(57)【要約】【課題】コントラストの高い像を投射することのできる小型の投射型表示装置を提供する。【解決手段】光源１０１から射出した光は、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離部１０２Ｐで偏光分離され、色分解合成用複合プリズム１０３に入射し、偏光分離部１０２Ｐと平行ではない第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜により第１色光、第２色光、第３色光に色分解され、全反射を経て第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブ１０４Ｂ、１０４Ｒ、１０４Ｇに導かれる。第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜と偏光分離部１０２Ｐとは、光源１０１からの光の光軸に対して同じ側に傾いている。反射型ライトバルブで変調された各色光は色分解合成用複合プリズム１０３で色合成された後、偏光ビームスプリッタ１０２で検光されて投射レンズ１０５で投射される。【選択図】  図１
2004258307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解合成用複合プリズムは、第１のダイクロイク膜および第２のダイクロイク膜とを内部に有し、
前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とは、前記偏光分離部と平行ではなく、
前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜と前記偏光分離部とは、前記光源からの光の光軸に対して、同じ側に傾いており、
前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜で色分解された前記第１色光、第２色光、第３色光は全反射して前記色分解合成用複合プリズムから射出し、前記反射型ライトバルブに導かれること、を特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解合成用複合プリズムは、実質的に四角の断面形状の第１プリズムと実質的に三角の断面形状の第２プリズムとを第１のダイクロイック膜を挟んで接合した第１複合プリズムと、実質的に三角の断面形状の第３プリズムと実質的に三角の断面形状の第４プリズムとを第２のダイクロイック膜を挟んで接合した第２複合プリズムとを有し、
前記第１複合プリズムと前記第２複合プリズムとは空間を介して配置され、
前記偏光ビームスプリッタで偏光分離された光は、前記第１プリズムから前記色分解合成複合プリズムに入射し、
前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とは、前記偏光分離部と平行ではなく、
前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜と前記偏光分離部とは、前記光源からの光の光軸に対して、同じ側に傾いていること、を特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記第１のダイクロイック膜および第２のダイクロイック膜は互いに平行であること、を特徴とする請求項１または２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記色分解合成複合プリズムを射出し前記反射型ライトバルブに入射する光の光軸のうち少なくとも２つの色光の光軸は互いに平行であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離した光の光軸は、前記偏光ビームスプリッタの射出面の法線に対して角度Θ度だけ傾いており、
前記偏光ビームスプリッタの射出面と前記第１および第２ダイクロイック膜とのなす角度は（９０＋Θ／３）度であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記色分解合成用複合プリズムは断面が二等辺三角形であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記色分解合成用複合プリズムは断面が正三角形であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項８】
光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解合成用複合プリズムは、内部に前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光の混合光とに色分解する第１のダイクロイック膜と、前記混合光を第２色光と第３色光とに色分解する第２のダイクロイック膜とを有し、
前記第１のダイクロイック膜で色分解された前記第１色光は、前記色分解合成用複合プリズムの側面で全反射して前記第１色光用に配置された反射型ライトバルブに入射し、前記第１のダイクロイック膜で色分解された第２色光と第３色光の混合光は、前記色分解合成用複合プリズムの側面で全反射して前記第２のダイクロイック膜に入射し、前記第２のダイクロイック膜で反射された前記第２色光は前記第２色光用に配置された反射型ライトバルブに入射し、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第３色光は前記第３色光用に配置された反射型ライトバルブに入射することを特徴とする投射型表示装置。
【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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、偏光ビームスプリッタで偏光分離した光源からの光を色分解合成複合プリズムで色分解し、各色光毎に配置された反射型ライトバルブに入射させ、変調されて反射した各色光を色分解合成複合プリズムで色合成して偏光ビームスプリッタにて検光して取りだし、投射レンズにて投射する小型の投射型表示装置として、特開２００２−１６２６１３公報に記載された装置が知られている。
【０００３】
図１０にこの投射装置の構成図を示す。光源１１から射出された光は、その光軸が偏光ビームスプリッタ１２を構成するプリズム１２Ａの入射面に垂直に入射する。偏光分離部１２ｐを透過したＰ偏光の光はプリズム１２Ｂの射出面から射出する。ただしこの射出面は、射出する光軸と直交しないようにプリズム１２Ｂは形成されている。偏光ビームスプリッタ１２を射出した光は、３つのプリズム１３Ａ，１３Ｂ、１３Ｃから構成される色分解合成用複合プリズムに入射する。プリズム１３Ａの面１３ｂにはＢ（青）光反射ダイクロイク膜、面１３ａには全反射膜が形成され、プリズム１３Ｂの面１３ｄには全反射膜、面１３ｅにはＲ（赤）光反射ダイクロイック膜が形成され、プリズム１３Ｃの面１３ｈには全反射膜が形成されている。色分解合成用複合プリズム１３はプリズム１３Ａとプリズム１３Ｂとは面１３ｂと面１３ｄを相対して空間を介して配置され、プリズム１３Ｂとプリズム１３Ｃとは面１３ｅのダイクロイック膜を挟んで接合して形成されている。
【０００４】
偏光ビームスプリッタ１２を射出した光は、その光軸が色分解合成用複合プリズム１３の面１３ａに入射面と直交しない角度で入射し、面１３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜に所定の入射角度で入射して反射されるＢ（青）光と、Ｂ光反射ダイクロイック膜を透過し、プリズム１３Ｂに面１３ｄから入射するＲ（赤）光、Ｇ（緑）光とに色分解される。Ｂ光反射ダイクロイック膜で反射されたＢ光は面１３ａで全反射し、面１３ｃから射出して反射型ライトバルブ１４Ｂに入射する。
【０００５】
前記Ｒ光とＧ光は面１３ｅのＲ光反射ダイクロイック膜で反射されるＲ光と、透過するＧ光とに色分解され、面１３ｄ、１３ｈにおいてそれぞれ全反射され、面１３ｇ、１３ｆから射出し、反射型ライトバルブ１４Ｒ、１４Ｇにそれぞれ入射する。
【０００６】
各色光用の反射型ライトバルブで反射した各色光は入射光の光路を逆行し、複合プリズム１３で色合成され偏光ビームスプリッタ１２に入射し、反射型ライトバルブで変調された光は偏光分離部１２ｐで反射され投射レンズ１５に入射して図示しないスクリーン上に投射される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１６２６１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成の投射型表示装置では、ダイクロイック膜で色分解された各色光はそれぞれ全反射してライトバルブに入射しており、ダイクロイック膜での反射、透過による偏光の位相の変化を全反射面に形成した全反射膜で補償できるという機能を有しているが、Ｒ光とＧ光ではコントラスト高い像を投射することができないという問題があった。また色分解合成用複合プリズムを構成する少なくとも２つのプリズムは空間を介して配置されているため、色分解合成用複合プリズムの作製が複雑になり、製造にコストがかかるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、コントラストの高い像を投射することのできる小型の投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために請求項１に係る発明は、光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解合成用複合プリズムは、第１のダイクロイク膜および第２のダイクロイク膜とを内部に有し、前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とは、前記偏光分離部と平行ではなく、前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜と前記偏光分離部とは、前記光源からの光の光軸に対して、同じ側に傾いており、前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜で色分解された前記第１色光、第２色光、第３色光は全反射して前記色分解合成用複合プリズムから射出し、前記反射型ライトバルブに導かれることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１１】
請求項２に係る発明は、光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解合成用複合プリズムは、実質的に四角の断面形状の第１プリズムと実質的に三角の断面形状の第２プリズムとを第１のダイクロイク膜を挟んで接合した第１複合プリズムと、実質的に三角の断面形状の第３プリズムと実質的に三角の断面形状の第４プリズムとを第２のダイクロイック膜を挟んで接合した第２複合プリズムとを有し、前記第１複合プリズムと前記第２複合プリズムとは空間を介して配置され、前記偏光ビームスプリッタで偏光分離された光は、前記第１プリズムから前記色分解合成複合プリズムに入射し、前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜とは、前記偏光分離部と平行ではなく、前記第１のダイクロイック膜と第２のダイクロイック膜と前記偏光分離部とは、前記光源からの光の光軸に対して、同じ側に傾いていることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の投射型表示装置において前記第１のダイクロイック膜および第２のダイクロイック膜は互いに平行であることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において前記色分解合成複合プリズムを射出し前記反射型ライトバルブに入射する光の光軸のうち少なくとも２つの色光の光軸は互いに平行であることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項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の偏光分離部で偏光分離した光の光軸は、前記偏光ビームスプリッタの射出面の法線に対して角度Θ度だけ傾いており、前記偏光ビームスプリッタの射出面と前記第１および第２ダイクロイック膜とのなす角度は（９０＋Θ／３）度であることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において前記色分解合成用複合プリズムは断面が二等辺三角形であることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置において前記色分解合成用複合プリズムは断面が正三角形であることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１７】
請求項８に係る発明は、光源からの光を偏光ビームスプリッタの偏光分離部で偏光分離し、前記偏光分離した前記光源からの光を色分解合成用複合プリズムにより第１色光、第２色光、第３色光に色分解して前記第１色光、第２色光、第３色光毎に配置された反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記第１色光、第２色光、第３色光を前記色分解合成用複合プリズムで色合成し、前記色合成した光を前記偏光ビームスプリッタで検光して投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解合成用複合プリズムは、内部に前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光の混合光とに色分解する第１のダイクロイック膜と、前記混合光を第２色光と第３色光とに色分解する第２のダイクロイック膜とを有し、前記第１のダイクロイック膜で色分解された前記第１色光は、前記色分解合成用複合プリズムの側面で全反射して前記第１色光用に配置された反射型ライトバルブに入射し、前記第１のダイクロイック膜で色分解された第２色光と第３色光の混合光は、前記色分解合成用複合プリズムの側面で全反射して前記第２のダイクロイック膜に入射し、前記第２のダイクロイック膜で反射された前記第２色光は前記第２色光用に配置された反射型ライトバルブに入射し、前記第２のダイクロイック膜を透過した前記第３色光は前記第３色光用に配置された反射型ライトバルブに入射することを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明に係る投射型表示装置の第１実施形態を示す構成図を図１に示し、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
ランプと放物面形状の凹面鏡からなる光源１０１から射出された略平行光束の光源光は、断面形状が三角形のプリズム１０２Ａ、１０２Ｂを偏光分離膜１０２ｐを介して接合した偏光ビームスプリッタ１０２のプリズム１０２Ａにその光軸が面１０２ａに垂直に入射する。入射した光の光軸は偏光分離部１０２ｐに４５度の入射角度で入射し、偏光分離部１０２ｐで反射されるＳ偏光と透過するＰ偏光に偏光分離され、Ｐ偏光成分はプリズム１０２Ｂの面１０２ｃから射出して色分解合成複合プリズム１０３に入射する。偏光分離膜１０２ｐで反射されたＳ偏光はプリズム１０２Ａの面１０２ｂから射出し光路から廃棄される。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１０２のプリズム１０２ｂのＰ偏光成分が射出する１０２ｃ面は紙面に対して垂直で、その法線は射出光の光軸に対して７度傾いている。この射出面が傾いているのは、射出する光の一部が射出面で反射され、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離部１０２ｐで反射し、偏光ビームスプリッタ１０２の面１０２ｄから射出し投射レンズ１０５に入射してしまい図示しないスクリーン上にゴースト光として投射されるのを防ぐためである。つまり面１０２ｃでの反射によるゴースト像を防止するためにプリズム１０２Ｂの面１０２ｃは射出する光の光軸に対して垂直でない傾きになっている。投射レンズ１０５には、反射型ライトバルブから反射射出して投射レンズ１０５に入射して投射される光の開口数（ＮＡ）を決定する図示しない開口絞りが配置されており、偏光ビームスプリッタ１０２の面１０２ｃからの反射光のうち開口数（ＮＡ）であるＦ３．０より大きい傾きを有する反射光は投射レンズ１０５に入射しても、開口絞りで遮光され投射されないようになっている。
【００２１】
次に色分解合成用複合プリズム１０３の構成について説明する。色分解合成複合プリズム１０３は図１に示す断面が四角形のプリズム１０３Ａ、三角プリズム１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄの４個のプリズムから構成される複合プリズムである。プリズム１０３Ａ、プリズム１０３Ｂ、プリズム１０３Ｃ、プリズム１０３Ｄの側面は紙面に対して垂直である。プリズム１０３Ａの面１０３ａには全反射膜が形成され、１０３ｂにはＢ光反射ダイクロイック膜が形成されている。プリズム１０３Ｃの側面１０３ｈには全反射膜が形成され、１０３ｋにはＲ光反射ダイクロイック膜が形成されている。プリズム１０３Ｄの面１０３ｍには全反射膜が形成されている。プリズム１０３Ａの面１０３ｂとプリズム１０３Ｂの面１０３ｅを、面１０３ｄと面１０３ｆとが同一平面を形成するように貼り合わて複合四角プリズムが形成されている。プリズム１０３Ｃの面１０３ｊとプリズム１０３Ｄの面１０３ｋとを貼り合わせて複合三角プリズムが形成されている。プリズム１０３Ａの面１０３ｄとプリズム１０３Ｂの面１０３ｆからなる平面と、プリズム１０３Ｃの面１０３ｈとは空間を介して平行に相対して配置され、プリズム１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄからなる色分解合成用複合プリズム１０３が形成されている。なお全反射膜は、各面での全反射の効率を向上させるためばかりではなく、各色光が全反射面で全反射される際にそのＰ偏光成分とＳ偏光成分の位相差を調整するために形成されている。
【００２２】
複合プリズム１０３を構成するプリズム１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄの断面形状について説明する。プリズム１０３Ａは、面１０３ａと面１０３ｃとのなす角度が５４度、面１０３ａと面１０３ｂの成す角度は３０．５度、面１０３ｃと面１０３ｄとのなす角度が１２６度、面１０３ｂと面１０ｄとのなす角度が１４９．５度の断面が四角形のプリズムである。プリズム１０３Ｂの面１０３ｆは、プリズム１０３Ａの面１０３ｄと平面を形成するため、面１０３ｅと面１０３ｆとのなす角は３０．５度でなければならない。面１０３ｅと面１０３ｇとのなす角度、面１０ｇと面１０３ｆとのなす角度に特に制限はない。本実施形態では面１０３ｅと面１０３ｇとのなす角度は３６度、面１０３ｇと面１０３ｆとのなす角度は１１３．５度とした。
【００２３】
プリズム１０３Ｃは面１０３ｈと面１０３ｊとのなす角度が３０．５度、面１０３ｈと面１０３ｉとのなす角度が５４度、面１０３ｉと面１０３ｊとのなす角度が９５．５度の断面が三角形のプリズムであり、プリズム１０３Ｄは面１０３ｋと面１０３ｍとのなす角度が３０．５度、面１０３ｌと面１０３ｍとのなす角度が５４度、面１０３ｋと面１０３ｌとのなす角度が９５．５度の断面が三角形のプリズムである。
【００２４】
色分解合成用複合プリズム１０３は、偏光ビームスプリッタ１０２のＰ偏光の射出面１０２ｃとプリズム１０３Ａの面１０３ａが空間を介して平行に相対する様に配置される。偏光ビームスプリッタ１０２から射出したＰ偏光の光は、その光軸が色分解合成用複合プリズム１０３の面１０３ａに対して７度の角度で入射し、面１０３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜に２３．５度の入射角で入射し、反射されるＢ光と、透過してプリズム１０３Ｂに入射するＲ光とＧ光の混合光とに色分解される。Ｂ光反射ダイクロイック膜で反射されたＢ光は面１０３ａの全反射面に対して５４度の入射角で入射して、全反射され、その光軸が面１０３ｃに対して垂直に射出し射出面近傍に配置されるＢ光用反射型ライトバルブ１０４Ｂに入射する。
【００２５】
Ｂ光反射ダイクロイック膜を透過したＲ光とＧ光の混合光は、プリズム１０３Ｂの面１０３ｆから射出した後、空間を通過してプリズム１０３Ｃに面１０３ｈから入射する。プリズム１０３Ｃに入射したＲ光とＧ光の混合光は面１０３ｊのＲ光反射ダイクロイック膜にその光軸が２３．５度の入射角度で入射する。
【００２６】
Ｒ光反射ダイクロイック膜で反射されたＲ光は面１０３ｈの全反射面にその光軸が５４度の入射角で入射し、全反射されてその光軸が面１０３ｉに対して垂直に射出し、射出面近傍に配置されるＲ光用反射型ライトバルブ１０４Ｒに入射する。Ｒ光反射ダイクロイック膜を透過したＧ光はプリズム１０３Ｄに入射し、面１０３ｍの全反射面にその光軸が５４度の入射角で入射し、全反射されてその光軸が面１０３ｌに対して垂直に射出し、射出面近傍に配置されるＧ光用反射型ライトバルブ１０４Ｂに入射する。
【００２７】
全反射面から射出面までの各色光の光軸はＢ光とＲ光は平行であるが、Ｇ光はＢ光、Ｒ光の光軸とは平行にはなっていない。
本実施形態では、Ｂ光反射ダイクロイック膜とＲ光反射ダイクロイック膜は平行に配置されており、２つのダイクロイック膜への入射光の光軸の入射角度はＢ光、Ｒ光とも同じ２３．５度であり、これらのダイクロイック膜で色分解されたＢ光、Ｒ光の光軸はそれぞれ同じ５４度の入射角度で全反射面に入射して全反射する。各プリズムの射出面からその光軸が射出面に対して垂直に射出され各色光毎に配置された反射型ライトバルブに入射する。
【００２８】
各色光用の反射型ライトバルブに入射した各色光は色信号によって変調作用を受け、反射して入射光の光路を逆に進行して合成され、色分解合成用複合プリズム１０３の面１０３ａからＢ光、Ｒ光、Ｇ光が合成された合成光として射出する。射出した合成光は偏光ビームスプリッタ１０２のプリズム１０２Ｂに入射し、反射型ライトバルブで変調を受けた光は偏光分離部１０２ｐで反射して検光光として取りだされ、投射レンズ１０５に入射し、図示なきスクリーン上に投影される。偏光分離部１０２ｐを透過する非変調光は光源１０１方向に面１０２ａから射出し廃棄される。上記したように投射レンズ１０５には開口絞りが備えられており、ライトバルブからの反射光のうち開口数（ＮＡ）としてＦ値が３．０の広がりを持つ光束を透過する。
【００２９】
色分解合成複合プリズム１０３の構造を説明したが、偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離部１０２ｐと色分解合成用複合プリズム１０３の複数のダイクロイック膜は偏光分離膜１０２ｐと平行ではないが、同じ方向を向いた傾きを持っている。すなわち図１の構成図において、偏光分離部１０２ｐとＢ光反射およびＲ光反射ダイクロイック膜はその面の法線方向が右上方向を向くように配置されている。
【００３０】
次に投射型表示装置における投射像のコントラストについて説明する。ここでは投射型表示装置の各色光において、投射される光のライトバルブが明状態と暗状態の時の光量の比をコントラストと定義する。図２に本実施形態に示した投射型表示装置のＢ光のコントラストの計算値を示す。図２はコントラストマップであり、横軸がプリズム１０３Ａの面１０３ａでＢ光が全反射されたときに生じるＰ偏光とＳ偏光の位相差（単位：度）であり、縦軸は面１０３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜でＢ光が反射された時に生じるＰ偏光とＳ偏光の位相差（単位：度）で、開口数のＦ値が３．０以内の光線のコントラストの平均値を等高線で示している。Ｂ光のコントラストは偏光分離部１０２ｐやＢ光反射ダイクロイック膜や全反射膜への入射角等から計算することができる。等高線はコントラスト値が１０００：１、５００：１、２００：１、１００：１のものを示しており、１０００：１の等高線にて囲まれた領域ではそれ以上のコントラストを得ることができる。
【００３１】
次にＲ光のコントラストについて説明する。本実施形態では面１０３ｊのＲ光反射ダイクロイック膜と面１０３ｅのＢ光反射ダイクロイック膜は平行であり、全反射する面１０３ｈと面１０３ａは平行に配置されている。このような条件でコントラストマップを作製すると、Ｒ光がプリズム１０３Ａの面１０３ｅのＢ光反射ダイクロイック膜を透過する際にＲ光のＰ偏光とＳ偏光の位相差がゼロ度となるようにＢ光反射ダイクロイック膜を形成すれば、図２に示したＢ光と同様のコントラストマップになり、高いコントラストを示す領域を得ることができる。
【００３２】
Ｇ光についても、Ｒ光反射ダイクロイック膜への入射角度は、Ｂ光反射ダイクロイック膜へ入射するＲ光と同じ角度であり、全反射する面１０３ｍに入射するＧ光の入射角もＢ光、Ｒ光と同じなので、横軸に全反射膜によるＰ偏光とＳ偏光の位相差、縦軸を１０３ｋ面のＲ光反射ダイクロイック膜の透過によるＰ偏光とＳ偏光の位相差を取ると、Ｇ光がＢ光反射ダイクロイック膜、Ｒ光反射ダイクロイック膜を透過する際のＰ偏光とＳ偏光の位相差がゼロ度になるように２つのダイクロイック膜を作製すれば、Ｂ光、Ｒ光と同様に高コントラスの領域が存在する。
【００３３】
ここで図１０に示した従来の投射型表示装置の各色のコントラストについて説明する。図１０において、Ｂ光反射ダイクロイック膜にＢ光はその光軸が本実施形態と同様に２３．５度の入射角で入射し、全反射面への入射角も同様に５４度とする。Ｒ光はＲ光反射ダイクロイック膜へのその光軸の入射角は−１２度、全反射面への入射角は−４７．５度、Ｇ光の全反射面への入射角度は５０度である。
【００３４】
この条件での各色光のコントラストについて説明する。Ｂ光は、本実施形態のＢ光のコントラストを示した図２と同様のコントラストが得られる。Ｒ光のコントラストマップを図３に示す。図３は、横軸が全反射面で反射する際のＰ偏光とＳ偏光の位相差、縦軸はＲ光反射ダイクロイック膜での反射によるＰ偏光とＳ偏光の位相差であり、Ｂ光反射ダイクロイック膜を透過するＲ光の位相差をゼロとした場合のコントラストマップであり、等高線は１０００：１、５００：１、２００：１、１００：１を示している。この従来技術に示した投射型表示装置のＲ光のコントラストマップを、本実施形態に示したＲ光のコントラストマップ（図２）と比較すると、従来技術に示した投射型表示装置において高コントラストを得ることができる領域は非常に小さくなっている。したがってコントラストの高い投射像を得るには非常に厳密な条件でダイクロイック膜と全反射膜を作製しなければならず、事実上Ｒ光において高いコントラストを有する投射像を形成することは困難である。次にＧ光のコントラストについて説明する。図４に従来技術に示した投射型表示装置におけるＧ光のコントラストマップを示す。Ｂ光反射ダイクロイック膜の透過における位相差はゼロとした場合である。このコントラストマップに示すようにＧ光もＲ光と同様に高コントラスト領域は非常に小さく、高いコントラストを持った投射像を形成することは困難である。
【００３５】
このように本実施形態に示した投射型表示装置は、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光それぞれの投射像のコントラストを良好にすることができる。また、偏光ビームスプリッタの射出面での反射光に起因するのゴーストを防止することも可能である。さらに偏光ビームスプリッタ１０２から射出されるＰ偏光の光が入射する色分解合成複合プリズム１０３の面１０３ａは、偏光ビームスプリッタ１０２の射出面と平行に配置されているので、この入射面における反射光に起因するゴースト光の発生も同様に防止することができる。
【００３６】
また本実施形態に示した投射型表示装置では、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光用のライトバルブ１０４Ｂ、１０４Ｒ、１０４Ｇを色分解合成用複合プリズム１０３の同じ側に配置するので、レジストレーション調節等の際のライトバルブの扱いが容易になるという効果もある。
【００３７】
なお、本実施形態においては、光源からの光のうち偏光ビームスプリッタ１０２の偏光分離部１０２ｐを透過して射出するＰ偏光成分を色分解合成用複合プリズムに入射する構成としているが、偏光分離部１０２ｐで反射されて面１０２ｂから射出するＳ偏光成分を色分解合成複合プリズムに入射させ、各色光のライトバルブで反射される各色光のうち偏光分離部１０２ｐを透過して射出するＰ偏光の光を検光光として投射レンズに入射する構成としても構わない。
【００３８】
本実施形態に示した色分解合成用複合プリズム１０３は図１に示した構成に限定されるものではない。他の構造の色分解合成用複合プリズムの例を図５に示す。図５に示す色分解合成用複合プリズムは、面１０３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜と面１０３ｊのＲ光反射ダイクロイック膜は平行で、これらのダイクロイック膜へ入射するの各色光の光軸の入射角は同じであり、Ｂ光、Ｒ光の光軸の全反射面への入射角が同じである点は図１に示した色分解合成用複合プリズムと同じであるが、各色光が全反射した後に色分解合成用複合プリズムから射出する射出面である１０３ｃ、面１０３ｉ、面１０３ｌが同一平面上にあることに特徴がある。
【００３９】
この場合のプリズム１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃ、１０３Ｄの形状は、プリズム１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃについては図１に示したプリズムと同じ形状で、構成も同じである。プリズム１０３Ｄは、面１０３ｋと面１０３ｌとのなす角度が８４．５度、面１０３ｊと面１０３ｍとのなす角度は３６度、面１０３ｍと面１０３ｌとのなす角度は５９．５度である断面形状が三角形のプリズムである。このプリズム１０３Ｄを使用すると、前述の面１０３Ｃ、１０３ｉ、１０３ｌを同一平面上に配置することが可能になり、各色光の射出光の光軸は射出面に垂直でそれぞれ平行になる。したがって各色光用のライトバルブを同一平面上に配置することが可能になり、ライトルブのレジストレーション調節等の際のライトバルブの扱いがさらに容易となる。
（第２実施形態）
図６に第２実施形態の構成図を示す。本実施形態の色分解合成用複合プリズム１０３は全体の断面が三角形の複合プリズムであり、面１０３ｃ、面１０３ｉ、面１０３ｌによって形成される平面に対してＢ光反射ダイクロイックロイック膜とＲ光反射ダイクロイック膜が垂直である。なおこの色分解合成用複合プリズム１０３においては、面１０３ａと面１０３ｂ、面１０３ｅと１０３ｇとのなす角度（α）は同じである。
【００４０】
偏光ビームスプリッタ１０２の光源からの光のうちＰ偏光の光が射出する面１０２ｃと、射出する光の光軸に垂直な面（点線にて記載）とのなす角度をΘ度（第１実施形態における面１０２ｃの法線と射出する光の光軸とのなす角度と同じである。ただしΘは０ではない。）とすると、角度αを（（９０＋Θ）／３）にすれば、色分解合成用複合プリズム１０３は面１０３ａと面１０３ｇとのなす角度、面１０３ｍと面１０３ｌとのなす角度が等しい（２α）二等辺三角形プリズムとなる。この場合Ｂ光反射およびＲ光反射ダイクロイック膜への入射光の光軸の入射角は（３０−２Θ／３）度になり、全反射面への入射光の光軸の入射角は面１０３ａと面１０３ｃとなす角度（６０−Θ／３）度と同じになる。
【００４１】
第１実施形態と同様に各色光用のライトバルブからの光を投射する投射レンズの開口数がＦ値として３．０の場合には、Θの値は同様に７度になり、面１０３ａと面１０３ｂのなす角度、面１０３ｅと面１０３ｇのなす角度、面１０３ｈと面１０３ｊのなす角度、面１０３ｋと面１０３ｍのなす角度ははそれぞれ３２度２０分、面１０３ａと面１０３ｃのなす角度、面１０３ｈと面１０３ｉとのなす角度、面１０３ｌと面１０３ｍのなす角度はそれぞれ５７度４０分となり、各ダイクロイック膜への各色光の入射光軸の入射角度は２５度２０分、全反射面への各色光の入射光軸の入射角度は５７度４０分になる。
【００４２】
本実施形態に示した投射型表示装置では、プリズム１０３Ｃと１０３Ｄを同じ断面形状の直角プリズムにすることができるため、製造のコストダウンを図ることができる。
（第３実施形態）
図７に第３実施形態の投射型表示装置の構成を示す。本実施形態の偏光ビームスプリッタ２０２の断面は正方形で、色分解合成用複合プリズム２０３の断面は正三角形である。
【００４３】
光源２０１から射出された光は、断面形状が直角二等辺三角形であるプリズム２０２Ａ、２０２Ｂを偏光分離部２０２ｐを挟んで接合した偏光ブームスプリッタ２０２のプリズム２０２Ａの面２０２ａにその光軸が垂直に入射する。入射した光は偏光分離部２０２ｐに４５度の入射角で入射して、Ｐ偏光成分が偏光分離部２０２ｐを透過し、プリズム２０２Ｂの面２０２ｃから射出する。射出した光は偏光ビームスプリッタ２０２に空間を介して平行に相対して配置される複合プリズム２０３に入射してＢ光、Ｒ光、Ｇ光に色分解される。
【００４４】
本実施形態の色分解合成用複合プリズムの構造を説明する。色分解合成用複合プリズム２０３は四角形形状のプリズム２０３Ａ、三角プリズム２０３Ｂ、２０３Ｃ、２０３Ｄの４個のプリズムから構成される複合プリズムである。プリズム２０３Ａ、プリズム２０３Ｂ、プリズム２０３Ｃ、プリズム１０３Ｄの側面は紙面に対して垂直である。プリズム２０３Ａの面２０３ａには全反射膜が形成され、面２０３ｂにはＢ光反射ダイクロイック膜が形成されている。面２０３ａと２０３ｃとのなす角度は６０度、面２０３ａと面２０３ｂとの成す角度は３０度を、面２０３ｂと面２０３ｄとのなす角度は１５０度、面２０３ｃと面２０３ｄとのなす角度は１２０度である。プリズム２０３Ｂは面２０３ｅと面２０３ｆとのなす角度、面２０３ｅと面２０３ｇとのなす角度はそれぞれ３０度、面２０３ｇと面２０３ｆとのなす角度は１２０度である。プリズム２０３Ｃとプリズム２０３Ｄは面２０３ｈと面２０３ｊとのなす角度、面２０３ｋと面２０３ｍとのなす角度がそれぞれ３０度、面２０３ｈと面２０３ｉ、面２０３ｍと２０３ｌとのなす角度がそれぞれ６０度、面２０３ｉと面２０３ｊ、面２０３ｍと面２０３ｌとのなす角度がそれぞれ９０度である。面２０３ｈと面２０３ｍには全反射膜が形成され、面２０３ｊにはＲ光反射ダイクロイック膜が形成されている。プリズムＡとプリズムＢとはＢ光反射ダイクロイック膜を挟んで面２０３ｂと面２０３ｅが接合され、プリズムＡの面２０３ｄとプリズム２０３Ｂの面２０３ｆが同一平面を形成している。プリズムＣとプリズムＤはＲ光反射ダイクロイック膜を挟んで面２０３ｊと面２０３ｋが接合されている。プリズムＡとプリズムＢを接合した接合プリズムと、プリズムＣとプリズムＤを接合した接合プリズムは面２０３ｃ、面２０３ｉ、面２０３ｌが同一平面を形成し、面２０３ｇ、面２０３ｍも同一平面を形成して面２０３ｆ、面２０３ｄと面２０３ｈが空間を介して平行に相対するように配置する。
【００４５】
偏光ビームスプリッタ２０２と色分解合成用複合プリズム２０３は、偏光ビームスプリッタ２０２のＰ偏光の光が射出する面２０２ｃと面２０３ａが空間を介して平行に相対するように配置する。
【００４６】
なお、本実施形態における色分解合成用複合プリズムは断面が正三角形の複合プリズムである。なお断面は正三角形に限定されるものではない。例えば、面２０３ａと２０３ｃとのなす角が６０度でない任意の角度Ωで、面２０３ｌと面２０３ｍとのなす角度が同じ角度Ω度とすると、色分解合成用複合プリズムは二等辺三角形になる。面２０３ａと２０３ｂとのなす角度、面２０３ｅと２０３ｇとのなす角度をそれぞれ（９０−Ω）度とし、面２０３ａに偏光ビームスプリッタ２０２を射出した光を光軸が垂直に入射させると、面２０３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜に（９０−Ω）度で入射し、全反射面への光軸の入射角はΩ度になる。このような色分解合成用複合プリズムを使用すると各色光の全反射面からライトバルブへの光軸はそれぞれ平行で、射出面に垂直に射出させることができる。
【００４７】
本実施形態では偏光ビームスプリッタ２０２のプリズム２０２Ｂの射出面での反射光と、色分解合成用複合プリズム２０３の入射面２０３ａでの反射光に起因するゴーストを防止するために、これらの面に反射防止膜を形成しても構わない。反射防止膜を形成する場合には、この反射防止膜を透過する際に各色光のＰ偏光とＳ偏光に実質的に位相差が生じない様に反射防止膜を形成する必要がある。
なお面２０３ａは、Ｂ光反射ダイクロイック膜で反射されたＢ光を全反射させる面でもあるので、面２０３ａの反射防止膜は全反射膜としても機能するように形成する。
【００４８】
本実施形態においてもＢ光反射ダイクロイック膜とＲ光反射ダイクロイック膜への入射光の光軸の入射角は同じで、Ｂ光、Ｒ光、Ｇ光の全反射面への入射角度も同じなので、第１、第２実施形態と同様に、各色で同じコントラストマップが得られ、コントラストの良好な像を投射することができる。またレジストレーション調節の際等のライトバルブの扱いも容易である。
（第４実施形態）
図８に第４実施形態の投射型表示装置の構成を示す。本実施形態における偏光ビームスプリッタ３０２の断面は第３実施形態の投射型表示装置と同様に正方形である。色分解合成用複合プリズム３０３の断面は第３実施形態と同様に正三角形であるが、その構造は異なっている。
【００４９】
本実施形態の色分解合成用複合プリズム３０３は、図７に示す三角形状の３つのプリズム、プリズム３０３Ａ、３０３Ｂ、３０３Ｃのから構成される複合プリズムである。プリズム３０３Ａ、プリズム３０３Ｂ、プリズム３０３Ｃの側面はそれぞれ紙面に対して垂直である。
【００５０】
本実施形態の色分解合成用複合プリズムの構造を説明する。プリズム３０３Ａの面３０３ａと面３０３ｃとのなす角度は６０度、面３０３ａと面３０３ｂとのなす角度は３０度、面３０３ｃと面３０３ｂとのなす角度は９０度をである。プリズムＡの面３０３ａには全反射膜が形成され、面３０３ｂにはＢ光反射ダイクロイック膜が形成されている。プリズム３０３Ｂの面３０３ｄと面３０３ｅとのなす角度と、面３０３ｅと面３０３ｆとのなす角度はそれぞれ３０度で、面３０３ｄと面３０３ｆとのなす角度は１２０度である。プリズム３０３Ｂの面３０３ｅには全反射膜が形成され、面３０３ｆにはＲ光反射ダイクロイック膜が形成されている。プリズム３０３Ｃの面３０３ｈと面３０３ｇとのなす角度は６０度で、面３０３ｇと面３０３ｉとのなす角度は３０度、面３０３ｈと面３０３ｉとのなす角度は９０度である。プリズムＢとプリズムＣは面３０３ｄと面３０３ｈが同一平面を形成するようにＲ光反射ダイクロイック膜を挟んで面３０３ｆと面３０３ｇが接合される。さらに、プリズムＡの面３０３ｂと、プリズムＢとプリズムＣを接合した接合プリズムの面３０３ｄと面３０３ｈとはＢ光反射ダイクロイック膜を挟んで接合される。偏光ビームスプリッタ３０２と色分解合成用複合プリズム３０３は、偏光ビームスプリッタ３０２のＰ偏光の光が射出する面２０２ｃと面３０３ａが空間を介して平行に相対するように配置されている。
【００５１】
偏光ビームスプリッタから射出されたＰ偏光の光は、その光軸が色分解合成用複合プリズム３０３の面３０３ａに垂直に入射する。入射した光は面３０３ｂのＢ光反射ダイクロイック膜にその光軸が３０度の入射角で入射し、反射するＢ光と、透過するＲ光とＧ光の混合光とに色分解される。反射されたＢ光は全反射する面３０３ａに光軸が６０度の入射角で入射して全反射され、面３０３ｃ面からその光軸が垂直に射出し、反射型ライトバルブ３０４Ｂに入射する。Ｒ光とＧ光はプリズムＢに入射し面３０３ｅにその光軸が６０度の入射角で入射してＲ光、Ｇ光ともに全反射される。全反射したＲ光とＧ光の混合光は、面３０３ｆのＲ光反射ダイクロイック膜に光軸が３０度の入射角で入射し、反射されるＲ光と、透過するＧ光とに色分解される。
【００５２】
反射されたＲ光は面３０３ｅからその光軸が面３０３ｅに垂直に射出し、反射型ライトバルブ３０４Ｒに入射する。Ｇ光はプリズム３０３Ｃの面３０３ｉから光軸が面３０３ｉに垂直に射出し、反射型ライトバルブ３０４Ｇに入射する。
【００５３】
各色用のライトバルブに入射した各色光は変調反射されて入射光の光路を逆行し、色分解合成用複合プリズムで色合成され面３０３ａから色合成された光が射出する。射出された光は偏光ビームスプリッタ３０２で検光され、投射レンズ３０５に入射して図示しないスクリーン上に投射される。
【００５４】
本実施形態の色分解合成用複合プリズムは、第１、第２実施形態の色分解合成用複合プリズムと異なり、その内部に空間がない。色分解合成用複合プリズム内部に空間を有しなくても全ての色光で全反射でき、色分解合成用複合プリズムを小型化することができるので投射型表示装置全体を小型化することが可能になる。また空間がないので、組立が容易になり製造のコストダウンを図ることもできる。
【００５５】
本実施形態は、図８に示したものに限られるものではない。例えば図９に示す様に、断面が正方形ではない偏光ビームスプリッタ３０２を使用し、偏光ビームスプリッタ３０２の射出面と色分解合成用複合プリズム３０３の入射面が光軸とが直交しない構成にしても構わない。偏光ビームスプリッタ３０２の光源からの光のうちＰ偏光の光が射出する射出面と、射出光の光軸に対して垂直な面のなす角度が７度とすると、色分解合成用複合プリズム３０３を構成するプリズム３０３Ａの面３０３ａと面３０３ｃとのなす角度は５７度４０分、面３０３ａと面３０３ｂとのなす角度は３２度２０分、面３０３ｂと面３０３ｃとのなす角度は９０度になる。プリズム３０３Ｂの面３０３ｄと面３０３ｅとのなす角度は３２度２０分、面３０３ｅと面３０３ｆとのなす角度は２８度５０分、面３０３ｄと面３０３ｆとのなす角度は１１９度５０分になる。プリズム３０３Ｃの面３０３ｇと面３０３ｉとのなす角度は２８度５０分、面３０３ｇと面３０３ｈとのなす角度は６１度１０分、面３０３ｈと面３０３ｉとのなす角度は９０度になる。面３０３ｂのＢ光反射ダイック膜への入射光の光軸の入射角は２５度２０分で、全反射面３０３ａへのＢ光の光軸の入射角は５７度４０分である。Ｒ光とＧ光の混合光が全反射面３０３ｅへ入射するの入射光の光軸の入射角は２８度５０分で、Ｒ光反射ダイクロイック膜への光軸の入射角は２８度５０分になる。本実施形態では、偏光ビームスプリッタ３０２の射出面での反射、色分解合成用複合プリズムの入射面での反射に起因するゴースト像が投射されるのを防止することができる。
【００５６】
なお全ての実施形態において、色分解合成用複合プリズムのダイクロイック膜での色分解は、第１のダイクロイック膜にてＢ光を、第２のダイクロイック膜にてＲ光とＧ光とを色分解する構成であるが、色分解する順序はこれに限定されず、例えば第１ダイクロイック膜にてＲ光を、第２ダイクロイック膜にてＧ光とＢ光を分解する構成としても構わない。このように各ダイクロイック膜の光学特性は、それぞれの目的に応じて決定される。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によればコントラストの高い像を投射することのできる小型の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実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図２】第１実施形態におけるＢ光、Ｒ光、Ｇ光および従来の技術に示した投射型表示装置におけるＢ光のコントラストマップ。
【図３】従来の技術に示した投射型表示装置におけるＲ光のコントラストマップ。
【図４】従来の技術に示した投射型表示装置におけるＧ光のコントラストマップ。
【図５】第１実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図６】第２実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図７】第３実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図８】第４実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図９】第４実施形態の投射型表示装置の構成図。
【図１０】従来の技術に示した投射型表示装置の構成図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１  光源
１０２、２０２、３０２  偏光ビームスプリッタ
１０３、２０３、３０３  色分解合成用複合プリズム
１０４Ｂ、２０４Ｂ、３０４Ｂ  Ｂ光用反射型ライトバルブ
１０４Ｒ、２０４Ｒ、３０４Ｒ  Ｒ用反射型ライトバルブ
１０４Ｇ、２０４Ｇ、３０４Ｇ  Ｇ光用反射型ライトバルブ
【図１】
2004258307.tif 000003
【図２】
2004258307.tif 000004
【図３】
2004258307.tif 000005
【図４】
2004258307.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004258307.tif 000008
【図７】
2004258307.tif 000009
【図８】
2004258307.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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