(57)【要約】      （修正有）【課題】画像表示素子と照明系の干渉を避けて光学系を構成する場合、合成プリズムの合波面と画像表示素子の長辺とのなす角が４５度で配置されるため、合成プリズムが大型化する課題があった。小型で高効率な投射型表示装置を提供する。【解決手段】第１色光を変調して反射する第１の反射型の画像表示素子１Ｂと、第２色光を変調して反射する第２の反射型の画像表示素子１Ｇと、第３色光を変調して反射する第３の反射型の画像表示素子１Ｒと、前記画像表示素子で変調された光を検光する偏光ビームスプリッタ２Ｂ，２Ｇ，２Ｒと、前記偏光ビームスプリッタで検光されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させる合成プリズム４と、前記それぞれの画像表示素子を照明する照明光学系からなり、前記画像表示素子は所定の角度で配置されることを特徴とする。【選択図】図１
2020204630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１色光を変調して反射する第１の反射型の画像表示素子と、
第２色光を変調して反射する第２の反射型の画像表示素子と、
第３色光を変調して反射する第３の反射型の画像表示素子と、
前記画像表示素子で変調された光を検光する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで検光されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させる合成プリズムと、
前記それぞれの画像表示素子を照明する照明光学系からなり、
前記画像表示素子は変調面の法線が投射レンズの光軸と直行し、かつ合成プリズムのそれぞれの入射面の法線と直行するように配置され、
前記偏光ビームスプリッタの偏光作用を有する面は合成プリズムのそれぞれの入射面と対向し、
前記画像表示素子の長辺とのなす角が４５度で配置されることを特徴とする投射型画像装置。
【請求項２】
前記偏光ビームスプリッタの偏光作用を有する面の法線と前記反射型画像形成素子の変調面の法線とに平行な断面を第１の断面、前記第１の断面に直交する断面を第２の断面とするとき、第１の断面と第２の断面のＦナンバーが異なることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像装置。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタの偏光作用を有する面の法線と前記反射型画像形成素子の変調面の法線とに平行な断面を第１の断面、前記第１の断面に直交する断面を第２の断面とするとき、第２の断面のＦナンバーに対して、第１の断面のＦナンバーが大きいことを特徴とする請求項１に記載の投射型画像装置。
【請求項４】
前記偏光ビームスプリッタに入射する照明光は偏光作用を有する面に対してＰ偏光となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像装置。
【請求項５】
前記偏光ビームスプリッタは透明な板ガラス基板からなることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型の画像表示素子を用いた画像投射装置に用いられる光学系に関し、さらに詳しくは色分解合成光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高輝度、高解像度化が進み画像表示素子の発熱が増し、画像表示素子の冷却用部材が大型化してきている。画像表示素子と照明系の干渉を避けて、小型化した光学系として、特許文献１や特許文献２に示される色分解合成光学系が知られている。前記色分解合成光学系は画像表示素子を画像表示素子の法線と投射レンズの光軸が直行し、且つ合成プリズムそれぞれの入射面法線と直行するように配置させることにより小型化を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８０６９１２号公報
【特許文献２】特許第４１５４７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の技術は合成プリズムの合波面と画像表示素子の長辺とのなす角が４５度で配置されるため、合成プリズムが大型化する課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る投射型画像装置は、
第１色光を変調して反射する第１の反射型の画像表示素子と、
第２色光を変調して反射する第２の反射型の画像表示素子と、
第３色光を変調して反射する第３の反射型の画像表示素子と、
前記画像表示素子で変調された光を検光する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタで検光されたそれぞれの光を合成して投射レンズに入射させる合成プリズムと、
前記それぞれの画像表示素子を照明する照明光学系からなり、
前記画像表示素子は変調面の法線が投射レンズの光軸と略直行し、かつ合成プリズムのそれぞれの入射面の法線と直行するように配置され、
前記偏光ビームスプリッタの偏光作用を有する面は合成プリズムのそれぞれの入射面と対向し、
前記画像表示素子の長辺とのなす角が４５度で配置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、小型で高効率な投射型表示装置の提供を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施例で示す投射型表示装置の構成斜視図
【図２】光源照明光学系の構成図
【図３】色分解光学系の構成図
【図４】本発明の第１実施例で示す投射型表示装置の断面構成図
【図５】合成プリズムと画像表示素子の配置関係を示す図
【図６】本発明の第２実施例で示す投射型表示装置の構成斜視図
【図７】本発明の第２実施例で示す投射型表示装置の構成上面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１〜図５を参照して本実施例の投射型表示装置について述べる。
【００１０】
図１は本実施例の斜視図であり、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂは反射型画像表示素子、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは偏光ビームスプリッタ、３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは偏光板、４はクロスダイクロプリズム、１０は投射レンズである。なお本明細書中のＲ、Ｇ、Ｂはそれぞれの色光である赤帯域の光、緑帯域の光、青帯域の光を称する。
【００１１】
図２は本発明の光源照明系４０の構成を示す図である。光源ユニット３０は、超高圧水銀ランプやキセノンランプ等の光源２０と、該光源２０からの光を反射するリフレクタ２１とを有する。なお、光源ユニット３０として、ＬＥＤやレーザを用いてもよい。また、蛍光光を利用するレーザと蛍光体の構成でもあってもよい。
【００１２】
光源ユニット３０からの光は、光均一化素子である第１フライアイレンズ（小さな球面レンズが２次元的に配列されたレンズアレイ）２２ａによって分割及び集光される。分割された各々の分割光束は第２フライアイレンズ２２ｂ近傍に集光され、光源の像（２次光源像）を作る。
【００１３】
第１フライアイレンズ２２ａおよび第２フライアイレンズ２２ｂが光束を分割する手段である。これらのフライアイレンズ２２ａ及び２２ｂを構成する小レンズは、被照明面である反射型表示素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂと相似の形状をした矩形レンズ形状をしている。第１フライアイレンズ２２ａの各小レンズは反射型表示素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの位置と光学的に略共役になっている。光源像が形成される第２フライアイレンズ２２ｂ近傍には偏光変換素子２３が設けられている。なお光均一化素子はガラス柱やミラーの貼り合わせによるロッドインテグレータを用いても良い。その場合偏光変換素子２３はロンドインテグレータの出射端近傍に配置される。
【００１４】
偏光変換素子２３に入射した無偏光光としての複数の光束は、偏光変換素子２３によって所定の偏光方向を有する偏光光（ここではＰ偏光とする）に変換されて、コンデンサーレンズ２４を介して、偏光ビームスプリッタ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂ（Ｐ偏光透過、Ｓ偏光反射）に入射される。
【００１５】
なお光源照明系４０は反射型表示素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂそれぞれに対応して独立していても、図３に示すよう光路中でそれぞれの色光に分離しても良い。図３は偏光変換素子２３を出射した後、クロスダイクロミラー２５で第１の色Ｂ、第２の色光Ｇと第３の色光を含む色光の第４の色光Ｙに分離をされる。第１の色光Ｂはクロスダイクロミラー２５で反射された後、反射ミラー２６Ｂとコンデンサーレンズ２４Ｂを介して偏光ビームスプリッタ２Ｂに入射する。第４の色光Ｙはクロスダイクロミラー２５で反射された後、反射ミラー２６Ｙとコンデンサーレンズ２４Ｙを介して、ダイクロフィルタ２７に入射し、第２の色光Ｇと第３の色光Ｒに分離される。第２の色光Ｇはダイクロフィルタ２７を反射し、偏光ビームスプリッタ２Ｇに入射される。また、第３の色光Ｒはダイクロフィルタ２７を透過し、偏光ビームスプリッタ２Ｒに入射される。色光の分離方法はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００１６】
第１の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｂを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｂに集光される。反射型画像表示素子１Ｂで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｂで反射された後、偏光板３Ｂを介してクロスダイクロプリズム４に入射される。クロスダイクロプリズム４に入射した第１の色光Ｂは前記クロスダイクロプリズム内に配置される合波面５を反射し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００１７】
第２の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｇを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｇに集光される。反射型画像表示素子１Ｇで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｇで反射された後、偏光板３Ｇを介してクロスダイクロプリズム４に入射される。クロスダイクロプリズム４に入射した第２の色光Ｇは前記クロスダイクロプリズム内に配置される合波面５を透過し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００１８】
なお、合波面５を透過で使用する色光において、前記偏光ビームスプリッタ２Ｇと前記クロスダイクロプリズム４の間に偏光回転手段を有し、Ｐ偏光光として前記クロスダイクロプリズム４に入射しても良い。
【００１９】
第３の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｒを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｒに集光される。反射型画像表示素子１Ｒで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｒで反射された後、偏光板３Ｒを介してクロスダイクロプリズム４に入射される。クロスダイクロプリズム４に入射した第３の色光Ｒは前記クロスダイクロプリズム内に配置される合波面５を反射し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００２０】
図４は第２の色光であるＧを代表して、反射型画像表示素子１Ｇ、偏光ビームスプリッタ２Ｇ、クロスダイクロプリズム４の位置関係を図解した断面図であり、１００は反射型画像表示素子１Ｇの変調面の法線、１１０は投射レンズの光軸、１２０はクロスダイクロプリズム４の入射面の法線である。
【００２１】
本実施例の反射型画像表示素子１Ｇは、前記反射型表示素子の変調面の法線１００と投射レンズの光軸１１０が略直行し、かつクロスダイクロプリズム入射面の法線１２０と略直行するように配置される。なお、前記画像表示素子１Ｇと前記クロスダイクロプリズム４の間に配置される偏光ビームスプリッタ２Ｇは偏光作用を有する面５０がクロスダイクロプリズム４の入射面と対向し、前記画像表示素子１Ｇの長辺とのなす角が略４５度で配置される。
【００２２】
前記配置とすることで、図５に示すようにクロスダイクロプリズム４と反射型表示素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂは前記クロスダイクロプリズム内に配置される合波面５と反射型画像表示素子１Ｒ、１Ｇ、１Ｂの短辺とのなす角を４５度で配置することができ、前記クロスダイクロプリズム４を小型化出来る。また、クロスダイクロプリズム４を小型化出来るという事は色合成系全体を小さく出来るので、投射レンズのバックフォーカスを短縮できる。
【００２３】
本実施例の偏光ビームスプリッタ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは平板型であるがプリズム型でも良い。
【００２４】
以下、更に望ましい構成について説明する。
【００２５】
図４において、偏光ビームスプリッタ２の偏光作用を有する面の法線１３０と前記画像形成素子の法線１００とに平行な断面を第１の断面、前記第１の断面に直交する断面を第２の断面とするとき、第１の断面と第２の断面で反射型液晶パネル１Ｒ、１Ｇ、１Ｂから出射される光束の広がり（以後Ｆナンバーと称する）を異なる値とすることで更なる光学系の小型化につながる。
【００２６】
より具体的に言えば、本実施例の構成の場合、前記第１の断面のＦナンバーを第２の断面のＦナンバーに対して大きく（暗く）することでクロスダイクロプリズム４の体積を小さくすることが出来る。なお、その他の効果として図３に示すような色分解光学系を用いる場合、クロスダイクロミラー２５と反射ミラー２６Ｂ、２６Ｙの間隔を短縮する事ができ、光学系全体の小型化が出来る。
【００２７】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【実施例２】
【００２８】
図６、図７を参照して本実施例の投射型表示装置について述べる。
【００２９】
図６は本実施例の斜視図、図７は上面図であり、１Ｒ、１Ｇ、１Ｂは反射型画像表示素子、２Ｒ、２Ｇ、２Ｂは偏光ビームスプリッタ、３Ｒ、３Ｇ、３Ｂは偏光板、６は６Ｒ、６Ｇ、６Ｂからなる合成プリズム、１０は投射レンズである。
【００３０】
合成プリズム以外の構成は実施例１と変わらないので説明は省略する。なお、偏光ビームスプリッタ２Ｒ、２Ｇ、２Ｂに入射する偏光光は実施例１と同様にここではＰ偏光とする。
【００３１】
第１の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｂを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｂに集光される。反射型画像表示素子１Ｂで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｂで反射された後、偏光板３Ｂを介して合成プリズム３Ｂに入射される。合成プリズム６Ｂに入射した第１の色光Ｂは投射レンズ１０と対向する前記合成プリズム６Ｂの面７で全反射をし、６Ｒと接する合波面８に入射をする。前記合波面８は第４の色光Ｙを透過、第１の色光Ｂを反射するダイクロミラーであり、全反射面７から入射する第一の色光Ｂは合波面８で反射し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００３２】
第２の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｇを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｇに集光される。反射型画像表示素子１Ｇで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｇで反射された後、偏光板３Ｇを介して合成プリズム６Ｇに入射される。合成プリズム６に入射した第２の色光Ｇは６Ｇと６Ｒと接する合波面９及び６Ｒと６Ｂの接する合波面８を透過し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００３３】
第３の色光は偏光ビームスプリッタ２Ｒを透過したＰ偏光光は、反射型画像表示装置１Ｒに集光される。反射型画像表示素子１Ｒで変調された光（Ｓ偏光光）は、偏光ビームスプリッタ２Ｒで反射された後、偏光板３Ｒを介して合成プリズム６Ｒに入射される。合成プリズム６Ｒに入射した第３の色光Ｒは６Ｇと６Ｒと接する合波面９を反射、６Ｒと６Ｂの接する合波面８を透過し、投射レンズ１０により不図示のスクリーンに投影される。
【００３４】
前記９は第２の色光Ｇを透過し、第３の色光Ｒを反射するダイクロミラー、もしくは、偏光ビームスプリッタで構成される。前記合波面９を偏光ビームスプリッタとする場合は偏光ビームスプリッタ２Ｒ、２Ｇに入射する偏光をＰ偏光とＳ偏光で違えることで実現される。
【００３５】
クロスダイクロプリズムは、各プリズム間を貼りあわせる為の接着剤に所定の厚みがあるため、前記接着剤の厚さと反射膜の膜厚の合計分の段差が生じ、合波面５内において同一の反射膜が一平面上には並ばず、結果として、投射画像の色ズレを生じるという不都合がある。本実施例に記載する合成プリズムを用いることで、前記課題は回避される。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ  反射型画像表示素子、
２Ｒ，２Ｇ，２Ｂ  偏光ビームスプリッタ、３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ  偏光板、
４  クロスダイクロプリズム、５  合波面、６  合成プリズム、
７  全反射面、８，９，２７  ダイクロミラー、１０  投射レンズ、
２０  光源、２１  リフレクタ、
２２，２２ａ，２２ｂ  フライアイレンズ、２３  偏光変換素子、
２４  コンデンサーレンズ、２５  クロスダイクロミラー、
２６Ｂ，２６Ｙ  ミラー、３０  光源ユニット、４０  光源照明系、
１００  反射型画像表示素子法線、１１０  投射レンズ光軸、
１２０  合成プリズム入射面法線、１３０  偏光ビームスプリッタ法線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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