(57)【要約】【課題】プリズムを小型化することが出来、投射レンズのバックフォーカスを短くし、Ｆナンバーを小さくすることが出来るため、光の利用効率が良好であり、表示画像の照度が大きいとともに、装置全体の小型化が可能である投射型画像表示装置を提供する。【解決手段】投射型画像表示装置１は、ランプ２が発した光を赤色、緑色及び青色の光に分離する。各色の光は、それぞれＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ及び１４Ｂを介してＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂに入射し、オン状態にてＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂで反射された各色の光は、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ及び１４Ｂを介してフィリップスプリズム１６に入射し、略同一の光軸上に合成された状態で、フィリップスプリズム１６を出射する。【選択図】図１
2007279436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射面を有し、第１色、第２色及び第３色の光が各別に入射し、該光を前記全反射面で全反射させて出射させる第１乃至第３の全反射プリズムと、
各全反射プリズムから入射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えるマイクロミラーにより反射させる第１乃至第３のＤＭＤと、
複数のプリズムからなり、前記第１色の光を反射させ、前記第２色及び第３色の光を透過させる第１ダイクロイック膜が形成された面、及び前記第２色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる第２ダイクロイック膜が形成された面を有し、各ＤＭＤにてオン状態でマイクロミラーにより反射された光を、各全反射プリズムを介して入射し、反射又は透過させ、各色の光を略同一の光軸上に合成した状態で出射させる合成プリズムと、
該合成プリズムから入射した光を被投射体へ投射する投射レンズと
を備えることを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
前記合成プリズムは、
前記第１色の光が入射する第１面と、前記第１ダイクロイック膜が形成された第２面と、前記第１面から入射した前記第１色の光が全反射し、前記第１ダイクロイック膜でさらに反射して出射し、前記第２色及び第３色の光が前記第１ダイクロイック膜を透過して出射する第３面とを有する第１プリズムと、
前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２ダイクロイック膜が形成された第５面と、前記第２面に対向し、前記第４面から入射した前記第２色の光が前記第２ダイクロイック膜で反射して出射するとともに、前記第３色の光が前記第２ダイクロイック膜を透過して出射する第６面とを有する第２プリズムと、
前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムと
を備える請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記合成プリズムは、
前記第１色の光が入射する第１面と、前記第１ダイクロイック膜が形成された第２面と、前記第１面から入射した前記第１色の光が全反射し、前記第１ダイクロイック膜でさらに反射して出射し、前記第２色及び第３色の光が前記第１ダイクロイック膜を透過して出射する第３面とを有する第１プリズムと、
前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２ダイクロイック膜が形成された第５面と、前記第２面に対向し、前記第４面から入射した光が全反射し、前記第２ダイクロイック膜でさらに反射して出射するとともに、前記第３色の光が前記第２ダイクロイック膜を透過して出射する第６面とを有する第２プリズムと、
前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムと
を備える請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備える請求項３に記載の投射型画像表示装置。
【請求項５】
ランプ光源を備え、
前記第１乃至第３の全反射プリズムには、前記ランプ光源が発した光を前記第１色、第２色及び第３色の光に分離した上で、前記光が各別に入射される請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【請求項６】
前記第１色、第２色及び第３色の光を各別に発する第１乃至第３の発光素子を備え、
前記第１乃至第３の全反射プリズムには、各発光素子から前記光が各別に入射される請求項１乃至４のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射レンズのバックフォーカスを短くし、Ｆナンバーを小さくすることが出来、光の利用効率が良好であり、表示画像の照度が大きいとともに、装置全体の小型化が可能である投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フロントプロジェクション方式として光源により生成した画像に係る変調光をスクリーンに投影してスクリーン上に画像表示を行うプロジェクタ（投射型画像表示装置）が存在する。また、このような投射型画像表示装置の構成は、リアプロジェクションテレビに代表されるリアプロジェクション方式にも適用されている。投射型画像表示装置は光源としてランプを用いるものと、レーザ及びダイオード等の発光素子を用いるものがあり、一方、投影対象の元画像を生成する空間光変調素子（ライトバルブ）の種類で区別した場合、ＤＭＤ（Digital Mirror Device：登録商標）に代表されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いるものと、液晶表示パネルを用いたものとに分かれる。
【０００３】
図９は、光源にランプを用いると共にライトバルブにＤＭＤを用いた、特許文献１の投射型画像表示装置（DLP方式：Digital Light Projector：登録商標）６１の構成を示す概略図である。
この投射型画像表示装置は、光源としてのランプ６２と、ランプ６２が発した光の照度を均一化するためのロッドインテグレータ６３と、前記光を３色の光に分割するスプリッタモジュール６４と、スプリッタモジュール６４の後方に、色別に配置されたＴＩＲ（全反射）プリズム６５，６６，６７と、ＴＩＲプリズム６５，６６，６７の後方に、色別に配置されたＤＭＤ６８，６９，７０と、ＤＭＤ６８，６９、７０にて反射された各色の光を同一の光軸上に合成するクロスダイクロイックプリズム７１と、クロスダイクロイックプリズム７１から入射した光を被投射体へ投射する投射レンズ７２とを備える。
【０００４】
スプリッタモジュール６４は、二方向スプリッタミラー７３，７４と、反射ミラー７５，７６，７７，７８と、コンデンサレンズ７９，８０，８１，８２，８３とを備える。
ランプ６２が発した光は、ロッドインテグレータ６３を通過した後、コンデンサレンズ７９を通り、反射ミラー７５によって反射される。次に、光はコンデンサレンズ８０を経て二方向スプリッタミラー７３に入射し、二方向スプリッタミラー７３は、第１光を反射し、かつ、第２光及び第３光を通過させる。第１光は、コンデンサレンズ８１を通過し、反射ミラー７６によって反射されてＴＩＲプリズム６７に向かう。第２光及び第３光は、二方向スプリッタミラー７４に入射し、二方向スプリッタミラー７４は、第３光を反射し、第２光を通過させる。この二方向スプリッタミラー７４によって反射された第３光は、コンデンサレンズ８２を通り、反射ミラー７７によって反射されてＴＩＲプリズム６５に向かう。二方向スプリッタミラー７４を通った第２光は、コンデンサレンズ８３を通り、反射ミラー７８によって反射されてＴＩＲプリズム６６に向かう。
【０００５】
ＤＭＤ６８，６９，７０には、ＴＩＲプリズム６５，６６，６７の全反射面で全反射した各色の光が入射する。ＤＭＤ６８，６９，７０において、各色の光は画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えるマイクロミラーにより反射され、オン状態で反射した光は、ＴＩＲプリズム６５，６６，６７の発光面を通過して、クロスダイクロイックプリズム７１に入射する。
クロスダイクロイックプリズム７１は、第１光を反射する一方、第２光及び第３光を透過するダイクロイックミラー７１ａ、及び第３光を反射する一方、第１光及び第２光を透過するダイクロイックミラー７１ｂを対角線上に設けている。
第１光は、ダイクロイックミラー７１ａで反射し、第３光はダイクロイックミラー７１ｂで反射し、第２光はダイクロイックミラー７１ａ及び７１ｂを通過し、投射レンズ７２へ向かう。投射レンズ７２に入射した光は、被投射体へ投射される。
【０００６】
図１０は、クロスダイクロイックプリズム７１の分光特性を示したグラフである。図１０中、Ｂave：青（以下、Ｂと称す）光の自然光（ランダム偏光）に対する分光特性、Ｂｓ：Ｂ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｂｐ：Ｂ光のＰ偏光に対する分光特性、Ｒave：赤（以下、Ｒと称す）光のランダム偏光に対する分光特性、Ｒｓ：Ｒ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｒｐ：Ｒ光のＰ偏光に対する分光特性を示す。図１０より、クロスダイクロイックプリズム７１においては、Ｐ偏光とＳ偏光とで分光特性に大きな差が生じていることが分かる。
【０００７】
特許文献２には、光源が発した光を色分解光学系によりＲ、緑（以下、Ｇと称す）、Ｂの３色の光に分離し、色別の反射型偏光板により、各色の光に含まれる直線偏光成分のみを透過させて、色別の反射型空間光変調素子に入射させるとともに、反射型空間光変調素子に入射した直線偏光成分を偏光変調して反射させ、色合成手段により、各色の光を合成する色分解合成光学系の発明について開示されている。
【０００８】
特許文献３には、光源から照射される白色光をＲ、Ｇ、Ｂ色の各色光に分離する第１ダイクロイックミラー及び第２ダイクロイックミラーと、分離した各色光を変調するライトバルブと、ライトバルブからの光を合成する合成手段と、合成した変調光を投射表示する投射手段とを備える光学ユニットにおいて、第１ダイクロイックミラーと第２ダイクロイックミラーとの間の光路、第１のダイクロイックミラーで反射された直後の光路に、第１ダイクロイックミラーにより分離された２色の光を略平行光とする第１及び第２の集光レンズを設けた光学ユニットの発明について開示されている。
【０００９】
特許文献４には、照明光を出射する光源と、光源から出射された照明光を各色光に分光する分光手段と、分光された各色光を照明光として受けて変調光を出射する、色別の透過型液晶パネルと、各透過型液晶パネルから出射された変調光を合成する合成手段と、分光手段で分光された各色光を各透過型液晶パネルに導く光路を形成する各色光用光学系とを備え、前記光路に、各色光の各透過型液晶パネルへの照射領域を調整する、負レンズ及びリレーレンズ等の透過光学素子を配置し、この透過光学素子を各色光用光学系の光軸に対して所定方向に移動可能で、各透過型液晶パネルへの照射位置を独立に調整するための調整手段を設けた照明装置の発明が開示されている。
【００１０】
特許文献５には、光源からの出射光を分離して異なる光路へ投射させるダイクロイックミラーが設けられ、投射された光の各光路上に液晶パネルが配置され、各液晶パネルを通過した各色光を光路屈折手段により同一光軸上に合成させた後、投影表示し、液晶パネルの温度上昇を冷却手段により抑制する投射型画像表示装置の発明について開示されている。
【特許文献１】特開２００５−９２２０６号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９５７１号公報
【特許文献３】特開２００５−１７７８５号公報
【特許文献４】特開２００２−９０８８５号公報
【特許文献５】特開平１０−９６８８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図９の投射型画像表示装置６１においては、各ＤＭＤ６８，６９，７０から投射レンズ７２に至る光路長（バックフォーカス）を短縮するために、色合成手段として、クロスダイクロイックプリズム７１を用いている。
しかし、色合成手段としてクロスダイクロイックプリズム７１を用いる場合、ダイクロイックミラー７１ａ，７１ｂに入射する角度が大きくなるため、ランダム偏光を利用するＤＭＤ６８，６９，７０を用い、ランダム偏光が入射するときには、図１０に示されるように、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の反射率の乖離が大きくなるので、大幅な光量の損失があるという問題がある。
【００１２】
特許文献２乃至５の投射型画像表示装置のライトバルブは液晶表示パネルであり、ランダム偏光を用いるＤＭＤと異なり、偏光ビームスプリッタにより偏光を一つの方向に揃え、向きを変えて液晶表示パネルに入射させる必要があるので、光の利用効率が悪いという問題がある。１枚ではなく、３枚のＤＭＤを用い、光量の損失がなく、光の利用効率が良好であり、表示画像の照度が大きい投射型画像表示装置が要求されている。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、全反射プリズム及び合成プリズムにより反射を繰り返して、各色の光を投射レンズに導く構成にすることにより、プリズムを小型化することが出来、投射レンズのバックフォーカスを短くし、Ｆナンバーを小さくすることが出来るため、光の利用効率が良好であり、表示画像の照度が大きいとともに、装置全体の小型化が可能である投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、合成プリズムにおける各色の光のダイクロイック膜への入射角が小さくなるように構成することにより、ランダム偏光を利用するＤＭＤを用いる光学系において、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の反射率の乖離が小さくなり、光学特性の低下が抑制され、光の利用効率が良好である投射型画像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】
【００１５】
本発明に係る投射型画像表示装置は、全反射面を有し、第１色、第２色及び第３色の光が各別に入射し、該光を前記全反射面で全反射させて出射させる第１乃至第３の全反射プリズムと、各全反射プリズムから入射した光を、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えるマイクロミラーにより反射させる第１乃至第３のＤＭＤと、複数のプリズムからなり、前記第１色の光を反射させ、前記第２色及び第３色の光を透過させる第１ダイクロイック膜が形成された面、及び前記第２色の光を反射させ、前記第３色の光を透過させる第２ダイクロイック膜が形成された面を有し、各ＤＭＤにてオン状態でマイクロミラーにより反射された光を、各全反射プリズムを介して入射し、反射又は透過させ、各色の光を略同一の光軸上に合成した状態で出射させる合成プリズムと、該合成プリズムから入射した光を被投射体へ投射する投射レンズとを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、全反射プリズム及び合成プリズムにより反射を繰り返して、各色の光を投射レンズに導く構成であるので、プリズムを小型化することが出来、投射レンズのバックフォーカスを短くすることが出来るため、光の利用効率が良好であるとともに、安価な投射レンズを用いることが可能になり、装置全体を小型化することが出来る。
従来は、投射レンズのＦナンバーを小さくする場合、光線が拡がって干渉するのを抑制するために、プリズムを横方向に大きくしていたが、本発明においては、合成プリズムの高さを高くすることで、干渉に対応することが出来、バックフォーカスを短く、Ｆナンバーを小さくして、投射レンズの入射瞳の径を大きくし、投射光の明るさを明るくすることが出来る。
【００１７】
本発明に係る投射型画像表示装置は、前記合成プリズムは、前記第１色の光が入射する第１面と、前記第１ダイクロイック膜が形成された第２面と、前記第１面から入射した前記第１色の光が全反射し、前記第１ダイクロイック膜でさらに反射して出射し、前記第２色及び第３色の光が前記第１ダイクロイック膜を透過して出射する第３面とを有する第１プリズムと、前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２ダイクロイック膜が形成された第５面と、前記第２面に対向し、前記第４面から入射した前記第２色の光が前記第２ダイクロイック膜で反射して出射するとともに、前記第３色の光が前記第２ダイクロイック膜を透過して出射する第６面とを有する第２プリズムと、前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムとを備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、第１色の光は、第１プリズムの第１面に入射し、第３面で全反射し、さらに第２面の第１ダイクロイック膜で反射して、第３面を出射する。第２色の光は、第２プリズムの第４面に入射し、第５面の第２ダイクロイック膜で反射して、第６面を出射し、第１プリズムの第２面の第１ダイクロイック膜を透過して、第３面を出射する。第３色の光は、第３プリズムの第７面に入射し、第８面から出射し、第２プリズムの第５面の第２ダイクロイック膜を透過して第６面から出射し、第１プリズムの第２面の第１ダイクロイック膜を透過して、第３面から出射する。
本発明においては、以上のように、効率良く、光路長を短くして、３色の光を合成することが出来るので、投射レンズのバックフォーカスをさらに短くすることが出来、装置全体を小型化することが出来る。
そして、合成プリズムにおける各色の光のダイクロイック膜への入射角を小さくすることが出来るので、ランダム偏光を利用するＤＭＤを用いるこの光学系において、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の反射率の乖離が小さくなり、光学特性の低下が抑制され、光の利用効率が良好である。
【００１９】
本発明に係る投射型画像表示装置は、前記合成プリズムは、前記第１色の光が入射する第１面と、前記第１ダイクロイック膜が形成された第２面と、前記第１面から入射した前記第１色の光が全反射し、前記第１ダイクロイック膜でさらに反射して出射し、前記第２色及び第３色の光が前記第１ダイクロイック膜を透過して出射する第３面とを有する第１プリズムと、前記第２色の光が入射する第４面と、前記第２ダイクロイック膜が形成された第５面と、前記第２面に対向し、前記第４面から入射した光が全反射し、前記第２ダイクロイック膜でさらに反射して出射するとともに、前記第３色の光が前記第２ダイクロイック膜を透過して出射する第６面とを有する第２プリズムと、前記第３色の光が入射する第７面と、前記第５面に対向し、前記第３色の光が出射する第８面とを有する第３プリズムとを備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、合成プリズムにおける各色の光のダイクロイック膜への入射角をさらに小さくすることが出来るので、光の利用効率がさらに良好である。
【００２１】
本発明に係る投射型画像表示装置は、前記第３面から出射した各色の光が入射する第９面と、第９面から入射した光が出射する第１０面とを有する第４プリズムを備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、合成プリズムにおける各色の光のダイクロイック膜への入射角をさらに小さくすることが出来るので、光の利用効率がさらに良好である。
【００２３】
本発明に係る投射型画像表示装置は、ランプ光源を備え、前記第１乃至第３の全反射プリズムには、前記ランプ光源が発した光を前記第１色、第２色及び第３色の光に分離した上で、前記光が各別に入射されることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、ランプ光源が発した光を３色の光に分離し、色別に独立した光路を形成するので、所定の色につき、特性を任意に設定した色フィルタを配置して、波長を変えたり、色をシャープにして、鮮やかな画像を表示することが可能になる。
【００２５】
本発明に係る投射型画像表示装置は、前記第１色、第２色及び第３色の光を各別に発する第１乃至第３の発光素子を備え、前記第１乃至第３の全反射プリズムには、各発光素子から前記光が各別に入射されることを特徴とする。
【００２６】
本発明においては、各発光素子が発した光をコンデンサレンズ等を介して、全反射プリズムに入射し、ＤＭＤへ出射すればよく、装置全体の構成が簡単になり、装置全体を小型化し、コストダウンを図ることが出来る。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、全反射プリズム及び合成プリズムにより反射を繰り返して、各色の光を投射レンズに導くので、プリズムを小型化することが出来、投射レンズのバックフォーカスを短くし、Ｆナンバーを小さくすることが出来るため、光の利用効率が良好であり、表示画像の照度が良好であり、装置全体の小型化が可能である。
【００２８】
本発明によれば、合成プリズムにおける各色の光のダイクロイック膜への入射角が小さいので、ランダム偏光を利用するＤＭＤを用い、ランダム偏光が入射する合成プリズムにおいて、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の反射率の乖離が小さくなり、光学特性の低下が抑制され、光の利用効率が良好である。
【００２９】
本発明によれば、ランプ光源を備え、ランプ光源が発した光を３色の光に分離し、色別に独立した光路を形成するので、所定の色につき、特性を任意に設定した色フィルタを配置して、波長を変えたり、色をシャープにして、鮮やかな画像を表示することが可能である。
【００３０】
本発明によれば、第１色、第２色及び第３色の光を各別に発する第１乃至第３の発光素子を備え、第１乃至第３の全反射プリズムには、コンデンサレンズ等を介して、前記発光素子から前記光が各別に入射されるので、装置全体の構成が簡単になり、装置全体を小型化し、コストダウンを図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、１が投射型画像表示装置である。
投射型画像表示装置１は、光源としてのランプ２と、フライアイレンズ３，４と、コンデンサレンズ５，８，１０，１３Ｒ、１３Ｇ，１３Ｂと、Ｒ光及びＧ光を反射し、Ｂ光を透過させるダイクロイックミラー６と、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させるダイクロイックミラー７と、全反射ミラー９，１１，１２と、色別に配置されたＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの後方に、色別に配置されたＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂと、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，１５Ｂにて反射された各色の光を同一の光軸上に合成するフィリップスプリズム１６と、フィリップスプリズム１６から入射した光を被投射体へ投射する投射レンズ１７と、Ｒ光の波長を所定の波長に変換するフィルタ１８とを備える。
【００３２】
ランプ２が発した白色光は、フライアイレンズ３，４及びコンデンサレンズ５を通り、ダイクロイックミラー６に入射する。ダイクロイックミラー６は、白色光のうちＲ光及びＧ光を反射し、かつ、Ｂ光を透過させる。
ダイクロイックミラー６により反射されたＲ光及びＧ光は、ダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７は、Ｇ光を反射し、Ｒ光を透過させる。
ダイクロイックミラー７により反射されたＧ光は、コンデンサレンズ１３Ｇに入射する。ダイクロイックミラー７を透過したＲ光は、コンデンサレンズ８を通り、全反射ミラー９で全反射し、さらにコンデンサレンズ１０を通り、全反射ミラー１１で全反射して、フィルタ１８により所定の波長に変換された上で、コンデンサレンズ１３Ｒに入射する。
ダイクロイックミラー６を透過したＢ光は、全反射ミラー１２により全反射されて、コンデンサレンズ１３Ｂに入射する。
【００３３】
コンデンサレンズ１３Ｒ、１３Ｇ，及び１３Ｂをそれぞれ通ったＲ光，Ｇ光，及びＢ光は、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ，及び１４Ｂに入射し、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ，及び１４Ｂの全反射面で全反射して、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ，及び１５Ｂに向かう。
【００３４】
ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂは、画像情報に基づきオン状態とオフ状態とに切り替えるマイクロミラーを有し、ＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂにてオン状態でマイクロミラーにより反射された光は、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ，及び１４Ｂの前記全反射面を透過して、フィリップスプリズム１６に入射する。
【００３５】
フィリップスプリズム１６は、平面視が略直角三角形状である第１プリズム１６ａ，一角が鋭角である第２プリズム１６ｅと、平面視が略台形状である第３プリズム１６ｉとを備える。
第１プリズム１６ａは、ＴＩＲプリズム１４ＲからＲ光が入射する第１面１６ｂと、斜辺に対応し、内側に第１ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第２面１６ｃと、第３面１６ｄとを備える。ダイクロイック膜は、屈折率がそれぞれ異なる誘電体の多層膜からなり、２以上の波長域の光を分離するものである。第１ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。
第２プリズム１６ｅは、ＴＩＲプリズム１４ＢからＢ光が入射する第４面１６ｆと、内側に第２ダイクロイック膜（誘電体多層膜）が形成された第５面１６ｇと、第２面１６ｃに対向する第６面１６ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させる。
第３プリズム１６ｉは、ＴＩＲプリズム１４ＧからＧ光が入射する第７面１６ｊと、第５面１６ｇに対向する第８面１６ｋとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面１６ｃに限定されるものではなく、第６面１６ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面１６ｇに限定されるものではなく、第８面１６ｋに設けてもよい。
【００３６】
図２は、フィリップスプリズム１６、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｇ及び１４Ｂ、並びにＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂを示す模式的平面図である。
図中、
θ１：紙面内で第３面１６ｄへの入射角が最小となる光線角度（像高は任意）
θ２：紙面内でＤＭＤ１５Ｒ上、最大像高で最も外向きの光線角度
θ１’：θ１の第１プリズム１６ａ中の角度
θ２’：θ２の第１プリズム１６ａ中の角度
を示す。
【００３７】
ここで、第３面１６ｄで光が全反射される条件は、次式（１）の通りである。
２α−θ１’＞θｃ                          …（１）
但し、θｃ：臨界角＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）、ｎは第１プリズム１６ａのガラスの屈折率を示す。
最外光線が第２面１６ｃと略平行になる条件は、次式（２）の通りである。
９０−２α−θ２’ ≒α                    …（２）
最外光線が第２面１６ｃと略平行になる条件は、次式（３）の通りである。
９０−２β−θ２’ ≒α                    …（３）
【００３８】
上記式（１）、（２）及び（３）を満たすように、α及びβを求め、第１プリズム１６ａ，第２プリズム１６ｅ，及び第３プリズム１６ｉの形を設定することにより、ＤＭＤ１５Ｒから垂直に出射したＲ光は、ＴＩＲプリズム１４Ｒを通って、第１プリズム１６ａの第１面１６ｂに入射し、第３面１６ｄで全反射し、第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜で反射して第３面１６ｄから垂直に出射する。
ＤＭＤ１５Ｂから垂直に出射したＢ光は、ＴＩＲプリズム１４Ｂを通って、第２プリズム１６ｅの第４面１６ｆに入射し、第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜で反射して、第６面１６ｈを出射し、第１プリズム１６ａの第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面１６ｄから垂直に出射する。
ＤＭＤ１５Ｇから垂直に出射したＧ光は、ＴＩＲプリズム１４Ｇを通って、第３プリズム１６ｉの第７面１６ｊに入射し、第８面１６ｋから出射し、第２プリズム１６ｅの第５面１６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第６面１６ｈから出射し、第１プリズム１６ａの第２面１６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面１６ｄから垂直に出射する。
以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム１６を出射する。
【００３９】
フィリップスプリズム１６を出射した合成光は、投射レンズ１７を介してスクリーンに投射され、スクリーンに画像が表示される。
【００４０】
図３は、ＤＭＤのマイクロミラーを示す模式図である。
画像情報によりオンとされた場合、マイクロミラーは＋１２°傾き、ＤＭＤに入射した照明光は、図中の矢印のようにマイクロミラーで反射する。
画像情報によりオフとされた場合、マイクロミラーは−１２°傾き、ＤＭＤに入射した照明光は、図中の矢印のようにマイクロミラーで反射する。
【００４１】
図４は、オン状態のＤＭＤ反射光の有効領域を示す模式図である。
図中、投射レンズの入射瞳は、ＤＭＤ１５Ｇから見た入射瞳を示す。斜線で示した領域が、ＤＭＤ１５Ｇのオン状態における反射光の有効領域である。
この有効領域の幅は±１２°であり、入射瞳の径が略１７°（Ｆナンバー１．７）である。
従来は、投射レンズ１７のＦナンバーを小さくする場合、光線が拡がって干渉するのを抑制するために、プリズムを横方向に大きくしていたが、本実施形態においては、フィリップスプリズム１６の高さを高くすることで、干渉に対応することが出来、投射レンズ１７のバックフォーカスを短く、投射レンズ１７の入射瞳の径を大きく、Ｆナンバーを小さくして、オン状態のＤＭＤ１５Ｇからの有効領域を大きくし、投射光の明るさを明るくすることが出来る。
【００４２】
図５は、フィリップスプリズム１６の分光特性を示したグラフである。縦軸は反射率（％）、横軸は波長（ｎｍ）であり、Ｂ光及びＲ光についてのランダム偏光、Ｐ偏光及びＳ偏光に対する分光特性（反射率）を示している。図５中、Ｂave：Ｂ光の自然光（ランダム偏光）に対する分光特性、Ｂｓ：Ｂ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｂｐ：Ｂ光のＰ偏光に対する分光特性、Ｒave：Ｒ光のランダム偏光に対する分光特性、Ｒｓ：Ｒ光のＳ偏光に対する分光特性、Ｒｐ：Ｒ光のＰ偏光に対する分光特性を示す。
図５より、図１０のクロスダイクロイックプリズム７１の分光特性のグラフと比較して、フィリップスプリズム１６においては、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差が減じていることが分かる。
【００４３】
本実施形態においては、フィリップスプリズム１６におけるＲ光の第１ダイクロイック膜への入射角、及びＢ光の第２ダイクロイック膜への入射角を小さくすることが出来るので、ランダム偏光を利用するＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｂ，及び１５Ｇを用いるこの光学系において、上述したように、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分の反射率の乖離が小さくなり、光学特性の低下が抑制され、光の利用効率が良好であることが分かる。従って、フィリップスプリズム１６にて合成される光の利用効率が高くなり、投射レンズ１７により投射される光の照度が高くなる。
【００４４】
本実施形態においては、ＴＩＲプリズム１４Ｒ，１４Ｂ及び１４Ｇ、並びにフィリップスプリズム１６により反射を繰り返して、各色の光を投射レンズ１７に導く構成であるので、合成プリズムを小型化することが出来、投射レンズ１７のバックフォーカスを短くし、Ｆナンバーを小さくしても干渉を受けずに装置が正しく動作し、光の利用効率が良好であるとともに、安価な投射レンズ１７を用いることが可能になり、装置全体の小型化、及びコストダウンが実現される。
【００４５】
また、本実施形態においては、ランプ２が発した光を３色の光に分離し、色別に独立した光路を形成するので、Ｒ光をフィルタ１８により所定の波長に変換して、Ｒ色をシャープにして、鮮やかな画像を表示することが出来る。
なお、フィルタ１８を設ける場合に限定されず、所定の色につき、特性を任意に設定した色フィルタ等を配置して、波長を変えたりすることで、色をシャープにして、切れが良い、鮮やかな画像を表示したりすることが可能である。
【００４６】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図であり、図中、２１が投射型画像表示装置である。
【００４７】
投射型画像表示装置２１は、光源の発光素子として、Ｒ色の光を発光するＬＥＤ２２Ｒ、Ｇ色の光を発光するＬＥＤ２２Ｇ、及びＢ色の光を発光するＬＥＤ２２Ｂを備える。
そして、コンデンサレンズ２３Ｒ，２４Ｒ，２５Ｒ，２３Ｇ，２４Ｇ，２５Ｇ，２３Ｂ，２４Ｂ及び２５Ｂと、色別に配置されたＴＩＲプリズム２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂと、ＴＩＲプリズム２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂの後方に、色別に配置されたＤＭＤ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂと、ＤＭＤ２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂにて反射された各色の光を同一の光軸上に合成するフィリップスプリズム２８と、フィリップスプリズム２８から入射した光を被投射体へ投射する投射レンズ２９とを備える。
【００４８】
フィリップスプリズム２８は、第１面２８ｂ、第１ダイクロイック膜が形成された第２面２８ｃ及び第３面２８ｄを有する第１プリズム２８ａと、第４面２８ｆ、第２ダイクロイック膜が形成された第５面２８ｇ及び第６面２８ｈを有する第２プリズム２８ｅと、第７面２８ｊ及び第８面２８ｋを有する第３プリズム２８ｉとを備える。フィリップスプリズム２８の平面視の形状は、図１の投射型画像表示装置１のフィリップスプリズム１６の形状と同一である。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面２８ｃに限定されるものではなく、第６面２８ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面２８ｇに限定されるものではなく、第８面２８ｋに設けてもよい。
【００４９】
図１の投射型画像表示装置１と同様にして、各色の光は、光路を一致させた状態で、フィリップスプリズム２８の第１プリズム２８ａの第３面２８ｄを出射し、投射レンズ２９に入射する。そして、投射レンズ２９により、スクリーンに投射されて、スクリーンに画像が表示される。
【００５０】
本実施形態においては、ＬＥＤ２２Ｒ，２２Ｇ及び２２Ｂが発した光をコンデンサレンズ２３Ｒ，２４Ｒ，２５Ｒ，２３Ｇ，２４Ｇ，２５Ｇ，２３Ｂ，２４Ｇ及び２５Ｇを介して、ＴＩＲプリズム２６Ｒ，２６Ｇ及び２６Ｂに入射し、ＤＭＤ２７Ｒ，２７Ｇ及び２７Ｂへ出射すればよく、装置全体の構成が簡単になり、光路を短くすることが出来、装置全体を小型化し、コストダウンを図ることが可能になる。
なお、本実施形態においては、発光素子としてＬＥＤを適用した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、アイセーフ性を有するレーザ、レーザダイオード等の他の固体半導体素子を用いてもよい。
【００５１】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズム３６、ＴＩＲプリズム３４Ｒ，３４Ｇ及び３４Ｂ、並びにＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂを示す模式的平面図である。
【００５２】
フィリップスプリズム３６は、平面視が略直角三角形状である第１プリズム３６ａと、鋭角三角形である第２プリズム３６ｅと、平面視が略台形状である第３プリズム３６ｉとを備える。
第１プリズム３６ａは、ＴＩＲプリズム３４ＲからＲ光が入射する第１面３６ｂと、斜辺に対応し、内側に第１ダイクロイック膜が形成された第２面３６ｃと、第３面３６ｄとを備える。第１ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。
第２プリズム３６ｅは、ＴＩＲプリズム３４ＢからＢ光が入射する第４面３６ｆと、内側に第２ダイクロイック膜が形成された第５面３６ｇと、第２面３６ｃに所定間隔を隔てて対向する第６面３６ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させる。
第３プリズム３６ｉは、ＴＩＲプリズム３４ＧからＧ光が入射する第７面３６ｊと、第５面３６ｇに所定間隔を隔てて対向し、又は接合する第８面３６ｋとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面３６ｃに限定されるものではなく、第６面３６ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面３６ｇに限定されるものではなく、第８面３６ｋに設けてもよい。
【００５３】
図中、
θ１：紙面内で第３面３６ｄへの入射角が最小となる光線角度（像高は任意）
θ２：紙面内でＤＭＤ１５Ｒ上、最大像高で最も外向きの光線角度
θ１’：θ１の第１プリズム３６ａ中の角度
θ２’：θ２の第１プリズム３６ａ中の角度
を示す。
【００５４】
ここで、第３面３６ｄで光が全反射される条件は、次式（４）の通りである。
２α−θ１’＞θｃ                          …（４）
但し、θｃ：臨界角＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）、ｎは第１プリズム３６ａのガラスの屈折率を示す。
最外光線が第２面３６ｃと略平行になる条件は、次式（５）の通りである。
９０−２α−θ２’≒α                    …（５）
第６面３６ｈで光が全反射される条件は、次式（６）の通りである。
２β＋α−θ１’＞θｃ                    …（６）
【００５５】
上記式（４）、（５）及び（６）を満たすように、α及びβを求め、第１プリズム３６ａ，第２プリズム３６ｅ，及び第３プリズム３６ｉの形を設定することにより、ＤＭＤ１５Ｒから垂直に出射したＲ光は、ＴＩＲプリズム３４Ｒを通って、第１プリズム３６ａの第１面３６ｂに入射し、第３面３６ｄで全反射し、第２面３６ｃの第１ダイクロイック膜で反射して第３面３６ｄから垂直に出射する。
ＤＭＤ１５Ｂから垂直に出射したＢ光は、ＴＩＲプリズム３４Ｂを通って、第２プリズム３６ｅの第４面３６ｆに入射し、第６面３６ｈで全反射し、第５面３６ｇの第２ダイクロイック膜で反射して、第６面３６ｈを出射し、第１プリズム３６ａの第２面３６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面３６ｄから垂直に出射する。
ＤＭＤ１５Ｇから垂直に出射したＧ光は、ＴＩＲプリズム３４Ｇを通って、第３プリズム３６ｉの第７面３６ｊに入射し、第８面３６ｋから出射し、第２プリズム３６ｅの第５面３６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第６面３６ｈから出射し、第１プリズム３６ａの第２面３６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面３６ｄから垂直に出射する。
以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム３６を出射する。
【００５６】
本実施形態においては、フィリップスプリズム３６におけるＲ光の第１ダイクロイック膜への入射角、及びＢ光の第２ダイクロイック膜への入射角をフィリップスプリズム１６及び２８より小さくすることが出来るので、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差がさらに減じ、光の利用効率がさらに良好である。
【００５７】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズム４６、ＴＩＲプリズム４４Ｒ，４４Ｇ及び４４Ｂ、並びにＤＭＤ１５Ｒ，１５Ｇ及び１５Ｂを示す模式的平面図である。
【００５８】
フィリップスプリズム４６は、平面視が三角形状である第１プリズム４６ａ，第２プリズム４６ｅと、略台形状である第３プリズム４６ｉと、三角形状である第４プリズム４６ｍとを備える。
第１プリズム４６ａは、ＴＩＲプリズム４４ＲからＲ光が入射する第１面４６ｂと、斜辺に対応し、内側に第１ダイクロイック膜が形成された第２面４６ｃと、第３面４６ｄとを備える。第１ダイクロイック膜は、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させる。
第２プリズム４６ｅは、ＴＩＲプリズム４４ＢからＢ光が入射する第４面４６ｆと、内側に第２ダイクロイック膜が形成された第５面４６ｇと、第２面４６ｃに所定間隔を隔てて対向する第６面４６ｈとを備える。第２ダイクロイック膜は、Ｂ光を反射させ、Ｇ光を透過させる。
第３プリズム４６ｉは、ＴＩＲプリズム４４ＧからＧ光が入射する第７面４６ｊと、第５面４６ｇに所定間隔を隔てて対向し、又は接合する第８面４６ｋとを備える。
第４プリズム４６ｍは、第１プリズム４６ａの第３面を出射した光が入射する第９面４６ｎと、内部を通過した光が出射する第１０面４６ｐとを備える。
なお、第１ダイクロイック膜が形成される面は、第２面４６ｃに限定されるものではなく、第６面４６ｈに設けてもよく、第２ダイクロイック膜が形成される面は、第５面４６ｇに限定されるものではなく、第８面４６ｋに設けてもよい。
【００５９】
図中、
θ１：紙面内で第３面４６ｄへの入射角が最小となる光線角度（像高は任意）
θ２：紙面内でＤＭＤ１５Ｒ上、最大像高で最も外向きの光線角度
θ１’：θ１の第１プリズム４６ａ中の角度
θ２’：θ２の第１プリズム４６ａ中の角度
を示す。
【００６０】
ここで、第３面４６ｄで光が全反射される条件は、次式（７）の通りである。
２β＋α−θ１’＞θｃ                          …（７）
但し、θｃ：臨界角＝ｓｉｎ-1（１／ｎ）、ｎは第１プリズム４６ａのガラスの屈折率を示す。
最外光線が第２面４６ｃと略平行になる条件は、次式（８）の通りである。
９０−２α−２β−θ２’≒β                    …（８）
第６面４６ｈで光が全反射される条件は、次式（９）の通りである。
２γ＋β−θ１’＞θｃ                          …（９）
【００６１】
上記式（７）、（８）及び（９）を満たすように、α、β及びγを求め、第１プリズム４６ａ，第２プリズム４６ｅ，第３プリズム４６ｉ及び第４プリズム４６ｍの形を設定することにより、ＤＭＤ１５Ｒから垂直に出射したＲ光は、ＴＩＲプリズム４４Ｒを通って、第１プリズム４６ａの第１面４６ｂに入射し、第３面４６ｄで全反射し、第２面４６ｃの第１ダイクロイック膜で反射して第３面４６ｄから出射する。Ｒ光は、さらに、第４プリズム４６ｍの第９面４６ｎに入射し、第１０面４６ｐから垂直に出射する。
ＤＭＤ１５Ｂから垂直に出射したＢ光は、ＴＩＲプリズム４４Ｂを通って、第２プリズム４６ｅの第４面４６ｆに入射し、第６面４６ｈで全反射し、第５面４６ｇの第２ダイクロイック膜で反射して、第６面４６ｈを出射し、第１プリズム４６ａの第２面４６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面４６ｄから出射する。Ｂ光は、さらに、第４プリズム４６ｍの第９面４６ｎに入射し、第１０面４６ｐから垂直に出射する。
【００６２】
ＤＭＤ１５Ｇから垂直に出射したＧ光は、ＴＩＲプリズム４４Ｇを通って、第３プリズム４６ｉの第７面４６ｊに入射し、第８面４６ｋから出射し、第２プリズム４６ｅの第５面４６ｇの第２ダイクロイック膜を透過して第６面４６ｈから出射し、第１プリズム４６ａの第２面４６ｃの第１ダイクロイック膜を透過して、第３面４６ｄから出射する。Ｇ光は、さらに、第４プリズム４６ｍの第９面４６ｎに入射し、第１０面４６ｐから垂直に出射する。
以上のようにして、各色の光は、光路が略一致するように合成された状態で、フィリップスプリズム４６を出射する。
【００６３】
本実施形態においては、フィリップスプリズム４６におけるＲ光の第１ダイクロイック膜への入射角、及びＢ光の第２ダイクロイック膜への入射角をフィリップスプリズム３６より小さくすることが出来るので、Ｐ偏光とＳ偏光との分光特性の差がさらに減じ、光の利用効率がさらに良好である。
【００６４】
合成プリズムとしては、前記実施形態１乃至４において説明した形状のフィリップスプリズムに限定されるものではなく、また、フィリップスプリズム以外の合成プリズムを用いることも可能である。
そして、合成プリズムにより合成される光は、Ｒ色、Ｇ色及びＢ色の３色の光に限定されるものではなく、他の色でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の投射型画像表示装置のフィリップスプリズム、ＴＩＲプリズム、及びＤＭＤを示す模式的平面図である。
【図３】ＤＭＤのマイクロミラーを示す模式図である。
【図４】オン状態のＤＭＤ反射光の有効領域を示す模式図である。
【図５】図１の投射型画像表示装置のフィリップスプリズムの分光特性を示したグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２に係る投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズム、ＴＩＲプリズム、及びＤＭＤを示す模式的平面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る投射型画像表示装置のフィリップスプリズム、ＴＩＲプリズム、及びＤＭＤを示す模式的平面図である。
【図９】特許文献１の投射型画像表示装置の構成を示す概略図である。
【図１０】図９の投射型画像表示装置のクロスダイクロイックプリズムの分光特性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１、２１  投射型画像表示装置
２  ランプ
６、７  ダイクロイックミラー
９、１０、１１  全反射ミラー
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ、２３Ｒ、２４Ｒ、２５Ｒ、２３Ｇ、２４Ｇ、２５Ｇ、２３Ｂ、２４Ｂ、２５Ｂ  コンデンサレンズ
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ、２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂ、３４Ｒ、３４Ｇ、３４Ｂ、４４Ｒ、４４Ｇ、４４Ｂ  ＴＩＲプリズム
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ、２７Ｒ、２７Ｇ、２７Ｂ  ＤＭＤ
１６、２８、３６、４６  フィリップスプリズム
１６ａ、２８ａ、３６ａ、４６ａ  第１プリズム
１６ｅ、２８ｅ、３６ｅ、４６ｅ  第２プリズム
１６ｉ、２８ｉ、３６ｉ、４６ｉ  第３プリズム
４４ｍ  第４プリズム
１６ｂ、２８ｂ、３６ｂ、４６ｂ  第１面
１６ｃ、２８ｃ、３６ｃ、４６ｃ  第２面
１６ｄ、２８ｄ、３６ｄ、４６ｄ  第３面
１６ｆ、２８ｆ、３６ｆ、４６ｆ  第４面
１６ｇ、２８ｇ、３６ｇ、４６ｇ  第５面
１６ｈ、２８ｈ、３６ｈ、４６ｇ  第６面
１６ｊ、２８ｊ、３６ｊ、４６ｊ  第７面
１６ｋ、２８ｋ、３６ｋ、４６ｋ  第８面
４４ｎ  第９面
４４ｐ  第１０面
１７、２９  投射レンズ
１８  フィルタ
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ  ＬＥＤ
【図１】
2007279436.tif 000003
【図２】
2007279436.tif 000004
【図３】
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【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】
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【図９】
2007279436.tif 000011
【図１０】
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