(57)【特許請求の範囲】
【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と、
前記色分解された第１、第２及び第３の色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによりそれぞれ変調された第１、第２及び第３の色光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系にて色合成された光を投射する投射光学系と、
を有する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、クロスダイクロイックミラー又はクロスダイクロイックプリズム又は複数の平板ダイクロイックミラーから構成され、
前記色合成光学系は、３個のそれぞれ異なる形状の第１、第２及び第３の三角プリズム部材を、前記第１の三角プリズム部材と前記第２の三角プリズム部材を第１のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせ、前記第２の三角プリズム部材と前記第３のプリズム部材を第２のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせることによって、組み合わせたダイクロイックプリズムから構成され、
前記色合成光学系に入射した前記第２の色光は前記第１のダイクロイック膜を透過し、前記色合成光学系に入射した前記第１の色光は前記第１のダイクロイック膜で反射されることによって前記第２の色光と色合成され、前記色合成光学系に入射した第３の色光は、前記色合成光学系の射出面で全反射された後、前記第２のダイクロイック膜で反射され、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第１の色光と前記第２の色光と色合成され、
前記第１、第２及び第３のライトバルブから前記色合成光学系の射出面までの前記第１、第２及び第３の色光の光路長は等しく、
前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する第１及び第２の色光は、互いに垂直な光軸で当該ダイクロイックプリズムに入射し、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する第３の色光は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の光軸に対して垂直でも平行でもない光軸で当該ダイクロイックプリズムに入射することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記色分解光学系から出射する際の第１及び第２の色光の光軸は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の光軸に対してそれぞれ平行であるとともに、前記色分解光学系から出射する際の第１及び第２の色光の進行方向は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の進行方向とそれぞれ逆であり、
前記色分解光学系から出射する第３の色光の光軸は、当該第３の色光が前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する前に、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第３の色光の光軸に対して平行である光軸に一旦変換され、当該光軸における第３の色光の進行方向は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第３の色光の進行方向と逆であることを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
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の色光を色合成することを特徴とする請求項１又は２記載の投射型表示装置。
【請求項４】
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と、
前記色分解された第１、第２及び第３の色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによりそれぞれ変調された第１、第２及び第３の色光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系にて色合成された光を投射する投射光学系と、
を有する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、クロスダイクロイックミラー又はクロスダイクロイックプリズム又は複数の平板ダイクロイックミラーから構成され、
前記色合成光学系は、３個のそれぞれ異なる形状の第１、第２及び第３の三角プリズム部材を、前記第１の三角プリズム部材と前記第２の三角プリズム部材を第１のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせ、前記第２の三角プリズム部材と前記第３のプリズム部材を第２のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせることによって、組み合わせたダイクロイックプリズムから構成され、
前記色合成光学系に入射した前記第２の色光は前記第１のダイクロイック膜を透過し、前記色合成光学系に入射した前記第１の色光は前記第１のダイクロイック膜で反射されることによって前記第２の色光と色合成され、前記色合成光学系に入射した第３の色光は、前記色合成光学系の射出面で全反射された後、前記第２のダイクロイック膜で反射され、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第１の色光と前記第２の色光と色合成され、
前記第１、第２及び第３のライトバルブから前記色合成光学系の射出面までの前記第１、第２及び第３の色光の光路長は等しく、
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の色光を色合成することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
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３又は４記載の投射型表示装置。
【請求項６】
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、前記インテグレータにより形成される前記面光源の像を前記第１、第２及び第３のライトバルブ上にそれぞれ結像させる照明用リレー光学系と、を備えたことを特徴とする請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記照明用リレー光学系は、前記色分解光学系の前側に配置された前群と、前記色分解光学系の後側に配置され前記色分解光学系によって色分解された第１、第２及び第３の色光毎にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３の後群と、前記前群及び前記第３の後群によって形成された第３の色光による前記面光源の像の像を前記第３のライトバルブ上に結像させるリレー光学系と、を備えたことを特徴とする請求項６記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記色分解光学系から出射する第１の色光は、前記色分解光学系に入射する光が前記色分解光学系に入射する際の光軸及び進行方向と同一の光軸及び進行方向で前記色分解光学系から出射し、
前記色分解光学系から出射する第２及び第３の色光は、前記色分解光学系から出射する際の第１の色光の光軸に対して垂直な光軸で前記色分解光学系から出射するとともに、前記色分解光学系から出射する際の第２及び第３の色光の進行方向は互いに逆方向であり、
前記色合成光学系に入射する第２の色光は前記色合成光学系を透過し、
前記第１の色光が緑色光であり、前記第２の色光が赤色光であり、前記第３の色光が青色光であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の投射型表示装置。
【請求項９】
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と、
前記色分解された第１、第２及び第３の色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、
前記第１、第２及び第３のライトバルブによりそれぞれ変調された第１、第２及び第３の色光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系にて色合成された光を投射する投射光学系と、
を有する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、クロスダイクロイックミラー又はクロスダイクロイックプリズム又は複数の平板ダイクロイックミラーから構成され、
前記色合成光学系は、３個のそれぞれ異なる形状の第１、第２及び第３の三角プリズム部材を、前記第１の三角プリズム部材と前記第２の三角プリズム部材を第１のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせ、前記第２の三角プリズム部材と前記第３のプリズム部材を第２のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせることによって、組み合わせたダイクロイックプリズムから構成され、
前記色合成光学系に入射した前記第２の色光は前記第１のダイクロイック膜を透過し、前記色合成光学系に入射した前記第１の色光は前記第１のダイクロイック膜で反射されることによって前記第２の色光と色合成され、前記色合成光学系に入射した第３の色光は、前記色合成光学系の射出面で全反射された後、前記第２のダイクロイック膜で反射され、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第１の色光と前記第２の色光と色合成され、
前記第１、第２及び第３のライトバルブから前記色合成光学系の射出面までの前記第１、第２及び第３の色光の光路長は等しく、
前記色分解光学系から出射する第１の色光は、前記色分解光学系に入射する光が前記色分解光学系に入射する際の光軸及び進行方向と同一の光軸及び進行方向で前記色分解光学系から出射し、
前記色分解光学系から出射する第２及び第３の色光は、前記色分解光学系から出射する際の第１の色光の光軸に対して垂直な光軸で前記色分解光学系から出射するとともに、前記色分解光学系から出射する際の第２及び第３の色光の進行方向は互いに逆方向であり、
前記色合成光学系に入射する第２の色光は前記色合成光学系を透過し、
前記第１の色光が緑色光であり、前記第２の色光が赤色光であり、前記第３の色光が青色光であることを特徴とする投射型表示装置。
【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６３−３９２９４号公報に記載された装置が知られている。図９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９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９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２１１Ａ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２１１ｄに向かう。図９において、２１２，２１３，２１４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２１２，２１３，２１４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９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２１１に入射した直線偏光光（Ｓ偏光光）は、各色光に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２１１ａ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２２５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、色分解光学系２１１は色合成光学系を兼用するものであったため、色分解を行う際に色分解光学系２１１に入射される偏光光の偏光方向（Ｓ偏光）と色合成を行う際に色分解光学系２１１に入射される偏光光の偏光方向（Ｐ偏光）とは、必然的に異なることになる。ところが、色分解光学系２１１を構成するダイクロイック膜の特性はＰ偏光光に対する特性とＳ偏光光に対する特性とでは異なり、両偏光光に対して優れたダイクロイック特性を持ったダイクロイック膜を得ることは困難である。したがって、色分解特性及び色合成特性のうちの一方は劣化せざるを得ず、ひいては投射像の画質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、白色光源２２３からの光を偏光分離する偏光ビームスプリッタ２２１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。
【０００７】
さらに、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。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、色分解特性を損なうことなく色合成特性を向上させて投射像の画質を向上させ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】
また、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。
【００１０】
さらに、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。
【００１１】
【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と、前記色分解された第１、第２及び第３の色光をそれぞれ変調する第１、第２及び第３のライトバルブと、前記第１、第２及び第３のライトバルブによりそれぞれ変調された第１、第２及び第３の色光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系にて色合成された光を投射する投射光学系と、を有する投射型表示装置において、前記色分解光学系は、クロスダイクロイックミラー又はクロスダイクロイックプリズム又は複数の平板ダイクロイックミラーから構成され、前記色合成光学系は、３個のそれぞれ異なる形状の第１、第２及び第３の三角プリズム部材を、前記第１の三角プリズム部材と前記第２の三角プリズム部材を第１のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせ、前記第２の三角プリズム部材と前記第３のプリズム部材を第２のダイクロイック膜を挟んで貼り合わせることによって、組み合わせたダイクロイックプリズムから構成され、前記色合成光学系に入射した前記第２の色光は前記第１のダイクロイック膜を透過し、前記色合成光学系に入射した前記第１の色光は前記第１のダイクロイック膜で反射されることによって前記第２の色光と色合成され、前記色合成光学系に入射した第３の色光は、前記色合成光学系の射出面で全反射された後、前記第２のダイクロイック膜で反射され、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第１の色光と前記第２の色光と色合成され、前記第１、第２及び第３のライトバルブから前記色合成光学系の射出面までの前記第１、第２及び第３の色光の光路長は等しいものである。
【００１２】
この第１の態様によれば、色分解光学系と色合成光学系とが別個の光学系にて構成されている。このため、色合成光学系には、ある偏光方向を持った直線偏光光のみを入射させるようにすることができる。したがって、色合成光学系は、入射する偏光光に対してのみ所望のダイクロイック特性が得られればよく、当該入射する偏光光に対してダイクロイック特性の向上を図ることができる。このため、色分解特性を損なうことなく、色合成特性を向上させることができ、投射像の画質の向上を図ることができる。
【００１３】
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、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する第１及び第２の色光は、互いに垂直な光軸で当該ダイクロイックプリズムに入射し、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する第３の色光は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の光軸に対して垂直でも平行でもない光軸で当該ダイクロイックプリズムに入射するものである。
【００１４】
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、前記色分解光学系から出射する際の第１及び第２の色光の光軸は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の光軸に対してそれぞれ平行であるとともに、前記色分解光学系から出射する際の第１及び第２の色光の進行方向は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第１及び第２の色光の進行方向とそれぞれ逆であり、前記色分解光学系から出射する第３の色光の光軸は、当該第３の色光が前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する前に、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第３の色光の光軸に対して平行である光軸に一旦変換され、当該光軸における第３の色光の進行方向は、前記色合成光学系を構成する前記ダイクロイックプリズムに入射する際の第３の色光の進行方向と逆であるものである。
【００１５】
本発明の第４の態様による投射型表示装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様による投射型表示装置において、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の色光を色合成するものである。
【００１６】
この第４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４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】
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。このような配置は、例えば、後述する第６及び第７の態様のようにインテグレータや照明用リレー光学系を採用することにより、可能となる。
【００１９】
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。
【００２０】
この点、前記第５の態様によれば、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。
【００２１】
本発明の第６の態様による投射型表示装置は、前記第５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、前記インテグレータにより形成される前記面光源の像を前記第１、第２及び第３のライトバルブ上にそれぞれ結像させる照明用リレー光学系と、を備えたものである。
【００２２】
本発明の第７の態様による投射型表示装置は、前記第６の態様による投射型表示装置において、前記照明用リレー光学系は、前記色分解光学系の前側に配置された前群と、前記色分解光学系の後側に配置され前記色分解光学系によって色分解された第１、第２及び第３の色光毎にそれぞれ設けられた第１、第２及び第３の後群と、前記前群及び前記第３の後群によって形成された第３の色光による前記面光源の像の像を前記第３のライトバルブ上に結像させるリレー光学系と、を備えたものである。
【００２３】
本発明の第８の態様による投射型表示装置は、前記第１乃至第７のいずれかの態様による投射型表示装置において、前記色分解光学系から出射する第１の色光は、前記色分解光学系に入射する光が前記色分解光学系に入射する際の光軸及び進行方向と同一の光軸及び進行方向で前記色分解光学系から出射し、前記色分解光学系から出射する第２及び第３の色光は、前記色分解光学系から出射する際の第１の色光の光軸に対して垂直な光軸で前記色分解光学系から出射するとともに、前記色分解光学系から出射する際の第２及び第３の色光の進行方向は互いに逆方向であり、前記色合成光学系に入射する第２の色光は前記色合成光学系を透過し、前記第１の色光が緑色光であり、前記第２の色光が赤色光であり、前記第３の色光が青色光であるものである。
【００２４】
【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。
【００２５】
まず、本発明の一実施の形態による投射型表示装置の基本構成について、図１を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施の形態による投射型表示装置の基本構成を示す概略斜視図である。なお、説明を簡単にするために、図に示すように互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸を定義する。
【００２７】
図１に示すように、−Ｙ方向から入射する白色光源光は、折り曲げミラー２によって光軸を−Ｘ方向に変え、Ｂ光反射ダイクロイックミラー３ＢとＲ光反射ダイクロイックミラー３Ｒとが互いに直角に交差して組み合わされたクロスダイクロイックミラー３から構成される色分解光学系に入射する。図６（ａ）には当該Ｂ光反射ダイクロイックミラー３ＢのＢ光反射ダイクロイック膜の透過率−波長特性の一例を示し、図６（ｂ）にはＲ光反射ダイクロイックミラー３ＲのＲ光反射ダイクロイック膜の透過率−波長特性の一例を示す。図６（ａ）（ｂ）において、縦軸は透過率を示し、横軸は波長を示す。ダイクロイックミラー３Ｂ，３Ｒは、これらの特性を持つダイクロイック膜がそれぞれのガラス基板上に形成されることによって、構成されている。色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー３がこのように構成されているために、クロスダイクロイックミラー３に入射した白色光源光は、−Ｙ方向に進行する青色光（Ｂ光）と、Ｙ方向に進行する赤色光（Ｒ光）と、クロスダイクロイックミラー３をそのまま透過して−Ｘ方向に進行する緑色光（Ｇ光）とに色分解される。
【００２８】
なお、クロスダイクロイックミラー３から出射するＧ光は、クロスダイクロイックミラー３に入射する光がクロスダイクロイックミラー３に入射する際の光軸及び進行方向と同一の光軸及び進行方向（−Ｘ方向）で前記色分解光学系から出射する。クロスダイクロイックミラー３から出射するＲ光及びＢ光は、クロスダイクロイックミラー３から出射する際のＧ光の色光の光軸に対して垂直な光軸でクロスダイクロイックミラー３から出射するとともに、クロスダイクロイックミラー３から出射する際のＲ光及びＢ光の進行方向は互いに逆方向（Ｙ方向と−Ｙ方向）である。
【００２９】
クロスダイクロイックミラー３にて色分解された各色光のうち、Ｒ光及びＧ光は、それぞれ折り曲げミラー５Ｒ，５Ｇによって反射されてそれらの光軸方向をＺ方向に変え、Ｚ方向に進行する。クロスダイクロイックミラー３によって色分解されて−Ｙ方向に出射されたＢ光は、ＸＹ平面に対して垂直に配置された折り曲げミラー４ＢによってＸＹ平面と平行な方向に反射され、当該ミラー４Ｂによって反射されたＢ光は、折り曲げミラー５Ｂによって反射されてその光軸方向をＺ方向に変え、Ｚ方向に進行する。
【００３０】
なお、図３は、図１中の前述した要素２，３，４Ｂ，５Ｒ，５Ｇ，５Ｂを−Ｚ方向に見たＸＹ平面図である。
【００３１】
再び図１を参照すると、折り曲げミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂによって反射されて、Ｚ方向に進行するＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、Ｚ方向に眺めた場合に各ミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと重なる位置（すなわち、各ミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂと同一のＸ，Ｙ位置）であって、ＸＹ平面と平行な面上に配置された偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにそれぞれ入射される。なお、偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの配置方向は、各偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに入射した各色光が当該偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偏光分離部によってそれぞれ２つの直線偏光光に偏光分離され、当該２つの直線偏光光のうちの反射される直線偏光光（本例では、Ｓ偏光光）の出射方向と、各色光の前記折り曲げミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂへの入射方向とが一致する方向になるように配置されている。
【００３２】
偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂへ入射する各色光が当該偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを透過する面上には、反射型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂがそれぞれ配置されている。
【００３３】
図４も参照して、偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂとライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂの機能について説明する。偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに入射した各色光は、当該偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偏光分離部によって当該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偏光光とに偏光分離される。本実施の形態においては、反射されたＳ偏光光は廃棄される。一方、当該偏光分離部を透過して当該偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを出射するＰ偏光光は、出射してすぐの位置に配置された反射型液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂにそれぞれ入射される。
【００３４】
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７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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８を用いて説明する。もっとも、本実施の形態では、ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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８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８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３０７，３０８、ＴＦＴドレイン３１２、ＴＦＴゲート３１０、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８中、３１４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３０６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３１０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３０６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。
【００３５】
再び図１及び図４を参照すると、クロスダイクロイックミラー３により色分解されてライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂにそれぞれ入射したＰ偏光のＲ光、Ｇ光、Ｂ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７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから出射され、再び偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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Ｓ偏光光と電圧が印加されていない箇所のＰ偏光光とが混ざっている。偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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Ｓ偏光光のみが偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偏光分離部にてそれぞれ反射されて色合成光学系としての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Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを透過して−Ｚ方向に廃棄される。
【００３６】
各偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから出射された各色の検光光は、前記色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー３にて色分解された各色光の折り曲げミラー５Ｒ，５Ｇ，５Ｂへの入射方向と逆方向に出射され、ダイクロイックプリズム８から構成される色合成光学系に入射される。
【００３７】
以上の説明からわかるように、ダイクロイックプリズム８に入射するＧ光及びＲ光は、互いに垂直な光軸で当該ダイクロイックプリズム８に入射し、ダイクロイックプリズム８に入射するＢ光は、ダイクロイックプリズム８に入射する際のＲ光の検光光及びＧ光の検光光の光軸に対して垂直でも平行でもない光軸で当該ダイクロイックプリズム８に入射する。また、色合成光学系としてのダイクロイックプリズム８に入射する際のＧ光及びＲ光の光軸は、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー３から出射する際のＧ光及びＲ光の光軸に対してそれぞれ平行であるとともに、ダイクロイックプリズム８に入射する際のＧ光及びＲ光の進行方向は、クロスダイクロイックミラー３から出射する際のＧ光及びＲ光の進行方向とそれぞれ逆である。さらに、クロスダイクロイックミラー３から出射するＢ光の光軸は、当該Ｂ光がダイクロイックプリズム８に入射する前に、折り曲げミラー４Ｂにて、ダイクロイックプリズム８に入射する際のＢ光の光軸に対して平行である光軸に一旦変換され、当該光軸におけるＢ光の進行方向は、ダイクロイックプリズム８に入射する際のＢ光の進行方向と逆である。
【００３８】
ここで、図５を参照して、色合成光学系を構成するダイクロイックプリズム８について説明する。図５は、図１中の要素６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ，７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ，８を−Ｚ方向に見たＸＹ平面図である。このダイクロイックプリズム８は、３個のそれぞれ異なる形状の三角プリズム部材８−１，８−２，８−３を有している。部材８−１はＸＹ断面形状が直角２等辺三角形状である三角柱であり、部材８−２はＸＹ断面形状が鋭角三角形状（内角は図５中に示されているように４５度、α，βである。）の三角柱であり、部材８−３はＸＹ断面形状が鈍角三角形（２つの鋭角の内角のうち部材８−２の内角α側の内角はγである）の三角柱である。本実施の形態では、前記角αと前記角γとの和が直角になるという条件の下で、前記各α，β，γは任意に定めることができる。本実施の形態では、ダイクロイックプリズム８は、前記部材８−１，８−２，８−３を、ダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂを挟んで貼り合わせることによって組み合わせて構成されている。すなわち、本実施の形態では、Ｇ光反射ダイクロイック膜８Ｇが予め形成された部材８−１の２つの４５度の頂角を両有する斜面と、部材８−２の頂角β及び頂角４５度を両有する斜面とが、接着剤で貼り合わされている。また、Ｂ光反射ダイクロイック膜８Ｂが予め形成された部材８−２の頂角α及び頂角βを両有する斜面と、部材８−３の頂角γ及び鈍角の頂角を両有する斜面とが、接着剤で貼り合わされている。なお、各ダイクロイック膜８Ｇ，８Ｒは、貼り合わせる相手側の部材の貼り合わせ面に形成しておいてもよいことは言うまでもない。図７（ａ）にはＧ光反射ダイクロイック膜８Ｇの透過率−波長特性の一例を示し、図７（ｂ）にはＢ光反射ダイクロイック膜８Ｂの透過率−波長特性の一例を示す。以上の構成により、各部材８−１，８−２，８−３を貼り合わせた後に、ダイクロイックプリズム８を構成する部材８−１の面８−１−ｂと部材８−２の面８−２−ａとは互いに平行となり、部材８−１の面８−１−ａと部材８−３の面８−３−ｂとは互いに平行となり、かつ、面８−１−ｂ，８−２−ａと面８−１−ａ，８−３−ｂとは直角になる。
【００３９】
Ｒ光用ライトバルブ７Ｒから出射された変調光は、偏光ビームスプリッタ６Ｒに入射し、当該偏光ビームスプリッタ６Ｒの偏光分離部にて偏光分離されて検光され、当該検光光のみが、−Ｙ方向に偏光ビームスプリッタ６Ｒから出射され、ダイクロイックプリズム８を構成する部材８−１の面８−１−ａに垂直に入射される。面８−１−ａに入射したＲ光の検光光は、ダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂを透過して、部材８−３の面８−３−ｂと垂直に（すなわち、−Ｙ方向に）当該ダイクロイックプリズム８から出射される。
【００４０】
Ｇ光用ライトバルブ７Ｇから出射された変調光は、偏光ビームスプリッタ６Ｇに入射し、当該偏光ビームスプリッタ６Ｇの偏光分離部にて偏光分離されて検光され、当該検光光のみが、Ｘ方向に偏光ビームスプリッタ６Ｇから出射され、ダイクロイックプリズム８を構成する部材８−２の面８−２−ａに垂直に入射される。面８−２−ａに入射したＧ光の検光光は、Ｇ光反射ダイクロイック膜８Ｇにて反射され、その光軸を−Ｙ方向に変え、ダイクロイック膜８Ｂを透過して部材８−３の面８−３−ｂと垂直に（すなわち、−Ｙ方向に）当該ダイクロイックプリズム８から出射される。
【００４１】
Ｂ光用ライトバルブ７Ｂから出射された光は、偏光ビームスプリッタ６Ｂに入射し、当該偏光ビームスプリッタ６Ｂの偏光分離部にて偏光分離されて検光され、当該検光光のみが、該偏光分離部にて反射されて偏光ビームスプリッタ６Ｂから出射する。Ｂ光の検光光が偏光ビームスプリッタ６Ｂから出射する方向は、ダイクロイックプリズム８を構成する部材８−３の面と垂直な方向である。部材８−３に入射したＢ光の検光光は、面８−３−ｂにて内面全反射を受け、次にＢ光反射ダイクロイック膜８Ｂにて反射され、部材８−３の面８−３−ｂと垂直に（すなわち、−Ｙ方向に）出射する。
【００４２】
以上が色合成光学系としてのダイクロイックプリズム８の説明であるが、前記角度α，β，γ及び部材８−３の形状は、前述した条件を満たすように、更にＢ光が内面全反射の条件を満たすように、更にダイクロイックプリズム８を出射するＲ光、Ｇ光及びＢ光の出射光軸が互いに一致して面８−３−ｂと垂直になるように、プリズム部材８−１，８−２，８−３の屈折率に鑑みて決定される。なお、各色光用ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを経てダイクロイックプリズム８を出射するまで、各色光とも光路長が同じになるように設定されている。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、ダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂがそれぞれ図７（ａ）（ｂ）の特性を有することから、Ｒ光がダイクロイック膜８Ｒ，８Ｂを透過することになるため、いずれのダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂも反射波長領域と透過波長領域との境界となる波長を設定することによってそれらの特性を決定できる特徴を持つ。すなわち、特性的に図７（ａ）に示す特性をそのまま短波長側にシフトさせれば図７（ｂ）に示す特性となるために、ダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂの設計も非常に容易になるとともに、入射光線の入射角による特性のばらつきが少ない膜が達成できるという利点がある。
【００４４】
以上により、各色光用ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂにて変調を受けて偏光ビームスプリッタにて検光された各色光の検光光は、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、ダイクロイックプリズム８から−Ｙ方向に出射されることになる。そして、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（図示せず）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。
【００４５】
以上は、本発明の一実施の形態による投射型表示装置の基本構成の説明であった。次に、前述した基本構成にインテグレータ１並びに照明用リレー光学系等を配置した本実施の形態の投射型表示装置について、図２を参照して説明する。図２は、本実施の形態による投射型表示装置の具体的な構成を示す概略斜視図である。図２において、図１に示す要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複した説明は省略する。なお、図２においても、図１と同じく、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸を定義している。
【００４６】
図２では、図１に示す前述した基本構成に加えて、光源９９、インテグレータ１、照明用リレー光学系、及び投射光学系としての投射レンズ１０６が示されている。まず、投射レンズ１０６について説明する。前記色合成光学系としてのダイクロイックプリズム８を出射した合成光は、投射レンズ１０６に入射し、該投射レンズ１０６にて図示されないスクリーン上に投射される。該投射レンズ１０６は図示しない開口絞りを有し、該開口絞りに対してスクリーン側に後側レンズ群、前記開口絞りに対してダイクロイックプリズム８側に前側レンズ群を有する構造を持っている。本実施の形態における投射レンズ１０６は、前側にテレセントリックな光学系である。すなわち、投射レンズ１０６の前記開口絞りによって決定される主光線（当該開口絞りの中心を通過する光線（軸外の光線も含む））は、投射レンズ１０６の前側（スクリーンに対し反対側）において、光軸と平行になっている。
【００４７】
さて、本実施の形態では、光源９９は、図示されないランプと凹面鏡である楕円鏡とから構成されている。該ランプは、前記楕円鏡の第１焦点の位置に配置されている。前記ランプより出射された光源光は、前記楕円鏡の第２焦点の位置に集光される。本実施の形態では、前記インテグレータ１は、直方体の透明光学ガラスからなり、インテグレータ１の入射端面（光源９９に近い側の端面）が前記第２焦点に位置するように配置されている。したがって、光源光は、インテグレータ１の当該端面に集光され、インテグレータ１内に入射する。インテグレータ１内に入射した光源光は、該インテグレータ１の内面にて複数回反射を繰り返した後に、インテグレータ１の入射端面と対向する反対側の端面から出射される。このインテグレータ１の出射端面には、均一な光強度分布を所有する面光源が形成されることとなる。言い換えると、この出射端面は、インテグレータ１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によって重畳的に照明されている。
【００４８】
図２に示すように、インテグレータ１の出射端面を出射した光は、−Ｙ方向に進行して、折り曲げミラー２によって光軸の方向を−Ｘ方向に変え、照明用リレー光学系を構成する焦点距離ｆ１の前群照明レンズ１０１を経由し、前記色分解光学系であるクロスダイクロイックミラー３に入射される。クロスダイクロイックミラー３に入射した光は、クロスダイクロイックミラー３によって、クロスダイクロイックミラー３をそのまま透過して−Ｘ方向に進行するＧ光と、Ｒ光反射ダイクロイックミラー３Ｒにて反射されＹ方向に進行するＲ光と、Ｂ光反射ダイクロイックミラー３Ｂにて反射されて−Ｙ方向に進行するＢ光とに色分解される。
【００４９】
クロスダイクロイックミラー３にて色分解された各色光のうち、Ｒ光及びＧ光は、それぞれ折り曲げミラー５Ｒ，５Ｇによって反射されてそれらの光軸方向をＺ方向に変えてＺ方向に進行し、照明用リレー光学系を構成する焦点距離ｆ２のＲ光用の後群照明レンズ１０２Ｒ及び焦点距離ｆ２のＧ光用の後群照明レンズ１０２Ｇをそれぞれ経て、偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇにそれぞれ入射する。
【００５０】
インテグレータ１の出射端面と前群照明レンズ１０１との間の間隔は当該レンズ１０１の焦点距離ｆ１とされており、前記投射レンズ１０６の開口絞りによって決定される主光線はこの間で光軸に対し平行となる。すなわち、前群照明レンズ１０１は、前側（インテグレータ１側）にテレセントリックな光学系を構成している。さらに、前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇとの間の間隔は、それぞれｆ１＋ｆ２とされている。すなわち、前群照明レンズ１０１の後側焦点位置と後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇの前側焦点位置とが合致している。したがって、前記主光線は、前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇとの間において瞳位置にて交差し、後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇの後側において光軸と平行となる。すなわち、後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇは、後側にテレセントリックな光学系を構成している。結局、前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｒとで構成されるＲ光用のリレー光学系及び前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｇとで構成されるＧ光用のリレー光学系は、それぞれ前側及び後側にテレセントリックな光学系を構成している。
【００５１】
後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇを経由して偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇに入射したＲ光、Ｇ光のうちの偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇを透過したＰ偏光光はライトバルブ７Ｒ，７Ｇにそれぞれ達するが、後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇとライトバルブ７Ｒ，７Ｇとの間の間隔はそれぞれ各照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇの焦点距離ｆ２とされている。
【００５２】
以上説明した前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｒとで構成されるＲ光用のリレー光学系及び前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０２Ｇとで構成されるＧ光用のリレー光学系により、偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ及びライトバルブ７Ｒ，７Ｇは前記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ことになる。さらに、当該Ｒ光用及びＧ光用のリレー光学系によって、インテグレータ１の出射端面（インテグレータ１が形成する面光源）のＲ光及びＧ光による像が、液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ上にそれぞれ結像される。すなわち、当該Ｒ光用及びＧ光用のリレー光学系により、ライトバルブ７Ｒ，７Ｇに対してそれぞれＲ光、Ｇ光による臨界照明が達成される。なお、本実施の形態では、インテグレータ１の出射端面の像は、前述したリレー光学系を構成する前群照明レンズ１０１の焦点距離ｆ１と後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇの焦点距離ｆ２とによって決定される倍率で拡大されて、ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ上にそれぞれ結像されることとなる。このため、インテグレータ１の端面形状は、効率の良い照明達成のために、ライトバルブ７Ｒ，７Ｇの画像表示面の形状を比例縮小した形状に形成しておくことが好ましい。
【００５３】
さて、色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラー３によって色分解されたＢ光は、当該クロスダイクロイックミラー３を出射して−Ｙ方向に進行するが、本実施の形態では、既に説明したように、色合成光学系として用いるダイクロイックプリズム８のＢ光入射方向がＸ方向及びＹ方向のいずれとも一致しないために、以下に説明するように、Ｂ光に関する光学系として、Ｒ光、Ｇ光に関する光学系と異なる光学系が用いられている。クロスダイクロイックミラー３を出射して−Ｙ方向に進行したＢ光は、焦点距離ｆ３のＢ光用の後群照明レンズ１０３Ｂを経て、折り曲げミラー４Ｂにて光軸の方向をＸＹ平面と平行な方向に変え、Ｂ光用の第２のリレー光学系を構成する焦点距離ｆ４の前群照明レンズ１０４Ｂを経由し、折り曲げミラー５Ｂにて光軸をＺ方向に変え、前記Ｂ光用の第２のリレー光学系を構成する焦点距離ｆ５の後群照明レンズ１０５Ｂを経て偏光ビームスプリッタ６Ｂに入射する。そして、偏光ビームスプリッタ６Ｂに入射したＢ光のうちの当該偏光ビームスプリッタ６Ｂの偏光分離部を透過したＰ偏光光のみがライトバルブ７Ｂに入射する。後群照明レンズ１０３Ｂは、Ｒ光用のリレー光学系の一部及びＧ光用のリレー光学系の一部として兼用する前群照明レンズ１０１と共に、Ｂ光用の第１のリレー光学系を構成している。前群照明レンズ１０１と後群照明レンズ１０３Ｂと間の間隔はｆ１＋ｆ３とされている。すなわち、前群照明レンズ１０１の後側焦点位置と後群照明レンズ１０３Ｂの前側焦点位置とが合致している。したがって、インテグレータ１の出射端面のＢ光による１次像が、前記焦点距離ｆ１，ｆ３で決定される大きさで、後群照明レンズ１０３Ｂの出射側における該レンズ１０３Ｂから距離ｆ３の位置に形成される。Ｂ光用の第２のリレー光学系を構成する前群照明レンズ１０４Ｂ及び後群照明レンズ１０５Ｂ間の間隔は、ｆ４＋ｆ５とされている。すなわち、前群照明レンズ１０４Ｂの後側焦点位置と後群照明レンズ１０５Ｂの前側焦点位置とが合致している。また、後群照明レンズ１０５Ｂとライトバルブ７Ｂとの間の間隔は、ｆ５とされている。したがって、インテグレータ１の出射端面のＢ光による前記１次像の像（２次像）が、Ｂ光用の第２の照明リレーレンズを構成する照明レンズ１０４Ｂ，１０５Ｂによって、ライトバルブ７Ｂ上に結像されることになる。すなわち、ライトバルブ７Ｂは、Ｂ光によって臨界照明されることになる。また、前述したＢ光用の第１及び第２のリレー光学系によって、照明レンズ１０３Ｂと照明レンズ１０４Ｂとの間及び照明レンズ１０５Ｂとライトバルブ７Ｂとの間において、前記主光線は光軸と平行となる。したがって、前述したＢ光用の第１及び第２のリレー光学系によって、偏光ビームスプリッタ６Ｂ及びライトバルブ７Ｂは、前記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ことになる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、前述した前群照明レンズ１０１、後群照明レンズ１０２Ｒ、後群照明レンズ１０２Ｇ、後群照明レンズ１０３Ｂ、Ｂ光用の第２のリレー光学系（前群照明レンズ１０４Ｂ及び後群照明レンズ１０５Ｂ）が、インテグレータ１により形成される面光源の像をライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ上にそれぞれ結像させる照明用リレー光学系を構成している。
【００５５】
ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂを出射した各色光信号により変調された変調光は、前述したように、各色光用の偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの偏光分離部によってそれぞれ検光され、当該各色光の検光光がダイクロイックプリズム８にそれぞれ入射される。そして、前述したように、各色光の検光光は当該ダイクロイックプリズム８にて色合成されて当該ダイクロイックプリズム８から−Ｙ方向に出射し、前記投射レンズ１０６にてスクリーン上に投射される。
【００５６】
前記投射レンズ１０６の開口絞りによって決定される主光線は、各色光用ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂから各色光用の偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ及びダイクロイックプリズム８を経て投射レンズ１０６に至るまで、光軸と平行である。すなわち、各色光用の偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ及び色合成光学系としてのダイクロイックプリズム８は、前記主光線がテレセントリック性を維持する位置に配置されていることになる。
【００５７】
色合成光学系にて色合成を実施するダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂは誘電体膜を多層積層して構成されるが、これらの膜８Ｇ，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８Ｇ，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。
【００５８】
また、偏光ビームスプリッタ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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。
【００５９】
さらに、液晶ライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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。
【００６０】
また、本実施の形態においては、色分解光学系と色合成光学系とが別個の光学系にて構成され、色合成光学系としてのダイクロイックプリズム８には、Ｓ偏光光のみが入射される。したがって、ダイクロイックプリズム８のダイクロイック膜８Ｇ，８Ｂは、入射するＳ偏光光に対してのみ所望のダイクロイック特性が得られればよく、当該入射するＳ偏光光に対してダイクロイック特性の向上を図ることができる。このため、色分解特性を損なうことなく、色合成特性を向上させることができ、投射像の画質の向上を図ることができる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、前述したように、光源９９からの光がクロスダイクロイックミラー３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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ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。
【００６２】
さらに、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ダイクロイックプリズム８は、各色光用のライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ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６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにて検光された後に、当該各色光の偏光光がダイクロイックプリズム８にて色合成される。このため、ダイクロイックプリズム８を構成する３つの構成部材８−１，８−２，８−３中を各色光が通過する際に、当該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ダイクロイックプリズム８を出射して投射レンズ１０６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、部材８−１，８−２，８−３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。
【００６３】
ところで、クロスダイクロイックミラーは、２枚のダイクロイックミラーをＸ字型に配置した構造を有するので、クロスダイクロイックミラーを色分解光学系として用いると、一般的には、２枚のダイクロイックミラーの交差部分が投射像に影響して色ムラが発生してしまう。この点、本実施の形態においては、色分解光学系であるクロスダイクロイックミラー３が前群照明レンズ１０１と各色用の後群照明レンズ１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０３Ｂとの間に配置されることから、クロスダイクロイックミラー３のミラー３Ｒ，３Ｂの交差部分を通過する光束がライトバルブ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ上で広がることになるので、交差部分に起因する投射像の色ムラを防止することができる。
【００６４】
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。
【００６５】
例えば、前述した実施の形態においては、色合成光学系として三角柱形状光学部材８−１，８−２，８−３をダイクロイック膜８Ｂ，８Ｇを挟んで接着してダイクロイックプリズム部材８を構成したが、部材８−２と部材８−３との間には空隙を設けてもよい。その場合には、ダイクロイック膜８Ｂは部材８−３側に形成される。
【００６６】
また、ダイクロイックプリズム８を構成する三角形状部材８−１，８−２，８−３へのＲ光、Ｇ光、Ｂ光の入射面には反射防止膜が形成されることが好ましい。
【００６７】
前述した実施の形態においては、インテグレータ１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のインテグレータを使用してもよい。さらに、光源９９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用いることができる。
【００６８】
さらに、前述した実施の形態においては、色分解光学系としてクロスダイクロイックミラー３を使用したが、色分解光学系として、２枚の平板状のダイクロイックミラーをクロスさせないで平行に又は直角に配置したものや、クロスダイクロイックプリズムのように色分解した各色光のうちの第１及び第２の色光が互いに反対方向に、第３の色光が前者と直角に出射される光学系も、同様に使用することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色分解特性を損なうことなく色合成特性を向上させることができ、投射像の画質の向上を図ることができる。
【００７０】
また、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。
【００７１】
さらに、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。
【００７２】
さらにまた、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の基本構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の前記実施の形態による投射型表示装置の具体的な構成を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の前記実施の形態による投射型表示装置の一部を示す概略平面図である。
【図４】ライトバルブと偏光ビームスプリッタの機能を説明する図である。
【図５】本発明の前記実施の形態による投射型表示装置の他の一部を示す概略平面図である。
【図６】色分解光学系としてのクロスダイクロイックミラーを構成する各ダイクロイックミラーのダイクロイック膜の特性の例を示す図である。
【図７】色合成光学系としてのダイクロイックプリズムの各ダイクロイック膜の特性を示す図である。
【図８】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９】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  インテグレータ
２  折り曲げミラー
３  クロスダイクロイックミラー（色分解光学系）
４Ｂ，５Ｂ，５Ｇ，５Ｒ  折り曲げミラー
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ  偏光ビームスプリッタ
７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ  電気書き込み式反射型液晶ライトバルブ
８  ダイクロイックプリズム（色合成光学系）
９９  光源
１０１  前群照明レンズ
１０２Ｒ，１０２Ｇ，１０３Ｂ  後群照明レンズ
１０４Ｂ  前群照明レンズ
１０５Ｂ  後群照明レンズ
１０６  投射レンズ
【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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【図８】
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【図９】
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