(57)【要約】【課題】  コンパクトなプロジェクタエンジンを提供する。【解決手段】  第１の水平面Ｐ１は色分離プリズム２０の中心を通り、その底面２０ｂと平行な面である。第２の水平面Ｐ２は合成プリズム２１の中心を通り、その底面２１ｂと平行な面である。第１の水平面Ｐ１と第２の水平面Ｐ２は互いに平行である。液晶パネル１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒは、第１及び第２の水平面Ｐ１，Ｐ２に対し、その長辺が平行である。第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５は、第２の水平面Ｐ２上に設けられ、各底面２４ｂ，２５ｂが第２の水平面Ｐ２と垂直な向きに配置されている。各底面２４ｂ，２５ｂの一辺の長さは液晶パネル１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒの短辺Ｓ１とほぼ同じ長さになり、第１及び第２ＰＢＳ２４，２５のサイズが小さくなる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの白色光を第１，第２，第３の色光に分離し、分離された各色光を第１，第２，第３の画像表示パネルに入射させて各色の画像光にそれぞれ変調し、これらの画像光を合成してスクリーンに長方形状の画像を投写する投写型表示装置において、
入射軸が第１の水平面に属するように入射した白色光を、第１の色光と、第２及び第３の色光を含む合成色光とに分離し、各々の出射軸が前記第１の水平面に属するように第１の色光と合成色光とを出射する色分離手段と、
色分離手段から出射された第１の色光と合成色光とを、前記第１の水平面に垂直な方向に反射する第１及び第２の反射手段と、
第１の反射手段によって反射された第１の色光を、長辺を水平にした矩形状の第１の画像表示パネルに入射させ、第１の画像表示パネルからの画像光をその出射軸が前記第１の水平面と平行な第２の水平面に属するように出射する第１の画像光生成手段と、
第２の反射手段によって反射された合成色光を第２の色光と第３の色光とに分離し、長辺を水平にした矩形状の第２，第３の画像表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、第２，第３の画像表示パネルからの画像光を合成し、合成された画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する第２の画像光生成手段と、
第１及び第２の画像光生成手段からそれぞれ入射した画像光を合成し、合成した画像光の出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する画像光合成手段とを備えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
前記第１の画像光生成手段は、第１の色光を偏光の向きに応じて第１の画像表示パネルに入射させ、第１の画像表示パネルからの画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する偏光膜を含むことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】
前記第２の画像光生成手段は、合成色光を偏光の向きの違いに応じて第２，第３の色光に分離して第２，第３の画像表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、第２，第３の画像表示パネルからの画像光を合成し、合成された画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する偏光膜を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の投写型表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の画像光生成手段は、第１の色光及び合成色光が入射する面とその画像光が出射する面とが各画像表示パネルとほぼ同じサイズの矩形状をした直方体形状のプリズムブロックであることを特徴とする請求項２又は３記載の投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色分離された光を複数の画像表示素子に入射させ、画像情報が付与された各色の光を合成してスクリーンに投写する投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明光源が発する白色光を赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の三色に分離する色分離部と、色分離されたＲ，Ｇ，Ｂの各色の照明光を画像情報を有する画像光に変調する３枚の画像表示パネルと、各色の画像光を合成する色合成部とを備え、合成された画像光をスクリーン上に結像させ、画像を拡大投写する三板式の投写型表示装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、ダイクロイックミラーと偏光ビームスプリッタを組み合わせることにより、色分離部と色合成部が少ない部品数で構成された投写型表示装置が記載されている。この投写型表示装置は、画像表示パネルとして反射型の液晶パネルが用いられている。色分離部は、Ｂ光を透過し、Ｇ光とＲ光を反射するダイクロイックミラーを用いて白色光からＢ光を分離している。分離されたＢ光は、偏光の向きに応じてＢ光を反射又は透過する第１の偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）に入射する。Ｂ光は、第１のＰＢＳから液晶パネルに入射し、画像情報が付与されると色合成プリズムに向かって出射される。
【０００４】
ダイクロイックミラーを反射したＧ光及びＲ光は、第２のＰＢＳに入射する。第２のＰＢＳに入射したＧ光及びＲ光は、一方の色光の偏光の向きが予め変えられて偏光分離される。Ｇ光及びＲ光の一方はＰＢＳを透過して直進し、他方は垂直に反射され、それぞれ液晶パネルに入射する。液晶パネルから出射したＧ光とＲ光は、第２のＰＢＳの内部で再合成され、合成プリズムに入射する。合成プリズムは、Ｒ光及びＧ光と、Ｂ光の画像光とを合成する。合成された三色の画像光は、投映レンズによってスクリーンに結像され、フルカラー画像として投写される。
【０００５】
上記投写型表示装置では、色光の分解や合成を行う各光学部品が所定の水平面上に二次元的に配置している。また、この水平面に対し、長方形の液晶パネルがその長辺を平行に、かつ短辺を垂直にする向きに配置され、ＰＢＳ等のプリズムは、その底面の一辺が液晶パネルの長辺とほぼ等しい長さを必要としていた。したがって、プリズムのサイズが大きくなるためにコストやコンパクトさの点で問題があった。そこで、各光学部品を配置する基準となる水平面に対して画像表示パネルの短辺を平行に、かつ長辺を垂直にすることでプリズム底面の一辺を短くし、色分離部や色合成部の小型化を図った投写型表示装置が提案されている（特願２００３−１４８７１４号）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２９３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、画像表示パネルをその短辺が水平面と平行になるように配置する場合、そのままでは投写される画像が縦長になり、横長の長方形のスクリーンに対して画像を投写するには適さないため、画像を９０度回転させ、画像の長辺方向とスクリーンの長辺方向を一致させる必要がある。画像を９０度回転させるために、投写ユニット自体を回転させたり、像回転光学系を利用すると、設計上の制約が増え、大型化したり、コストや手間がかかるという欠点が生じる。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、画像表示パネルの配置によりプリズム等を小型化したときに、画像を９０度回転させる必要のないコンパクトな光学系を有する投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、入射軸が第１の水平面に属するように入射した白色光を、第１の色光と、第２及び第３の色光を含む合成色光とに分離し、各々の出射軸が前記第１の水平面に属するように第１の色光と合成色光とを出射する色分離手段と、色分離手段から出射された第１の色光と合成色光とを、前記第１の水平面に垂直な方向に反射する第１及び第２の反射手段と、第１の反射手段によって反射された第１の色光を、長辺を水平にした矩形状の第１の画像表示パネルに入射させ、第１の画像表示パネルからの画像光をその出射軸が前記第１の水平面と平行な第２の水平面に属するように出射する第１の画像光生成手段と、第２の反射手段によって反射された合成色光を第２の色光と第３の色光とに分離し、長辺を水平にした矩形状の第２，第３の画像表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、第２，第３の画像表示パネルからの画像光を合成し、合成された画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する第２の画像光生成手段と、第１及び第２の画像光生成手段からそれぞれ入射した画像光を合成し、合成した画像光の出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する画像光合成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１の画像光生成手段は、第１の色光を偏光の向きに応じて第１の画像表示パネルに入射させ、第１の画像表示パネルからの画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する偏光膜を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、前記第２の画像光生成手段は、合成色光を偏光の向きの違いに応じて第２，第３の色光に分離して第２，第３の画像表示パネルにそれぞれ入射させるとともに、第２，第３の画像表示パネルからの画像光を合成し、合成された画像光をその出射軸が前記第２の水平面に属するように出射する偏光膜を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記第１及び第２の画像光生成手段は、第１の色光及び合成色光が入射する面とその画像光が出射する面とが各画像表示パネルとほぼ同じサイズの矩形状をした直方体形状のプリズムブロックであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、互いに平行な第１の水平面と第２の水平面に、白色光が第１の色光と第２，第３の色光を含む合成色光とに分離する色分離手段と、３つの画像光を合成する画像光合成手段とをそれぞれ設けているから、画像を９０度回転させることなく横長のスクリーンに対して画像が適切に表示され、第１の画像光生成手段と第２の画像光生成手段として使用される光学部材を小型化できるから、光学系全体をコンパクトにでき、低コスト化を図ることができる。さらに、画像表示パネルから投映レンズまでの距離、すなわち、投映レンズに必要とされるバックフォーカスを小さくできるので、広画角の投映レンズの設計を容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において、投写型表示装置２は、スクリーン３を前面に備えた筐体４と、スクリーン３の背後に設けられた平面鏡５と、プロジェクタエンジン６とを備え、リア投映方式のプロジェクションディスプレイとして構成されている。スクリーン３は、水平方向の長辺と鉛直方向の短辺とを有する横長の長方形状をしている。平面鏡５は、横長の長方形であり、その上辺をスクリーン３に近づけた姿勢に傾斜している。プロジェクタエンジン６は、平面鏡５に向かって画像光を斜め上方へ出射する。平面鏡５に反射された画像光はスクリーン３の背面に投写され、スクリーン３に形成された画像はスクリーン３の前面側から観察される。
【００１５】
図２において、プロジェクタエンジン６には、光源装置１０と、照明光学系１１と、色分離合成光学系１２と、３枚の反射型の液晶パネル１３Ｂ，１３Ｇ，１３Ｒと、投映光学系１４とが設けられている。照明光学系１１は、フライアイレンズ１５，１６と、偏光変換素子１７とを備え、光源装置１０の白色光の光量分布を均一にし、偏光の向きを揃えた照明光に変換する。照明光学系１１から出射された白色の照明光は、コンデンサレンズ１８，１９により集光され、色分離合成光学系１２に入射する。照明光学系１１は光軸１１ａを有し、光軸１１ａはスクリーン３の水平方向の長辺と平行である。
【００１６】
図３において、色分離合成光学系１２は、色分離プリズム２０と、色合成プリズム２１と、平面状の第１ミラー２２，第２ミラー２３と、第１偏光ビームスプリッタ（第１ＰＢＳ）２４と、第２偏光ビームスプリッタ（第２ＰＢＳ）２５とからなる。投映光学系１４は、前群光学系１４ａと、互いの光軸が直交した２つの後群光学系１４ｂとからなる。色合成プリズム２１は、前群光学系１４ａと後群光学系１４ｂとの間に設けられている。前群光学系１４ａは平面鏡５と平行な平面鏡２７が設けられ、平面鏡２７よりもスクリーン側に位置するレンズ群２８の光軸２８ａは、平面鏡２７よりもパネル側に位置するレンズ群２９の光軸２９ａに対して曲げられている。光軸２９ａは、合成プリズム２１の側面に垂直である。プロジェクタエンジン６は、平面鏡２７とレンズ群２８の傾斜角度によって画像光を出射する方向を決められるため、スクリーンサイズ等が異なる様々な投写型表示装置に使用することが可能になる。
【００１７】
色合成プリズム２１は、その底面と色分離プリズム２０の底面とを平行にして配置されている。色分離プリズム２０と色合成プリズム２１は、正方形の底面を有する直方体形状を有し、直角二等辺三角形の底面を有する直角プリズムの斜辺側の側面を互いに向かい合わせて接合されている。直角プリズムの接合面にはダイクロイック膜２０ａ，２１ａが形成されている。同様に、第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５は２つの直角プリズムが接合されてなり、斜辺側の側面を互いに向かい合わせた接合面に偏光膜２４ａ，２５ａが形成されている。
【００１８】
照明光学系１１から入射する白色の照明光は、色分離プリズム２０を透過して直進する第１の色光である青色光と、色分離プリズム２０によって直角方向に反射される第２，第３の色光である緑色光及び赤色光とに分離される。色分離プリズム２０を透過した青色光は、第１ミラー２２によって鉛直方向に反射され、第１ＰＢＳ２４に入射する。第１ＰＢＳ２４に入射した青色光は、第１ＰＢＳ２４の偏光膜２４ａを反射して液晶パネル１３Ｂに入射する。液晶パネル１３Ｂは入射した青色光に画像情報を付与し、青色画像光に変調する。青色画像光は、液晶パネル１３Ｂによって反射され、第１ＰＢＳ２４の偏光膜２４ａに向かって出射する。青色画像光は、変調されたときに偏光の向きが変えられているため、第１ＰＢＳ２４の偏光膜を透過して直進する。第１ＰＢＳ２４を透過した青色の画像光は、色合成プリズム２１に入射する。
【００１９】
色分解プリズム２０によって青色光と分離された緑色光及び赤色光は、第２ミラー２３により鉛直方向に反射され、偏光変換素子（図示なし）を透過する。偏光変換素子は波長選択性を有し、透過する光のうち赤色光のみの偏光の向きを９０度変換する。緑色光及び赤色光は第２ＰＢＳ２５に入射し、偏光の向きを変えられた赤色光は第２ＰＢＳ２５の偏光膜２５ａを透過して直進し、緑色光は偏光膜２５ａで直角に反射される。これにより緑色光と赤色光は分離され、それぞれの色光が第２ＰＢＳ２５の側面と平行に対面して配置された液晶パネル１３Ｒと液晶パネル１３Ｇに入射する。緑色光及び赤色光は、各色の画像情報を有する画像光に変調される。緑色及び赤色の画像光は、液晶パネル１３Ｇ，１３Ｒを反射し、第２ＰＢＳ２５に入射する。液晶パネル１３Ｒにより偏光の向きを変えられた赤色画像光は第２ＰＢＳ２５の偏光膜２５ａで直角に反射され、液晶パネル１３Ｇによって偏光の向きが変えられた緑色の画像光は偏光膜２５ａを透過して直進する。緑色及び赤色の画像光は第２ＰＢＳ２５の内部で合成され、後群光学系１４ｂを介して合成プリズム２１に入射する。
【００２０】
合成プリズム２１は、第１ＰＢＳ２４から出射した青色画像光と、第２ＰＢＳ２５から出射した緑色及び赤色の画像光とを合成する。ここで、青色画像光は、色合成プリズム２１のダイクロイック膜２１ａで垂直に反射され、緑色光と赤色光はダイクロイック膜２１ａを透過して直進する。これにより、分離された三色の光が色合成され、投映光学系１４の前群光学系１４ａを透過して平面鏡５に向かって出射される。
【００２１】
図４において、第１の水平面Ｐ１は、色分離プリズム２０の底面２０ｂと平行であり、色分離プリズム２０の中心を通る平面である。照明光学系１１の光軸１１ａと、色分離プリズム２０に入射する照明光の光束の中心である入射軸とは一致し、照明光学系１１を出射した照明光の軸光線Ｒ１は、第１の水平面Ｐ１上を進行して色分離プリズム２０に垂直に入射する。白色の軸光線Ｒ１は、色分離プリズム２０のダイクロイック膜２０ａにより、青色の軸光線と、緑色光及び赤色光とを含むイエローの軸光線とに分離され、各色の光線はそれぞれの出射軸が第１の水平面Ｐ１上で互いに垂直な方向に色分離プリズム２０を出射する。青色光線の出射軸は白色光線の入射軸と同一であり、イエロー光線の出射軸は白色光線の入射軸に対して垂直である。
【００２２】
色分離プリズム２０を出射した青色光線は、第１の水平面Ｐ１に対して４５度傾斜した第１ミラー２２により第１の水平面Ｐ１に垂直な方向に反射され、第１ＰＢＳ２４に入射する（図４（ａ））。また、色分離プリズム２０を出射したイエロー光線は、第１の水平面Ｐ１に対して４５度傾斜した第２ミラー２３によって第１の水平面Ｐ１に垂直な方向に反射され、第２ＰＢＳ２５に入射する（図４（ｂ））
【００２３】
第２の水平面Ｐ２は、第１の水平面Ｐ１及び合成プリズム２１の底面２１ｂと平行であり、合成プリズム２１，第１ＰＢＳ２４及び第２ＰＢＳ２５の中心を通る平面である。液晶パネル１３Ｒ〜１３Ｂは、それぞれの長辺Ｌ１が第１及び第２の水平面Ｐ１，Ｐ２と平行に配置されている。また、液晶パネル１３Ｇと液晶パネル１３Ｂは、その短辺Ｓ１が第１及び第２の水平面Ｐ１，Ｐ２に対して垂直である。液晶パネル１３Ｒは、その長辺Ｌ１と短辺Ｓ１とがともに第１の水平面Ｐ１と平行であり、パネル面と平行である。
【００２４】
第１ＰＢＳ２４に入射した青色光線は、第１ＰＢＳ２４の偏光膜２４ａで垂直に反射され、第２の水平面Ｐ２上で液晶パネル１３Ｂに入射する。液晶パネル１３Ｂを出射した青色光線は、第２の水平面Ｐ２を進行し、合成プリズム２１に入射する。第２ＰＢＳ２５に入射したイエロー光線は、第２ＰＢＳ２５の偏光膜２５ａにより赤色光線と緑色光線とに分離される。赤色光線は、偏光膜２５ａを透過して直進し、第２の水平面Ｐ２に垂直な状態で液晶パネル１３Ｒに入射する。緑色光線は、偏光膜２５ａで直角に反射され、第２の水平面Ｐ２上で液晶パネル１３Ｇに入射する。
【００２５】
液晶パネル１３Ｒから出射した赤色光線は、偏光膜２５ａで直角に反射され、第２の水平面Ｐ２上を進行する。液晶パネル１３Ｇから出射した緑色光線は、偏光膜２５ａを透過して直進し、第２の水平面Ｐ２上を進行する。赤色光線と緑色光線は偏光膜２５ａによって合成され、合成プリズム２１に入射する。
【００２６】
合成プリズム２１は、第２の水平面Ｐ２上で互いに垂直な方向から入射した青色光線とイエロー光線とを合成する。合成プリズム２１のダイクロイック膜２１ａは、青色光線を直角に反射し、イエロー光線を透過させる。合成プリズム２１は、第２の水平面に属する入射軸が互いに垂直な青色光とイエロー光を合成した後、合成された画像光をその出射軸が第２の水平面に属するように出射する。画像光の出射軸は、青色光の入射軸に垂直であり、合成プリズム２１に入射するイエロー光の入射軸と一致し、かつ光軸２９ａと一致する。
【００２７】
このように、色分離合成光学系１２では、色分離プリズム２０に入射した白色の照明光が第１の水平面Ｐ１に沿って二つの色光に分離され、第１及び第２ミラー２２，２３によって第２の基準平面Ｐ２に向かって第１の水平面Ｐ１と垂直な方向に反射される。色分離された各色光は、第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５とによって個別に設けられた液晶パネル１３Ｒ〜１３Ｇに入射して画像情報が付与され、画像光となって第２の基準平面Ｐ２に沿って合成プリズム２１に入射する。合成された画像光は第２の水平面Ｐ２に沿って投映光学系１４に入射し、平面鏡５を介してスクリーン３に拡大投映される。
【００２８】
第１ＰＢＳ２４及び第２ＰＢＳ２５は、その各底面２４ｂ，２５ｂが、色分離プリズム２０及び色合成プリズム２１の各底面２０ｂ，２１ｂと平行な第１及び第２の基準平面Ｐ１，Ｐ２に対して垂直となるように配置できる。第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５の底面２４ｂ，２５ｂの各一辺は、各液晶パネルの短辺Ｓ１とほぼ等しい長さにできるから、第１及び第２ＰＢＳ２４，２５の底面の一辺が各液晶パネルの長辺Ｌ１の長さになる従来の光学系よりも各ＰＢＳを小さくすることができる。
【００２９】
また、第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５が小型化されることにより、液晶パネル１３Ｒ〜１３Ｂから色合成プリズム２１までの距離が小さくなり、投映光学系１４に求められるバックフォーカスの長さを小さくできる。
【００３０】
なお、本発明は上記形態に限られず、例えば、色分離プリズム２１及び色合成プリズム２２はダイクロイック膜を有する平行平面板、すなわちダイクロイックミラーで構成してもよく、また、２種類のダイクロイック膜を１つのプリズムブロックに形成し、２つのプリズムを一体にしてもよい。また、第１ＰＢＳ２４と第２ＰＢＳ２５についても、プリズムを用いることに限らず、平板状の偏光ミラーを使用してもよい。また、本発明は、リアプロジェクションディスプレイ等のリア投映式の投写型表示装置に限らず、画像光を入射する側と画像を観察する側とが同じフロント投映式の投写型表示装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】投写型表示装置の断面図である。
【図２】プロジェクタエンジンの構成を示す斜視図である。
【図３】色分離合成光学系の斜視図である。
【図４】色分離合成光学系の正面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  投写型表示装置
６  プロジェクタエンジン
１２  色分離合成光学系
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ  液晶パネル
２０  色分離プリズム
２１  色合成プリズム
２４  第１偏光ビームスプリッタ（第１ＰＢＳ）
２５  第２偏光ビームスプリッタ（第２ＰＢＳ）
Ｐ１  第１の基準平面
Ｐ２  第２の基準平面
Ｒ１  軸光線
Ｌ１  液晶パネルの長辺
Ｓ１  液晶パネルの短辺
【図１】
2005352079.tif 000003
【図２】
2005352079.tif 000004
【図３】
2005352079.tif 000005
【図４】
2005352079.tif 000006