(57)【要約】【課題】照度ムラおよび色ムラを防止する。【解決手段】複数の画像表示素子８（８Ｂ、８Ｇ、８Ｒ）を照射するための光源１と、光源光の色分離および光路の変換を行う第一光学系と、画像表示素子８を通過した光を合成する第二光学系と、画像表示素子８に表示される像を拡大投射するための投射手段とを有し、光源１から各画像表示素子８までの光路のうち、光路長が他の光路における光路長よりも長い光路が、少なくとも２つのミラーＭ３〜Ｍ５からなる反射光学系によりリレー系を構成しており、リレー系で用いるミラーが光学多層膜で構成され、この層数が１０層以下である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画像表示素子と、この画像表示素子を照射するための光源と、光源光の色分離および光路の変換を行う第一光学系と、前記画像表示素子を通過した光を合成する第二光学系と、前記画像表示素子に表示される像を拡大投射するための投射手段とを有し、
前記光源から各画像表示素子までの光路のうち、光路長が他の光路における光路長よりも長い光路が、少なくとも２つのミラーからなる反射光学系によりリレー系を構成しており、
前記リレー系で用いるミラーが光学多層膜で構成され、この層数が１０層以下であることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記光学多層膜は、基板にアルミを積層し、この上に低屈折率薄膜と高屈折率薄膜とを相互に積層していることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記ミラーの光学多層膜における層数が、３層以上、１０層以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
前記ミラーは、特定の偏光方向、波長帯域において反射率９５％以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投射型画像表示装置に関し、例えばカラー液晶パネルに基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影するカラー液晶プロジェクターに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子などに基づく投影像原画をスクリーン面上に拡大投影する投射装置（液晶プロジェクター）が種々、提案されている。
【０００３】
この投射装置では、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色光の画像に基づく画像表示素子（液晶表示素子）を光源からの光を色分解した色光で各々照明している。そして、画像表示素子を透過したそれぞれの色光を色合成部を介して一つの投射レンズでスクリーン面上等に投射している。
【０００４】
図５において、光源部１０１から射出された白色光は、リフレクタ−１０２で反射され、第１のフライアイレンズ１０３を通過し、ミラーＭ１０１で反射する。そして、第２のフライアイレンズ１０４、偏光変換素子１０５、コンデンサーレンズ１０６等を通過した後、ダイクロイックミラーＤＭ１０１によって青色帯域の光は反射し、緑から赤色帯域光は透過する。ここで、ダイクロイックミラーＤＭ１０１の分光透過率を図６（ａ）に示す。
【０００５】
ダイクロイックミラーＤＭ１０１で反射した青色帯域光は、反射ミラーＭ１０２によって光路を変え、フィールドレンズ１０７Ｂを介し、画像表示素子１０８Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された光は、ダイクロイックプリズム１０９に順に入射し、ダイクロイックプリズム１０９で光路を９０度変えて投射レンズ１１０に入射する。
【０００６】
一方、ダイクロイックミラーＤＭ１０１を透過した緑〜赤色帯域光は、図６（ｂ）に示す分光透過率を有するダイクロイックミラーＤＭ１０２に入射する。図６（ｂ）に示すように、ダイクロイックミラーＤＭ１０２は緑色帯域光Ｇを反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射し、その光路を変えて、フィールドレンズ１０７Ｇを介して画像表示素子１０８Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光は、ダイクロイックプリズム１０９、投射レンズ１１０の順に入射する。
【０００７】
ダイクロイックミラーＤＭ１０２を透過した赤色帯域光は、図６（ｃ）に示す分光透過率を有するトリミングフィルターＴＲ０を透過し、凹面ミラーＭ１０３、反射ミラーＭ１０４および凹面ミラーＭ１０５を介して、画像表示素子１０８Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム１０９に入射し、ダイクロイックプリズム１０９で光路を変えて投射レンズ１１０に入射する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ある特定の色帯域光の反射率を高めるにはダイクロイックミラーのような誘電体が多層重なりあっているミラーが有効である。従来技術の投射装置（図５）において、凹面ミラーＭ１０３、Ｍ１０５、反射ミラーＭ１０４は赤色帯域光を反射するダイクロイックミラーとなっている。
【０００９】
偏光変換素子１０５は、無偏光（ランダム偏光）の入射光を特定の方向に偏光した直線偏光光として射出するようになっており、一般的には偏光変換素子１０５から射出した光は図５の紙面垂直方向に偏光した直線偏光光である。ミラーも、この方向に偏光した光に最適になるように膜設計が行われている。
【００１０】
光軸上の光および光軸を含む紙面平行面の光は、画像表示素子１０８Ｒまで、光束と反射面の法線ではられる面が紙面平行面と一致するが、その他の光は光束と反射面の法線ではられる面が紙面平行面と一致しない。
【００１１】
図７は、ミラーＭ１０３〜１０５、画像表示素子１０８Ｒまでの光路の詳細図である。図８は、図７のＡ視で画像表示素子１０８Ｒを見た際の図で、▲１▼〜▲９▼に入射する主光線についてミラーＭ１０４でどのように反射するか考えていく。
【００１２】
図８の▲２▼に入射する光の主光線は、図９（ａ）に示すように紙面平行面（ＸＺ平面）で見た場合には、光軸上の光と同様であるが、紙面垂直面（ＸＹ平面）では図９（ｂ）のように光軸に対して傾いた光路をたどる。したがって、この主光線は、ミラーＭ１０４で光束と反射面の法線ではられる面に対して、図１０に示すように平行方向と垂直方向の２成分の偏光方向をもつ光と考えられる。
【００１３】
また、図１１に示すように、図８の画像表示素子１０８Ｒの▲１▼、▲３▼に入射する光の主光線は、ミラーＭ１０４で光束と反射面の法線ではられる面に対して、平行方向と垂直方向の２成分の偏光方向をもち、図１２に示すように、画像表示素子１０８Ｒの▲１▼と▲３▼に入射する光では、各成分の大きさが異なっている。
【００１４】
図８において、画像表示素子１０８Ｒの▲１▼〜▲３▼、▲７▼〜▲９▼に入射する光の主光線は、ミラーＭ１０３、Ｍ１０５でも前述のミラーＭ１０４と同様に平行方向と垂直方向の２成分の偏光方向をもち、またそれぞれの入射光によって各成分の大きさが異なっている。
【００１５】
画像表示素子１０８Ｒの▲１▼〜▲３▼、▲７▼〜▲９▼に入射する光の主光線は、ミラーＭ１０３〜１０５で光束と反射面の法線ではられる面に対して、平行方向と垂直方向の２成分の偏光方向をもつため、ミラーの特性によって平行方向と垂直方向の位相ずれ、反射率の差やまたそれに加えそれぞれの主光線が各ミラーに対する入射角も異なるので、この要因も相乗され、直線偏光の偏光方向の旋回が起こったり、楕円偏光になったりしてしまう。
【００１６】
画像表示素子１０８Ｒの▲４▼〜▲６▼に入射する光の主光線は、ミラーＭ１０３〜１０５で光束と反射面の法線ではられる面に対して、光の偏光方向はたえず垂直方向であり、それぞれの主光線が各ミラーに対する入射角が異なるのみであるため、先述の偏光方向の旋回等の起こる量は、画像表示素子１０８Ｒの▲１▼〜▲３▼、▲７▼〜▲９▼に入射する光に比べれば小さい。
【００１７】
これらをまとめると、画像表示素子１０８Ｒの▲４▼〜▲６▼に入射する光の主光線に対して、▲１▼〜▲３▼、▲７▼〜▲９▼に入射する主光線は、直線偏光の偏光方向の旋回や、楕円偏光になってしまう量が大きく、画像表示素子として液晶表示素子を用いる場合、液晶表示素子入射側に配置する偏光板を透過する光量が少なくなってしまうため、従来技術では赤の照度ムラになってしまう。
【００１８】
これにより、白を表示した際には各色の照度分布が異なってしまうため、色ムラも発生してしまう。
【００１９】
また、ミラーの膜の層数が多いほど、光束と反射面の法線ではられる面に対して、平行方向と垂直方向の位相ずれ等は大きくなるので、先述の照度ムラ、色ムラは大きくなってしまう。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の画像表示素子と、この画像表示素子を照射するための光源と、光源光の色分離および光路の変換を行う第一光学系と、画像表示素子を通過した光を合成する第二光学系と、画像表示素子に表示される像を拡大投射するための投射手段とを有し、光源から各画像表示素子までの光路のうち、光路長が他の光路における光路長よりも長い光路が、少なくとも２つのミラーからなる反射光学系によりリレー系を構成しており、リレー系で用いるミラーが光学多層膜で構成され、この層数が１０層以下であることを特徴とする。
【００２１】
ここで、光学多層膜は、基板にアルミを積層し、この上に低屈折率薄膜と高屈折率薄膜とを相互に積層して形成することができる。また、ミラーの光学多層膜における層数を、３層以上、１０層以下とすることが好適である。さらに、ミラーは、特定の偏光方向、波長帯域において反射率９５％以上とすることが好適である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である投射型画像表示装置について説明する。
【００２３】
図１において、光源部１から射出された白色光は、リフレクタ−２で反射され、第１のフライアイレンズ３を通過し、ミラーＭ１で反射する。そして、第２のフライアイレンズ４、偏光変換素子５、コンデンサーレンズ６等を通過した後、ダイクロイックミラーＤＭ１によって青色帯域の光は反射し、緑から赤色帯域光は透過する。ここで、光源には、一般にハロゲンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等が使用される。
【００２４】
図２（ａ）に示す分光透過率を有するダイクロイックミラーＤＭ１を反射した青色帯域光は、反射ミラーＭ２によって光路を９０度変え、フィールドレンズ７Ｂを介して画像表示素子８Ｂに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された光は、ダイクロイックプリズム９に入射し、ダイクロイックプリズム９で光路を９０度変えて投射レンズ１０に入射する。
【００２５】
一方、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過した緑〜赤色帯域光は、図２（ｂ）に示す分光透過率を有するダイクロイックミラーＤＭ２に入射する。図２（ｂ）に示すように、ダイクロイックミラーＤＭ２は、緑色帯域光Ｇを反射する特性を有しているため、ここで緑色帯域光は反射し、その光路を９０度変える。
【００２６】
そして、フィールドレンズ７Ｇを介して画像表示素子８Ｇに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された緑色帯域光はダイクロイックプリズム９、投射レンズ１０の順に入射する。
【００２７】
ダイクロイックミラーＤＭ２を透過した赤色帯域光は、図２（ｃ）に示す分光透過率を有するトリミングフィルターＴＲを透過し、凹面ミラーＭ３、反射ミラーＭ４および凹面ミラーＭ５を介して、画像表示素子８Ｒに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。光変調された赤色帯域光は、ダイクロイックプリズム９に入射し、ダイクロイックプリズム９で光路を変えて投射レンズ１０に入射する。
【００２８】
本実施形態で使用している凹面ミラーＭ３、Ｍ５、反射ミラーＭ４の膜設計値を図３に、反射率を図４に示す。図４の反射率を示すグラフにおいて、Ｒｐは光束と反射面の法線ではられる面に対して平行方向の偏光方向、Ｒｓは垂直方向の偏光方向の光の反射率を示し、ＲａはＲｐとＲｓの平均を表している。
【００２９】
本実施形態では、ミラーＭ３とミラーＭ５は同じ膜構成である。そして、どのミラーも３層以上１０層以下になっている。
【００３０】
すなわち、凹面ミラーＭ３、Ｍ５は、図３に示すように８層構造となっており、基板上にＡｌ（アルミニウム）層（１）が形成され、この上面にＳｉＯ２およびＴｉＯ２が交互に積層されている。そして、表面にＳｉＯ（８）が形成されている。ここで、ＳｉＯ２およびＴｉＯ２は互いに、低屈折率薄膜と高屈折率薄膜との関係にあり、それぞれの膜厚は１５０ｎｄで等しくなっている。
【００３１】
また、反射ミラーＭ４は、図３に示すように３層構造となっており、基板上にＡｌ層（１）が形成され、この上面にＭｇＦ２層（２）、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２層（３）が積層されている。ＭｇＦ２層（２）およびＴｉＯ２＋ＺｒＯ２層（３）は互いに、低屈折率および高屈折率との関係にあり、両者の膜厚は１６０ｎｄと等しくなっている。
【００３２】
膜構成が３層未満であると反射率が低下し、本実施形態の場合、赤の照度が低下し、白がシアンっぽく見えてしまい好ましくない。特定の偏光方向、波長帯域（本実施形態の場合、赤色帯域）で反射率９５％以上は必要である。本実施形態でも赤色の主波長帯域の５９０〜６５０ｎｍにおいてＲｓ＞９５％となっている。
【００３３】
一方、膜構成が１０層よりも大きいと、上述したように、ミラーの膜の層数が多いほど、光束と反射面の法線ではられる面に対して、平行方向と垂直方向の偏光方向の光の位相ずれ等は大きくなるので、照度ムラ、色ムラは大きくなってしまう。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、リレー系で用いるミラーの光学多層膜において、この層数を１０層以下とすることで、反射率の低下および光の位相ずれ等を防止して、照度ムラおよび色ムラを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である投射型画像表示装置の要部概略図。
【図２】一実施形態におけるダイクロイックミラーの波長分光特性（ａ〜ｃ）。
【図３】Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５の膜構成。
【図４】Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５の反射率を示すグラフ（ａ〜ｃ）。
【図５】従来技術である投射型画像表示装置の要部概略図。
【図６】従来技術におけるダイクロイックミラーの波長分光特性（ａ〜ｃ）。
【図７】ミラーＭ１０３から画像表示素子１０８Ｒまでの光路詳細図。
【図８】図７のＡ視での画像表示素子の正面図。
【図９】画像表示素子の▲２▼に入射する光におけるミラーＭ１０３から画像表示素子１０８Ｒまでの光路図（ａ、ｂ）。
【図１０】直線偏光が２成分に分かれることを表した図。
【図１１】画像表示素子の▲１▼、▲３▼に入射する光におけるミラーＭ１０３から画像表示素子１０８Ｒまでの光路図（ａ、ｂ）。
【図１２】直線偏光が２成分に分かれることを表した図（ａ、ｂ）。
【符号の説明】
１、１０１：光源
２、１０２：リフレクター
３、１０３：第１のフライアイレンズ
４、１０４：第２のフライアイレンズ
５、１０５：偏光変換素子
６、１０６：コンデンサーレンズ
７、１０７：フィールドレンズ
８、１０８：画像表示素子
９、１０９：ダイクロイックプリズム
１０、１１０：投射レンズ
Ｍ１〜Ｍ５、Ｍ１０１〜Ｍ１０５：反射ミラー
ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ１０１、ＤＭ１０２：ダイクロイックミラー
ＴＲ、ＴＲ０：トリミングフィルター
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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