(57)【要約】    【課題】  リアプロジェクション型表示装置の小型化を図る。    【解決手段】  光源１１と、光源１１から射出される光を複数の色光に色分解する色分解光学系と、各色光毎に配置され、色分解光学系による各色光を入射して偏光分離する偏光分離光学系と、各色光毎に配置され、偏光分離光学系を射出した各色光を入射して変調するライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂから射出された光を反射ミラー４２へ投射する投射レンズ２０とを備えているリアプロジェクション型表示装置において、光源１１から射出される光源光の光軸を色分解光学系によって分解されて進行する各色光の光軸によって形成される平面に直交させた。【選択図】      図１
2005181659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された光源光を複数の色光に色分解する色分解光学系と、
前記各色光毎に配置され、前記色分解光学系によって色分解された各色光を偏光分離する偏光分離光学系と、
前記偏光分離光学系から射出された前記各色光を変調するライトバルブから射出された光を反射ミラーへ投射する投射光学系と、
前記反射ミラーで反射された投射光が入射するスクリーンとを備えているリアプロジェクション型表示装置において、
前記色分解光学系に入射する前記光源光の光軸は、前記色分解光学系で色分解された各色光を含む平面に垂直である
ことを特徴とするリアプロジェクション型表示装置。
【請求項２】
前記投射光学系は、
投射レンズと、
前記投射レンズに入射した光を偏向する偏向ミラーと
を有することを特徴とする請求項１記載のリアプロジェクション型表示装置。
【請求項３】
前記投射光学系は前記スクリーンの近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のリアプロジェクション型表示装置。
【請求項４】
前記投射光学系に入射する光の光軸と前記投射光学系から射出される投射光の光軸とのなす角度は９０度未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置。
【請求項５】
前記投射光学系から射出される投射光の光軸は、前記偏光分離光学系の偏光分離部に垂直な面に対して平行であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置。
【請求項６】
前記投射レンズから射出される投射光の光軸は、前記偏光分離光学系の偏光分離部に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、反射型ライトバルブを使用した投射型表示装置を内蔵したリアプロジェクション型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来の投射型表示装置の概念図である。
【０００３】
図８には反射型ライトバルブを使用した従来の投射型表示装置１００が示されている。
【０００４】
なお、図８に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。Ｚ軸は紙面の下側から上側に向かう、紙面に直角な方向を示す。
【０００５】
ランプと凹面鏡とからなる光源１０１から射出された光源光は光軸をＸ軸方向へ進み、偏光変換照明装置１０２に入射して振動方向がＺ軸と平行な方向を有する偏光に変換される。偏光変換照明装置１０２は、複数のレンズをマトリクス形状に配置した第１レンズ板（図示せず）と、この第１レンズ板を構成する各レンズの焦点位置近傍配置され、第１レンズ板と同様に複数のレンズをマトリクス形状に配置した第２レンズ板（図示せず）と、偏光変換装置（図示せず）と、偏光変換装置から射出された複数の光束を後述のライトバルブ上に重畳して照射するためのコンデンサレンズ（図示せず）とを有する。偏光変換装置は、偏光分離部とこの偏光分離部と平行に配置された反射層との組み合わせを複数組アレイ状に形成したプリズムアレイと、このプリズムアレイの偏光分離部を透過する偏光の射出面又は反射層によって反射され射出される偏光のどちらか一方の偏光の振動方向を変える１／２波長板とからなる。
【０００６】
クロスダイクロイックミラー１０３は、コンデンサレンズから射出されたＺ軸に平行な方向に振動方向を有する偏光を、入射光軸に直交するとともに、互いに反対方向であるＹ軸方向の光軸を進行するＢ（青）光と、−Ｙ軸方向の光軸を進行するＲ（赤）光とＧ（緑）光との混合光とに色分解する。クロスダイクロイックミラー１０３は、Ｂ光を反射し、Ｒ光とＧ光とを透過させる特性を有するダイクロイックミラー１０３Ｂと、Ｒ光とＧ光とを反射し、Ｂ光を透過させる特性を有するダイクロイックミラー１０３ＲＧとを、互いに直交するように、且つ両者がＸＹ平面に対して垂直になるように配置してなる。
【０００７】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１０４で反射されて進行方向を変え、偏光ビームスプリッタ１０７Ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１０７Ｂに入射した光は偏光分離部で反射され、射出面から射出され、Ｂ光用に配置された反射型ライトバルブ１０８Ｂに入射する。
【０００８】
色分解されたＲ光とＧ光との混合光は偏向ミラー１０５で反射されて進行方向を変え、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる特性を有するダイクロイックミラー１０６に入射し、Ｇ光とＲ光とに色分解される。Ｇ光とＲ光とはそれぞれ各色光毎に配置された偏光ビームスプリッタ１０７Ｇ、１０７Ｒに入射し、偏光分離部で反射され、それぞれの色光毎に配置された反射型ライトバルブ１０８Ｇ、１０８Ｒに入射する。
【０００９】
色光毎に配置されたライトバルブ１０８Ｂ、１０８Ｇ、１０８Ｒに入射した各色光は、色信号によって変調作用を受けて反射され、偏光ビームスプリッタ１０７Ｂ、１０７Ｇ、１０７Ｒに再度入射し、偏光分離部で偏光分離されて検光される。透過光として取り出された変調光は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１０９のそれぞれ異なる入射面に入射する。クロスダイクロイックプリズム１０９はＲ光反射ダイクロイック膜１０９ＲとＢ光反射ダイクロイック膜１０９Ｂとが直交するように、且つＸＹ平面に垂直に配置されている。そのため、Ｒ光はダイクロイック膜１０９Ｒで反射され、Ｂ光はダイクロイック膜１０９Ｂで反射され、Ｇ光は両ダイクロイック膜を透過し、色合成されて射出面から射出される。クロスダイクロイックプリズム１０９で色合成された変調光は投射レンズ１１０にＸ軸に平行な方向の光軸として入射する。この投射レンズ１１０は入射側の後群レンズ１１０Ａと射出側の前群レンズ１１０Ｂとを有する。両者の光軸は直交する。また、図示しないが、投射レンズ１１０は反射偏向ミラーを有しており、前群レンズ１１０Ｂから射出される投射像はＺ軸に平行な光軸で投射される。
【００１０】
図９は図８の投射型表示装置を使用した従来のリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図である。
【００１１】
図９はリアプロジェクション型表示装置の筐体１１２内に収容された投射型表示装置１００を図８の光源１０１の後側からＸ軸方向に見たときの図である。なお、図８のＸ軸方向と図９のＸ軸方向とは一致している。
【００１２】
スクリーン１１４は筐体１１２の前面部１１２Ａの開口に、反射ミラーは筐体１１２の背面部１１２Ｂにそれぞれ組み付けられている。
【００１３】
投射型表示装置１００の投射レンズ１１０によって投射される投射像は反射ミラー１１３に入射し、ここで反射されてスクリーン１１４に投射される。投射レンズ１１０からＺ軸方向に光が射出されるので、反射ミラー１１３に光を入射させるため、断面が直角三角形の台１１１の斜面上に投射型表示装置１００が配置されている（図９参照）。反射ミラー１１３で反射された光の光軸はスクリーン１１４に垂直に入射する。
【特許文献１】特開２００３−２９２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、図９に示すように従来の投射型表示装置を利用したリアプロジェクション型表示装置では、投射レンズ１１０から投射型表示装置１００の側面までの物理的な制約のために投射レンズ１１０をスクリーン１１４に十分近づけることができないので、その分リアプロジェクション型表示装置の厚さ（前後方向の長さ）が大きくなってしまうという問題があった。
【００１５】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はリアプロジェクション型表示装置の小型化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、光源から射出された光源光を複数の色光に色分解する色分解光学系と、前記各色光毎に配置され、前記色分解光学系によって色分解された各色光を偏光分離する偏光分離光学系と、前記偏光分離光学系から射出された前記各色光を変調するライトバルブから射出された光を反射ミラーへ投射する投射光学系と、前記反射ミラーで反射された投射光が入射するスクリーンとを備えているリアプロジェクション型表示装置において、前記色分解光学系に入射する前記光源光の光軸は、前記色分解光学系で色分解された各色光を含む平面に垂直であることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のリアプロジェクション型表示装置において、前記投射光学系は、投射レンズと、前記投射レンズに入射した光を偏向する偏向ミラーとを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載のリアプロジェクション型表示装置において、前記投射光学系は前記スクリーンの近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置において、前記投射光学系に入射する光の光軸と前記投射光学系から射出される投射光の光軸とのなす角度は９０度未満であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置において、前記投射光学系から射出される投射光の光軸は、前記偏光分離光学系の偏光分離部に垂直な面に対して平行であることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のリアプロジェクション型表示装置において、前記投射レンズから射出される投射光の光軸は、前記偏光分離光学系の偏光分離部に垂直な面に対して傾斜していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、リアプロジェクション型表示装置の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１はこの発明の第１実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【００２５】
なお、図１に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。Ｚ軸は紙面に直交し、紙面下部より上部へ向かう方向を示す。
【００２６】
ランプと凹面鏡とからなる光源１１から射出される光源光の光軸はＺ軸に平行な方向に進行し、偏光変換照明装置１２に入射し、Ｚ軸に平行に進行する。偏光変換照明装置１２から射出された光は、Ｂ光を反射し、Ｒ光とＧ光とを透過させる特性を有するダイクロイックミラー１３Ｂと、Ｒ光とＧ光とを反射し、Ｂ光を透過させる特性のダイクロイックミラー１３ＲＧとを互いに直交して配置したクロスダイクロイックミラー１３に入射し、Ｙ方向に光軸が進行するＢ光と、その反対方向に光軸が進行するＲ光とＧ光との混合光とに色分解する。ダイクロイックミラー１３Ｂとダイクロイックミラー１３ＲＧとはそれぞれＹＺ平面に垂直に配置されている。
【００２７】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１４で反射され、その光軸はＸＹ平面に平行に進行して偏光ビームスプリッタ１７Ｂに入射し、ＸＹ平面に垂直に配置された偏光分離部で反射され、Ｂ光用に配置された反射型ライトバルブ１８Ｂに入射する。
【００２８】
色分解されたＲ光とＧ光との混合光は偏向ミラー１５で反射され、その光軸はＢ光と同様にＸＹ平面に平行に進行し、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる特性のダイクロイックミラー１６に入射する。ダイクロイックミラー１６でＧ光とＲ光とに色分解された光は、各色光毎に配置された偏光ビームスプリッタ（偏光分離光学系）１７Ｇ、１７Ｒに入射し、ＸＹ平面に垂直に配置された偏光分離部で反射され、各色光毎に配置された反射型ライトバルブ１８Ｇ、１８Ｒに入射する。
【００２９】
この実施形態においては色分解光学系を構成するクロスダイクロイックミラー１３、偏向ミラー１４、１５、ダイクロイックミラー１６によって色分解されたＢ光、Ｇ光及びＲ光の各光軸によって形成される平面はＸＹ平面に平行な平面であり、光源１３から射出される光源光の光軸に直交する。
【００３０】
各色光用に配置した反射型ライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂにそれぞれ入射した各色光は各色光の色信号によって変調作用を受ける。反射型ライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは、入射光と異なる振動方向を有する偏光に変換させた変調光と入射光と同じ偏光で反射させた非変調光とを再度偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒにそれぞれ入射させる。偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒは偏光分離部を透過する変調光だけを検光して取り出し、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１９のそれぞれ異なる入射面から入射させる。Ｒ光はＸＹ平面に垂直に配置されたＲ光反射ダイクロイック膜１９Ｒで反射され、Ｂ光はＸＹ平面に垂直且つＲ光反射ダイクロイク膜１９Ｒと直交するように配置されたＢ光反射ダイクロイック１９Ｂで反射され、Ｇ光は両膜を透過し、色合成されて射出面からＸ軸に平行な方向に射出される。合成光が投射レンズ（投射光学系）２０を経由して入射し、図示しないスクリーン上に投射される。
【００３１】
投射レンズ２０は後群レンズ２０Ａと前群レンズ２０Ｂと、両者の間に配置された偏向ミラー２０Ｃとを有する。偏向ミラー２０ＣはＸＹ平面に垂直であり、偏向ミラー２０Ｃへの入射光軸の入射角は４５度未満である。投射レンズ２０の前群レンズ２０Ｂから射出する投射光の光軸はＸＹ平面に平行であり、その光軸と後群レンズ２０Ａに入射する合成光の光軸とがなす角度θは９０度未満である。
【００３２】
図２はこの発明の第１実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置を説明するための概念図である。
【００３３】
なお、筐体３０の一部は図示されていない。
【００３４】
図１における紙面（ＸＹ平面に平行な面）に平行な面は図２の床面部材３１Ａ（ＸＺ平面に平行面）に垂直な面（ＸＹ平面に平行な面）である。投射型表示装置１０を構成する光学部材はＸＹ平面に平行な筐体３０の床面部材（面）３１Ａ上に取り付けられている。各色光用の反射型ライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと偏光ビームスプリッタ１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとはそれぞれ図示しない一体化部材を用いて結合されている（図２においては、両者の配置だけを記載している）。
【００３５】
一体化された各色用のライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと偏光ビームスプリッタ１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとはそれぞれ光路長補正光学部材２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂを用いて色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム１９に取り付けられている。床面部材３１Ａには、一体化された光学部品（一体型光学部品）のうちのクロスダイクロイックプリズム１９の両ダイクロイック膜１９Ｒ、１９ＢのＸ型の露出する面の一方が接着されている。また、ダイクロイックミラー１６と、偏向ミラー１４、１５と、クロスダイクロイックミラー１３を構成するダイクロイックミラー１３Ｂ、１３ＲＧとがそれぞれ図示しない取り付け部材を用いて床面部材３１Ａ上に取り付けられている。更に、床面部材３１Ａのクロスダイクロイックミラー１３の下部には光源１１から射出される光源光の通過を担保する開口部３１Ｂが形成されている。
【００３６】
投射レンズ２０の入射面側の鏡筒部分は箱部材３１のマウント部分３１Ｂに取り付けられている。
【００３７】
図３は図２の投射型表示装置をＸ軸方向から見た図である。
【００３８】
筐体３０は箱部材３１と箱部材３２とを組み合わせてなる。
【００３９】
箱部材３１には、反射型ライトバルブ１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂと偏光ビームスプリッタ１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂとクロスダイクロイックプリズム１９とからなる一体型光学部品が床面部材３１Ａに前述の方法で取り付けられている。箱部材３１に隣接して配置された箱部材３２内には床面部材３１Ａに一体型光学部品とは反対方向から取り付けた偏光変換照明装置１２及び光源１１が配置されている。
【００４０】
図４はリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図である。
【００４１】
反射ミラー４２とスクリーン４３とはそれぞれＸＹ平面に垂直であり、両者は所定の角度をなすように配置されている。投射型表示装置１０の投射レンズ２０をスクリーン４３を取り付ける前面部材４１Ａに近接させて配置する。投射レンズ２０から射出された投射光は反射ミラー４２で反射されてスクリーン４３上に投射像が投射される。投射レンズ２０から射出される拡散投射光の外縁部であって、スクリーン４２の最も上部に入射する部分を反射ミラー４２のスクリーン４３に最も近い位置に入射させることができる。
【００４２】
この実施形態の投射型表示装置によれば、光源１１から射出される光源光の光軸が色分解光学系によって分解されて進行する各色光の光軸で形成される仮想平面に対して直交するので、投射レンズ２０をスクリーン４３に接近させることができ、リアプロジェクション型表示装置の厚み（Ｘ軸方向の寸法）を小さくすることができる。
【００４３】
また、反射ミラー４２からの光が入射するスクリーン４３の最上部と反射ミラー４２との距離を従来例より短くできるので、リアプロジェクション型表示装置の厚みを更に小さくすることができる。
【００４４】
図５はこの発明の第２実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置の基本構成を示す図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
なお、図５に示すようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交する。Ｚ軸は紙面に直交し、紙面下部より上部へ向かう方向を示す。
【００４６】
第１実施形態と同様に、色分解光学系を構成するクロスダイクロイックミラー１３、偏向ミラー１４、１５、ダイクロイックミラー１６によって色分解されたＢ光、Ｇ光及びＲ光のそれぞれの光軸によって形成される平面はＸＹ平面に平行な平面である。光源１１から射出される光源光の光軸はＺ軸に平行であって、ＸＹ平面に平行な平面に垂直である。
【００４７】
この実施形態は、後群レンズ２０Ａと前群レンズ２０Ｂとの間に配置される偏向ミラー２０Ｃの反射方向を図５のＸＺ平面に平行な方向とした点で第１実施形態と相違する。なお、投射レンズ２０に入射する合成光の光軸と投射レンズ２０から射出される投射光の光軸とのなす角度は９０度未満であり、その角度は第１実施形態と同じである。また、画像形成領域が長方形形状である各色光用反射型ライトバルブ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｇの偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒに対する配置が第１実施形態の投射型表示装置と相違する。この実施形態では偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒの高さ方向（Ｚ軸方向）に配置する反射型ライトバルブ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒの長方形形状の画像形成領域の短辺がＺ軸に平行になるように配置した。
【００４８】
図６はこの発明の第２実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置を説明するための概念図である。
【００４９】
ライトバルブ１８Ｂ、１８Ｇ、１８Ｒと偏光ビームスプリッタ１７Ｂ、１７Ｇ、１７Ｒとクロスダイクロイックプリズム１９とは一体化されている。クロスダイクロイックプリズム１９の下面は筐体３０のＸＹ面に平行な床面部材３１Ａに取り付けられている。筐体３０は互いに隣接するように接合された箱部材３１，３２で構成される。投射レンズ２０の入射面側の鏡筒部分は箱部材３１のマウント部３１Ｂに取り付けられている。ダイクロイックミラー１６、偏向ミラー１４、１５、クロスダイクロイックミラー１３が床面部材３１Ａ上に配置されている。なお、床面部材３１Ａのクロスダイクロイックミラー１３の下部には光源光の通過を担保する円形開口部が形成されている。
【００５０】
箱部材３２内には光源１１及び偏光変換照明装置１２が図に示すように配置され、光源光がＺ軸に平行な方向に進行し、開口部を経てクロスダイクロイックミラー１３に入射する。
【００５１】
図７はリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図であり、第１実施形態と共通する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
反射ミラー４２とスクリーン４３とはそれぞれＸＹ平面に垂直であり、両者は所定の角度をなすように配置されている。投射レンズ２０をスクリーン４３を取り付ける前面部材４１Ａに近接させて配置する。投射レンズ２０から射出された投射光は反射ミラー４２で反射され、スクリーン４３上に投射像が投射される。このとき、投射レンズ２０から射出される拡散投射光の外縁部であって、スクリーン４２の最も上部に入射する部分をスクリーン４３に最も近い位置に入射させることができる。
【００５３】
この実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００５４】
なお、本明細書中で光軸とは光束の中心線をいうものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【図２】図２はこの発明の第１実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置を説明するための概念図である。
【図３】図３は図２の投射型表示装置をＸ軸方向から見た図である。
【図４】図４はリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図である。
【図５】図５はこの発明の第２実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【図６】図６はこの発明の第２実施形態に係るリアプロジェクション型表示装置に用いられる投射型表示装置を説明するための概念図である。
【図７】図７はリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図である。
【図８】図８は従来の投射型表示装置の概念図である。
【図９】図９は従来のリアプロジェクション型表示装置の縦断面を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５６】
１１  光源
１２  偏光変換照明装置
１３，１３Ｂ，１３ＲＧ  クロスダイクロイックミラー
１４、１５  偏向ミラー
１６  ダイクロイックミラー
１７Ｒ、１７Ｇ、１７Ｂ  偏光ビームスプリッタ
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ  反射型ライトバルブ
１９  クロスダイクロイックプリズム
２０  投射レンズ（投射光学系）
２０Ｃ  偏向ミラー
３１Ａ  床面部材（面）
４２  反射ミラー
４３  スクリーン
【図１】
2005181659.tif 000003
【図２】
2005181659.tif 000004
【図３】
2005181659.tif 000005
【図４】
2005181659.tif 000006
【図５】
2005181659.tif 000007
【図６】
2005181659.tif 000008
【図７】
2005181659.tif 000009
【図８】
2005181659.tif 000010
【図９】
2005181659.tif 000011