(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
複数の光変調手段のうちの少なくとも一つの光変調手段からの光を、正あるいは負の屈折力を有する光学素子を介して受け、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項２】
少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記プリズムの光入射面の少なくとも一つには、正あるいは負の屈折力を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項３】
少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記色合成光学系の内部に、正あるいは負の屈折力を有するレンズ部を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項４】
少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
複数の光変調手段のうちの少なくとも一つの光変調手段からの光を正あるいは負の屈折力を有する光学素子を介して受け、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項５】
少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記プリズムの光入射面の少なくとも一つには、正あるいは負の屈折力を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項６】
少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記色合成光学系の内部に、正あるいは負の屈折力を有するレンズ部を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
【請求項７】
前記一組のプリズムは前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目と３番目のプリズムであることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の色合成光学系。
【請求項８】
前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目と３番目のプリズムの間に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の色合成光学系。
【請求項９】
前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目のプリズムの光入射側に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の色合成光学系。
【請求項１０】
前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて３番目のプリズムの光射出側に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の色合成光学系。
【請求項１１】
前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて１番目と２番目のプリズムの間に第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラー層が形成され、前記光射出側から数えて３番目と４番目のプリズムの間に第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラー層が形成されることを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１項に記載の色合成光学系。
【請求項１２】
互いに波長域が異なる複数の色光を、該各色光に対応させて配した複数の光変調手段によって変調し、該変調された複数の色光を色合成手段によって合成し、投写手段を介して拡大投写する投写型表示装置において、
前記色合成手段が請求項１、２、４、５のいずれか１項に記載の色合成光学系を有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１３】
前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子、又は、正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムが、前記複数の光変調手段のうちの少なくとも青色用光変調手段と前記色合成光学系の間に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の投写型表示装置。
【請求項１４】
つぎの条件式（ｉ）を満足することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の投写型表示装置。
０．０３＜Ｌ／ｂｆ＜０．３………（ｉ）
ここで、Ｌ；光変調手段の表示部と前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子の主点の空気換算間隔、又は、光変調手段の表示部と正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムの主点の空気換算間隔
ｂｆ；拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカス
【請求項１５】
つぎの条件式（ｉｉ）を満足することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
｜ｆｗ／ｆｃ｜＜０．０３………（ｉｉ）
ここで、ｆｗ；該投写手段の焦点距離
ｆｃ；前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子、又は、前記正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムの焦点距離
【請求項１６】
互いに波長域が異なる数の色光を、該各色光に対応させて配した複数の光変調手段によって変調し、該変調された複数の色光を色合成手段によって合成し、投写手段を介して拡大投写する投写型表示装置において、
前記色合成手段が請求項６に記載の色合成光学系を有することを特徴とする投写型表示装置。
【請求項１７】
前記複数の光変調手段のうちの青色用光変調手段が前記最も光射出側に位置するプリズムの光入射面に対向して配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の投写型表示装置。
【請求項１８】
つぎの条件式（ｉｉｉ）を満足することを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の投写型表示装置。
０．４５＜Ｌ／ｂｆ＜０．８………（ｉｉｉ）
ここで、Ｌ；光変調手段の表示部と前記レンズ部の主点との空気換算間隔
ｂｆ；拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカス
【請求項１９】
つぎの条件式（ｉｖ）を満足することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の投写型表示装置。
｜ｆｗ／ｆｃ｜＜０．０１５………（ｉｖ）
ここで、ｆｗ；該投写手段の焦点距離
ｆｃ；前記正あるいは負の屈折力を有する前記光学素子、又は、前記正あるいは負の屈折力を有するプリズム、又は、前記正あるいは負の屈折力を有するレンズ部の焦点距離
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は色合成光学系、および該色合成光学系によって構成した投写型表示装置に関し、例えば青、緑、赤の３原色で照明された、３枚の液晶パネルで変調された画像を合成してスクリーンや壁、その他の表示可能な面にカラー画像を形成する投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、色合成プリズムおよび投写レンズを用いて３色合成を行う場合、投写レンズの倍率色収差があるために、３つの投写画像を完全に一致させることが困難だった。このような問題点を省みて、特開平８−２０１７５６号公報においては、２枚のダイクロイックミラーと１枚の反射ミラーより構成される色合成手段と液晶パネルの間に配置されるフィールドレンズの焦点距離または配置位置を各光路で別々に変えることにより、投写レンズの倍率色収差を補正可能とした提案がなされている。また、同様に特開平１１―２３１２１８号公報においても、補正レンズを、クロスダイクロイックプリズムより構成される色合成プリズムと液晶パネルの間に配置して、投写レンズの倍率色収差を補正可能とした提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平８−２０１７５６号公報の装置は、色合成手段に２枚のダイクロイックミラーと１枚の反射ミラーが用いられており、投写レンズの倍率色収差に加えて、該ダイクロイックミラーの面の歪みや、ダイクロイックミラー面を透過する色チャンネルのダイクロイックミラーによる歪曲収差が発生するため、各チャンネルの投影像の大きさが計算で予想した大きさにならず、各チャンネルの倍率補正が良好に行えなかった。特に、ダイクロイックミラーの反射面を使用する色チャンネルでは、ダイクロイックミラー面の歪みによる投影像の倍率変化が大きく、また、ダイクロイックミラー面の面の歪みが非対称な場合には、それに対応してスクリーン上の投影像も非対称な形状になってしまうので、フィールドレンズの焦点距離や位置を各色チャンネル別に変化させても、投影像を完全に重ね合わせることが、困難であった。
【０００４】
また、上記特開平１１―２３１２１８号公報の装置は、色合成に、４つの直角３角柱プリズムより構成されるクロスダイクロイックプリズムが使用されているので、上記投写レンズの倍率色収差に加えて、プリズムの角度誤差によりダイクロイックミラー面が折れ曲がるため、投写画像の変形が加わり、赤、緑,青の３種類の色の投写画像をスクリーン上で完全に重ね合わせることが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、色合成光学系におけるダイクロミラー面の面の歪みの発生や、ダイクロミラー面の角度ずれによる投影像の変形の発生が少なく、量産時に安定して、投射レンズの倍率色収差の補正が可能な投写型表示装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、つぎの（１）〜（１９）のように構成したプロジェクタの色合成光学系および投写型表示装置を提供するものである。
（１）少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
複数の光変調手段のうちの少なくとも一つの光変調手段からの光を、正あるいは負の屈折力を有する光学素子を介して受け、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
（２）少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記プリズムの光入射面の少なくとも一つには、正あるいは負の屈折力を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴ことを特徴とする色合成光学系。
（３）少なくとも３つのプリズムと、
前記３つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接するプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記色合成光学系の内部に、正あるいは負の屈折力を有するレンズ部を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
（４）少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
複数の光変調手段のうちの少なくとも一つの光変調手段からの光を正あるいは負の屈折力を有する光学素子を介して受け、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
（５）少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記プリズムの光入射面の少なくとも一つには、正あるいは負の屈折力を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
（６）少なくとも４つのプリズムと、
前記４つのプリズムのうちの最も光射出側に位置するプリズムに隣接する一組のプリズムを挟んで互いに交差しないように形成され、互いに波長域が異なる光を反射する２つのダイクロイックミラー層と、を備え、
前記最も光射出側に位置するプリズムの光射出面が前記２つのダイクロイックミラー層の一方へ光を反射する全反射面を兼ねる色合成光学系において、
前記色合成光学系の内部に、正あるいは負の屈折力を有するレンズ部を有し、
前記２つのダイクロイックミラー層の他方を含む面と、前記光射出面を含む面とが成す角度が４５度であることを特徴とする色合成光学系。
（７）前記一組のプリズムは前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目と３番目のプリズムであることを特徴とする上記（４）〜（６）のいずれかに記載の色合成光学系。
（８）前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目と３番目のプリズムの間に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の色合成光学系。
（９）前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて２番目のプリズムの光入射側に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の色合成光学系。
（１０）前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて３番目のプリズムの光射出側に正あるいは負の屈折力を有する光学素子を有することを特徴とする上記（６）または（７）に記載の色合成光学系。
（１１）前記４つのプリズムのうちの前記最も光射出側に位置するプリズムを１番として前記光射出側から数えて１番目と２番目のプリズムの間に第１の色光を反射する第１のダイクロイックミラー層が形成され、前記光射出側から数えて３番目と４番目のプリズムの間に第２の色光を反射する第２のダイクロイックミラー層が形成されていることを特徴とする上記（４）〜（１０）のいずれかに記載の色合成光学系。
（１２）互いに波長域が異なる複数の色光を、該各色光に対応させて配した複数の光変調手段によって変調し、該変調された複数の色光を色合成手段によって合成し、投写手段を介して拡大投写する投写型表示装置において、
前記色合成手段が上記（１）、（２）、（４）、（５）のいずれかに記載の色合成光学系を有することを特徴とする投写型表示装置。
（１３）前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子、又は、正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムが、前記複数の光変調手段のうちの少なくとも青色用光変調手段と前記色合成光学系の間に配置されていることを特徴とする上記（１２）に記載の投写型表示装置。
（１４）つぎの条件式（ｉ）を満足することを特徴とする上記（１２）または（１３）に記載の投写型表示装置。
０．０３＜Ｌ／ｂｆ＜０．３………（ｉ）
ここで、Ｌ；光変調手段の表示部と前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子の主点の空気換算間隔、又は、光変調手段の表示部と正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムの主点の空気換算間隔
ｂｆ；拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカス
（１５）つぎの条件式（ｉｉ）を満足することを特徴とする上記（１２）〜（１４）のいずれかに記載の投写型表示装置。
｜ｆｗ／ｆｃ｜＜０．０３………（ｉｉ）
ここで、ｆｗ；該投写手段の焦点距離
ｆｃ；前記正あるいは負の屈折力を有する光学素子、又は、前記正あるいは負の屈折力を有する前記プリズムの焦点距離
（１６）互いに波長域が異なる数の色光を、該各色光に対応させて配した複数の光変調手段によって変調し、該変調された複数の色光を色合成手段によって合成し、投写手段を介して拡大投写する投写型表示装置において、
前記色合成手段が上記（６）に記載の色合成光学系を有することを特徴とする投写型表示装置。
（１７）前記複数の光変調手段のうちの青色用光変調手段が前記最も光射出側に位置するプリズムの光入射面に対向して配置されていることを特徴とする
上記（１６）に記載の投写型表示装置。
（１８）つぎの条件式（ｉｉｉ）を満足することを特徴とする上記（１６）または（１７）に記載の投写型表示装置。
０．４５＜Ｌ／ｂｆ＜０．８………（ｉｉｉ）
ここで、Ｌ；光変調手段の表示部と前記レンズ部の主点との空気換算間隔
ｂｆ；拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカス
（１９）つぎの条件式（ｉｖ）を満足することを特徴とする上記（１６）〜（１８）のいずれかに記載の投写型表示装置。
｜ｆｗ／ｆｃ｜＜０．０１５………（ｉｖ）
ここで、ｆｗ；該投写手段の焦点距離
ｆｃ；前記正あるいは負の屈折力を有する前記光学素子、又は、前記正あるいは負の屈折力を有するプリズム、又は、前記正あるいは負の屈折力を有するレンズ部の焦点距離
以下に、条件式（ｉ）〜（ｉｖ）の意味について説明をする。
条件式（ｉ）は画像変調手段の表示部と該光学素子の空気換算間隔と拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカスの比について限定したもので、条件式（ｉ）の下限値を超える領域では、該光学素子が該画像変調手段の表示部に近づき過ぎるので、倍率色補正のための該光学素子のパワーをかなり強くしなければならず、像面湾曲が大きく発生してくるので、好ましくない。
条件式（ｉ）の上限値を超える領域では、該光学素子と色合成手段の入射面の距離を必要以上にとらねばならず、結果として、該投写手段のバックフォーカスが必要以上に長くなってくるので、好ましくない。該投写手段のバックフォーカスが長くなってくると該投写手段が大型化してくるので、好ましくない。
【０００７】
条件式（ｉｉ）は、該投写手段の焦点距離と該光学素子の焦点距離の比について限定したもので、条件式（ｉｉ）の上限値を超える領域では、該光学素子により像面湾曲が大きく発生してくるので、好ましくない。
【０００８】
条件式（iii）は画像変調手段の表示部と該光学素子の空気換算間隔と拡大共役側の共役長が無限大のときの該投写手段の縮小共役側のバックフォーカスの比について限定したもので、条件式（iii）の下限値を超える領域では、該光学素子部分が該画像変調手段の表示部に近づき過ぎるので、入射側の２つの色合成プリズムを構成する空間が十分にとれなくなるので、好ましくない。
条件式（iii）の上限値を超える領域では、該光学素子部分と画像変調手段の表示部との距離を必要以上にとらねばならず、結果として、該色合成手段の射出側の２つの色合成プリズムを構成する空間が十分にとれなくなってくるので、好ましくない。
【０００９】
条件式（ｉｖ）は、該投写手段の焦点距離と該光学素子の焦点距離の比について限定したもので、条件式（ｉｖ）の上限値を超える領域では、該光学素子による倍率色収差補正が過剰となってくるので、好ましくない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、上記構成を適用することにより、面精度を良好に保つことが難しいダイクロミラーや、プリズム内部で交差するダイクロミラー層を用いる必要がないため、色合成光学系の構成に起因する各色チャンネルの倍率の変動が少なく、効果的に投写レンズの倍率色収差を補正可能な色合成投写光学系が実現できる。また、従来の色合成投写光学系と比較して、極めて解像力低下の少ない色合成投写光学系が実現できるので、さらに高画質が求められる液晶プロジェクター等に好適である。
【００１１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
図１は本発明の実施例１における投写型画像表示装置の構成を示す断面図である。図１において、光源１から発せられた白色光は放物面鏡２でほぼ平行光に変換され、第１フライアイレンズ３により該平行光は、第２フライアイレンズ４の各レンズの中心に集光され、偏光変換素子５によりひとつの方向の偏光光に変換される。偏光変換素子５に入射した光は、その偏光分離層５Ｂにて、Ｐ波とＳ波に分離され、Ｐ波は偏光分離面５Ｂを透過し、Ｓ波は反射され、Ｐ波はλ／２位相板５Ａにより位相変換され、Ｓ波と偏光軸の方向を揃えている。
【００１２】
これにより、偏光変換素子５から射出される光束はすべて同一方向の偏光軸を有した偏光光となる。
さらに、第１コンデンサーレンズ６、高反射ミラー７、青反射ダイクロミラー８、高反射ミラー９、第２正レンズ１５により、青色光のみが青色用画像変調手段１６上に集光される。
また、青反射ダイクロミラー８を透過した光のなかで、緑反射ダイクロミラー１０で反射され、第３正レンズ１７により集光された緑色光のみが緑色用画像変調手段１８上に集光される。
【００１３】
緑反射ダイクロミラー１０を透過した赤色光は、第４正レンズ１１、高反射ミラー１２、第５正レンズ１３、高反射ミラー１４、第６正レンズ１９により赤色用画像変調手段２０上に集光される。青色用画像変調手段１６で変調された青色画像は、第７正レンズ２６で屈折され、色合成プリズム４ＰＰのプリズム２１の青反射ダイクロミラー層ＤＭＢで反射され、プリズム２４、プリズム２３を介して投写レンズ２５により不図示のスクリーン上に拡大投影される。
【００１４】
緑色用画像変調手段１８で変調された緑色画像は、プリズム２２、プリズム２１、プリズム２４、プリズム２３を介して投写レンズ２５により不図示のスクリーン上に拡大投影される。赤色用画像変調手段２０で変調された赤色画像は、プリズム２３の全反射面２３Ａで全反射され、プリズム２３の赤反射ダイクロミラー層ＤＭＲで反射され、投写レンズ２５により不図示のスクリーン上に拡大投影される。
【００１５】
現状の一般的な投写レンズは青色の倍率色収差が特に大きく、像面上でオーバーになっているので、スクリーン上における投影像は小さくなる。このため、青色用画像変調手段１６と色合成プリズム４ＰＰとの間に正レンズ２６を配置すると青チャンネルのみの合成焦点距離を短くでき、不図示のスクリーン上の投影像を大きくすることができるので、投写レンズ２５の倍率色収差を補正できる。
【００１６】
図４は実施例１の投写型画像表示装置に用いられる色合成プリズムの断面図を示したものである。
該色合成プリズムは、射出側から順に、射出面と全反射面が共通の面２３Ａと、赤色を反射するダイクロミラー層が形成されている面２３Ｂと、入射面２３Ｃを有した第１プリズム２３と、二つの透過面２４Ａ、２４Ｂを有する第２プリズム２４と、射出面２１Ａ、入射面２１Ｃ、青反射ダイクロミラー層が形成されている面２１Ｂを有した第３プリズム２１と、射出面２２Ａと入射面２２Ｂを有する第４プリズム２２より構成され、該４つのプリズムは接合されている。
【００１７】
該色合成プリズムは、ビデオカメラの色分解に使用されてきた３つのプリズムより構成される色分解プリズムと比較して、該２つのダイクロミラー面に挟まれるプリズムを２つのプリズムに分割することにより、射出側のプリズムによる有効光束のけられを防止し、入射側のプリズムを小さくすることができるため、プリズム光路長の短縮を実現している。
【００１８】
また、第１プリズムの射出面２３Ａとダイクロミラー層が形成されている面２３Ｂを挟む角度θ１は、射出面２３Ａの全反射条件を満足し、ダイクロミラー層が形成されている面２３Ｂで内面反射によるゴーストが生じないよう２７度に設定されている。
また、第３プリズム２１と第４プリズム２２の境界部に形成されているダイクロミラー面２１Ｂと、第１プリズムの射出面２３Ａの挟む角度θ２はプリズムの光路長を最小にするため４５度に設定されている。
さらに、プリズムの屈折率を従来より高めて、空気換算時のプリズム光路長をさらに短縮している。
【００１９】
本実施例に使用されている色合成プリズムは、従来のダイクロミラーによる色合成と異なり、ガラス肉厚の厚いプリズムなので、ダイクロミラー層の面精度を良好に保つことができ、また、従来のクロスダイクロプリズムのようにプリズム内部でダイクロミラー層を交差させていないので、プリズムの角度精度が悪くても、投影像の画質劣化がほとんど生じない利点がある。
【００２０】
［実施例２］
図２は本発明の実施例２における投写型画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施例は、図１に示す実施例１の青色用画像変調手段１６と色合成プリズム４ＰＰの間に配置された第７正レンズ２６と同様の効果を発生する第８正レンズ２７をプリズム２１の入射面２１Ｃに接合して構成されている。
【００２１】
本実施例を実施例１と比較すると、第８正レンズ２７とプリズム２１の向かい合う面が接合面なので、反射防止コートを省略できる利点がある。また、実施例１に比して、第８正レンズ２７を青色用画像変調手段１６から遠ざけることができるので、第８正レンズ２７のパワーを弱めることができ、第８正レンズ２７で発生する像面湾曲を小さく抑えることができる。
【００２２】
［実施例３］
図３は本発明の実施例３における投写型画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施例は、実施例２の青色用画像変調手段１６と色合成プリズム４ＰＰの間に配置された第８正レンズ２７と同様の効果を発生するレンズ形状をプリズム２８の入射面２８Ｃに形成して構成されている。研磨を行わず、成型によってプリズムを製造するのであれば、このような形状も可能となる。実施例１と比較すると、部品点数を少なくできる利点がある。また、実施例１に比して、プリズム２８の正レンズ部分２８Ｃを青色用画像変調手段１６から遠ざけることができるので、該正レンズ部分２８Ｃのパワーを弱めることができ、該正レンズ部分２８Ｃで発生する像面湾曲を小さく抑えることができる。
【００２３】
［実施例４］
図５は本発明の実施例４における投写型画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施例は、色合成プリズム４ＰＡにおいて、負屈折力を有するレンズ形状がプリズム２９の入射面２９Ｂに形成して構成されている。本実施例においては、倍率色補正レンズ部分２９Ｂを色合成手段の内部に配置したため、あるひとつの色チャンネルとそれ以外の２つの色チャンネルにおいて、投写系の合成焦点距離を異ならせることが可能となる。一般的な投影レンズの倍率色収差は青が最も大きいので、本実施例の場合、青色用画像変調手段１６を最も射出側のプリズム２３の入射面２３Ｃに対向して配置している。よって、色分解光学系において、実施例１から３の青反射ダイクロミラー８を赤反射ダイクロミラー４０に入れ換えている。
また、色合成プリズムの青反射ダイクロミラー層はＤＭＢ面に形成され、赤反射ダイクロミラー層はＤＭＲ面に形成されている。
【００２４】
本実施例を、実施例１および実施例２と比較すると、部品点数を少なくできる利点がある。また、実施例１および２に比して、倍率色収差を補正するレンズ部分２９Ｂを緑色用画像変調手段１８および赤色用画像変調手段２０からかなり遠ざけることができるので、該レンズ部分２９Ｂのパワーを弱めることができ、該レンズ部分２９Ｂにより発生する像面湾曲をさらに小さく抑えることができる。
尚、該プリズム２９のレンズ部分２９Ｂとプリズム２１の射出面２１Ａの間の空間は空気であってもよいし、該プリズムを構成するガラスと屈折率の異なる接着剤であってもよい。
【００２５】
一般的に投写レンズは青の倍率色収差が最も大きく、スクリーン上で投影像が小さくなるので、この実施例の場合、青色用画像変調手段１６を最も色合成プリズムの射出側のプリズムの入射面に対向した位置に配置している。プリズム２９の負屈折力のレンズ部分２９Ｂにより、緑および赤チャンネルの光路の投写系の合成焦点距離を長くできるため、緑色用の画像変調手段１８および、赤色用の画像変調手段２０のスクリーン上の投影像は、小さくなり、青色用の画像変調手段１６の投影像の大きさに、緑および赤の投影像の大きさを一致させることができる。よって、実施例１から実施例３と同様に投影レンズ２５の倍率色収差を色合成プリズムで補正することができる。
【００２６】
［実施例５］
図６は本発明の実施例５における投写型画像表示装置の構成を示す断面図である。本実施例は、負屈折力を有するレンズ形状をプリズム３０の射出面３０Ａに形成して構成されている。
図５に示された実施例４の構成と同様に、青色用画像変調手段１６は、色合成プリズム４ＰＢの最も射出側に配置されるプリズム２３の入射面２３Ｃに対向して配置されている。本実施例も、実施例４と同様に、実施例１および実施例２と比較すると、部品点数を少なくできる利点がある。また、実施例１および実施例２に比して、倍率色収差を補正するレンズ部分２９Ｃを緑色用画像変調手段１８および赤色用画像変調手段２０からかなり遠ざけることができるので、該レンズ部分３０Ａのパワーを弱めることができ、該レンズ部分３０Ａにより発生する像面湾曲をさらに小さく抑えることができる。尚、該プリズム３０のレンズ部分３０Ａとプリズム２４の入射面２４Ｂの間の空間は空気であってもよいし、該プリズムを構成するガラスの屈折率と異なる接着剤であってもよい。
【００２７】
［数値実施例］
図７に、実施例１の構成の数値実施例１の断面図を示す。
投写レンズＰＪＬは、スクリーン側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｉ、正屈折力の第２レンズ群II、正屈折力の第３レンズ群III、負屈折力の第４レンズ群IV、正屈折力の第５レンズ群Ｖ、正屈折力の第６レンズ群VIより構成され、広角端から望遠端への変倍に際して、第１レンズ群と第６レンズ群は画像変調手段１６、１８、２０に対して固定であり、第２、３、４、５レンズ群を画像変調手段側からスクリーン側に移動して、変倍および変倍に伴う像面位置の補正および収差変動の補正を行っている。投写レンズＰＪＬを６群構成にすることにより設計の自由度が増加し、従来の投写レンズと比較してレンズ全長の短縮が可能となっいる。
【００２８】
射出側偏光板３４を貼り付けたサファイア基板あるいはガラス板３５をプリズム２１の入射面にさらに貼り付けて、該偏光板の放熱を良好なものとしている。
画像変調手段１６の１６ＥＡは画像表示範囲を示す。１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは液晶の基板ガラスおよび防塵ガラスを示す。投写レンズＰＪＬの倍率色収差を補正するための第７正レンズ２６は、屈折力のある面をなるべく画像変調手段の表示部分から遠ざけるために、色合成プリズム側を凸面としている。図７の構成では、画像変調手段１６および偏光板３４の冷却が十分行えるように、第７正レンズを画像変調手段１６と色合成プリズムの間のほぼ中央に配置して、不図示のファンから発せられる冷却風の通りが良くなるよう構成している。
【００２９】
図８に、実施例２の構成の数値実施例２の断面図を示す。
投写レンズＰＪＬの構成は、図７に示した数値実施例１と全く同一である。
投写レンズＰＪＬの青の倍率色収差を補正するための第８正レンズ２７はプリズム２１の入射面２１Ｃに貼り付けられている。このため、射出側偏光板３４および放熱のためのサファイア基板あるいはガラス板３５は色合成プリズムと画像変調手段１６の間のほぼ中間位置に配置されている。このような構成をとることにより、射出側偏光板３４および画像変調手段１６の間の間隔が十分とれ、不図示のファンから発せられる冷却風を流すことが可能となるので、冷却が良好に行える。
また、前述のように、倍率色収差補正のための、補正レンズ２７を、画像変調手段から遠ざけることができるので、補正レンズのパワーが弱まり、像面湾曲の発生を小さくすることができる。
【００３０】
図９に、本発明の実施例５と同様な構成の数値実施例３の断面図を示す。
投写レンズＰＪＬの構成は、図７に示した数値実施例１と全く同一である。
この実施例においては、不図示のスクリーン上で赤緑青の投影像の大きさが一致するようにするために、緑および赤チャンネルの投写光学系の合成焦点距離が長くなるようプリズム３０の射出面３０Ａに凹面を形成している。この場合、倍率色補正レンズ部分３０Ａを、数値実施例１および２と比較して、かなり画像変調手段１８および２０から遠ざけることが可能となるので、さらに、補正レンズ部分３０Ａのパワーを弱めることが可能となり、補正レンズ部分３０Ａにより発生する像面湾曲を極めて小さく抑えることが可能となる。
【００３１】
以下に、上記数値実施例１〜数値実施例３における前述した条件式（ｉ）〜（ｉｖ）の値を示す。
【００３２】
0004579384.tif 000002
図１０（ａ）に、数値実施例１の投写レンズを使用して、倍率色補正レンズを使用しない場合の色合成投写光学系の広角端の倍率色収差を示す。５５０ｎｍの緑色を基準として、４４０ｎｍの青色（２点鎖線）と６２０ｎｍの赤色（点線）の倍率色収差を示す。
また、図１０（ｂ）に、数値実施例１の投写レンズを使用して、倍率色補正レンズを使用しない場合の色合成投写光学系の望遠端の倍率色収差を示す。
図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、倍率色収差は青色が画面周辺で大きく発生しており、本発明の画像変調手段に使用される液晶パネルの解像度をＸＧＡ（１０２４×７６８）と仮定すると、０．７インチの液晶では１画素の大きさが１４μｍとなり、広角端の最周辺では、倍率色収差が１画素を大きく超えて２０μｍ程度になっており、投影像の色ズレが目立ち、解像度が低下してくる。
また、図１０（ｃ）に、数値実施例１の広角端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
また、図１０（ｄ）に、数値実施例１の望遠端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
図１０（ｃ）、図１０（ｄ）に示すように、青の倍率色収差は大幅に減少しており、画面最周辺においても、倍率色収差を１画素（１４μｍ）以下にすることができた。
【００３３】
図１０（ｅ）に、数値実施例２の広角端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
また、図１０（ｆ）に、数値実施例２の望遠端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
数値実施例１と同様に倍率色収差の発生は小さく抑えられている。倍率色補正レンズの曲率半径は数値実施例１と比較すると約１．５倍長くなっており、このため像面湾曲の発生は小さく抑えられる。
【００３４】
図１０（ｇ）に、数値実施例３の広角端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
また、図１０（ｈ）に、数値実施例３の望遠端の色合成投写光学系の倍率色収差を示す。
数値実施例１と同様に倍率色収差の発生は小さく抑えられている。倍率色補正レンズの曲率半径は数値実施例１と比較すると約６．５倍長くなっており、このため像面湾曲の発生は極めて小さく抑えられる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、従来よりも各色の投影像の変形が無いか小さい色合成光学系と投写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】本発明の実施例１における投写型画像表示装置の構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例２における投写型画像表示装置の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例３における投写型画像表示装置の構成を示す断面図。
【図４】本発明の実施例１における投写型画像表示装置に使用される色合成プリズムの構成を示す断面図。
【図５】本発明の実施例４における投写型画像表示装置の構成を示す断面図。
【図６】本発明の実施例５における投写型画像表示装置の構成を示す断面図。
【図７】本発明の実施例１における数値実施例１の色合成投写光学系の断面図。
【図８】本発明の実施例２における数値実施例２の色合成投写光学系の断面図。
【図９】本発明の実施例３における数値実施例３の色合成投写光学系の断面図。
【図１０】（ａ）数値実施例１の倍率色補正手段を使用しない場合の色合成投写光学系の広角端の倍率色収差を示す図。
（ｂ）数値実施例１の倍率色補正手段を使用しない場合の色合成投写光学系の望遠端の倍率色収差を示す図。
（ｃ）数値実施例１の色合成投写光学系の広角端の倍率色収差を示す図。
（ｄ）数値実施例１の色合成投写光学系の望遠端の倍率色収差を示す図。
（ｅ）数値実施例２の色合成投写光学系の広角端の倍率色収差を示す図。
（ｆ）数値実施例２の色合成投写光学系の望遠端の倍率色収差を示す図。
（ｇ）数値実施例３の色合成投写光学系の広角端の倍率色収差を示す図。
（ｈ）数値実施例３の色合成投写光学系の望遠端の倍率色収差を示す図。
【符号の説明】
１：光源
２：放物面鏡
３：第１フライアイレンズ
４：第２フライアイレンズ
５：偏光変換素子
６：第１正レンズ
７、９、１２、１４：高反射ミラー
８：青反射ダイクロミラー
１０：緑反射ダイクロミラー
１１：第４正レンズ
１３：第５正レンズ
１５：第２正レンズ
１６：青色用画像変調手段
１７：第３正レンズ
１８：緑色用画像変調手段
１９：第６正レンズ
２０：赤色用画像変調手段
２１：第３プリズム
２２：第４プリズム
２３：第１プリズム
２４：第２プリズム
２５：ＰＪＬ、投写レンズ
２６：第７正レンズ
２７：第８正レンズ
２８：プリズム
２９：プリズム
３０：プリズム
４ＰＰ、４ＰＡ、４ＰＢ：色合成プリズム
４０：赤反射ダイクロミラー
ＤＭＢ：青反射ダイクロミラー層
ＤＭＲ：赤反射ダイクロミラー層
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004579384.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004579384.tif 000010
【図９】
0004579384.tif 000011
【図１０】
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