(57)【要約】【課題】クロスダイクロイックミラーを使用せずに、光源から被照射物またはライトバルブまでの光路長が等しくなる色分解光学系および投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】第１色光と第２色光と第３色光とを有する光源からの光を偏光ビームスプリッタで偏光分離し、この光を第１のダイクロイックミラーで第１色光を透過し、第２色光と第３色光との混合光を反射して偏光ビームスプリッタ戻す。第１のダイクロイックミラーの入射面と射出面とにそれぞれ配置された１／４波長位相板で混合光は偏光方向が回転し、偏光ビームスプリッタで反射され、第２のダイクロイックミラーで第２色光と前記第３色光とに色分解される。第１のダイクロイックミラーは各色光が照射される被照射物までの各色光の光路長が等しくなる位置に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１色光と第２色光と第３色光とを有する光源からの光を偏光分離して射出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を射出した前記光源からの光を前記第１色光と、前記第２色光と前記第３色光との混合光とに色分解し、前記第１色光と前記混合光のいずれか一方を反射して前記偏光ビームスプリッタに入射させる第１のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーの前記光源からの光が入射する入射面側と透過した光が射出する射出面側とにそれぞれ配置される１／４波長位相板と、
前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解する第２のダイクロイックミラーとを有すること
を特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
前記第１のダイクロイックミラーから、前記第１のダイクロイックミラーと前記第２のダイクロイックミラーとで色分解された各色光が照射する被照射物までの前記各色光の光路長が等しいこと
を特徴とする請求項１に記載の色分解光学系。
【請求項３】
前記偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタであること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の色分解光学系。
【請求項４】
光源からの光を第１色光と第２色光と第３色光とに色分解する色分解光学系と、前記色分解された各色光を変調して射出する各色毎に配置されたライトバルブと、
前記ライトバルブを射出した前記各色光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成された光を投射する投射レンズと、
を有する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、
前記光源からの光を偏光分離して射出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を射出した前記光源からの光を前記第１色光と、前記第２色光と前記第３色光との混合光とに色分解し、前記第１色光と前記混合光のいずれか一方を反射して前記偏光ビームスプリッタに入射させる第１のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーの前記光源からの光が入射する入射面側と透過した光が射出する射出面側とにそれぞれ配置される１／４波長位相板と、
前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解する第２のダイクロイックミラーとを有すること
を特徴とする投射型表示装置。
【請求項５】
前記第１のダイクロイックミラーから前記各色光毎に配置されたライトバルブまでの前記各色光の光路長が等しいこと
を特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置
【請求項６】
前記偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記ライトバルブは透過型ライトバルブであること
を特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
前記ライトバルブは反射ライトバルブであること
を特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項９】
前記色合成光学系はクロスダイクロイックプリズムであること
を特徴とする請求項４から請求項８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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、反射型ライトバルブから射出した光を偏光ビームスプリッタで偏光分離して検光し，検光した光をクロスダイクロイックプリズムで色合成した後に、投射レンズにて投射する構成の投射型表示装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
図５はこのような従来の投射型表示装置の構成を示す図である。光源５１から射出した光は、光軸に対して４５度の角度を有するように斜めに配置されたＢ（青）光反射ダイクロイックミラー５２に入射し、反射するＢ光と、透過するＲ（赤）光とＧ（緑）光の混合光とに色分解される。Ｒ光とＧ光の混合光はさらに、Ｂ光反射ダイクロイックミラー５２と平行に光軸上に配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー５３に入射し、反射するＧ光と、透過するＲ光とに色分解される。
【０００４】
Ｂ光反射ダイクロイックミラー５２で反射されたＢ光は、反射ミラーで偏向され、偏光ビームスプリッタ５４Ｂに入射し、偏光ビームスプリッタ５４Ｂの偏光分離部で反射された光は、偏光ビームスプリッタ５４Ｂの射出面近傍に配置された反射型ライトバルブ５５Ｂに入射する。
【０００５】
Ｇ光反射ダイクロイックミラー５３で色分解されたＧ光とＲ光は、それぞれの光に対して配置された偏光ビームスプリッタ５４Ｇ、５４Ｒに入射し、その偏光分離部で反射されて、射出し、それぞれの射出面近傍に配置された反射型ライトバルブ５５Ｇ、５５Ｒに入射する。
【０００６】
各色光用の反射型ライトバルブに入射した各色光はそれぞれの色信号によって変調されて反射、射出され、各色光用の偏光ビームスプリッタに再度入射し、偏光分離部を透過する光が検光光として取りだされ、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム５６にそれぞれ異なる面から入射し色合成された後、投射レンズ５７に入射して、図示しないスクリーン上にフルカラーの拡大像が投射される。
【０００７】
このような投射型表示装置では光源から各色光用の反射型ライトバルブまでの光路長がＲ光とＧ光は同じであるが、Ｂ光の光路長はＲ光、Ｇ光の光路長より長くなってしまうため、Ｂ光の光路中にリレーレンズを配置しなくてはならなかった。
【０００８】
この問題を解決するため、各色光の光路長を等しくした投射型表示装置が知られている（特許文献２、３）。この投射型表示装置は、光源からの光をＢ光と、Ｒ光とＧ光との混合光とに分離するために、２枚のダイクロイックミラーを組み合わせたクロスダイクロイックミラーを使用し、このクロスダイクロイックミラーから各色光用のライトバルブまでの光路長が等しくなるように構成されている。
【０００９】
【特許文献１】
特許第２５９９３０９号公報（図１３）
【００１０】
【特許文献２】
特開平８−２３４１５６号公報（図１）
【００１１】
【特許文献３】
特開平１０−１３３３０１号公報（図１）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記投射型表示装置では光源から各色光用のライトバルブまでの各色光の光路長は等しくなるが、クロスダイクロイックミラーを使用しているため、クロスダイクロイックプリズムの組み立て調整が難しく、また投射型表示装置の光学系の調整も難しいという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、クロスダイクロイックミラーを使用せずに、光源からライトバルブまでの光路長が等しくなる色分解光学系および投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために請求項１に記載の発明は、第１色光と第２色光と第３色光とを有する光源からの光を偏光分離して射出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を射出した前記光源からの光を前記第１色光と、前記第２色光と前記第３色光との混合光とに色分解し、前記第１色光と前記混合光のいずれか一方を反射して前記偏光ビームスプリッタに入射させる第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーの前記光源からの光が入射する入射面側と透過した光が射出する射出面側とにそれぞれ配置される１／４波長位相板と、前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解する第２のダイクロイックミラーとを有することを特徴とする色分解光学系を提供する。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の色分解光学系において、前記第１のダイクロイックミラーから、前記第１のダイクロイックミラーと前記第２のダイクロイックミラーとで色分解された各色光が照射する被照射物までの前記各色光の光路長が等しいことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の色分解光学系において、前記偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタであることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、光源からの光を第１色光と第２色光と第３色光とに色分解する色分解光学系と、前記色分解された各色光を変調して射出する各色毎に配置されたライトバルブと、前記ライトバルブを射出した前記各色光を色合成する色合成光学系と、前記色合成された光を投射する投射レンズ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、前記光源からの光を偏光分離して射出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を射出した前記光源からの光を前記第１色光と、前記第２色光と前記第３色光との混合光とに色分解し、前記第１色光と前記混合光のいずれか一方を反射して前記偏光ビームスプリッタに入射させる第１のダイクロイックミラーと、前記第１のダイクロイックミラーの前記光源からの光が入射する入射面側と透過した光が射出する射出面側とにそれぞれ配置される１／４波長位相板と、前記混合光を前記第２色光と前記第３色光とに色分解する第２のダイクロイックミラーとを有することを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の投射型表示装置において、前記第１のダイクロイックミラーから前記各色光毎に配置されたライトバルブまでの前記各色光の光路長が等しいことを特徴とする。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５に記載の投射型表示装置において、前記偏光ビームスプリッタはワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタであることを特徴とする。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、前記ライトバルブは透過型ライトバルブであることを特徴とする。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の投射型表示装置において、前記ライトバルブは反射ライトバルブであることを特徴とする。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項４から請求項８に記載の投射型表示装置において、前記色合成光学系はクロスダイクロイックプリズムであることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である投射型表示装置の平面構成図である。図１に示す方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸と定義する。なおＺ軸方向は紙面に垂直である。ランプと放物面形状の凹面鏡とから構成される光源１０１からＸ軸方向に射出されるＲ（赤）光、Ｇ（緑）光、Ｂ（青）光の成分を有する光源からの光は、偏光変換装置１０２で光軸に対して垂直で、ＸＹ平面に平行な方向に振動方向を有する偏光した光に変換される。偏光変換装置１０２を射出した偏光光は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３は、ガラス基板上に所定の間隔でアルミニウムの薄膜をグリッド状に形成した偏光ビームスプリッタである。このワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３はＸＹ平面に垂直で、入射光の光軸に対して４５度傾けられており、入射した偏光光を透過する向きにワイヤーグリッドが配置されている。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３を透過した光源からの光は、偏光度がさらに向上され、１／４波長位相板１０５に入射して円偏光に変換された後、光軸に対して垂直に配置されてたＲ光とＧ光とを反射し、Ｂ光を透過する特性を有するダイクロイックミラー１０４に入射して、ダイクロイックミラー１０４を反射するＲ光とＧ光との混合光と、透過するＢ光とに色分解される。ダイクロイックミラー１０４は偏光ビームスプリッタ１０３と後述する偏向ミラー１０８の間の光路のほぼ中央に配置されている。なお１／４波長位相板１０５は、ダイクロイックミラー１０４の入射面側に、その光学軸が、偏光した光源からの光の偏光方向に対して、４５度傾いた方向に配置されている。
【００２４】
ダイクロイックミラー１０４を透過したＢ光はその射出面側に配置した１／４波長位相板１０６に入射し、ＸＹ平面に垂直な方向に振動方向を有する偏光した光に変換される。１／４波長位相板１０６の光学軸は、１／４波長位相板１０５の光学軸と同じ方向になるように配置される。１／４波長位相板１０６を射出したＢ光は、偏向ミラー１０８で進行方向を変えてＹ軸方向に進行し、偏光ビームスプリッタ１０９Ｂに入射して、偏光ビームスプリッタ１０９Ｂの偏光分離部で反射されてＸ軸方向に射出し、Ｂ光用反射型ライトバルブ１１０Ｂに入射する。
【００２５】
ダイクロイックミラー１０４で反射されたＲ光とＧ光との混合光は、再度１／４波長位相板１０５を透過してＸＹ平面に垂直な方向に振動方向を有する偏光した光に変換される。１／４波長位相板１０５を射出したＲ光とＧ光の混合光は、再度ワイヤーグリッド偏光ビームプリッタ１０３に入射するが、偏光方向が偏光変換装置１０２を射出した時の光の偏光方向から９０度回転しているので、ワイヤーグリッド偏光ビームプリッタ１０３でＹ軸方向に反射される。ワイヤーグリッド偏光ビームプリッタ１０３で反射された混合光は、光軸に対して４５度の角度で配置されたＧ光を反射し、Ｒ光を透過させる特性を有するダイクロイックミラー１０７に入射し、反射してＸ軸方向に進むＧ光と、透過してＹ軸方向に進むＲ光とに色分解される。色分解されたＲ光とＧ光は、それぞれの色光毎に配置された偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇに入射し、偏光分離部で反射されて偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇから射出し、反射型ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｂに入射する。ここでダイクロイックミラー１０７から偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ間での光路長はそれぞれ等しい。なお図１に示すように、ダイクロイックミラー１０４から各色光用の反射型ライトバルブまでの光路長は、各色光で等しくなっている。
【００２６】
各色光用の反射型ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに入射した各色光は、各色用の信号によって変調されて反射、射出し、各色光用の偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂに再度入射する。偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂの偏光分離部では、変調された光が透過され、検光光として射出する。射出した検光光は、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズム１１１にそれぞれ異なる面から入射する。クロスダイクロイックプリズム１１１は内部にＲ光反射ダイクロイック膜１１１ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１１ＢはＸＹ平面に垂直で、互いに直交する方向に配置された複合プリズムで、入射したＲ光はＲ光反射ダイクロイッロイック膜１１１Ｒで反射、Ｂ光はＢ光反射ダイクロイック膜１１１Ｂで反射、Ｇ光はＲ光反射ダイクロイッロイック膜１１１ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１１１Ｂとを透過することによって色合成される。色合成された光は、投射レンズ１１２に入射して、図示しないスクリ−ン上にフルカラー像が拡大投射される。
【００２７】
以上説明した実施形態の投射型表示装置では、光源からの光はダイクロイックミラー１０４でＢ光と、Ｒ光とＧ光の混合光とに分解される。ダイクロイックミラー１０４は偏光ビームスプリッタ１０３と偏向ミラー１０８との間の光路のほぼ中央に配置されているため、ダイクロイックミラー１０４から各色光用の反射型ライトバルブまでの光路長は同じになる。すなわち、図１から明らかな様に、ダイクロイックミラー１０４から偏向ミラー１０８までの距離と、ダイクロイックミラー１０４からワイヤーグリッド偏光ビームプリッタ１０３までの距離が等しく、偏向ミラー１０８からＢ光用偏光ビームスプリッタ１０９Ｂ間での距離と、ワイヤーグリッド偏光ビームプリッタ１０３からＲ光用偏光ビームスプリッタ１１０９Ｒまでの距離は等しい。従ってダイクロイックミラー１０４から偏光ビームスプリッタまでの光路長はＢ光とＲ光とでほぼ等しくなる。またダイクロイックミラー１０７から偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ，１０９Ｇまでの距離はそれぞれ等しい。従って本実施形態の投射型表示装置は、光源１０１から射出した光はＲ光、Ｇ光、Ｂ光の混合光としてダイクロイックミラー１０４に入射し、ダイクロイックミラー１０４から各色光用の偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ，１０９Ｇ，１０９Ｂまでの距離は等しくなるように構成されているので、光源１０１から偏光ビームスプリッタ間での光路長はＲ光、Ｇ光、Ｂ光でほぼ等しくなる。なお偏光ビームスプリッタから反射型ライトバルブまでの距離は各色光用で、等しくなっている。従って、特定の色光の光路長が他の色光の光路長と異なることはなく、光路中にリレー光学系を配置する必要はない。なお反射型ライトバルブから投射レンズ１１２までの各色光の光路長も等しくなるように構成されている。
【００２８】
本実施形態の投射型表示装置においては、色分解光学系として使用するダイクロイックミラーはＢ光を透過し、Ｒ光とＧ光を反射するダイクロイックミラー１０４と、Ｒ光を透過しＧ光を反射するダイクロイックミラー１０７の２枚であり、かつ各色光について光源から各色光用のライトバルブまでの光路長を等しくすることができるため、色合成光学系としてクロスダイクロイックプリズムを使用しても、リレー光学系を配置する必要はない。
色分解光学系として２枚のダイクロイックミラーを組み合わせたクロスダイクロイックミラーを使用しないので、光学系の調整が容易になる。
【００２９】
なお本実施形態ではダイクロイックミラー１０４で反射されるのはＲ光とＧ光の混合光であったが、ダイクロイックミラー１０４をＢ光反射、Ｒ光とＧ光を透過する光学特性を有するダイクロイックミラーにしても構わない。この場合Ｒ光を透過し、Ｇ光を反射するダイクロイックミラー１０７はダイクロイックミラー１０４を透過したＲ光とＧ光の混合光の光路中に配置される。一方反射されたＢ光は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３にて反射され、偏光ビームスプリッタ１０９Ｂを経て反射型ライトバルブ１１０Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１０４を透過するＲ光とＧ光の混合光は偏向ミラー１０８を経てダイクロイックミラー１０７にてＲ光とＧ光に分解し、各色光用の偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇを経由して、各色光のライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇに入射する。このようにしてもＲ光、Ｇ光、Ｂ光において光源から各色光用の反射型ライトバルブまでの光路長をほぼ等しくすることができる。
【００３０】
図１に示すように、各色光用の偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂと色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム１１１との間には空間があるが、通常はこの空間にガラス基板を配置して両部材を貼り付けることにより偏光ビームスプリッタとクロスダイクロイックプリズムを一体化して使用する。本実施形態では従来のクロスダイクロイックミラーを色分解光学系に使用した投射型表示装置と比較して、偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂとクロスダイクロイックプリズム１１１との間の空間を狭くすることができる。従来は、クロスダイクロイックプリズム１１１の中心と各色光用の反射型ライトバルブ１１０Ｒ，１１０Ｇ，１１０Ｒまでの光路長は、クロスダイクロイックミラーと偏向ミラーの大きさおよび配置により制限を受けていた。しかし本実施形態では、偏向ミラー１０８とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３の光路のほぼ中央に１／４波長位相板１０５、１０６で挟まれたダイクロイックミラー１０４を光軸に垂直配置しているので、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３と偏向ミラー１０８の間の光路長を短くすることができ、偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂをクロスダイクロイックプリズムに近づけることができるため、光学系を小型化し、投射型表示装置全体を小型化することができる。
（第２実施形態）
第２の実施形態を図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２の実施形態である投射型表示装置の平面構成図である。なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ番号を付し、第１の実施形態と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。本実施形態は、光源からの光が２枚のダイクロイックミラー１０４、１０７でＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分解されるまでの構成は第１の実施形態と同様である。そのため説明は省略する。本実施形態と、第１の実施形態とではライトバルブが異なり、本実施形態ではライトバルブとして透過型ライトバルブを使用している。
【００３１】
ダイクロイックミラー１０４で色分解され、偏向ミラー１０８で偏光されたＢ光は偏向ミラー２１３に入射して９０度向きを変えてＢ光用透過型ライトバルブ２１０Ｂに入射する。ダイクロイックミラー１０７で色分解されたＲ光とＧ光は、各色光毎に配置された偏向ミラー２１４、２１５にそれぞれ入射し、９０度向きを変え、それぞれ透過型ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇに入射する。
【００３２】
本実施形態の投射型表示装置は、第１実施形態と同様の構成を有しているので各色光とも同じ光路長とすることができるため、特定の色光の光路中にリレーレンズを配置する必要はない。
【００３３】
各色光用の透過型ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂは液晶パネルを偏光板で挟んだ構成になっており、入射面側に配置した偏光板を経て液晶パネルに入射した各色光は、色信号によって変調され偏光方向を変え、射出面側に配置した偏光板で検光されて検光光として取りだされる。検光された各色光は色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１１にそれぞれ異なる面から入射する。クロスダイクロイックプリズム２１１は第１実施形態と同じ構成である。クロスダイクロイックプリズム２１１で色合成され、射出された光は投射レンズ２１２に入射し、図示しないスクリ−ン上にフルカラー像が拡大投射される。
【００３４】
透過型ライトバルブを使用し、クロスダイクロイックプリズムを合成光学系として使用した投射型表示装置においても、色分解光学系として２枚のダイクロイックミラーを使用して、光源から各色光用の透過型ライトバルブまでの光路長を各色光でほぼ等しくすることができる。
【００３５】
なお本実施形態においても第１実施形態と同様に、ダイクロイックミラー１０４の光学特性をＢ光を反射し、Ｒ光とＧ光との混合光を透過する構成としても構わない。
（第３実施形態）
第３実施形態について図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の第３の実施形態である投射型表示装置の平面構成図である。なお、第１の実施形態と同じ部材には同じ番号を付し、第１の実施形態と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。本実施形態は、全体の構成は第１の実施形態と同じであるが、第１の実施形態のワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３を、２個のプリズムを偏光分離部を介して接合した複合プリズムから構成される偏光ビームスプリッタ１０３ａにしたことに特徴がある。
【００３６】
本実施形態は、ダイクロイックミラー１０４の位置が第１の実施形態とは違っている。これは、ダイクロイックミラー１０４で反射されるＲ光とＧ光の混合光が偏光ビームスプリッタ１０３−ａのプリズム（ガラス）中を進むのに対して、Ｂ光は偏光ビームスプリッタ１０９Ｂまで空気中を進行するので、第１の実施形態のようにダイクロイックミラー１０４から各色光用の反射型ライトバルブまでの距離を等しくしても、各色光の光路長は等しくならないためである。なお第１実施形態ではワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３を使用しているため、このような光路長の差が生じない。従ってダイクロイックミラー１０４は、偏向ミラー１０８とワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３との間の光路のほぼ中央に配置することができる。
【００３７】
ダイクロイックミラー１０４からＲ光、Ｇ光用の反射型ライトバルブ１１４Ｒ，１１４Ｇまでの光路と、ダイクロイクミラー１０４からＢ光用の反射型ライトバルブ１１４Ｂまでの光路長を等しくするためには、偏光ビームスプリッタ１０３−ａを構成するプリズムの屈折率を考慮して、ダイクロイックミラー１０４を配置する。プリズムを構成する光学材料の屈折率は空気の屈折率よりも大きいため、ダイクロイックミラー１０４を偏光ビームスプリッタ１０３−ａの偏光分離膜と偏光ミラー１０８の中点よりも偏光ビームスプリッタ１０３−ａに近い位置に配置することによって、各色光の光路長を等しくすることができる。
【００３８】
本実施形態では反射型ライトバルブを使用しているが、第２の実施形態の様に透過型ライトバルブを使用しても構わない。
本実施形態において、偏向ミラー１０８の代わりに偏光ビームスプリッタ１０３−ａと同じ偏光ビームスプリッタまたは偏光ビームスプリッタの偏光分離部を反射ミラーにした複合プリズムを使用しても構わない。このような構成にすることによって、１／４波位相板１０５、１０６に挟まれたダイクロイックミラー１０４を第１実施形態と同様に、偏光ビームスプリッタ１０３−ａと偏向ミラー１０８が配置されていた位置との間の光路のほぼ中央に配置することができるため、偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂとクロスダイクロイックプリウムの間の距離を短くし、光学系を小型化することが可能になる。
（第４実施形態）
第４の実施形態を図４を参照しながら説明する。図４は、本発明の第４の実施形態である投射型表示装置の平面構成図である。なお、第２の実施形態と同じ部材には同じ番号を付し、第２の実施形態と同様にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。
【００３９】
第２の実施形態の透過型ライトバルブを使用した投射型表示装置では、光源１０１からの光をＸ軸方向に射出させたが、本実施形態ではＹ軸の方向に光源からの光を射出させている。
【００４０】
光源１０１からＹ軸方向に射出した光は偏光変換装置１０２によってＺ軸に平行な方向に振動する偏光した光に変換され、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３に入射する。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３はＺ軸方向に偏光した光を反射する向きに配置されている。ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３でＸ軸方向に反射された光は１／４波長位相板１０５を透過して、Ｒ光とＧ光を反射し、Ｂ光を透過させるダイクロイックミラー１０４に入射する。透過したＢ光は１／４波長位相板１０６を経てＹ軸方向に振動した偏光した光に変換される。
【００４１】
ダイクロイックミラー１０４で反射されたＲ光とＧ光は、１／４波長位相板１０５に再度入射し、Ｙ軸方向に振動する偏光した光に変換される。Ｂ光は偏向ミラー１０８で反射されてＹ軸方向に進行し、偏向ミラー２１３で９０度向きを変えて、透過型ライトバルブ２１０Ｂに入射する。Ｒ光とＧ光の混合光は、ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ１０３を透過して、偏向ミラー２０９で偏向されＹ軸方向に進行し、Ｇ光を反射するダイクロイックミラー１０７に入射し、反射されてＸ軸方向に進行するＧ光と、透過してＹ軸方向に進行するＲ光とに色分解される。色分解されたＲ光とＧ光は偏向ミラー２１４、２１５を経て透過型ライトバルブ２１０Ｒ、２１０Ｇにそれぞれ入射する。ダイクロイックミラー１０４は偏向ミラー１０８と２０９の間の光路のほぼ中央に、光軸に対して垂直に配置されている。各色光用の透過型ライトバルブ２１０Ｂ，２１０Ｇ，２１０Ｒに入射した光は変調され射出面側に配置された偏光板で検光され、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム２１１に入射して色合成された後、投射レンズ２１２で図示しないスクリーン上に投射される。
【００４２】
本実施形態における投射型表示装置においても、各色光の光路長を等しくすることができるため、特定の色の光路中にリレーレンズを配置する必要はない。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、クロスダイクロイックミラーを使用せずに、光源からライトバルブまでの光路長が等しくなる投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の投射型表示装置の平面構成図。
【図２】第２の実施形態の投射型表示装置の平面構成図。
【図３】第３の実施形態の投射型表示装置の平面構成図。
【図４】第４の実施形態の投射型表示装置の平面構成図。
【図５】従来の技術を示す投射型表示装置の平面構成図
【符号の説明】
１０１  光源
１０２  偏光変換装置
１０３  ワイヤーグリッド偏光ビームスプリッタ
１０３−ａ  偏光ビームスプリッタ
１０４、１０７  ダイクロイックミラー
１０５、１０６  １／４波長位相板
１０７、１０８、２０９、２１３、２１４、２１５  偏向ミラー
１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ  偏光ビームスプリッタ
１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂ  反射型ライトバルブ
２１０Ｒ、２１０Ｇ、２１０Ｂ  透過型ライトバルブ
１１１  クロスダイクロイックプリズム
１１２  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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