JP3769980B2 - 投写型表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置は、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（画像光）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２１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後述する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（Total Internal Reflection ）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において再び合成結合されて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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型表示装置６０００は、カラー画像を表示するために、照明光学系６１００から射出された照明光を色光分離合成プリズム６３００において３色の色光に一旦分離し、分離された各色光を３つのＤＭＤ６４００Ｒ，６４００Ｇ，６４００Ｂで変調し、各ＤＭＤ６４００Ｒ，６４００Ｇ，６４００Ｂで変調された光を再び色光分離合成プリズム６３００で合成している。すなわち、色光分離合成プリズム６３００は、分離と合成の両方の機能を有するように構成されている。このため、色光分離合成プリズム６３００のサイズが大きくなっている。
【０００７】
また、ＤＭＤのような光の射出方向を制御するタイプの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に制約があり、色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズム６２００を、この制約を満足するように構成する必要がある。例えば、この制約を満足するため、通常、投写型表示装置を構成する光学要素や光学系を立体的に配置する場合があり、この結果として色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズム６２００のサイズがさらに大きくなっている場合がある。
【０００８】
従来の投写型表示装置は、このように、色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズムのサイズが大きくなっているために、小型化が困難であるという問題があった。
【０００９】
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
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複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光ごとに設けられ、光照射面で反射される色光の射出方向を、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複数の射出方向制御型光変調装置と、
前記複数の射出方向制御型光変調装置から射出された複数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、
前記色光分離光学系から前記色光合成光学系までの各色光の光路上にそれぞれ設けられ、前記色光分離光学系から入射した色光をその色光に対応する射出方向制御型光変調装置の方向に向けて射出するとともに、前記対応する射出方向制御型光変調装置で変調されて入射した色光を前記色光合成光学系の方向に向けて射出する複数の射出方向規定光学系と、を備え、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、それぞれを通過する光の中心軸が略同一平面上に存在するように略平面的に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、投写型表示装置を構成する各光学系の構成要素を、平面的に配置して装置を薄型にすることができるので、投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
上記投写型表示装置において、
前記各色光用の射出方向規定光学系は、前記色光分離光学系から入射する色光と、対応する射出方向制御型光変調装置で反射されて再入射する色光とのうち、いずれか一方を反射し他方を透過させる反射／透過面を有することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、容易に、色光分離光学系から射出されて対応する射出方向規定光学系に入射する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とともに、対応する射出方向制御型光変調装置から射出された色光を色光合成光学系の方向に射出することができる。
【００１４】
ここで、前記各色光用の射出方向規定光学系は、ギャップを挟んで２つのプリズム柱が組み合わされ、前記ギャップと前記プリズム柱との界面で前記反射／透過面が構成される反射／透過型プリズムにより構成できる。
【００１５】
また、前記各色光用の射出方向規定光学系は、それぞれ、
所定の偏光方向を有する第１の直線偏光光を透過し、前記所定の偏光方向に垂直な方向を有する第２の直線偏光光を反射することによって前記反射／透過面として機能する偏光分離膜と、
対応する射出方向制御型光変調装置と前記偏光分離膜との間の光路上に配置されたλ／４位相差板と、を備え、
前記照明光学系は、非偏光な光を、前記第１または第２の直線偏光光に変換する偏光変換光学系を、備えて構成することもできる。
【００１６】
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、前記複数の色光の光路で構成される光路平面に対して、各光照射面の辺が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、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系と、前記投写光学系とを収納する筐体と、
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。
【００１８】
ここで、
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で反射される回数が奇数または偶数で統一されるように、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置と、対応する各色光用の射出方向規定光学系との位置関係が設定されていることが好ましい。
【００１９】
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。
【００２０】
このとき、前記照明光学系は、前記照明光学系から射出された光が、前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面を少なくとも含み、前記光照射面にほぼ相似な輪郭を有する照明領域を照明するように構成されており、
前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面に照射された各色光の、前記照明光学系から前記各色の射出方向制御型光変調装置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るように、前記色光分離光学系および前記複数の射出方向規定光学系が構成されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、照明光学系から射出された光を各色光用の射出方向制御型光変調装置の光照射面により有効に照射させることができる。
【００２２】
上記投写型表示装置において、
前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、前記色光分離光学系で分離されて前記色光合成光学系で合成されるまでの各色光の光路長が等しくなるように配置されていることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、色光分離光学系と複数の射出方向規定光学系と色光合成光学系とを小型化することができるので、投写型表示装置の小型化をさらに図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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り、図２は概略平面図である。この投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、３つのＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、３つのＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写レンズ６００と、λ／２位相差板７００とを備えている。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。色光分離光学系２００は、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０，２４０と、コンデンサーレンズ２５０，２６０とを備えている。ここで、互いに直交する軸をｘ，ｙ，ｚとし、投写レンズ６００の光軸に平行で投写方向を正とする方向をｚとする。このとき、投写型表示装置１０００を構成する各光学系の各構成要素は、各構成要素を通過する光の中心軸（図１のシステム光軸ＬＣ上にある）が略同一平面（ｘｚ平面に平行な平面）上に位置するように平面的に配置されている。
【００２５】
図３は、照明光学系１００の構成を示す説明図である。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、システムシステム光軸ＬＣ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の光軸（光源光軸）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システム光軸ＬＣに一致するように配置されている。光源光軸１１０ＬＣはシステム光軸ＬＣ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。
【００２６】
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や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、放物面鏡や楕円面鏡が用いられる。
【００２７】
図４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。
【００２８】
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。
【００２９】
図５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５（Ａ）は偏光変換光学系１４０の斜視図であり、図５（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の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。
【００３０】
遮光板１４２は、図５（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。
【００３１】
遮光板１４２の開口面１４２ｂを通過した非偏光な光線束（図５（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５（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１４４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。
【００３２】
ところで、図５（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１１０の光軸１１０ＬＣは、システム光軸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。
【００３３】
偏光変換光学系１４０から射出される複数の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光学系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。
【００３４】
ここで、後述するようにＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２は、光照射面３０２に垂直な中心軸を中心として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（図１）。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の光照射面３０２を有効に照明するように、システム光軸ＬＣを中心に所定の傾きに対応する角度で回転配置されている。
【００３５】
図２の照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０に入射する。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０には、赤色光反射面２１２と緑色光青色光反射面２１４とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射面２１２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が形成されている。緑色光青色光反射面２１４には、赤色光成分を透過し赤色光成分よりも短波長の色光成分を反射する誘電体多層膜が形成されている。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０に入射した光のうち赤色光成分は、赤色光反射面２１２で反射して反射ミラー２４０の方向に射出される。赤色光成分を除く色光成分（すなわち、緑色光成分と青色光成分の合成光）は、緑色光青色光反射面２１４で反射して反射ミラー２３０の方向に射出される。
【００３６】
反射ミラー２３０で反射した緑色光成分と青色光成分の合成光は、コンデンサーレンズ２５０を介してダイクロイックミラー２２０に入射する。ダイクロイックミラー２２０は、その入射面上に青色光成分を透過し緑色光成分を反射する誘電体多層膜が形成されている。したがって、ダイクロイックミラー２２０に入射した緑色光成分と青色光成分の合成光は青色光成分と緑色光成分とに分離され、青色光成分はダイクロイックミラー２２０を透過し、緑色光成分は反射される。ダイクロイックミラー２２０で反射された緑色光は緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇに入射し、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光は青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する。また、反射ミラー２４０で反射された赤色光成分は、コンデンサーレンズ２６０を介して赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒに入射する。なお、コンデンサーレンズ２５０，２６０は、入射する各部分光線束を、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。
【００３７】
以上のように、色光分離光学系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機能を有している。
【００３８】
青色光用のＤＭＤ３００Ｂは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３の方向を向くように、ｙｚ平面に平行に配置されている。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂは、ＤＭＤ３００Ｂと青色光入射側面５０３との間に配置されている。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂにｚ軸にほぼ平行に入射した青色光は、ギャップ４０２Ｂの界面で全反射して入射角約２０度でＤＭＤ３００Ｂに入射する。ＤＭＤ３００Ｂに入射した青色光は反射されて射出される。ＤＭＤ３００Ｂから射出された青色光のうち、ｘ軸にほぼ平行に射出された青色光は、ＴＩＲプリズム４００Ｂのギャップ４０２Ｂを透過して、青色光入射側面５０３から第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射する。すなわち、ＴＩＲプリズム４００Ｂのギャップ４０２Ｂは、ダイクロイックミラー２２０から射出されてｚ軸に平行に入射する青色光をＤＭＤ３００Ｂに入射角２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｂからｘ軸に平行に射出された光を透過するように形成されている。
【００３９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２の方向を向くように、ｘｙ平面に平行に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇは、ＤＭＤ３００Ｇと緑色光入射側面５０２との間に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇは、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に、ダイクロイックミラー２２０から射出されてｘ軸に平行に入射する緑色光をＤＭＤ３００Ｇに入射角約２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｇからｚ軸に平行に射出された緑色光を透過するように形成されている。
【００４０】
赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光入射側面５０１の方向を向くように、ｙｚ平面に平行に配置されている。赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒは、ＤＭＤ３００Ｒと赤色光入射側面５０１との間に配置されている。赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒも、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に、反射ミラー２４０から射出されてｚ軸に平行に入射する赤色光をＤＭＤ３００Ｒに入射角約２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｒからｘ軸に平行に射出された赤色光を透過するように形成されている。
【００４１】
なお、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する光には、ｚ軸に平行でない成分も含んでおり、このような成分の光は、ギャップ４０２Ｂで全反射されない場合があり、また、ＤＭＤ３００Ｂから射出された後にギャップ４０２Ｂの界面で反射されてしまい透過できない場合もある。そこで、ギャップ４０２Ｂは、ＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する青色光の光の角度成分に応じて、ＤＭＤ３００Ｂから射出されて青色の画像を表すための光の利用効率がより良くなるように反射と透過の特性（具体的にはギャップ４０２Ｂの界面の角度とプリズムの光学定数）が調整されている。他の色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇも同様である。
【００４２】
以上、説明からわかるように、各色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂが本発明の反射／透過型プリズム、すなわち、射出方向規定光学系に相当する。
【００４３】
図６は、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂの構成例について示す説明図である。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂは、例えば、次のように作製することができる。まず、３５度および５５度の頂角を有する２つの直角プリズム４２０を準備する。そして、ギャップ４０２Ｂの大きさに相当するスペーサを介して２つの直角プリズムの斜面４２６同士を貼り合わせて１つのプリズム柱を作製する。次に、作製されたプリズム柱を側面４２２に垂直な切断面ＳＬ１，ＳＬ２、および側面４２４に垂直な切断面ＳＬ３で切断し、各側面を研磨する。これにより、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂを作製することができる。また、赤色および緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇも青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に作製することができる。
【００４４】
図２の各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂによって変調されることによりＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００ＢのＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと対向する面に対してほぼ垂直に射出され、各色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを透過した各色光は、各色光の入射側面５０１，５０２，５０３から第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射する。
【００４５】
第２のクロスダイクロイックプリズム５００には、赤色光反射面５０６と青色光反射面５０８とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射面５０６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を透過するする誘電体多層膜が形成されている。青色光反射面５０８には、青色光成分を反射し青色光よりも長波長の色光を透過する誘電体多層膜が形成されている。赤色光入射側面５０１から入射した赤色光は、赤色光反射面５０６で反射されて投写レンズ６００の方向に射出される。青色光入射側面５０３から入射した青色光は、青色光反射面５０８で反射されて投写レンズ６００の方向に射出される。緑色光入射側面５０２から入射した緑色光は、赤色光反射面５０６および青色光反射面５０８の両方を透過して投写レンズ６００の方向にそのまま射出される。これにより、第２のクロスダイクロイックプリズム５００は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された各色光を合成して、カラー画像を表す画像光を射出することができる。第２のクロスダイクロイックプリズム５００は、本発明の色光合成光学系に相当する。
【００４６】
第２のクロスダイクロイックプリズム５００で合成された画像光は、投写レンズ６００を介して投写され、画像が表示される。この投写レンズ６００が本発明の投写光学系に相当する。
【００４７】
図７は、青色光用のＤＭＤ３００Ｂについて示す説明図である。図７（Ａ）は、青色光用のＤＭＤ３００Ｂの光照射面３０２の概略を示す説明図である。ＤＭＤ３００Ｂの光照射面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、左下と右上の頂点を結ぶ対角線を回動軸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、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】
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。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、ＤＭＤ３００Ｂ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）を有するように右斜め下方向または左斜め上方向から入射される。一方、ＴＩＲプリズム４００Ｂで反射されてＤＭＤ３００Ｂに入射する照明光ＩＲは、水平面上の光路を通ってＤＭＤ３００Ｂに入射する（図１）。そこで、本実施例においては、図７（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ３００Ｂを、光照射面３０２を反時計周りに４５度回転させて、各マイクロミラー３０４の回動軸３０４ｃが上下方向を向くように配置している。これにより、照明光ＩＲ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を右水平方向から入射させるようにしている。なお、照明光ＩＲを左方向から入射させるようにしてもよい。
【００４９】
図８は、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８（Ａ）は、照明光ＩＲを右水平方向から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８に破線で示す）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に垂直な中心軸に平行な線）から＋θＬだけ傾いた方向からマイクロミラー３０４に入射させる。
【００５０】
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。
【００５１】
ここで、反射光ＲＲ（＋θｌ）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を反転させた画像を表示させることができる。
【００５２】
本実施例においては、θＬ＝２・θｒ（≒２０度）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）に平行な方向を向くように設定し、反射光ＲＲ（＋θｒ）を有効光ＥＲとしている。上述した青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂにおいて、ｚ軸にほぼ平行に入射した光を反射してＤＭＤ３００Ｂに入射角約２０度で入射させるようにし、青色光用のＤＭＤ３００Ｂからｘ軸にほぼ平行に射出された光を透過して第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射させるようにしているのは、このためである。
【００５３】
なお、図８（Ｂ）に示すように、各マイクロミラー３０４に対して左方向から照明光ＩＲを入射させた場合には、照明光ＩＲを右方向から入射させた場合と対称な動作となる。すなわち、マイクロミラー３０４が平面Ｆに対して−θｒだけ傾いた場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから＋２・（θＬ−θｌ）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。θＬ＝２・θｒ（≒２０度）の場合には、マイクロミラー３０４が平面Ｆに対して−θｒだけ傾いた場合に、反射光ＲＲ（−θｒ）が法線Ｆｎに平行な方向を向く。
【００５４】
図９は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。なお、図９（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６００の構成に応じて上下方向が反転する場合もある。各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された各色の画像光のうち、赤色光および青色光は、図２に示す第２のクロスダイクロイックプリズム５００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、ＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｂに形成される画像とは左右方向が反転する。第２のクロスダイクロイックプリズム５００において合成された画像光によって形成される各色の画像の左右方向を一致させるために、通常は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに与えられる各色の画像データの左右方向をこれらの反転が吸収されるように調整する。
【００５５】
ところで、本実施例においては、図７を用いて説明したように、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対して照明光ＩＲを水平方向から入射させるために、各画素３０４の回動軸３０４ｃが上下方向を向くようにそれぞれの光照射面３０２を傾けて配置している。このとき、図９（Ａ−１）に示すように青色光用のＤＭＤ３００Ｂの光照射面３０２は、反時計周りに４５度傾いて配置されている。このＤＭＤ３００Ｂから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で一回反射されるとその傾きが反転するので、投写される画像は図９（Ａ−２）に示すように時計周りに４５度傾いていることになる。赤色光用と緑色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇの光照射面３０２の配置の傾きも、投写される画像の向きが青色光の画像の向きと一致するように、ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇから射出された光の反転回数に応じて調整される。具体的には、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇは、ＤＭＤ３００Ｇから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射されずに透過するため、図９（Ｂ−２）に示す投写される画像の向きと一致するように配置される。すなわち、図９（Ｂ−１）に示すように、青色光用のＤＭＤ３００Ｂとは対称に、時計回りに約４５度傾けて配置される。赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、ＤＭＤ３００Ｒから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射されるので、図９（Ｃ−２）に示す投写される画像の向きと対称となるように配置される。すなわち、図９（Ｃ−１）に示すように、青色光用のＤＭＤ３００Ｂと同様に、反時計周りに約４５度傾けて配置される。また、与えられる各色の画像データの左右方向の向きは、緑色を基準とすると、青色および赤色の画像データいついて左右方向が反対向きに与えられる。
【００５６】
なお、図９に示すように各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを傾けて配置した場合に、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇには、図７に示した各マイクロミラー３０４の右上と左下の頂点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の左上と右下の頂点を結ぶ対角線を回動軸３０４ｃとする種類のＤＭＤが用いられる。
【００５７】
また、緑色および赤色光用のＤＭＤ３００Ｇ，３００Ｒには、図２に示したように、光照射面３０２に対して左方向から光を入射させている。したがって、上述したように、各マイクロミラーの動作が図８（Ｂ）を用いて説明したように反対になる。したがって、各色の画像データ（暗から明までの階調データ）を反転して与える必要がある。すなわち、暗データを明データとし、明データを暗データとして与える必要がある。
【００５８】
以上説明した投写型表示装置１０００においては、以下に示す点から、従来の投写型表示装置に比べて小型化が可能である。図１０は、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの各色光の光路を示す説明図である。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの赤色光の光路長Ｌ１と青色光の光路長Ｌ２は等しく設定されている。また、ダイクロイックミラー２２０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの緑色光の光路長Ｌ３と青色光の光路長Ｌ４も等しく設定されている。これにより、赤、緑、青の各色光の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの光路長が等しく設定されている。この結果、各色光の光路長が異なる場合に、通常設けられるリレー光学系のような種々の光学系を省略することができるので、投写型表示装置１０００を小型にすることができる。
【００５９】
なお、各色光の光路長を等しくするには、以下のように各色光の光路を設定すればよい。すなわち、２つの色光に分離する分離位置と、２つの色光を合成する合成位置とを結ぶ線に対して、２つの色光の光路が対称な光路となるように配置されているようにすればよい。図１０の例では、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０で分離された赤色光の光路と赤色光を除く光の光路とが、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０の中心と第２のクロスダイクロイックプリズム５００の中心とを結ぶ線ＳＬ１に対して対称となるように設定されている。また、ダイクロイックミラー２２０で分離された緑色光の光路と青色光の光路とが、ダイクロイックミラー２２０の中心と第２のクロスダイクロイックプリズム５００の中心とを結ぶ線ＳＬ２に対して対称となるように設定されている。
【００６０】
また、上述したように、本実施例の投写型表示装置１０００は、照明光学系１００から射出された光を、色光分離光学系２００において赤色、青色、緑色の各色光に分離し、各色光ごとに、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて各色の画像を表す光を射出し、第２のクロスダイクロイックプリズム５００において合成することにより、カラー画像を表す画像光を形成するようにしている。すなわち、投写型表示装置１０００を構成する光学系を各色光ごとに分離して構成している。そして、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに水平方向から光を入射させるように傾けて配置している。これにより、図１に示したように、各光学系を構成する構成要素を平面的に配置することができるので、投写型表示装置１０００の光学系の配置スペースを薄く小型にすることができる。この結果、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。
【００６１】
図１１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１１（Ａ−１）に示すように、投写型表示装置１０００を図２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１１（Ａ−２）に示すように、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇの光照射面３０２の傾き（図９（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１１（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、図２のｘｚ平面が平面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１１（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１１（Ａ−１）に示すように、光学系全体の光路が水平になる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が可能である。
【００６２】
ところで、図２に示すように、緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２との間には、λ／２位相差板７００が設けられている。このλ／２位相差板７００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。緑色光用のＤＭＤ３００Ｇから射出された緑色光は、照明光学系１００から射出された照明光と同じｓ偏光光であるので、λ／２位相差板７００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、第２のクロスダイクロイックプリズム５００における緑色光の透過率を向上させるためである。
【００６３】
図１２と図１３は、赤色光反射面５０６の赤色反射膜と青色光反射面５０８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１２と図１３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。
【００６４】
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１２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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この赤色光は図１２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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この緑色光は図１２の特性を有する赤色反射膜をほぼ１００％透過する。
【００６５】
一方、図１３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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この青色光は図６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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この緑色光は図１３の特性を有する青色反射膜をほぼ１００％透過する。
【００６６】
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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射させ、緑色光をｐ偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００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。
【００６７】
なお、第２のクロスダイクロイックプリズム５００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７００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。
【００６８】
Ｂ．第２実施例：
図１４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の緑色光用のＤＭＤ３００ＧとＴＩＲプリズム４００Ｇの構成を変更したものであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００６９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａは、光照射面３０２がダイクロイックミラー２２０の方向を向くように、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇａは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇとダイクロイックミラー２２０との間に配置されている。ダイクロイックミラー２２０から緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇに入射した緑色光は、ギャップ４０２Ｇａを透過しＤＭＤ３００Ｇに入射する。ＤＭＤ３００Ｇに入射した緑色光は反射されて射出される。
【００７０】
図１５は、ＤＭＤ３００Ｇａにおけるマイクロミラー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。
【００７１】
マイクロミラー３０４の回動角度±θｒは、他のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂと同じである。照明光ＩＲは、光照射面３０２に平行な平面Ｆの法線Ｆｎに平行にマイクロミラー３０４に入射する。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・θｒだけ傾いた方向に反射光ＲＲ（＋θｒ）として反射され、有効光ＥＲとして利用される。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・θｒだけ傾いた方向に反射光ＲＲ（−θｒ）として反射され、無効光ＵＲとなる。なお、θｒ≒１０度であるので、有効光ＥＲは、反射角２０度で射出される。
【００７２】
ＴＩＲプリズム４００Ｇａのギャップ４０２Ｇａは、ＤＭＤ３００Ｇａから反射角約２０度で射出する緑色光を反射して、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２にほぼ垂直に入射させるように形成されている。
【００７３】
図１６は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａから射出された緑色光は、投写レンズ６００に入射するまでに、緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇａで一回反射される。この反射回数は、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇから射出された色光が投写レンズ６００に入射するまでに第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射される回数と同じに設定されている。これにより、ＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２の傾きを、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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実施例における緑色光用のＤＭＤ３００Ｇが他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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。
【００７４】
なお、色光分離光学系２００で分離された各色光が照明する各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ上の照明領域は、光を有効に利用するため、第１実施例において説明したように、光照射面３０２に相似な輪郭を有すように設定する場合が多い。各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２が傾いて配置されている場合に、照明光学系１００から射出された光を有効に利用するためには、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２上の照明領域が各光照射面３０２の傾斜に合わせて、傾斜していることが好ましい。このため、照明光学系１００は、照明光学系１００から射出される照明光の輪郭形状の傾きが、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２の傾きに一致するように照明光学系１００の中心軸を中心として傾けて配置されている。このとき、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において、各色光が反射される回数が偶数回の場合には、照明領域の傾きが光照射面３０２とは反対向きとなってしまうため、光の利用効率が低下してしまう。そこで、本実施例の投写型表示装置２０００においては、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において反射される色光の回数が奇数回で統一されていることが好ましい。図１７では、各色光の反射される回数が３回で統一されている。なお、必ずしも同じ回数である必要はない。すなわち、照明領域の左右方向の傾斜の向きを、光照射面３０２の左右方向の傾斜の向きと一致させればよいので、奇数であれば反射回数が色光によって異なっていてもよい。なお、照明光学系１０００は、照明光学系１００から射出される照明光の輪郭形状の傾きが、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２の傾きとは反対の傾きを有するように照明光学系１００の中心軸を中心として傾けて配置されるようにすることもできる。この場合には、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において反射される色光の回数が偶数回で統一されていることが好ましい。
【００７５】
図１７は、図１４に示した投写型表示装置２０００の変形例である投写型表示装置２０００Ａを示す概略平面図である。この投写型表示装置２０００Ａは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａをｙｚ平面に平行ではなく、ｙｚ平面に対して反時計周りに２０度傾けて配置したものである。この場合には、投写型表示装置２０００において緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２に垂直に入射させていた光を、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂと同様に入射角２０度で入射させることができる。
【００７６】
Ｃ．第３実施例：
図１８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の緑色光用のＤＭＤ３００ＧをＤＭＤ３００Ｇａに置き換え、赤色および青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｂを、ＴＩＲプリズム４００Ｒａ，４００Ｂａに置き換えた構成を示している。また、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、光照射面３０２が反射ミラー２４０の方向を向くように、赤色光入射側面５０１に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置され、赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａは、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒと反射ミラー２４０との間に配置されている。青色光用のＤＭＤ３００Ｂは、光照射面３０２がダイクロイックミラー２２０の方向を向くように、青色光入射側面５０３に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置され、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａは、青色光用のＤＭＤ３００Ｂとダイクロイックミラー２２０との間に配置されている。なお、他の構成は、第１実施例と同じである。
【００７７】
赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａに入射した赤色光は、ギャップ４０２Ｒａを透過しＤＭＤ３００Ｒに入射する。ＤＭＤ３００Ｒに入射した赤色光は反射されて射出され、赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａのギャップ４０２Ｒａで反射されて第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光入射側面５０１にほぼ垂直に入射する。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａに入射した青色光も、ギャップ４０２Ｂａを透過しＤＭＤ３００Ｂに入射する。ＤＭＤ３００Ｂに入射した青色光は反射されて射出され、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａのギャップ４０２Ｂａで反射されて第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３にほぼ垂直に入射する。
【００７８】
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（図２）における緑色光用のＤＭＤ３００Ｇに対して第２実施例の投写型表示装置２０００（図１３）のように緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａの配置の向きを変更する代わりに、変わりに、赤色および青色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇの配置の向きを変更した例を示している。
【００７９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａ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６００に入射する。一方、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒから射出された光は、ＴＩＲプリズム４００Ｒａと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光反射面５０６で２回反射される。また、青色光用のＤＭＤ３００Ｂから射出された光も、ＴＩＲプリズム４００Ｂａと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光反射面５０８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、同じ偶数であるので、第２実施例の投写型表示装置２０００と同様に、ＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２の傾きを、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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。
【００８０】
なお、本実施例の投写型表示装置３０００においても、第２実施例の投写型表示装置の変形例２０００Ａと同様に、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒをｘｙ平面に対して反時計周りに２０度傾けて配置し、青色光用のＤＭＤ３００Ｂをｘｙ平面に対して時計回りに２０度傾けて配置させることもできる。
【００８１】
Ｄ．第４実施例：
本発明の第４実施例としての投写型表示装置４０００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４０００は、第２実施例の投写型表示装置２０００の射出方向規定光学系としてのＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを別の射出方向規定光学系に変更したものであり、他の構成は第２実施例と同じである。
【００８２】
λ
青色光用の射出方向規定光学系８００Ｂは、青色光用のＤＭＤ３００Ｂと第２のクロスダイクロイックプリズム５００との間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｂと、偏光分離膜８２０Ｂと青色光用のＤＭＤ３００Ｂとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｂと、偏光分離膜８２０Ｂと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｂとを備えている。偏光分離膜８２０Ｂは、図５を用いて説明した偏光変換光学系１４０の偏光分離膜１４４ｂと同様に、ｓ偏光光を反射しｐ偏光光を透過する誘電体多層膜である。偏光分離膜８２０Ｂは、ｚ軸に平行な青色のｓ偏光光を青色光用のＤＭＤ３００Ｂに入射角約２０度で入射させるようにｙｚ平面に対して傾けて配置されている。偏光分離膜偏光分離膜８２０Ｂで反射された青色光は、λ／４位相差板８４０Ｂを通過する際に円偏光光に変換される。円偏光の青色光は、ＤＭＤ３００Ｂで反射される際に回転方向が反転するので、再びλ／４位相差板８４０Ｂに入射してｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光の青色光は、偏光分離膜８２０Ｂを透過し、λ／２位相差板８６０Ｂでｓ偏光光に変換されて、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３に入射される。
【００８３】
赤色光用の射出方向規定光学系８００Ｒも、青色光用の射出方向規定光学系８００Ｂと同様な構成を有しており、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒと第２のクロスダイクロイックプリズム５００との間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｒと、偏光分離膜８２０Ｒと赤色光用のＤＭＤ３００Ｒとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｒと、偏光分離膜８２０Ｒと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｒとを備えている。
【００８４】
緑色光用の射出方向規定光学系８００Ｇは、ダイクロイックミラー２２０と青色光用のＤＭＤ３００Ｇａとの間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｇと、偏光分離膜８２０Ｇと青色光用のＤＭＤ３００Ｇａとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｇと、偏光分離膜８２０Ｇと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｇとを備えている。さらに、ダイクロイックミラー２２０と偏光分離膜８２０Ｇとの間の光路上にλ／２位相差板８８０Ｇを備えている。偏光分離膜８２０Ｒは、偏光分離膜８２０Ｂ，８２０Ｒと同様に、ｓ偏光光を反射しｐ偏光光を透過する。λ／２位相差板８８０Ｇは、ダイクロイックミラー２２０から射出された緑色光が偏光分離膜８２０Ｇを透過して緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａに入射するように、ｓ偏光の緑色光をｐ偏光光に変換する。ｐ偏光の緑色光は、偏光分離膜８２０Ｇを透過して、λ／４位相差板８４０Ｇを通過する際に円偏光光に変換される。円偏光の緑色光は、ＤＭＤ３００Ｒで反射され、再びλ／４位相差板８４０Ｇに入射してｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光の緑色光は、偏光分離膜８２０Ｇで反射される。偏光分離膜８２０Ｇは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａから反射角約２０度で射出された緑色光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２にほぼ垂直に入射するように配置されている。偏光分離膜偏光分離膜８２０Ｒで反射されたｓ偏光の緑色光は、λ／４位相差板８６０Ｇに入射してｐ偏光光に変換されて、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２に入射される。
【００８５】
なお、各色光用の偏光分離膜８２０Ｒ，８２０Ｇ，８２０Ｂが本発明の反射／透過面に相当する。
【００８６】
第４実施例の投写型表示装置４０００においても、投写型表示装置を小型化することが可能である。また、各色光用の射出方向規定光学系を、ＴＩＲプリズムではなく、色光分離膜と、λ／４位相差板により構成しているので、ＴＩＲプリズムを用いた場合に比べて、さらに、小型化が可能であるという利点がある。
【００８７】
Ｅ．第５実施例：
図２０は、本発明の第５実施例としての投写型表示装置５０００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５０００は、第２実施例の投写型表示装置２０００の色光分離光学系２００の構成を変更するとともに、照明光学系１００の位置を変更したものであり、他の構成は第２実施例と同じである。
【００８８】
色光分離光学系２００Ａは、図１４の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０を省略し、反射ミラー２３０をダイクロイックミラー２３０Ａに置き換えたものである。照明光学系１００は、射出される光をダイクロイックミラー２３０Ａに入射するように配置されている。ダイクロイックミラー２３０Ａは、その入射面上に赤色光成分を反射し、赤色光よりも波長の短い色光（緑色光成分および青色光成分）を反射する誘電体多層膜が形成されている。したがって、第１のダイクロイックミラー２３０Ａに入射した光は、赤色光成分と赤色光成分を除く色光成分とに分離される。赤色光成分を除く色光成分は第２のダイクロイックミラー２２０に入射して第１実施例で説明したように青色光成分と緑色光成分とに分離され、各色光用のＤＭＤ３００Ｂ，３００Ｇに入射される。第１のダイクロイックミラー２３０Ａで分離された赤色光成分は、３つのレンズ２７０，２８０，２９０を介して反射ミラー２４０に入射され、第１実施例で説明したように、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒに入射される。なお、３つのレンズ２７０，２８０，２９０は、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、赤色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いために発生する光の発散等による赤色光の利用効率の低下を防止する機能を有している。
【００８９】
以上のように、本実施例の投写型表示装置４０００においては、赤色光の光路長が他の色光に比べて長くなっている。しかし、上述の各実施例と同様に、光学系を構成する各光学要素を、各色光ごとに、各光学要素を通過する光の中心軸が略同一平面上に位置するように配置することができる。これにより、本実施例の投写型表示装置においても、装置の薄型化による小型化を図ることができる。
【００９０】
本実施例は、第２実施例の投写型表示装置２０００の色光分離光学系２００の構成を変更するとともに、照明光学系１００の位置を変更したものを例に説明しているが、他の実施例においても適用可能である。
【００９１】
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る。
【００９２】
例えば、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、各光学要素を通過する光の中心軸が略同一平面上に位置するように配置されるように、ＤＭＤの配置やＴＩＲプリズムの反射／透過特性を設定するようにすればよい。
【００９３】
また、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。
【００９４】
また、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。
【図面の簡単な説明】
【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概略平面図である。
【図３】照明光学系１００の構成を示す説明図である。
【図４】第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。
【図５】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６】青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂの構成例について示す説明図である。
【図７】青色光用のＤＭＤ３００Ｂについて示す説明図である。
【図８】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９】各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。
【図１０】第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの各色光の光路を示す説明図である。
【図１１】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１２】赤色光反射面５０６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１３】青色光反射面５０８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１４】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１５】ＤＭＤ３００Ｇａにおけるマイクロミラー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１６】各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。
【図１７】投写型表示装置２０００の変形例である投写型表示装置２０００Ａを示す概略平面図である。
【図１８】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１９】本発明の第４実施例としての投写型表示装置４０００における光学系の要部を示す概略平面図である。
【図２０】本発明の第５実施例としての投写型表示装置５０００における光学系の要部を示す概略平面図である。
【図２１】従来の投写型表示装置の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１００...照明光学系
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
１４６ｂ...開口層
１５０...重畳レンズ
２００...色光分離光学系
２００Ａ...色光分離光学系
２１０...第１のクロスダイクロイックプリズム
２１２...赤色光反射面
２１４...緑色光青色光反射面
２２０...ダイクロイックミラー
２３０，２４０...反射ミラー
２３０Ａ...ダイクロイックミラー
２５０，２６０...コンデンサレンズ
２７０，２８０，２９０...レンズ
３００...照明対象
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ...ＤＭＤ
３００Ｇａ...ＤＭＤ
３０２...光照射面
３０４...マイクロミラー（画素）
３０４ｃ...回動軸
４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ...ＴＩＲプリズム
４００Ｇａ...ＴＩＲプリズム
４００Ｒａ，４００Ｂａ...ＴＩＲプリズム
４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ...ギャップ
４０２Ｇａ...ギャップ
４０２Ｒａ，４０２Ｂａ...ギャップ
４２０...直角プリズム
４２２...側面
４２４...側面
４２６...斜面
５００...第２のクロスダイクロイックプリズム
５０１...赤色光入射側面
５０２...緑色光入射側面
５０３...青色光入射側面
５０６...赤色光反射面
５０８...青色光反射面
６００...投写レンズ
８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂ...射出方向規定光学系
８２０Ｒ，８２０Ｇ，８２０Ｂ...偏光分離膜
８４０Ｒ，８４０Ｇ，８４０Ｂ...λ／４位相差板
８６０Ｒ，８６０Ｇ，８６０Ｂ...λ／２位相差板
８８０Ｇ...λ／２位相差板
１０００...投写型表示装置
１０１０...支持具
２０００...投写型表示装置
２０００Ａ...投写型表示装置変形例）
３０００...投写型表示装置
４０００...投写型表示装置
５０００...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
６４００Ｒ，６４４０Ｇ，６４００Ｂ...ＤＭＤ
６５００...投写レンズ
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
投写型表示装置は、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（画像光）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２１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後述する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（Total Internal Reflection ）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において再び合成結合されて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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型表示装置６０００は、カラー画像を表示するために、照明光学系６１００から射出された照明光を色光分離合成プリズム６３００において３色の色光に一旦分離し、分離された各色光を３つのＤＭＤ６４００Ｒ，６４００Ｇ，６４００Ｂで変調し、各ＤＭＤ６４００Ｒ，６４００Ｇ，６４００Ｂで変調された光を再び色光分離合成プリズム６３００で合成している。すなわち、色光分離合成プリズム６３００は、分離と合成の両方の機能を有するように構成されている。このため、色光分離合成プリズム６３００のサイズが大きくなっている。
【０００７】
また、ＤＭＤのような光の射出方向を制御するタイプの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に制約があり、色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズム６２００を、この制約を満足するように構成する必要がある。例えば、この制約を満足するため、通常、投写型表示装置を構成する光学要素や光学系を立体的に配置する場合があり、この結果として色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズム６２００のサイズがさらに大きくなっている場合がある。
【０００８】
従来の投写型表示装置は、このように、色光分離合成プリズム６３００やＴＩＲプリズムのサイズが大きくなっているために、小型化が困難であるという問題があった。
【０００９】
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。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
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複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光ごとに設けられ、光照射面で反射される色光の射出方向を、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複数の射出方向制御型光変調装置と、
前記複数の射出方向制御型光変調装置から射出された複数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、
前記色光分離光学系から前記色光合成光学系までの各色光の光路上にそれぞれ設けられ、前記色光分離光学系から入射した色光をその色光に対応する射出方向制御型光変調装置の方向に向けて射出するとともに、前記対応する射出方向制御型光変調装置で変調されて入射した色光を前記色光合成光学系の方向に向けて射出する複数の射出方向規定光学系と、を備え、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、それぞれを通過する光の中心軸が略同一平面上に存在するように略平面的に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、投写型表示装置を構成する各光学系の構成要素を、平面的に配置して装置を薄型にすることができるので、投写型表示装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
上記投写型表示装置において、
前記各色光用の射出方向規定光学系は、前記色光分離光学系から入射する色光と、対応する射出方向制御型光変調装置で反射されて再入射する色光とのうち、いずれか一方を反射し他方を透過させる反射／透過面を有することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、容易に、色光分離光学系から射出されて対応する射出方向規定光学系に入射する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とともに、対応する射出方向制御型光変調装置から射出された色光を色光合成光学系の方向に射出することができる。
【００１４】
ここで、前記各色光用の射出方向規定光学系は、ギャップを挟んで２つのプリズム柱が組み合わされ、前記ギャップと前記プリズム柱との界面で前記反射／透過面が構成される反射／透過型プリズムにより構成できる。
【００１５】
また、前記各色光用の射出方向規定光学系は、それぞれ、
所定の偏光方向を有する第１の直線偏光光を透過し、前記所定の偏光方向に垂直な方向を有する第２の直線偏光光を反射することによって前記反射／透過面として機能する偏光分離膜と、
対応する射出方向制御型光変調装置と前記偏光分離膜との間の光路上に配置されたλ／４位相差板と、を備え、
前記照明光学系は、非偏光な光を、前記第１または第２の直線偏光光に変換する偏光変換光学系を、備えて構成することもできる。
【００１６】
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、前記複数の色光の光路で構成される光路平面に対して、各光照射面の辺が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、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系と、前記投写光学系とを収納する筐体と、
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。
【００１８】
ここで、
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で反射される回数が奇数または偶数で統一されるように、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置と、対応する各色光用の射出方向規定光学系との位置関係が設定されていることが好ましい。
【００１９】
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。
【００２０】
このとき、前記照明光学系は、前記照明光学系から射出された光が、前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面を少なくとも含み、前記光照射面にほぼ相似な輪郭を有する照明領域を照明するように構成されており、
前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面に照射された各色光の、前記照明光学系から前記各色の射出方向制御型光変調装置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るように、前記色光分離光学系および前記複数の射出方向規定光学系が構成されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、照明光学系から射出された光を各色光用の射出方向制御型光変調装置の光照射面により有効に照射させることができる。
【００２２】
上記投写型表示装置において、
前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、前記色光分離光学系で分離されて前記色光合成光学系で合成されるまでの各色光の光路長が等しくなるように配置されていることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、色光分離光学系と複数の射出方向規定光学系と色光合成光学系とを小型化することができるので、投写型表示装置の小型化をさらに図ることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
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り、図２は概略平面図である。この投写型表示装置１０００は、照明光学系１００と、色光分離光学系２００と、３つのＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと、３つのＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５００と、投写レンズ６００と、λ／２位相差板７００とを備えている。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。色光分離光学系２００は、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０と、ダイクロイックミラー２２０と、反射ミラー２３０，２４０と、コンデンサーレンズ２５０，２６０とを備えている。ここで、互いに直交する軸をｘ，ｙ，ｚとし、投写レンズ６００の光軸に平行で投写方向を正とする方向をｚとする。このとき、投写型表示装置１０００を構成する各光学系の各構成要素は、各構成要素を通過する光の中心軸（図１のシステム光軸ＬＣ上にある）が略同一平面（ｘｚ平面に平行な平面）上に位置するように平面的に配置されている。
【００２５】
図３は、照明光学系１００の構成を示す説明図である。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、システムシステム光軸ＬＣ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の光軸（光源光軸）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システム光軸ＬＣに一致するように配置されている。光源光軸１１０ＬＣはシステム光軸ＬＣ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。
【００２６】
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や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、放物面鏡や楕円面鏡が用いられる。
【００２７】
図４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。
【００２８】
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。
【００２９】
図５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５（Ａ）は偏光変換光学系１４０の斜視図であり、図５（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の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。
【００３０】
遮光板１４２は、図５（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。
【００３１】
遮光板１４２の開口面１４２ｂを通過した非偏光な光線束（図５（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５（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１４４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。
【００３２】
ところで、図５（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１１０の光軸１１０ＬＣは、システム光軸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。
【００３３】
偏光変換光学系１４０から射出される複数の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光学系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。
【００３４】
ここで、後述するようにＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２は、光照射面３０２に垂直な中心軸を中心として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（図１）。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の光照射面３０２を有効に照明するように、システム光軸ＬＣを中心に所定の傾きに対応する角度で回転配置されている。
【００３５】
図２の照明光学系１００から射出された光は、色光分離光学系２００の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０に入射する。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０には、赤色光反射面２１２と緑色光青色光反射面２１４とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射面２１２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が形成されている。緑色光青色光反射面２１４には、赤色光成分を透過し赤色光成分よりも短波長の色光成分を反射する誘電体多層膜が形成されている。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０に入射した光のうち赤色光成分は、赤色光反射面２１２で反射して反射ミラー２４０の方向に射出される。赤色光成分を除く色光成分（すなわち、緑色光成分と青色光成分の合成光）は、緑色光青色光反射面２１４で反射して反射ミラー２３０の方向に射出される。
【００３６】
反射ミラー２３０で反射した緑色光成分と青色光成分の合成光は、コンデンサーレンズ２５０を介してダイクロイックミラー２２０に入射する。ダイクロイックミラー２２０は、その入射面上に青色光成分を透過し緑色光成分を反射する誘電体多層膜が形成されている。したがって、ダイクロイックミラー２２０に入射した緑色光成分と青色光成分の合成光は青色光成分と緑色光成分とに分離され、青色光成分はダイクロイックミラー２２０を透過し、緑色光成分は反射される。ダイクロイックミラー２２０で反射された緑色光は緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇに入射し、ダイクロイックミラー２２０を透過した青色光は青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する。また、反射ミラー２４０で反射された赤色光成分は、コンデンサーレンズ２６０を介して赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒに入射する。なお、コンデンサーレンズ２５０，２６０は、入射する各部分光線束を、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。
【００３７】
以上のように、色光分離光学系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機能を有している。
【００３８】
青色光用のＤＭＤ３００Ｂは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３の方向を向くように、ｙｚ平面に平行に配置されている。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂは、ＤＭＤ３００Ｂと青色光入射側面５０３との間に配置されている。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂにｚ軸にほぼ平行に入射した青色光は、ギャップ４０２Ｂの界面で全反射して入射角約２０度でＤＭＤ３００Ｂに入射する。ＤＭＤ３００Ｂに入射した青色光は反射されて射出される。ＤＭＤ３００Ｂから射出された青色光のうち、ｘ軸にほぼ平行に射出された青色光は、ＴＩＲプリズム４００Ｂのギャップ４０２Ｂを透過して、青色光入射側面５０３から第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射する。すなわち、ＴＩＲプリズム４００Ｂのギャップ４０２Ｂは、ダイクロイックミラー２２０から射出されてｚ軸に平行に入射する青色光をＤＭＤ３００Ｂに入射角２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｂからｘ軸に平行に射出された光を透過するように形成されている。
【００３９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２の方向を向くように、ｘｙ平面に平行に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇは、ＤＭＤ３００Ｇと緑色光入射側面５０２との間に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇは、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に、ダイクロイックミラー２２０から射出されてｘ軸に平行に入射する緑色光をＤＭＤ３００Ｇに入射角約２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｇからｚ軸に平行に射出された緑色光を透過するように形成されている。
【００４０】
赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、光照射面３０２が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光入射側面５０１の方向を向くように、ｙｚ平面に平行に配置されている。赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒは、ＤＭＤ３００Ｒと赤色光入射側面５０１との間に配置されている。赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒも、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に、反射ミラー２４０から射出されてｚ軸に平行に入射する赤色光をＤＭＤ３００Ｒに入射角約２０度で入射させるように全反射し、ＤＭＤ３００Ｒからｘ軸に平行に射出された赤色光を透過するように形成されている。
【００４１】
なお、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する光には、ｚ軸に平行でない成分も含んでおり、このような成分の光は、ギャップ４０２Ｂで全反射されない場合があり、また、ＤＭＤ３００Ｂから射出された後にギャップ４０２Ｂの界面で反射されてしまい透過できない場合もある。そこで、ギャップ４０２Ｂは、ＴＩＲプリズム４００Ｂに入射する青色光の光の角度成分に応じて、ＤＭＤ３００Ｂから射出されて青色の画像を表すための光の利用効率がより良くなるように反射と透過の特性（具体的にはギャップ４０２Ｂの界面の角度とプリズムの光学定数）が調整されている。他の色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇも同様である。
【００４２】
以上、説明からわかるように、各色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂが本発明の反射／透過型プリズム、すなわち、射出方向規定光学系に相当する。
【００４３】
図６は、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂの構成例について示す説明図である。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂは、例えば、次のように作製することができる。まず、３５度および５５度の頂角を有する２つの直角プリズム４２０を準備する。そして、ギャップ４０２Ｂの大きさに相当するスペーサを介して２つの直角プリズムの斜面４２６同士を貼り合わせて１つのプリズム柱を作製する。次に、作製されたプリズム柱を側面４２２に垂直な切断面ＳＬ１，ＳＬ２、および側面４２４に垂直な切断面ＳＬ３で切断し、各側面を研磨する。これにより、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂを作製することができる。また、赤色および緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇも青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂと同様に作製することができる。
【００４４】
図２の各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂによって変調されることによりＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００ＢのＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂと対向する面に対してほぼ垂直に射出され、各色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを透過した各色光は、各色光の入射側面５０１，５０２，５０３から第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射する。
【００４５】
第２のクロスダイクロイックプリズム５００には、赤色光反射面５０６と青色光反射面５０８とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状に形成されている。赤色光反射面５０６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を透過するする誘電体多層膜が形成されている。青色光反射面５０８には、青色光成分を反射し青色光よりも長波長の色光を透過する誘電体多層膜が形成されている。赤色光入射側面５０１から入射した赤色光は、赤色光反射面５０６で反射されて投写レンズ６００の方向に射出される。青色光入射側面５０３から入射した青色光は、青色光反射面５０８で反射されて投写レンズ６００の方向に射出される。緑色光入射側面５０２から入射した緑色光は、赤色光反射面５０６および青色光反射面５０８の両方を透過して投写レンズ６００の方向にそのまま射出される。これにより、第２のクロスダイクロイックプリズム５００は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された各色光を合成して、カラー画像を表す画像光を射出することができる。第２のクロスダイクロイックプリズム５００は、本発明の色光合成光学系に相当する。
【００４６】
第２のクロスダイクロイックプリズム５００で合成された画像光は、投写レンズ６００を介して投写され、画像が表示される。この投写レンズ６００が本発明の投写光学系に相当する。
【００４７】
図７は、青色光用のＤＭＤ３００Ｂについて示す説明図である。図７（Ａ）は、青色光用のＤＭＤ３００Ｂの光照射面３０２の概略を示す説明図である。ＤＭＤ３００Ｂの光照射面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、左下と右上の頂点を結ぶ対角線を回動軸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、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】
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。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、ＤＭＤ３００Ｂ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）を有するように右斜め下方向または左斜め上方向から入射される。一方、ＴＩＲプリズム４００Ｂで反射されてＤＭＤ３００Ｂに入射する照明光ＩＲは、水平面上の光路を通ってＤＭＤ３００Ｂに入射する（図１）。そこで、本実施例においては、図７（Ｂ）に示すように、ＤＭＤ３００Ｂを、光照射面３０２を反時計周りに４５度回転させて、各マイクロミラー３０４の回動軸３０４ｃが上下方向を向くように配置している。これにより、照明光ＩＲ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を右水平方向から入射させるようにしている。なお、照明光ＩＲを左方向から入射させるようにしてもよい。
【００４９】
図８は、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８（Ａ）は、照明光ＩＲを右水平方向から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８に破線で示す）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に垂直な中心軸に平行な線）から＋θＬだけ傾いた方向からマイクロミラー３０４に入射させる。
【００５０】
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。
【００５１】
ここで、反射光ＲＲ（＋θｌ）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を反転させた画像を表示させることができる。
【００５２】
本実施例においては、θＬ＝２・θｒ（≒２０度）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）に平行な方向を向くように設定し、反射光ＲＲ（＋θｒ）を有効光ＥＲとしている。上述した青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂにおいて、ｚ軸にほぼ平行に入射した光を反射してＤＭＤ３００Ｂに入射角約２０度で入射させるようにし、青色光用のＤＭＤ３００Ｂからｘ軸にほぼ平行に射出された光を透過して第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射させるようにしているのは、このためである。
【００５３】
なお、図８（Ｂ）に示すように、各マイクロミラー３０４に対して左方向から照明光ＩＲを入射させた場合には、照明光ＩＲを右方向から入射させた場合と対称な動作となる。すなわち、マイクロミラー３０４が平面Ｆに対して−θｒだけ傾いた場合、照明光ＩＲは、照明光ＩＲから＋２・（θＬ−θｌ）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。θＬ＝２・θｒ（≒２０度）の場合には、マイクロミラー３０４が平面Ｆに対して−θｒだけ傾いた場合に、反射光ＲＲ（−θｒ）が法線Ｆｎに平行な方向を向く。
【００５４】
図９は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。なお、図９（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６００の構成に応じて上下方向が反転する場合もある。各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂから射出された各色の画像光のうち、赤色光および青色光は、図２に示す第２のクロスダイクロイックプリズム５００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、ＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｂに形成される画像とは左右方向が反転する。第２のクロスダイクロイックプリズム５００において合成された画像光によって形成される各色の画像の左右方向を一致させるために、通常は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに与えられる各色の画像データの左右方向をこれらの反転が吸収されるように調整する。
【００５５】
ところで、本実施例においては、図７を用いて説明したように、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに対して照明光ＩＲを水平方向から入射させるために、各画素３０４の回動軸３０４ｃが上下方向を向くようにそれぞれの光照射面３０２を傾けて配置している。このとき、図９（Ａ−１）に示すように青色光用のＤＭＤ３００Ｂの光照射面３０２は、反時計周りに４５度傾いて配置されている。このＤＭＤ３００Ｂから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で一回反射されるとその傾きが反転するので、投写される画像は図９（Ａ−２）に示すように時計周りに４５度傾いていることになる。赤色光用と緑色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇの光照射面３０２の配置の傾きも、投写される画像の向きが青色光の画像の向きと一致するように、ＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇから射出された光の反転回数に応じて調整される。具体的には、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇは、ＤＭＤ３００Ｇから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射されずに透過するため、図９（Ｂ−２）に示す投写される画像の向きと一致するように配置される。すなわち、図９（Ｂ−１）に示すように、青色光用のＤＭＤ３００Ｂとは対称に、時計回りに約４５度傾けて配置される。赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、ＤＭＤ３００Ｒから射出された光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射されるので、図９（Ｃ−２）に示す投写される画像の向きと対称となるように配置される。すなわち、図９（Ｃ−１）に示すように、青色光用のＤＭＤ３００Ｂと同様に、反時計周りに約４５度傾けて配置される。また、与えられる各色の画像データの左右方向の向きは、緑色を基準とすると、青色および赤色の画像データいついて左右方向が反対向きに与えられる。
【００５６】
なお、図９に示すように各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂを傾けて配置した場合に、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇには、図７に示した各マイクロミラー３０４の右上と左下の頂点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の左上と右下の頂点を結ぶ対角線を回動軸３０４ｃとする種類のＤＭＤが用いられる。
【００５７】
また、緑色および赤色光用のＤＭＤ３００Ｇ，３００Ｒには、図２に示したように、光照射面３０２に対して左方向から光を入射させている。したがって、上述したように、各マイクロミラーの動作が図８（Ｂ）を用いて説明したように反対になる。したがって、各色の画像データ（暗から明までの階調データ）を反転して与える必要がある。すなわち、暗データを明データとし、明データを暗データとして与える必要がある。
【００５８】
以上説明した投写型表示装置１０００においては、以下に示す点から、従来の投写型表示装置に比べて小型化が可能である。図１０は、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの各色光の光路を示す説明図である。第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの赤色光の光路長Ｌ１と青色光の光路長Ｌ２は等しく設定されている。また、ダイクロイックミラー２２０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの緑色光の光路長Ｌ３と青色光の光路長Ｌ４も等しく設定されている。これにより、赤、緑、青の各色光の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの光路長が等しく設定されている。この結果、各色光の光路長が異なる場合に、通常設けられるリレー光学系のような種々の光学系を省略することができるので、投写型表示装置１０００を小型にすることができる。
【００５９】
なお、各色光の光路長を等しくするには、以下のように各色光の光路を設定すればよい。すなわち、２つの色光に分離する分離位置と、２つの色光を合成する合成位置とを結ぶ線に対して、２つの色光の光路が対称な光路となるように配置されているようにすればよい。図１０の例では、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０で分離された赤色光の光路と赤色光を除く光の光路とが、第１のクロスダイクロイックプリズム２１０の中心と第２のクロスダイクロイックプリズム５００の中心とを結ぶ線ＳＬ１に対して対称となるように設定されている。また、ダイクロイックミラー２２０で分離された緑色光の光路と青色光の光路とが、ダイクロイックミラー２２０の中心と第２のクロスダイクロイックプリズム５００の中心とを結ぶ線ＳＬ２に対して対称となるように設定されている。
【００６０】
また、上述したように、本実施例の投写型表示装置１０００は、照明光学系１００から射出された光を、色光分離光学系２００において赤色、青色、緑色の各色光に分離し、各色光ごとに、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂにおいて各色の画像を表す光を射出し、第２のクロスダイクロイックプリズム５００において合成することにより、カラー画像を表す画像光を形成するようにしている。すなわち、投写型表示装置１０００を構成する光学系を各色光ごとに分離して構成している。そして、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに水平方向から光を入射させるように傾けて配置している。これにより、図１に示したように、各光学系を構成する構成要素を平面的に配置することができるので、投写型表示装置１０００の光学系の配置スペースを薄く小型にすることができる。この結果、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。
【００６１】
図１１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１１（Ａ−１）に示すように、投写型表示装置１０００を図２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１１（Ａ−２）に示すように、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇの光照射面３０２の傾き（図９（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１１（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、図２のｘｚ平面が平面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１１（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１１（Ａ−１）に示すように、光学系全体の光路が水平になる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が可能である。
【００６２】
ところで、図２に示すように、緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２との間には、λ／２位相差板７００が設けられている。このλ／２位相差板７００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。緑色光用のＤＭＤ３００Ｇから射出された緑色光は、照明光学系１００から射出された照明光と同じｓ偏光光であるので、λ／２位相差板７００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、第２のクロスダイクロイックプリズム５００における緑色光の透過率を向上させるためである。
【００６３】
図１２と図１３は、赤色光反射面５０６の赤色反射膜と青色光反射面５０８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１２と図１３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。
【００６４】
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１２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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この赤色光は図１２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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この緑色光は図１２の特性を有する赤色反射膜をほぼ１００％透過する。
【００６５】
一方、図１３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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この青色光は図６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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射するので、この緑色光は図１３の特性を有する青色反射膜をほぼ１００％透過する。
【００６６】
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偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００に入射させ、緑色光をｐ偏光光として第２のクロスダイクロイックプリズム５００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。
【００６７】
なお、第２のクロスダイクロイックプリズム５００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７００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。
【００６８】
Ｂ．第２実施例：
図１４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の緑色光用のＤＭＤ３００ＧとＴＩＲプリズム４００Ｇの構成を変更したものであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００６９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａは、光照射面３０２がダイクロイックミラー２２０の方向を向くように、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置されている。緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇａは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇとダイクロイックミラー２２０との間に配置されている。ダイクロイックミラー２２０から緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇに入射した緑色光は、ギャップ４０２Ｇａを透過しＤＭＤ３００Ｇに入射する。ＤＭＤ３００Ｇに入射した緑色光は反射されて射出される。
【００７０】
図１５は、ＤＭＤ３００Ｇａにおけるマイクロミラー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。
【００７１】
マイクロミラー３０４の回動角度±θｒは、他のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂと同じである。照明光ＩＲは、光照射面３０２に平行な平面Ｆの法線Ｆｎに平行にマイクロミラー３０４に入射する。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・θｒだけ傾いた方向に反射光ＲＲ（＋θｒ）として反射され、有効光ＥＲとして利用される。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・θｒだけ傾いた方向に反射光ＲＲ（−θｒ）として反射され、無効光ＵＲとなる。なお、θｒ≒１０度であるので、有効光ＥＲは、反射角２０度で射出される。
【００７２】
ＴＩＲプリズム４００Ｇａのギャップ４０２Ｇａは、ＤＭＤ３００Ｇａから反射角約２０度で射出する緑色光を反射して、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２にほぼ垂直に入射させるように形成されている。
【００７３】
図１６は、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａから射出された緑色光は、投写レンズ６００に入射するまでに、緑色光用のＴＩＲプリズム４００Ｇａで一回反射される。この反射回数は、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇから射出された色光が投写レンズ６００に入射するまでに第２のクロスダイクロイックプリズム５００で反射される回数と同じに設定されている。これにより、ＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２の傾きを、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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実施例における緑色光用のＤＭＤ３００Ｇが他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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。
【００７４】
なお、色光分離光学系２００で分離された各色光が照明する各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂ上の照明領域は、光を有効に利用するため、第１実施例において説明したように、光照射面３０２に相似な輪郭を有すように設定する場合が多い。各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２が傾いて配置されている場合に、照明光学系１００から射出された光を有効に利用するためには、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２上の照明領域が各光照射面３０２の傾斜に合わせて、傾斜していることが好ましい。このため、照明光学系１００は、照明光学系１００から射出される照明光の輪郭形状の傾きが、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２の傾きに一致するように照明光学系１００の中心軸を中心として傾けて配置されている。このとき、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において、各色光が反射される回数が偶数回の場合には、照明領域の傾きが光照射面３０２とは反対向きとなってしまうため、光の利用効率が低下してしまう。そこで、本実施例の投写型表示装置２０００においては、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において反射される色光の回数が奇数回で統一されていることが好ましい。図１７では、各色光の反射される回数が３回で統一されている。なお、必ずしも同じ回数である必要はない。すなわち、照明領域の左右方向の傾斜の向きを、光照射面３０２の左右方向の傾斜の向きと一致させればよいので、奇数であれば反射回数が色光によって異なっていてもよい。なお、照明光学系１０００は、照明光学系１００から射出される照明光の輪郭形状の傾きが、各色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇ、３００Ｂの光照射面３０２の傾きとは反対の傾きを有するように照明光学系１００の中心軸を中心として傾けて配置されるようにすることもできる。この場合には、照明光学系１００から各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂに至るまでの各色光の光路上において反射される色光の回数が偶数回で統一されていることが好ましい。
【００７５】
図１７は、図１４に示した投写型表示装置２０００の変形例である投写型表示装置２０００Ａを示す概略平面図である。この投写型表示装置２０００Ａは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａをｙｚ平面に平行ではなく、ｙｚ平面に対して反時計周りに２０度傾けて配置したものである。この場合には、投写型表示装置２０００において緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２に垂直に入射させていた光を、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂと同様に入射角２０度で入射させることができる。
【００７６】
Ｃ．第３実施例：
図１８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の緑色光用のＤＭＤ３００ＧをＤＭＤ３００Ｇａに置き換え、赤色および青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｂを、ＴＩＲプリズム４００Ｒａ，４００Ｂａに置き換えた構成を示している。また、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒは、光照射面３０２が反射ミラー２４０の方向を向くように、赤色光入射側面５０１に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置され、赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａは、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒと反射ミラー２４０との間に配置されている。青色光用のＤＭＤ３００Ｂは、光照射面３０２がダイクロイックミラー２２０の方向を向くように、青色光入射側面５０３に垂直、すなわち、ｙｚ平面に平行に配置され、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａは、青色光用のＤＭＤ３００Ｂとダイクロイックミラー２２０との間に配置されている。なお、他の構成は、第１実施例と同じである。
【００７７】
赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａに入射した赤色光は、ギャップ４０２Ｒａを透過しＤＭＤ３００Ｒに入射する。ＤＭＤ３００Ｒに入射した赤色光は反射されて射出され、赤色光用のＴＩＲプリズム４００Ｒａのギャップ４０２Ｒａで反射されて第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光入射側面５０１にほぼ垂直に入射する。青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａに入射した青色光も、ギャップ４０２Ｂａを透過しＤＭＤ３００Ｂに入射する。ＤＭＤ３００Ｂに入射した青色光は反射されて射出され、青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂａのギャップ４０２Ｂａで反射されて第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３にほぼ垂直に入射する。
【００７８】
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（図２）における緑色光用のＤＭＤ３００Ｇに対して第２実施例の投写型表示装置２０００（図１３）のように緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａの配置の向きを変更する代わりに、変わりに、赤色および青色光用のＤＭＤ３００Ｒ、３００Ｇの配置の向きを変更した例を示している。
【００７９】
緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａ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６００に入射する。一方、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒから射出された光は、ＴＩＲプリズム４００Ｒａと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の赤色光反射面５０６で２回反射される。また、青色光用のＤＭＤ３００Ｂから射出された光も、ＴＩＲプリズム４００Ｂａと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光反射面５０８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、同じ偶数であるので、第２実施例の投写型表示装置２０００と同様に、ＤＭＤ３００Ｇａの光照射面３０２の傾きを、他の色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｂ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。
【００８０】
なお、本実施例の投写型表示装置３０００においても、第２実施例の投写型表示装置の変形例２０００Ａと同様に、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒをｘｙ平面に対して反時計周りに２０度傾けて配置し、青色光用のＤＭＤ３００Ｂをｘｙ平面に対して時計回りに２０度傾けて配置させることもできる。
【００８１】
Ｄ．第４実施例：
本発明の第４実施例としての投写型表示装置４０００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４０００は、第２実施例の投写型表示装置２０００の射出方向規定光学系としてのＴＩＲプリズム４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂを別の射出方向規定光学系に変更したものであり、他の構成は第２実施例と同じである。
【００８２】
λ
青色光用の射出方向規定光学系８００Ｂは、青色光用のＤＭＤ３００Ｂと第２のクロスダイクロイックプリズム５００との間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｂと、偏光分離膜８２０Ｂと青色光用のＤＭＤ３００Ｂとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｂと、偏光分離膜８２０Ｂと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｂとを備えている。偏光分離膜８２０Ｂは、図５を用いて説明した偏光変換光学系１４０の偏光分離膜１４４ｂと同様に、ｓ偏光光を反射しｐ偏光光を透過する誘電体多層膜である。偏光分離膜８２０Ｂは、ｚ軸に平行な青色のｓ偏光光を青色光用のＤＭＤ３００Ｂに入射角約２０度で入射させるようにｙｚ平面に対して傾けて配置されている。偏光分離膜偏光分離膜８２０Ｂで反射された青色光は、λ／４位相差板８４０Ｂを通過する際に円偏光光に変換される。円偏光の青色光は、ＤＭＤ３００Ｂで反射される際に回転方向が反転するので、再びλ／４位相差板８４０Ｂに入射してｐ偏光光に変換される。ｐ偏光光の青色光は、偏光分離膜８２０Ｂを透過し、λ／２位相差板８６０Ｂでｓ偏光光に変換されて、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の青色光入射側面５０３に入射される。
【００８３】
赤色光用の射出方向規定光学系８００Ｒも、青色光用の射出方向規定光学系８００Ｂと同様な構成を有しており、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒと第２のクロスダイクロイックプリズム５００との間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｒと、偏光分離膜８２０Ｒと赤色光用のＤＭＤ３００Ｒとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｒと、偏光分離膜８２０Ｒと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｒとを備えている。
【００８４】
緑色光用の射出方向規定光学系８００Ｇは、ダイクロイックミラー２２０と青色光用のＤＭＤ３００Ｇａとの間の光路上に配置された偏光分離膜８２０Ｇと、偏光分離膜８２０Ｇと青色光用のＤＭＤ３００Ｇａとの間の光路上に配置されたλ／４位相差板８４０Ｇと、偏光分離膜８２０Ｇと第２のクロスダイクロイックプリズム５００の間に配置されたλ／２位相差板８６０Ｇとを備えている。さらに、ダイクロイックミラー２２０と偏光分離膜８２０Ｇとの間の光路上にλ／２位相差板８８０Ｇを備えている。偏光分離膜８２０Ｒは、偏光分離膜８２０Ｂ，８２０Ｒと同様に、ｓ偏光光を反射しｐ偏光光を透過する。λ／２位相差板８８０Ｇは、ダイクロイックミラー２２０から射出された緑色光が偏光分離膜８２０Ｇを透過して緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａに入射するように、ｓ偏光の緑色光をｐ偏光光に変換する。ｐ偏光の緑色光は、偏光分離膜８２０Ｇを透過して、λ／４位相差板８４０Ｇを通過する際に円偏光光に変換される。円偏光の緑色光は、ＤＭＤ３００Ｒで反射され、再びλ／４位相差板８４０Ｇに入射してｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光の緑色光は、偏光分離膜８２０Ｇで反射される。偏光分離膜８２０Ｇは、緑色光用のＤＭＤ３００Ｇａから反射角約２０度で射出された緑色光が第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２にほぼ垂直に入射するように配置されている。偏光分離膜偏光分離膜８２０Ｒで反射されたｓ偏光の緑色光は、λ／４位相差板８６０Ｇに入射してｐ偏光光に変換されて、第２のクロスダイクロイックプリズム５００の緑色光入射側面５０２に入射される。
【００８５】
なお、各色光用の偏光分離膜８２０Ｒ，８２０Ｇ，８２０Ｂが本発明の反射／透過面に相当する。
【００８６】
第４実施例の投写型表示装置４０００においても、投写型表示装置を小型化することが可能である。また、各色光用の射出方向規定光学系を、ＴＩＲプリズムではなく、色光分離膜と、λ／４位相差板により構成しているので、ＴＩＲプリズムを用いた場合に比べて、さらに、小型化が可能であるという利点がある。
【００８７】
Ｅ．第５実施例：
図２０は、本発明の第５実施例としての投写型表示装置５０００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５０００は、第２実施例の投写型表示装置２０００の色光分離光学系２００の構成を変更するとともに、照明光学系１００の位置を変更したものであり、他の構成は第２実施例と同じである。
【００８８】
色光分離光学系２００Ａは、図１４の第１のクロスダイクロイックプリズム２１０を省略し、反射ミラー２３０をダイクロイックミラー２３０Ａに置き換えたものである。照明光学系１００は、射出される光をダイクロイックミラー２３０Ａに入射するように配置されている。ダイクロイックミラー２３０Ａは、その入射面上に赤色光成分を反射し、赤色光よりも波長の短い色光（緑色光成分および青色光成分）を反射する誘電体多層膜が形成されている。したがって、第１のダイクロイックミラー２３０Ａに入射した光は、赤色光成分と赤色光成分を除く色光成分とに分離される。赤色光成分を除く色光成分は第２のダイクロイックミラー２２０に入射して第１実施例で説明したように青色光成分と緑色光成分とに分離され、各色光用のＤＭＤ３００Ｂ，３００Ｇに入射される。第１のダイクロイックミラー２３０Ａで分離された赤色光成分は、３つのレンズ２７０，２８０，２９０を介して反射ミラー２４０に入射され、第１実施例で説明したように、赤色光用のＤＭＤ３００Ｒに入射される。なお、３つのレンズ２７０，２８０，２９０は、リレー光学系を構成している。このリレー光学系は、赤色光の光路長が他の色光の光路長よりも長いために発生する光の発散等による赤色光の利用効率の低下を防止する機能を有している。
【００８９】
以上のように、本実施例の投写型表示装置４０００においては、赤色光の光路長が他の色光に比べて長くなっている。しかし、上述の各実施例と同様に、光学系を構成する各光学要素を、各色光ごとに、各光学要素を通過する光の中心軸が略同一平面上に位置するように配置することができる。これにより、本実施例の投写型表示装置においても、装置の薄型化による小型化を図ることができる。
【００９０】
本実施例は、第２実施例の投写型表示装置２０００の色光分離光学系２００の構成を変更するとともに、照明光学系１００の位置を変更したものを例に説明しているが、他の実施例においても適用可能である。
【００９１】
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る。
【００９２】
例えば、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、各光学要素を通過する光の中心軸が略同一平面上に位置するように配置されるように、ＤＭＤの配置やＴＩＲプリズムの反射／透過特性を設定するようにすればよい。
【００９３】
また、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。
【００９４】
また、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。
【図面の簡単な説明】
【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概略平面図である。
【図３】照明光学系１００の構成を示す説明図である。
【図４】第１のレンズアレイ１２０の外観を示す斜視図である。
【図５】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６】青色光用のＴＩＲプリズム４００Ｂの構成例について示す説明図である。
【図７】青色光用のＤＭＤ３００Ｂについて示す説明図である。
【図８】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９】各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。
【図１０】第１のクロスダイクロイックプリズム２１０から第２のクロスダイクロイックプリズム５００までの各色光の光路を示す説明図である。
【図１１】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１２】赤色光反射面５０６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１３】青色光反射面５０８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１４】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１５】ＤＭＤ３００Ｇａにおけるマイクロミラー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１６】各色光用のＤＭＤ３００Ｒ，３００Ｇａ，３００Ｂの光照射面３０２の向きを示す説明図である。
【図１７】投写型表示装置２０００の変形例である投写型表示装置２０００Ａを示す概略平面図である。
【図１８】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１９】本発明の第４実施例としての投写型表示装置４０００における光学系の要部を示す概略平面図である。
【図２０】本発明の第５実施例としての投写型表示装置５０００における光学系の要部を示す概略平面図である。
【図２１】従来の投写型表示装置の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１００...照明光学系
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
１４６ｂ...開口層
１５０...重畳レンズ
２００...色光分離光学系
２００Ａ...色光分離光学系
２１０...第１のクロスダイクロイックプリズム
２１２...赤色光反射面
２１４...緑色光青色光反射面
２２０...ダイクロイックミラー
２３０，２４０...反射ミラー
２３０Ａ...ダイクロイックミラー
２５０，２６０...コンデンサレンズ
２７０，２８０，２９０...レンズ
３００...照明対象
３００Ｒ，３００Ｇ，３００Ｂ...ＤＭＤ
３００Ｇａ...ＤＭＤ
３０２...光照射面
３０４...マイクロミラー（画素）
３０４ｃ...回動軸
４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ...ＴＩＲプリズム
４００Ｇａ...ＴＩＲプリズム
４００Ｒａ，４００Ｂａ...ＴＩＲプリズム
４０２Ｒ，４０２Ｇ，４０２Ｂ...ギャップ
４０２Ｇａ...ギャップ
４０２Ｒａ，４０２Ｂａ...ギャップ
４２０...直角プリズム
４２２...側面
４２４...側面
４２６...斜面
５００...第２のクロスダイクロイックプリズム
５０１...赤色光入射側面
５０２...緑色光入射側面
５０３...青色光入射側面
５０６...赤色光反射面
５０８...青色光反射面
６００...投写レンズ
８００Ｒ，８００Ｇ，８００Ｂ...射出方向規定光学系
８２０Ｒ，８２０Ｇ，８２０Ｂ...偏光分離膜
８４０Ｒ，８４０Ｇ，８４０Ｂ...λ／４位相差板
８６０Ｒ，８６０Ｇ，８６０Ｂ...λ／２位相差板
８８０Ｇ...λ／２位相差板
１０００...投写型表示装置
１０１０...支持具
２０００...投写型表示装置
２０００Ａ...投写型表示装置変形例）
３０００...投写型表示装置
４０００...投写型表示装置
５０００...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
６４００Ｒ，６４４０Ｇ，６４００Ｂ...ＤＭＤ
６５００...投写レンズ
Claims (8)
- 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複数の色光に分離する色光分離光学系と、
前記複数の色光ごとに設けられ、光照射面で反射される色光の射出方向を、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複数の射出方向制御型光変調装置と、
前記複数の射出方向制御型光変調装置から射出された複数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、
前記色光分離光学系から前記色光合成光学系までの各色光の光路上にそれぞれ設けられ、前記色光分離光学系から入射した色光をその色光に対応する射出方向制御型光変調装置の方向に向けて射出するとともに、前記対応する射出方向制御型光変調装置で変調されて入射した色光を前記色光合成光学系の方向に向けて射出する複数の射出方向規定光学系と、を備え、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、それぞれを通過する光の中心軸が略同一平面上に存在するように略平面的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１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規定光学系は、前記色光分離光学系から入射する色光と、対応する射出方向制御型光変調装置で反射されて再入射する色光とのうち、いずれか一方を反射し他方を透過させる反射／透過面を有する、投写型表示装置。 - 請求項２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規定光学系は、ギャップを挟んで２つのプリズム柱が組み合わされ、前記ギャップと前記プリズム柱との界面で前記反射／透過面が構成される反射／透過型プリズムである、投写型表示装置。 - 請求項２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規定光学系は、それぞれ、
所定の偏光方向を有する第１の直線偏光光を透過し、前記所定の偏光方向に垂直な方向を有する第２の直線偏光光を反射することによって前記反射／透過面として機能する偏光分離膜と、
対応する射出方向制御型光変調装置と前記偏光分離膜との間の光路上に配置されたλ／４位相差板と、を備え、
前記照明光学系は、非偏光な光を、前記第１または第２の直線偏光光に変換する偏光変換光学系を、備える、投写型表示装置。 - 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、前記複数の色光の光路で構成される光路平面に対して、各光照射面の辺が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、
前記照明光学系と、前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系と、前記投写光学系とを収納する筐体と、
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。 - 請求項５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で反射される回数が奇数または偶数で統一されるように、前記各色光用の射出方向制御型光変調装置と、対応する各色光用の射出方向規定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６記載の投写型表示装置であって、
前記照明光学系は、前記照明光学系から射出された光が、前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面を少なくとも含み、前記光照射面にほぼ相似な輪郭を有する照明領域を照明するように構成されており、
前記各色の射出方向制御型光変調装置の光照射面に照射された各色光の、前記照明光学系から前記各色の射出方向制御型光変調装置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るように、前記色光分離光学系および前記複数の射出方向規定光学系が構成されている、投写型表示装置。 - 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の投写型表示装置であって、
前記色光分離光学系と、前記複数の射出方向制御型光変調装置と、前記複数の射出方向規定光学系と、前記色光合成光学系とは、前記色光分離光学系で分離されて前記色光合成光学系で合成されるまでの各色光の光路長が等しくなるように配置されている、投写型表示装置。
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