(57)【要約】【課題】小型の投射型表示装置を提供すること。【解決手段】光源光を第１色光と、第２及び第３色光の混合光とに分解するクロスダイクロイックミラーと、前記第１色光の光路変更用第１の折り曲げミラーと、前記混合光の光路変更用第２の折り曲げミラーと、前記前記混合光を第２色光と第３色光とに分解する色分解光学系と、前記分解された各色光がそれぞれ入射されて、変調した各色光を射出する各色光毎のライトバルブと、前記ライトバルブを射出した各色光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーは、第１の平面に垂直に配置されており、前記前記第１及び第２の折り曲げミラーは第２の平面に垂直に配置されており、前記第１の平面と第２の平面とは互いに直交していること。【選択図】  図１
2004240022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源光を第１色光と、第２色光と第３色光の混合光とに色分解するクロスダイクロイックミラーと、
前記第１色光の進行方向を変えて進行させる第１の折り曲げミラーと、
前記混合光の進行方向を変えて進行させる第２の折り曲げミラーと、
前記第２の折り曲げミラーにより進行方向を変えられた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色分解光学系と、
前記色分解された第１色光、第２色光、及び第３色光がそれぞれ入射されて、変調した各色光を射出する各色光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各色光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズ系とを有し、
前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーは、第１の平面に垂直に配置されており、
前記第１及び第２の折り曲げミラーは第２の平面に垂直に配置されており、
前記第１の平面と前記第２の平面とは互いに直交していることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記ライトバルブは反射型ライトバルブであり、
各色光毎の前記反射型ライトバルブに、前記色分解された各色光を各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタを経由して入射させ、前記反射型ライトバルブをそれぞれ反射射出した光を各色光毎に配置した前記偏光ビームスプリッタに入射させ、前記偏光ビームスプリッタによって検光された検光光を前記色合成光学系に入射し色合成することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記色合成光学系はクロスダイクロイックプリズムからなり、
前記各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタは、前記色合成光学系のクロスダイクロイックプリズムに直接取り付けられて一体化されてい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】
前記第１及び第２の折り曲げミラーの前記クロスダイクロイックミラー側の端部は、前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーの間の空間に挿入されていることを特徴とする請求項１または２または３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の折り曲げミラーは、四角形のミラーのうちの隣り合った２角の角部をそれぞれカットして形成される多角形であり、前記カットして形成される部分は前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーの間の空間に挿入されていることを特徴とする請求項４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、ライトバルブを用いた投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤色光、緑色光、青色光用の反射型ライトバルブを用い、光源光を色分解した後、各色光用の反射型ライトバルブまでの光路長を同じとすることができる投射型表示装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された構成の投射型表示装置では、色分解後の各色光の光路長を同じにすることができるので特定の色の光路にリレーレンズを挿入することがなく、良好な投射像を投射することのできる投射型表示装置を提供できる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１３３３０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の投射型表示装置において、ライトバルブやクロスダイクロイックプリズムなどから構成される投射光学系の光学部材間の距離は、色分解光学系と折り曲げミラーとの距離および大きさに依存するため、投射光学系を含む投射型表示装置全体を小型化するのが難しいという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みて行われたものであり、小型の投射型表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光源光を互いに反対方向に進行する第１色光と、第２色光と第３色光の混合光とに色分解するクロスダイクロイックミラーと、前記第１色光の進行方向を変えて進行させる第１の折り曲げミラーと、前記混合光の進行方向を変えて進行させる第２の折り曲げミラーと、前記第２の折り曲げミラーにより進行方向を変えられた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色分解光学系と、前記色分解された第１色光、第２色光、及び第３色光がそれぞれ入射されて、変調した各色光を射出する各色光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各色光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズ系とを有し、前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーは、第１の平面に垂直に配置されており、前記第１及び第２の折り曲げミラーは第２の平面に垂直に配置されており、前記第１の平面と前記第２の平面とは互いに直交していることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【０００８】
また、本発明の投射型表示装置では、前記ライトバルブは反射型ライトバルブであり、各色光毎の前記反射型ライトバルブに、前記色分解された各色光を各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタを経由して入射させ、前記反射型ライトバルブをそれぞれ反射射出した光を各色光毎に配置した前記偏光ビームスプリッタに入射させ、前記偏光ビームスプリッタによって検光された検光光を前記色合成光学系に入射し色合成するように構成することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の投射型表示装置では、前記色合成光学系はクロスダイクロイックプリズムからなり、前記各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタは、前記色合成光学系のクロスダイクロイックプリズムに直接取り付けられて一体化されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の投射型表示装置では、前記第１及び第２の折り曲げミラーの前記クロスダイクロイックミラー側の端部は、前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーの間の空間に挿入されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の投射型表示装置では、前記第１及び第２の折り曲げミラーは、四角形のミラーの４角のうちの隣り合った２角の角部をそれぞれカットして形成される多角形であり、前記カットして形成される部分は前記クロスダイクロイックミラーを構成する２枚のダイクロイックミラーの間の空間に挿入されていることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳説する。
【００１３】
図１は、本発明の第１実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図であり、図２は第１実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の斜視構成図である。図３は、本発明の第２実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図である。
【００１４】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図である。図１、図２において互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を図示のように定義する。なお、図１において、Ｚ軸は紙面に対して垂直な方向を示す。
【００１５】
図１、図２において、図示しないランプと方物面形状の凹面鏡からなる光源からの略平行光束は、第１レンズ板、第２レンズ板、及びコンデンサレンズとを有する不図示の照明光学系を経てＺ軸に平行な光軸を有する光源光束１０１となる。光軸に垂直なＸＹ平面に平行な面で切断すると略円形を有する光源光束１０１は、ＹＺ平面にそれぞれ垂直で、且つ互いに直交（Ｘ型）して配置されるクロスダイクロイックミラー１０５に入射する。クロスダイクロイックミラー１０５は、互いに直交して配置された、青色光（以後、Ｂ光と記す）を反射する反射ダイクロイックミラー１０５Ｂと、赤色光（以後、Ｒ光と記す）と緑色光（以後、Ｇ光と記す）の混合光を反射する反射ダイクロイックミラー１０５ＧＲとから構成されている。クロスダイクロイックミラー１０５に入射した光源光束１０１は、反射ダイクロイックミラー１０５Ｂで反射されＹ軸に平行で＋Ｙ軸方向に進行するＢ光と、反射ダイクロイックミラー１０５ＧＲで反射されＹ軸に平行で−Ｙ軸方向に進行するＲ光とＧ光の混合光に色分解される。
【００１６】
Ｒ光とＧ光の混合光はＸＹ平面に垂直に配置された折り曲げミラー１０７に入射して進行方向をＸ軸に平行な＋Ｘ軸方向に変えられて進行し、光軸に４５度の角度を有し、ＸＹ平面に垂直に配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー１０９に入射する。混合光はＧ光反射ダイクロイックミラー１０９で反射されてＹ軸に平行で＋Ｙ軸方向に進行するＧ光と、Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０９を透過してＸ軸に平行で＋Ｘ軸方向に進行するＲ光とに色分解される。このようにして、色分解光学系が構成されている。
【００１７】
Ｂ光はＸＹ平面に垂直に配置された折り曲げミラー１０８に入射して進行方向をＸ軸に平行な＋Ｘ軸方向に変えられて進行し、フィールドレンズ１１０Ｂを通過して偏光ビームスプリッタ１１１Ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１１１Ｂは入射光を偏光分離部１１１Ｂ−Ｐで反射して射出する光を、Ｂ光用の反射型ライトバルブ１１２Ｂに入射させる。
【００１８】
Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０９で反射したＧ光はフィールドレンズ１１０Ｇを通過して偏光ビームスプリッタ１１１Ｇに入射し、偏光分離部１１１Ｇ−Ｐで反射射出される光が反射型ライトバルブ１１２Ｇに入射される。
【００１９】
Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０９を透過したＲ光はフィールドレンズ１１０Ｒを通過して偏光ビームスプリッタ１１１Ｒに入射し、偏光分離部１１１Ｒ−Ｐで反射射出される光が反射型ライトバルブ１１２Ｒに入射される。
【００２０】
各色光用の偏光ビームスプリッタ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒをそれぞれ射出して各色光用のライトバルブ１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒにそれぞれ入射された各色光は、色信号に基づきライトバルブ１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒによってそれぞれ変調作用を受けて変調光と非変調光との混合光をそれぞれ反射射出し、再度、偏光ビームスプリッタ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒにそれぞれ入射し、偏光分離部１１１Ｂ−Ｐ、１１１Ｇ−Ｐ、１１１Ｒ−Ｐで変調光のみを透過光として検光してそれぞれ取りだし、各色光用の偏光ビームスプリッタ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒと直接接着されて一体化された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１１３にそれぞれ入射される。
【００２１】
Ｂ光の検光光はダイクロイックプリズム１１３の内部に形成されたＢ光反射ダイクロイック膜１１３Ｂで反射される。Ｒ光の検光光はダイクロイックプリズム１１３の内部に形成されたＢ光反射ダイクロイック膜１１３Ｂと直交して配置されているＲ光反射ダイクロイック膜１１３Ｒで反射される。Ｇ光の検光光は両ダイクロイック膜１１３Ｂ、１１３Ｒを透過する。このようにして色合成が達成されてダイクロイックプリズム１１３を射出され、投射レンズ系１１４に入射し、図示しないスクリーン上にフルカラー像を投射する。
【００２２】
投射レンズ系１１４中には開口絞り１１５が配置されており、この開口絞り１１５によって定義される主光線は、フィールドレンズ１１０Ｂ、１１０Ｇ、１１０Ｒによって、クロスダイクロイックプリズム１１３と、偏光ビームスプリッタ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒと、ライトバルブ１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒが配置されている箇所においては、光軸に対して平行なテレセントリックな状態となることが保障される。このようにして、反射型ライトバルブ１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒを用いた投射型表示装置が構成されている。
【００２３】
本第１実施の形態では、折り曲げミラー１０７、１０８の端部１０７ａ、１０８ａは、Ｘ型に配置されたクロスダイクロックミラー１０５を構成する２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲの間の空間にそれぞれ挿入されている。この際、２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲに入射する光源光束１０１の光束中には折り曲げミラー１０７、１０８を挿入しないように配置する。２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲの間の空間で光源光束１０１の外側に折り曲げミラー１０７、１０８をできるだけ深く挿入するために、図２に示すように、折り曲げミラー１０７、１０８それぞれの２角部分１０７ｂ、１０７ｃ、１０８ｂ、１０８ｃは角部を一部カットして形成してある。こうすることにより、折り曲げミラー１０７、１０８をクロスダイクロイックミラー１０５の空間内に深く挿入することができる。
【００２４】
なお、折り曲げミラーの２角部をカットする以外にも、折り曲げミラーの形状を楕円形状、円形状、三角形状、台形状等にすることによって、クロスダイクロイックミラーの空間内に折り曲げミラーの一部を挿入することが可能となる。このように折り曲げミラーの形状は適宜変更することが可能である。
【００２５】
この結果、クロスダイクロイックミラー１０５と折り曲げミラー１０７、１０８の間の光路長をＢ光、Ｒ光、Ｇ光の各色光とも短くすることが可能となる。
【００２６】
また、本第１実施の形態では、上述のようにクロスダイクロイックミラー１０５と折り曲げミラー１０７、１０８の間の光路長を短くすることによって、各色光用に配置された偏光ビームスプリッタ１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒと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１１３との距離を短くして直接接着して一体化することができる。この結果、検光及び色合成光学系等の投射光学系の小型化が達成でき、投射型表示装置を小型化することが可能となる。
【００２７】
また、従来の投射型表示装置では、光源と色分解光学系および投射光学系が同一平面上に配置されていたため、２次元的な大きさを小型化することができなかったが、本第１の実施形態では、光源を色分解光学系および投射光学系の上方に配置することができるため、２次元的な大きさを小型化することもできる。
【００２８】
（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図である。
本第２実施の形態では、第１実施の形態のクロスダイクロイックミラー１０５を透過型のライトバルブを有する投射型表示装置に適用した場合を示している。第１実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【００２９】
図３において、図示しないランプと方物面形状の凹面鏡からなる光源からの略平行光束は、第１レンズ板、第２レンズ板、及びコンデンサレンズとを有する不図示の照明光学系を経てＺ軸に平行な光軸を有する光源光束１０１となる。光軸に垂直なＸＹ平面に平行な面で切断すると略円形を有する光源光束１０１は、ＹＺ平面にそれぞれ垂直で、且つ互いに直交（Ｘ型）して配置されるクロスダイクロイックミラー１０５に入射する。クロスダイクロイックミラー１０５は、互いに直交して配置された、Ｂ光を反射する反射ダイクロイックミラー１０５Ｂと、Ｒ光とＧ光の混合光を反射する反射ダイクロイックミラー１０５ＧＲとから構成されている。クロスダイクロイックミラー１０５に入射した光源光束１０１は、反射ダイクロイックミラー１０５Ｂで反射されＹ軸に平行で＋Ｙ軸方向に進行するＢ光と、反射ダイクロイックミラー１０５ＧＲで反射されＹ軸に平行で−Ｙ軸方向に進行するＲ光とＧ光の混合光に色分解される。
【００３０】
Ｒ光とＧ光の混合光はＸＹ平面に垂直に配置された折り曲げミラー１０７に入射して進行方向をＸ軸に平行な＋Ｘ軸方向に変えられて進行し、光軸に４５度の角度を有し、ＸＹ平面に垂直に配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー２１３に入射する。混合光はＧ光反射ダイクロイックミラー２１３で反射されてＹ軸に平行で＋Ｙ軸方向に進行するＧ光と、Ｇ光反射ダイクロイックミラー２１３を透過してＸ軸に平行で＋Ｘ軸方向に進行するＲ光とに色分解される。このようにして色分解光学系が構成されている。
【００３１】
また、Ｂ光はＸＹ平面に垂直に配置された折り曲げミラー１０８に入射して進行方向をＸ軸に平行な＋Ｘ軸方向に変えられて進行し、光軸に４５度の角度で設けられた光路変更ミラー２１１で光路Ｙ軸に平行な−Ｙ軸方向に変えられて、フィールドレンズ２１８Ｂを経てＢ光用の透過型ライトバルブ２２１Ｂに入射する。
【００３２】
Ｇ光反射ダイクロイックミラー１０９で反射したＧ光は光軸に対して４５度の角度で設けられた光路変更ミラー２１７でＸ軸に平行な＋Ｘ軸方向に光路変更されて、フィールドレンズ２１８Ｇを経て透過型ライトバルブ２２１Ｇに入射する。
【００３３】
Ｇ光反射ダイクロイックミラー２１３を透過したＲ光は光軸に対して４５度の角度で設けられた光路変更ミラー２１５でＹ軸に平行な＋Ｙ軸方向に光路変更されて、フィールドレンズ２１８Ｒを経て透過型ライトバルブ２２１Ｒに入射される。
【００３４】
各色光用の透過型ライトバルブ２２１Ｂ、２２１Ｇ、２２１Ｒは、入射面側と射出面側に偏光板が設けられている。各色光用の透過型ライトバルブ２２１Ｂ、２２１Ｇ、２２１Ｒでそれぞれ変調され検光された検光光は、各色光用の透過型ライトバルブ２２１Ｂ、２２１Ｇ、２２１Ｒと図示しない一体化部材にて一体化された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１１３に入射される。Ｂ光の検光光はダイクロイックプリズム１１３の内部に形成されたＢ光反射ダイクロイック膜１１３Ｂで反射される。Ｒ光の検光光はダイクロイックプリズム１１３の内部でＢ光反射ダイクロイック膜１１３Ｂと直交して配置されているＲ光反射ダイクロイック膜１１３Ｒで反射される。Ｇ光の検光光は両ダイクロイック膜１１３Ｂ、１１３Ｒを透過する。このようにして色合成が達成されてダイクロイックプリズム１１３を射出され、投射レンズ系２２３に入射し、図示しないスクリーン上にフルカラー像を投射する。
【００３５】
投射レンズ系２２３中には開口絞り２２５が配置されており、この開口絞り２２５によって定義される主光線は、透過型ライトバルブ２２１Ｂ、２２１Ｇ、２２１Ｒが配置されている箇所においては、光軸に対して平行なテレセントリックな状態となっている。
【００３６】
本第２実施の形態では、折り曲げミラー１０７、１０８は、図２と同様に、その端部１０７ａ、１０８ａをＸ型に配置されたクロスダイクロックミラー１０５を構成する２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲの間の空間にそれぞれ挿入されている。この際、２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲに入射する光源光束１０１の光束中には折り曲げミラーを挿入しないように配置する。２枚のダイクロイックミラー１０５Ｂ、１０５ＧＲが形成する空間の中で光源光束１０１の外側に折り曲げミラー１０７、１０８をできるだけ深く挿入するために、折り曲げミラー１０７，１０８それぞれの２角部１０７ｂ、１０７ｃ、１０８ｂ、１０８ｃは角部を一部カットして形成してある。こうすることにより、折り曲げミラー１０７、１０８をクロスダイクロイックミラー１０５の空間内に深く挿入することができる。
【００３７】
なお、折り曲げミラーの２角部をカットする以外にも、折り曲げミラーの形状を楕円形状、円形状、三角形状、台形状等にすることによって、クロスダイクロイックミラーの空間内に折り曲げミラーの一部を挿入することが可能となる。このように折り曲げミラーの形状は適宜変更することが可能である。
【００３８】
この結果、本第２実施の形態では、クロスダイクロイックミラー１０５と折り曲げミラー１０７、１０８の間の光路長をＢ光、Ｒ光、及びＧ光の各色光とも短くすることができ、投射光学系が小型化できるため、透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置の小型化が可能となる。
【００３９】
なお、本発明に係るクロスダイクロイックミラーの配置を従来のクロスダイクロイックミラーの配置と入れ替えることも可能である。本発明の実施の形態で示すクロスダイクロイックミラーの配置にすることによって、光源光の配置場所の自由度が増すと共に、投射光学系の小型化も可能となるため、投射型表示装置の小型化が可能となる。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず本願請求項に記載の範囲内で種々変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、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】本発明の第１実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図である。
【図２】第１実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の斜視構成図である。
【図３】本発明の第２実施の形態に係る投射型表示装置の光学系の概略構成図である。
【符号の説明】
１０１          光源光束
１０５          クロスダイクロイックミラー
１０７、１０８  折り曲げミラー
１０９          ダイクロイックミラー
１１０Ｂ、１１０Ｇ、１１０Ｒ  フィールドレンズ
１１１Ｂ、１１１Ｇ、１１１Ｒ  偏光ビームスプリッタ
１１２Ｂ、１１２Ｇ、１１２Ｒ  反射型ライトバルブ
１１３、２１３    クロスダイクロイックプリズム
１１４、２２１    投射レンズ系
１１５、２２５    開口絞り
２１１、２１５、２１７  光路変更ミラー
２１８Ｂ、２１８Ｇ、２１８Ｒ  フィールドレンズ
２２１Ｂ、２２１Ｇ、２２１Ｒ  透過型ライトバルブ
【図１】
2004240022.tif 000003
【図２】
2004240022.tif 000004
【図３】
2004240022.tif 000005