(57)【要約】【課題】ライトバルブに対する照明強度の均一性を向上させて投射像の均一性を得ることができる色分解光学系及びそれを用いた投射型表示装置を提供する。【解決手段】ダイクロイックミラー１４で反射されたＢ光の複数の光束は、第１レンズ１７Ａ、共役位置Ｉ部を通って進行し、偏向ミラー１６で反射されてリレーレンズ１７Ｂに入射する。第２レンズ板１２Ｂ上の第２光源像の位置と共役な開口絞り１７Ｂ−ｃ内には第２レンズ板１２Ｂ上の複数の第２の光源像の共役なＢ光の複数の第３光源像が形成される。第３光源像から射出された複数光束はリレーレンズ１７Ｂを通って拡散してフィールドレンズ１８Ｂに入射し、軸に平行光束に変換される。光束は偏光ビームスプリッタ１９Ｂ、ライトバルブ２０Ｂ、偏光ビームスプリッタ１９Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム２１を通って投射レンズ２２に入射される。【選択図】  図２
2005012303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光の光軸に対して斜めに配置され、前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光との混合光とに色分解する第１ダイクロイックミラーと、入射光軸に対して斜めに配置され、前記第２色光と第３色光との混合光を、第２色光と第３色光とに色分解する第２ダイクロイックミラーとで構成される色分解光学系において、
前記第１ダイクロイックミラーの前記光源からの光の光軸の前記第１ダイクロイックミラーへの入射角度は４５度未満であることを特徴とする色分解光学系。
【請求項２】
前記第１ダイクロイックミラーで色分解された第１色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の色分解光学系。
【請求項３】
光源からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、
前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、
前記光源からの光の光軸に対する入射角度が４５度未満となるように斜めに配置され、前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光との混合光とに色分解する第１ダイクロイックミラーと、
入射光軸に対して斜めに配置され、前記混合光を反射する第２色光と透過する第３色光とに色分解する第２ダイクロイックミラーと、
前記第１ダイクロイックミラーと第１色光用のライトバルブとの間の前記第１色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とを有する
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項４】
前記各色光用に配置されたライトバルブは反射型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと偏光ビームスプリッタとを通って前記各色光用の反射型ライトバルブに入射し、前記偏光ビームスプリッタで検光光を取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記ライトバルブは透過型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと、前記ライトバルブの入射面側に配置された偏光子とを通って前記ライトバルブへ入射し、前記ライトバルブを射出した光を前記ライトバルブの射出面側に配置された偏光子の透過光を検光光として取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする請求項３に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
光源からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、
前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、
前記色分解光学系は、
前記光源からの光の光軸に対する入射角度が４５度をなすように斜めに配置され、前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光との混合光とに色分解する第１ダイクロイックミラーと、
前記第１ダイクロイックミラーと平行に配置され、前記混合光を反射する第２色光と透過する第３色光とに色分解する第２ダイクロイックミラーと、
前記第２ダイクロイックミラーと第３色光用のライトバルブとの間の光路中に配置される偏向ミラーとリレー光学系とを有し、
前記光源から前記第３色光用のライトバルブまでの光軸の光路長を、前記光源から前記第１色光と第２色光との前記ライトバルブまでの前記第１色光と第２色光との光軸の光路長より大きくするとともに、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーとの間の光軸の光路長の２倍よりも大きくした
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】
この発明は、色分解光学系及び投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光源光を二枚のダイクロイックミラーによってＲ（赤）光、Ｇ（緑）光及びＢ（青）光の三原色光に色分解し、各色光を各色光毎に配置した偏光ビームスプリッタを通って反射型ライトバルブに入射させ、反射型ライトバルブで反射された光を偏光ビームスプリッタに入射させ、この偏光ビームスプリッタで変調光を検光して取り出し、クロスダイクロイックプリズムで色合成して投射レンズで投射する構成の投射型表示装置は、特許２５９９３０９号公報に開示されている。
【０００３】
この投射型表示装置は各色光の光源からライトバルブまでの光路長を比較する。Ｒ光とＧ光との光路長は同じであるが、Ｂ光の光路長は前記２色光の光路長に比して明らかに長く、Ｂ光の光路の中途にリレー光学系を配置する必要がある。また、光源光を複数の光束に分割してライトバルブへ重畳照明を行うインテグレータを配置する必要がある。更に、各偏光ビームスプリッタの入射面の直前にそれぞれフィールドレンズを配置する必要がある。これらの記載を追加した図を従来の技術を説明する図として示す。
【０００４】
図５は従来の投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【０００５】
ランプ及び放物面鏡等の凹面鏡から構成される光源１０１から射出される略平行光束の光源光は第１レンズ板１０２Ａ、第２レンズ板１０２Ｂ及び重畳照明用のコンデンサレンズ１０３から構成される照明光学系に入射される。
【０００６】
照明光学系を射出した光は光軸に対して４５度の傾けて配置されたＢ光反射特性を有する第１ダイクロイックミラー１０４に入射し、第１ダイクロイックミラー１０４で反射するＢ（青）と、透過するＲ（赤）光とＧ（緑）光との混合光とに色分解される。
【０００７】
Ｒ光とＧ光との混合光は第１ダイクロイックミラー１０４と平行に配置されたＧ光反射特性を有する第２ダイクロイックミラー１０５に入射し、第２ダイクロイックミラー１０５で反射するＧ光と、透過するＲ光とに色分解される。第１ダイクロイックミラー１０４と第２ダイクロイックミラー１０５とで色分解光学系が構成される。
【０００８】
色分解されたＲ光、Ｇ光はそれぞれフィールドレンズ１０８Ｒ、１０８Ｇを通って偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇに入射する。偏光分離部で反射されて偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇから射出されたＳ偏光はそれぞれ反射型ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇに入射する。
【０００９】
色分解されたＢ光は偏向ミラー１０６で進行方向を９０度変えて進行し、リレー光学系を構成する第１リレーレンズ１０７ａと第２リレーレンズ１０７ｂとを通ってフィールドレンズ１０８Ｂに入射する。フィールドレンズ１０８Ｂを通ったＢ光は偏光ビームスプリッタ１０９Ｂに入射する。偏光分離部で反射されて偏光ビームスプリッタ１０９Ｂから射出されたＳ偏光は反射型ライトバルブ１１０Ｂに入射する。
【００１０】
各色光用反射型ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂに入射した光は各色光の色信号によって変調作用を受けて、各色光用ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂで反射される。各色光用ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂで反射された光は再度偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂに入射し、偏光分離部を透過するＰ偏光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１１１に各色光毎に異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックプリズム１１１に入射したＲ光のＰ偏光はＲ光反射ダイクロイック膜１１１Ｒで反射され、Ｂ光はＢ光反射ダイクロイック膜１１１Ｂで反射され、Ｇ光は両膜１１Ｒ、１１１Ｂを透過し、色合成されて射出面から射出される。投射レンズ１１２に入射した光は図示しないスクリーン上にフルカラー像を投射する。
【００１１】
図６は従来の投射型表示装置の各部材の機能を説明する光学光線図である。図６では第１レンズ板１０２Ａの中央部と最も外側とに形成されたレンズからの光束を記載した。また、投射レンズ１１２は内部にライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂからの光のＮＡを決定する開口絞り１１２Ｃを記載した。更に、開口絞り１１２Ｃの中央部を通過する光線として定義される主光線を記載した。
【００１２】
この光線図から理解できるように、主光線はクロスダイクロイックプリズム１１１、偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇ、１０９Ｂ、ライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂが配置される位置において光軸に対して平行、すなわち、テレセントリックである。そして、主光線は第２レンズ板１０２Ｂの中央部の第２光源像から射出された光線と一致し、テレセントリックな配置をフィールドレンズ１０８Ｒ、１０８Ｇ、１０８Ｂで担保している。
【００１３】
光路長がＲ光及びＧ光と異なるＢ光においては、第１リレーレンズ１０７ａと第２リレーレンズ１０７ｂとから構成されるリレー光学系を使用しているが、光線図から理解できるように、第１リレーレンズ１０７ａはライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇと共役位置の結像部Ｉから射出される光を取り込んで、第２リレーレンズ１０７ｂに導く機能を有する。第１リレーレンズ１０７ａと第２リレーレンズ１０７ｂとから構成されるリレー光学系はフィールドレンズ１０８Ｂを通って、結像部Ｉを共役位置であるライトバルブ１１０Ｂ上に結像させる機能を有する。また、この光線図から理解されるように、第２リレーレンズ１０７ｂには、第２レンズ板１０２Ｂに形成される複数の第２光源像と共役関係にあるＢ光の光源像が形成される。
【００１４】
この従来例における各色光の光軸の光路長の大小の比較をする。Ｒ光とＧ光との場合、第１ダイクロイックミラー１０４から第２ダイクロイックミラー１０５までの光路長をａ、第２ダイクロイックミラー１０５から偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇの中心までの光路長をそれぞれｂ、偏光ビームスプリッタ１０９Ｒ、１０９Ｇの中心からライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇまでをｃとしたとき、ダイクロイックミラー１０４からライトバルブ１１０Ｒ、１１０Ｇまでの光軸の光路長はそれぞれａ＋ｂ＋ｃとなる。Ｂ光の場合、第１ダイクロイックミラー１０４から偏向ミラー１０６までは２ｂ、偏向ミラー１０６からライトバルブ１１０Ｂまではａ＋ｂ＋ｃとなるので、第１ダイクロイックミラー１０４からライトバルブ１１０Ｂまでの光軸の光路長はａ＋３ｂ＋ｃとなる。即ち、Ｂ光の光路長はＲ光、Ｇ光の光路長より２ｂだけ大きくなっている。
【００１５】
【特許文献】
特許２５９９３０９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この投射型表示装置は、Ｂ光のライトバルブ１１１Ｂ上において第２リレーレンズ１０７ｂの球面収差により照明光束の結像が不完全となってぼけてしまい、照明強度のムラが発生し、投射像の均一性が得られないという問題がある。これに対し、第２リレーレンズ１０７ｂとして非球面レンズを使用する方法が知られているが、非球面レンズを使用しても完全に照明強度のムラを除去することはできない。
【００１７】
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題はライトバルブに対する照明強度の均一性を向上させて投射像の均一性を得ることができる色分解光学系及びそれを用いた投射型表示装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の色分解光学系において、前記第１ダイクロイックミラーで色分解された第１色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とが配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、光源からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記光源からの光の光軸に対する入射角度が４５度未満となるように斜めに配置され、前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光との混合光とに色分解する第１ダイクロイックミラーと、入射光軸に対して斜めに配置され、前記混合光を反射する第２色光と透過する第３色光とに色分解する第２ダイクロイックミラーと、前記第１ダイクロイックミラーと第１色光用のライトバルブとの間の前記第１色光の光路中に偏向ミラーとリレー光学系とを有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載の投射型表示装置において、前記各色光用に配置されたライトバルブは反射型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと偏光ビームスプリッタとを通って前記各色光用の反射型ライトバルブに入射し、前記偏光ビームスプリッタで検光光を取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項３に記載の投射型表示装置において、前記ライトバルブは透過型ライトバルブであって、前記色分解された各色光はそれぞれフィールドレンズと、前記ライトバルブの入射面側に配置された偏光子とを通って前記ライトバルブへ入射し、前記ライトバルブを射出した光を前記ライトバルブの射出面側に配置された偏光子の透過光を検光光として取り出し、前記色合成光学系で色合成を行なうことを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、光源からの光を色分解光学系で第１色光、第２色光、第３色光に色分解し、前記色分解光学系で色分解された各色光を各色光毎に配置されたライトバルブに入射させ、変調して射出し、色合成光学系で色合成し、前記色合成された光を投射レンズで投射する投射型表示装置において、前記色分解光学系は、前記光源からの光の光軸に対する入射角度が４５度をなすように斜めに配置され、前記光源からの光を第１色光と、第２色光と第３色光との混合光とに色分解する第１ダイクロイックミラーと、前記第１ダイクロイックミラーと平行に配置され、前記混合光を反射する第２色光と透過する第３色光とに色分解する第２ダイクロイックミラーと、前記第２ダイクロイックミラーと第３色光用のライトバルブとの間の光路中に配置される偏向ミラーとリレー光学系とを有し、前記光源から前記第３色光用のライトバルブまでの光軸の光路長を、前記光源から前記第１色光と第２色光との前記ライトバルブまでの前記第１色光と第２色光との光軸の光路長より大きくするとともに、前記第１ダイクロイックミラーと前記第２ダイクロイックミラーとの間の光軸の光路長の２倍よりも大きくしたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図であり、図２はその光学光線図である。
【００２５】
ランプと放物面鏡等の凹面鏡とから構成される光源１１から射出された略平行光束の光源光束は、複数のレンズ１２Ａ−ａをマトリクス形状に配置した第１レンズ板１２Ａと、レンズ１２Ａ−ａと対応してレンズ１２Ｂ−ａをマトリクス形状に配置した第２レンズ板１２Ｂとから構成されるインテグレータ１２と、コンデンサレンズ１３とからなる照明光学系に入射する。光源光束は、第１レンズ板１２Ａのレンズ１２Ａ−ａによって複数の中間光束に分割される。それぞれの光束は対応する第２レンズ板のレンズ１２Ｂ−ａに入射し、集光して複数の第２光源像を形成する。この第２光源像より射出する複数の光束はコンデンサレンズ１３に入射し、反射型ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ上に重畳して照明される。
【００２６】
コンデンサレンズ１３を射出した光は、入射光軸に対する入射角度（入射光軸と入射面の法線とのなす角が４５度未満をなすように配置されたダイクロイックミラー１４に入射する。ダイクロイックミラー１４は青（Ｂ）光を反射し、赤（Ｒ）光と緑（Ｇ）光とを透過する特性を有する。ダイクロイックミラー１４は光軸と同じ方向に透過するＲ光とＧ光との混合光と、ダイクロイックミラー１４に垂直な法線に対して前記入射角度と同じ４５度未満の反射角度を有して反射されるＢ光とに色分解される。図に示すように、ダイクロイックミラー１４で反射させＢ光は斜め後ろ方向へ進行する。
【００２７】
ダイクロイックミラー１４を透過するＲ光とＧ光とは入射光軸に対する入射角度が４５度となるように配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー１５に入射し、透過するＲ光と、反射されるＧ光とに色分解される。Ｒ光とＧ光とはそれぞれフィールドレンズ１８Ｒ、１８Ｇを通って偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇに入射する。偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇに入射した各色光は偏光分離部で反射されて射出面から射出され、射出面近傍に配置された反射型ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇにそれぞれ入射する。
【００２８】
ダイクロイックミラー１４で反射されたＢ光はリレー光学系を構成するフィールドレンズの機能を有する第１レンズ１７Ａとリレーレンズ１７Ｂのうちの第１レンズ１７Ａを通って第１ダイクロイックミラー１４と略平行に配置された偏向ミラー１６に入射する。Ｂ光は入射光軸の入射角度がダイクロイクミラー１４への入射角度と同じ入射角度で偏向ミラー１６に入射する。Ｂ光は偏向ミラー１６で反射され、ダイクロイックミラー１４を透過するＲ光とＧ光との混合光と略平行に進行し、リレーレンズ１７Ｂを通ってフィールドレンズ１８Ｂに入射する。フィールドレンズ１８Ｂを通ったＢ光は偏光ビームスプリッタ１９Ｂに入射する。偏光ビームスプリッタ１９Ｂに入射したＢ光は偏光分離部で反射されて射出面から射出され、射出面近傍に配置されたＢ光用反射型ライトバルブ２０Ｂに入射する。
【００２９】
各色光用のライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂに入射した各色光はそれぞれ色信号によって変調作用を受け、偏光方向を変化させた変調光と入射偏光と同じ偏光方向の非変調光との混合光を反射する。ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂから射出された光は再度各色光用の偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂに入射し、偏光分離部によって変調光と非変調光とに偏光分離される。変調光を偏光分離部を透過する光として検光して取り出し、色合成光学系を構成するＲ光反射ダイクロイック膜２１ＲとＢ光反射ダイクロイック膜２１Ｂとを互いに直交して内部に配置した複合プリズム構成のクロスダイクロイックリズム２１にそれぞれ異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックリズム２１に入射したＢ光はＢ光反射ダイクロイック膜２１Ｂで反射され、Ｒ光はＲ光反射ダイクロイック膜２１Ｒで反射され、Ｇ光は両膜２１Ｂ、２１Ｒを透過し、色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ２２に入射し、図示しないスクリーン上に拡大投射される。
【００３０】
次に、図２の光学光線図を説明する。図２においては光源１１からの光源光束のうち、第１レンズ板１２Ａの中央部のレンズ１２Ａ−ａと最外周部のレンズ１２Ａ−ａとによって形成される３個の光束を図示した。
【００３１】
第２レンズ板１２Ｂのレンズ１２Ｂ−ａ上の第２光源像から射出した中間光束は、コンデンサレンズ１３を通って、それぞれ拡散光束で進行し、ダイクロイックミラー１４を透過して、ダイクロイックミラー１５で光軸が直交するＲ光とＧ光とに色分解され、フィールドレンズ１８Ｒ、１８Ｇ、偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇを通ってライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇの全体を重畳照明する。第２レンズ板１２Ｂの光軸の位置にある中央のレンズ１２Ｂ−ａ上の光源からの光束は、フィールドレンズ１８Ｒ、１８Ｇを通って光軸に平行に進行し、ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｂに入射する。Ｒ光、Ｇ光はライトバルブ２０Ｒ、２０Ｂで反射され、偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇとクロスダイクロイックプリズム２１とを光軸に平行に進行し、投射レンズ２２に入射する。投射レンズ２２はライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇ側にテレセントリックに形成されているので、投射レンズ２２の内部に配置された開口絞り２２ｃの中央部に集光し、中央部から拡散しながら投射レンズ２２を射出する。すなわち、クロスダイクロイックプリズム２１、偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇ、ライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇに関しては、投射レンズ２２の開口絞り２２ｃで定義される主光線が光軸に平行な、いわゆるテレセントリックな位置に配置されている。
【００３２】
一方、ダイクロイックミラー１４で反射されたＢ光の複数の光束は、第１レンズ１７Ａ、共役位置Ｉ部を通って進行し、偏向ミラー１６で反射されてリレーレンズ１７Ｂに入射する。リレーレンズ１７Ｂの開口絞り１７Ｂ−ｃは第２レンズ板１２Ｂ上の第２光源像の位置と共役であり、開口絞り１７Ｂ−ｃ内には第２レンズ板１２Ｂ上の複数の第２の光源像と共役なＢ光の複数の第３光源像が形成される。そして、第３光源像から射出された複数光束はリレーレンズ１７Ｂを通って拡散してフィールドレンズ１８Ｂに入射する。リレーレンズ１７Ｂの開口絞り１７Ｂ−ｃの中央部に形成される第３光源像からの光束はフィールドレンズ１８Ｂを通って軸に平行光束に変換される。光束は偏光ビームスプリッタ１９Ｂ、ライトバルブ２０Ｂ、偏光ビームスプリッタ１９Ｂ及びクロスダイクロイックプリズム２１を通って、投射レンズ２２に入射し、投射レンズ２２の開口絞り２２ｃの中央部に集光する。Ｂ光に関してもＲ光とＧ光と同様に偏光ビームスプリッタ１９Ｂ、ライトバルブ２０Ｂ、クロスダイクロイックプリズム２１に関しては、投射レンズ２２の開口絞り２２ｃで定義される主光線がテレセントリックな位置にある。
【００３３】
また、Ｂ光の光線図から理解できるように、リレーレンズ１７Ｂに対して共役位置Ｉとライトバルブ２０Ｂとは共役関係である。
【００３４】
更に、Ｂ光の光線図により理解できるように、リレーレンズ１７Ｂは偏光ビームスプリッタ１９Ｂと、共役位置Ｉとからのそれぞれの光路長をより大とした位置に配置することが可能である。光路長を大とすることによってリレーレンズ１７Ｂの開口絞り１７Ｂ−ｃ中の複数の第３光源像からそれぞれ射出されて、ライトバルブ２０Ｂの全体に広がって重畳照明される各光束の広がり角度を押さえることが可能となる。
【００３５】
この実施形態によれば、フィールドレンズ１８Ｂの有するレンズのパワー度を小さくすることができる。また、フィールドレンズ１８Ｂを使用してテレセントリック状態を達成してライトバルブ２０Ｂの重畳照明を行うことができる。更に、従来例に比較してその照明強度の均一性を向上させることができ、投射像の均一性を得ることができる。
【００３６】
この実施形態に係る投射型表示装置における各色光の光軸の長さを比較する。Ｒ光とＧ光との場合、ダイクロイックミラー１４からダイクロイックミラー１５までの光路長をａ、ダイクロイックミラー１５から偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇの中心までの光路長をそれぞれ同じｂ、偏光ビームスプリッタ１９Ｒ、１９Ｇの中心からライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇまでをｃとしたとき、ダイクロイックミラー１４からライトバルブ２０Ｒ、２０Ｇまでの光軸のそれぞれの光路長はａ＋ｂ＋ｃとなる。Ｂ光の場合、ダイクロイックミラー１４から偏向ミラー１６までの光路長は２ｂより大きくなり、偏向ミラー１６からライトバルブ２０Ｂまではａ＋ｂ＋ｃより大きくなるので、ダイクロイックミラー１４からライトバルブ２０Ｂまでの光軸の光路長はａ＋３ｂ＋ｃより大きくなる。すなわち、Ｂ光のライトバルブ２０Ｂまでの光路長とＲ光及びＧ光の光路長とを比較したとき、その差は２ｂより大きくなっている。なお、前述したように従来例における光路長の差は２ｂである。
【００３７】
この実施形態においては、Ｂ光をダイクロイックミラー１４で反射させてダイクロイックミラー１４を透過するＲ光とＧ光との混合光と色分解する構成としたが、他の実施形態として、Ｂ光をダイクロイックミラー１４を透過させてダイクロイックミラー１４で反射されるＲ光とＧ光との混合光と色分解する構成としてもよい。そのとき、ダイクロイックミラー１４の光学特性、光源１１、インテグレータ１２及びコンデンサレンズ１３の配置を換える必要がある。また、ダイクロイックミラー１４で反射又は透過して色分解する単色光はＢ光に限定されることはなく、ダイクロイックミラー１４の光学特性によりＧ光、又はＲ光とすることも可能である。そのとき、ダイクロイックミラー１４の光学特性を変えることにより色分解光学系を構成する。
【００３８】
図３はこの発明の第２実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【００３９】
この実施形態は透過型ライトバルブを使用した点で第１実施形態と相違する。
【００４０】
色分解光学系の構成は実質的に第１実施形態と同じである。光源３１から射出された光源光は第１実施形態と同様の構成を有するインテグレータ３２、コンデンサレンズ３３を通って、入射光軸の入射角度が４５度未満になるように配置されたＢ光反射ダイクロイックミラー３４に入射し、反射されるＢ光と、Ｒ光とＧ光との混合光とに色分解される。
【００４１】
Ｒ光とＧ光との混合光は入射光軸の入射角度が４５度になるように配置されたＧ光反射ダイクロイックミラー３５に入射し、反射するＧ光と、透過するＲ光とに色分解される。Ｇ光は反射偏向ミラー３９Ｇで反射されてフィールドレンズ３８Ｇに入射し、フィールドレンズ３８Ｇを通って２枚の偏光子で挟まれた透過型ライトバルブ４０Ｇに入射する。Ｒ光は反射偏向ミラー３９Ｒで反射されてフィールドレンズ３８Ｒに入射し、フィールドレンズ３８Ｒを通って２枚の偏光子で挟まれた透過型ライトバルブ４０Ｒに入射する。ダイクイロイックミラー３４で反射されたＢ光は第１実施形態と同様にレンズ３７Ａとリレーレンズ３７Ｂとからなるリレーレンズ光学系のレンズ３７Ａを通って、ダイクロイックミラー３４と略平行に配置された偏向ミラー３６に入射する。偏向ミラー３６で反射されたＢ光はダイクロイックミラー３４を透過するＧ光とＲ光との混合光と略平行に進行し、リレーレンズ３７Ｂを通って反射偏向ミラー３９Ｂに入射する。反射偏向ミラー３９Ｂで反射されたＢ光はフィールドレンズ３８Ｂを通って、Ｒ光、Ｇ光のライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇと同様の構造を有するＢ光用の透過型ライトバルブ４０Ｂに入射する。
【００４２】
各色光用のライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの入射面側に配置された偏光子を透過した偏光がライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂに入射し、色信号によって変調されて、変調光と非変調光との混合光として射出される。射出面側に配置された偏光子によって透過光を検光して取りだし、色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム４１にそれぞれ異なる入射面から入射させる。クロスダイクロイックプリズム４１に入射した各色光は色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ４２に入射し、図示しないスクリーンに拡大投射される。
【００４３】
この実施形態では光線図は実質的に第１実施形態の光線図と同じであるのでその図示は省略するが、インテグレータ３２、コンデンサレンズ３３、レンズ３７Ａ、リレーレンズ３７Ｂ及びフィールドレンズ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂの役目及びその機能は第１実施形態と同じである。
【００４４】
この実施形態に係る投射型表示装置における各色光の光軸の長さを比較する。Ｒ光とＧ光との場合、ダイクロイックミラー３４からダイクロイックミラー３５までの光路長をａ、ダイクロイックミラー３５から偏向ミラー３９Ｒ、３９Ｇまでの光路長をそれぞれ同じｂ、ミラー３９Ｒ、３９Ｇからライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇまでの光路長をｃとすると、ダイクロイックミラー３４からライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇまでの光軸の光路長はそれぞれａ＋ｂ＋ｃとなる。Ｂ光の場合、ダイクロイック３４から偏向ミラー３６までの光路長は２ｂより大きくなり、偏向ミラー３６からライトバルブ４０Ｂまでの光路長はａ＋ｂ＋ｃより大きくなるので、ダイクロイックミラー３４からライトバルブ４０Ｂまでの光軸の光路長はａ＋３ｂ＋ｃより大きくなる。即ち、Ｂ光のライトバルブまでの光路長はＲ光、Ｇ光の光路長より２ｂ大きくなっている。
【００４５】
この実施形態によれば第１実施形態と同様の効果を奏し、透過型ライトバルブ上への照明を均一に、特に、光路長を長く設定したＢ光のライトバルブ４０Ｂへの均一照明が達成でき、投射像の均一性が達成できる。
【００４６】
なお、この実施形態においても第１実施形態と同様にダイクロイックミラー３４、４５による色分解の方法も可能である。
【００４７】
図４はこの発明の第３実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図であり、第２実施形態と共通する部分には同一符号を付して示しその説明を省略する。
【００４８】
光源３１からの光源光はインテグレータ３２とコンデンサレンズ３３を通って入射光軸の入射角度が４５度をなすように配置され、Ｒ光を透過し、Ｇ光とＢ光との混合光を反射する特性を有するダイクロイックミラー５４に入射し、透過するＲ光と、反射するＧ光とＢ光との混合光とに色分解される。色分解されたＲ光はダイクロイックミラー５４と平行に配置された反射偏向ミラー５６Ｒで進行方向を変えてフィールドレンズ３８Ｒに入射し、フィールドレンズ３８Ｒを通って透過型ライトバルブ４０Ｒに入射される。
【００４９】
Ｂ光とＧ光との混合光は、ダイクロイックミラー５４と略平行に配置されたＧ光を反射するダイクロイックミラー５５に入射し、反射するＧ光と、透過するＢ光とに色分解される。色分解されたＧ光はフィールドレンズ３８Ｇを通って透過型ライトバルブ４０Ｇに入射される。
【００５０】
ダイクロイックミラー５５の透過光として色分解されたＢ光はレンズ５８Ａとリレーレンズ５８Ｂとからなるリレー光学系のレンズ５８Ａを通ってダイクロイックミラー５４、５５と平行に配置された偏向ミラー５７Ｂに入射する。Ｂ光は偏向ミラー５７Ｂで反射され、リレーレンズ５８Ｂを通って偏向ミラー５７Ｂと直交するように配置された偏向ミラー５６Ｂに入射する。Ｂ光は偏向ミラー５６Ｂで反射され、フィールドレンズ３８Ｂを通って透過型ライトバルブ４０Ｂに入射する。
【００５１】
射出面側の偏光子を射出した検光光は色合成光学系のクロスダイクロイックプリズム４１に入射し、色合成されて射出面から射出される。合成光が投射レンズ４２に入射し、図示しないスクリーンに拡大投射される。
【００５２】
各色光の光軸のライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂまでの光路長について説明する。Ｒ光のダイクロイックミラー５４からライトバルブ４０Ｒまでの光路長をａ、Ｇ光のダイクロイックミラー５４からダイクロイックミラー５５までの光路長をｂ、ダイクロイックミラー５５からライトバルブ４０Ｇまでの光路長をｃとしたとき、ａ＝ｂ＋ｃである。Ｂ光のダイクロイックミラー５４からダイクロイックミラー５５までの光路長はＧ光と同じくｂであり、ダイクロイックミラー５５から偏向ミラー５７Ｂまでの光路長はｂより大きい。偏向ミラー５７Ｂからライトバルブ４０Ｂまではａ（＝ｂ＋ｃ）より大きい。すなわち、ダイクロイックミラー５４からライトバルブ４０Ｂまでの光路長は３ｂ＋ｃより大きい。そのため、Ｒ光とＧ光との光軸のダイクロイックミラー５４からライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇまでの光路長（ａ＝ｂ＋ｃ）とＢ光のダイクロイックミラー５４からライトバルブ４０Ｂまでの光路長比較すると、その差は２ｂよりも大きくなる。
【００５３】
この実施形態によれば、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を奏する
。
【発明の効果】
以上説明したようにこの発明によれば、ライトバルブに対する照明強度の均一性を向上させて投射像の均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図２】図２はこの発明の第１実施形態に係る投射型表示装置の光学光線図である。
【図３】図３はこの発明の第２実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図４】図４はこの発明の第３実施形態に係る投射型表示装置の構成を説明する平面図である。
【図５】図５は従来の投射型表示装置の基本構成を示す図である。
【図６】図６は従来の投射型表示装置の各部材の機能を説明する光学光線図である。
【符号の説明】
１１、３１  光源
１２、３２  インテグレータ
１３、３３  コンデンサレンズ
１４、１５、３４、３５、５４、５５  ダイクロイックミラー
１６、３６、３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂ、５６Ｒ、５６Ｂ、５７Ｂ  反射偏向ミラー
１７Ａ、３７Ａ、５８Ａ  レンズ
１７Ｂ、３７Ｂ、５８Ｂ  リレーレンズ
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ、３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂ  フィールドレンズ
１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ  偏光ビームスプリッタ
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ  反射型ライトバルブ
４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ  透過型ライトバルブ
２１、４１  クロスダイクロイックプリズム
２２、４２  投射レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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