(57)【要約】【課題】製造が容易でありながら、高いコントラストの画像が表示できる投射型表示装置を提供すること。【解決手段】光源１からの光を色分解プリズム１０により３原色光に分離させ、この３原色光によりそれぞれ偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８を介して、３枚の反射型空間光変調素子２４，２５，２６を照明し、これら３枚の反射型空間光変調素子２４，２５，２６からの反射光を色合成プリズム２０により合成して投射する。色合成プリズム２０として、いわゆる「フィリップスプリズム」を用いる。【選択図】      図１
2004286767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色光源と、
前記白色光源からの光が入射され、この白色光を第１乃至第３の３原色光に分離させる色分解光学系と、
前記色分解光学系によって分離された各原色光がそれぞれ入射される３個の偏光ビームスプリッタと、
前記各偏光ビームスプリッタに対応して配置され、この偏光ビームスプリッタを経た光を表示画像の各原色成分に応じて偏光変調して反射する３枚の反射型空間光変調素子と、
前記３枚の反射型空間光変調素子及び前記３個の偏光ビームスプリッタを経た原色光を合成する色合成プリズムと、
前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、
前記色合成プリズムは、
前記第１の原色光を垂直に入射する第１の面と、前記第１乃至第３の原色光の内、前記第１の原色光を反射し、第２及び第３の原色光を透過する、第１のダイクロイック膜が形成された第２の面と、前記第１乃至第３の原色光が垂直に出射する第３の面と、を有し、前記第１の原色光は、前記第１の面に入射し、前記第３の面で全反射し、前記第２の面で反射し、前記第３の面から出射し、前記第２及び第３の原色光は、前記第２の面に入射し、前記第３の面から出射する第１のプリズムと、
前記第２の原色光が垂直に入射する第４の面と、前記第２及び第３の原色光の内、前記第２の原色光を反射し、前記第３の原色光を透過する、第２のダイクロイック膜が形成された第５の面と、前記第２及び第３の原色光が出射する、前記第１のプリズムの第２の面に空気層を介して平行に対向する第６の面と、を有し、前記第２の原色光は、前記第４の面に入射し、前記第６の面で全反射し、前記第５の面で反射し、前記第６の面から出射し、前記第３の原色光は、前記第５の面に入射し、前記第６の面から出射する第２のプリズムと、  前記第３の原色光が垂直に入射する第７の面と、前記第３の原色光が出射する、前記第２のプリズムの第５の面に光学用接着材で接合された第８の面と、を有し、前記第３の原色光は、前記第７の面に入射し、前記第８の面から出射する第３のプリズムとから構成されることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記色分解光学系は、
前記第１乃至第３の原色光が垂直に入射する第３の面と、前記第１乃至第３の原色光の内、前記第１の原色光を反射し、第２及び第３の原色光を透過する、第１のダイクロイック膜が形成された第２の面と、前記第１の原色光を垂直に出射する第１の面と、を有し、前記第１の原色光は、前記第３の面に入射し、前記第２の面で反射し、前記第３の面で全反射し、前記第１の面から出射し、前記第２及び第３の原色光は、前記第３の面に入射し、前記第２の面から出射する第１のプリズムと、
前記第２及び第３の原色光が入射する、前記第１のプリズムの第２の面に空気層を介して平行に対向する第６の面と、前記第２及び第３の原色光の内、前記第２の原色光を反射し、前記第３の原色光を透過する、第２のダイクロイック膜が形成された第５の面と、前記第２の原色光を垂直に出射する第４の面と、を有し、前記第２の原色光は、前記第６の面に入射し、前記第５の面で反射し、前記第６の面で全反射し、前記第４の面から出射し、前記第３の原色光は、前記第６の面に入射し、前記第５の面から出射する第２のプリズムと、
前記第３の原色光が入射する、前記第２のプリズムの第５の面に光学用接着材で接合された第８の面と、前記第３の原色光が垂直に出射する第７の面と、を有し、前記第３の原色光は、前記第８の面に入射し、前記第７の面から出射する第３のプリズムとから構成される色分解プリズム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】
前記色分解プリズムから前記各偏光ビームスプリッタに至る光路上、又は前記各偏光ビームスプリッタから前記色合成プリズムに至る光路上に１／２波長板を配置することを特徴とする請求項２記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にフィールドレンズを配置して、このフィールドレンズを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子へ入射する光の位置を調整することを特徴とする請求項２又は３記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記色分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にステアリングプリズムを配置して、このステアリングプリズムを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子への照明分布を調整することを特徴とする請求項２又は３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、色分解光学系を経た原色光によって空間光変調素子を照明し、これら空間光変調素子を経た原色光を色合成プリズムによって合成して投射して画像表示を行う投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型空間光変調素子として、いわゆる「反射型液晶ライトバルブ」を備え、この反射型空間光変調素子によって空間変調された光をスクリーン上に拡大投影して画像表示を行うように構成された投射型表示装置が提案されている。
【０００３】
この投射型表示装置においては、光源からの白色光を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）の原色光に色分解し、これら各原色光によって、３枚の反射型空間光変調素子をそれぞれ照明する。そして、各反射型空間光変調素子は、原色の照明光を、表示画像の赤色成分、緑色成分及び青色成分に応じて変調して反射する。そして、これら各反射型空間光変調素子からの反射光を合成してスクリーン上に投射することにより、このスクリーン上にカラー画像が表示される。
【０００４】
このような投射型表示装置を構成する光学系として、色合成光学部品として、いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系がある。
【０００５】
図１６は、いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系を備えて構成された従来の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【０００６】
この投射型表示装置においては、光源１０１から水平に発せられた白色光は、コリメータレンズ１０２、第１及び第２のインテグレータ１０３，１０４、コールドミラー１０５を経て、第１のダイクロイックミラー１０６に入射される。この第１のダイクロイックミラー１０６は、マゼンタ色光（Ｒ＋Ｂ）をそのまま透過させ、緑色光（Ｇ）を反射させて９０°偏向させる。この第１のダイクロイックミラー１０６で反射された緑色光（Ｇ）は、光軸に対して４５°傾斜されて配置されている反射ミラー１０７Ｇへ入射し、この反射ミラー１０７Ｇで反射されることによって垂直方向へ９０°偏向され、集光レンズ１１１Ｇへ入射させられる。
【０００７】
一方、第１のダイクロイックミラー１０６を透過したマゼンタ光（Ｒ＋Ｂ）は、光軸に対して４５°傾斜されて配置されている第２のダイクロイックミラー１０８に入射する。この第２のダイクロイックミラー１０８は、赤色光（Ｒ）をそのまま透過させ、青色光（Ｂ）を反射させて９０°偏向させる。この第２のダイクロイックミラー１０８で反射された青色光（Ｂ）は、垂直方向へ９０°偏向され、集光レンズ１１１Ｂへ入射させられる。
【０００８】
そして、第２のダイクロイックミラー１０８を透過した赤色光（Ｒ）は、図示しない複数のミラーに導かれ、垂直方向へ９０°偏向されて、集光レンズ１１１Ｒへ入射させられる。
【０００９】
光源１０１が発した白色光は、このようにして、３原色光に分離される。
【００１０】
そして、集光レンズ１１１Ｇに入射された緑色光（Ｇ）は、第１及び第２の緑色光用偏光ビームスプリッタ１１２Ｇ，１１３Ｇを経て、緑色用の反射型空間光変調素子１１４Ｇを照明する。反射型空間光変調素子１１４Ｇは、照明光を、表示画像の緑色成分に応じて変調して反射する。
【００１１】
また、集光レンズ１１１Ｂに入射された青色光（Ｂ）は、第１及び第２の青色光用偏光ビームスプリッタ１１２Ｂ，１１３Ｂを経て、青色用の反射型空間光変調素子１１４Ｂを照明する。反射型空間光変調素子１１４Ｂは、照明光を、表示画像の青色成分に応じて変調して反射する。
【００１２】
さらに、集光レンズ１１１Ｒに入射された赤色光（Ｒ）は、第１及び第２の赤色光用偏光ビームスプリッタ１１２Ｒ，１１３Ｒを経て、赤色用の反射型空間光変調素子１１４Ｒを照明する。反射型空間光変調素子１１４Ｒは、照明光を、表示画像の赤色成分に応じて変調して反射する。
【００１３】
各色用の第２の偏光ビームスプリッタ１１３Ｇ，１１３Ｂ，１１３Ｒは、それぞれ反射型空間光変調素子１１４Ｇ，１１４Ｂ，１１４Ｒからの変調光を透過させて出射するそれぞれの出射面を、クロスダイクロイックプリズム１１５の３面の入射面に対向させている。
【００１４】
クロスダイクロイックプリズム１１５は、各反射型空間光変調素子１１４Ｇ，１１４Ｂ，１１４Ｒからの反射光を合成し、投射レンズ１１６に入射させる。すなわち、このクロスダイクロイックプリズム１１５は、互いに垂直に交差した状態のダイクロイック膜面を有している。緑色用の反射型空間光変調素子１１４Ｇからの変調光は、これらダイクロイック膜面を透過し、クロスダイクロイックプリズム１１５の出射面から出射される。青色用の反射型空間光変調素子１１４Ｂからの変調光は、一方のダイクロイック膜面により反射され、クロスダイクロイックプリズム１１５の出射面から出射される。また、赤色用の反射型空間光変調素子１１４Ｒからの変調光は、他方のダイクロイック膜面により反射され、クロスダイクロイックプリズム１１５の出射面から出射される。
【００１５】
クロスダイクロイックプリズム１１５の出射面から出射された光は、投射レンズ１１６に入射され、この投射レンズ１１６により図示しないスクリーン上に投射されることにより、このスクリーン上にカラー画像を表示する。
【００１６】
この投射型表示装置においては、光源１０１から各グイクロイックミラーに至る「色分解・導光光学系」が下段に設置され、各ビームスプリッタからクロスダイクロイックプリズムを経て投射レンズに至る「変調・色合成・投射光学系」が上段に設置された構成となっている。
【００１７】
このような構成は、「色分解・導光光学系」における光路の引き回しを「変調・色合成・投射光学系」が水平面内で占める方形の領域内に収めることができるようになっており、装置構成の小型化が実現できるようになっている。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１１−６４７９６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２９００１０号公報
【特許文献３】
特開２００２−５５２１０号公報
【特許文献４】
特開２００２−５５３０５号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような投射型表示装置においては、色合成光学部品としての「クロスダイクロプリズム」は、４つの直角プリズムの頂角の角度が正確に形成され、かつ、各面が高精度に研磨されて形成されていないと、互いに交差したダイクロイック膜面が直角プリズムの頂角の位置で折れ曲がってしまうことになる。
【００２０】
このようにしてダイクロイック膜面が折れ曲がってしまうと、スクリーン上の投影像が二重像となってしまい、画像の解像度が著しく劣化するという問題がある。
【００２１】
また、スクリーン上の解像度を良好に保つためには、４つの直角プリズムを接合するときに、接合面に段差が生じないように高精度に接合しなければならない。そのため、「クロスダイクロプリズム」の作製における４つの直角プリズムの接合は、困難な作業となっている。
【００２２】
さらに、直角プリズムの直角の稜線部分は、いわゆるピリやカケ等の欠陥が許されず、稜線部分の幅が広いと、ダイクロイック膜面が交差する部分が縦筋となってスクリーン上に投影されてしまうという問題もあった。
【００２３】
このように、従来のクロスダイクロイックプリズムは、プリズムの加工及びプリズム接合が極めて困難であり、製造するのに多大の時間と費用とを要していた。
【００２４】
このような問題を解決するためには、プリズムにおける画面対応部分に、接合部を有さないプリズムを使用することが効果的である。そのような例として、特許第２５０５７５８号公報に記載された技術がある。
【００２５】
図１７は、特許第２５０５７５８号公報に記載された画面対応部分に接合部を有さないプリズムを使用した投影型表示装置の構成を示す側面図である。
【００２６】
すなわち、この投影型表示装置は、図１７に示すように、いわゆる「３板式ビデオカメラ」で使用されている色分解プリズム（いわゆる「フィリップス型プリズム」）を用いたものである。
【００２７】
この表示装置においては、光源１０１から発せられた光束は、コリメータレンズ１０２によって平行光束となされて、偏光ビームスプリッタ１１７に入射する。この偏光ビームスプリッタ１１７において、入射光束に対して傾斜した反射面に対するＳ偏光成分のみが反射されて、色分解プリズム１１８に入射する。
【００２８】
この色分解プリズム１１８においては、第１の三角プリズム１１８Ａの入射面１１８Ｂより入射した光束は、この第１の三角プリズム１１８Ａの背面部の第１のダイクロイック膜１１８Ｃに入射し、この第１のダイクロイック膜１１８Ｃにおいて、シアン光（Ｒ＋Ｇ）が透過され、青色光（Ｂ）が反射される。
【００２９】
青色光（Ｂ）は、第１の三角プリズム１１８Ａの入射面１１８Ｂにより内面全反射されて、青色カラーフィルタ１１９を経て、青色用反射型光変調素子１２２に入射される。この青色用反射型光変調素子１２２により変調されて反射された光は、第１の三角プリズム１１８Ａの入射面１１８Ｂにより内面全反射され、第１のダイクロイック膜１１８Ｃにより反射されて、偏光ビームスプリッタ１１７に戻る。
【００３０】
第１のダイクロイック膜１１８Ｃを透過したシアン光（Ｒ＋Ｇ）は、第２の三角プリズム１１８Ｄに入射し、この第２の三角プリズム１１８Ｄの背面部の第２のダイクロイック膜１１８Ｅに入射し、この第２のダイクロイック膜１１８Ｅにおいて、緑色光（Ｇ）が透過され、赤色光（Ｒ）が反射される。
【００３１】
赤色光（Ｒ）は、第２の三角プリズム１１８Ｄの入射面により内面全反射されて、赤色カラーフィルタ１２０を経て、赤色用反射型光変調素子１２３に入射される。この赤色用反射型光変調素子１２３により変調されて反射された光は、第２の三角プリズム１１８Ｄの入射面により内面全反射され、第２のダイクロイック膜１１８Ｅにより反射されて、第１の三角プリズム１１８Ａを透過して偏光ビームスプリッタ１１７に戻る。なお、第１の三角プリズム１１８Ａと第２の三角プリズム１１８Ｄとの間には、空気層が存在している。
【００３２】
第２のダイクロイック膜１１８Ｅを透過した緑色光（Ｇ）は、第３のプリズム１１８Ｆに入射し、この第３のプリズム１１８Ｆを透過して、緑色カラーフィルタ１２１を経て、緑色用反射型光変調素子１２４に入射される。この緑色用反射型光変調素子１２４により変調されて反射された光は、第３のプリズム１１８Ｆ、第２の三角プリズム１１８Ｄ及び第１の三角プリズム１１８Ａを透過して偏光ビームスプリッタ１１７に戻る。
【００３３】
偏光ビームスプリッタ１１７においては、各反射型光変調素子において変調された成分のみが反射面を透過し、投射レンズ１１６に入射し、この投射レンズ１１６によりスクリーン１２８に投射される。
【００３４】
なお、各反射型光変調素子１２２，１２３，１２４は、それぞれに対応する各ドライブ回路１２５，１２６，１２７により駆動される。
【００３５】
しかしながら、いわゆる「フィリップス型プリズム」を用いた従来の投射型表示装置においては、偏光ビームスプリッタ１１７と各反射型光変調素子１２２，１２３，１２４との間に色分解プリズム１１８が存在していること、及び、１個の偏光ビームスプリッタ１１７を偏光素子として使用していることより、表示画像のコントラストが低下するという問題がある。
【００３６】
そこで、本発明は、製造が容易でありながらも、高いコントラストの画像を表示できるようになされた投射型表示装置を提供しようとするものである。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る投射型表示装置は、白色光源と、前記白色光源からの光が入射され、この白色光を第１乃至第３の３原色光に分離させる色分解光学系と、前記色分解光学系によって分離された各原色光がそれぞれ入射される３個の偏光ビームスプリッタと、前記各偏光ビームスプリッタに対応して配置され、この偏光ビームスプリッタを経た光を表示画像の各原色成分に応じて偏光変調して反射する３枚の反射型空間光変調素子と、前記３枚の反射型空間光変調素子及び前記３個の偏光ビームスプリッタを経た原色光を合成する色合成プリズムと、前記色合成プリズムにおいて合成された光を投射する投射光学系とを備え、前記色合成プリズムは、前記第１の原色光を垂直に入射する第１の面と、前記第１乃至第３の原色光の内、前記第１の原色光を反射し、第２及び第３の原色光を透過する、第１のダイクロイック膜が形成された第２の面と、前記第１乃至第３の原色光が垂直に出射する第３の面と、を有し、前記第１の原色光は、前記第１の面に入射し、前記第３の面で全反射し、前記第２の面で反射し、前記第３の面から出射し、前記第２及び第３の原色光は、前記第２の面に入射し、前記第３の面から出射する第１のプリズムと、前記第２の原色光が垂直に入射する第４の面と、前記第２及び第３の原色光の内、前記第２の原色光を反射し、前記第３の原色光を透過する、第２のダイクロイック膜が形成された第５の面と、前記第２及び第３の原色光が出射する、前記第１のプリズムの第２の面に空気層を介して平行に対向する第６の面と、を有し、前記第２の原色光は、前記第４の面に入射し、前記第６の面で全反射し、前記第５の面で反射し、前記第６の面から出射し、前記第３の原色光は、前記第５の面に入射し、前記第６の面から出射する第２のプリズムと、前記第３の原色光が垂直に入射する第７の面と、前記第３の原色光が出射する、前記第２のプリズムの第５の面に光学用接着材で接合された第８の面と、を有し、前記第３の原色光は、前記第７の面に入射し、前記第８の面から出射する第３のプリズムとから構成される。
【００３８】
この投射型画像表示装置においては、各偏光ビームスプリッタと各反射光変調素子との間に従来のように光学部品が介在しないため各反射型光変調素子で変調された光が振動面を乱される虞がなくそのまま偏光ビームスプリッタに入射する。そのため、この投射型画像表示装置においては、表示画像のコントラストの低下を防止することができ、また、組立が容易である。
【００３９】
前記色分解光学系は、前記第１乃至第３の原色光が垂直に入射する第３の面と、前記第１乃至第３の原色光の内、前記第１の原色光を反射し、第２及び第３の原色光を透過する、第１のダイクロイック膜が形成された第２の面と、前記第１の原色光を垂直に出射する第１の面と、を有し、前記第１の原色光は、前記第３の面に入射し、前記第２の面で反射し、前記第３の面で全反射し、前記第１の面から出射し、前記第２及び第３の原色光は、前記第３の面に入射し、前記第２の面から出射する第１のプリズムと、前記第２及び第３の原色光が入射する、前記第１のプリズムの第２の面に空気層を介して平行に対向する第６の面と、前記第２及び第３の原色光の内、前記第２の原色光を反射し、前記第３の原色光を透過する、第２のダイクロイック膜が形成された第５の面と、前記第２の原色光を垂直に出射する第４の面と、を有し、前記第２の原色光は、前記第６の面に入射し、前記第５の面で反射し、前記第６の面で全反射し、前記第４の面から出射し、前記第３の原色光は、前記第６の面に入射し、前記第５の面から出射する第２のプリズムと、前記第３の原色光が入射する、前記第２のプリズムの第５の面に光学用接着材で接合された第８の面と、前記第３の原色光が垂直に出射する第７の面と、を有し、前記第３の原色光は、前記第８の面に入射し、前記第７の面から出射する第３のプリズムとから構成される色分解プリズムであることが望ましい。
【００４０】
前記色分解プリズムは、前記色合成プリズムと略々同様な形状を有していることが望ましい。
【００４１】
この色分解プリズムを経た各原色光は、それぞれ偏向プリズムによって９０°偏向されて互いに進行方向が平行な光束となされて対応する偏光ビームスプリッタに入射されるとともに偏光ビームスプリッタの反射膜面に対してＳ偏光、または、Ｐ偏光となっていることが望ましい。
【００４２】
また、各偏光ビームスプリッタに入射される光とこの偏光ビームスプリッタに対応する反射型空間光変調素子において変調され、または、変調されずに、この偏光ビームスプリッタを経た光とは、互いに進行方向が直交していることが望ましい。
【００４３】
この場合には、色分解プリズム及び色合成プリズムを通過する偏光は、その振動面を大幅に回転される虞がない。そのため、この投射型画像表示装置においては、表示画像のコントラストの低下を防止することができ、また、組立が容易である。
【００４４】
なお、本発明における色分解プリズム及び色合成プリズムは、特開２００１−２９００１０号公報、特開２００２−５５２１０号公報及び特開２００２−５５３０５号公報において開示されている「３つ以上のプリズムにより構成される色合成光学素子」とは異なる。これらの公報に記載されている光学素子は、図１８に示すように、２つのダイクロイック膜Ｄ１，Ｄ２部分に全反射のための空気層が存在していない。これに対し、本発明においては、図２に示すように、ダイクロイック膜の部分に「第２の原色光をプリズム内で全反射させる」ための空気層が存在しており、そのために、プリズムの小型化が達成されている。
【００４５】
前記色分解プリズムから前記各偏光ビームスプリッタに至る光路上、又は前記各偏光ビームスプリッタから前記色合成プリズムに至る光路上に１／２波長板を配置することが望ましい。
【００４６】
この１／２波長板により、各偏光ビームスプリッタに入射する光をこの偏光ビームスプリッタの反射膜面に対するＳ偏光、または、Ｐ偏光とすることが望ましい。
【００４７】
前記分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にフィールドレンズを配置して、このフィールドレンズを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子へ入射する光の位置を調整することが望ましい。
【００４８】
前記色分解プリズムと前記偏光ビームスプリッタの間にステアリングプリズムを配置して、このステアリングプリズムを主光線に直角方向に変位させることによって前記反射型空間変調素子への照明分布を調整することが望ましい。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図１は、第１の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【００５１】
この投射型表示装置においては、光源１より発せられた光束は、ＵＶ／ＩＲフィルタ２を透過して紫外線及び赤外線を除去され、ロッドインテグレータ３の入射端面に集光して入射する。なお、光源１は、白色光を発する放電ランプ等及び凹面反射鏡（回転楕円面鏡または放物面鏡）を備えて構成されている。
【００５２】
ロッドインテグレータ３においては、入射光は、ロッドの側面部において内面全反射を繰り返し、照度を均一化されて、出射端面より、均一な空間分布の光として出射される。
【００５３】
ロッドインテグレータ３からの出射光は、コリメータレンズ４、リレーレンズ５，６、Ｐ−Ｓ合成素子７及びコンデンサーレンズ８を経て、偏向ミラー（ステアリングミラー）９に入射される。ＰＳ合成素子７は、光源からの光を、一定の方向の直線偏光に揃える素子であり、複数の偏光ビームスプリッタ及び二分の一波長板が平面状に配列された構造を有している。
【００５４】
偏向ミラー９に入射された光は、この偏向ミラー９により光路を９０°偏向される。この偏向ミラー９としては、アルミ反射ミラー、銀ミラーなどの他に、コールドミラーを使用することもできる。コールドミラーは、誘電体層を積層して構成されたミラーであり、紫外線及び赤外線を透過させ、可視光線のみを反射させる特性を有している。偏向ミラー９で反射された光は、色分解プリズム１０に入射する。
【００５５】
なお、光源１から偏光ミラー９に向かう光軸をＺ軸、偏光ミラー９で反射された光の光軸をＹ軸、これらＺ軸及びＹ軸に直交する図中上方をＸ軸とするＸＹＺ座標軸を設定する。
【００５６】
図２は、色分解プリズム１０の形状を示す側面図である。
【００５７】
この色分解プリズム１０は、第１及び第２の三角プリズム１０Ａ，１０Ｂ及び第３のプリズム（四角柱プリズム）１０Ｃの３個のガラスブロックから構成されている。
【００５８】
この色分解プリズム１０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものであって、ダイクロイック膜による色の選択反射と、プリズム面による全反射とを利用した３ブロック構成の色分解プリズムである。青色光（Ｂ）を反射する第１のダイクロイック膜１１は、第１の三角プリズム１０Ａの背面に設けられている。第１のダイクロイック膜１１で反射された青色光（Ｂ）は、第１の三角プリズム１０Ａの入射面で内面全反射される。この第１の三角プリズム１０Ａは、青色光（Ｂ）が内面全反射されるように、プリズムの頂角（α１）が選ばれており、青色光（Ｂ）の射出面（ＸＹ面）が光軸（Ｚ方向）に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。
【００５９】
そして、赤色光（Ｒ）を反射する第２のダイクロイック膜１２は、第２の三角プリズム１０Ｂの背面に設けられており、この第２のダイクロイック膜１２により反射された赤色光（Ｒ）は、第２の三角プリズム１０Ｂの入射面で内面全反射される。この第２の三角プリズム１０Ｂは、赤色光（Ｒ）が内面全反射されるように、プリズムの頂角（α２）が選ばれており、赤色光（Ｒ）の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。そして、これら第１及び第２の三角プリズム１０Ａ，１０Ｂは、第２の三角プリズム１０Ｂの入射面を全反射面として利用するために、第１の三角プリズム１０Ａの背面と第２の三角プリズム１０Ｂの入射面との間に非常に狭い空気層が保たれるように、組み立てられている。
【００６０】
そして、第２のダイクロイック膜１２を透過した緑色光（Ｇ）は、第３のプリズム１０Ｃを透過して出射される。この第３のプリズム１０Ｃは、緑色光（Ｇ）の射出面が光軸に対して直角になるようなプリズム形状が採られている。
【００６１】
この投射型表示装置においては、色分解プリズム１０に入射された光束は、第１の三角プリズム１０の入射面より入射され、この第１の三角プリズム１０Ａの背面部の第１のダイクロイック膜１１に入射し、この第１のダイクロイック膜１１において、シアン光（Ｒ＋Ｇ）が透過され、青色光（Ｂ）が反射される。青色光（Ｂ）は、第１の三角プリズム１０Ａの入射面により内面全反射されて、第１の三角プリズム１０Ａの側面部より出射される。
【００６２】
第１のダイクロイック膜１１を透過したシアン光（Ｒ＋Ｇ）は、第２の三角プリズム１０Ｂに入射し、この第２の三角プリズム１０Ｂの背面部の第２のダイクロイック膜１２に入射し、この第２のダイクロイック膜１２において、緑色光（Ｇ）が透過され、赤色光（Ｒ）が反射される。赤色光（Ｒ）は、第２の三角プリズム１０Ｂの入射面により内面全反射されて、第２の三角プリズム１０Ｂの側面部より出射される。
【００６３】
第２のダイクロイック膜１２を透過した緑色光（Ｇ）は、第３のプリズム１０Ｃに入射し、この第３のプリズム１０Ｃを透過して、この第３の三角プリズム１０Ｃの背面部より出射される。
【００６４】
このようにして、色分解された３原色光は、それぞれ偏向プリズム１３，１４，１５に入射し、それぞれが光路を９０°偏向され、互いに平行な方向（Ｚ方向）に進行する。すなわち、色分解された３原色光は、それぞれ、色分解プリズム１０への光源からの光の入射方向（Ｙ方向）及び各原色光の色分解プリズム１０からの出射方向（ＸＹ面内）に垂直な方向に進行する。
【００６５】
すなわち、図１に示すように、青色光（Ｂ）が出射される第１の三角プリズム１０Ａの側面部には、青色用偏向プリズム１３が設けられている。また、赤色光（Ｒ）が出射される第２の三角プリズム１０Ｂの側面部には、赤色用偏向プリズム１４が設けられている。そして、緑色光（Ｇ）が出射される第３の三角プリズム１０Ｃの背面部には、緑色用偏向プリズム１５が設けられている。
【００６６】
これら偏向プリズム１３，１４，１５は、いわゆる直角プリズムである。
【００６７】
図３は、本発明に係る投射型表示装置における色合成プリズム２０の周辺の構成を示す側面図である。
【００６８】
各偏向プリズム１３，１４，１５から出射されて互いに平行な方向に進行した３原色光は、それぞれ、偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に入射する。これら偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８は、色分解プリズム１０と同様に構成された色合成プリズム２０に対して、それぞれスペーサ１９を介して取付けられている。この色合成プリズム２０は、色分解プリズム１０に対して、略々鏡面対称な形状に構成されている。すなわち、この色合成プリズム２０は、いわゆる「フィリップスプリズム」と呼ばれるものと同様の構成を有し、第１及び第２の三角プリズム２０Ａ，２０Ｂ及び第３のプリズム（四角柱プリズム）２０Ｃの３個のガラスブロックと、第１及び第２のダイクロイック膜とを有する３ブロック構成の色合成プリズムである。
【００６９】
図４は、本発明に係る投射型表示装置における色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０の周辺の構成を示す斜視図である。
【００７０】
各偏向プリズム１３，１４，１５と各偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８との間には、それぞれ、位相差板（１／２波長板）２１、フィールドレンズ２２及び偏光板２３が配置されている。フィールドレンズ２２は、前述のリレーレンズ５，６及びコンデンサーレンズ８と相俟って、ロッドインテグレータ３の出射端面の光を、後述する反射型空間光変調素子の像面に結像させる。なお、位相差板（１／２波長板）２１及び偏光板２３は、必要に応じて設置される。
【００７１】
図５は、本発明に係る投射型表示装置における色分解プリズム１０、色合成プリズム２０及び反射型光変調素子２４，２５，２６の構成を示す斜視図である。
【００７２】
偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に入射した光は、この偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８内の入射面に対して、Ｓ偏光となっている。したがって、この入射光は、ＰＢＳ膜面によって反射されて、９０°偏向されて、偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８から出射される。このように出射された光は、これら偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に対応して設置された各原色用の反射型光変調素子２４，２５，２６に入射される。
【００７３】
なお、偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８への入射光のうちのＰ偏光成分は、反射面を透過するので、各反射型光変調素子２４，２５，２６には到達しない。
【００７４】
各反射型光変調素子２４，２５，２６は、それぞれに対応する図示しないドライブ回路により駆動され、青色用の反射型光変調素子２４は表示画像の青色成分に基づく空間光変調（偏光変調）を行い、赤色用の反射型光変調素子２５は表示画像の赤色成分に基づく空間光変調（偏光変調）を行い、緑色用の反射型光変調素子２６は表示画像の緑色成分に基づく空間光変調（偏光変調）を行う。
【００７５】
青色用の反射型光変調素子２４に入射した青色光（Ｂ）は、この青色用反射型光変調素子２４により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ１６を透過し、色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａの側面部から入射する。
【００７６】
色合成プリズム２０の第１の三角プリズム２０Ａに入射された青色光（Ｂ）は、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面により内面全反射され、第１のダイクロイック膜２７により反射されて、第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。
【００７７】
また、赤色用の反射型光変調素子２５に入射した赤色光（Ｒ）は、この赤色用反射型光変調素子２５により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ１７を透過し、色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂの側面部から入射する。
【００７８】
色合成プリズム２０の第２の三角プリズム２０Ｂに入射された赤色光（Ｒ）は、この第２の三角プリズム２０Ｂの出射面により内面全反射され、第２のダイクロイック膜２８により反射されて、第２の三角プリズム２０Ｂの出射面から出射され、第１の三角プリズム２０Ａを透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。
【００７９】
そして、緑色用の反射型光変調素子２６に入射した緑色光（Ｇ）は、この緑色用反射型光変調素子２６により変調されて反射され、変調されてＰ偏光となった成分が、偏光ビームスプリッタ１８を透過し、色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃの背面部から入射する。
【００８０】
色合成プリズム２０の第３のプリズム２０Ｃに入射された緑色光（Ｇ）は、この第３のプリズム２０Ｃを透過し、第２の三角プリズム２０Ｂも透過し、さらに、第１の三角プリズム２０Ａも透過して、この第１の三角プリズム２０Ａの出射面から出射される。
【００８１】
このようにして、色合成プリズム２０に入射した各原色光は、合成されて、この色合成ブロック２０から出射される。そして、図１に示すように、投射光学系である投射レンズ２９に入射され、この投射レンズ２９により、図示しないスクリーンに投射される。
【００８２】
この投射型表示装置においては、各反射型光変調素子２４，２５，２６の物理的方向、すなわちスクリーンに投射された画像に対する反射型光変調素子２４，２５，２６の相対的位置が全て一致している。したがって、ディスクリ方向、素子ドライブ方向等は全て一致することになり、素子ドライブ方向の違いによって発生する特性の差異は画面に現れず、解像度、シェーディングを良好なものとすることができる。
【００８３】
この投射型表示装置において、各偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に入射するＳ偏光（Ｘ方向の偏光）は、色分解プリズム１０のダイクロイック膜１１，１２に対してはＰ偏光となる。また、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７から出射される信号光としてのＰ偏光（Ｙ方向の偏光）は、色合成プリズム２０のダイクロイック膜２７，２８に対してはＳ偏光となる。
【００８４】
したがって、色分解プリズム１０においては各ダイクロイック膜１１，１２をＰ偏光用に設計し、色合成プリズム２０においては各ダイクロイック膜２７，２８をＳ偏光用に設計する必要がある。
【００８５】
ここで、このような各偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８にＳ偏光が入射される配置を「Ｓ配置」と呼ぶことにする。この場合の色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０のダイクロイック膜に対する偏光状態をまとめると、以下の〔表１〕のようになる（「１／２波長板無し」の欄）。
【００８６】
【表１】
2004286767.tif 000003
【００８７】
そこで、例えば、各フィールドレンズ２２と各偏向プリズム１３，１４，１５との間に位相差板（１／２波長板）２１を挿入することによって、偏光方向を９０°回転させれば、色分解プリズム１０のダイクロイック膜１１，１２へ入射するＳ偏光（信号光）は、色合成プリズム２０のダイクロイック膜２７，２８に対してもＳ偏光となる（〔表１〕の「偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と色分解プリズムの間に１／２波長板がある場合」の欄）。
【００８８】
すなわち、位相差板（１／２波長板）２１を上述の位置に挿入することにより、色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０において、同一の偏光方向（Ｓ偏光）を基準としたダイクロイック膜の設計ができる。そして、これら全てのダイクロイック膜１１，１２、２７，２８を同時に成膜することとすれば、波長特性（分光特性）などの特性が一致したダイクロイック膜が得られ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【００８９】
同様に、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７と色合成プリズム２０との間に、位相差板（１／２波長板）を挿入し、色分解プリズム１０と色合成プリズム２０とで、ともにＰ偏光を基準として設計されたダイクロイック膜を用いることもできる（〔表１〕の「偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と色合成プリズムの間に１／２波長板がある場合」の欄）。
【００９０】
この場合においても、全てのダイクロイック膜１１，１２、２７，２８を同時に成膜して特性が一致したダイクロイック膜を得ることができ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【００９１】
図６は、各偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に入射する光を偏光ビームスプリッタ内の入射面に対するＰ偏光とし、この反射面（ＰＢＳ面）を透過した光を受光する位置に各反射型空間光変調素子２４，２５，２６を配置した構成（「Ｐ配置」という。）を示す斜視図である。
【００９２】
この場合においては、各偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８への入射光の偏光方向は、上述した「Ｓ配置」と異なり、偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８の反射面に対するＰ偏光である。そして、色分解プリズム１０のダイクロイック膜１１，１２における入射面と偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８の入射面とが互いに直交していることから、偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８に対するＰ偏光は、色分解プリズム１０のダイクロイック膜１１，１２に対しては、Ｓ偏光となる。また、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７から出射されるＳ偏光に対応する偏光は、色合成プリズム２０のダイクロイック膜２７，２８に対してはＰ偏光となるようになっている。
【００９３】
したがって、色分解プリズム１０においては各ダイクロイック膜１１，１２をＳ偏光用に設計し、色合成プリズム２０においては各ダイクロイック膜２７，２８をＰ偏光用に設計する必要がある。
【００９４】
この場合の色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０のダイクロイック膜に対する偏光状態をまとめると、以下の〔表２〕のようになる（「１／２波長板無し」の欄）。
【００９５】
【表２】
2004286767.tif 000004
【００９６】
そこで、例えば、各フィールドレンズ２２と各偏向プリズム１３，１４，１５との間に位相差板（１／２波長板）を挿入することによって、偏光方向を９０°回転させれば、色分解プリズム１０のダイクロイック膜１１，１２に対するＰ偏光に対応する光は、色合成プリズム２０のダイクロイック膜２７，２８に対してもＰ偏光となる（〔表２〕の「偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と色分解プリズムの間に１／２波長板がある場合」の欄）。
【００９７】
すなわち、位相差板（１／２波長板）２１を上述の位置に挿入することにより、色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０において、同一の偏光方向（Ｐ偏光）を基準としたダイクロイック膜の設計ができる。そして、これら全てのダイクロイック膜１１，１２、２７，２８を同時に成膜することとすれば、波長特性（分光特性）などの特性が一致したダイクロイック膜が得られ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【００９８】
同様に、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７と色合成プリズム２０との間に、位相差板（１／２波長板）を挿入し、色分解プリズム１０と色合成プリズム２０とで、ともにＳ偏光を基準として設計されたダイクロイック膜を用いることもできる（〔表２〕の「偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と色合成プリズムの間に１／２波長板がある場合」の欄）。
【００９９】
この場合においても、全てのダイクロイック膜１１，１２、２７，２８を同時に成膜して特性が一致したダイクロイック膜を得ることができ、色分解及び色合成におけるスペクトル損失を最小限に抑えることができる。
【０１００】
次に、この投射型表示装置においては、各偏向プリズム１３，１４，１５を、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７に接離する方向に移動調整することにより、各反射型光変調素子２４，２５，２６上における照明領域の位置を微調整することができる。
【０１０１】
一方、図７は、偏向プリズム１３，１４，１５に代えて、平面鏡、または、曲面鏡３０を用いた構成を示す斜視図である。
【０１０２】
この投射型表示装置においては、偏向プリズム１３，１４，１５に代えて、平面鏡、または、曲面鏡３０を用いることができ、この場合には、この平面鏡、または、曲面鏡３０を、図７中の矢印で示すように、各偏光ビームスプリッタ１５，１６，１７に接離する方向、あるいは、平面鏡、または、曲面鏡３０の反射面に沿う２方向に移動させることにより、各反射型光変調素子２４，２５，２６上における照明領域の位置を微調整することができる。
【０１０３】
図８は、フィールドレンズ２２を光軸に対して直交する２方向に移動調整するための構成を示す斜視図である。
【０１０４】
この投射型表示装置においては、フィールドレンズ２２を光軸に対して直交する２方向に移動調整することにより、各反射型光変調素子２４，２５，２６上における照明領域の位置を微調整することができる。この場合には、フィールドレンズ２２を支持する支持枠３１を固定枠３２に対して移動可能に取り付けておき、この固定枠３２に対して、２方向の押しネジ３３，３４により、支持枠３１を移動させることにより、フィールドレンズ２２の光軸に対する直交２方向についての移動調整を行うことができる。
【０１０５】
なお、押しネジ３３，３４に代えて、圧電素子を使用することとしてもよい。
【０１０６】
上述のような投射型表示装置において、色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０をなす材質（硝材）としては、いわゆる「ＢＫ−７」が一般的に使用されるが、これに限られるものではない。また、上述した、色分解プリズム１０及び色合成プリズム２０の形状、例えば、頂角α１，α２の角度等は、特に限定されるものではない。
【０１０７】
さらに、上述の実施の形態においては、ロッドインテグレータ３を照明系に使用しているが、これには限られず、例えば、フライアイインテグレータを照明系に用いても良い。
【０１０８】
上述のように、本実施の形態の投射型表示装置においては、クロスダイクロイックプリズムを用いた場合のように投射画像中にダイクロイック膜の交差部の影や不要な輝線などの発生がなく、いわゆる「レジずれ」もない。また、他の色用の反射型光変調素子ヘの漏れ光が少なく、ゴーストの発生が防止された良好なコントラストの画像を表示することができる。
【０１０９】
さらに、ダイクロイック膜に対する光の入射角度が小さく、色合成時の光利用効率を高くすることができる。また、各色毎に最適な特性の偏光ビームスプリッタを使用でき、各色ごとに最適な狭帯域カラーフィルタを使用することができるため、高いコントラストの画像表示を容易に実現できる。
【０１１０】
また、この投射型表示装置においては、３つの反射型光変調素子が表示する像が互いに反転したり鏡像関係になることがないので、反射型光変調素子に起因する面内むら（反射率むら等）がある場合であっても、３色を合成したときに色むら等の発生がない。すなわち、この投射型表示装置の色分解プリズムにおいては、緑色光は反射されずに透過し、赤色光及び青色光はそれぞれ２回反射されるため、照明光像が反転しない正立像となる。そのため、各反射型光変調素子の物理方向に対して緑色光、赤色光及び青色光の全てが同じ照明光となり、照明ムラが色むらの原因となることがない。
【０１１１】
そして、この投射型表示装置においては、色分解プリズム及び色合成プリズムの設計、製造が容易である。
【０１１２】
図９は、第２の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【０１１３】
第２の実施の形態の投射型表示装置は、第１の実施の形態における偏光ビームスプリッタ１６，１７，１８の代わりに、金属偏光板（Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を使用するものである。
【０１１４】
図９においては、第１の実施の形態の図６における、フィールドレンズ２２以降のＰＢＳ部、合成プリズム２０における偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６，１７，１８を金属偏光板に置き換えた実施の形態を示している。光源１からフィールドレンズ２２（必要に応じて１／２波長板２１）に至る光源系・色分解系の光学系は共通であるため、図上では省略している。
【０１１５】
金属偏光板は金属グリッド偏光板あるいはグリッド偏光子とも称され、特開昭４９−９０１４９号公報、米国特許第４２８９３８１号、米国特許第４５１４４７９号、特開昭５８−４２００３号公報に見られる様に、１９７０年代から開発されてきたものである。
【０１１６】
具体的に説明すると、分解されて３原色となった光がそれぞれＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５を透過して、反射型光変調素子２４，２５，２６に照射する。反射型光変調素子２４，２５，２６に印加された画像情報に応じて変調された反射光はＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５にて反射し、「フィリップスプリズム」と称される色合成プリズム２０に入射されて３色合成される。
【０１１７】
従来のガラス製ＰＢＳ１６，１７，１８は、光学的にはガラスの直方体であるので、上述のＳ配置・Ｐ配置のいずれの配置を取っても、光学的な収差は基本的に同等である。一方、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５は、ガラス板上に金属製の格子を設けた構造で、平行平面板であるから、ガラス製ＰＢＳ１６，１７，１８の代わりに用いる場合、反射型光変調素子２４，２５，２６の出射光の光路にガラスが透過で入ると非点収差等の原因となり、画面の解像度が極端に劣化する。そのため、図６と同様にＰ配置としている。
【０１１８】
また、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５の格子面と逆側ガラス面で反射があると、その面でも反射をしてしまい、その結果として、画面が２重像となるという不具合が発生する。よって、本実施の形態においては、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５の金属偏光板の格子面と逆側のガラス面には反射防止（ＡＲ）コートを設けることが必要である。ＡＲコートの反射率は、そのチャンネルの色の帯域を含む帯域において、約１％以下であることが望ましい。帯域は、例えば、青チャンネルに於いては、４２０〜５００ｎｍ、緑チャンネルに於いては、５００〜５８０ｎｍ、赤チャンネルに於いては、５８０ｎｍ〜６８０ｎｍである。更に、上記帯域において、０．５％以下であれば更に良い。
【０１１９】
金属偏光板によるプリポラライザー４０，４１，４２はＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５に前置されて透過光の偏光度を向上させるものである。なお、便宜上、図中にはプリポラライザー４２のみが示されている。
【０１２０】
ポストポラライザー４６，４７，４８はＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５に後置され、反射型光変調素子２４，２５，２６で変調されない反射光のうちＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５で透過されずに反射してしまった光（ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５に対してＰ偏光）を阻止してコントラストをより向上させるために用いられる。
【０１２１】
図１０は、本発明に係る第３の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【０１２２】
図１０（ａ）は第３の実施の形態の投射型表示装置の全体の構成を示す図であり、図１０（ｂ）は第３の実施の形態の投射型表示装置におけるポストポラライザー４６，４７，４８の光軸に対する位置関係を説明するための斜視図である。
【０１２３】
第３の実施の形態における第２の実施の形態との相違点は、光軸に対してポストポラライザー４６，４７，４８が所定角度傾斜していることである。すなわち、光軸とポストポラライザー４６，４７，４８の主面の法線が所定角度を有している。
【０１２４】
これは、ポストポラライザー４６，４７，４８で反射した反射型光変調素子２４，２５，２６で再度反射し、さらにＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５で反射して投射レンズの入射瞳に入射することによって、ゴーストが発生することを防止するものである。
【０１２５】
図１０（ｂ）は、収差補正のための４枚一組のプレートを示す図である。
【０１２６】
これらのプレートは、金属偏光板又は単なる透明なガラス板等からなり、光軸に対して所定角度αを有するプレート７１、プレート７１を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート７２、プレート７１，７２を光軸について９０°回転したプレート７３，７４から構成される。
【０１２７】
第３の実施の形態のポストポラライザー４６，４７，４８は、光軸に対して例えばプレート７１に相当する位置に配置したものである。
【０１２８】
ポストポラライザー４６，４７，４８の光軸に対する傾斜角度は、上記趣旨により簡単に作図から求めることができる。具体的には、反射型光変調素子２４，２５，２６から反射する光のコーンアングル（円錐角）（すなわち、結像に寄与する光の最大広がり角度と光軸とのなす角である）をα度とした場合に、ポストポラライザー４６，４７，４８の傾斜角度をα度とすると、任意の角度で反射型光変調素子２４，２５，２６から反射した光がポストポラライザー４６，４７，４８及びＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５で反射して反射型光変調素子２４，２５，２６に戻る角度がα度となる。言い換えると、ポストポラライザー４６，４７，４８の傾斜角度をα度以上に設定すれば反射型光変調素子２４，２５，２６での再反射光はコーンアングル以上の角度の付いた光線となり、投射レンズの入射瞳に入射しなくなるため、スクリーンに到達せず、よってゴーストを確実に防止することができる。
【０１２９】
前記コーンアングルは、投射レンズのＦナンバーと対応する。具体的設計に応じて、Ｆナンバー（すなわち、コーンアングル）は変わるが、一般的にはＦナンバーは２．８〜４．０である。
【０１３０】
ここで、Ｆナンバー４にて約７．２度、Ｆナンバー２．８にて約１０．３度、Ｆナンバー２にて約１４．５度であるため、望ましい傾斜角度としては、５〜１５度である。
【０１３１】
図１１は、本発明に係る第４の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【０１３２】
本実施の形態は、第３の実施の形態の投射型装置において、ポストポラライザー４６，４７，４８とフィリップスプリズム２０の間にシリンドリカルレンズ４９，５０，５１が設置されていることが特徴である。これは、ポストポラライザー４６，４７，４８が傾斜していることによる収差を補正するものである。
【０１３３】
なお、シリンドリカルレンズ４９，５０，５１の代替として、前記図１０（ｂ）に示した４枚一組の収差補正機能付きのプレートセット７１，７２，７３，７４で置き換えることもできる。この４枚のプレート７１，７２，７３，７４の内の１枚をポストポラライザー４６，４７，４８とすることにより、ポストポラライザー４６，４７，４８とシリンドリカルレンズ４９，５０，５１の機能の代替とすることができる。
【０１３４】
図１２は、第２乃至第４の実施の投射型表示装置におけるＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５とポストポラライザー４６，４７，４８の実装方法を示す斜視図である。
【０１３５】
これらの実施の形態においては、色合成プリズム２０の上面にアルミナ系セラミック５２による共通のベース５２を設けている。
【０１３６】
ホルダー５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃは、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５とポストポラライザー４６，４７，４８を固定するとともに、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５とポストポラライザー４６，４７，４８と反射型光変調素子２４，２５，２６によってそれらの内側の空間を密閉構造とするためのものである。ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５及びポストポラライザー４６，４７，４８の金属格子（グリッド）側は密閉空間側になるように設置する。このようにしたことによって、金属格子面が密閉に保持され、金属格子が他者と接触することによるダメージ、各種原因によるコンタミネーション等の不具合を効果的に防止することができる。
【０１３７】
ホルダー５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃは、ベース５２に固定されている状態とし、そのホルダー５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃに反射型光変調素子２４，２５，２６をレジストレーション調整されても良いし、反射型光変調素子２４，２５，２６とともに固定されたユニット状態でレジストレーション調整されても良い。
【０１３８】
金属偏光板は金属格子の作用により、偏光作用を発揮するのであるが、金属偏光板に入射する光の幾分かは金属格子により吸収されるため、金属偏光板は温度上昇する。よって、金属偏光板は、その信頼性確保の観点及び、温度変化により金属偏光板の平面度が劣化すると、結像性能が劣化するという問題点除去の観点から、適切に冷却される必要がある。しかしながら、金属偏光板の金属格子側は結像光学系を構成しているため、直接冷却すると上記弊害があるため、密閉された金属偏光板をその基板側から空冷することが必要となる。
【０１３９】
前記図１２は、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５のシロッコファン５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃも示している。これらのシロッコファン５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃは、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５の非金属格子面を冷却する。
【０１４０】
当、シロッコファン５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃでなく軸流ファンであっても良く、シロッコファン５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃからの風を適切な導風路を経て冷却されても良い。またプリポラライザー４０，４１，４２や、ポストポラライザー４６，４７，４８も適切に冷却することが望ましい。直接図示していないが、ポストポラライザー４６，４７，４８は、ホルダー５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃと色合成プリズム２０の隙間への送風により、プリポラライザー４０，４１，４２はそれらの周りの空間への送風により冷却が達成されている。
【０１４１】
以上の構成により、ガラス製ＰＢＳ１６，１７，１８の代わりに、金属偏光板（Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を使用した投射型表示装置を実現することができ、光学系の軽量化、ガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができる。
【０１４２】
以上の金属偏光板を使用したプリポラライザー−ＰＢＳ−ポストポラライザーの構成は、従来のクロスダイクロイックプリズムを使用したシステムにおいても当然に適用することが可能である。
【０１４３】
以下では、金属偏光板をクロスダイクロイックプリズムを備える投射型表示装置に適用した実施の形態を示す。
【０１４４】
なお、クロスダイクロイックプリズムの従来例としては、特開２００１−３９８１９８号公報が挙げられる。この従来例は、従来のクロスダイクロイックプリズムを使用したシステムであり、ガラス製ＰＢＳをプリポラライザー、及びＰＢＳとして使用し、補助的に金属偏光板のプリポラライザーを追加挿入したものである。
【０１４５】
前記従来例においてもプリＰＢＳガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができた。しかしながら、コントラルト向上等の画質要求は強く、更なる改善が望まれていた。
【０１４６】
図１３〜図１５はクロスダイクロイックプリズムを使用した合成ブロックを有する、第５乃至第７の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。なお、図中のようにＸ、Ｙ、Ｚ軸を定義する。
【０１４７】
図１３は、本発明に係る第５の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。第５の実施の形態の投射型表示装置は、図９に示した第２の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【０１４８】
ランプならびに放物面鏡等の凹面鏡から構成される光源１から射出された略平行光束の光源光（白色光）１ａは折り曲げミラー（コールドミラー）６５を経て水平方向に所定の角度例えば略９０°に折り曲げられて偏光変換装置６０に入射して偏光変換を受ける。
【０１４９】
ここで、偏光変換装置６０は複数のフライアイレンズ６１ａを有する第１のレンズ板６１と複数のフライアイレンズ６２ａを有する第２のレンズ板６２とからなるフライアイインテグレータと、偏光ビームスプリッタをアレイ状に形成した偏光ビームスプリッタアレイ６３と、所定位置に形成した１／２波長位相板６４とから構成される。
【０１５０】
上記の偏光変換装置６０から射出された光は大部分がＳ偏光であるが、一部Ｐ偏光が混じっている。偏光変換装置６０を射出した光はコンデンサーレンズ５９を経てＢ（青）光反射ダイクロイックミラー５７と、Ｒ（赤）光とＧ（緑）光を反射するダイクロイックミラー５８とを互いに直交するようにＸ型に配置したクロスダイクロイックミラー５６に入射され、入射光軸に直交し互いに反対方向に進行するＢ光（図中右方へ進行）と、Ｒ光、Ｇ光（図中左方へ進行）とに色分解する。
【０１５１】
前記色分解されたＢ光はミラー５５にて反射され、フィールドレンズ５３Ｂを経てプリポララリザー４１を透過してＰＢＳ用金属偏光板４５に入射される。ミラー５５は、コールドミラーでも良く、金属偏光板であっても良い。
【０１５２】
一方、前記色分解されたＧ光、Ｒ光はミラー５６にて反射されてＧ光反射ダイクロイックミラー５４に入射される。ここで、反射するＧ光（図中右方へ進行）と、透過するＲ光（図中上方へ進行）とに色分解され、それぞれフィールドレンズ５３Ｇ，５３Ｒを経て、プリポラライザー４２，４０を経て、それぞれのＰＢＳ用金属偏光板４３，４４に入射される。
【０１５３】
本実施の形態においても、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５は図６と同様にＰ配置としている。
【０１５４】
金属偏光板によるプリポラライザー４０，４１，４２はＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５に前置されて透過光の偏光度を向上させるものである。金属偏光板によるポストポラライザー４６，４７、４８は、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５に後置され、反射型光変調素子８３，８４，８５で変調されない反射光がＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５で透過されずに反射してしまった光（金属偏光板に対してＰ偏光）を阻止してコントラストをより向上させるために用いられる。
【０１５５】
反射型光変調素子８３，８４，８５でそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれポストポラライザー４７，４６，４５を介してクロスダイクロイックプリズム８１で合成され、投射レンズ８２方向に射出される。
【０１５６】
図１４は、本発明に係る第６の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。図１４（ａ）は第６の実施の形態の投射型表示装置の全体の構成を示す図であり、図１４（ｂ）は第６の実施の形態の金属偏光板によるポストポラライザー４４，４５，４６の光軸に対する位置関係を説明するための図である。
【０１５７】
第６の実施の形態の投射型表示装置は、図１０に示した第２の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【０１５８】
第１３に示した第５の実施の形態との相違点は、ポストポラライザー４６，４７，４８が光軸に対して所定角度傾斜していることである。これは、ポストポラライザーで反射した光が反射型光変調素子８３，８４，８５で再度反射し、さらに金属偏光板４３，４４，４５で反射して投射レンズ８２の入射瞳に入射することによって、ゴーストが発生することを防止するものである。
【０１５９】
図１４（ｂ）は、収差補正のための４枚１組のプレートを示す図である。
【０１６０】
これらのプレートは、光軸に対して所定角度αを有するプレート７１、プレート７１を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート７２、プレート７１，７２を光軸について９０°回転したプレート７３，７４から構成される。
【０１６１】
本実施の形態のポストポラライザー４６，４７，４８は、光軸に対して例えばプレート７１に相当する位置に配置したものである。
【０１６２】
ポストポラライザー４３，４４，４５の傾斜角度は、上記趣旨により簡単に作図から求めることができる。具体的には、反射型光変調素子８３，８４，８５から反射する光のコーンアングル（円錐角）（すなわち、結像に寄与する光の最大広がり角度と光軸とのなす角である）をα度とした場合に、ポストポラライザー４３，４４，４５の傾斜角度をα度とすると、任意の角度で反射型光変調素子８３，８４，８５から反射した光がポストポラライザー４３，４４，４５及びＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５で反射して反射型光変調素子８３，８４，８５に戻る角度がα度となる。言い換えると、ポストポラライザー４３，４４，４５の傾斜角度をα度以上に設定すれば反射型光変調素子８３，８４，８５での再反射光はコーンアングル以上の角度の付いた光線となり、投射レンズの入射瞳に入射しなくなるため、スクリーンに到達せず、よってゴーストを確実に防止することができる。
【０１６３】
前記コーンアングルは、投射レンズのＦナンバーと対応する。具体的設計に応じて、Ｆナンバー（すなわち、コーンアングル）は変わるが、一般的にはＦナンバーは２．８〜４．０である。
【０１６４】
ここで、Ｆナンバー４にて約７．２度、Ｆナンバー２．８にて約１０．３度、Ｆナンバー２にて約４．５度であるため、望ましい傾斜角度としては、５〜１５度である。
【０１６５】
図１５は、本発明に係る第７の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。第７の実施の形態の投射型表示装置は、図１１に示した第４の実施の形態の投射型表示装置に対応している。
【０１６６】
第７の実施の形態においては、ポストポラライザー４６，４７，４８とクロスダイクロイックプリズム８１の間にシリンドリカルレンズ４９，５０，５１が設置されていることが特徴である。これは、ポストポラライザー４６，４７，４８が傾斜していることによる収差を補正するものである。
【０１６７】
前記図１４（ｂ）は、シリンドリカルレンズ４９，５０，５１の代替としての機能を有する収差補正のための４枚１組のプレートを示す図である。
【０１６８】
これらのプレートは、光軸に対して所定角度αを有するプレート７１、プレート７１を光軸に垂直な面について鏡映対称に配置したプレート７２、プレート７１，７２を光軸について９０°回転したプレート７３，７４から構成される。
【０１６９】
本実施の形態のポストポラライザー４６，４７，４８は、光軸に対して例えばプレート７１に相当する位置に配置したものである。
【０１７０】
この４枚のプレート７１，７２，７３，７４の内の１枚をポストポラライザーと兼用することにより、ポストポラライザー４６，４７，４８とシリンドリカルレンズ４９，５０，５１の機能の代替とすることができる。
【０１７１】
図１３〜図１５において、ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５とポストポラライザー４６，４７，４８の実装方法を以下で説明する。クロスダイクロイックプリズム８１と３色用のＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５等を含む部分の上下面にアルミナ系セラミックによる共通のベース５２を設ける。
【０１７２】
ＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５とポストポラライザー４６，４７，４８と反射型光変調素子８３，８４，８５により囲まれる空間は密閉構造とする密閉構造にする方法としては、これら３種類の部材の間をゴム等の可撓性部材で密閉する方法がある。このようにしたことによって、金属格子面が密閉に保持され、金属格子が他者と接触することによるダメージ、各種原因によるコンタミネーション等の不具合を効果的に防止することができる。
【０１７３】
金属偏光板は金属格子の作用により、偏光作用を発揮するのであるが、金属偏光板に入射する光の幾分かは金属格子により吸収されるため、金属偏光板は温度上昇する。よって、金属偏光板は、その信頼性確保の観点及び、温度変化により金属偏光板の平面度が劣化すると、結像性能が劣化するという問題点除去の観点から、適切に冷却される必要がある。しかしながら、金属偏光板の金属格子側は結像光学系を構成しているため、直接冷却すると上記弊害があるため、密閉された金属偏光板をその基板側から空冷することが必要となる。図１２〜図１５では、図中の空気流８７に示すように図示しない冷却手段によってＰＢＳ用金属偏光板４３，４４，４５の非金属格子面は冷却されている。前記冷却手段としては、シロッコファン、軸流ファンが選択できる。またプリポラライザー４０，４１，４２や、ポストポラライザー４６，４７，４８も適切に冷却することが望ましい。
【０１７４】
以上の第５乃至第７の実施の形態で示したように、クロスダイクロイックプリズム８１を使用した投射型表示装置においても、ガラス製偏光ビームスプリッタの代わりに、金属偏光板（Ｗｉｒｅ  Ｇｒｉｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）を使用することができ、光学系の軽量化、ガラスの複屈折による影響を除去することによるコントラスト向上に資することができる。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明は、製造が容易であり、画像のぼけやゴーストがなく、高いコントラストの画像を表示できるようになされた投射型表示装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２】前記投射型表示装置における色分解プリズムの形状を示す側面図である。
【図３】前記投射型表示装置における色合成プリズムの周辺の構成を示す側面図である。
【図４】前記投射型表示装置における色分解プリズム及び色合成プリズムの周辺の構成を示す斜視図である。
【図５】前記投射型表示装置における色分解プリズム、色合成プリズム及び反射型光変調素子の構成を示す斜視図である。
【図６】前記投射型表示装置において各偏光ビームスプリッタに入射する光を偏光ビームスプリッタ内の反射面に対するＰ偏光としこの反射面を透過した光を受光する位置に各反射型空間光変調素子を配置した構成を示す斜視図である。
【図７】前記投射型表示装置において偏向プリズムに代えて、平面鏡、または、曲面鏡を用いた構成を示す斜視図である。
【図８】前記投射型表示装置においてフィールドレンズを光軸に対して直交する２方向に移動調整するための構成を示す斜視図である。
【図９】第２の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】第３の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】第２乃至第４の実施の形態の実装方法を示す斜視図である。
【図１３】第５の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】第６の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。
【図１５】第７の実施の形態の投射型表示装置の構成を示す図である。
【図１６】いわゆる「クロスダイクロイックプリズム」を用いた光学系を備えた従来の投射型表示装置の構成を示す斜視図である。
【図１７】画面対応部分に接合部を有さないプリズムを使用した従来の投影型表示装置の構成を示す側面図である。
【図１８】従来の「３個以上のプリズムにより構成される色合成光学素子」の構成を示す側面図である。
【符号の説明】
１  光源
３  ロッドインテグレータ
５，６，８  リレーレンズ
７  Ｐ−Ｓ合成素子
１０  色分解プリズム
１３，１４，１５  偏向プリズム
１６，１７，１８  偏光ビームスプリッタ
２０  色合成プリズム
４０，４１，４２…プリポラライザー
４３，４４，４５…ＰＢＳ用金属偏光板
４６，４７，４８  ポストポラライザー
５３Ｂ，５３Ｇ，５３Ｒ…フィールドレンズ
５４  Ｇ光反射ダイクロイックミラー
５６，５７，５８  クロスダイクロイックミラー
５９  コンデンサレンズ
６０  偏光変換装置
６５  コールドミラー
【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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【図１０】
2004286767.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
2004286767.tif 000016
【図１３】
2004286767.tif 000017
【図１４】
2004286767.tif 000018
【図１５】
2004286767.tif 000019
【図１６】
2004286767.tif 000020
【図１７】
2004286767.tif 000021
【図１８】
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