(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が三角形の４個のプリズムを相互に接合することにより構成され、各プリズムの接合面に沿って略Ｘ状に交差した反射膜特性の異なる第１および第２のダイクロイック面が形成されているダイクロイックプリズムにおいて、
前記第１および第２のダイクロイック面のうちの少なくとも第１のダイクロイック面は凹状面あるいは凸状面であることを特徴とするダイクロイックプリズム。
【請求項２】
請求項１において、前記第１のダイクロイック面は、前記第２のダイクロイック面との交線に対して左右対称に傾斜していることを特徴とするダイクロイックプリズム。
【請求項３】
請求項１または２において、前記４個のプリズムは、各プリズムの頂角が直角となった直角プリズムであり、これらの直角プリズムを接合するための接着層の厚みを調整することにより、前記第１のダイクロイック面を凹状面あるいは凸状面としたことを特徴とするダイクロイックプリズム。
【請求項４】
請求項１または２において、前記４個のプリズムのうちの少なくとも一のプリズムは頂角が鋭角あるいは鈍角となったプリズムであり、この頂角が鋭角あるいは鈍角となったプリズムを用いることにより、前記第１のダイクロイック面を凹状面あるいは凸状面としたことを特徴とするダイクロイックプリズム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの項に記載のダイクロイックプリズムを有する投写型表示装置であって、
光源と、ここから出射された出射光束を少なくとも２色の色光束に分離する色分離手段と、分離された各色の光束を画像情報に対応して変調する変調手段と、当該変調手段によって変調された後の各色の光束を合成する前記ダイクロイックプリズムと、合成された光束を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項６】
請求項５において、前記変調手段は反射型の変調手段であり、前記ダイクロイックプリズムは前記色分離手段を兼ねていることを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの出射光を少なくとも２色の色光束に分解し、これらの各色光束を液晶パネルから構成されるライトバルブを通して画像情報に対応して変調し、変調した後の各色光束を再合成して、投写光学系を介して投写面上に投写表示する形式の投写型表示装置に関するものである。特に、倍率色収差に起因した各色の投写画素の相対的なズレを補正可能なダイクロイックプリズムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置としては、光源と、ここから出射された光束を３色の各色光束に分離する色分離手段と、分離された各色の光束を画像情報に対応して変調する３枚のライトバルブと、これらのライトバルブを介して変調された後の各色光束を合成する色合成手段としてのダイクロイックプリズムと、ダイクロイックプリズムによって合成された光束を投写面上に拡大投写する投写光学系とを備えた構成の装置が知られている。
【０００３】
ダイクロイックプリズムは、例えば、特開平７−２９４８４５号公報に開示されている。図１１に示すように、この公報に開示されているダイクロイックプリズム１０００は、断面が直角二等辺三角形の４個の直角プリズム１１、１２、１３、１４を相互に貼り合わせることにより全体が四角柱状に構成されている。また、このダイクロイックプリズム１０００では、各柱状のプリズム１１〜１４の接合面に沿って対角線方向に延びる赤光反射ダイクロイック面１５００、１５００および青光反射ダイクロイック面１６００、１６００が平面となるように形成されている。各直角プリズム１１〜１４を接合するために、これらの貼り合わせ面の間に形成した接着剤の層１８００の厚さは１０〜２０μｍとされている。
【０００４】
このようなダイクロイックプリズム１０００は、投写型表示装置の色合成手段として用いられる。この場合、その三方の側面に対峙するように配置された液晶ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂからの各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂが一対のダイクロイック面１５００、１６００によって合成され、合成後の光束が残りの側面から投写光学系に向かって出射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、投写光学系を介して投写表示された画像は、中心から離れるにしたがって倍率色収差の影響が大きくなるために各色の投写画像のずれが大きくなる。例えば、図１２に示すように、投写面１００に投写された各色の投写画像の面積が、青色投写画像Ｂ’＜緑色投写画像Ｇ’＜赤色投写画像Ｒ’の関係になる。この場合、図１３に示すように、投写画素として見た場合には、各色の投写画素ｂ、ｇ、ｒは完全に揃った状態ではなく、画素ずれｄ１が生じている。この画素ずれｄ１が小さい場合（ｄ１≦ｄ）には、表示品位に殆ど影響を及ぼさないが、画素ずれｄ１が許容範囲を越えた場合（ｄ≦ｄ１＝ｄ２）には、投写画像の画質を低下させる原因となってしまう。なお、各色の投写画像Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の大きさは、投写光学系の材質によって異なるものであり、常に赤色投写画像Ｒ’が最も大きくなるとは限らないが、各色の投写画像の面積は相対的に異なる。
【０００６】
ここで、投写型表示装置においては、解像度の高い投写画像を得るために、液晶パネル等からなるライトバルブの画素数を増加させることによる高精細化が図られている。この高精細化に伴い１画素当たりの面積は小さく傾向にあり、上記の画素ずれｄ１に対する許容範囲も小さくなり、倍率色収差の許容度も小さくなる。従って、解像度の高い高品位の投写画像を得るためには、倍率色収差を補正して、その倍率色収差が投写画像に及ぼす影響をより低減する必要がある。
【０００７】
本発明の課題は、上記の点に鑑みて、倍率色収差に起因して生じる各色の投写画素のずれを小さくすることの可能なダイクロイックプリズムを提供することにある。また、このダイクロイックプリズムが組み込まれた投写型表示装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、断面が三角形の４個のプリズムを相互に接合することにより構成され、各プリズムの接合面に沿って略Ｘ状に交差した反射特性の異なる第１および第２のダイクロイックプリズムにおいて、１および第２のダイクロイック面が形成されているダイクロイックプリズムにおいて、前記第１および第２のダイクロイック面のうちの少なくとも第１のダイクロイック面が凹状面あるいは凸状面であることを特徴としている。
【０００９】
このような本発明のダイクロイックプリズムでは、第１のダイクロイック面の凹状あるいは凸状の程度に応じて、この面で反射される色光束の反射状態が変化する。従って、当該色光束を拡大あるいは縮小することができる。本発明のダイクロイックプリズムを投写型表示装置の色合成手段として用いれば、所定の色光束の投写画像の倍率を調整することができるので、各色の投写画像の面積を略等しくすることができる。すなわち、倍率色収差を補正することができ、各色光束の投写画素の相対的なずれを小さく抑制できる。よって、本発明のダイクロイックプリズムを投写型表示装置の色合成手段として用いた場合には、倍率色収差に起因した投写画像の画質の低下を防ぐことができる。
【００１０】
ここで、投写型表示装置においては、解像度の高い投写画像を得るためにライトバルブが高精細化される傾向にある。この場合には、画素ずれに対する許容範囲が小さくなり、倍率色収差の許容度も小さくなる。本発明のダイクロイックプリズムは、上記のように倍率色収差を補正して各色の相対的な画素ずれを抑制できるので、高精細化されたライトバルブを使用して解像度の高い高品位の画像を投写する投写型表示装置の色合成手段に特に適している。
【００１１】
第１のダイクロイック面としては、前記第２のダイクロイック面との交線に対して左右対称に傾斜した状態に構成することが好ましい。第１のダイクロイック面としては、例えば、Ｒ面とすることもできるが、この場合には、曲率半径等に配慮しながら各プリズムを製造する必要があるため、ダイクロイックプリズムの製造が困難になると予想される。このため、上記のような第１のダイクロイック面を構成すれば、製造が容易となり、製造コストを高騰を防ぐことができる。
【００１２】
断面が三角形のプリズムとしては、頂角が直角となった直角プリズムを使用することができる。この場合には、これらの直角プリズムを接合するための接着層の厚さを調整することによって、第１のダイクロイック面を凹状面あるいは凸状面することができる。このように直角プリズムを使用することにより、従来のダイクロイックミラーの構成要素である直角プリズムをそのまま使用することができる。
【００１３】
また、前記４個のプリズムのうちの少なくとも一のプリズムを、頂角が鋭角あるいは鈍角となったプリズムとすれば、接着層の厚さ意図的に調整せずとも、前記第１のダイクロイック面を自動的に凹状面あるいは凸状面とすることができる。
【００１４】
本発明のダイクロイックプリズムは、投写型表示装置の色合成手段として用いることができる。すなわち、光源と、ここから出射された出射光束を少なくとも２色の色光束に分離する色分離手段と、分離された各色の光束を画像情報に対応して変調する変調手段と、当該変調手段によって変調された後の各色の光束を合成する色合成手段と、合成された光束を投写面上に拡大投写する投写光学系とを有する投写型表示装置の前記色合成手段として使用することができる。前述したように本発明を適用したダイクロイックプリズムは、所定の色光束の倍率を調整できるので、当該ダイクロイックプリズムを色合成手段として用いた投写型表示装置によれば、投写画素の相対的なずれを抑制でき、倍率色収差に起因した画質の低下を防ぐことができる。特に、変調手段として高精細化されたライトバルブを使用した場合でも、各色の投写画素の相対的なずれを小さくできるので、解像度の高い高品位の投写画像を得ることができる。
【００１５】
投写型表示装置の変調手段としては、透過型および反射型の変調手段を用いることができる。このうち反射型の変調手段を用いた場合には、本発明を適用したダイクロイックプリズムを色合成手段としてだけではなく、色分離手段として使用することも可能である。このように本発明を適用したダイクロイックプリズムを色合成手段および色分離手段として機能させれば、少ない数の光学部品で投写型表示装置の光学系を構成することができるので、投写型表示装置のコンパクト化および低廉価を図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
（ダイクロイックプリズム）
以下に図面を参照して本発明を適用したダイクロイックプリズムの一例を説明する。図１には本発明を適用したダイクロイックプリズムの斜視図を示してある。この図１に示すダイクロイックプリズム１０は、３枚の液晶ライトバルブによって変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂの合成を行うためのものであり、異なる方向から入射した各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを共に投写光学系に向かって出射する機能を有している。このため、図２にはダイクロイックプリズム１０と共に、３枚の液晶ライトバルブも合わせて示してある。なお、以下の説明では、投写光学系によって投写面上に投写される各色の投写画像の面積は、図１２に示したように倍率色収差に起因して青色、緑色、赤色の順に大きくなる場合を想定している。
【００１７】
図１に示すように、ダイクロイックプリズム１０は、４個の直角プリズム１１、１２、１３、１４を有しており、これらの直角プリズム１１〜１４を相互に接合することにより、全体として四角柱状に構成されている。
【００１８】
図２に示すように、第１の直角プリズム１１における相互に直交する矩形状側面１１１、１１２のうち、一方の矩形状側面１１１には赤色光束Ｒを反射させる誘電体多層膜からなる赤光反射膜１１３が形成され、他方の矩形状側面１１２には青色光束Ｂを反射させる誘電体多層膜からなる青光反射膜１１４が形成されている。
【００１９】
第２の直角プリズム１２における相互に直交する矩形状側面１２１、１２２のうち、一方の矩形状側面１２１には特定の反射膜は形成されておらず、接着層１８を介して第１の直角プリズム１１の矩形状側面１１２に接合されている。他方の矩形状側面１２２には第１の直角プリズム１１の矩形状側面１１１に形成されている赤光反射膜１１３と同様の光学特性を備えた赤光反射膜１２３が形成されている。
【００２０】
第３の直角プリズム１３における相互に直交する矩形状側面１３１、１３２には特定の反射膜は形成されておらず、各矩形状側面１３１、１３２が露出している。これらの矩形状側面１３１、１３２のうち一方の矩形状側面１３１は接着層１８を介して第２の直角プリズム１２の矩形状側面１２２に接合されている。
【００２１】
第４の直角プリズム１４における相互に直交する矩形状側面１４１、１４２のうち、一方の矩形状側面１４１には第１の直角プリズム１１の矩形状側面１１２に形成されている青光反射膜１１４と同様の光学特性を備えた青光反射膜１４３が形成され、他方の矩形状側面１４２には特定の反射膜は形成されていない。一方の矩形状側面１４１は接着層１８を介して第３の直角プリズム１３の矩形状側面１３２に接合され、他方の矩形状側面１４２は、接着層１８を介して第１の直角プリズム１１の矩形状側面１１１に接合されている。
【００２２】
各直角プリズム１１〜１４を相互に接合することによって構成される接合面に沿って、それぞれ赤光反射膜１１３、青光反射膜１１４、赤光反射膜１２３、青光反射膜１４３が介在し、これらの反射膜によって赤光反射ダイクロイック面１５と青光反射ダイクロイック面１６とが略Ｘ状に交差している。
【００２３】
ここで、本例のダイクロイックプリズム１０においては、各直角プリズム１１〜１４を相互に接合している接着層１８の厚みを部分的に変えることによって、赤光反射ダイクロイック面１５は、青光反射ダイクロイック面１６との交線を対して左右対称に傾斜している。すなわち、本例のダイクロイックプリズム１０では、赤光反射ダイクロイック面１５が凸状面とされている。
【００２４】
このように赤光反射ダイクロイック面１５を凸状面となるように構成するためには、例えば、次のような方法で接着層１８の厚さを調整すれば良い。すなわち、第１および第４の直角プリズム１１、１４を層厚が一定の接着層１８を介して接合してプリズム合成体を構成する。また、第２および第３の直角プリズム１２、１３を同様に接合してプリズム合成体を構成する。次に、一対のプリズム合成体同士を接合する際に、それらの接合面の一方の側から他方の側に向かって徐々に接着層１８の厚さが厚くなるようにする。この結果、得られたダイクロイックプリズム１０の赤光反射ダイクロイック面１５は、中心が最も高くなった凸状面になる。なお、赤光反射ダイクロイック面１５を凹状に構成する場合には、他方の側から一方の側に向かって徐々に接着層１８が厚くなるようにすれば良い。
【００２５】
このように構成された本例のダイクロイックプリズム１０においては、緑光用の液晶ライトバルブ９２５Ｇからの緑色光束Ｇは、それぞれのダイクロイック面１５、１６を透過して第１の直角プリズム１１の側面から投写光学系６０に向かって出射される。また、青光用の液晶ライトバルブ９２５Ｂからの青色光束Ｂは、青光反射ダイクロイック面１６によってその光軸が略９０度折り曲げられた後、緑色光束Ｇと同様に第１の直角プリズム１１の側面から投写光学系６０に向かって出射される。さらに、赤光用の液晶ライトバルブ９２５Ｒからの赤色光束Ｒは、赤光反射ダイクロイック面１５によってその光軸が略９０度折り曲げられた後に、緑色光束Ｇ、青色光束Ｂと同様に第１の直角プリズム１１の側面から投写光学系６０に向かって出射される。
【００２６】
図３には、本例のダイクロイックプリズム１０から出射された赤色光束Ｒが投写光学系６０を介して投写面上に投写される様子を示してある。本例のダイクロイックプリズム１０では、赤光反射ダイクロイック面１５が凸状面とされているので、この赤光反射ダイクロイック面１５で反射された赤色光束Ｒは、図３において実線で示すように、拡大されながら投写光学系６０に向かって出射される。ここで、投写光学系６０は各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを反転させて投写面１００に投写する。このため、凸状面とされた赤光反射ダイクロイック面１５で反射された赤色光束Ｒの投写面積は、平面である赤光反射ダイクロイック面１５で反射された赤色光束の投写面積に比して縮小する。すなわち、図４に示すように、赤光反射ダイクロイック面１５が平面である場合には、緑色光束Ｇの投写画像（図４において実線で囲われた領域）Ｇ’に比べて、赤色光束Ｒの投写画像（図４において破線で囲われた領域）Ｒ’が大きくなっているが、赤光反射ダイクロイック面１５を凸状面とすることで、赤色光束Ｒの投写画像Ｒ’の面積を緑色光束Ｇの投写画像Ｇ’の面積と略等しくすることができる。従って、倍率色収差に起因した各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂの投写画素の相対的なずれを小さくできる。それ故、本例のダイクロイックプリズム１０を投写型表示装置の色合成手段として用いた場合には、倍率色収差に起因した投写画像の画質の低下を防ぐことができ、投写表示品位に優れた投写型表示装置を実現できる。
【００２７】
ここで、投写型表示装置においては、解像度の高い投写画像を得るために変調手段としてのライトバルブを高精細化、すなわち、１画素当たりの面積を小さくし、画素数を増やす傾向にある。このため、各色の画素ずれに対する許容範囲が小さくなり、倍率色収差の許容度も必然的に小さくなる。本例のダイクロイックプリズム１０は、前述したように、倍率色収差を補正して各色の相対的な画素ずれを小さくできるので、上記のように高精細化されたライトバルブを使用しても、倍率色収差に対する許容度を満足することができ、解像度の高い高品位の画像を投写する投写型表示装置の色合成手段として用いることができる。
【００２８】
本例のダイクロイックプリズム１０においては、直角プリズムを４個使用して、接着層１８の厚みを部分的に調整することにより、赤光反射ダイクロイック面１５を凸状面としている。従って、従来のダイクロイックプリズムの構成要素である直角プリズムをそのまま使用することができるという利点がある。
【００２９】
なお、本例のダイクロイックプリズム１０においては、赤光反射ダイクロイック面１５がＲ面となるように構成しても、上記の同様に、倍率色収差を補正して各色の画素ずれを小さくすることができる。しかし、赤光反射ダイクロイック面１５がＲ面となるように構成するためには、曲率半径等に配慮しながら各プリズムを製造する必要があるため、製造コストが高騰することが予想される。従って、本例で説明したように、赤光反射ダイクロイック面１５を折れ曲がった面とすることにより、製造コストが高騰するといった事態を回避できる。
【００３０】
なお、本例においては、赤色ダイクロイック面１５を凸状面として、赤色光束Ｒの投写画像を縮小するようにしているが、これに加えて、青色光束Ｂの投写画像を拡大するようにしても良い。このように青色光束Ｂの投写画像を拡大して３色の投写画像をほぼ等しくすれば、各色光束の投写画素の画素ずれをより抑制できる。なお、青色光束Ｂの投写画像を拡大するためには、青光反射ダイクロイック面１６を、青色光束Ｂの入射方向に向かって凹状面となるようすれば良い。
【００３１】
また、本例のダイクロイックプリズム１０においては、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂの投写画像Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の面積が投写画像Ｒ’＞投写画像Ｇ’＞投写画像Ｂ’となる場合を想定して説明したが、このような場合に限らず、青色光束Ｂの投写画像Ｂ’の面積が最も大きくなる場合や、緑色光束Ｇの投写画像Ｇ’の面積が最も大きくなる場合など、いずれも場合にも本発明を適用できる。赤色光束Ｒの投写画像Ｒ’を縮小したい場合には、赤光反射ダイクロイック面１５を凹状面とすれば良く、青色光束Ｂの投写画像Ｂ’を拡大したい場合には、青光反射ダイクロイック面１６を凸状面とすれば良い。また、所定の色の投写画像の面積を拡大あるいは縮小する倍率については、凹状あるいは凸状の程度を変えることにより所望の倍率を得ることができる。
【００３２】
（投写型表示装置）
先に説明したダイクロイックプリズムを備えた投写型表示装置の一例を説明する。この投写型表示装置は、光源からの出射光束を、赤、青、緑の３色光束に分離し、分離された各色光束を液晶パネル等から構成されるライトバルブを通して画像情報に対応させて変調し、変調した後の各色光束を再合成して、投写光学系を介して投写面上に投写表示するものである。
【００３３】
図５には、本例の投写型表示装置の外観を示してある。本例の投写型表示装置１は直方体形状をした外装ケース２を有している。外装ケース２は、基本的には、アッパーケース３と、ロアーケース４と、装置前面を規定しているフロントケース５とから構成されている。フロントケース５の中央からは投写レンズユニット６の先端側の部分が突出している。
【００３４】
図６には投写型表示装置１の外装ケース２の内部における各構成部分の配置を示してあり、図７には図６のＡ−Ａ線における断面を示してある。これらの図に示すように、外装ケース２の内部において、その後端側には電源ユニット７が配置されている。これよりも装置前側に隣接した位置には、光源装置８が配置されている。光源装置８の前側には光学ユニット９が配置されている。光学ユニット９の前側の中央には、投写レンズユニット６が位置している。一方、光学ユニット９の側方には、装置前後方向に向けて入出力インターフェース回路が搭載されたインターフェース基板１１が配置され、これに平行に、ビデオ信号所理回路が搭載されたビデオ基板１２が配置されている。さらに、光源装置８、光学ユニット９の上側には、装置駆動制御用の制御基板１３が配置されている。装置前端側の左右の角には、それぞれスピーカ１４Ｒ、１４Ｌが配置されている。光学ユニット９の上面側の中央には冷却用の吸気ファン１５Ａが配置され、光学ユニット９の底面側の中央には冷却用循環流形成用の循環用ファン１５Ｂが配置されている。また、光源装置８の裏面側である装置側面には排気ファン１６が配置されている。そして、電源ユニット７における基板１１、１２の端に面する位置には、吸気ファン１５Ａからの冷却用空気流を電源ユニット７内に吸引するための補助冷却ファン１７が配置されている。
【００３５】
さらに、電源ユニット７の直上には、その装置左側の位置に、フロッピーディスク駆動ユニット（ＦＤＤ）１８が配置されている。
【００３６】
図８には、光源ユニット９および投写レンズユニット６の部分を取り出して示してある。この図に示すように、光学ユニット９は、その色合成手段を構成しているダイクロイックプリズム１０以外の光学素子が、上下のライトガイド９０１、９０２の間に上下から挟まれて保持された構成となっている。これらの上ライトガイド９０１、下ライトガイド９０２は、それぞれアッパーケース３およびロアーケース４の側に固定ねじによって固定されている。また、これらの上下のライトガイド板９０１、９０２は、ダイクロイックプリズム１０の側に同じく固定ねじによって固定されている。ダイクロイックプリズム１０は、ダイキャスト板である厚手のヘッド板９０３の裏面に固定ねじによって固定されている。このヘッド板９０３の前面には、投写レンズユニット６が同じく固定ねじによって固定されている。
【００３７】
図９には、投写型表示装置１に組み込まれている光学系の概略構成を示してある。本例の光学系は、上記の光源装置８の構成要素であるランプ８１と、均一照明光学素子であるインテグレータレンズ９２１およびインテグレータレンズ９２２から構成される均一照明光学系９２３とを備えている。また、均一照明光学系９２３から出射される光束Ｗを赤、緑、青の各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂに分離する色分離光学系９２４と、各色光束を変調するライトバルブとしての３枚の液晶ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂと、変調された色光束を再合成する色合成光学系としてのダイクロイックプリズム１０と、合成された光束を投写面１００の表面に拡大投写する投写レンズユニット６の構成要素である投写光学系６０を備えている。さらに、色分離光学系９２４によって分離された各色光束のうち、青色光束Ｂを対応する液晶ライトバルブ９２５Ｂに導く導光系９２７を備えている。
【００３８】
均一照明光学系９２３は、反射ミラー９３１を備えており、照明光学系からの出射光の中心光軸１ａを装置前方向に向けて直角に折り曲げるようにしている。このミラー９３１を挟み、インテグレータレンズ９２１、９２２が直交する状態に配置されている。
【００３９】
ランプ８１からの出射光は、このインテグレータレンズ９２１を介してインテグレータレンズ９２２を構成している各レンズの入射面上にそれぞれ２次光源像として投写され、当該インテグレータレンズ９２２から出射光を用いて被照明対象物が照射されることになる。
【００４０】
各色分離光学系９２４は、青緑反射ダイクロイックミラー９４１と、緑反射ダイクロイックミラー９４２と、反射ミラー９４３から構成される。光束Ｗは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー９４１において、そこに含まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇが直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー９４２の側に向かう。
【００４１】
赤色光束Ｒはこのミラー９４１を通過して、後方の反射ミラー９４３で直角に反射されて、赤色光束Ｒの出射部９４４からダイクロイックプリズム１０の側に出射される。ミラー９４１において反射された青および緑の光束Ｂ、Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー９４２において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、緑色光束Ｇの出射部９４５から色合成光学系の側に出射される。このミラー９４２を通過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂの出射部９４６から導光系９２７の側に出射される。本例では、均一照明光学素子の光束Ｗの出射部から、色分離光学系９２４における各色光束の出射部９４４、９４５、９４６までの距離が全て等しくなるように設定されている。
【００４２】
色分離光学系９４２の赤色、緑色光束Ｒ、Ｇの出射部９４４、９４５の出射側には、それぞれ集光レンズ９５１、９５２が配置されている。したがって、各出射部から出射した赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、これらの集光レンズ９５１、９５２に入射して平行化される。
【００４３】
このように平行化された赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは液晶ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇに入射して変調され、各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、これらのライトバルブは、不図示の駆動手段によって画像情報に応じてスイッチング制御されて、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われる。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができる。一方、青色光束Ｂは、導光系９２７を介して対応する液晶ライトバルブ９２５Ｂに導かれ、ここにおいて、同様に画像情報に応じて変調が施される。本例のライトバルブは、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として用いることができる。
【００４４】
導光系９２７は、青色光束Ｂの出射部９４６の出射側に配置した集光レンズ９５４と、入射側反射ミラー９７１と、出射側反射ミラー９７２と、これらのミラーの間に配置した中間レンズ９７３と、液晶ライトバルブ９２５Ｂの手前側に配置した集光レンズ９５３とから構成される。各色光束の光路長、すなわち、ランプ８１から各液晶パネルまでの距離は青色光束Ｂが最も長くなり、したがって、この光束の拡散による光量損失が最も多くなる。しかし、導光系９２７を介在させることにより、光量損失を抑制できる。
【００４５】
次に、各液晶パネル９２５Ｒ、Ｇ、Ｂを通って変調された各色光束は、ダイクロイックプリズム１０に入射され、ここで再合成される。再合成されたカラー映像は、投写レンズユニット６の構成要素である投写光学系６０を介して所定の位置にある投写面１００の表面に拡大投写される。
【００４６】
このように構成された投写型表示装置１においては、色合成手段として本発明を適用したダイクロイックプリズム１０を備えている。ダイクロイックプリズム１０は、前述したように、倍率色収差に起因した各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂの相対的な画像ずれを小さくできる。このため、倍率色収差に起因した画質の低下を回避できる。また、各液晶ライトバルブ９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂの画素を小さくし、かつ、画素数を増やして解像度の高い画像を投写する場合でも、倍率色収差によって生じる各色光束の画素ずれに起因した画質の低下を防ぐことができるので、解像度の高い高品位の投写画像を投写できる投写型表示装置を提供できる。
【００４７】
［実施の形態２］
図１０には、本発明を適用した別の構成のダイクロイックプリズムを示してある。本例のダイクロイックプリズム１０Ａと、実施の形態１のダイクロイックプリズム１０との異なる点は、４個の直角プリズム１１〜１４のうち、第１および第２の直角プリズム１１、１２を、各プリズムの接合中心に近い頂角が鈍角となった三角プリズム１１Ａ、１２Ａに置き換えた点である。
【００４８】
本例では、第１の三角プリズム１１Ａと第４の直角プリズム１４を、青光反射膜１１４、１４３が形成された矩形状側面１１２、１４１によって平坦な面が構成されるように接着層１８の膜厚を調整しながら接合してプリズム合成体を構成する。また、第２の三角プリズム１２Ａと第３の直角プリズム１３を、矩形状側面１２１、１３２によって平坦な面が構成されるように接着層１８の膜厚を調整しながら接合してプリズム合成体を構成する。その後、プリズム合成体同志を膜厚が一定の接着層１８を介して接合する。この時、各三角プリズム１１Ａ、１２Ａは、直角プリズムではないので、第１の三角プリズム１１Ａの矩形状側面１１１に形成された赤光反射膜１１３と第２の三角プリズム１２Ａの矩形状側面１２２に形成された赤光反射膜１１３とによって凸状の赤光反射ダイクロイック面１５が自動的に形成される。次に、各プリズム合成体同士を接合する。この結果、中心が最も高くなった凸状面になった赤色ダイクロイック面１５が構成されたダイクロイックプリズム１０Ａが得られる。
【００４９】
なお、第１および第２の三角プリズム１１Ａ、１２Ａのうちのいずれか一方を直角プリズムとしても、凸状の赤色ダイクロイック面１５を上記と同様に構成することが可能である。また、赤色ダイクロイック面１５を凹状に構成するには、第１および第２の三角プリズム１１Ａ、１２Ａのうちのいずれか一方を、各プリズムの接合中心に近い頂角が鋭角となった三角プリズムとすれば良い。
【００５０】
このように構成されたダイクロイックプリズム１０Ａでも赤光反射ダイクロイック面１５が凸状面になっているので、実施の形態１と同様の効果を奏する。これに加えて、本例のダイクロイックプリズム１０Ａでは、第１および第２の三角プリズム１１Ａ、１２Ａを相互に接合した時点で凸状の赤光反射ダイクロイック面１５が自動的に形成されるので、プリズム合成体を相互に接合する過程において、接着層１８の層厚を意図的に変えなくても良い。従って、各プリズムを接合する作業が容易となり、ダイクロイックプリズムを安価に製造できるという効果も奏する。
【００５１】
なお、本例においても、赤色ダイクロイック面１５を凸状面にすると共に、青光反射ダイクロイック面１６を、青色光束Ｂの入射方向に向かって凹状面となるように構成すれば、３色の投写画像Ｒ’Ｇ’Ｂ’の面積を略等しくすることができる。また、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂの投写画像Ｒ’、Ｇ’、Ｂ’の大きさの関係が、投写画像Ｒ’＞投写画像Ｇ’＞投写画像Ｂ’となる場合だけに限らず、各ダイクロイック面１５、１６の凹凸状態を選択することにより、実施の形態１と同様にすべての場合に適用できるのは勿論である。
【００５２】
（その他の実施の形態）
上述した投写型表示装置は、透過型のライトバルブを備えた投写型表示装置であるが、本発明のダイクロイックプリズムは、反射型ライトバルブを備えた投写型表示装置にも適用できる。この場合には、本発明のダイクロイックプリズムによって色分離手段と色合成手段を兼ねることができ、光学系をコンパクトに纏めることができる。
【００５３】
また、投写型表示装置は投写面を観察する側から投写を行う前面投写型表示装置であるが、本発明の色合成装置は投写面を観察する側とは反対の方向から投写を行う背面投写型表示装置にも適用可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のダイクロイックプリズムにおいては、ダイクロイック面を凹状あるいは凸状に構成することにより、色光束の反射状態を変化させて、当該色光束を拡大あるいは縮小するようにしている。従って、本発明のダイクロイックプリズムを投写型表示装置の色合成手段として用いれば、倍率色収差を補正することができ、各色光束の投写画素の相対的なずれを小さくできる。このため、倍率色収差に起因した投写画像の画質の低下を防ぐことができる。特に、本発明のダイクロイックプリズムは、高精細化されたライトバルブを使用して解像度の高い高品位の画像を投写する投写型表示装置の色合成手段として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したダイクロイックプリズムの斜視図である。
【図２】図１に示すダイクロイックプリズムの拡大平面図である。
【図３】図１に示すダイクロイックプリズム、および投写光学系を介して投写面上に投写される赤色光束の様子を示す説明図である。
【図４】投写面上の赤色光束の投写画像の大きさを示す説明図である。
【図５】図１に示すダイクロイックプリズムを色合成手段として用いた投写型表示装置の外観形状を示す斜視図である。
【図６】図５に示す投写型表示装置の内部構成を示す概略平面構成図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線における概略断面構成図である。
【図８】光学ユニットと投写レンズユニットの部分を取り出して示す概略平面構成図である。
【図９】光学ユニットに組み込まれている光学系を示す概略構成図である。
【図１０】本発明を適用した別の構成のダイクロイックプリズムの拡大平面図である。
【図１１】従来のダイクロイックプリズムの拡大平面図である。
【図１２】倍率色収差に起因した各色の投写画像の大きさを示す説明図である。
【図１３】倍率色収差に起因した各色の投写画素のずれを示す説明図である。
【符号の説明】
１      投写型表示装置
６      投写レンズユニット
６０    投写光学系
７      電源ユニット
８      光源装置
８１    ランプ
９      光学ユニット
１０、１０Ａ    ダイクロイックプリズム
１００  投写面
１１〜１４      直角プリズム
１１３、１２３  赤光反射膜
１１４、１４３  青光反射膜
１１Ａ、１２Ａ  三角プリズム
１５    赤光反射ダイクロイック面
１６    青光反射ダイクロイック面
１８    接着層
９２１、９２２  インテグレータレンズ
９２３  均一照明光学系
９２４  色分離光学系
９２５Ｒ、９２５Ｇ、９２５Ｂ  液晶ライトバルブ
【図１】
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【図２】
0003575234.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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