(57)【要約】【課題】  光学的配置が容易であり、且つ形状を小型化することが可能な色分離合成装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供する。【解決手段】    照明光が入射すると共に合成された変調光が出射する第１のプリズム要素と、この第１のプリズム要素に接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための第１波長選択フィルタを設けた第２のプリズム要素と、この第２のプリズム要素に接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための第２波長選択フィルタを設けた第３のプリズム要素を有し、さらに前記第１、第２、第３のプリズム要素は空間光変調器が対向して配置される第２、第３、第５の面を有する一方、前記第２、第３、第５の面は、前記第１、第２、第３の空間光変調器を経由する各色成分光の当該色分離合成装置内における光路長がすべて同一となる関係位置に設けられる。【選択図】図１
2008292673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を複数の異なる周波数の色成分に分離して各色成分に対応した複数の反射型の空間光変調器に導き、かつ前記各空間光変調器からの変調光を合成する色分離合成装置であって、
前記色分離合成装置は、前記照明光が入射すると共に前記合成された変調光が出射する第１の面を有する第１のプリズム要素と、この第１のプリズム要素における前記第１の面とは異なる面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための第１波長選択フィルタを設けた第２のプリズム要素と、この第２のプリズム要素の前記第１のプリズム要素との接合面とは異なる面であってこの接合面と平行な面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための前記第１波長選択フィルタとは異なる光学的特性を有する第２波長選択フィルタを設けた第３のプリズム要素を有し、
さらに前記第１のプリズム要素は前記第１の面及び前記接合面とは異なる面であって第１の空間光変調器が対向して配置される第２の面を有し、かつ、前記第２のプリズム要素は前記第１のプリズム要素の第２の面と平行な面であって第２の空間光変調器が対向して配置される第３の面を有し、かつ、前記第３のプリズム要素は前記第２のプリズム要素と第３のプリズム要素を接合する面とは異なる面において全反射を行わしめるための第４の面と第３の空間光変調器が対向して配置される第５の面を有する一方、前記第２、第３、第５の面は、前記第１、第２、第３の空間光変調器を経由する各色成分光の当該色分離合成装置内における光路長がすべて同一となる関係位置に設けられ、かつ、前記第４面と第５面とは第３の空間光変調器を経由する各色成分光の変調光と第１、第２の空間光変調器を経由する色成分光の変調光との光路が同一光路上に合成されるべき角度位置にそれぞれ設けられる
ことを特徴とする色分離合成装置。
【請求項２】
光源からの照明光を複数の異なる周波数の色成分に分離して各色成分に対応した複数の反射型の空間光変調器に導き、かつ前記各空間光変調器からの変調光を合成する色分離合成装置を有する投射型表示装置であって、
前記色分離合成装置は、前記照明光が入射すると共に前記合成された変調光が出射する第１の面を有する第１のプリズム要素と、この第１のプリズム要素における前記第１の面とは異なる面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための第１波長選択フィルタを設けた第２のプリズム要素と、この第２のプリズム要素の前記第１のプリズム要素との接合面とは異なる面であってこの接合面と平行な面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための前記第１波長選択フィルタとは異なる光学的特性を有する第２波長選択フィルタを設けた第３のプリズム要素を有し、
さらに前記第１のプリズム要素は前記第１の面及び前記接合面とは異なる面であって第１の空間光変調器が対向して配置される第２の面を有し、かつ、前記第２のプリズム要素は前記第１のプリズム要素の第２の面と平行な面であって第２の空間光変調器が対向して配置される第３の面を有し、かつ、前記第３のプリズム要素は前記第２のプリズム要素と第３のプリズム要素を接合する面とは異なる面において全反射を行わしめるための第４の面と第３の空間光変調器が対向して配置される第５の面を有する一方、前記第２、第３、第５の面は、前記第１、第２、第３の空間光変調器を経由する各色成分光の当該色分離合成装置内における光路長がすべて同一となる関係位置に設けられ、かつ、前記第４面と第５面とは第３の空間光変調器を経由する各色成分光の変調光と第１、第２の空間光変調器を経由する色成分光の変調光との光路が同一光路上に合成されるべき角度位置にそれぞれ設けられる色分離合成装置と、
前記第２、第３、第４の面に対向して配置され第１、第２、第３の反射型の空間光変調器と、
を有し、
前記第１の面から入射された前記照明光を、前記各プリズムにおける前記各空間光変調器が配置された面の法線に対して少なくとも１度以上の入射角度を有する光線として入射させると共に前記各空間光変調器から反射される変調光のうち各プリズムにおける前記各空間光変調器が配置された面の法線方向に出射される変調光が前記第１の面から合成光として出射され、この出射光によって画像表示を行う
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記各プリズム要素における前記各空間光変調器が配置された面から前記各空間光変調器に入射する前記各照明光の入射角度θは、前記空間光変調器の変調面の法線に対して
1°≦θ＜48°                                    ・・・（１）
であることを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記各空間光変調器から射出された後に少なくとも前記第１のプリズム要素を通過して投影されて画像情報を形成する前記各変調光は、前記各空間光変調器の前記変調面に対して垂直となるように、前記各照明光の入射角度θが決定されることを特徴とする請求項２乃至３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記色分離合成装置に入射される照明光を発生する光源と、前記色分離合成装置から射出した前記変調光をスクリーンに向けて投影する少なくとも投影レンズを含む投影光学系とをさらに備えたことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射された光を色分離し、複数の空間光変調器で変調した後、変調光を合成する色分離合成装置及びそれを用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透過型液晶、反射型液晶、２次元的にマイクロミラーアレイを配列したマイクロミラーデバイスなどの空間光変調器を用いた投射型表示装置が知られている。
【０００３】
空間光変調器は、微細な変調素子を数万〜数百万個並べたアレイ構造を有し、個々の変調素子によって、表示する画像の各画素が投影レンズを介してスクリーン上に拡大表示される。
【０００４】
投射型表示装置に用いられる空間光変調器は、大別して、液晶を透明基板間に封止して電位差を与えることで、入射光の偏光方向を変調する液晶デバイスと、微細なＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを静電力によって偏向させ、照明光の反射方向を制御するマイクロミラーデバイスが一般的に使用されている。
【０００５】
また、空間光変調器を用いた投影装置は、１つの空間光変調器を用いてカラー表示を行う単板式投影装置と、各原色成分に対応した複数の空間光変調器を用いてカラー表示を行う多板式投影装置がある。
【０００６】
多板式の投影装置は、単板方式に見られるような光の利用効率の低下、カラーブレイク（「カラーブレイクアップ」ともいう）といった問題は発生せず、高画質が求められる、業務用途向けやハイエンドユーザー向けに実績がある。
【０００７】
さらに、光源から発せられた白色光を光路内に配置した色分離手段によりＲ，Ｇ，Ｂに分離し、各色に割り当てられた個別の空間光変調器に照射し、各空間光変調器によって変調された光線を光路合成手段によって再び合成したのち投影レンズによって投影する多板式投影装置の反射型空間光変調器に対応した光学構成例がある（特許文献１参照）。
【０００８】
従来の多板式投影装置に用いられている色分離合成手段とそれを用いた投射型表示装置を図８に示す。
【０００９】
光源１１１から発生する照明光は無偏光の白色光である。光源１１１から発生した光源光は、楕円鏡１１２で集光もしくは平行光にされ、コンデンサーレンズ１１３よりＴＩＲプリズム（全反射プリズム）１１４へ導かれる。
【００１０】
ＴＩＲプリズム１１４は臨界角反射条件を利用し、コンデンサーレンズ１１３によって導かれた、光源からの白色光を前記ＴＩＲプリズム１１４のＴＩＲ面に臨界角以上で入射することで全反射させて、色分離合成光学系１１５へと導く。色分離合成光学系１１５からの投影光はＴＩＲ面に臨界角以下で入射することで全反射することなく透過して投影レンズ１１６へ導かれ、スクリーン１１７上へ投影される。
【００１１】
色分離合成光学系１１５は、第１のプリズム１１５P1と第２のプリズム１１５P2と第３のプリズム１１５P3とからなり、第１プリズム１１５P1と第３プリズム１１５P3との間に第１のプリズム面から順に、第１の波長選択フィルタ１１５R1と空気層が存在し、第２プリズム１１５P2と第３プリズム１１５P3とは、その間に第２波長選択フィルタ１１５B1を介して接合されている。第１及び第２の波長選択フィルタ１１５R1，１１５B1は、光源からの照明光を波長によって選択的に透過または反射させる。
【００１２】
光源からの照明光は第１プリズム１１５P1に入射された後に第１プリズム１１５P1を透過し、第１プリズム１１５P1の出射面側に設けられている第１の波長選択フィルタ１１５R1によって、赤色波長である第１光Ｒを反射させ、緑色波長である第２光Ｇと青色波長である第３光Ｂとは透過する。
【００１３】
反射された第１光Ｒはさらに全反射面１１５P11で全反射された後に第１のプリズム１１５P1から出射し、空間光変調器１１５R2に導かれる。空間光変調器１１５R2で変調された光は再び第１のプリズム１１５P1に入射する。
【００１４】
第１プリズム１１５P1を透過した第２光Ｇと第３光Ｂとは空気層を通って第３プリズム１１５P3に入射する。第２光Ｇと第３光Ｂは、さらに第３プリズム１１５P3を透過し、第２の波長選択フィルタ１１５B1によって青色波長である第３光Ｂは反射され、緑色波長である第２光Ｇは透過する。
【００１５】
反射された第３光Ｂはさらに全反射面１１５P31により全反射された後に、第３のプリズム１１５P3から出射し、空間光変調器１１５B2に導かれる。
【００１６】
空間光変調器１１５B2で変調された光は再び第３のプリズム１１５P3に入射する。
【００１７】
第２の波長選択フィルタ１１５B1を透過して第２のプリズム１１５P2に入射した緑色波長である第２光Ｇは、第２プリズム１１５P2を透過した後に出射し、空間光変調器１１５G2に導かれる。空間光変調器１１５G2で変調された光は再び第２のプリズム１１５P2に入射する。
【００１８】
空間光変調器１１５R2で変調され第１のプリズム１１５P1に入射した光と、空間光変調器１１５B2で変調され第３のプリズム１１５P3に入射した光と、空間光変調器１１５G2で変調され第２のプリズム１１５P2に入射した光は、それぞれ各空間光変調器に入射したのと別経路を戻り、第１のプリズム１１５P1の全反射面１１５P11を透過して、各光が合成された状態で投影レンズ１１６へ導かれる。
【特許文献１】米国特許４９６９７３０号公報
【特許文献２】特開平４−３３８７３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、図８を用いて説明した特許文献１に記載されているような従来例の場合、第１のプリズム１１５P1の全反射面１１５P11と第３のプリズム１１５P3の全反射面１１５P31での臨界角全反射条件をそれぞれ満足させなくてはならず、光学的配置が難しいという欠点が存在していた。
【００２０】
このため、それぞれの条件を共に満足させようとした場合、必然的に第１光Ｒと第３光Ｂの光路長が長くなってしまい、色分離合成光学系を構成する全体構成が大きくなってしまうという欠点も存在する。また、前述のとおり、色分離合成光路長が長くなってしまうということは、光を投射する投射レンズ１１６のバックフォーカスが長くなってしまい、投射レンズ１１６に光学的負担をもたせなければならず、投射レンズ１１６の大型化といった欠点も含んでいる。
【００２１】
一方、特許文献２に示す光学系を採用した場合においても、その出射光学系側では、各原色にそれぞれ対応した集光レンズ群８に加えて図１ではさらに各原色に対応した投写レンズが必要であるものの、投写される映像品質を確保するためにはこの投写レンズの性能バラツキを抑えて同じレベルの出来栄えに揃える必要や組み付け誤差を高いレベルで管理する必要があり、あるいは図３の構成の場合は出射光学系側としてケスタープリズムを１つだけ用意すれば足りるため図１の構成のような性能バラツキや組み付け誤差を抑える必要は生じないものの、大型のケスタープリズムを２個使用することとなり、装置の大型化は避けられない。
【００２２】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、色分離合成光学系の光学的配置が容易であり、且つ形状を小型化することが可能な色分離合成装置及びそれを用いた投射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成する本発明の色分離合成装置は、光源からの照明光を複数の異なる周波数の色成分に分離して各色成分に対応した複数の反射型の空間光変調器に導き、かつ前記各空間光変調器からの変調光を合成する色分離合成装置であって、前記色分離合成装置は、前記照明光が入射すると共に前記合成された変調光が出射する第１の面を有する第１のプリズム要素と、この第１のプリズム要素における前記第１の面とは異なる面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための第１波長選択フィルタを設けた第２のプリズム要素と、この第２のプリズム要素の前記第１のプリズム要素との接合面とは異なる面であってこの接合面と平行な面において接合されると共にこの接合面上に波長分離を行うための前記第１波長選択フィルタとは異なる光学的特性を有する第２波長選択フィルタを設けた第３のプリズム要素を有し、さらに前記第１のプリズム要素は前記第１の面及び前記接合面とは異なる面であって第１の空間光変調器が対向して配置される第２の面を有し、かつ、前記第２のプリズム要素は前記第１のプリズム要素の第２の面と平行な面であって第２の空間光変調器が対向して配置される第３の面を有し、かつ、前記第３のプリズム要素は前記第２のプリズム要素と第３のプリズム要素を接合する面とは異なる面において全反射を行わしめるための第４の面と第３の空間光変調器が対向して配置される第５の面を有する一方、前記第２、第３、第５の面は、前記第１、第２、第３の空間光変調器を経由する各色成分光の当該色分離合成装置内における光路長がすべて同一となる関係位置に設けられ、かつ、前記第４面と第５面とは第３の空間光変調器を経由する各色成分光の変調光と第１、第２の空間光変調器を経由する色成分光の変調光との光路が同一光路上に合成されるべき角度位置にそれぞれ設けられることを特徴とする。
【００２４】
この場合に、各光線の反射回数はすべて１回で統一されているため、各色成分画像での画像反転などの画像処理を不要にすることができる。反射回数は色分離時に必要となる１回だけで統一できており、それ以上の余分な反射や全反射を伴うことなく光路を設定できるため、光路長の短縮化がはかれて色分離合成装置の小型化に大きく貢献できる。また、第１及び第２波長選択フィルタが平行に並べられていることから、色分離後の各色光の進行角度が同一であり光学的配置特性がとても容易である。
【００２５】
また、前記各空間光変調器に入射する前記各照明光の入射角度θは、前記空間光変調器の変調面の法線に対して、
１°≦θ＜４８°                                ・・・（１）
であることを特徴とするので、光学系設計の際に自由度をもつことができる。
【００２６】
また、前記各空間光変調器から射出された後に少なくとも前記第１のプリズム要素を通過して投影されて画像情報を形成する前記各変調光は、前記各空間光変調器の前記変調面に対して垂直となるように、前記各照明光の入射角度θが決定されることを特徴とするので、色分離光学装置への再入射角度も垂直入射となり、各色光の収差をおさえることができるようになる。
【００２７】
さらに、上記目的を達成する本発明の投射型表示装置は、前記色分離合成装置に入射される照明光を発生する光源と、前記色分離合成装置から射出した前記変調光をスクリーンに向けて投影する少なくとも投影レンズを含む投影光学系とをさらに備える投射型表示装置とすることもできる。
【発明の効果】
【００２８】
以上、本実施例に係る色分離合成装置及びそれを用いた投射型表示装置によれば、色分離合成装置の光学的配置が容易であり、且つ形状を小型化することが可能である。結果、色分離合成装置内の光線光路を短縮することができる。つまり投影レンズのバックフォーカスを短くすることができ、投影レンズに掛かる、光学的負担が軽減され、投影レンズの設計自由度が増し、小型化することも可能であり、投射型表示装置全体の小型化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００３０】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る色分離合成装置及びそれを用いた投影型表示装置の主要構成を示す図である。同図において、光源１は、高圧水銀ランプ、キセノンランプを適用でき、あるいはレーザダイオード（ＬＤ）やＬＥＤなどの単色光源、蛍光体を照射して多波長光を得る複合光源などを適用することも可能である。図１では、発生する照明光は無偏光の白色光であり、光源から発生した光源光は、楕円鏡２で集光され、インテグレータロッド３へ導かれる。
【００３１】
インテグレータロッド３は断面が四角形の角柱形状であり、一方の端面である光入射面３ａから入射して内部に入った光をその内部側面で全反射させて、照度分布を均一化して他方の端面である光出射面３ｂに導き、そこから出射させる。
【００３２】
本実施例では、照度分布均一化の具体例について、インテグレータロッドを用いて説明を行っているが、照度分布均一化のため、図２のような、微小なコンデンサーレンズを並列に多数配置した形状の第一のフライアイレンズ３１と第二のフライアイレンズ３２によって照度分布均一化を行う、フライアイタイプでの構成でも良い。
【００３３】
インテグレータロッド３によって、十分に照度分布が均一化された白色光は、コンデンサーレンズ４によって、色分離合成装置５へと導かれる。図１では、凸レンズ一枚による構成として説明しているが、レンズ形状、枚数は、これに限定されない。
【００３４】
次に図３を用いて色分離合成装置５の詳細を説明する。
【００３５】
色分離合成装置５は、光源１からの照明光Ｌ1が入射する第１プリズム５P1と、第１プリズム５P1に第１波長選択フィルタ５D1を介して接合される第２プリズム５P2と、第２プリズム５P2に第１波長選択フィルタ５D1とは異なる光学的特性を有する第２波長選択フィルタ５D2を介して接合される第３プリズム５P3からなる。
【００３６】
そして、第１プリズム５P1と第２プリズム５P2の接合面に配置された第１の波長選択フィルタ５D1と、第２プリズム５P2と第３プリズム５P3の接合面に配置された第２の波長選択フィルタ５D2は互いに平行な位置に配置される。
【００３７】
第１プリズム５P1は、第２プリズム５P2との接合面以外に、光入出射面として機能する第１面５1と第２面５2を有し、第２プリズム５P2は、第１プリズム５P1及び第３プリズム５P3との接合面以外に、光入出射面として機能する第３面５3を有し、第３プリズム５P3は、第２プリズム５P2との接合面以外に、光反射面として機能する第４面５4と光入出射面として機能する第５面５5を有する。
【００３８】
そして、第２面５2と第３面５3は、互いに平行な位置に配置される。第５面５5は第４面５4と共働して、第４面５4に到達して反射し第５面５5を経由して入出射した後にさらに第４面５4に到達して反射される光線の第２波長選択フィルタ５D2への出射時において他の色要素変調光線と合成されるべき光路を形成できるべくそれぞれの角度位置が決定されている。この角度位置の組み合わせは、所望の光線が出射できれば足りるものであるから適宜の組み合わせを採用可能である。
【００３９】
このような構成の色分離合成装置５において、光源１からの照明光Ｌ1は、第１面５1から入射し、第１波長選択フィルタ５D1で第１照明光ＬB1と第２照明光ＬGR1に分離される。第１波長選択フィルタ５D1で反射した青色波長である第１照明光ＬB1は、第２面５2から第１プリズム５P1の外に出射して第１の空間光変調器５BDに入射する。
【００４０】
第１波長選択フィルタ５D1を透過した緑色波長及び赤色波長を含む第２照明光ＬGR1は、第２波長選択フィルタ５D2で緑色波長である第３照明光ＬG1と赤色波長である第４照明光ＬR1に分離される。
【００４１】
第２波長選択フィルタ５D2で反射した第３照明光ＬG1は、第３面５3から第２プリズム５P2の外に出射して第２の空間光変調器５GDに入射する。第２波長選択フィルタ５D2を透過した第４照明光ＬR1は、第４面５4で全反射し、第５面５5から第３プリズム５P3の外に出て第３の空間光変調器５RDに入射する。
【００４２】
第１の空間光変調器５BDで反射された第１変調光ＬB2は、第２面５2から第１プリズム５P1内に入射し、第１波長選択フィルタ５D1に到達し反射される。また、第２の空間光変調器５GDで反射された第３変調光ＬG2は、第３面５3から第２プリズム５P2内に入射し、第２波長選択フィルタ５D2に到達し反射される。さらに、第３の空間光変調器５RDで反射された第４変調光ＬR2は、第５面５5から第３プリズム５P3内に入射し、第４面５4で全反射され、第２波長選択フィルタ５D2に入射しこれを透過する。
【００４３】
第２波長選択フィルタ５D2に到達して反射された第３変調光ＬG2及び入射して透過した第４変調光ＬR2は、合成された状態の第２変調光ＬGR2となり、第１波長選択フィルタ５D1に入射し、さらにこれを透過する。
【００４４】
そして、第１波長選択フィルタ５D1に到達して反射された第１変調光ＬB2及び入射して透過した第２変調光ＬGR2は、合成された状態の変調光Ｌ2となり、第１面５1から第１プリズム５P1外に射出される。この時、第１面５1に入射する照明光Ｌ1の光路と、第１面５1から射出される変調光Ｌ2の光路とはそれぞれ異なった経路を通過する光路となっている。その後、変調光Ｌ2は、投射型表示装置に設けられた投影レンズ６を通り、スクリーン７に拡大投影される。
【００４５】
第１照明光ＬB1及び第１変調光ＬB2を含む経路の光路長と、第３照明光ＬG1及び第３変調光ＬG2を含む経路の光路の光路長は同一となるように第２面５2と第３面５3の位置がそれぞれ決定される。さらに第４照明光ＬR1及び第４変調光ＬR2を含む経路の光路長も同一となるように第４面５4と第５面５5の位置がそれぞれ決定される。この関係が維持さえされれば第４面５4と第５面５5の角度位置は任意に決定して良い。なお、第１波長選択フィルタ５D1と第２波長選択フィルタ５D2とは互いに平行であるから、第２面５2と第３面５3も互いに平行になる。
【００４６】
このような本実施形態の色分離合成装置５では、第１の波長選択フィルタ５D1と第２波長選択フィルタ５D2が平行であるように配置されていることから、第１波長選択フィルタ５D1で反射された第１照明光ＬB1と、第２波長選択フィルタ５D2で反射された第３照明光ＬG1の光線進行角度は同一であり（即ち、各光線は互いに平行であり）、第４照明光ＬR1のうち第４面５4に到達するまでの光線部分と第３照明光ＬG1は第２波長選択フィルタ５D2をはさんで、正負逆に光線の進行角度は同一である（即ち、フィルタに対する角度が同一である）。
【００４７】
本実施形態では、第１及び第２波長選択フィルタ５D1，５D2での反射分離を含めて、各光線の反射回数はすべて１回で統一されており、反射回数が同じである。即ち、反射回数が異なる色成分画像は、他の色成分画像に対して画像が反転してしまうなどの問題が発生するが、反射回数を統一したことによりこのような画像反転などの画像処理を不要にすることができる。反射回数は色分離時に必要となる１回だけで統一できており、それ以上の余分な反射や全反射を伴うことなく光路を設定できるため、光路長の短縮化がはかれて色分離合成装置の小型化に大きく貢献できる。また、第１及び第２波長選択フィルタ５D1，５D2が互いに平行に配置されていることから、色分離後の各色光の進行角度が同一であり光学的配置特性がとても容易になる。３つのプリズム要素とこの各プリズム要素間に波長選択フィルタを設けるのみという簡便な構成でありながら、余分な光路反射を伴うことなく、光線の反射回数も統一化をも実現した、光の分離と合成のすべての機能を実現できる。
【００４８】
本実施形態における各空間光変調器は、図４に示すようなＤＭＤチップ(デジタルマルチミラーデバイスあるいはデジタルマイクロミラーデバイス)等のマイクロミラーデバイスの赤色５RD、緑色５GD及び青色５BD用のものをそれぞれ一つずつ使用する構成としている。
【００４９】
これらチップの各ピクセルは、図示しない制御回路からの駆動信号に従って、該ピクセルに入射する光を‘オン状態’または‘オフ状態’の向きにすることができる。駆動信号は投射される画像情報に基づいて生成されるが、詳細は省略する。各ピクセルは、個別に傾斜方向と変位時間を制御され、照明光を投影光路に沿って、変調光として反射する。図４ａに示すオン状態の光は再び色分離合成装置５に入射し、色合成され、色分離合成装置５から出射し、投影レンズ６へ導かれ、投射される画像情報となる。反対に図４ｂまたは図４ｃに示すオフ状態の光は投影レンズ６へ導かれないため画像情報とならずに実質的に暗いピクセルを生じることになる。
【００５０】
ところで、オフ状態の光が投影レンズに入り込んだ場合、本来暗いピクセルを生じる場所に光がうつり込み、コントラストの低下などの問題が発生してしまう。そこで、本発明では、前記オフ状態の変調光は、その光路として投影レンズ６へは導かれないような構成がとられている。
【００５１】
また、図示しないが、オフ状態の変調光の光路には、光吸収部材などが備え、投影レンズ６にオフ状態の光を導かないような構成にしても良い。
【００５２】
また、色分離合成装置５内での、各光線の変調前と変調後での光路が異なることが望ましい。
【００５３】
図５に示すように、各波長域帯に分離された照明光の各波長に対応するマイクロミラーデバイス５BD、５GD、５RDに対する入射角度θは、マイクロミラーデバイス５BD、５GD、５RDの変調面５Mの法線Ｎに対して
１°≦θ＜４８°                                ・・・（１）
の角度で入射し、変調面５Mに対して略垂直方向に変調されてオン状態の変調光となり、第２面５2、第３面５3、第５面５5の各入射面に対して略垂直方向から入射することが望ましい。
【００５４】
以上、本実施形態に係る色分離合成装置５及びそれを用いた投射型表示装置によれば、色分離合成装置５の光学的配置が容易であり、且つ形状を小型化することが可能である。結果、色分離合成装置５内の光線光路を短縮することができる。つまり投影レンズ６のバックフォーカスを短くすることができ、投影レンズ６に掛かる、光学的負担が軽減され、投影レンズ６の設計自由度が増し、小型化することも可能であり、投射型表示装置全体の小型化が可能である。
【００５５】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。図６に示すように、第２実施形態は、第１実施形態における投射型表示装置の色分離合成装置５の前にＴＩＲプリズム（全反射プリズム）８を配置するものである。
【００５６】
ＴＩＲプリズム８は臨界角反射条件を利用し、コンデンサーレンズ４によって導かれた、光源からの白色光を前記ＴＩＲプリズム８のＴＩＲ面８ａに臨界角以上で入射することで全反射させて、色分離合成装置５へと導く。色分離合成装置５からの変調光はＴＩＲ面に臨界角以下で入射することで全反射を発生せず透過し、投影レンズ６へ導かれる。
【００５７】
第２実施形態に係る色分離合成装置５及びそれを用いた投射型表示装置によれば、照明光Ｌ1と変調光Ｌ2の進行方向角度を、完全に別方向に切り変えることが可能であり、投射型表示装置全体の各パーツである光源１、色分離合成装置５、投影レンズ６がその配置位置に対する制約を受けずに高い自由度を持って容易に配置することができ、全体を小型化することが可能である。
【００５８】
また、図６に対して、入射側と出射側が逆に配置された構成でもよい。さらに、図示しないが、ＴＩＲプリズム８と色分離合成装置５を複数用いて、色再現性を向上させるような構成にしても良い。
【００５９】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。図７に示すように、第３実施形態は、第１実施形態における色分離合成装置１５から光学的性能に影響がない部分を削除したものであり、あるいは単純な形状に形状を変更したものである。図７（ａ）に示す色分離合成装置１５は、図３の色分離合成装置５の上部頂点部材を削除した形状の第１プリズム１５P1と第２プリズム１５P2を有している。図７（ｂ）では、図７（ａ）における色分離合成装置１５の第２プリズム１５P2上部の削除した面をそのまま延長して、第１及び第２波長選択フィルタ１５D1，１５D2に対して略垂直な面をにプリズム形状を変更した形状である。図７（ｃ）は、図３の色分離合成装置５の第１プリズム１５P1下部にある第１面、第２面及び第１波長選択フィルタ１５D1以外の面を削除した形状である。なお、本実施例における頂点部分の切り取り角度や形状及び付加形状は例であり、本実施形態におけるこれらの角度や形状は光学的に影響がない範囲において条件に制約はない。
【００６０】
以上、本実施形態に係る色分離合成装置１５及び投射型表示装置においても、色分離合成装置の光学的配置が容易であり、且つ形状を小型化することが可能である。その結果、色分離合成装置１５内の光線光路を短縮することができる。つまり投影レンズ６のバックフォーカスを短くすることができ、投影レンズ６にかかる光学的負担が軽減され、投影レンズ６の設計自由度が増し、小型化することも可能であり、投射型表示装置全体の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による第１実施形態の投射型表示装置の全体構成を示す図である。
【図２】照明分布を均一化する構成としてフライアイタイプを採用した場合の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の色分離合成装置の詳細図である。
【図４】マイクロミラーデバイスの動作を説明する図である。
【図５】マイクロミラーデバイスへの光線の入射角度を定義する図である。
【図６】本発明の第２実施形態の投射型表示装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態の色分離合成装置の詳細図である。
【図８】従来例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…光源
２…楕円鏡
３…インテグレータロッド
３１…第一のフライアイレンズ
３２…第二のフライアイレンズ
４…コンデンサーレンズ
５…色分離合成装置
５P1、１５P1…第１プリズム
５P2、１５P2…第２プリズム
５P3、１５P3…第３プリズム
５D1、１５D1…第１波長選択フィルタ
５D2、１５D2…第２波長選択フィルタ
５BD…第１のマイクロミラーデバイス
５GD…第２のマイクロミラーデバイス
５RD…第３のマイクロミラーデバイス
５M…変調面
５1…第１面
５2…第２面
５3…第３面
５4…第４面
５5…第５面
６…投影レンズ
７…スクリーン
８…ＴＩＲプリズム（全反射プリズム）
８ａ…ＴＩＲ面
Ｌ1…照明光
ＬB1…第１照明光
ＬGR1…第２照明光
ＬG1…第３照明光
ＬR1…第４照明光
Ｌ2…変調光
ＬB2…第１変調光
ＬGR2…第２変調光
ＬG2…第３変調光
ＬR2…第４変調光
【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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