしてしまう。また、透過型画像表示素子
を用いたプロジェクションでも、同様にシステムの大型
化に伴いコストがアップしてしまう。

【００４７】また、画像表示素子に入射した光は、主光
線に対してある程度の広がり角を有しているため、ＰＢ
Ｓ３０３やクロスダイクロイックプリズム１１１は、図
３２（ｂ）に示すように画像表示素子の周辺に入射した
光が全て通過できるように設計すると、画像表示素子か
ら離れるにしたがって、そのサイズを大きくしなければ
ならない。このため、これらの部品の間隔が大きくなる
と、ＰＢＳ３０３やクロスダイクロイックプリズム１１
１自体も大型化することになる。

【００４８】これに対して本発明では、画像表示手段へ
の信号入力端子を画像表示手段の短辺方向に形成してい
るため、ＦＰＣを例えば図１や図９に示す投影型画像表
示装置の紙面に対して垂直方向に取り出すことができる
ため、折り曲げるための領域を作る必要が無い。よっ
て、無駄な空間を作ることなく光学部品を配置すること
ができ、光学系のコンパクト化を図ることが可能となっ
ている。さらに、反射型画像表示素子を用いたプロジェ
クションでは、投影レンズのバックフォーカスを光学部
品のサイズによる限界にまで短くすることができるた
め、さらにコストダウンを図ることが可能となってい
る。また、ＰＢＳ３０３やクロスダイクロイックプリズ
ム１１１自体の小型化を図ることができるため、さらな
る低コスト化が可能となる。

【００４９】本発明の請求項４に記載の構成によれば、
通常、色合成用のクロスダイクロイックプリズム１１１
の反射面には、入射角依存性があるため、収束光を入射
した場合には、反射面での分光特性が変化し、画面内で
色むらや色純度の低下が発生する。この理由としては、
ＴｉＯ₂やＳｉＯ₂などの誘電体膜が多層コートされた反
射面にある特定の角度から光が入射した際に、特定の波
長帯域のみ反射または通過するように誘電体膜の膜厚は
設計されるが、光の入射角が変わると、実質的に光が通
過する膜厚が変化するためである。

【００５０】例えば、図２５に示すように、Ａの方向か
ら入射した光に対して分光特性が最適化された誘電体多
層膜に、Ａ´の方向から光が入射した場合には、誘電体
膜中をＡとＡ´の方向から入射した光とでは、誘電体膜
中を通過する距離が異なり（この図２５の場合は、Ａ´
の方向から入射した光の方が、Ａの方向から入射した光
より、膜中を通過する距離が短い）、分光特性も変化す
る。なお、図２５では、説明のため誘電体膜は一層のみ
記載しているが、実際には、ＴｉＯ₂やＳｉＯ₂などの層
が多層コートされている。

【００５１】このように、画像表示素子１０５からの出
射光を集光させてクロスダイクロイックプリズム１１１
に入射させた場合、その集光角は画像表示素子１０５の
長辺方向からの光の方が、短辺方向からの光より大きく
なる。

【００５２】ここで、クロスダイクロイックプリズム１
１１に対して、例えば図４に記載したように画像表示素
子１０５を配置した場合は、画像表示素子１０５の中心
から出射した光が、設計された角度でクロスダイクロイ
ックプリズム１１１に入射するため、クロスダイクロイ
ックプリズム１１１の分光特性は変化しない。ところ
が、画像表示素子１０５の長辺方向の端になるほど入射
角度は変化し、上述したように分光特性が変化してしま
う。

【００５３】これに対して本発明のように、例えば図２
に記載したような方向に画像表示素子１０５を配置した
プロジェクションに収束光を入射させると、短辺方向の
端になるほど光の入射角は変化するが、上述した図４に
示すように画像表示素子１０５を配置するよりも、辺の
長さが短い分、クロスダイクロイックプリズム１１１の
光反射面に対する光の入射角度の変化が少なく、分光特
性のシフト量も少ない。

【００５４】一方、上述した図２に示すように配置した
場合、長辺方向に対しては、辺の長さが長くなった分、
クロスダイクロイックプリズム１１１の光反射面に対す
る光の入射角度の変化は大きいが、この方向から入射す
る光は、光反射面に対する入射方向は変化するが、入射
角度はほとんど変化せず、分光特性のシフトはほとんど
無い。

【００５５】よって、本発明のような構成に画像表示素
子１０５を配置することで、収束光をクロスダイクロイ
ックプリズム１１１に入射させても、赤、緑、青のそれ
ぞれの色純度の低下や色むらの発生が最小限に抑えられ
る。また、収束光を入射することにより、図３２（ａ）
に示すように、従来では主光線に対して広がり角を有す
る光も蹴られることなく、投影レンズ１１２に入射させ
るためには、クロスダイクロイックプリズム１１１のサ
イズや投影レンズ１１２のサイズを大きくしなければな
らなかったが、本発明の構成を適用することにより、図
２６に示すように、収束光をクロスダイクロイックプリ
ズム１１１に入射させることができるため、クロスダイ
クロイックプリズム１１１および投影レンズ１１２の小
型化を図ることができるだけでなく、クロスダイクロイ
ックプリズム１１１の小型化により、投影レンズ１１２
のバックフォーカスをさらに短くすることができ、シス
テムの小型、軽量、低コスト化に対して、非常に大きな
効果を奏することとなる。

【００５６】上述したように、本発明の作用について
は、透過型画像表示素子を用いたプロジェクションを中
心に説明してきたが、例えば図１７に示すように、反射
型画像表示素子３０４を用いたプロジェクションに本発
明を適用した場合にも、上述したクロスダイクロイック
プリズム１１１および投影レンズ１１２の小型化、投影
レンズ１１２のバックフォーカスを短くすることができ
るというような効果を奏している。

【００５７】また、ＰＢＳ３０３の偏光分離特性におい
ても、本発明にような構成とすることにより、クロスダ
イクロイックプリズム１１１と同様に、短辺方向の端に
なるほどＰＢＳ３０３に対する光の入射角は変化する
が、長辺方向ほど大きく変化しない。クロスダイクロイ
ックプリズム１１１の場合は、入射角の変化が主に色純
度および色ムラに影響したが、ＰＢＳ３０３の場合は、
主に偏光分離特性に影響し、光利用率の低下を招く。よ
って、本発明を適用することにより、この光利用率の低
下を低減することができる。なお、反射型画像表示素子
３０４の長辺方向に対しては、集光角は大きくなるが、
これについてもクロスダイクロイックプリズム１１１と
同様に、ＰＢＳ３０３の光反射面に対する入射方向は大
きく変化するが、入射角度自体はほとんど変化せず、偏
光分離特性への影響は少ない。そして、ＰＢＳ３０３自
体の小型化を図ることが可能であり大きなコストダウン
につながる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて具体的に説明する。

【００５９】（実施の形態１）図１は、本発明の投影型
カラー画像表示装置を示す模式図である。本実施の形態
１では、光源１０１として、１５０Ｗ、アーク長２ｍｍ
のメタルハライドランプを用いた。この光源１０１とし
ては、この他にハロゲンランプやキセノンランプなどを
用いることができる。そして、光源１０１の背面には、
光源１０１からの光を略平行光として出射するための放
物面鏡１０２が配置されている。

【００６０】このような光源１０１の前方には、光源１
０１からの白色光の内、赤の波長帯域の光を透過させ、
緑、青の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー
１０３が配置されている。このダイクロイックミラー１
０３を透過した赤の光は、反射ミラー１０４により反射
され、フィールドレンズ１０６Ｒと偏光板（図示せず）
を通過した後、液晶表示パネル１０５Ｒに入射する。

【００６１】一方、ダイクロイックミラー１０３で反射
された緑、青の波長帯域の光は、青の波長帯域の光を透
過し、緑の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラ
ー１０７に入射し、緑の光はフィールドレンズ１０６Ｇ
と偏光板（図示せず）を通過した後、液晶表示パネル１
０５Ｇに入射する。また、ダイクロイックミラー１０７
を透過した青の光は、リレーレンズ１０８および反射ミ
ラー１０９、１１０を介して、偏光板（図示せず）を通
過した後、液晶表示パネル１０５Ｂに入射する。

【００６２】この液晶表示パネル１０５は、図２に示す
ように、色合成用クロスダイクロイックプリズム１１１
を構成する三角柱の高さ方向とパネルの表示領域の長辺
方向とを一致させて配置している。

【００６３】そして、液晶表示パネル１０５Ｒ、１０５
Ｇ、１０５Ｂを通過して、その偏光方向が変調された光
は、液晶表示パネル１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５Ｂの出
射側に配置された偏光板を通過した後、クロスダイクロ
イックプリズム１１１に入射する。

【００６４】なお、本実施の形態１では、クロスダイク
ロイックプリズム１１１には、図３に示すように、主光
線が光軸に対してほぼ平行な光を入射させた。そして、
その後、この光はクロスダイクロイックプリズム１１１
により合成されて、投影レンズ１１２に入射する。

【００６５】本実施の形態１では、液晶表示パネル１０
５として、１．３型ＸＧＡパネル（１０２４×７６８ド
ット）を用いた。なお、ＦＰＣ１１３の取り付け方向
は、液晶表示パネルの短辺方向となるようにパネルを設
計した。よって、ＦＰＣ１１３は、図１において紙面に
対して、垂直方向に取り出すことができる。

【００６６】また、光源１０１の近傍には、パネル面の
照度分布の均一化を目的として、レンズを２次元に配列
させたフライアイレンズ１１４を用いた。

【００６７】上述したような条件により光学系を構成し
たところ、明るく、コントラストが良い画像が得られ、
かつ、図４に示すように液晶表示パネルの短辺方向をク
ロスダイクロイックプリズム１１１を構成する三角柱の
高さ方向と一致するように配置したときと比べて、クロ
スダイクロイックプリズム１１１を２５％程度小さくす
ることができ、かつ、ＦＰＣ１１３の取り付け方向を、
液晶表示パネルの短辺方向となるようにしたため、無駄
なスペースを作ることなく光学部品を配置することがで
き、投影レンズ１１２のバックフォーカスを短くするこ
とが可能となるため、システムの大幅な小型化、および
低コスト化を図ることが可能となった。

【００６８】なお、本実施の形態１では、ダイクロイッ
クミラー１０３で赤の光を透過、緑と青の光を反射させ
たが、青を透過、緑と赤を反射させるなど、あらゆる組
み合わせを取ることができ、例えば図５に示すような構
成としても良い。このような場合には、図１に示すよう
な構成では、３枚のパネルの内、一枚のパネルの光源か
らの光路長が長くなり、その間での光ロスが発生するた
め、このまま光を合成するとホワイトバランスがずれて
しまうため、リレーレンズ１０８で光をパネル面まで伝
達させる方法が用いられているが、レンズの収差や表面
反射などにより、完全に光ロスをなくすことはできな
い。また、リレーレンズ１０８を用いることにより、そ
の分だけコスト高となってしまう。

【００６９】これに対して、図５に示す構成では、光源
からの光を３原色に分離する方法として、クロスダイク
ロイックミラーまたはクロスダイクロイックプリズム２
０１にて、進行方向が同じ２色の光（緑、赤又は青）
と、略反対方向に進行する他の一色の光（青又は赤）と
に分離する。そして、さらにダイクロイックミラー２０
２により緑を反射する。

【００７０】上述したような構成をとることによって、
光源１から液晶表示パネル１０５Ｒ、１０５Ｇ、１０５
Ｂまでの間のそれぞれの光路長（空気中での換算値）を
ほぼ等距離とすることが可能となる。このことにより、
従来発生していた光ロスがなくなり、ホワイトバランス
の良い画像を実現できるだけでなく、リレーレンズが必
要無いため、低コスト化を図ることも可能となる。

【００７１】なお、上述したように、図５に示した照明
系は、液晶表示パネルの設置方向には関係なく、これ自
体独立して効果を持つものである。

【００７２】（実施の形態２）図６は、本発明の実施の
形態２における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。なお、本実施の形態２では、上述した実施の形態１
と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。

【００７３】上述した実施の形態１では、クロスダイク
ロイックプリズム１１１に対して、主光線がほぼ平行な
光を入射させたが、本実施の形態２では、図７に示すよ
うに、収束光を入射させたところのみ実施の形態１と異
なっている（緑の光路のみ図示）。図７は、液晶表示パ
ネル１０５から出射した光の概念図を示したものであ
り、実際にはクロスダイクロイックプリズム１１１中で
の光の進行方向は変化する。

【００７４】本実施の形態２では、図７に示すように、
クロスダイクロイックプリズム１１１に対して、設計入
射角を中心として、液晶表示パネル１０５の表示領域の
短辺方向から入射角が±５．６°、長辺方向からは±
７．５°の光が入射する収束光を入射させた。長辺方向
からの光の入射角は、短辺方向からの光と比べると大き
くなっているが、作用の欄において述べたように、長辺
方向から入射した光の分光特性への影響はほとんどな
い。

【００７５】これに対して、液晶表示パネル１０５の長
辺方向と短辺方向とが逆に配置されている従来の場合に
は、クロスダイクロイックプリズム１１１に対して、分
光特性に大きく影響する方向から、液晶表示パネル１０
５の長辺方向からの収束光である±７．５°の範囲の光
が入射することになり、分光特性がシフトが大きくな
る。

【００７６】図８に設計入射角を中心として±５．６°
で入射した場合と±７．５°で入射した場合との分光特
性のシフト量の一例を示す。この図８より明らかなよう
に、本発明を適用した場合には、大幅に分光特性のシフ
トが押さえられていることが分かる。

【００７７】また、収束光を入射させることにより、実
施の形態１と比べ、プリズムサイズを４０％以上、ま
た、投影レンズのサイズを２０％以上小さくでき、投影
レンズのバックフォーカスも実施の形態１よりも１５％
程度短くできるため、実施の形態１と比べて表示品位を
大きく低下させることなく、さらにシステムの小型化、
低コスト化を図ることが可能となる。

【００７８】（実施の形態３）図９は、本発明の実施の
形態３における投影型カラー画像表示装置の模式図であ
る。なお、本実施の形態３では、上述した実施の形態１
と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。

【００７９】本実施の形態３では、光源１０１として、
１５０Ｗ、アーク長２ｍｍのメタルハライドランプを用
いた。光源１０１としては、この他にもハロゲンランプ
やキセノンランプなどを用いることができる。そして、
光源１０１の背面には、光源１０１からの光を略平行光
として出射するための放物面鏡１０２が配置されてい
る。

【００８０】この光源１０１の前方には、光源１０１か
らの白色光の内、赤と緑の波長帯域の光を透過させ、青
の波長帯域の光を反射するダイクロイックミラー３０１
が配置されている。ダイクロイックミラー３０１を透過
した赤と緑の光は、緑の光を反射し、赤の光を透過する
ダイクロイックミラー３０２に入射する。ダイクロイッ
クミラー３０２を透過した赤の光は、ＰＢＳ３０３Ｒに
入射し、Ｓ偏光の光が反射型液晶表示パネル３０４Ｒに
入射する。ダイクロイックミラー３０２で反射された緑
の光は、ＰＢＳ３０３Ｇに入射し、Ｓ偏光の光が反射型
液晶表示パネル３０４Ｇに入射する。

【００８１】一方、ダイクロイックミラー３０１で反射
された青の波長帯域の光は、反射ミラー３０５とリレー
レンズ１０８を介して、ＰＢＳ３０３Ｂに入射し、Ｓ偏
光の光が反射型液晶表示パネル３０４Ｂに入射する。

【００８２】本実施の形態３では、ＰＢＳ３０３とし
て、誘電体多層膜による偏光分離機を有する反射面を備
えたキューブ状のガラスでできたものを用いたが、例え
ば、スリーエム社製偏光選択反射フィルム（Ｏｐｔｉｃ
ａｌＦｉｌｍＤ―ＢＥＦ）や特開昭５７−１５８８
０１号公報に開示されている偏光性素子や偏光分離を行
う膜を蒸着したプレートを液体に浸した液浸タイプのＰ
ＢＳなどを用いても良い。これらの素子は、ガラスのＰ
ＢＳで発生する複屈折によるコントラスト比の低下を防
止できるという利点を有している。

【００８３】なお、Ｄ―ＢＥＦや特開昭５７−１５８８
０１号公報に開示されている偏光性素子は、その面内に
おいて光学的な軸を有しており、入射した光のうち光学
軸の方向の直線偏光成分を反射し、光学軸に直交する方
向の偏光成分の光を透過する機能を有する。

【００８４】これらの素子の基本構造について図１０を
用いて説明する。これらの素子は、分子的な配向により
複屈折性を持った層と等方性層を交互に積層したもので
ある。複屈折性層は積層された面内において、光軸４０
１を有している。また、等方性層の屈折率は複屈折層の
常光もしくは異常光の屈折率ｎ０、ｎｅと一致するもの
が選ばれる。これらの素子に入射した光は複屈折層であ
る第１層４０２を透過し、等方性層である第２層４０３
に入射する。第２層４０３の屈折率が第１層４０２の常
光の屈折率と一致するように選ばれている場合、入射し
た光のうち常光成分４０４は透過し、異常光成分４０５
のうち一部は屈折率差により反射される。また、複屈折
性層と等方性層が交互に積層されているため、各層にお
いて異常光の一部が反射され、結果として、常光成分４
０４は透過し、異常光成分４０５は反射される。よっ
て、異常光成分に対しては、誘電体薄膜と同様の原理で
光を反射することになる。

【００８５】反射型液晶表示パネル３０４に入射した光
は、画像信号に合わせて偏光方向が変調された後、ＰＢ
Ｓ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂに再度入射し、偏光方
向が変調された光のみ、ＰＢＳ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３
０３Ｂを透過して、色合成用のクロスダイクロイックプ
リズム１１１により合成されて投影レンズ１１２に入射
する。

【００８６】反射型液晶表示パネル３０４は、図１１に
示すように、色合成用クロスダイクロイックプリズム１
１１を構成する三角柱の高さ方向と、反射型液晶表示パ
ネル３０４の表示領域の長辺方向とを一致させて配置し
ている。

【００８７】なお、本実施の形態３では、ＰＢＳ３０
３、クロスダイクロイックプリズム１１１には、図１２
（緑の光線のみ図示）に示すように、主光線が光軸に対
してほぼ平行な光を入射させた。また、本実施の形態３
では、反射型液晶表示パネル３０４として、１．３型Ｘ
ＧＡパネル（１０２４×７６８ドット）を用いた。液晶
のモードとしては、垂直配向で、図１３（ａ）に示すよ
うに電圧が印加されていない時には、液晶分子５０２は
ガラス基板５０１に対して垂直に配向しており、直線偏
光が入射しても、そのままの偏光状態で反射される。こ
れらの光は、ＰＢＳ３０３で反射され、光源の方向にも
どされる。これに対して、図１３（ｂ）に示すように電
圧を印加すると、液晶分子５０２がガラス基板５０１に
対して水平方向に配向する。ここに直線偏光が入射する
と液晶の屈折率異方性により、偏光方向が変調される。

【００８８】この時、液晶層を光が往復する間に、液晶
分子の長軸と短軸に対する光の位相差が１／２λとなる
ように液晶のセル厚やΔｎ（液晶分子の長軸と短軸の屈
折率差）を調節すると、反射型液晶表示パネル３０４で
反射される光は、入射光の偏光方向に対して、９０°回
転した直線偏光となり、ＰＢＳ３０３を透過する。な
お、液晶のモードとしては、上記垂直配向の他、ＴＮな
ど光の偏光を利用するものであれば適用することができ
る。

【００８９】また、反射型液晶表示パネルのＦＰＣ１１
３の取り付け方向は、液晶表示パネルの短辺方向となる
ように液晶表示パネルを設計した。よって、ＦＰＣ１１
３は、図１において紙面に対して、垂直方向に取り出す
ことが可能となる。

【００９０】また、光源１０１の近傍には、パネル面の
照度分布の均一化を目的として、レンズを２次元に配列
させたフライアイレンズ１１４を用いて構成した。

【００９１】本実施の形態３では、上述した光学部品の
他に、コントラスト比の向上とゴースト防止のために、
ＰＢＳ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂの前後に偏光板３
０６と３０７を配置した。入射側の偏光板３０７は、Ｐ
偏光をカットするようにその透過光学軸が紙面に対し、
平行にセットされている。これにより、ＰＢＳ３０３
Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂには、Ｓ偏光成分の光しか入射
せず、ＰＢＳ３０３の消光比が悪くても、反射型液晶表
示パネル３０４にはＳ偏光しか入射しないため、コント
ラスト比が向上する。

【００９２】なお、この偏光板３０７が無い場合には、
ＰＢＳ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂに、Ｓ偏光成分と
Ｐ偏光成分の両方の光が入射し、Ｐ偏光のほとんどは透
過しＳ偏光は反射されるが、ＰＢＳ３０３の特性によ
り、一部反射型液晶表示パネル３０４の方向にＰ偏光が
反射されてしまう。反射型液晶表示パネル３０４に入射
したこのＰ偏光の内、偏光方向の変調を受けずに反射さ
れた光は、そのほとんどが今度はＰＢＳ３０３を透過
し、スクリーンに投影されるため、コントラスト比が低
下してしまう。また、出射側の偏光板１１２は、入射側
の偏光板と軸を直交させて配置されている。偏光板３０
６も同様の原理で、コントラスト比を向上させる働きを
もっている。

【００９３】これらの偏光板３０６、３０７は、ＰＢＳ
３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂの光入射側と出射側の両
方に配置したが、入射側または出射側の一方に配置して
もその効果は得られる。また、入射側偏光板３０６およ
び３０７とＰＢＳ３０３Ｒ、３０３Ｇ、３０３Ｂとの間
には光学部品を配置しないことが望ましい。これは、こ
れらの光学部品で、光の偏光が乱されてしまい、その効
果が低下するからである。

【００９４】上述したような条件にて光学系を構成した
ところ、明るく、コントラストの良い画像を得ることが
でき、かつ図１４に示すように反射型液晶表示パネルを
配置したときと比べて、クロスダイクロイックプリズム
１１１およびＰＢＳ３０３をそれぞれ２５％程度小さく
することができ、かつＦＰＣ１１３の取り付け方向を反
射型液晶表示パネル３０４の短辺方向となるようにして
いるため、無駄なスペースを作ることなく光学部品が配
置でき、投影レンズ１１２のバックフォーカスを短くで
きるため、システムの大幅な小型化、および低コスト化
を図ることができた。

【００９５】また、本実施の形態３では、ダイクロイッ
クミラー３０１で赤と緑の光を透過、青の光を反射させ
たが、青と緑を透過、赤を反射など、あらゆる組み合わ
せを取ることができ、実施の形態１、２でも用いたよう
な照明光学系を用い、図１５に示すような構成としても
良い。

【００９６】この場合も実施の形態１での説明と同様の
効果を得ることができる。さらに、光学系の小型化のた
めに、図１６に示すような構成としても良い。この光学
系は、光源１０１からの白色光のうち、青（又は赤）と
緑を反射し、赤（又は青）を透過するダイクロイックミ
ラー６０１と、青（又は赤）を透過し、緑の光の内一方
の偏光方向を反射し、それに直交する偏光方向の光を透
過させる機能を有するＰＢＳ６０２とを用いたものであ
る。

【００９７】このような光学系を用いることにより、実
施の形態１、２で説明した透過型液晶表示パネルを用い
た液晶プロジェクションと同程度にまで光学系の小型化
を図ることが可能となる。

【００９８】さらに、本実施の形態３では、反射型液晶
表示パネルにＳ偏光を入射させたが、Ｐ偏光を入射させ
ても良い。この場合、実施の形態３で用いたような誘電
体ミラーで偏光を分離あるいは合成するＰＢＳを用いる
場合は、ＰＢＳを透過するＰ偏光側へ反射型液晶表示パ
ネルを移動させる必要がある。また、スリーエム社製偏
光選択反射フィルム（ＯｐｔｉｃａｌＦｉｌｍＤ―
ＢＥＦ）や特開昭５７−１５８８０１号公報に記載され
ているような平板状のＰＢＳを使用する場合は、上述し
たように反射型液晶表示パネルを移動させても良いが、
反射型液晶表示パネルの位置はそのままで、平板状ＰＢ
Ｓの光学軸を９０°回転させてもＰ偏光を入射させるこ
とができる。

【００９９】（実施の形態４）図１７は、本発明の実施
の形態４における投影型カラー画像表示装置の模式図で
ある。なお、本実施の形態２では、上述した実施の形態
１と同様の光学部品については同じ番号を用いて説明す
る。

【０１００】本実施の形態３では、ＰＢＳ３０３および
クロスダイクロイックプリズム１１１に対して、主光線
がほぼ平行な光を入射させたが、本実施の形態４では、
図１８に示すように、収束光を入射させたところのみ実
施の形態３と異なる。図１８は、反射型液晶表示パネル
３０４から反射された光の概念図を示したものであり、
実際にはＰＢＳ３０３、クロスダイクロイックプリズム
１１１中での光の進行方向は変化する。

【０１０１】本実施の形態４では、図１８に示すように
ＰＢＳ３０３とクロスダイクロイックプリズム１１１に
対して、設計入射角を中心として、反射型液晶表示パネ
ル３０４の表示領域の短辺方向から入射角が±５．６
°、長辺方向からは±７．５°の光が入射する収束光を
入射させた。長辺方向からの光の入射角は、短辺方向か
らの光と比べると大きくなっているが、作用の欄におい
ても述べたように、長辺方向から入射した光の偏光分離
特性および分光特性への影響はほとんど無い。

【０１０２】これに対して、反射型液晶表示パネル３０
４の長辺方向と短辺方向とが逆に配置されている従来の
場合には、ＰＢＳ３０３、クロスダイクロイックプリズ
ム１１１に対して、偏光分離特性および分光特性に大き
く影響する方向から、反射型液晶表示パネル３０４の長
辺方向からの収束光である±７．５°の範囲の光が入射
することになり、光利用効率の低下および分光特性のシ
フトが大きくなってしまう。

【０１０３】図１９に設計入射角に対して±５．６°で
入射した場合と、±７．５°で入射した場合とのＰＢＳ
３０３の偏光分離特性変化量の一例を示す。図中縦軸の
分離効率は、Ｓ偏光の反射率ＲｓとＰ偏光の透過率Ｔｐ
を掛け合わせた効率を示すもので、入射したＳ偏光が全
て反射されＰ偏光が全て透過された場合に分離効率が１
００％となる。

【０１０４】また、クロスダイクロイックプリズム１１
１の分光特性のシフト量は、上述した実施の形態２で示
した図８と同じである。これより明らかなように、本発
明の構成を適用した場合には、光利用率がアップすると
同時に、クロスダイクロイックプリズム１１１の分光特
性のシフトが押さえられ、明るく色再現範囲の広い画像
を実現することが可能となる。

【０１０５】また、収束光を入射させることにより、実
施の形態３と比べてＰＢＳ１０３とクロスダイクロイッ
クプリズム１１１のサイズおよび投影レンズ１１２のサ
イズを約１５〜２０％小さくでき、投影レンズのバック
フォーカスをさらに短くできるため、実施の形態３と比
べて表示品位を大きく低下させることなく、さらにシス
テムの小型化、低コスト化を図ることが可能となる。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように本発明は以下のようなの効
果を奏する。すなわち、画像表示手段の画像表示を行う
有効領域の長辺方向の向きと、該クロスダイクロイック
プリズムを形成する３角柱の高さ方向の向きとを、略一
致させていることにより、投影レンズのバックフォーカ
スを短縮させることができ、小型化、低コスト化を図る
ことができるだけでなく、本発明の構成を適用すること
により、クロスダイクロイックプリズム自体も小さくで
きるため、さらに低コスト化を図ることが可能となって
いる。

【０１０７】また、本発明によれば、反射型画像表示素
子を用いたプロジェクションにおいて、ＰＢＳとクロス
ダイクロイックプリズムの投影レンズのバックフォーカ
スに影響を与える側のサイズを小さくすることができる
ため、投影レンズのバックフォーカスを短くでき、装置
の小型、低コスト化を図ることができるだけでなく、反
射型画像表示素子を用いたプロジェクションでは、ＰＢ
Ｓが追加される分コストアップとなるが、ＰＢＳもクロ
スダイクロイックプリズムと同様に、その体積にほぼ比
例してコストがアップするため、本発明の構成を適用す
ることで、サイズを小さくできクロスダイクロイックプ
リズムのコストダウンと同様に、ＰＢＳとクロスダイク
ロイックプリズムの両方のコストダウンを図ることが可
能となっている。

【０１０８】また、画像表示手段への信号入力端子を、
該画像表示手段の短辺方向に形成することにより、画像
表示素子に信号を入力するＦＰＣを折り曲げるための領
域を作る必要がなくなるため、光学部品を密に配置する
ことができる。よって、光学系のコンパクト化が図れる
だけでなく、投影レンズのバックフォーカスを光学系の
サイズによる限界にまで短くすることが可能となってい
る。また、ＰＢＳやクロスダイクロイックプリズムの小
型化が図れるため、さらなる低コスト化が可能となって
いる。

【０１０９】さらに、本発明によれば収束光をクロスダ
イクロイックプリズムに入射させても、赤、緑、青のそ
れぞれの色純度の低下が最小限に押さえることができ
る。また、収束光を入射することで、クロスダイクロイ
ックプリズムおよび投影レンズの小型化が図れるだけで
なく、クロスダイクロイックプリズムの小型化により、
投影レンズのバックフォーカスをさらに短くすることが
でき、システムの小型、軽量、低コスト化に対して、非
常に大きな効果を奏することができる。

【０１１０】また、反射型画像表示素子を用いたプロジ
ェクションにおいては、上述したクロスダイクロイック
プリズムおよび投影レンズの小型化、投影レンズのバッ
クフォーカスを短くできるという効果に加え、光利用率
の低下を低減することができるだけでなく、ＰＢＳ自体
も小型化を図ることができコストダウンが可能となって
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。

【図２】図２は、液晶表示パネルの設置方向の説明図で
ある。

【図３】図３は、クロスダイクロイックプリズム中を通
る光の説明図である。

【図４】図４は、従来の液晶表示パネルの設置方向の説
明図である。

【図５】図５は、実施の形態１に係る別の照明システム
を用いた場合の説明図である。

【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。

【図７】図７は、クロスダイクロイックプリズム中を通
る光の説明図である。

【図８】図８は、クロスダイクロイックプリズムの分光
特性の入射角依存性を示す図である。

【図９】図９は、本発明の実施の形態３にかかる投影型
画像表示装置の模式図である。

【図１０】図１０は、偏光選択反射フィルムの原理説明
図である。

【図１１】図１１は、液晶表示パネルの設置方向の説明
図である。

【図１２】図１２は、ＰＢＳ、クロスダイクロイックプ
リズム中を通る光の説明図である。

【図１３】図１３は、反射型液晶表示パネルの動作説明
図である。

【図１４】図１４は、従来の液晶表示パネルの設置方向
の説明図である。

【図１５】図１５は、実施の形態３に係る別の照明シス
テムを用いた場合の説明図である。

【図１６】図１６は、実施の形態３に係る別の照明シス
テムを用いた場合の説明図である。

【図１７】図１７は、本発明の実施の形態４にかかる投
影型画像表示装置の模式図である。

【図１８】図１８は、ＰＢＳ、クロスダイクロイックプ
リズム中を通る光の説明図である。

【図１９】図１９は、ＰＢＳの光入射角依存性を示す図
である。

【図２０】図２０（ａ）（ｂ）は、本発明の効果の説明
図である。

【図２１】図２１（ａ）（ｂ）は、本発明の効果の説明
図である。

【図２２】図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明が適用
できる別の構成図である。

【図２３】図２３は、反射型液晶表示パネルの拡大図で
ある。

【図２４】図２４（ａ）（ｂ）は、従来の反射型液晶表
示パネルを用いたプロジェクションの課題の説明図であ
る。

【図２５】図２５は、誘電体ミラーの入射角依存性を示
す図である。

【図２６】図２６は、本発明の効果の説明図である。

【図２７】図２７は、従来のミラー順次方式の説明図で
ある。

【図２８】図２８は、従来のミラー順次方式の説明図で
ある。

【図２９】図２９は、従来のクロスダイクロイックミラ
ー方式の説明図である。

【図３０】図３０は、従来の反射型液晶表示パネルを用
いたプロジェクションの説明図である。

【図３１】図３１は、透過型液晶表示パネルの画素部の
拡大図である。

【図３２】図３２（ａ）（ｂ）は、クロスダイクロイッ
クプリズムを用いたプロジェクションの色合成部の光路
図である。

【図３３】図３３は、クロスダイクロイックプリズムの
説明図である。

【符号の説明】

１０１光源１０２放物面鏡１０３ダイクロイックミラー１０４反射ミラー１０５Ｒ画像表示装置（液晶表示パネル）１０５Ｇ画像表示装置（液晶表示パネル）１０５Ｂ画像表示装置（液晶表示パネル）１０６Ｒフィールドレンズ１０６Ｇフィールドレンズ１０６Ｂフィールドレンズ１０７ダイクロイックミラー１０８リレーレンズ１０９反射ミラー１１０反射ミラー１１１クロスダイクロイックプリズム１１２投影レンズ１１３ＦＰＣ１１４フライアイレンズ２０１クロスダイクロイックミラーまたはクロスダ
イクロイックプリズム２０２ダイクロイックミラー３０１ダイクロイックミラー３０２ダイクロイックミラー３０３ＲＰＢＳ３０３ＧＰＢＳ３０３ＢＰＢＳ３０４Ｒ反射型液晶表示パネル３０４Ｇ反射型液晶表示パネル３０４Ｂ反射型液晶表示パネル３０５反射ミラー３０６偏光板３０７偏光板４０１光軸４０２複屈折層（第１層）４０３複屈折層（第２層）４０４常光成分４０５異常光成分５０１ガラス基板５０２液晶分子６０１ダイクロイックミラー６０２ＰＢＳ７０１ダイクロイックミラー７０２ダイクロイックミラー７０３ダイクロイックミラー７０４ダイクロイックミラー７１１ガラスプリズム７１２ガラスプリズム７２１ダイクロイックミラー７２２ダイクロイックミラー７３１ダイクロイックミラー７３２ダイクロイックミラー８０１ＴＦＴ８０２ブラックマトリクス８０３ゲートバスライン８０４ソースバスライン９０１プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を赤、緑、青の
光束に分離する色分離手段と、該色分離手段によって分
離された赤、緑、青の光束のそれぞれに対応した画像表
示手段と、該画像表示手段により画像信号に合わせて変
調された光を合成するクロスダイクロイックプリズム
と、該クロスダイクロイックプリズムで合成された光を
投影する投影手段とを備えた投影型画像表示装置におい
て、前記画像表示手段の画像表示を行う領域の長辺方向の向
きと、前記クロスダイクロイックプリズムを形成する３
角柱の高さ方向の向きとを略一致させて構成しているこ
とを特徴とする投影型画像表示装置。
【請求項２】前記光源からの光を偏光方向に応じて反
射または透過する偏光選択反射手段をさらに備えるとと
もに、前記画像表示手段が反射型画像表示素子であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の投影型画像表示装置。
【請求項３】前記画像表示手段への信号入力端子が、
該画像表示手段の表示領域の短辺方向に形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の投影型画像
表示装置。
【請求項４】前記クロスダイクロイックプリズムに入
射する光が、該クロスダイクロイックプリズムの光出射
面よりも前記投影レンズ側に集光点を有する収束光であ
ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の投影型画像
表示装置。