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課題

射出方向制御型光変調装置を用いた投写型表示装置において、投写型表示装置の小型化を図る。

解決手段

投写型表示装置は、照明光学系と、色光分離光学系と、3つの射出方向制御型光変調装置と、色光合成光学系と、投写光学系と、を備える。色光分離光学系と色光合成光学系とは、色光分離光学系の第1の色光反射面と第2の色光反射面とが交差する交差軸と、色光合成光学系の第3の色光反射面と第4の色光反射面とが交差する交差軸とが、略同一直線状に位置するように隣接して配置されている。照明光学系と3つの射出方向制御型光変調装置と色光分離光学系と色光合成光学系とは、色光分離光学系から射出された各色光が対応する射出方向制御型光変調装置に入射され、各色光用の射出方向制御型光変調装置で反射された有効な各色光が色光合成光学系に入射されるように配置されている。

概要

背景

投写型表示装置には、光変調装置と呼ばれる電気光学装置が用いられている。この光変調装置は、照明光を画像データに応じて変調し、変調された光を画像を表す光(画像光)として射出するものである。光変調装置の例として、デジタルマイクロミラーデバイス(テキサスインスツルメンツ(TI)社の登録商標である。以下、「DMD」と呼ぶ。)があげられる。

DMDは、画像を構成する複数の画素に対応する複数のマイクロミラーを有している。複数のマイクロミラーはそれぞれ画像データに応じてその傾きが変化し、各マイクロミラーの傾きに応じて光を反射する。各マイクロミラーで反射された光のうち、所定の方向に反射された光が、画像を表す光として利用される。すなわち、DMDは、照射された光の射出方向を画像データに応じて制御することにより照明光を変調し、変調された光を画像を表す光として利用するタイプの光変調装置(射出方向制御型光変調装置)である。

図25は、従来の投写型表示装置の例を示す概略平面図である。この投写型表示装置6000は、照明光学系6100と、TIR(Total Internal Reflection )プリズム6200と、色光分離合成プリズム6300と、3つのDMD6400R,6400G,6400Bと、投写レンズ6500とを備えている。

照明光学系6100は、光源6110と、コンデンサレンズ6120と、反射ミラー6130とを備えている。光源6110から射出された光は、コンデンサレンズ6120の集光作用によって、反射ミラー6130とTIRプリズム6200と色光分離合成プリズム6300とを介してDMD6400R,6400G,6400Bを照明するように集光される。コンデンサレンズ6120から射出された光は、反射ミラー6130で反射されてTIRプリズム6200に入射する。TIRプリズム6200に入射した光は、プリズム内部で全反射されて色光分離合成プリズム6300に入射する。色光分離合成プリズム6300に入射した光は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光に分離されて、対応する各色光用のDMD6400R,6400G,6400Bに入射する。各色光用のDMD6400R,6400G,6400Bから反射されてきた光は、色光分離合成プリズム6300において再び合成されてTIRプリズム6200を通過して投写レンズ6500に入射する。投写レンズ6500に入射した光は、投写されてカラー画像が表示される。以上の説明からわかるように、TIRプリズム6200は、光が最初に入射するときにはその光を全反射し、再度入射するときには透過する機能を有する反射/透過型プリズムである。

概要

射出方向制御型光変調装置を用いた投写型表示装置において、投写型表示装置の小型化を図る。

投写型表示装置は、照明光学系と、色光分離光学系と、3つの射出方向制御型光変調装置と、色光合成光学系と、投写光学系と、を備える。色光分離光学系と色光合成光学系とは、色光分離光学系の第1の色光反射面と第2の色光反射面とが交差する交差軸と、色光合成光学系の第3の色光反射面と第4の色光反射面とが交差する交差軸とが、略同一直線状に位置するように隣接して配置されている。照明光学系と3つの射出方向制御型光変調装置と色光分離光学系と色光合成光学系とは、色光分離光学系から射出された各色光が対応する射出方向制御型光変調装置に入射され、各色光用の射出方向制御型光変調装置で反射された有効な各色光が色光合成光学系に入射されるように配置されている。

目的

この発明は、DMDのような射出方向制御型光変調装置を用いた投写型表示装置において、投写型表示装置の小型化を図る技術を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

画像を投写して表示する投写型表示装置であって、照明光射出する照明光学系と、前記照明光学系から射出された光を3つの色光に分離する色光分離光学系と、前記3つの色光ごとに設けられた3つの光変調装置と、前記3つの光変調装置から射出された3つの色光を合成する色光合成光学系と、前記色光合成光学系で合成された光を投写する投写光学系と、を備え、各色光用の光変調装置は、前記各色光用の光変調装置の光照射面反射される各色光の射出方向を、与えられた信号に応じて制御することにより、前記各色光を変調する射出方向制御型光変調装置であり、前記色光分離光学系は、前記3つの色光のうち第1の色光を反射し第2と第3の色光を透過する第1の色光反射面と、第2の色光を反射し第1と第3の色光を透過する第2の色光反射面とが、略X字状に交差する第1の色選択交差反射面を有しており、前記色光合成光学系は、前記3つの射出方向制御型光変調装置から射出された3つの色光のうち第1の色光を反射し第2と第3の色光を透過する第3の色光反射面と、第2の色光を反射し第1と第3の色光を透過する第4の色光反射面とが、略X字状に交差する第2の色選択交差反射面を有しており、前記色光分離光学系と前記色光合成光学系とは、前記第1と第2の色選択交差反射面の交差軸が、略同一直線状に位置するように隣接して配置されており、前記照明光学系と前記3つの射出方向制御型光変調装置と前記色光分離光学系と前記色光合成光学系とは、前記色光分離光学系から射出された各色光が対応する射出方向制御型光変調装置に入射され、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置で反射された有効な各色光が前記色光合成光学系に入射されるように配置されていることを特徴とする投写型表示装置。

請求項2

請求項1記載の投写型表示装置であって、前記色光分離光学系は、前記照明光学系から射出された光が入射する1つの光入射面と、前記色光分離光学系で分離される3つの色光が射出する3つの色光射出面と、を備え、前記1つの光入射面および前記3つの色光射出面は、それぞれの面を通過する光の中心軸に対してほぼ垂直となるように形成されている、投写型表示装置。

請求項3

請求項2記載の投写型表示装置であって、前記色光合成光学系は、前記3つの射出方向制御型光変調装置から射出された3つの色光が入射する3つの色光入射面と、前記色光合成光学系で合成される光が射出する1つの合成光射出面と、を備え、前記3つの色光入射面および前記1つの合成光射出面は、それぞれの面を通過する光の中心軸に対してほぼ垂直となるように形成されている、投写型表示装置。

請求項4

請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の投写型表示装置であって、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置は、略矩形状の輪郭を有する光照射面を有しており、各光照射面は、前記各光照射面の辺が所定の基準平面に対して傾きを有するように配置されており、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置から射出された各色光が前記投写光学系に至るまでの光路上において反射される回数が、奇数または偶数統一されるように、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置と、前記色光合成光学系との位置関係が設定されている、投写型表示装置。

請求項5

請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の投写型表示装置であって、前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記3つの射出方向制御型光変調装置と、前記色光合成光学系と、前記投写光学系とは、所定の筐体収納されており、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置は、略矩形状の輪郭を有する光照射面を有しており、各光照射面は、前記各光照射面の辺が前記筐体の筐体平面に対して傾きを有するように配置されており、前記投写型表示装置は、さらに、前記投写型表示装置の使用時において、投写された略矩形状の画像が正立するように前記筐体を傾けて支持するための傾斜支持具を備える、投写型表示装置。

技術分野

0001

本発明は、画像を投写して表示する投写型表示装置に関するものである。

背景技術

0002

投写型表示装置には、光変調装置と呼ばれる電気光学装置が用いられている。この光変調装置は、照明光を画像データに応じて変調し、変調された光を画像を表す光(画像光)として射出するものである。光変調装置の例として、デジタルマイクロミラーデバイス(テキサスインスツルメンツ(TI)社の登録商標である。以下、「DMD」と呼ぶ。)があげられる。

0003

DMDは、画像を構成する複数の画素に対応する複数のマイクロミラーを有している。複数のマイクロミラーはそれぞれ画像データに応じてその傾きが変化し、各マイクロミラーの傾きに応じて光を反射する。各マイクロミラーで反射された光のうち、所定の方向に反射された光が、画像を表す光として利用される。すなわち、DMDは、照射された光の射出方向を画像データに応じて制御することにより照明光を変調し、変調された光を画像を表す光として利用するタイプの光変調装置(射出方向制御型光変調装置)である。

0004

図25は、従来の投写型表示装置の例を示す概略平面図である。この投写型表示装置6000は、照明光学系6100と、TIR(Total Internal Reflection )プリズム6200と、色光分離合成プリズム6300と、3つのDMD6400R,6400G,6400Bと、投写レンズ6500とを備えている。

0005

照明光学系6100は、光源6110と、コンデンサレンズ6120と、反射ミラー6130とを備えている。光源6110から射出された光は、コンデンサレンズ6120の集光作用によって、反射ミラー6130とTIRプリズム6200と色光分離合成プリズム6300とを介してDMD6400R,6400G,6400Bを照明するように集光される。コンデンサレンズ6120から射出された光は、反射ミラー6130で反射されてTIRプリズム6200に入射する。TIRプリズム6200に入射した光は、プリズム内部で全反射されて色光分離合成プリズム6300に入射する。色光分離合成プリズム6300に入射した光は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光に分離されて、対応する各色光用のDMD6400R,6400G,6400Bに入射する。各色光用のDMD6400R,6400G,6400Bから反射されてきた光は、色光分離合成プリズム6300において再び合成されてTIRプリズム6200を通過して投写レンズ6500に入射する。投写レンズ6500に入射した光は、投写されてカラー画像が表示される。以上の説明からわかるように、TIRプリズム6200は、光が最初に入射するときにはその光を全反射し、再度入射するときには透過する機能を有する反射/透過型プリズムである。

発明が解決しようとする課題

0006

DMDのような射出方向制御型光変調装置を利用する場合、DMDに照射される照明光の照射角度制約がある場合がある。この制約を満たすために、照明光を各色光用のDMD6400R,6400G,6400Bに導くとともに、これらから射出された光を投写レンズ6500に導くためにTIRプリズム6200のような反射/透過型プリズムが用いられている場合が多い。

0007

このような反射/透過型プリズムのサイズは、上記制約を満足するために大きくなっている場合が多く、従来の投写型表示装置は、小型化が困難であるという問題があった。

0008

この発明は、DMDのような射出方向制御型光変調装置を用いた投写型表示装置において、投写型表示装置の小型化を図る技術を提供することを目的とする。

0009

上述の課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、照明光を射出する照明光学系と、前記照明光学系から射出された光を3つの色光に分離する色光分離光学系と、前記3つの色光ごとに設けられた3つの光変調装置と、前記3つの光変調装置から射出された3つの色光を合成する色光合成光学系と、前記色光合成光学系で合成された光を投写する投写光学系と、を備え、各色光用の光変調装置は、前記各色光用の光変調装置の光照射面で反射される各色光の射出方向を、与えられた信号に応じて制御することにより、前記各色光を変調する射出方向制御型光変調装置であり、前記色光分離光学系は、前記3つの色光のうち第1の色光を反射し第2と第3の色光を透過する第1の色光反射面と、第2の色光を反射し第1と第3の色光を透過する第2の色光反射面とが、略X字状に交差する第1の色選択交差反射面を有しており、前記色光合成光学系は、前記3つの射出方向制御型光変調装置から射出された3つの色光のうち第1の色光を反射し第2と第3の色光を透過する第3の色光反射面と、第2の色光を反射し第1と第3の色光を透過する第4の色光反射面とが、略X字状に交差する第2の色選択交差反射面を有しており、前記色光分離光学系と前記色光合成光学系とは、前記第1と第2の色選択交差反射面の交差軸が、略同一直線状に位置するように隣接して配置されており、前記照明光学系と前記3つの射出方向制御型光変調装置と前記色光分離光学系と前記色光合成光学系とは、前記色光分離光学系から射出された各色光が対応する射出方向制御型光変調装置に入射され、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置で反射された有効な各色光が前記色光合成光学系に入射されるように配置されていることを特徴とする。

0010

本発明の投写型表示装置では、色光分離光学系と色光合成光学系とが隣接して配置されており、また、色光分離光学系から射出された各色光が対応する射出方向制御型光変調装置に入射され、各色光用の射出方向制御型光変調装置で反射された各色光が色光合成光学系に入射するように各構成要素を配置することにより、従来の投写型表示装置において備えていた反射/透過型プリズムを省略している。これにより、投写型表示装置の小型化を図ることができる。

0011

上記投写型表示装置において、前記色光分離光学系は、前記照明光学系から射出された光が入射する1つの光入射面と、前記色光分離光学系で分離される3つの色光が射出する3つの色光射出面と、を備え、前記1つの光入射面および前記3つの色光射出面は、それぞれの面を通過する光の中心軸に対してほぼ垂直となるように形成されていることが好ましい。

0012

また、前記色光合成光学系は、前記3つの射出方向制御型光変調装置から射出された3つの色光が入射する3つの色光入射面と、前記色光合成光学系で合成される光が射出する1つの合成光射出面と、を備え、前記3つの色光入射面および前記1つの合成光射出面は、それぞれの面を通過する光の中心軸に対してほぼ垂直となるように形成されていることが好ましい。

0013

上記構成によれば、色光分離光学系は、照明光学系か射出された光を精度良く3つの色光に分離し、分離した各色光を対応する射出方向制御型光変調装置の方向に射出することができる。また、色光合成光学系は、各色光用の射出方向制御型光変調装置から射出された色光を精度良く合成して投写光学系の方向に射出することができる。

0014

上記投写型表示装置において、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置は、略矩形状の輪郭を有する光照射面を有しており、各光照射面は、前記各光照射面の辺が所定の基準平面に対して傾きを有するように配置されており、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置から射出された各色光が前記投写光学系に至るまでの光路上において反射される回数が、奇数または偶数統一されるように、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置と、前記色光合成光学系との位置関係が設定されていることが好ましい。

0015

このようにすれば、各色光用の射出方向制御型光変調装置として同じ種類のものを利用することができる。

0016

上記投写型表示装置において、前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記3つの射出方向制御型光変調装置と、前記色光合成光学系と、前記投写光学系とは、所定の筐体収納されており、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置は、略矩形状の輪郭を有する光照射面を有しており、各光照射面は、前記各光照射面の辺が前記筐体の筐体平面に対して傾きを有するように配置されており、前記投写型表示装置は、さらに、前記投写型表示装置の使用時において、投写された略矩形状の画像が正立するように前記筐体を傾けて支持するための傾斜支持具を備えることが好ましい。

0017

上記構成によれば、投写型表示装置の使用時において、正立した画像を表示させることができる。また、投写型表示装置の非使用時において、筐体を傾けないで配置することにより、投写型表示装置の配置スペースを薄くすることができる。これにより、投写型表示装置の非使用時における省スペース化を図ることができる。

発明を実施するための最良の形態

0018

A.第1実施例:図1は本発明の第1実施例としての投写型表示装置1000における光学系の要部を示す概略斜視図である。図2は概略平面図であり、図3は概略正面図であり、図4は、概略右側面図である。なお、これらの図は、互いに直交する3つの軸のうち、基準平面Pに平行な2つの軸をx,zとし、垂直な軸をyとする。図1に示すように、この投写型表示装置1000は、照明光学系100と、色光分離プリズム200と、3つのDMD300R,300G,300Bと、色光合成プリズム400と、投写レンズ500と、を備えている。また、色光分離プリズム200と各DMD300R,300G,300Bとの間の光路上にそれぞれコンデンサーレンズ250R,250G,250Bを備え、緑色光用のDMD300Gと色光合成プリズム400との間の光路上にλ/2位相差板260(図4)を備えている。

0019

図5は、照明光学系100の構成を示す説明図である。照明光学系100は、光源110と、第1のレンズアレイ120と、第2のレンズアレイ130と、偏光変換光学系140と、重畳レンズ150とを備えている。この図は、説明を容易にするため、重畳レンズ150から照明対象300までの光路上に配置された構成要素を省略するとともに、その光路を直線的に示している。ここで、照明対象300は、DMD300R、300G、300Bに相当する。互いに直交する軸をx,y,zとし、光源110から見て光の射出方向をzとする。紙面から垂直に向かう方向をyとし、紙面に平行な方向をxとする。光源110と、第1のレンズアレイ120と、第2のレンズアレイ130と、偏光変換光学系140と、重畳レンズ150とは、照明光学系100の中心光軸(以下、「照明光軸」とも呼ぶ)100LCに沿って配列されている。第1と第2のレンズアレイ120,130は、それぞれの中心軸が光源110の中心光軸(以下、「光源光軸」とも呼ぶ)110LCにほぼ一致するように配置されている。偏光変換光学系140と重畳レンズ150は、それぞれの中心軸が照明光軸100LCにほぼ一致するように配置されている。光源光軸110LCは照明光軸100LCから−x方向に所定のずれ量Dpだけ平行にずれている。このずれ量Dpについては後述する。

0020

光源110は、光源ランプ112と凹面鏡114とを有している。光源ランプ112は、放射状の光線を射出する放射光源である。光源ランプ112としては、メタルハライドランプ高圧水銀灯などの高圧放電灯が用いられる。凹面鏡114は、光源ランプ112からの放射光線を反射して第1のレンズアレイ120の方向に射出する。凹面鏡114としては、放物面鏡楕円面鏡が用いられる。

0021

図6は、第1のレンズアレイ120の外観を示す斜視図である。第1のレンズアレイ120は略矩形状の輪郭を有する小レンズ122がM行N列のマトリクス状に配列された構成を有している。この例では、M=5,N=4である。第2のレンズアレイ130も、第1のレンズアレイ120の小レンズ122に対応するように、小レンズ133がM行N列のマトリクス状に配列された構成を有している。第1のレンズアレイ120の各小レンズ122は、光源110(図3)から射出された光線束を複数の(すなわちM×N個の)部分光線束に分割し、各部分光線束を第2のレンズアレイ130の対応する各小レンズ133の近傍で結像するように集光する機能を有している。第2のレンズアレイ130の各小レンズ133は、各部分光線束が後述する偏光変換光学系140に有効に入射するように集光する機能を有している。

0022

第1のレンズアレイ120の各小レンズ122をz方向から見た外形形状は、照明対象300であるDMD300R,300G,300Bの光照射面(照明光を画像データに応じて変調する領域)の輪郭形状とほぼ相似形をなすように設定されている。例えば、DMDの光照射面のアスペクト比(横と縦の寸法の比率)が4:3であるならば、各小レンズ122のアスペクト比も4:3に設定されている。

0023

図7は、偏光変換光学系140の構成およびその機能を示す説明図である。図7(A)は偏光変換光学系140の斜視図であり、図7(B)はその一部を拡大して示す平面図である。偏光変換光学系140は、遮光板142と、偏光ビームスプリッタアレイ144と、選択位相差板146とを備えている。偏光ビームスプリッタアレイ144は、それぞれ断面が平行四辺形の柱状の複数の透光性板材144aが、交互に貼り合わされた形状を有している。透光性板材144aの界面には、偏光分離膜144bと反射膜144cとが交互に形成されている。なお、この偏光ビームスプリッタアレイ144は、偏光分離膜144bと反射膜144cが交互に配置されるように、これらの膜が形成された複数枚板ガラスを貼り合わせて、所定の角度で斜めに切断することによって作製することができる。偏光分離膜144bは誘電体多層膜で、また、反射膜144cは誘電体多層膜あるいはアルミニウム膜で形成することができる。

0024

遮光板142は、図7(A)に示すように、複数の遮光面142aと複数の開口面142bとがストライプ状に配列して構成されたものである。遮光面142aと開口面142bの配列の仕方は、第2のレンズアレイ130から射出された部分光線束が偏光ビームスプリッタアレイ144の偏光分離膜144bにのみ入射し、反射膜144cには入射しないように設定されている。遮光板142としては、平板状の透明体(例えばガラス板)に遮光性の膜(例えばクロム膜、アルミニウム膜、及び、誘電体多層膜)を部分的に形成したものや、或いは、例えばアルミニウム板のような遮光性の平板に開口部を設けたもの等を使用できる。

0025

遮光板142の開口面142bを通過した非偏光な光線束(図7(B)に、実線で示す)は、偏光ビームスプリッタアレイ144の偏光分離膜144bに入射し、2種類の直線偏光光(s偏光光とp偏光光と)に分離される(図7(B)に、一点鎖線で示す)。p偏光光のほとんどは、偏光分離膜144bをそのまま透過する。一方、s偏光光のほとんどは、偏光分離膜144bで反射され、さらに反射膜144cで反射されて、偏光分離膜144bをそのまま通過したp偏光光とほぼ平行な状態で、x軸方向に距離Wp(偏光分離膜144bや反射膜144cのx軸方向の幅)だけ平行移動されて射出される。選択位相差板146の偏光分離膜144bを通過する光の射出面部分にはλ/2位相差層146aが形成されており、反射膜144cで反射された光の射出面部分にはλ/2位相差層は形成されておらず、開口層146bとなっている。従って、偏光分離膜144bを透過したp偏光光は、λ/2位相差層146aによってs偏光光に変換されて選択位相差板146から射出される。一方、反射膜144cで反射されたs偏光光は、開口層146bの通過に際して偏光状態が全く変化しないため、s偏光光のまま選択位相差板146から射出される。この結果、偏光変換光学系140に入射した非偏光な光のほとんどがs偏光光に変換されて射出される。もちろん反射膜144cで反射される光の射出面部分だけに選択位相差板146のλ/2位相差層146aを形成することにより、ほとんどの光束をp偏光光に変換して射出することもできる。また、偏光分離膜144bは、s偏光光をほとんど透過し、p偏光光をほとんど反射するものでもよい。

0026

ところで、図7(B)から解るように、偏光変換光学系140から射出する2つのs偏光光の中心(2つのs偏光光の中央)は、入射する非偏光な光(s偏光光+p偏光光)の中心よりもx方向にずれている。このずれ量は、λ/2位相差層146aの幅Wp(すなわち偏光分離膜144bのx軸方向に沿った幅)の半分に等しい。このため、図3に示すように、光源光軸110LCは、照明光軸LCから、Wp/2に等しい距離Dpだけずれた位置に設定されている。

0027

偏光変換光学系140から射出される複数の部分光線束は、重畳レンズ150の重畳作用によって照明対象300上で重畳される。以上の説明からわかるように、2つのレンズアレイ120,130と、重畳レンズ150とは、いわゆるインテグレータ光学系を構成している。これにより、照明光学系100は、照明対象300であるDMD300R,300G,300Bの光照射面を色光分離プリズム200を介して均一に照明することができる。なお、光源110の凹面鏡114を楕円面鏡とした場合には、重畳レンズ150を省略することもできる。

0028

なお、照明光学系100は、図1に示すようにDMD300R、300G、300Bの光照射面302が、光照射面302に垂直な中心軸302cを中心として基準平面であるxz平面に対して傾きを有するように回転配置されている。このため、投写型表示装置1000の照明光学系100は、実際には、第1のレンズアレイ120の各小レンズ122から射出された各部分光線束がDMD300R、300G、300Bの各光照射面302を有効に照明するように、照明光軸100LCを中心に光照射面302の傾きに対応する角度で回転配置されている。

0029

また、照明光学系100は、照明光軸100LCが、図2に示すようにyz平面に平行で、後述する赤色光反射面202Rと青色光反射面202Bとが交差する交差軸202cを通るように、かつ、図4に示すようにxz平面に対して約25度斜め上方向を向くように配置されている。なお、以下ではxz平面を「基準平面P」と呼ぶ。また、以下の説明において、光の進行方向について説明する場合には、説明を容易にするため、光の中心光線に着目して説明する。

0030

照明光学系100から射出された光は、色光分離プリズム200の光入射面204から色光分離プリズム200に入射する(図1図4)。色光分離プリズム200は、照明光学系100から射出された光を、赤色、緑色、青色の3つの色光成分に分離する色光分離光学系としての機能を有している。図8は、色光分離プリズム200の構造を示す説明図である。図8(A)は、照明光学系100を向く側を正面とし、この正面右斜め上方向から見た斜視図を示している。図8(B)はその正面図を示し、図8(C)および(D)は、その平面図および右側面図を示している。色光分離プリズム200は、10個の頂点a〜jを有する7面体である。

0031

側面abfeは、照明光学系100から射出された光が入射する光入射面204である。このため、光入射面204は、図8(D)に示すように、照明光学系100の照明光軸100LCに対して垂直な面となるように、基準平面Pに対して約125度の鈍角を有するように形成されている。これにより、光入射面204から入射する光を入射後もそのまま直進させることができる。

0032

色光分離プリズム200の内部には、図8(C)に示すように、赤色光反射面202Rと青色光反射面202Bとが略X字状に形成されている。赤色光反射面202Rと青色光反射面202Bとは、これらが交差する交差軸202cが、図8(B),(D)に示すように、基準平面Pに垂直となるように形成されている。また、赤色光反射面202Rおよび青色光反射面202Bは、図8(C)に示すように、照明光学系100の照明光軸100LCを含み基準平面Pに垂直な面に対してそれぞれ約45度の角度を有している。赤色光反射面202Rには、赤色光成分を反射し、赤色光成分よりも短波長の色光成分(緑色光成分および青色光成分)を透過する誘電体多層膜(赤色反射膜)が形成されている。青色光反射面202Bには、青色光成分を反射し青色光よりも長波長の色光成分(緑色光成分および赤色光成分)を透過する誘電体多層膜(青色反射膜)が形成されている。

0033

光入射面204から入射した光のうち緑色光成分は、赤色光反射面202Rおよび青色光反射面202Bを透過する。このとき、緑色光成分の中心軸は、図8(C),(D)に示すように、基準平面Pに対して約25度斜め上方向に向けられる。赤色光成分は赤色光反射面202Rで反射され、図8(B),(C)に示すように、赤色光成分の中心軸が照明光軸100LCにほぼ垂直に、かつ、基準平面Pに対して約25度斜め上方向に向かって反射される。青色光成分は青色光反射面202Bで反射され、図8(B),(C)に示すように、青色光成分の中心軸が照明光軸100LCにほぼ垂直に、かつ、基準平面Pに対して約25度斜め上方向に向かって反射される。

0034

赤色光反射面202Rおよび青色光反射面202Bで分離された赤色光と緑色光と青色光とは、それぞれ対応する側面daegjと側面cdjiと側面bcihfとから射出される。したがって、側面daegjが赤色光射出面206Rであり、側面cdjiが緑色光射出面206Gであり、側面bcihfが青色光射出面206Bである。これらの各色光射出面205R,206G,206Bは、各色光射出面206R,206G,206Bから射出される各色光が、射出後もそのまま直進するように形成されている。具体的には、図8(B),(D)に示すように、基準平面Pに対して約65度の鋭角を有するように形成されている。これにより、各色光射出面206R,206G,206Bから射出される各色光をそのまま直進させて、基準平面Pに対して約25度斜め上方向に射出することができる。

0035

底面abcdは、光入射面204から入射した光の中心軸(照明光軸100LCに平行)と赤色光反射面202Rおよび青色光反射面202Bで分離された各色光の中心軸に平行な面である。また、側面efhgは、稜線efおよびghが稜線abに平行で、基準平面Pに垂直な面である。なお、投写表示に使用される有効な光が通過しない面(底面abcd,上面ghij,側面efhg)の傾きは上記以外の任意の傾きに設定可能である。

0036

図9および図10は、色光分離プリズム200を作製する方法について示す説明図である。まず、図9(A)に示すような、クロスダイクロイックプリズム200Oを準備する。このクロスダイクロイックプリズム200Oは、4つの直角プリズムが互いに直角を成す面で接合され、平面が略正方形の形状を有する立方体または直方体柱状プリズムである。4つの頂点D,B,H,Jで構成される対角面DBHJには、赤色反射膜が形成されており、この対角面DBHJが色光分離プリズム200の赤色光反射面202Rに対応する。4つの頂点A,C,I,Gで構成される対角面ACIGには、青色光反射膜が形成されており、この対角面ACIGが色光分離プリズム200の青色光反射面202Bに対応する。

0037

次に、このクロスダイクロイックプリズム200Oを、図9(B)に示すように、4つの切断面SL1,SL2,SL3,SL4で切断することにより、図9(C)に示す色光分離プリズム200Aを作製する。

0038

切断面SL1は、底面ABCDに対して側面ABHG側に約65度の傾きを有し、底面ABCDを稜線CDよりも稜線ABに近い側で分断する面である。切断面SL2は切断面SL1に平行な面であり、クロスダイクロイックプリズム200Oの頂点C,D付近を通過する面である。切断面SL3は、クロスダイクロイックプリズム200Oの頂点B,C付近を通過し、底面ABCDに対して側面DAGJ側に約65度の傾きを有する面である。切断面SL4は、クロスダイクロイックプリズム200Oの頂点A,D付近を通過し、底面ABCDに対して側面BCIH側に約65度の傾きを有する面である。

0039

次に、図10(A),(B)に示すように、図9(C)の色光分離プリズム200Aの上面G’H’I’J’および底面ABCDに垂直で、かつ、稜線ABに平行な切断面SL5で、側面ABH’G’を分断するように切断する。また、色光分離プリズム200Aの底面ABCDに対して頂点A,B付近を通り、底面ABCDに対して上面G’H’I’J’側に約25度の傾きを有する切断面SL6で切断する。以上のようにして、図8に示す色光分離プリズム200を作製することができる。

0040

なお、図9(C)および図10(A)に示す頂点A,B,C’,D’,E,F,G’,H’,I’,J’が、図8に示す色光分離プリズム200の頂点a,b,c,d,e,f,g,h,i,jに相当する。

0041

なお、色光分離プリズム200Aの側面ABH’G’は、切断面SL1によって形成された面であり、底面ABCDに対して約125度の傾きを有する面である。したがって、側面ABH’G’は、図8に示した色光分離プリズム200の光入射面204に対応する面である。色光分離プリズム200Aの側面CDJ’I’は切断面SL2によって形成された面であり、底面ABCDに対して約65度の傾きを有する面である。また、側面DAG’J’および側面BCI’H’は、切断面SL3および切断面SL4によって形成された面であり、それぞれ底面ABCDに対して約65度の傾きを有する面である。したがって、側面DAG’J’と、側面CDJ’I’と、側面BCI’H’とは、それぞれ図8に示した色光分離プリズム200の赤色光射出面206Rと、緑色光射出面206Gと、青色光射出面206Bとに対応する面である。一方、色光分離プリズム200の面efhj,abcd(図8(A))は、上述したように色光分離プリズム200Aを図10に示す切断面SL5,SL6で切断することによって形成された面である。これらの面efhj,abcdは、上述したように、有効な光が通過しない面であるので、図10(A)に示すように、色光分離プリズム200Aにおいて不要な部分をカットすることにより形成された面である。このため、これらの面efhj,abcdは、必ずしも形成する必要はない。したがって、図8の色光分離プリズム200ではなく、図9(C)の200Aをそのまま利用するようにしてもよい。

0042

なお、図9作製方法は、一例でありこれに限定されるものではなく、図8図9(C)に示した形状の色光分離プリズム200,200Aを作製することができればどのような方法であってもよい。

0043

色光分離プリズム200から射出された各色光は、それぞれ対応するコンデンサーレンズ250R,250G,250Bを介して各色光用のDMD300R,300G,300Bに入射する(図1図4)。コンデンサーレンズ250R,250G,250Bは、入射する複数の部分光線束を、それぞれの主光線に平行な平行光に変換するために設けられている。

0044

各色光用のDMD300R、300G、300Bは、それぞれの光照射面302の中心に、色光分離プリズム200の対応する各色光射出面206R、206G、206Bから射出された各色光の中心軸が入射するように配置されている。また、赤色光用および青色光用のDMD300R,300Bは、それぞれの光照射面302に垂直な中心軸302cがx軸に平行となるように配置され、緑色光用のDMD300Gは、中心軸302cがz軸に平行となるように配置されている。したがって、色光分離プリズム200から射出された各色光は、対応する各色光用のDMD300R,300G,300Bに、下方向から上方向に向かって入射する。

0045

図11は、各色光用のDMD300R,300G,300Bの光照射面302を示す説明図である。図11(A)は、緑色光用のDMD300Gの光照射面302を示し、図11(B)は、赤色光用または青色光用のDMD300R,300Bの光照射面302を示している。ここで、説明を容易にするため、光照射面302に照射される照明光を、中心光線(入射光線)IRで代表して示すこととする。また、照明光IRの光照射面302への入射位置を通り、光照射面302の横方向軸をh、光照射面302の縦方向軸をvとする。

0046

図11(A)に示すように、緑色光用のDMD300Gは、光照射面302の横方向軸hが基準平面Pに対して時計回りに約45度傾くように配置されている。このようにDMD300Gの光照射面302を傾けて配置しているのは、以下の理由による。

0047

光照射面302上には、略正方形の輪郭を有する複数のマイクロミラー304がマトリクス状に形成されている。各マイクロミラー304は、左下の頂点CP1と右上の頂点CP2とを結ぶ対角線回動軸304cとして所定の回動範囲(±θr)で回動可能に形成されている。なお、図11(A)の矢印方向から見て、時計周りに沿った角度を正とする。この各マイクロミラー304が画像を構成する各画素に相当する。

0048

装置の構成を容易にするためには、各マイクロミラー304のへの入射光とその反射光とを含む面が各マイクロミラー304の回動軸304cに垂直となるように、照明光IRを光照射面302に入射させることが好ましい。具体的には、緑色光用のDMD300Gに照射される照明光IRは、照明光IRを光照射面302に平行な平面上に投影したときの照明光IRの光路が、光照射面302の横方向軸hに対して所定の傾きθh(約45度)を有するように入射することが好ましい。一方、色光分離プリズム200から射出された照明光IRとしての緑色光は、図8を用いて説明したように、DMD300Gに下方向から上方向に向かって入射する。そこで、本実施例においては、図11(A)に示すように、緑色光用のDMD300Gを、光照射面302の横方向軸hが基準平面Pに対して時計回りに約45度傾くようにして、各マイクロミラー304の回動軸304cが左右方向を向くように配置している。これにより、照明光IRとしての緑色光の横方向軸hに対する傾きθhを約45度に保ちつつ、照明光IRを下方向から上方向に向かって入射させることができる。

0049

赤色光用のDMD300Rおよび青色光用のDMD300Bも、同様に、基準平面Pに対して傾けて配置されている。但し、これらのDMD300R,300Bは、図11(B)に示すように、光照射面302の横方向軸hが基準平面Pに対して反時計周りに約45度傾くように配置されている。この理由については後述する。この場合の赤色光用および青色光用のDMD300R,300Bには、図11(A)に示した緑色光用のDMD300Gのような各マイクロミラー304の左下の頂点CP1と右上の頂点CP2とを結ぶ対角線を回動軸304cとする種類のDMDではなく、各マイクロミラー304の左上の頂点CP3と右下の頂点CP4とを結ぶ対角線を回動軸304cとする種類のDMDが用いられる。

0050

図12は、図11(A),(B)の矢印方向から見たマイクロミラー304への入射光とその反射光とを含む面、すなわち、回動軸304cに垂直な断面における光路を示す説明図である。図12は、照明光IRを下方向から上方向に向かって入射させる場合を示している。マイクロミラー304は、光照射面302に平行な平面F(図12破線で示す)に対して、回動軸304cを中心に約±θr度(θr≒10度)回動する。なお、時計周りに沿った角度を正とする。照明光IRは、上述したように、平面Fの法線Fn(光照射面302に垂直な中心軸302cに平行な線)から+θLだけ下方向に傾いた方向からマイクロミラー304に入射する。

0051

マイクロミラー304が平面Fに対して+θrだけ傾いた状態の場合、照明光IRは、照明光IRから−2・(θL−θr)だけ傾いた方向に反射光RR(+θr)として反射される。マイクロミラー304が平面Fに対して−θrだけ傾いた状態の場合、照明光IRは、照明光IRから−2・(θL+θr)だけ傾いた方向に反射光RR(−θr)として反射される。このように、マイクロミラー304に照射された照明光IRは、マイクロミラー304の回動角度に応じて異なった方向に反射して射出される。

0052

ここで、反射光RR(+θr)の方向に投写レンズを配置すると、反射光RR(−θr)は無効光URとなり、反射光RR(+θr)のみを有効光(画像光)ERとして利用することができる。すなわち、マイクロミラー304が+θrだけ傾いた状態において、反射光RR(+θr)を投写レンズを介して投写して明表示を実現し、マイクロミラー304が−θrだけ傾いた状態において、反射光RR(−θr)を投写レンズを介して投写せずに暗表示を実現することができる。中間の階調は、画像を描画する一定時間の中で、階調に応じて1つの画素の明と暗の表示の割合を制御する手法(いわゆるパルス幅変調と呼ばれる手法)で実現することができる。なお、反射光RR(−θr)を有効光として利用し、反射光RR(+θr)を無効光とすることも可能である。この場合には、同じ画像データに対して明暗反転させた画像を表示させることができる。

0053

本実施例においては、θL=(2・θr+θru)とすることにより、マイクロミラー304が平面F(光照射面302)に対して+θrだけ傾いた場合に、反射光RR(+θr)が法線Fn(光照射面302に垂直な軸302c)に対してθruだけ上方向を向くようにして、反射光RR(+θr)を有効光ERとしている。本実施例では、θru≒5度としており、各色光用のDMD300R,300G,300Bからは、光照射面302に垂直な中心軸302cに対して約5度だけ上方向に向かって有効光ERとしての各色光が射出される。なお、θru=0度として、有効光ERとしての各色光が光照射面302に垂直な中心軸302cに平行な方向を向いて射出されるようにしてもよい。

0054

各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された各色光は、それぞれ対応する入射面404R,404G,404Bから色光合成プリズム400に入射する(図1図4)。

0055

色光合成プリズム400は、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された色光を合成する色光合成光学系としての機能を有している。図13は、色光合成プリズム400の構造を示す説明図である。図13(A)は、投写レンズ500を向く側を正面とし、この正面右斜め上方向から見た斜視図を示している。図13(B)はその正面図を示し、図8(C)および(D)は、その平面図および右側面図を示している。色光分離プリズム200は、8つの頂点m〜tで構成された6つの面を有する6面体である。

0056

この色光合成プリズム400は、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された色光が入射するように配置されている。具体的には、後述する赤色光反射面402Rと青色光反射面402Bとが交差する交差軸402cが、色光分離プリズム200の赤色光反射面202Rと青色光反射面202Bとが交差する交差軸202cと略同一直線上となるように、色光分離プリズム200の上側に隣接して配置されている(図1ないし図4)。また、色光合成プリズム400は、図13(B),(D)に示すように、その上面qrstおよび底面mnopが基準平面Pに平行となるように配置されている。

0057

側面pmqtは赤色光用のDMD300Rから射出された赤色光が入射する赤色光入射面404Rであり、側面optsは緑色光用のDMD300Gから射出された緑色光が入射する緑色光入射面404Gであり、側面nosrは青色光用のDMD300Bから射出された青色光が入射する青色光入射面404Bである。これらの各色光入射面404R,404G,404Bは、入射した各色光が、入射後もそのまま直進するように形成されている。具体的には、各位R光入射面404R,404G,404Bは、図13(B),(D)に示すように、各色光の中心軸に対して垂直な面となるように、上面qrstに対して約85度の鋭角を有するように形成されている。これにより、各色光入射面404R,404G,404Bから入射する色光をそのまま直進させることができる。

0058

色光合成プリズム400の内部には、図13(C)に示すように、赤色光反射面402Rと青色光反射面402Bとが略X字状に形成されている。赤色光反射面402Rと青色光反射面402Bとは、これらが交差する交差軸402cが、図13(B),(D)に示すように、底面mnop(基準平面P)に垂直となるように形成されている。また、赤色光反射面402Rおよび青色光反射面402Bは、図13(C)に示すように、各色光の中心軸を含み基準平面Pに垂直な面に対してそれぞれ約45度の角度を有している。赤色光反射面402Rには、赤色光成分を反射し、赤色光成分よりも短波長の色光成分(緑色光成分および青色光成分)を透過する誘電体多層膜(赤色反射膜)が形成されている。青色光反射面402Bには、青色光成分を反射し青色光よりも長波長の色光成分(緑色光成分および赤色光成分)を透過する誘電体多層膜(青色反射膜)が形成されている。

0059

緑色光入射面404Gから入射した緑色光は、図13(C),(D)に示すように、緑色光の中心軸が、基準平面Pに対して5度斜め上方に向くように、赤色光反射面202Rおよび青色光反射面202Bを透過する。赤色光入射面404Rから入射した赤色光は、赤色光反射面402Rで、図13(B),(C)に示すように、赤色光の中心軸が、反射前の中心軸にほぼ垂直に、かつ、基準平面Pに対して約5度斜め上方に向くように反射される。

0060

側面mnrqは、赤色光反射面402Rおよび青色光反射面402Bで合成された赤色光と緑色光と青色光とが射出される合成光射出面406である。この合成光射出面406は、合成光射出面406から射出される合成光が、射出後もそのまま直進するように形成されている。具体的には、図13(D)に示すように、合成光の中心軸に対して垂直な面となるように、底面mnopに対して約85度の鋭角を有するように形成されている。これにより、合成光射出面406から射出される合成光をそのまま直進させて、基準平面Pに対して約5度斜め上方向に射出することができる。

0061

図14は、色光合成プリズム400を作製する方法について示す説明図である。まず、図14(A)に示すような、クロスダイクロイックプリズム400Oを準備する。このクロスダイクロイックプリズム400Oは、図9(A)に示したクロスダイクロイックプリズム200Oと同種の柱状プリズムである。

0062

クロスダイクロイックプリズム400Oを、図14(B)に示すように、4つの切断面SL7〜SL10で切断する。切断面SL7は、2つの頂点T,Wを通り、上面TUVWに対して側面QRVU側に約85度の傾きを有する面である。切断面SL8は、2つの頂点U,Vを通り、上面TUVWに対して側面SPTW側に約85度の傾きを有する面である。切断面SL9は、2つの頂点V,Wを通り、上面TUVWに対して側面PQUT側に約85度の傾きを有する面である。切断面SL10は、切断面SL9に平行で、上面TUVWを稜線VWよりも稜線TWに近い側で分断する面である。

0063

上記4つの切断面SL7〜SL10でクロスダイクロイックプリズム400Oを切断することにより、図13に示す色光合成プリズム400を作製することができる。なお、図14の作製方法は、一例でありこれに限定されるものではなく、図13に示した形状の色光合成プリズム400を作製することができればどのような方法であってもよい。

0064

投写レンズ500は、色光合成プリズム400から射出された合成光の光路上に配置されている(図1図4)。この投写レンズ500は、入射した光を投写する投写光学系としての機能を有している。色光合成プリズム400から射出された合成光は、投写レンズ500によって投写され、画像が表示される。

0065

図15は、各色光用のDMD300R,300G,300Bの光照射面302の向きおよび各色の投写される画像を示す説明図である。なお、図15(A−2),(B−2),(C−2)に示す各色の投写される画像は、左右方向の画像の反転についてのみに着目して示しており、実際に投写される画像は投写レンズ500の構成に応じて上下方向が反転する場合もある。

0066

各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された各色の光(画像光)のうち、赤色光および青色光は、色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rおよび青色光反射面402Bにおいて一回反射されるので、投写される赤色および青色の画像は、赤色光用のDMD300Rおよび青色光用のDMD300Bに形成される画像とは左右方向が反転する。一方、緑色光は、色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rおよび青色光反射面402Bを透過するので、投写される緑色の画像は、緑色光用のDMD300Gに形成される画像と左右方向が一致している。この結果、図15(A−1),(B−1),(C−1)に示される各色光用のDMD300R,300G,300Bの光照射面302に形成される画像は、図15(A−2),(B−2),(C−2)に示されるように、各色の画像が同じ向きを向くように投写される。

0067

以上のように、各色光用のDMD300R,300G,300Bの向きは、投写される画像の向きが同一になるように、各DMD300R,300G,300Bから投写レンズ500に至るまでの光路上の反射回数に応じて、それぞれ選択される。

0068

本実施例の投写型表示装置1000の赤色光用および青色光用のDMD300R,300Bとして、緑色光用のDMD300Gと異なる種類のDMDを用いているのは上述の理由のためである。

0069

以上説明した本実施例の投写型表示装置1000においては、色光分離プリズム200と、色光合成プリズム400とを、色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rと青色光反射面402Bとが交差する交差軸402cが、色光分離プリズム200の赤色光反射面202Rと青色光反射面202Bとが交差する交差軸202cと略同一直線上となるように隣接して配置されている。また、色光分離プリズム200で分離された各色光が、それぞれ対応するDMD300R,300G,300Bに入射し、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された各色光が、色光合成プリズム400に入射するように、色光分離プリズム200および色光合成プリズム400に対する照明光学系100および各色光用のDMD300R,300G,300Bの位置関係が調整されている。これにより、従来の投写型表示装置において用いられていた反射/透過型プリズムを省略することができるので、投写型表示装置の全体を従来に比べて小型にすることできる。

0070

図16は、投写型表示装置1000の設置方法について示す説明図である。図16(A−1)に示すように、投写型表示装置1000を基準平面P(図1ないし図4のxz平面)が平面P1に平行となるように設置して、例えばリアスクリーンSCに投写表示した場合の画像は、図16(A−2)に示すように、緑色光用のDMD300Gの光照射面302の傾き(図15(B))と同様に、時計周りに45度傾いた画像となる。このような表示の傾きを無くすため、図16(B−1)に示すように、本実施例の投写型表示装置1000は、その筐体を斜めの状態で支持するための収納可能な支持具1010を備えており、光学系の全体が平面P1に対して反時計周りに45度傾くように設置することができる。これにより、図16(B−2)に示すように、表示された画像の傾きをなくすことができる。なお、この支持具1010を伸縮自在としたり、折りたたみ可能として筐体(箱体)内に収納することにより、投写表示を行わない場合には、図16(A−1)に示すように設置することができる。これにより、非使用時における配置スペースを小さくすることも可能である。

0071

ところで、図1ないし図4に示すように、色光合成プリズム400の緑色光入射面404Gの近傍には、λ/2位相差板260が設けられている。図17は、色光合成プリズム400およびλ/2位相差板260を示す平面図である。このλ/2位相差板260は、入射する直線偏光光の偏光方向をこれに垂直な偏光方向を有する直線偏光光に調整する偏光方向調整光学系としての機能を有している。各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された色光は、照明光学系100から射出された光と同じs偏光光である。緑色光用のDMD300Gから射出された緑色光は、λ/2位相差板260を通過する際にp偏光光に変換される。この理由は、以下に説明するように、色光合成プリズム400における緑色光の透過率を向上させるためである。

0072

図18図19は、色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rの赤色反射膜と青色光反射面402Bの青色反射膜の分光反射率特性の一例を示すグラフである。図18図19には、s偏光光に対する反射率特性が破線で描かれており、p偏光光に対する反射率特性が実線で描かれている。なお、この明細書においては、反射率が50%以上の波長域を「有効反射波長域」、反射率が50%となる波長を「カットオフ波長」と呼ぶ。

0073

青色光の波長域は通常約400nm〜約500nmであり、緑色光の波長域は通常約500nm〜約580nm、赤色光の波長域は通常約580nm〜約700nmに設定される。図18から解るように、赤色反射膜のs偏光光に対する有効反射波長域(約530nm〜約750nm)は、p偏光光に対する有効反射波長域(約600nm〜約700nm)を含み、これより広い波長域となっている。赤色光はs偏光光として色光合成プリズム400に入射するので、この赤色光は図18の特性を有する赤色反射膜によってほぼ100%反射される。一方、緑色光はp偏光光として色光合成プリズム400に入射するので、この緑色光は図18の特性を有する赤色反射膜をほぼ100%透過する。

0074

一方、図19から解るように、青色反射膜のs偏光光に対する有効反射波長域(約390nm〜約530nm)は、p偏光光に対する有効反射波長域(約400nm〜約460nm)を含み、これより広い波長域となっている。青色光はs偏光光として色光合成プリズム400に入射するので、この青色光は図19の特性を有する青色反射膜によって約80%以上のかなり高い反射率で反射される。一方、緑色光はp偏光光として色光合成プリズム400に入射するので、この緑色光は図19の特性を有する青色反射膜をほぼ100%透過する。

0075

このように、赤色反射膜と青色反射膜は、s偏光光に対する反射率特性が、p偏光光に対する反射率特性よりも優れている。従って、赤色光と青色光をs偏光光として色光合成プリズム400に入射させ、緑色光をp偏光光として色光合成プリズム400に入射させることによって、赤色光と青色光に対しては高い反射率を得ることができ、一方、緑色光に対しては透過率を得ることができる。この結果、3色の光の利用効率をそれぞれ高めることができる。

0076

なお、色光合成プリズム400の赤色反射膜および青色反射膜の特性がよい場合には、λ/2位相差板260を省略することも可能である。この場合には、照明光学系100の偏光変換光学系140を省略することもできる。

0077

なお、本実施例の投写型表示装置1000は、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された色光が基準平面Pに対して約5度上方向に向かうように設定された場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、以下に示すように変形することができる。

0078

図20は、投写型表示装置1000の変形例である投写型表示装置1000Aを示す概略側面図である。この投写型表示装置1000Aは、各色光用のDMD300R,300G,300Bを、これらの光照射面302が約5度下方向を向くように傾けて配置し、これに合わせて、他の光学系の配置や構成を変更したものであり、各光学系の機能は投写型表示装置1000と同じである。

0079

照明光学系100の照明光軸100LCは、基準平面Pに対して30度上方向に向くように設定されており、色光分離プリズム200Bは照明光学系100の照明光軸100LCの傾きに応じて、光入射面204や各色光射出面206R,206G,206Bが設定されている。

0080

この投写型表示装置1000Aにおいては、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された各色光の光路を、基準平面Pに平行な面(xz平面)上に存在させることができる。

0081

なお、色光合成プリズム400は、直方体あるいは立方体形状を有する通常のクロスダイクロイックプリズム400O(図14(A))と同じ種類のものに置き換えることが可能である。

0082

図21は、投写型表示装置1000の他の変形例である投写型表示装置1000Bを示す概略側面図である。この投写型表示装置1000Bは、各色光用のDMD300R,300G,300Bに入射させる色光の入射角を約25度から約20度に変更し、これに合わせて他の光学系の配置や構成を変更したものであり、各光学系の機能は投写型表示装置1000と同じである。

0083

照明光学系100の照明光軸100LCは、基準平面Pに対して20度上方向に向くように設定されており、色光分離プリズム200Cは照明光学系100の照明光軸100LCの傾きに応じて、光入射面204や各色光射出面206R,206G,206Bが設定されている。色光合成プリズム400Aは、直方体あるいは立方体形状を有する通常のクロスダイクロイックプリズム400O(図14(A))と同じ種類のものである。

0084

なお、色光分離プリズム200Cから各色光用のDMD300R、300G、300Bまでの光路は、色光合成プリズム400Aの配置スペースおよび各色光用のDMD300R、300G、300Bから色光合成プリズム400Aまでの光路を確保するために、投写型表示装置1000,1000Aに比べて長く設定されている。

0085

この投写型表示装置1000Bにおいても、各色光用のDMD300R,300G,300Bから射出された各色光の光路を、基準平面Pに平行な面(xz平面)上に存在させることができる。

0086

なお、上記変形は、以下で説明する各実施例においても適用可能である。

0087

B.第2実施例:図22は、本発明の第2実施例としての投写型表示装置2000における光学系の要部を示す概略平面図である。この投写型表示装置2000は、第1実施例の投写型表示装置1000の赤色光用および青色光用のDMD300R、300BをDMD300Ra,300Baに変更し、新たに2つの反射ミラー270,280を備えることにより、赤色光用および緑色光用のDMD300Ra,300Baの配置位置を変更したものであり、これら以外の他の構成は第1実施例と同じである。

0088

赤色光用および青色光用のDMD300Ra,300Baは、緑色光用のDMD300Gと同じ種類のDMDであり、緑色光用のDMD300Gと同じ方向を向くように配置されている。反射ミラー270は、色光分離プリズム200から色光合成プリズム400までの赤色光の光路上に配置されており、色光分離プリズム200から射出された赤色光をDMD300Rの方向に反射し、DMD300Rから射出された赤色光を色光合成プリズム400の方向に反射する。反射ミラー280も、色光分離プリズム200から色光合成プリズム400までの光路上に配置されており、色光分離プリズム200から射出された青色をDMD300Bの方向に反射し、DMD300Bから射出された青色光を色光合成プリズム400の方向に反射する。

0089

図23は、各色光用のDMD300Ra,300G,300Baの光照射面302の向きおよび各色の投写される画像を示す説明図である。緑色光用のDMD300Gから射出された緑色光は、一回も反射されることなく投写レンズ500に入射する。一方、赤色光用のDMD300Raから射出された光は、反射ミラー270と色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rで2回反射される。また、青色光用のDMD300Baから射出された光も、反射ミラー280と色光合成プリズム400の青色光反射面402Bで2回反射される。この場合、緑色光の反射回数と赤色および青色の反射回数とが異なっているものの、反射回数が偶数という意味では同じである。なお、この明細書において、「偶数」は0を含んでいる。これにより、赤色光用および青色光用のDMD300R,300Bの光照射面302の傾きを、図23(A−1),(B−1),(C−1)に示すように、緑色光用のDMD300Gの光照射面302の傾きと同じにすることができる。この結果、第2実施例の投写型表示装置2000は、第1実施例における赤色光用および青色光用のDMD300R,300Bが緑色光用のDMD300Gと異なる種類のDMDを用いる必要があったのに対して、同じ種類のDMDを用いることができるという利点がある。

0090

C.第3実施例:図24は、本発明の第3実施例としての投写型表示装置3000における光学系の要部を示す概略平面図である。この投写型表示装置3000は、第1実施例の投写型表示装置1000の赤色光用および青色光用のDMD300R、300BをDMD300Ra,300Baに変更し、新たに反射ミラー290を備えることにより、緑色光用のDMD300Gの配置位置を変更したものであり、これら以外の他の構成は第1実施例と同じである。

0091

緑色光用のDMD300Gは、青色光用のDMD300Baと同じ方向を向くように配置されている。反射ミラー290は、色光分離プリズム200から色光合成プリズム400までの緑色光の光路上に配置されており、色光分離プリズム200から射出された緑色光をDMD300Gの方向に反射し、DMD300Gから射出された緑色光を色光合成プリズム400の方向に反射する。なお、緑色光用のDMD300Gを、赤色光用のDMD300Raと同じ方向を向くように配置してもよい。

0092

この投写型表示装置3000は、第2実施例の投写型表示装置2000(図22)のように赤色光用および青色光用のDMD300Ra,300Baの配置位置を変更する代わりに、緑色光用のDMD300Gの配置位置を変更した例を示している。

0093

緑色光用のDMD300Gから射出された緑色光は、投写レンズ500に入射するまでに反射ミラー290で1回反射される。一方、赤色光用のDMD300Raから射出された赤色光は、色光合成プリズム400の赤色光反射面402Rで1回反射される。また、青色光用のDMD300Baから射出された青色光も、色光合成プリズム400の青色光反射面402Rで1回反射される。この場合、各色光用のDMD300Ra,300G,300Baから射出された色光の反射回数が1回と同じになっている。この結果、第2実施例の投写型表示装置2000と同様に、赤色光用および青色光用のDMD300Ra,300Baの光照射面302の傾きを、緑色光用のDMD300Gの光照射面302の傾きと同じにすることができる。この結果、第3実施例の投写型表示装置3000も、同じ種類のDMDを用いることができるという利点がある。

0094

本実施例では、各色光用のDMD300Ra,300G,300Baから射出された各色光が、投写レンズ500に到達するまでの光路上で反射される回数が1回で統一されている場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。各色光用のDMD300Ra,300G,300Baから射出された各色光が、投写レンズ500に到達するまでの光路上で反射される回数が奇数で統一されるように、各色光用のDMD300R,300G,300Bから投写レンズ500までの間の光路上に反射ミラーを設けるようにしてもよい。

0095

なお、本発明は上記の各実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

0096

(1)第2実施例は、各色光用のDMD300Ra,300G,300Baから射出された各色光が、投写レンズ500に到達するまでの光路上で反射される回数が偶数で統一されており、また、第3実施例は、奇数で統一されている。すなわち、各色光用のDMD300Ra,300G,300Baから射出された各色光が、投写レンズ500に到達するまでの光路上で反射される回数が奇数または偶数で統一されていればよい。このようにすれば、各色光用のDMDとして同じ種類のDMDを用いることができる。

0097

(2)上記各実施例において用いたDMDは、マイクロミラーの回動軸が約45度の傾斜を有し、回動範囲が±10度の場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、回動軸が縦方向または横方向を向いているような場合であってもよい。また、回動範囲が±10度でなくてもよい。いずれの場合においても、従来必要としていた反射/透過型プリズムを省略することができるように、照明光学系と、色光分離プリズムと、3つのDMDと、色光分離プリズムとが、色光分離プリズムから射出された各色光が対応するDMDに入射され、各色光用のDMDで反射された各色光が色光合成プリズムに入射するように配置されておればよい。

0098

(3)上記各実施例では、DMDを用いた投写型表示装置を例に説明しているが、これに限定されるものではない。本発明は、光照射面に照射された光の射出方向を、与えられた画像データ(信号)に応じて制御することにより、光照射面に照射された光を変調し、画像を表す画像光を射出する射出方向制御型光変調装置を用いた投写型表示装置に適用可能である。

0099

(4)上記各実施例では、照明光学系として、s偏光光を射出する偏光照明光学系を適用した場合を例に説明しているが、これに限定されるものではなく、非偏光な光を射出する照明光学系を用いることもできる。また、照明光学系として、レンズアレイを用いたインテグレータ光学系を適用した場合を例に説明しているが、インテグレータロッドを用いたインテグレータ光学系を適用することも可能である。また、インテグレータ光学系を適用しない照明光学系を用いることも可能である。

0100

(5)上記各実施例では、色光分離光学系および色光合成光学系として赤色光反射面と青色光反射面とが略X字状に形成されたプリズムを用いているが、赤色光反射面と青色光反射面とが略X字状に形成されたクロスダイクロイックミラーを用いることもできる。

0101

(6)上記各実施例では、説明を容易にするため、照明光学系から色光分離プリズムまでの光路を直線的に配置した例を示しているが、これに限定されるものではない。この光路上に反射ミラーを置くことによって照明光学系の配置を変更することも可能である。同様に、色光合成プリズムから投写レンズまでの光路上に反射ミラーを置くことにより、投写レンズの配置を変更することもできる。

図面の簡単な説明

0102

図1本発明の第1実施例としての投写型表示装置1000における光学系の要部を示す概略斜視図である。
図2本発明の第1実施例としての投写型表示装置1000における光学系の要部を示す概略平面図である。
図3本発明の第1実施例としての投写型表示装置1000における光学系の要部を示す概略正面図である。
図4本発明の第1実施例としての投写型表示装置1000における光学系の要部を示す概略側面図である。
図5照明光学系100の構成を示す説明図である。
図6第1のレンズアレイ120の外観を示す斜視図である。
図7偏光変換光学系140の構成およびその機能を示す説明図である。
図8色光分離プリズム200の構造を示す説明図である。
図9色光分離プリズム200を作製する方法について示す説明図である。
図10色光分離プリズム200を作製する方法について示す説明図である。
図11各色光用のDMD300R,300G,300Bの光照射面302を示す説明図である。
図12図11の矢印方向から見たマイクロミラー304への入射光とその反射光とを含む面、すなわち、回動軸304cに垂直な断面における光路を示す説明図である。
図13色光合成プリズム400の構造を示す説明図である。
図14色光合成プリズム400を作製する方法について示す説明図である。
図15各色光用のDMD300R,300G,300Bの光照射面302の向きおよび各色の投写される画像を示す説明図である。
図16投写型表示装置1000の設置方法について示す説明図である。
図17色光合成プリズム400およびλ/2位相差板260を示す平面図である。
図18赤色光反射面402Rの赤色反射膜の分光反射率特性の一例を示すグラフである。
図19青色光反射面402Bの青色反射膜の分光反射率特性の一例を示すグラフである。
図20投写型表示装置1000の変形例である投写型表示装置1000Aを示す概略側面図である。
図21投写型表示装置1000の他の変形例である投写型表示装置1000Bを示す概略側面図である。
図22本発明の第2実施例としての投写型表示装置2000における光学系の要部を示す概略平面図である。
図23各色光用のDMD300Ra,300G,300Baの光照射面302の向きおよび各色の投写される画像を示す説明図である。
図24本発明の第3実施例としての投写型表示装置3000における光学系の要部を示す概略平面図である。
図25従来の投写型表示装置の例を示す概略平面図である。

--

0103

100…照明光学系
100LC…照明光軸
110…光源
110LC…光源光軸
112…光源ランプ
114…凹面鏡
120…第1のレンズアレイ
122…小レンズ
130…第2のレンズアレイ
133…小レンズ
140…偏光変換光学系
142…遮光板
142a…遮光面
142b…開口面
144…偏光ビームスプリッタアレイ
144a…透光性板材
144b…偏光分離膜
144c…反射膜
146…選択位相差板
146a…λ/2位相差層
146b…開口層
150…重畳レンズ
200…色光分離プリズム
200A…色光分離プリズム
200B…色光分離プリズム
200C…色光分離プリズム
200O…クロスダイクロイックプリズム
202B…青色光反射面
202R…赤色光反射面
202c…交差軸
204…光入射面
206R…赤色光射出面
206B…青色光射出面
206G…緑色光射出面
250R,250G,250B…コンデンサーレンズ
270…反射ミラー
280…反射ミラー
290…反射ミラー
300…照明対象
300R,300G,300B…DMD
300Ra,300Ba…DMD
302…光照射面
302c…中心軸
304…マイクロミラー
304…画素
304c…回動軸
400…色光合成プリズム
400A…色光合成プリズム
400O…クロスダイクロイックプリズム
402B…青色光反射面
402R…青色光反射面
402c…交差軸
404B…青色光入射面
404G…緑色光入射面
404R…赤色光入射面
406…合成光射出面
500…投写レンズ
1000…投写型表示装置
1010…支持具
1000A…投写型表示装置
1000B…投写型表示装置
2000…投写型表示装置
3000…投写型表示装置
6000…投写型表示装置
6100…照明光学系
6110…光源
6120…コンデンサレンズ
6130…反射ミラー
6200…TIRプリズム
6200…プリズム
6300…色光分離合成プリズム
6400R,6400G,6400B…DMD
6500…投写レンズ

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