(57)【要約】【課題】  投影画像上に線状のムラが生じない透過型の光変調装置を用いたプロジェクタを提供すること。【解決手段】  光合成による合成光の形成を２段階とすることで、光合成面１２ｂと光合成面１３ｂとの交差箇所である中心軸Ｐが合成光ＰＬの光路上の領域外にあるようにし、光合成面どうしが交わる箇所を合成時に通過することによって生じ得る投影画像上の線状のムラを回避する。また、光路変更部材を用いて光路の方向を変えていること等により、光透過型の光変調装置である液晶ライトバルブを用いることで、彩度が高く、暗いところでの表示にも好適となる。【選択図】図１
2006078624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を射出する照明光学系と、
照明光から得た３色の分割光によってそれぞれ照明されて、透過光として各色の像光をそれぞれ形成する各色用の光変調装置と、
前記照明光を２段階で色分割することにより前記３色の分割光を形成する２つの光分割面と、前記各色用の光変調装置からの各色の像光を２段階で合成することにより合成光を形成する有効領域をそれぞれ含む２つの光合成面とを有する光分割合成光学系と、
前記光分割合成光学系により形成された前記３色の分割光を前記各色用の光変調装置へ導くとともに、前記各色用の光変調装置からの各色の像光を前記光分割合成光学系に導く光路変更部材と、
前記合成光を投射光として投射する投射光学系と、
を備え、
前記２つの光合成面は、前記合成光を形成する有効領域外で互いに交わり、
前記３色の分割光のうち、少なくとも１色の分割光の光路と、対応する色の像光の光路とは、前記光分割合成光学系中において一部重なっていることを特徴とするプロジェクタ。
【請求項２】
前記光分割合成光学系は、前記２つの光分割面及び前記２つの光合成面を形成する複合ダイクロイック膜を組み込んだプリズムにより形成されることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記プリズムは、正多角柱の少なくとも一部を含む形状であり、前記各色用の光変調装置は、それぞれ前記正多角柱の第１乃至第３側面に対向して配置され、前記複合ダイクロイック膜は、第１色反射用の第１反射特性面と第２色反射用の第２反射特性面とを前記正多角柱の中心軸で前記正多角柱の形状に応じた角度で交差させて形成することによって得られ、前記第１反射特性面のうち前記中心軸を挟んだ一方の部分と前記第２反射特性面のうち前記中心軸を挟んだ一方の部分とが、前記中心軸で交わる前記２つの光分割面であるとともに、前記第１反射特性面のうち前記中心軸を挟んだ他方の部分と前記第２反射特性面のうち前記中心軸を挟んだ他方の部分とが、前記中心軸で交わる前記２つの光合成面であることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記照明光の入射面と前記合成光の射出面とは、前記正多角柱の第４側面にあることを特徴とする請求項３記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記正多角柱は、正六角柱及び直方体のいずれかであることを特徴とする請求項３及び請求項４のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【請求項６】
前記プリズムは、正六角柱の少なくとも一部を含む形状であり、前記各色用の光変調装置は、それぞれ前記正六角柱の第１乃至第３側面に対向して配置され、前記照明光の入射面と前記合成光の射出面とは、前記正六角柱の第４及び第５側面にそれぞれあり、前記複合ダイクロイック膜は、第１色反射用の第１反射特性面と第２色及び第３色反射用の部分を有する第２反射特性面と前記第１色反射用の第３反射特性面とを形成することによって得られ、前記第１反射特性面と前記第３色反射用の部分とが、前記２つの光分割面であり、前記第３反射特性面と前記第２色反射用の部分とが、前記２つの光合成面であることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項７】
前記光分割合成光学系上に設けた前記２つの光分割面及び前記２つの光合成面は、２種類のダイクロイックミラーを組み合わせることにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項８】
前記２種類のダイクロイックミラーは、第１色反射用の第１反射特性面と第２色反射用の第２反射特性面とを形成し、前記第１反射特性面と前記第２反射特性面とは、所定角度で交差し、前記第１反射特性面のうち交線を挟んだ一方の部分と前記第２反射特性面のうち前記交線を挟んだ一方の部分とが、前記２つの光分割面となるとともに、前記第１反射特性面のうち前記交線を挟んだ他方の部分と前記第２反射特性面のうち前記交線を挟んだ他方の部分とが、前記２つの光合成面となり、前記所定角度に応じて前記各色用の光変調装置がそれぞれ配置されることを特徴とする請求項７記載のプロジェクタ。
【請求項９】
前記光路変更部材は、前記光分割合成光学系と前記各色用の光変調装置とに対する配置関係によって前記３色の分割光間の光路長差の調整を行うことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項記載のプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型の光変調装置によって各色光を変調し、光合成によって投射光を形成するプロジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型の光変調装置を用いた液晶プロジェクタにおいて、カラー画像を形成するために各色光の合成がしばしば行われるが、その際、例えば、所定波長を反射させるダイクロイック膜を交差させて内蔵するダイクロイックプリズム等を用いることにより、各色光を合成させる方法が一般的に知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、色分割と光合成とを一括して行うプリズムを用いて、反射型の光変調装置である反射型ライトバルブによって各色光の変調を行うプロジェクタが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１−３０２３８７号公報
【特許文献２】特開２００４−１２９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前者の液晶プロジェクタでは、ダイクロイック膜等を交差させた部分において、異なる色合成面が交わることになるため、当該膜が抜けた状態になっており、投影画像上に線状のムラが生じてしまうという問題がある。また、後者のプロジェクタは、光変調装置に入射させる光（照明用の光）と、光変調装置から射出される光（投射画像の形成に用いられる光）の偏光を、同じ偏光分離スプリッタで選択しなければならないこと等により、光透過型の光変調装置を用いたプロジェクタに比べて、彩度が低く、暗い場所では表示し難くなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明では、色分割と光合成の双方を行う光分割合成光学系を用い、投影画像上に線状のムラが生じない、透過型で明るい光変調装置を用いたプロジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係るプロジェクタは、照明光を射出する照明光学系と、照明光から得た３色の分割光によってそれぞれ照明されて、透過光として各色の像光をそれぞれ形成する各色用の光変調装置と、照明光を２段階で色分割することにより３色の分割光を形成する２つの光分割面と、各色用の光変調装置からの各色の像光を２段階で合成することにより合成光を形成する有効領域をそれぞれ含む２つの光合成面とを有する光分割合成光学系と、光分割合成光学系により形成された３色の分割光を各色用の光変調装置へ導くとともに、各色用の光変調装置からの各色の像光を光分割合成光学系に導く光路変更部材と、合成光を投射光として投射する投射光学系とを備え、２つの光合成面は、前記合成光を形成する有効領域外で互いに交わり、３色の分割光のうち、少なくとも１色の分割光の光路と、対応する色の像光の光路とが、光分割合成光学系中において一部重なっていることを特徴とする。
【０００７】
上記光分割合成光学系では、線状のムラが形成される原因となる２つの光合成面の交わる箇所が両光合成面の有効領域から外れている。従って、従来発生していた線状のムラが投影画像上に発生しない。また、３色の分割光のうち、少なくとも１色の分割光の光路と、対応する色の像光の光路とが、光分割合成光学系中において一部重なっているので、光路がプロジェクタ内に占める領域を狭くして省スペース化を図ることができる。また、本発明では、透過型の光変調装置を用いているので、反射型の光変調装置を用いたタイプのプロジェクタに比べ、彩度が高く、暗い室内で見やすい。
【０００８】
また、本発明の具体的な態様として、光分割合成光学系が、２つの光分割面及び２つの光合成面を形成する複合ダイクロイック膜を組み込んだプリズムにより形成される。この場合、プリズムの形状により光路の設計が比較的容易に可能となるとともに、当該ダイクロイック膜を所望の角度に安定して設置することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の具体的な態様として、プリズムが、正多角柱の少なくとも一部を含む形状であり、各色用の光変調装置が、それぞれ正多角柱の第１乃至第３側面に対向して配置され、複合ダイクロイック膜が、第１色反射用の第１反射特性面と第２色反射用の第２反射特性面とを正多角柱の中心軸で正多角柱の形状に応じた角度で交差させて形成することによって得られ、第１反射特性面のうち中心軸を挟んだ一方の部分と第２反射特性面のうち中心軸を挟んだ一方の部分とが、中心軸で交わる２つの光分割面であるとともに、第１反射特性面のうち中心軸を挟んだ他方の部分と第２反射特性面のうち中心軸を挟んだ他方の部分とが、中心軸で交わる前記２つの光合成面である。この場合、正多角柱の底面を形成する正多角形の形状に応じて光変調装置等の設置箇所を定めるとともに、当該ダイクロイック膜を形成させる。また、この際、正多角柱の中心軸及び側面が各色光の光路を定める基準となる。さらに、この場合、２種類の反射特性面を同一平面上に形成させるのでプリズムの作製が比較的容易となる。
【００１０】
また、本発明の具体的な態様として、照明光の入射面と合成光の射出面とが、正多角柱の第４側面にある。この場合、照明光の入射面と合成光の射出面とが同一平面上にくる。
【００１１】
また、本発明の具体的な態様として、正多角柱が、正六角柱及び直方体のいずれかである。この場合、光分割合成光学系を、比較的小型のものとすることができる。また、特に、底面が正方形である直方体を用いた場合、プリズムの作製が容易となる。
【００１２】
また、本発明の具体的な態様として、プリズムが、正六角柱の少なくとも一部を含む形状であり、各色用の光変調装置が、それぞれ正六角柱の第１乃至第３側面に対向して配置され、照明光の入射面と合成光の射出面とは、正六角柱の第４及び第５側面にそれぞれあり、複合ダイクロイック膜が、第１色反射用の第１反射特性面と第２色及び第３色反射用の部分を有する第２反射特性面と第１色反射用の第３反射特性面とを形成することによって得られ、第１反射特性面と第３色反射用の部分とが、２つの光分割面であり、第３反射特性面と第２色反射用の部分とが、２つの光合成面である。この場合、照明光の入射面と合成光の射出面とが異なる平面上にあるので、照明光学系と投射光学系とが隣接しない。
【００１３】
また、本発明の具体的な態様として、光分割合成光学系上に設けた２つの光分割面及び２つの光合成面が、２種類のダイクロイックミラーを組み合わせることにより形成されたものである。この場合、２種類のダイクロイックミラーにより、上記プリズムと同様に２つの光分割面及び２つの光合成面が形成され、２種類のダイクロイックミラーの交差角度等の設定により、光路の設計及び各部の設置箇所等が定まる。
【００１４】
また、本発明の具体的な態様として、２種類のダイクロイックミラーが、第１色反射用の第１反射特性面と第２色反射用の第２反射特性面とを形成し、第１反射特性面と第２反射特性面とが、所定角度で交差し、第１反射特性面のうち交線を挟んだ一方の部分と第２反射特性面のうち交線を挟んだ一方の部分とが、２つの光分割面となるとともに、第１反射特性面のうち交線を挟んだ他方の部分と第２反射特性面のうち交線を挟んだ他方の部分とが、２つの光合成面となり、所定角度に応じて各色用の光変調装置がそれぞれ配置される。この場合、２種類の反射特性面をそれぞれ同一平面上に形成させるので、２種類のダイクロイックミラーを利用した比較的単純な構造となる。
【００１５】
また、本発明の具体的な態様として、光路変更部材が、光分割合成光学系と各色用の光変調装置とに対する配置関係によって３色の分割光間の光路長差の調整を行う。この場合、光路変更部材により適宜必要に応じて各色光の光路長を調整することができるので各色間の光路差を補正できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係るプロジェクタの構造の一態様を説明するための平面図である。本実施形態に係るプロジェクタ１００は、照明光学系１０と、各色用の光変調装置である透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒと、光分割合成光学系３０と、光路変更部材である反射ミラー系１７、１８、１９及びフィールドレンズ２０、２１、２２と、投射光学系である投射レンズ５０とを備える。
【００１７】
照明光ＳＬを形成する照明光学系１０は、光源光ＷＬを発生する光源装置１と、光量を光束断面内で均一化するレンズアレイ２、３及び重畳レンズ５と、光源光ＷＬを１種類の直線偏光光に偏光変換して射出する偏光ビームスプリッタ４とを備える。
【００１８】
光分割合成光学系３０は、光分割及び光合成を行う正六角柱形状のプリズム１１であり、青色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜１２と、赤色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜１３とを備える。また、光分割合成光学系３０は、プリズムを構成する四側面の一部として、青色光ＢＬを射出する青色光射出面１４と、緑色光ＧＬを射出する緑色光射出面１５と、赤色光ＲＬを射出する赤色光射出面１６と、青色光ＢＬが入射する青色光入射面２４と、緑色光ＧＬが入射する緑色光入射面２５と、赤色光ＲＬが入射する赤色光入射面２６と、照明光ＳＬが入射する入射面ＩＦと、投射光となる合成光ＰＬを射出する射出面ＯＦとを備える。ここで、ダイクロイック膜１２は、光分割面１２ａと、光合成面１２ｂとに２分割され、ダイクロイック膜１３は、光分割面１３ａと、光合成面１３ｂとに２分割される。これらのうち、光分割面１２ａ、１３ａは、入射する照明光を波長領域に応じて分割し、光合成面１２ｂ、１３ｂは、各色の像光を合成することによって、合成光ＰＬを形成する。
【００１９】
以上のプリズム１１において、青色光射出面１４及び青色光入射面２４は、正六角柱形状のプリズム１１の隣接する第１〜第３側面のうち第１側面に形成されており、緑色光射出面１５及び緑色光入射面２５は、プリズム１１の第２側面に形成されており、赤色光射出面１６及び赤色光入射面２６は、プリズム１１の第３側面に形成されている。各色光射出面１４、１５、１６と、各色光入射面２４、２５、２６とは、それぞれ第１乃至第３側面をプリズム１１の中心軸Ｐに平行な方向に切断することにより二等分された領域に形成されている。また、緑色光射出面１５と緑色光入射面２５とが形成されているプリズム１１の第２側面の対面は、プリズム１１の第４側面となっており、この第４側面には、同様に二等分された領域として入射面ＩＦと射出面ＯＦとが形成されている。ダイクロイック膜１２は、第４側面の入射面ＩＦ側の側辺と、第１及び第２側面の交線とを対辺とする面に形成され、ダイクロイック膜１３は、第４側面の射出面ＯＦ側の側辺と、第２及び第３側面の交線とを対辺とする面に形成される。ダイクロイック膜１２とダイクロイック膜１３との交わる箇所はプリズム１１の中心軸Ｐを含み、中心軸Ｐを分岐箇所の基準としてダイクロイック膜１２、１３は、それぞれ入射面ＩＦ側にある光分割面１２ａ、１３ａと、射出面ＯＦ側にある光合成面１２ｂ、１３ｂとに分けられる。
【００２０】
プリズム１１の周囲に配置された３つの反射ミラー系１７、１８、１９は、それぞれ２つのミラーを９０°で組み合わせたものである。各反射ミラー系１７、１８、１９は、プリズム１１の第１側面に設けた青色光射出面１４、第２側面に設けた緑色光射出面１５、第３側面に設けた赤色光射出面１６から射出された分割光である青色光ＢＬ、緑色光ＧＬ、赤色光ＲＬの光路方向を反転させつつ平行移動させることでそれぞれを液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒに導く。反射ミラー系１７、１８、１９の射出側に設けた各フィールドレンズ２０、２１、２２は、反射ミラー系１７、１８、１９によって光路変更された各分割光の各液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒへの入射角度を調整する。
【００２１】
液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒは、偏光子４１ｂ、４１ｇ、４１ｒと、液晶パネル４２ｂ、４２ｇ、４２ｒと、検光子４３ｂ、４３ｇ、４３ｒとを備える。偏光子４１ｂ、４１ｇ、４１ｒは、光路上液晶パネル４２ｂ、４２ｇ、４２ｒの前段に位置し、各液晶パネル４２ｂ、４２ｇ、４２ｒへの入射光の偏光方向をより狭い範囲に限定して偏光度を高めるための偏光板である。各液晶パネル４２ｂ、４２ｇ、４２ｒは、透過型の光変調素子であり、各色の分割光を透過させる際に、入力画像信号に応じて透過光の偏光方向に変化を与えることにより変調光を形成する。検光子４３ｂ、４３ｇ、４３ｒは、各液晶パネル４２ｂ、４２ｇ、４２ｒを射出した変調光から特定方向の偏光成分を選択するための偏光板である。
【００２２】
液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒは、それぞれプリズム１１の第１乃至第３側面に略平行に対向しており、検光子４３ｂ、４３ｇ、４３ｒから射出される各色の像光は、第１乃至第３側面の各色光入射面２４、２５、２６に入射する。
【００２３】
投射レンズ５０は、光分割合成光学系３０により形成された合成光ＰＬを投射光としてスクリーン（不図示）へ適当な拡大率で投射する。
【００２４】
以下、本実施形態における合成光ＰＬの形成過程について説明する。光源装置１から発生した光源光ＷＬは、レンズアレイ２、３及び重畳レンズ５を透過することにより、照明光ＳＬの光束断面内での光量の均一化が図られる、この際、偏光ビームスプリッタ４の入射領域（不図示）へ照明光ＳＬを入射させるために集光が行われ、偏光ビームスプリッタ４により照明光ＳＬの偏光方向が揃えられる。
【００２５】
重畳レンズ５を透過した照明光ＳＬは、プリズム１１の第４側面に形成されている入射面ＩＦよりプリズム１１内に略垂直に入射する。入射した照明光ＳＬは、青色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面１２ａにおいて、反射される青色光ＢＬと、透過する黄色光ＹＬとに分割され、それぞれ分割光となる。さらに、黄色光ＹＬは、赤色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面１３ａにおいて、反射される赤色光ＲＬと、透過する緑色光ＧＬとに分割され、それぞれ分割光となる。以上のように照明光ＳＬは、２段階で三原色に色分割される。
【００２６】
光分割面１２ａで反射された青色光ＢＬは、光合成面１３ｂを透過し、青色光射出面１４より射出される。射出された青色光ＢＬは、反射ミラー系１７により光路方向が変更され、フィールドレンズ２０により入射角度が調整され、偏光子４１ｂを介して液晶パネル４２ｂに導かれ、透過型の液晶パネル４２ｂを照明する。青色光ＢＬによって照明された液晶パネル４２ｂによって変調光が形成され、形成された変調光に対応する像光は、検光子４３ｂを介して青色光入射面２４へ入射する。
【００２７】
光分割面１２ａを透過した後に光分割面１３ａを透過した緑色光ＧＬは、緑色光射出面１５より射出される。射出された緑色光ＧＬは、反射ミラー系１８により光路方向が変更され、フィールドレンズ２１により入射角度が調整され、偏光子４１ｇを介して液晶パネル４２ｇに導かれ、透過型の液晶パネル４２ｇを照明する。緑色光ＧＬによって照明された液晶パネル４２ｇによって変調光が形成され、形成された変調光に対応する像光は、検光子４３ｇを介して緑色光入射面２５へ入射する。
【００２８】
光分割面１３ａで反射された赤色光ＲＬは、赤色光射出面１６より射出される。射出された赤色光ＲＬは、反射ミラー系１９により光路方向が変更され、フィールドレンズ２２により入射角度が調整され、偏光子４１ｒを介して液晶パネル４２ｒに導かれ、透過型の液晶パネル４２ｒを照明する。赤色光ＲＬによって照明された液晶パネル４２ｒによって変調光が形成され、形成された変調光に対応する像光は、検光子４３ｒを介して赤色光入射面２６へ入射する。
【００２９】
尚、ここで各分割光間において光路差の微調整が必要な場合は、反射ミラー系１７、１８、１９と液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ間の距離を適宜調整することで補正が可能である。
【００３０】
青色光入射面２４より像光として入射した青色光ＢＬは、青色光波長領域に対する反射特性により、光合成面１２ｂにおいて反射される一方、緑色光入射面２５より像光として入射した緑色光ＧＬは、光合成面１２ｂを透過する。これにより、シアン光ＣＬが合成光として形成される。さらに、赤色光入射面２６より像光として入射し光分割面１２ａを透過した赤色光ＲＬは、赤色光波長領域に対する反射特性により、光合成面１３ｂにおいて反射される一方、シアン光ＣＬは光合成面１３ｂを透過する。これにより、三原色を合わせた合成光ＰＬが形成され、射出面ＯＦより投射レンズ５０へ射出される。合成光ＰＬは、投射レンズ５０によって投射光としてスクリーン等に投影され、当該スクリーン上に所望の拡大率のカラー合成画像が表示される。
【００３１】
本実施形態における光合成による合成光の形成は、２段階となっている。これにより、光合成面１２ｂと光合成面１３ｂとの交差箇所である中心軸Ｐが、合成光ＰＬの光路上の領域外にある。つまり、両光合成面１２ｂ、１３ｂは、合成光を形成する有効領域ＥＡ外で互いに交わる。従って、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合等に光合成面同士が交わる箇所を像光が通過することによって生じ得る投影画像上の線状のムラを回避できる。また、本実施形態では、反射ミラー１７、１８、１９を用いて光路の方向を変えていること等により、光透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒを用いることができ、彩度が高く、暗いところでの表示にも好適なプロジェクタ１００を提供することができる。
【００３２】
また、特に、本実施形態では、光分割面１２ａと、光合成面１２ｂとはともに同じ青色光波長領域反射特性を有するダイクロイック膜１２として、また同様に、光分割面１３ａと、光合成面１３ｂとはともに同じ赤色光波長領域反射特性を有するダイクロイック膜１３として作製すればよいので作製が比較的容易となる。尚、プリズム１１の作製は、例えば、６つの同一形状の正三角柱を組み合わせて接合する際に該当箇所にダイクロイック膜１２、１３を施すことによって形成される。
【００３３】
尚、各ダイクロイック膜１２、１３を他の波長領域反射特性を示すものに適宜置き換えることによって各色光の分割順序を変更することも可能である。この際、各色光に応じて各液晶ライトバルブの設置所を変更すればよい。また、ダイクロイック膜の反射特性及び設置箇所を変更することにより、本実施形態において未使用であったプリズム１１の側面を第１乃至第４側面として利用することも可能である。
【００３４】
〔第２実施形態〕
第１実施形態では、光分割合成光学系３０の入射面ＩＦと射出面ＯＦとが同一側面上にあったが、本実施形態では、入射面ＩＦと射出面ＯＦとがプリズムの異なる側面にある場合について説明する。図２は、第２実施形態におけるプロジェクタの構造を説明するための平面図である。本実施形態に係るプロジェクタ２００は、照明光学系１０と、透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒと、光分割合成光学系２３０と、反射ミラー系１７、１８、１９と、フィールドレンズ２０、２１、２２と、投射レンズ５０とを備える。ここで、プロジェクタ２００のうち、光分割合成光学系２３０を除いた各構成要素については、その内部構造及び機能が第１実施形態と同様であり、光分割光学系２３０に対する全体としての配置のみが異なるため、光分割合成光学系２３０を除く各構成要素の構造等に関する説明を省略する。
【００３５】
光分割合成光学系２３０は、光分割及び光合成を行う六角柱形状のプリズム２１１であり、青色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜よりなる光分割面２１２ａ及び光合成面２１２ｂと、緑色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜よりなる光分割面２１３ａと、赤色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜よりなる光分割面２１３ｂとを備える。また、光分割合成光学系２３０は、プリズムを構成する五側面の一部として、青色光ＢＬを射出する青色光射出面２１４と、緑色光ＧＬを射出する緑色光射出面２１５と、赤色光ＲＬを射出する赤色光射出面２１６と、青色光ＢＬが入射する青色光入射面２２４と、緑色光ＧＬが入射する緑色光入射面２２５と、赤色光ＲＬが入射する赤色光入射面２２６と、照明光ＳＬが入射する入射面ＩＦと、投射光となる合成光ＰＬを射出する射出面ＯＦとを備える。尚、第１実施形態同様、光分割面２１２ａ、２１３ａは、入射する照明光を波長領域に応じて分割し、光合成面２１２ｂ、２１３ｂは、各色の像光を合成することによって、合成光ＰＬを形成する。
【００３６】
ここで、プリズム２１１は、図中点線によって示された箇所を正六角柱から切り出すことによって形成されている。尚、以下の説明において、元の正六角柱の中心軸を軸Ｐ′とする。以上のプリズム２１１において、青色光射出面２１４及び青色光入射面２２４は、プリズム２１１の切り出されていない隣接する第１〜第３側面のうち第１側面に形成されており、緑色光射出面２１５及び緑色光入射面２２５は、プリズム２１１の第２側面に形成されており、赤色光射出面２１６及び赤色光入射面２２６は、プリズム２１１の第３側面に形成されている。各色光射出面２１４、２１５、２１６と、各色光入射面２２４、２２５、２２６とは、それぞれ第１乃至第３側面を軸Ｐ′に平行な方向に切断することにより二等分された領域に形成されている。また、プリズム２１１の第３側面の対面が、プリズム２１１の第４側面となっており、この第４側面には、同様に二等分された領域のうち、赤色光射出面２１６に対峙する箇所に入射面ＩＦが形成されている。また、プリズム２１１の第２側面の対面が、プリズム２１１の第５側面となっており、この第５側面は、元の正六角柱の一側面を軸Ｐ′に平行な方向に切断することにより二等分された領域の一方を図２の点線部のように切り出した残りの部分である。第５側面のうち、緑色光入射面２２５に対峙する箇所に、射出面ＯＦが形成されている。光分割面２１２ａは、青色光波長領域に対する反射特性により、入射面ＩＦより垂直に所定幅を持って入射する照明光ＳＬのうちの青色光ＢＬを、青色光射出面２１４より垂直に射出させる向き・大きさに設計されている。もう一方の光分割面２１３ａは、軸Ｐ′と、第２及び第３側面の交線とを対辺とする面に形成される。また、光合成面２１２ｂは、軸Ｐ′と、第１及び第２側面の交線とを対辺とする面に形成され、光合成面２１３ｂは、軸Ｐ′と、第４及び第５側面の交線とを対辺とする面に形成される。
【００３７】
以下、本実施形態における合成光ＰＬの形成過程について説明する。照明光学系１０より射出された照明光ＳＬは、プリズム２１１の第４側面に形成されている入射面ＩＦよりプリズム２１１内に略垂直に入射する。入射した照明光ＳＬは、青色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面２１２ａにおいて、反射される青色光ＢＬと透過する黄色光ＹＬとに分割され、それぞれ分割光となる。さらに、光合成面２１２ｂを透過した黄色光ＹＬは、赤色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面２１３ａにおいて、反射される緑色光ＧＬと透過する赤色光ＲＬとに分割され、それぞれ分割光となる。以上のように照明光ＳＬは、２段階で三原色に色分割される。
【００３８】
光分割面２１２ａで反射された青色光ＢＬは、青色光射出面２１４より射出される。射出された青色光ＢＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１７及びフィールドレンズ２０を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｂにより変調されて像光となり、この像光は、青色光入射面２２４へ入射する。
【００３９】
光分割面２１２ａを透過した後に光分割面２１３ａで反射された緑色光ＧＬは、緑色光射出面２１５より射出される。射出された緑色光ＧＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１８及びフィールドレンズ２１を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｇにより変調されて像光となり、この像光は、緑色光入射面２２５へ入射する。
【００４０】
光分割面２１３ａを透過した赤色光ＲＬは、赤色光射出面２１６より射出される。射出された赤色光ＲＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１９及びフィールドレンズ２２を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｒにより変調されて像光となり、この像光は、赤色光入射面２２６へ入射する。
【００４１】
尚、ここで各分割光間において光路差の微調整が必要な場合は、反射ミラー系１７、１８、１９と液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ間の距離を適宜調整することで補正が可能である。特に、本態様の構成では、これらの間隔を全て同じにした場合、青色光ＢＬの光路が短くなってしまう。従って、通常、反射ミラー系１７と液晶ライトバルブ４０ｂとの距離は他のものより長くする必要がある。
【００４２】
青色光入射面２２４より像光として入射した青色光ＢＬは、青色光波長領域に対する反射特性を有する光合成面２１２ｂにおいて反射される一方、緑色光入射面２２５より像光として入射した緑色光ＧＬは、光合成面２１２ｂを透過する。これにより、シアン光ＣＬが合成光として形成される。さらに、赤色光入射面２２６より像光として入射した赤色光ＲＬは、赤色光波長領域に対する反射特性を有する光合成面２１３ｂにおいて反射される一方、シアン光ＣＬは光合成面２１３ｂを透過する。これにより、三原色を合わせた合成光ＰＬが形成され、射出面ＯＦより投射レンズ５０へ射出される。合成光ＰＬは、投射レンズ５０によって投射光としてスクリーン等に投影され、当該スクリーン上に所望の拡大率のカラー合成画像が表示される。
【００４３】
本実施形態における光合成による合成光の形成は、２段階となっている。これにより、光合成面２１２ｂと光合成面２１３ｂとの交差箇所である軸Ｐ′が、合成光ＰＬの光路上の領域外にある。つまり、両光合成面２１２ｂ、２１３ｂは、光合成を形成する有効領域外で互いに交わる。従って、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合等に光合成面同士が交わる箇所を像光が通過することによって生じ得る投影画像上に線状のムラを回避できる。また、本実施形態では、反射ミラー１７、１８、１９を用いて光路の方向を変えていること等により、光透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒを用いることができ、彩度が高く、暗いところでの表示にも好適なプロジェクタ２００を提供することができる。
【００４４】
また、特に本実施形態の場合、照明光ＳＬの入射面ＩＦと合成光ＰＬの射出面ＯＦとが異なる平面上にあるので、照明光学系１０と投射光学系５０とが隣接しないので、各々の大きさ・配置等の自由度が増す。
【００４５】
尚、各ダイクロイック膜である光分割面２１２ａ、２１３ａ及び光合成面２１２ｂ、２１３ｂを他の波長領域反射特性を示すものに適宜置き換えることによって各色光の分割順序を変更することも可能である。この際、各色光に応じて各液晶ライトバルブの設置所を変更すればよい。また、ダイクロイック膜の反射特性及び設置箇所を変更することにより、本実施形態において未使用であったプリズム２１１の側面を第１乃至第５側面として利用することも可能である。
【００４６】
〔第３実施形態〕
これまでは、光分割合成光学系に用いるプリズムとして、六角柱形状のものを使用したが、本実施形態においては、底面が正方形である直方体形状のプリズムを用いた場合について説明する。図３は、第３実施形態におけるプロジェクタの構造の一態様を説明するための平面図である。本実施形態に係るプロジェクタ３００は、照明光学系１０と、透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒと、光分割合成光学系３３０と、反射ミラー系１７、１８、１９と、フィールドレンズ２０、２１、２２と、投射レンズ５０とを備える。ここで、プロジェクタ３００のうち、光分割合成光学系３３０を除いた各構成要素については、その内部構造及び機能が第１実施形態と同様であるため、構造等に関する説明を省略する。
【００４７】
光分割合成光学系３３０は、光分割及び光合成を行う底面を正方形とする直方体のプリズム３１１であり、青色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜３１２と、赤色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜３１３とを備える。また、光分割合成光学系３３０は、プリズムを構成する三側面の一部として、青色光ＢＬを射出する青色光射出面３１４と、緑色光ＧＬを射出する緑色光射出面３１５と、赤色光ＲＬを射出する赤色光射出面３１６と、青色光ＢＬが入射する青色光入射面３２４と、緑色光ＧＬが入射する緑色光入射面３２５と、赤色光ＲＬが入射する赤色光入射面３２６と、照明光ＳＬが入射する入射面ＩＦと、投射光となる合成光ＰＬを射出する射出面ＯＦとを備える。ここで、ダイクロイック膜３１２は、光分割面３１２ａと、光合成面３１２ｂとに分割され、ダイクロイック膜３１３は、光分割面３１３ａと、光合成面３１３ｂとに分割される。これらのうち、光分割面３１２ａ、３１３ａは、入射する照明光を波長領域に応じて分割し、光合成面３１２ｂ、３１３ｂは、各色の像光を合成することによって、合成光ＰＬを形成する。
【００４８】
以上のプリズム３１１において、青色光射出面３１４及び青色光入射面３２４は、プリズム３１１の４つの側面のうち隣接する第１〜第３側面のうち第１側面に形成されており、緑色光射出面３１５及び緑色光入射面３２５は、プリズム３１１の第２側面に形成されており、赤色光射出面３１６及び赤色光入射面３２６は、プリズム３１１の第３側面に形成されている。各色光射出面３１４、３１５、３１６と、各色光入射面３２４、３２５、３２６とは、それぞれ第１乃至第３側面をプリズム３１１の中心軸Ｐ″に平行な方向に切断することにより二等分された領域に形成されている。また、緑色光射出面３１５と緑色光入射面３２５とが形成されているプリズム３１１の第２側面の対面は、プリズム３１１の第４側面なっており、この第４側面には、同様に二等分された領域として、入射面ＩＦと射出面ＯＦとが形成されている。ダイクロイック膜３１２は、第４側面の入射面ＩＦ側の側辺と第１及び第２側面の交線とを対辺とする面に形成され、ダイクロイック膜３１３は、第４側面の射出面ＯＦ側の側辺と第２及び第３側面の交線とを対辺とする面に形成される。ダイクロイック膜３１２とダイクロイック膜３１３との交わる箇所はプリズム３１１の中心軸Ｐ″を含み、中心軸Ｐ″を分岐箇所の基準としてダイクロイック膜３１２、３１３は、それぞれ入射面ＩＦ側にある光分割面３１２ａ、３１３ａと、射出面ＯＦ側にある光合成面３１２ｂ、３１３ｂとに分けられる。
【００４９】
以下、本実施形態における合成光ＰＬの形成過程について説明する。照明光学系１０より射出された照明光ＳＬは、プリズム３１１の第４側面に形成されている入射面ＩＦよりプリズム３１１内に略垂直に入射する。入射した照明光ＳＬは、青色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面３１２ａにおいて、反射される青色光ＢＬと、透過する黄色光ＹＬとに分割され、それぞれ分割光となる。さらに、黄色光ＹＬは、赤色光波長領域に対する反射特性を有する光分割面３１３ａにおいて、反射される赤色光ＲＬと、透過する緑色光ＧＬとに分割され、それぞれ分割光となる。以上のように照明光ＳＬは、２段階で三原色に色分割される。
【００５０】
光分割面３１２ａで反射された青色光ＢＬは、光合成面３１３ｂを透過し、青色光射出面３１４より射出される。射出された青色光ＢＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１７及びフィールドレンズ２０を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｂにより変調されて像光となり、この像光は、青色光入射面３２４へ入射する。
【００５１】
光分割面３１２ａを透過した後に光分割面３１３ａを透過した緑色光ＧＬは、緑色光射出面３１５より射出される。射出された緑色光ＧＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１８及びフィールドレンズ２１を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｇにより変調されて像光となり、この像光は、緑色光入射面３２５へ入射する。
【００５２】
光分割面３１３ａで反射された赤色光ＲＬは、赤色光射出面３１６より射出される。射出された赤色光ＲＬは、第１実施形態と同様にして、反射ミラー系１９及びフィールドレンズ２２を経て、透過型の液晶ライトバルブ４０ｒにより変調されて像光となり、この像光は、赤色光入射面３２６へ入射する。
【００５３】
尚、ここで各分割光間において光路差の微調整が必要な場合は、反射ミラー系１７、１８、１９と液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ間の距離を適宜調整することで補正が可能である。
【００５４】
青色光入射面３２４より像光として入射した青色光ＢＬは、青色光波長領域に対する反射特性を有する光合成面３１２ｂにおいて反射される一方、緑色光入射面３２５より像光として入射した緑色光ＧＬは、光合成面３１２ｂを透過する。これにより、シアン光ＣＬが合成光として形成される。さらに、赤色光入射面３２６より像光として入射し光分割面３１２ａを透過した赤色光ＲＬは、赤色光波長領域に対する反射特性を有する光合成面３１３ｂにおいて、反射される一方、シアン光ＣＬは光合成面３１３ｂを透過する。これにより、三原色を合わせた合成光ＰＬが形成され、射出面ＯＦより投射レンズ５０へ射出される。合成光ＰＬは、投射レンズ５０によって投射光としてスクリーン等に投影され、当該スクリーン上に所望の拡大率のカラー合成画像が表示される。
【００５５】
本実施形態における光合成による合成光の形成は、２段階となっている。これにより、光合成面３１２ｂと光合成面３１３ｂとの交差箇所である中心軸Ｐ″が、合成光の光路上の領域外にある。つまり、両光合成面３１２ｂ、３１３ｂは、光合成を形成する有効領域外で互いに交わる。従って、クロスダイクロイックプリズムを用いる場合等に光合成面同士が交わる箇所を像光が通過することによって生じ得る投影画像上に線状のムラを回避できる。また、本実施形態では、反射ミラー１７、１８、１９を用いて光路の方向を変えていること等により、光透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒを用いることができ、彩度が高く、暗いところでの表示にも好適なプロジェクタ３００を提供することができる。
【００５６】
また、特に、本実施形態では、光分割面３１２ａと、光合成面３１２ｂとはともに同じ青色光波長領域反射特性を有するダイクロイック膜３１２として、また同様に、光分割面３１３ａと、光合成面３１３ｂとはともに同じ赤色光波長領域反射特性を有するダイクロイック膜３１３として作製すればよいので作製が比較的容易となる。尚、プリズム３１１の作製は、例えば、直角三角形を底面とする４つの同一形状の三角柱を組み合わせて接合する際に該当箇所にダイクロイック膜１２、１３を施すことによって形成される。
【００５７】
〔第４実施形態〕
これまでは、光分割合成光学系の形成に、プリズムを用いたが、本実施形態においては、ダイクロイックミラーを組み合わせることにより光分割合成光学系を形成する場合について説明する。図４は、第４実施形態におけるプロジェクタの構造の一態様を説明するための平面図である。本実施形態に係るプロジェクタ４００は、照明光学系１０と、透過型の液晶ライトバルブ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒと、光分割合成光学系４３０と、反射ミラー系１７、１８、１９と、フィールドレンズ２０、２１、２２と、投射レンズ５０とを備える。ここで、プロジェクタ４００のうち、光分割合成光学系４３０を除いた各構成要素については、その内部構造及び機能が第１実施形態と同様であるため、構造等に関する説明を省略する。
【００５８】
光分割合成光学系４３０は、光分割及び光合成を行うダイクロイックミラー系４１１と、青色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜４１２と、赤色光波長領域に対する反射特性面を形成するダイクロイック膜４１３とを備える。さらに、ダイクロイック膜４１２は、光分割面４１２ａと、光合成面４１２ｂとに２分割され、ダイクロイック膜４１３は、光分割面４１３ａと、光合成面４１３ｂとに２分割される。
【００５９】
ダイクロイックミラー系４１１は、ダイクロイック膜４１２とダイクロイック膜４１３とがそれぞれ貼付されることにより形成される２つのダイクロイックミラーがそれぞれの中心位置で交差している。交差した領域を中心領域Ｑとする。中心領域Ｑを境界として、ダイクロイック膜４１２は、光分割面４１２ａと光合成面４１２ｂとに、ダイクロイック膜４１３は、光分割面４１３ａと光合成面４１３ｂとにそれぞれ領域分けされる。また、交差によって、ダイクロイック膜４１２とダイクロイック膜４１３とがなす角を交差角αとする。特に、図４においては、交差角αを６０°とする。この場合、ダイクロイック膜４１２、４１３を図１におけるダイクロイック膜１２、１３と同一の配置と見ることにより、第１実施形態と対比させることができる。つまり、第１実施形態に用いた図１におけるプリズム１１の代わりにダイクロイックミラー系４１１を設置し、中心軸Ｐに代わり中心領域Ｑを全体構造の中心とし、設置されたダイクロイックミラー系４１１上のダイクロイック膜４１２、４１３が図１におけるダイクロイック膜１２、１３と同一の役割を果たす。さらに、照明光学系１０その他の各構成要素についても同等の配置とすることで、図１と同様の光学的制御が可能となり、これにより、第１実施形態におけるプロジェクタ１００と同等の機能をプロジェクタ４００が有する。
【００６０】
また、さらに、交差角度αを９０°とすれば、ダイクロイック膜４１２、４１３を図３におけるダイクロイック膜３１２、３１３と同一の配置と見ることもできる。これにより、第３実施形態と同等のプロジェクタとしての機能を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための平面図である。
【図２】第２実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための平面図である。
【図３】第３実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための平面図である。
【図４】第４実施形態に係るプロジェクタの構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００、２００、３００、４００…プロジェクタ、  １０…照明光学系、  ４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ…液晶ライトバルブ、  ３０、２３０、３３０、４３０…光分割合成光学系、  １７、１８、１９…反射ミラー系、  ２０、２１、２２…フィールドレンズ、  ５０…投射レンズ  １１…プリズム、  １２、１３…ダイクロイック膜、  １２ａ、１３ａ…光分割面、  １２ｂ、１３ｂ…光合成面、  ＳＬ…照明光、  ＰＬ…投射光、  ＢＬ…青色光、  ＧＬ…緑色光、  ＲＬ…赤色光
【図１】
2006078624.tif 000003
【図２】
2006078624.tif 000004
【図３】
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【図４】
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