(57)【要約】【課題】温度変化により特定の色光による画像が結像しなくなることを防止する像合成光学装置を提供すること。【解決手段】本発明に係る像合成光学装置は、第１の色光を画像信号に応じて変調して出力する第１表示素子２８ａと、第２の色光を画像信号に応じて変調して出力する素子であって第１表示素子からの第１の色光の光軸と第２の色光の光軸とが一致するように配置される第２表示素子２８ｂと、第３の色光を画像信号に応じて変調して出力する素子であって第１、第２表示素子からの色光の光軸上の第１、第２表示素子間の中点Ｏを第３の色光の光軸が通るように配置される第３表示素子２８ｃと、中点に配置されて各表示素子からの色光を合成する色光合成ユニット３２とを支持する支持体３４を有している。そして、温度変化しても各表示素子からの色光の色光合成ユニットまでの夫々の光路長が等しくなるように支持体が構成されていることを特徴とする。【選択図】　図３
2004085724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の色光を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第１表示素子と、
第２の色光を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第２表示素子であって、前記第１表示素子から出力される第１の色光の光軸と前記第２表示素子から出力される第２の色光の光軸とが一致するように配置される前記第２表示素子と、
第３の色光を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第３表示素子であって、前記第１表示素子と前記第２表示素子とから出力される色光の光軸上において、前記第１表示素子と前記第２表示素子との間の中点を前記第３表示素子から出力される第３の色光の光軸が通るように配置される前記第３表示素子と、
前記中点に配置され、前記第１表示素子、前記第２表示素子及び前記第３表示素子から出力される色光を合成する色光合成ユニットと、
前記第１表示素子、前記第２表示素子、前記第３表示素子及び前記色光合成ユニットを支持する支持体と、
を備え、
前記支持体が、温度変化しても、前記第１表示素子、前記第２表示素子及び前記第３表示素子から出力される色光における前記色光合成ユニットまでの夫々の光路長が等しくなるように構成されていることを特徴とする像合成光学装置。
【請求項２】
前記第１表示素子、前記第２表示素子及び前記第３表示素子が、夫々反射型表示素子であることを特徴とする請求項１に記載の像合成光学装置。
【請求項３】
前記支持体が、
前記第１表示素子を前記色光合成ユニットに対して支持する第１支持部と、
前記第２表示素子を前記色光合成ユニットに対して支持する第２支持部と、
前記第３表示素子を前記色光合成ユニットに対して支持する第３支持部と、
を有し、
前記第１支持部と、前記第２支持部と、前記第３支持部とが、同一材料且つ同一形状で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の像合成光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等で用いられる像合成光学装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、３枚の液晶表示素子を用いたフルカラーの液晶プロジェクタが知られている。このような液晶プロジェクタでは、光源からの白色光は、色分解光学系で赤色光、青色光、緑色光の３原色光に分解されて、夫々の色光に対応する表示素子に照明光として入射される。表示素子に入射された色光は、画像信号に応じて変調されて出力される。各表示素子から出力された色光は、色光合成光学系、例えばクロスダイクロイックプリズムに夫々入射されて１つの光に合成される。クロスダイクロイックプリズムで合成された光は、投射レンズによりスクリーンに照射され、スクリーン上に画像を形成する。上記の液晶プロジェクタにおいて、３枚の液晶表示素子は、クロスダイクロイックプリズムに対して支持体としてのハウジングにより支持されている。（特開平６−１４３２６号公報）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように３枚の液晶表示素子がハウジングに支持されている場合、例えば、温度変化によりハウジングが熱膨張又は熱収縮をおこして、クロスダイクロイックプリズムと１つの表示素子までの距離のみ変化すれば、その液晶表示素子から出力された色光はスクリーン上で結像せず、その色光による画像がぼけるという問題がある。
【０００４】
特に、例えば、反射型液晶プロジェクタにおいて、反射型液晶表示素子に斜め方向から色光を入射させる、いわゆるＯＦＦ−ＡＸＩＳタイプといわれる反射型液晶表示素子への色光の入射手法を用いる場合（特表２００１―５２０４０３号公報参照）、上記の問題点が顕著になる。これは、反射型液晶表示素子に斜め方向から色光を入射させる場合、クロスダイクロイックプリズムと反射型液晶表示素子とを離して配置しなければならないからである。
【０００５】
本発明はかかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、温度変化により特定の色光による画像が結像しなくなることを防止する像合成光学装置を提供することである。
【０００６】
【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、本発明に係る像合成光学装置は、第１の色光（例えば、赤色光）を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第１表示素子と、第２の色光（例えば、青色光）を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第２表示素子であって、第１表示素子から出力される第１の色光の光軸と第２表示素子から出力される第２の色光の光軸とが一致するように配置される第２表示素子と、第３の色光（例えば、緑色光）を、入力される画像信号に応じて変調して出力する第３表示素子であって、第１表示素子と第２表示素子とから出力される色光の光軸上において、第１表示素子と第２表示素子との間の中点を第３表示素子から出力される第３の色光の光軸が通るように配置される第３表示素子と、上記の中点に配置され、第１表示素子、第２表示素子及び第３表示素子から出力される色光を合成する色光合成ユニットと、第１表示素子、第２表示素子、第３表示素子及び色光合成ユニットを支持する支持体とを備え、支持体が、温度変化しても、第１表示素子、第２表示素子及び第３表示素子から出力される色光における色光合成ユニットまでの夫々の光路長が等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成においては、温度変化に拘わらず、第１表示素子、第２表示素子、第３表示素子から夫々出力された色光が同じ光路長で色光合成ユニットに入射することができ、色光合成ユニットは、それらの色光を１つの光に合成することができる。
【０００８】
上記の第１表示素子、第２表示素子、及び第３表示素子としては、夫々反射型表示素子が考えられる。反射型表示素子の場合、各表示素子と色光合成ユニットとの間の距離が長くなり、温度変化の影響を受けやすいので、本発明の構成は有効である。
【０００９】
また、上述した支持体が、第１表示素子を色光合成ユニットに対して支持する第１支持部と、第２表示素子を色光合成ユニットに対して支持する第２支持部と、第３表示素子を色光合成ユニットに対して支持する第３支持部とを有し、第１支持部と、第２支持部と、第３支持部とが、同一材料且つ同一形状で形成されていることは望ましい。各支持部が同一材料且つ同一形状で形成されているため、温度変化の影響は、各支持部が同様に受ける。そのため、温度変化により１つの支持部のみ長さが変化し、その支持部により支持されている表示素子から出力された色光の色光合成ユニットまでの光路長のみが変化することがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。全図を通し、同一又は相当部分には同一符号を付することとする。
【００１１】
図１に、本実施形態に係る像合成光学装置を適用した液晶プロジェクタの原理を示す概略構成図を示す。
【００１２】
図１に示す液晶プロジェクタ１０は、光源部１２と、集光レンズ系１４と、色分解用のクロスダイクロイックプリズム１６と、像合成光学装置１８と、投射レンズ系２０とを含んで構成される。以下、色分解用のクロスダイクロイックプリズムを単に、色分解プリズムという。
【００１３】
光源部１２は、光源２２とリフレクタ２４とを有しており、光源２２から射出された光は、直接又はリフレクタ２４により反射されて集光レンズ系１４に入射される。
【００１４】
集光レンズ系１４に入射された光は、集光レンズ系１４で略平行にされ、色分解プリズム１６に入射される。光源部１２から射出された光の偏光方向は、色分解プリズム１６に入射されるまでに図示しない偏光変換光学系により直線偏光になるようになっている。
【００１５】
色分解プリズム１６に入射された光は、赤色光、青色光、緑色光の３つの色光に分解される。色分解プリズム１６から射出された赤色光、青色光、緑色光は、像合成光学装置１８に入射される。本実施形態では、色分解プリズム１６から射出された各色光は、各色光に対応し、特定の偏光方向の色光のみ通す偏光子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを経て像合成光学装置１８に入射するようになっている。偏光子２６ａ，２６ｂ，２６ｃを通した理由は、色分解プリズム１６には直線偏光の光が入射されるが、色分解プリズム１６を通過することにより偏光方向のずれが若干生じる場合もあり、そのような偏光方向がそろっていない色光を除くためである。尚、図１は緑色光の光路のみを示してある。
【００１６】
図２は、色分解プリズム１６で各成分に分解された各色光の光路を示すために、色分解プリズム１６、偏光子２６ａ，２６ｂ，２６ｃ、及び像合成光学装置１８の各光学素子の配置関係を示したものである。
【００１７】
像合成光学装置１８は光学素子として、図２に示すように反射型液晶表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ、偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、及び色光合成用のクロスダイクロイックプリズム（色光合成ユニット）３２を有している。以下、反射型液晶表示素子を表示素子といい、必要に応じて、赤色光、青色光、緑色光に夫々対応する反射型液晶表示素子を夫々第１表示素子、第２表示素子、第３表示素子というものとする。また、色光合成用のクロスダイクロイックプリズムを色光合成プリズムという。
【００１８】
色分解プリズム１６で分解された各色光は、図２において各色光に対応する表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃに夫々斜めに入射される。表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、内部に反射面を有し、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃに夫々入射された色光を、画像信号に応じて入射された色光の偏光方向を変えて反射する、即ち、入力される画像信号に応じて変調して出力するものである。
【００１９】
表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの反射色光は、特定の偏光の色光のみを通す偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを通過して色光合成プリズム３２に入射される。表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからは、画像信号に応じて偏光方向を変調された光と、変調されずにそのままの偏光方向を維持した光の両方が出力される。（画素により変調される画素と変調されない画素があり、表示素子からは両方の光が出てくることになる。）偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃで変調されなかった偏光方向の光を除去するためのものである。
【００２０】
色光合成プリズム３２には図２に示すように、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの３つの反射色光が入射され、１つの光に合成されて出力される。色光合成プリズム３２から出力された光は図１に示す投射レンズ系２０で図示しないスクリーンに照射される。
【００２１】
上記の液晶プロジェクタ１０において像合成光学装置１８が有する表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃ、偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、及び色光合成プリズム３２は、図３に示す支持体３４により支持されている。
【００２２】
図３に、本実施形態に係る像合成光学装置１８の水平断面図を示す。また、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿っての断面図である。図３、図４を参照して支持体３４で支持されている像合成光学装置１８の光学素子の配置について説明する。
【００２３】
図３から理解されるように、第１表示素子２８ａと第２表示素子２８ｂとは、相対する位置であって、第１表示素子２８ａからの反射色光の光軸と第２表示素子２８ｂからの反射色光の光軸とが、同一軸上にあるように配置されている。また、第３表示素子２８ｃは、第１表示素子２８ａと第２表示素子２８ｂとの間の中点Ｏを第３表示素子２８ｃからの反射色光の光軸が通るように配置されている。
【００２４】
偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、図３に示すように、色光合成プリズム３２と表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃとの間に設けられている。また、偏光子３０ａ，３０ｂは、図４に示すように表示素子２８ａ，２８ｂからの反射色光の光軸に垂直に設けられている。第３表示素子２８ｃからの反射色光の光軸に対する偏光子３０ｃの配置方法も偏光子３０ａの第１表示素子２８ａからの反射色光の光軸に対する偏光子３０ａの配置方法と同様である。即ち、図１に示すように偏光子３０ｃは、第３表示素子２８ｃからの反射色光の光軸に垂直に設けられている。
【００２５】
色光合成プリズム３２は、色光合成プリズム３２の中心軸が上述した中点Ｏを通るように配置されている。
【００２６】
上記の液晶プロジェクタ１０においては、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃに色光を斜め方向から入射する、いわゆるＯＦＦ−ＡＸＩＳタイプの入射手法が用いられている。ＯＦＦ−ＡＸＩＳタイプの入射手法では、図２、３から理解されるように表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃを色光合成プリズム３２から離して配置しなければならない。しかしながら、単に表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃを支持体３４に支持させただけでは、温度変化などにより、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの反射色光における色光合成プリズム３２までの光路長が変化する場合が生じる。
【００２７】
本実施形態に係る像合成光学装置１８は、温度変化が生じた場合でも、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの反射色光における色光合成プリズム３２までの光路長が夫々等しくなるようになっている。
【００２８】
支持体３４は、色光合成プリズム３２と、偏光子３０ａ，３０ｂ，３０ｃとを支持する正方形状の中央支持部（図３において点線で囲んだ領域）３６と、その中央支持部３６から放射状に延びている第１支持部３８と、第２支持部４０と、第３支持部４２とから形成されている。中央支持部３６、第１支持部３８，第２支持部４０，及び第３支持部４２は、例えば、合成樹脂又は金属から一体的に形成されたものであり、同一材料で構成されている。
【００２９】
第１支持部３８は、第１表示素子２８ａをアタッチメント４４を介して支持するものである。第１支持部３８は、底壁４６と、図１に示す投射レンズ系２０側の側壁４８と、側壁４８に対面する側壁５０と、側壁４８，５０に隣接する側壁５２とを有している。第１表示素子２８ａは、側壁５２に支持されるようになっている。側壁５２には、第１表示素子２８ａからの反射色光を色光合成プリズム３２側に通すための開口５４が設けられている。
【００３０】
第２支持部４０は、第２表示素子２８ｂをアタッチメント５６を介して支持するものである。アタッチメント５６は、アタッチメント４４と同一形状、同一材料である。第２支持部４０は、第１支持部３８を、第３表示素子２８ｃからの反射色光の光軸に対して線対称にしたものである。即ち、第２支持部４０は、第１支持部３８の底壁４６と同一形状の底壁５８と、第１支持部３８の３つの側壁４８，５０，５２に夫々対応し、側壁４８，５０，５２と同一形状の３つの側壁６０，６２，６４とを有する。第２表示素子２８ｂは、側壁６４に支持されるようになっている。尚、側壁６４には、第１支持部３８の側壁５２の開口５４と同一形状の開口６６が形成されている。
【００３１】
第３支持部４２は、第３表示素子２８ｃをアタッチメント６８を介して支持するものである。アタッチメント６８は、アタッチメント４４，５６と同一形状、同一材料となっている。第３支持部４２は、底壁７０と、第１支持部３８の側壁５０と連結している側壁７２と、第２支持部４０の側壁６２に連結している側壁７４と、側壁７２，７４に隣接する側壁７６とを有する。尚、側壁７６に第３表示素子２８ｃが支持されるようになっている。側壁７６には、第１支持部３８の側壁５２の開口５４と同一形状の開口７８が形成されている。また、第３支持部４２の底壁７０と第１支持部３８の底壁４６、第３支持部４２の側壁７２と第１支持部３８の側壁４８、第３支持部４２の側壁７４と第１支持部３８の側壁５０、第３支持部４２の側壁７６と第１支持部３８の側壁５２は夫々同一形状となっている。
【００３２】
上述したように、色光合成プリズム３２は、第１表示素子２８ａ及び第２表示素子２８ｂからの反射色光の光軸における各表示素子２８ａ，２８ｂの間の中点Ｏ上に中心軸が位置するように配置されている。また、第１支持部３８と第２支持部４０とは、第３表示素子２８ｃからの反射色光の光軸に対して線対称である。更に、第１支持部３８の側壁４８，５０，５２に対応する第３支持部４２の側壁７２，７４，７６は夫々同一形状をしている。以上のことから、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの反射色光の色光合成プリズム３２までの光路長は等しい。更に、第１支持部３８，第２支持部４０，及び第３支持部４２は、同一材料で形成されていることから、温度変化して、第１支持部３８，第２支持部４０，及び第３支持部４２に熱膨張及び熱収縮などが生じた場合にも、その影響は、第１支持部３８，第２支持部４０，及び第３支持部４２で同様に生じる。そのため、表示素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃからの反射色光の色光合成プリズム３２までの光路長も同じように変わり、温度変化しても各光路長が等しい関係は変わらない。従って、色光合成プリズム３２で合成された光が、スクリーンに投影されて形成される画像において特定の色光による画像が結像しなくなることがない。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３４】
上記の実施形態においては、第１の色光を赤色光、第２の色光を青色光、第３の色光を緑色光と想定して説明しているが、これらの対応関係に限定する必要はなく、第１の色光、第２の色光、第３の色光には、赤色光、青色光、緑色光を重複しないように任意に対応させればよい。
【００３５】
また、反射型液晶表示素子に色光を斜めから入射するＯＦＦ−ＡＸＩＳタイプの入射手法を用いているが、反射型液晶表示素子に色光を垂直に入射することも考えられる。この場合、支持体は、反射型液晶表示素子への入射色光とその表示素子からの反射色光を分離するための光学素子も支持するようにすれば良い。
【００３６】
更に、表示素子として反射型液晶表示素子としているが、反射型液晶表示素子に限定する必要はない。例えば、いわゆるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）を用いても良い。また、反射型に限らず、透過型液晶表示素子でも良い。尚、上記実施形態では、液晶プロジェクタの構成として反射型液晶表示素子に対応した構成としているが、透過型液晶表示素子を用いた場合は、透過型の液晶プロジェクタの光学配置を用いれば良い。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、第１表示素子、第２表示素子、第３表示素子、及び色光合成ユニットを支持する支持体が、温度変化しても第１表示素子、第２表示素子、及び第３表示素子から出力される色光における色光合成ユニットまでの光路長が夫々等しいように形成されている。そのため、温度変化しても、特定の色光の画像が結像しなくなることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】像合成光学装置を含む液晶プロジェクタの概念構成図である。
【図２】色分解プリズムで分解された色光の光路を示す図である。
【図３】像合成光学装置の水平断面図である。
【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
１０…液晶プロジェクタ、１２…光源部、１４…集光レンズ系、１６…色分解プリズム、１８…像合成光学装置、２０…投射レンズ系、２２…光源、２４…リフレクタ、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ…偏光子、２８…表示素子、２８ａ…第１表示素子、２８ｂ…第２表示素子、２８ｃ…第３表示素子、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…偏光子、３２…色光合成プリズム（色光合成ユニット）、３４…支持体、３６…中央支持部、３８…第１支持部、４０…第２支持部、４２…第３支持部、４４…アタッチメント、４６…第１支持部の底壁、４８，５０，５２…第１支持部の側壁、５６…アタッチメント、５８…第２支持部の底壁、６０，６２，６４…第２支持部の側壁、６８…アタッチメント、７０…第３支持部の底壁、７２，７４，７６…第３支持部の側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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