(57)【要約】【課題】照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影型表示装置を提供する。【解決手段】プリズム１１，１２のプリズム接合面１３に第１の入射角と第２の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜１４を有する色分離合成プリズム１０を備え、偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材を経た照明光をダイクロイック膜１４に第１の入射角で入射させて該ダイクロイック膜１４により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用のＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢに導き、複数のＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢで変調されて射出される複数の色光をダイクロイック膜１４に第２の入射角で入射させて該ダイクロイック膜１４により色合成して投影レンズに向けて出射させるようにした。【選択図】        図３
2009180793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、
第１と第２のプリズム要素からなりこの第１と第２のプリズム要素の接合面に第１の入射角と第２の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経た照明光を前記ダイクロイック膜に前記第１の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光を前記ダイクロイック膜に前記第２の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
【請求項２】
前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がそれぞれ異なる特性を有することを特徴とする請求項１に記載の投影型表示装置。
【請求項３】
前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がシフトする特性を有することを特徴とする請求項２に記載の投影型表示装置。
【請求項４】
前記第１のプリズム要素は、前記照明光が入射する第１の面部分と第１の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第１の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第２の面部分とを有し、
前記第２のプリズム要素は、第２の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの第２の反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第３の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第４の面部分とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項５】
前記第１のプリズム要素は、前記第１の面部分と前記第２の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第２のプリズム要素は、前記第３の面部分と前記第４の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする請求項４に記載の投影型表示装置。
【請求項６】
前記第１および第２のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項７】
前記ダイクロイック膜から前記各反射型空間光変調器に至る光路および前記各反射型空間光変調器から前記ダイクロイック膜に至る光路において反射面を有しないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項８】
前記各反射型空間光変調器の変調面から出射してスクリーンに向かう変調光は、該反射型空間光変調器の上面に対して垂直な方向に出射することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の投影型表示装置。
【請求項９】
前記反射型空間光変調器として、３原色のうちの１色用の反射型空間光変調器と、３原色のうちの残りの２色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える２板型であることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の投影型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の反射型空間光変調器を用いた投影型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、投影型表示装置としては、各種方式のものがあるが、その一例として、複数の反射型空間光変調器を用いる多板型の投影型表示装置がある。
【０００３】
このような投影型表示装置の一つに、特許文献１に示されるように反射型空間光変調器として反射型ライトバルブを用いた投影型表示装置がある。図１０は、特許文献１に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源１０１からの照明光を偏光ビームスプリッタ１０２の偏光膜１０２ａを透過させて第１〜第３プリズム１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃの組合せからなる色分離合成用のプリズム１０３に入射させる。ここで、照明光の内、青色光Ｂは第１プリズム１０３Ａの青色反射ダイクロイック膜１０３ａで反射させることで色分離してプリズム面１０３ｂで全反射させ青色用の反射型液晶ライトバルブ１０４Ｂに導く。また、照明光の内、赤色光Ｒは第２，第３プリズム１０３Ｂ，１０３Ｃの接合面の赤色反射ダイクロイック膜１０３ｃで反射させることで色分離しプリズム面１０３ｄで全反射させて赤色用の反射型液晶ライトバルブ１０４Ｒに導く。照明光の内、緑色光Ｇは赤色反射ダイクロイック膜１０３ｃを透過させることで色分離してプリズム面１０３ｅで全反射させて緑色用の反射型液晶ライトバルブ１０４Ｇに導く。
【０００４】
反射型液晶ライトバルブ１０４Ｂ，１０４Ｒ，１０４Ｇは、いずれも多数の画素を有し、色信号によって選択された画素部分へのＰ偏光の入射光をＳ偏光に変換して反射・射出する変調機能を有する。これら反射型液晶ライトバルブ１０４Ｂ，１０４Ｒ，１０４Ｇからの反射光は、入射光（照明光）と逆の方向に進行し、プリズム面１０３ｂでは色合成光となって偏光ビームスプリッタ１０２に再び入射する。ここで、色合成光の内、変調光であるＳ偏光は、偏光膜１０２ａで反射されることで照明光と分離されて投影レンズ１０５に投影光として入射し、投影レンズ１０５によってスクリーン等に投影される。
【０００５】
また、非特許文献１に示されるように反射型空間光変調器としてＤＭＤ素子（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の投影型表示装置がある。図１１は、非特許文献１に示される２チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源１１１から出射される照明光（白色光）中の赤色光Ｒと緑色光Ｇとを透過させるイエーロＹ領域と、赤色光Ｒと青色光Ｂとを透過させるマゼンタＭ領域とが光軸に対して時分割で交互に切り換えられるカラーホイール１１２を備える。このカラーホイール１１２、インテグレータロッド１１３およびリレー光学系１１４を透過した照明光は、プリズム１１５Ａ，１１５Ｂからなる照明投影分離用プリズム１１５に入射し、エアーギャップを有するプリズム面１１５ａで全反射されてプリズム１１６Ａ，１１６Ｂからなる色分離合成プリズム１１６に入射する。色分離合成プリズム１１６に入射した照明光のうち、赤色光Ｒは、赤色反射ダイクロイック膜１１６ａで反射させることで色分離され、プリズム面１１６ｂで全反射されて赤色用のＤＭＤ素子１１７Ｒに導かれる。一方、色分離合成プリズム１１６に入射した照明光のうち、緑色光Ｇまたは青色光Ｂは、カラーホイール１１２の回転に従い時分割で、赤色反射ダイクロイック膜１１６ａを透過させて色分離され、緑／青色用のＤＭＤ素子１１７ＧＢに導かれる。
【０００６】
ここで、ＤＭＤ素子１１７Ｒ，１１７ＧＢは、μｍサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。ＤＭＤ素子１１７Ｒにより反射される赤色光Ｒは、色分離合成プリズム１１６のプリズム面１１６ｃに略垂直に入射し、プリズム面１１６ｂで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜１１６ａで反射され、照明投影分離用プリズム１１５を経て投影レンズ１１８に投影される。一方、ＤＭＤ素子１１７ＧＢにより時分割で反射される緑色光Ｇまたは青色光Ｂは、色分離合成プリズム１１６のプリズム面１１６ｄに略垂直に入射し、ダイクロイック膜１１６ａを透過して赤色光Ｒと色合成され、照明投影分離用プリズム１１５を透過して投影レンズ１１８に投影される。
【０００７】
図１２は、非特許文献１に示される３チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。この投影型表示装置では、まず、光源１２１から出射される照明光（白色光）は、インテグレータロッド１２２およびリレー光学系１２３を透過し、プリズム１２４Ａ，１２４Ｂからなる照明投影分離用プリズム１２４に入射し、エアーギャップを有するプリズム面１２４ａで全反射されてプリズム１２５Ａ，１２５Ｂ，１２５Ｃからなる色分離合成プリズム１２５に入射する。色分離合成プリズム１２５に入射した照明光のうち、青色光Ｂは、青色反射ダイクロイック膜１２５ａで反射させることで色分離され、プリズム面１２５ｂで全反射されて青色用のＤＭＤ素子１２６Ｂに導かれる。一方、色分離合成プリズム１２５に入射した照明光のうち、赤色光Ｒは、青色反射ダイクロイック膜１２５ａを透過後、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃで反射させることで色分離され、エアーギャップを有するプリズム面１２５ｄで全反射されて赤色用のＤＭＤ素子1２６Ｒに導かれる。さらに、緑色光Ｇは、青色反射ダイクロイック膜１２５ａ、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃを透過して緑色用のＤＭＤ素子１２６Ｇに導かれる。
【０００８】
ＤＭＤ素子１２６Ｂにより反射される青色光Ｂは、色分離合成プリズム１２５のプリズム面１２５ｅに略垂直に入射し、プリズム面１２５ｂで全反射され、さらに青色反射ダイクロイック膜１２５ａで反射され、照明投影分離用プリズム１２４を経て投影レンズ１２７に投影される。また、ＤＭＤ素子１２６Ｒにより反射される赤色光Ｒは、色分離合成プリズム１２５のプリズム面１２５ｆに略垂直に入射し、プリズム面１２５ｄで全反射され、さらに赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃで反射され、照明投影分離用プリズム１２４を経て投影レンズ１２７に投影される。さらに、ＤＭＤ素子１２６Ｇにより反射される緑色光Ｇは、色分離合成プリズム１２５のプリズム面１２５ｇに略垂直に入射し、赤色反射ダイクロイック膜１２５ｃ、青色ダイクロイック膜１２５ａを透過して、赤色光Ｒおよび青色光Ｂと色合成され、照明投影分離用プリズム１２４を透過して投影レンズ１２７に投影される。
【０００９】
さらに、特許文献２に示されるように、反射型空間光変調器としてＤＭＤ素子を用いた３板型の投影型表示装置がある。図１３は、特許文献２に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図であり、図１４は、その概略側面図である。この投影型表示装置では、全反射型光分離プリズム１３１に入射した照明光は、全反射面１３１ａで全反射され、クロスダイクロイックプリズム１３２に入射する。クロスダイクロイックプリズム１３２に入射した照明光は、２つのクロスダイクロイック面１３２ａ，１３２ｂにおいて赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂの３原色に色分離される。色分離された各色光は、互いに直交する３方向に向かい、各色光に対応させたＤＭＤ素子１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂに入射する。各ＤＭＤ素子１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂは、極小反射鏡をオン／オフ制御することで各色光に対応する画像を形成し、これを偏向反射する。
【００１０】
各ＤＭＤ素子１３３Ｒ，１３３Ｇ，１３３Ｂで偏向反射された各色光（変調光）は、クロスダイクロイックプリズム１３２で再合成され、全反射型分離プリズム１３１を経て投影レンズ１３４へ向かい、スクリーン等に投影される。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１７１９２３号公報
【特許文献２】特開２００７−２５２８７号公報
【非特許文献１】光技術情報誌「ライトエッジ」Ｎｏ．１９／特集  映像…デジタル化時代に向けて（２０００年７月発行）第３章
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される投影型表示装置の場合、照明投影分離を行うための偏光ビームスプリッタ１０２と色分離合成を行うプリズム１０３とが別体で構成されている。加えて、偏光ビームスプリッタ１０２は、２個のプリズム１０２Ａ，１０２Ｂからなり、色分離合成用のプリズム１０３は異なる種類の３個のプリズム１０３Ａ〜１０３Ｃからなり、合計５個のプリズムが必要となる。３板型の反射型液晶ライトバルブに代えて、２板型の反射型ライトバルブを用いる構成にしても、色分離合成用のプリズムは異なる種類の２個のプリズムからなり、合計４個のプリズムが必要となる。よって、照明投影分離および色分離合成のための光学部品の数や種類が多く、光学系が大型化・コストアップ化する要因となっている。
【００１３】
また、色分離合成用のプリズム１０３を構成する少なくとも２つのプリズム１０３Ａ，１０３Ｂは、全反射のためにエアーギャップを介して配置されるため、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム１０３の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。色分離合成用のプリズム１０３と偏光ビームスプリッタ１０２との間についても、全反射のためにエアーギャップが必要であり、エアーギャップの精度を確保したまま両者を保持するのが難しく、プリズム１０３と偏光ビームスプリッタ１０２の作製が複雑で製造コストがかかるものとなる。また、投影レンズ１０５に達するまでに光軸に対して斜めに配置されたエアーギャップを透過する光（特に、エアーギャップを往復する赤色光Ｒと青色光Ｂ）が存在し、その光量ロスが大きなものとなってしまう。
【００１４】
これらの問題点は、非特許文献１における照明投影分離用プリズム１１５，１２４、色分離合成プリズム１１６，１２５や、特許文献２に示される全反射型光分離プリズム１３１、クロスダイクロイックプリズム１３２の場合も同様である。
【００１５】
即ち、これらの従来技術によれば、照明投影分離と色分離合成とを別体構成としていることによる問題点と、エアーギャップ介在に伴う問題点とがある。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エアーギャップ介在に伴う問題点を解消して、照明投影分離と色分離合成との機能を単純で安価・小型な構成で実現した光学部品を備える投影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】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる投影型表示装置は、色信号に基づき色光を変調する複数の反射型空間光変調器と、照明光の偏光方向を波長選択的に変換するフィルタ部材と、投影レンズとを備える投影型表示装置であって、第１と第２のプリズム要素からなりこの第１と第２のプリズム要素のプリズム接合面に第１の入射角と第２の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、前記フィルタ部材を経た照明光を前記ダイクロイック膜に前記第１の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の前記反射型空間光変調器に導き、前記複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光を前記ダイクロイック膜に前記第２の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して前記投影レンズに向けて出射させるようにしたことを特徴とする投影型表示装置。
【００１８】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がそれぞれ異なる特性を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜は、入射する角度に対応して透過反射する波長領域がシフトする特性を有することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第１のプリズム要素は、前記照明光が入射する第１の面部分と第１の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第２の面部分とを有し、前記第２のプリズム要素は、第２の前記反射型空間光変調器への照明光の出射とこの反射型空間光変調器からの変調光の入射の両方の光を通過させる第３の面部分と色合成されてスクリーンに向かう変調光を通過させる第４の面部分とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第１のプリズム要素は、前記第１の面部分と前記第２の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であり、前記第２のプリズム要素は、前記第３の面部分と前記第４の面部分と前記接合面とで三角形が定義可能な形状であることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記第１および第２のプリズム要素は、それぞれ三角柱形状であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記ダイクロイック膜から前記各反射型空間光変調器に至る光路および前記各反射型空間光変調器から前記ダイクロイック膜に至る光路において反射面を有しないことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記各反射型空間光変調器の変調面から出射してスクリーンに向かう変調光は、該反射型空間光変調器の上面に対して垂直な方向に出射することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明にかかる投影型表示装置は、上記発明において、前記反射型空間光変調器として、３原色のうちの１色用の反射型空間光変調器と、３原色のうちの残りの２色を時分割で共用する反射型空間光変調器とを備える２板型であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にかかる投影型表示装置は、第１と第２のプリズム要素からなりこの第１と第２のプリズム要素のプリズム接合面に第１の入射角と第２の入射角との入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定されるダイクロイック膜を有する色分離合成プリズムを備え、フィルタ部材を経た照明光をダイクロイック膜に第１の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により複数の色光に分離し、分離された各色光を対応する色光用の反射型空間光変調器に導き、複数の反射型空間光変調器で変調されて射出される複数の色光をダイクロイック膜に第２の入射角で入射させて該ダイクロイック膜により色合成して投影レンズに向けて出射させるようにしたので、単純で安価・小型な１個の接合型の色分離合成プリズムによって照明投影分離と色分離合成の機能を実現することができるという効果を奏する。このためにも、プリズム接合面に所定の特性を有するダイクロイック膜を有する接合型の１個の色分離合成プリズムを備えればよいので、照明光や投影光の光路上にエアーギャップが介在せず、よって、エアーギャップ介在に伴う光量ロス等の問題点も併せて解消できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態である投影型表示装置について図面を参照して説明する。
【００２８】
（実施の形態）
図１は、本実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。本実施の形態の投影型表示装置１は、反射型空間光変調器としてＤＭＤ素子（Digital Micromirror Device）を用いたＤＬＰ（Digital Light Processing）方式の２板型の投影型表示装置への適用例を示す。
【００２９】
本実施の形態の投影型表示装置１は、概略的には、光源２、波長選択性偏光素子３、インテグレータロッド４、リレー光学系５、色分離合成プリズム１０、２つのＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢ、および投影レンズ７を備える。
【００３０】
光源２は、ＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢを照明する照明光として白色光を発光出力するためのものである。波長選択性偏光素子３は、光源２から出射された白色光（照明光）の偏光方向を波長選択的にＰ偏光からＳ偏光に変換するためのフィルタ部材として設けられたものである。図２は、波長選択性偏光素子３の構成例を示す概略正面図である。本実施の形態で用いる波長選択性偏光素子３は、ホイール形状に形成されて中心軸周りに回転駆動されるもので、例えば、放射状に均等に４分割された領域Ｒ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを交互に有する。領域Ｒ−ＣＳは、白色光に含まれる３原色ＲＧＢ中の赤色光Ｒの偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する領域であり、緑色光Ｇや青色光Ｂは偏光変換されずに透過する。領域Ｂ−ＣＳは、白色光に含まれる３原色ＲＧＢ中の青色光Ｂの偏光方向をＰ偏光からＳ偏光に変換する領域であり、緑色光Ｇや赤色光Ｒは偏光変換されずに透過する。よって、これら領域Ｒ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを白色光の光軸上に位置させて波長選択性偏光素子３を回転させることにより、赤色光Ｒと青色光Ｂとの偏光状態が時分割的に交互にＰ偏光からＳ偏光に変換され、緑色光Ｇは偏光変換されず、投影光として常に有効になる。なお、領域Ｒ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳを構成する分割数は、適宜でよく、例えば均等２分割構成であってもよい。また、波長選択性偏光素子３の前段に、白色光の偏光状態をＰ偏光に揃える偏光変換素子を備えるようにすれば、光利用効率が向上する。
【００３１】
インテグレータロッド４は、照明光を均質化させるために必要に応じて設けられるもので、フライアイレンズ等であってもよい。リレー光学系５は、インテグレータロッド４を経た照明光を、色分離合成プリズム１０の所定位置に入射させるためのものである。
【００３２】
また、ＤＭＤ素子は、非特許文献１、特許文献２等に示されるように、μｍサイズの無数の極小反射鏡を配列させた半導体型投影デバイスであり、色信号に基づき例えば所定の振れ角±１２°の高速な振れ動作により角度制御（オンオフ制御）を行うことで偏向反射された色光を投影させるよう色光の変調を行うものである。本実施の形態では、３原色ＲＧＢのうちの１色である緑色光Ｇ用のＤＭＤ素子６Ｇと、残りの２色である赤色光Ｒと青色光Ｂとの２色分を波長選択性偏光素子３に従い時分割で共用するＤＭＤ素子６ＲＢとを備える２板型として構成されている。
【００３３】
さらに、投影レンズ７は、ＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢによって変調された色光として色分離合成プリズム１０から出射される投影光を図示しないスクリーンに向けて投影させるためのものである。
【００３４】
ついで、本実施の形態の特徴とする色分離合成プリズム１０について説明する。図３は、色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。本実施の形態で用いる色分離合成プリズム１０は、三角形の対称断面形状を有する三角柱状の２個のプリズム（プリズム要素）１１，１２をプリズム接合面１３で一体に接合させることで全体がキュービック形状に形成されたプリズムであり、プリズム接合面１３にダイクロイック膜１４を有する。なお、色分離合成プリズム１０の形状は、機能的にキュービック形状であれば足り、その頂部等を一部切り欠いた形状とすることも可能である。その場合は、三角柱状のプリズム１１，１２の断面である三角形の頂部等が一部切り欠かれた形状となる。この三角形は、左右対称としてもよく、非対称とすることもできる。第１のプリズム要素であるプリズム１１は、プリズム面１０ａ，１０ｂとプリズム接合面１３とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。第２のプリズム要素であるプリズム１２は、プリズム面１０ｃ，１０ｄとプリズム接合面１３とで三角形が定義可能な形状であり、立体的には三角柱状のものである。
【００３５】
ここで、ダイクロイック膜１４は、入射角の違いに依存して各色波長域の偏光光の透過反射特性が決定される入射角度依存性を持たせたもので、照明光の色分離用、および投影光の色合成用として機能する。図４（ａ）（ｂ）は、本実施の形態で用いるダイクロイック膜１４が有する入射角度依存性を示す特性図である。図４（ａ）は、ダイクロイック膜１４に対して入射角６２°でＰ偏光が入射する場合のダイクロイック膜１４のＲＧＢ各色波長域の透過反射特性を示している。この場合、青色Ｂ波長域および赤色Ｒ波長域のＰ偏光はダイクロイック膜１４によって反射されるのに対して、緑色Ｇ波長域のＰ偏光はダイクロイック膜１４を透過する特性を示す。なお、Ｓ偏光はいずれの波長域であってもダイクロイック膜１４によって反射される。
【００３６】
一方、図４（ｂ）は、ダイクロイック膜１４に対して入射角４５°でＰ偏光が入射する場合のダイクロイック膜１４のＲＧＢ各色波長域の透過反射特性を示している。この場合、青色Ｂ波長域および赤色Ｒ波長域のＰ偏光はダイクロイック膜１４を透過するのに対して、緑色Ｇ波長域のＰ偏光はダイクロイック膜１４によって反射される特性を示す。なお、Ｓ偏光はいずれの波長域であってもダイクロイック膜１４によって反射される。
【００３７】
すなわち、図４では、ダイクロイック膜１４は、入射角６２°と入射角４５°との違いにより、各色波長域のＰ偏光に関して、緑色Ｇ波長域のＰ偏光は、透過から反射へ、青色Ｂ波長域および赤色Ｒ波長域のＰ偏光は、反射から透過へ、透過反射特性が反転するようにシフトさせる特性を有する。
【００３８】
このため、波長選択性偏光素子３を経てプリズム面１０ａから色分離合成プリズム１０に入射する照明光は、ダイクロイック膜１４に対して第１の入射角θ１＝６２°で入射するように光路設定されている。さらに、ダイクロイック膜１４を透過した緑色光Ｇ（Ｐ偏光）は、色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面１０ｃを透過して色分離合成プリズム１０から出射することでＤＭＤ素子６Ｇに直接導かれてこのＤＭＤ素子６Ｇの上面に対して斜めに照明するように光路設定されている。また、ダイクロイック膜１４で反射された赤色光Ｒおよび青色光Ｂも、色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのままプリズム面１０ｂを透過して色分離合成プリズム１０から出射することでＤＭＤ素子６ＲＢに直接導かれてこのＤＭＤ素子６ＲＢの上面に対して照明するように光路設定されている。
【００３９】
また、ＤＭＤ素子６Ｇのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、ＤＭＤ素子６Ｇによってプリズム面１０ｃに対して照明光と異なる角度で再入射する投影光が色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのまま直接ダイクロイック膜１４に向かうように光路設定されている。即ち、ＤＭＤ素子の上面に対してはその斜め方向から照明光が入射するものであり、ＤＭＤ素子から出射される変調光のうちスクリーン（投影レンズ７）に向かういわゆるオン光はＤＭＤ素子の上面に対して垂直に出射されるものである。この際、緑色光Ｇによる投影光は、ダイクロイック膜１４に対して第２の入射角θ２＝４５°で入射するように設定されている。また、ＤＭＤ素子６ＲＢのオンオフ制御に伴う微小ミラーの振れ動作による偏向反射に従い、ＤＭＤ素子６ＲＢによってプリズム面１０ｂに対して照明光と異なる角度で再入射する投影光が色分離合成プリズム１０内で反射や全反射されることなく、そのまま直接ダイクロイック膜１４に向かうように光路設定されている。この際、赤色光Ｒや青色光Ｂによる投影光は、ダイクロイック膜１４に対して第２の入射角θ２＝４５°で入射するように設定されている。ここで、本実施の形態では、プリズム面１０ｄが投影光の出射面となり、このプリズム面１０ｄに対して投影レンズ７が所定位置に位置付けられている。
【００４０】
このような構成において、色分離合成プリズム１０の作用について、図５〜図７を参照して説明する。まず、光源２から出射された照明光中の赤色光Ｒ、青色光ＢのＰ偏光は波長選択性偏光素子３によって交互にＳ偏光に変換され、緑色光ＧのＰ偏光はＰ偏光のまま波長選択性偏光素子３を透過する。
【００４１】
ここで、波長選択性偏光素子３を透過した緑色光Ｇ（Ｐ偏光）は、色分離合成プリズム１０のプリズム面１０ａを透過してダイクロイック膜１４に第１の入射角θ１＝６２°で入射する。この際、図４（ａ）に示す特性によれば、波長選択性偏光素子３は緑色光Ｇ（Ｐ偏光）を透過させる特性を有する。よって、第１の入射角θ１＝６２°で波長選択性偏光素子３に入射した緑色光Ｇ（Ｐ偏光）は、図５（ａ）に示すように、波長選択性偏光素子３を透過して、そのままプリズム面１０ｃを経て緑色用のＤＭＤ素子６Ｇに直接導かれ、ＤＭＤ素子６Ｇを照明する。
【００４２】
一方、波長選択性偏光素子３を透過した赤色光Ｒ（Ｐ偏光）および青色光Ｂ（Ｓ偏光）、または赤色光Ｒ（Ｓ偏光）および青色光Ｂ（Ｐ偏光）は、色分離合成プリズム１０のプリズム面１０ａを透過してダイクロイック膜１４に第１の入射角θ１＝６２°で入射する。この際、図４（ａ）に示す特性によれば、波長選択性偏光素子３は赤色光Ｒおよび青色光Ｂを偏光方向がＰ偏光であってもＳ偏光であっても反射させる特性を有する。よって、第１の入射角θ１＝６２°で波長選択性偏光素子３に入射した赤色光Ｒ（Ｐ偏光）および青色光Ｂ（Ｓ偏光）、または赤色光Ｒ（Ｓ偏光）および青色光Ｂ（Ｐ偏光）は、図５（ｂ）に示すように、波長選択性偏光素子３で反射され、そのままプリズム面１０ｂを経て赤色および青色用のＤＭＤ素子６ＲＢに直接導かれ、ＤＭＤ素子６ＲＢを照明する。すなわち、照明光路上に偏光ビームスプリッタが存在しないので、共用のＤＭＤ素子６ＲＢは、常にダイクロイック膜１４で反射されそのままプリズム面１０ｂを経た赤色光Ｒおよび青色光Ｂによって照明される。このようにして、照明光は、ダイクロイック膜１４によって、緑色光Ｇと赤色光Ｒおよび青色光Ｂとに色分離される。
【００４３】
緑色光Ｇ（Ｐ偏光）で照明されたＤＭＤ素子６Ｇは、緑色用の色信号に基づき変調動作を行い、図６（ａ）に示すように、緑色光Ｇ（Ｐ偏光）を偏向させて、プリズム面１０ｃに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。この緑色光Ｇ（Ｐ偏光）は、そのまま直接ダイクロイック膜１４に導かれるが、ダイクロイック膜１４に対して第２の入射角θ２＝４５°で入射する。この際、図４（ｂ）に示す特性によれば、波長選択性偏光素子３は緑色光Ｇ（Ｐ偏光）を反射させる特性を有する。よって、第２の入射角θ２＝４５°で波長選択性偏光素子３に入射した緑色光Ｇ（Ｐ偏光）は、図６（ａ）に示すように、波長選択性偏光素子３で反射されて、そのままプリズム面１０ｄから投影光として投影レンズ７に向けて出射する。
【００４４】
一方、波長選択性偏光素子３のＲ−ＣＳ領域に照明光が当っている場合に、赤色光Ｒ（Ｓ偏光）および青色光Ｂ（Ｐ偏光）で照明されたＤＭＤ素子６ＲＢは、青色用の色信号に基づき変調動作を行い、図６（ｂ）に示すように、赤色光Ｒ（Ｓ偏光）および青色光Ｂ（Ｐ偏光）を偏向させて、プリズム面１０ｂに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。赤色光Ｒ（Ｓ偏光）および青色光Ｂ（Ｐ偏光）は、そのまま直接ダイクロイック膜１４に導かれるが、ダイクロイック膜１４に対して第２の入射角θ２＝４５°で入射する。この際、図４（ｂ）に示す特性によれば、波長選択性偏光素子３は青色光Ｂ（Ｐ偏光）を透過させ、赤色光Ｒ（Ｓ偏光）を反射させる特性を有する。よって、図６（ｂ）に示すように、青色用の色信号に基づき変調された青色光Ｂ（Ｐ偏光）は、波長選択性偏光素子３を透過して、そのままプリズム面１０ｄから投影光として投影レンズ７に向けて出射し、赤色光Ｒ（Ｓ偏光）は、波長選択性偏光素子３で反射されて廃棄される。
【００４５】
また、波長選択性偏光素子３のＢ−ＣＳ領域に照明光が当っている場合に、赤色光Ｒ（Ｐ偏光）および青色光Ｂ（Ｓ偏光）で照明されたＤＭＤ素子６ＲＢは、赤色用の色信号に基づき変調動作を行い、図６（ｃ）に示すように、赤色光Ｒ（Ｐ偏光）および青色光Ｂ（Ｓ偏光）を偏向させて、プリズム面１０ｂに対して照明光の場合と異なる角度で再入射させる。赤色光Ｒ（Ｐ偏光）および青色光Ｂ（Ｓ偏光）は、そのまま直接ダイクロイック膜１４に導かれるが、ダイクロイック膜１４に対して第２の入射角θ２＝４５°で入射する。この際、図４（ｂ）に示す特性によれば、波長選択性偏光素子３は赤色光Ｒ（Ｐ偏光）を透過させ、青色光Ｒ（Ｐ偏光）を反射させる特性を有する。よって、図６（ｃ）に示すように、赤色用の色信号に基づき変調された赤色光Ｒ（Ｐ偏光）は、波長選択性偏光素子３を透過して、そのままプリズム面１０ｄから投影光として投影レンズ７に向けて出射し、青色光Ｂ（Ｓ偏光）は、波長選択性偏光素子３で反射されて廃棄される。
【００４６】
すなわち、図６（ａ）に示す緑色光Ｇ（Ｐ偏光）の投影を常に行うとともに、図６（ｂ）（ｃ）に示す青色光Ｂ（Ｓ偏光）と赤色光Ｒ（Ｓ偏光）の投影を時分割で交互に行うこととなる。よって、投影レンズ７に対する投影光としては、ダイクロイック膜１４の機能により、緑色光Ｇと青色光Ｂ、または緑色光Ｇと赤色光Ｒとの色合成が時分割で交互に行われ、これらの色合成されたカラー画像がスクリーン上に表示されることとなる。
【００４７】
このように本実施の形態の投影型表示装置１によれば、同一形状の２個の三角形状のプリズム１１，１２を接合させて全体がキュービック形状に形成された単純で安価・小型な１個の色分離合成プリズム１０だけで、照明投影分離と色分離合成とを行わせることができ、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する部品を減らすことができる。特に、分離された各色光が反射や全反射をせずに直接、ＤＭＤ素子６Ｇ，６ＲＢに導かれるので、各プリズム面１０ａ〜１０ｄが全反射条件等による制約を受けることがなく、設計の自由度を向上させることができる。また、色分離合成プリズム１０の全体をキュービック形状に形成することで、ケスタ型形状とする場合よりも、一層の小型化が可能となる。また、プリズム接合面1３に所定の特性を有するダイクロイック膜１４を有する接合型の１個の色分離合成プリズム１０を備えればよいので、照明投影分離および色分離合成のための光学系を構成する色分離合成プリズム１０にエアーギャップが存在せず、エアーギャップに伴う光量低下等の問題も回避することができる。
【００４８】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。以下、各種変形例を例示する。
【００４９】
（変形例１）
図７は、変形例１の波長選択性偏光素子３Ａの構成例としてＸＹ平面図、ＹＺ平面図およびその断面図を併せて示す図である。変形例１では、ホイール形状の波長選択性偏光素子３に代えて、ドラム状の波長選択性偏光素子３Ａを用いたものである。波長選択性偏光素子３Ａは、その外周面上に領域Ｒ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳが交互に均等分割されて回転駆動されるもので、外周面の特定位置に入射する照明光に対して領域Ｒ−ＣＳ，Ｂ−ＣＳが時分割的に偏光方向変換機能を発揮し、内部に一体に形成された円錐台形状のミラー４１で所望の方向に反射させる。
【００５０】
なお、波長選択性偏光素子３Ａと一体的なミラー４１に代えて、図８に示すように、固定配置させた固定ミラー４２によって波長選択性偏光素子３Ａを透過した光を所望方向に反射させるようにしてもよい。
【００５１】
さらに、図９に示すように、波長選択性偏光素子３Ａおよびミラー４１に対する入射方向を逆に設定してもよい。この際、光源２からの照明光を波長選択性偏光素子３Ａとインテグレータロッド４との間付近に集光させるようにすれば、ドラム状の波長選択性偏光素子３Ａおよびインテグレータロッド４における光束径を小さくすることができる。
【００５２】
（変形例２）
この他、フィルタ部材としては、カラーリンク社のカラースイッチ（登録商標）を用いるようにしてもよい。また、回転式の波長選択性偏光素子３，３Ａに限らず、直線状に往復移動するタイプであってもよい。
【００５３】
また、反射型空間光変調器に関する２板型の構成として、本実施の形態では、赤色光Ｒ用と青色光Ｂ用とで時分割で共用するようにしたが、緑色光Ｇ用と赤色光Ｒ用とで時分割で共用し、あるいは、緑色光Ｇ用と青色光Ｂ用とで時分割で共用するようにしてもよい。その場合は、当然に本実施例の図４で説明した特性とは異なる特性が必要となる。波長選択性偏光素子３，３Ａ（フィルタ部材）の構成も、このような構成に対応させて、偏光方向を変換させる色光を変更すればよい。また、本実施の形態では、ダイクロイック膜１４に対する第１の入射角θ１＝６２°とし、第２の入射角θ２＝４５°としたが、これらを入れ替えて、第１の入射角θ１＝４５°とし、第２の入射角θ２＝６２°とし各色光に対する色分離特性、色合成特性を変更させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる投影型表示装置を示す概略構成図である。
【図２】波長選択性偏光素子の構成例を示す概略正面図である。
【図３】色分離合成プリズムの構成例を示す正面図である。
【図４】ダイクロイック膜の入射角依存特性を示す特性図である。
【図５】色分離合成プリズムの照明光に対する作用を示す正面図である。
【図６】色分離合成プリズムの投射光に対する作用を示す正面図である。
【図７】変形例１の波長選択性偏光素子の構成例としてＸＹ平面図、ＹＺ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図８】変形例１の波長選択性偏光素子の別の構成例を示す断面図である。
【図９】変形例１の波長選択性偏光素子のさらに別の構成例としてＸＹ平面図、ＹＺ平面図およびその断面図を併せて示す図である。
【図１０】特許文献１に示される投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図１１】非特許文献１に示される２チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図１２】非特許文献１に示される３チップ方式の投影型表示装置の概要を示す概略構成図である。
【図１３】特許文献２に示される投影型表示装置の概要を示す概略平面図である。
【図１４】図１３の概略側面図である。
【符号の説明】
【００５５】
３，３Ａ  波長選択性偏光素子
６Ｇ，６ＲＢ  ＤＭＤ素子
７  投影レンズ
１０  色分離合成プリズム
１１，１２  プリズム
１３  プリズム接合面
１４  ダイクロイック膜
【図１】
2009180793.tif 000003
【図２】
2009180793.tif 000004
【図３】
2009180793.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009180793.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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