JP3958008B2

JP3958008B2 - 画像表示光学系および投射型画像表示装置

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Publication number: JP3958008B2
Application number: JP2001305497A
Authority: JP
Inventors: 剛広小山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-10-01
Also published as: JP2003107220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像をスクリーン等に拡大投影する投射型画像表示装置に用いられる画像表示光学系であって、光源からの光を複数の色光に分解する色分解系および画像表示素子により変調された複数の色光を合成して射出する色合成系のうち少なくとも一方にプリズム型光学素子を用いた画像表示光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置の光学系としては、光源から射出された白色光を波長選択性のあるダイクロイック膜（誘電体膜）によって赤、緑、青の３色に分解し、各色用の液晶パネル等の画像表示素子を透過又は反射させて変調し、さらに変調された各色光をダイクロイック膜によって合成して投射レンズによってスクリーン等に拡大投影する３板式の光学系が知られている。
【０００３】
一般的に色合成を行う手段としては、ダイクロイック膜を蒸着したプリズムを複数組み合わせて用いる。これらプリズムは、その他の光学部品が納められる光学ボックス内に収納されるが、その際にプリズムは予めプラスチックモールド成形もしくはアルミやマグネシウムでダイカスト成形されたプリズム台座に接着され、光学ボックスにビス等で取り付けられる。これはプリズム台座を光学ボックスに取り外し可能に取り付ける必要があるからである。
【０００４】
一般的に、画像表示素子は上下左右前後それぞれの軸に対する回転位置の６軸調整を行い、投射レンズの焦点位置に固着される必要があるため、プリズムベースとなる台座とは別に板金をプリズム自体に貼り付け、板金に対してパネルをＵＶ接着剤もしくは半田などにより固着し、プリズムユニットとして光学系に対して脱着可能としている。
【０００５】
図１２には、特許第３００９７７号にて開示された構成を示している。この構成では、プリズム５０３の周りをやぐら状に板金５０９〜６０２が取り囲んでおり、液晶パネル５０４〜５０６およびこれを用いる場合に不可欠な偏光素子や波長板を、板金に取り付け用ガイド６０６を介して固定している。また、偏光板をプリズムに直接接着する例もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示したような従来の構成では、プリズムに対して固定される光学部材の位置決め精度が、上記板金の曲げ精度や板金の貼り付け精度で規定される。したがって、プリズムに対する光学部材の位置決め精度を高くすることが難しいという問題がある。しかも、部品点数が多いため、組立てに手間がかかるという問題もある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本願発明では、光源からの光を複数の色光に分解する色分解系および画像表示素子により変調された複数の色光を合成して射出する色合成系のうち少なくとも一方にプリズム型光学素子を用いた画像表示光学系において、プリズム型光学素子を支持する複数の支持部材に、該プリズム型光学素子とは異なる光学部材を保持するための保持部が一体形成されており、該複数の支持部材に設けられた保持部は、該光学部材をその光軸に垂直な方向から挟んで保持し、かつ該保持した光学部材の該光軸の周りでの回転調整を可能とする形状を有することを特徴とする。
【０００８】
このように、プリズム型光学素子を支持する台座等の支持部材に他の光学部材（偏光板、波長板、位相板、光学フィルタ、レンズ、画像表示素子等）を保持する部分を一体形成することで、少ない部品点数で、上記他の光学素子をプリズム型光学素子に対する位置精度良く保持することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１関連技術）
図１には、本発明の第１関連技術の実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学系の構成を示している。１は光源であり、例えば高輝度超高圧ランプ、メタルハライドランプから構成される。光源１から射出した光束は直接又はリフレクタ２により反射されて碁盤の目状に配置されたレンズ群の集まりである第１フライアイレンズ３に入射する。
【００１２】
第１フライアイレンズ３によって分割された光束は、反射ミラー５により反射され、第２フライアイレンズ４によって集光される。集光された光束は偏光変換素子６に入射し、偏光方向がそろえられ、さらにコンデンサレンズ７によって集光される。
【００１３】
コンデンサレンズ７によって集光された光束は、青周波数帯域光（以下、青色光という）を反射する青反射ダイクロイックミラー８に導かれ、ここで青色光が分離される。この青色光は、光路長さを短くする効果のある凹レンズ９を透過し、反射ミラー１１により反射され、フィールドレンズ２０および入射側偏光板２３を透過して青色液晶パネル２６に到達する。
【００１４】
また、青反射ダイクロイックミラー８を透過した光は、緑周波数帯域光（以下、緑色光という）を反射する緑反射ダイクロイックミラー１２によって緑光と赤光に分離される。緑反射ダイクロイックミラー１２によって反射された緑色光は、フィールドレンズ１９および入射側偏光板２２を透過して青色液晶パネル２５に到達する。
【００１５】
さらに、緑反射ダイクロイックミラー１２を透過した赤周波数帯域光（以下、赤色光という）は、赤透過ダイクロイックフィルタ１３によって不要な成分が除去された後、フィールドレンズ１４，反射ミラー１５，リレーレンズ１６，反射ミラー１７およびフィールドレンズ１８を介して赤入射偏光板２１を透過した後、赤色液晶パネル２４に到達する。
【００１６】
各液晶パネルに到達した光は、その液晶パネルにて不図示のパーソナルコンピュータ、ビデオ、ＤＶＤプレーヤー等の画像情報供給装置から入力された画像信号に応じて変調された後、液晶パネルを透過射出し、射出側偏光板２７，２８，２９を透過して、ダイクロイック膜を蒸着したクロスプリズム３０で色合成される。さらに、クロスプリズム３０を射出した光は、投射レンズ３１によって不図示のスクリーン上に拡大投射される。
【００１７】
なお、３２は第１フライアイレンズ３からクロスプリズム３０までの画像表示光学系を収納する光学ボックス（ケース）である。
【００１８】
ここで、クロスプリズム３０周りの構成について、図３、図４を用いて説明する。図４に示すように、各色光用の液晶パネル２４，２５，２６は投射レンズ３１の焦点位置に固着される必要があることから、クロスプリズム２７，射出側偏光板２７，２８，２９および液晶パネル２４，２５，２６からなるユニットは光学ボックス３２から取り外すことが可能となっている。
【００１９】
図３において、図中に点線で表される液晶パネル２４，２５，２６は投射レンズ３１の焦点位置に固着される。また、偏光板２７，２８，２９をクロスプリズム３０に対して精度良く保持するため、プリズム台座（支持部材）に偏光板２７，２８，２９を保持する部分（保持部）を設ける。
【００２０】
図３に示すように、プリズム台座は２つの部品としての上下台座３９，４０を組み合わせてその機能を果たすように構成されており、上下台座３９，４０はそれぞれ、底面又は天井面を構成する平面部と、この平面部の四隅から上又は下に延びる柱状部とを有して構成されている。
【００２１】
偏光板２７，２８，２９を保持する保持部３５，３６は、プリズム台座の上下台座３９，４０の柱状部にそれぞれ一体形成されている。上下台座３９，４０はプリズム３０に対して接着などで固着される。
【００２２】
このようにプリズム台座に一体形成された保持部３５、３６のうち下台座４０に設けられた保持部３６は、偏光板２７，２８，２９の下端角部を保持して、偏光板２７，２８，２９の光入射方向およびその反対方向と上下方向の位置決めを行う。また、上台座３９に設けられた保持部３５は、偏光板２７，２８，２９を下台座４０に設けられた保持部３６に差し込むためのガイドになっているとともに、偏光板２７，２８，２９の側辺近傍の上側を保持して偏光板２７，２８，２９の光入射方向およびその反対方向の位置決めを行う。
【００２３】
偏光板２７，２８，２９を保持部３５，３６に差し込んだ後は、これら偏光板は保持部３５，３６に対して接着固定される。但し、別に偏光板を押さえる板金を用いて偏光板を保持部３５，３６に固定してもよい。このように、本実施形態では、上下台座３９，４０を組み合わせることによって各偏光板２７，２８，２９を安定的に保持できる形態となる。
【００２４】
なお、プリズム台座の上下どちらか一方にのみ偏光板を保持する保持部を設けることも可能ではあるが、本実施形態では、射出成形やダイカストによって成形する場合により複雑な型構造をとらなくても済むように、プリズム台座を上下の台座３９，４０に分割している。
【００２５】
本実施形態では、射出側偏光板２７、２８、２９を上下のプリズム台座３９、４０の保持部３５、３６に保持させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光方向や位相差を変化させる波長板や位相板、液晶の視野角特性を改善する液晶フィルタ等を保持部に保持させるようにしてもよい。
【００２６】
また、本実施形態では、クロスプリズムを用いる場合について説明したが、本発明ではいわゆる４Ｐプリズムや３Ｐプリズムを用いてもよい。
【００２７】
（第２関連技術）
図２には、本発明の第２関連技術の実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学系の構成を示している。本実施形態の光学系は第１関連技術の実施形態の光学系とほぼ同様の構成を有しているが、色合成を行うプリズムとして４Ｐプリズム３０Ａを用いている。また、本実施形態では、光学ボックス３２Ａの内面における赤色光の光路に面した部分に、リレーレンズ系に代えて自由曲面ミラー３３，３４および凹面鏡３７を用いている。
【００２８】
なお、本実施形態において第１関連技術の実施形態と共通する構成要素には、第１関連技術の実施形態と同符号を付す。
【００２９】
光源１から射出された光束のうち緑反射ダイクロイックミラー１２を透過した赤色光は、自由曲面ミラー３３で反射され、その対向する側に設けられた凹面鏡３７によって反射され、さらに自由曲面ミラー３４で反射されて入射側偏光板２１を透過して赤色液晶パネル２４に到達する。
【００３０】
各液晶パネル２４，２５，２６により変調された各色光は、射出側偏光板２７，２８，２９を透過して４Ｐプリズム３０Ａに入射する。そして、４Ｐプリズム３０Ａ内のダイクロイック膜の作用によって３つの色光が合成され、投射レンズ３１によってスクリーン上に拡大投射される。
【００３１】
このように構成された光学系においても、第１関連技術の実施形態にて説明した上下のプリズム台座が用いられ、このプリズム台座３９、４０に一体形成された保持部３５、３６によって偏光板２７、２８が保持される。
【００３２】
本実施形態では、射出側偏光板２７、２８、２９をプリズム台座の保持部に保持させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光方向や位相差を変化させる波長板や位相板、液晶の視野角特性を改善する液晶フィルタ等を保持部に保持させるようにしてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、４Ｐプリズムを用いる場合について説明したが、本発明ではいわゆるクロスプリズムや３Ｐプリズムを用いてもよい。
【００３４】
（第３関連技術）
図５には、本発明の第３関連技術の実施形態を示している。第１関連技術の実施形態で示したプリズム台座３９、４０に設けられた保持部３５、３６は、偏光板２７、２８、２９などの光学部材を差し込む形態になっているが、本実施形態では、プリズム台座３９、４０をプラスチック成形によって製作した場合のプリズム台座自体が持つ弾性を利用して光学部材を保持するようにしている。
【００３５】
図５に示すように、プリズム台座の上下台座５２，５４の柱状部に爪形状の保持部５５，５６を一体形成し、弾性によって保持部５５，５６をプリズムの入射面側に付勢することにより、偏光板２８を保持部５５，５６と柱状部との間で挟み込んで保持する。
【００３６】
下側の保持部５６は、偏光板２８の下側角部への当接面を有し、偏光板２８の下方向への抜けを防止している。また、上台座５２には、偏光板２８の上端面に当接して上方向の抜けを防止する抜け止め部５７が一体形成されている。
【００３７】
偏光板２８を保持させる際には、まず、偏光板２８の下側部分を下側の保持部５６と柱状部との間に斜めに差込み、偏光板２８をプリズム入射面側に押し込む。これにより、偏光板２８の背面が上側の保持部５５の斜面を押圧して保持部５５が弾性変形して開き、偏光板２８が柱状部に密着するよう嵌り込む。このとき、保持部５５がその弾性力によって元に戻ろうとし、その付勢力によって偏光板２８がプリズムに対して固定保持される。
【００３８】
なお、本実施形態では、射出側偏光板２８をプリズム台座の保持部に保持させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、偏光方向や位相差を変化させる波長板や位相板、液晶の視野角特性を改善する液晶フィルタ等を保持部に保持させるようにしてもよい。
【００３９】
（第４関連技術）
図６には、本発明の第４関連技術の実施形態を示している。上記第１〜第３関連技術の実施形態では、プリズム台座に光学部材を保持する保持部を一体形成した場合について説明したが、本実施形態では、プリズム台座に視野絞り部（遮光部）を一体形成している。
【００４０】
図６において、プリズム台座の上台座６２と下台座６４におけるプリズム３０の入射面および射出面に対向する光通過口の周囲には、視野絞り部６５，６６が一体形成されている。
【００４１】
このようなプリズム台座（上下台座６２，６４）をプリズム３０に固着することよって、プリズム３０への不要光線の入射およびプリズム３０からの不要光線の射出を遮断するマスク形状がプリズム入射面および射出面に近接して設けられることになる。
【００４２】
また、上下台座６２，６４はプラスチック樹脂の射出成形によって製作されるため、熱によりわずかに膨張する。このため樹脂の線膨張係数を見越して、上下台座６２，６４の柱状部の先端間に隙間６３を設けておく必要がある。
【００４３】
これにより、上下台座６２，６４が熱膨張した場合でも、プリズム３０と上下台座６２，６４との接着面に不要な応力を加えることを防ぐことができる。
【００４４】
図７に示すように、視野絞り部６５、６６は有効光束範囲Ｌから外れた部分に形成されている。したがって、有効光束から外れた部分からプリズム３０内に入射する光でゴースト等が発生することを防ぐことができる。
【００４５】
また、プリズム台座６２、６４に視野絞り部６５、６６を設けることにより、遮光部材をプリズム台座に対して取り付けるよりも視野絞り部６５、６６の位置精度を良くすることができ、かつ部品点数が減るので都合がよい。
【００４６】
なお、本実施形態では、クロスプリズム３０を用いた場合について説明したが、４Ｐプリズムや３Ｐプリズムを用いてもよい。
【００４７】
（第１実施形態）
図８には、本発明の第１実施形態を示している。本実施形態では、プリズム台座の上下台座８２，８４に、レンズ鏡筒のようにレンズ（フィールドレンズ）８７，８８を保持する形状を持たせている。本実施形態は、投射レンズの一部のレンズを緑、青、赤の光路に配置する必要のある場合等に有効である。
【００４８】
異なる曲率半径を持つレンズを各色光の光路に配置することにより、倍率色収差などの光学収差を除去することができる。なお、図８では、青の光路のレンズは省略されている。
【００４９】
そして、レンズ８７，８８の前面には射出側偏光板２７，２８が接着されている。下台座８４に設けられた半円形状の保持部８６と、上台座８２に一体形成されてレンズ８７の外周面に当接する（図中の二点鎖線参照）形状を有するレンズ抜け止め部８５とによって、レンズ８７、８８が、そのレンズ８７、８８の光軸ＡＸＬに垂直な方向から挟まれ、かつ該光軸ＡＸＬの周りで回転調整可能に保持されている。
【００５０】
この場合も、第４実施形態と同様に、上下台座８２，８４を樹脂により成形する場合は線膨張の影響があるため、これを見越して寸法を設定するか、ダイキャストを用いて寸法変化の少ない台座として作製する必要がある。
【００５１】
また、偏光板２７，２８が接着されたレンズ８７，８８を回転させることによって、射出側の偏光板２７，２８の液晶パネルに対する偏光軸を微調整できるため、投射画像のコントラストをより向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、クロスプリズム３０を用いた場合について説明したが、４Ｐプリズムや３Ｐプリズムを用いてもよい。
【００５３】
（第２実施形態）
図９には、本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の光学系の構成を示している。図中、１０１は連続スペクトルで白色光を発光する光源、１０２は光を所定の方向に集光するリフレクタ、１０３ａは矩形のレンズをマトリックス状に配置した第１のフライアイレンズ、１０３ｂは第１のフライアイレンズの個々のレンズに対応したレンズアレイからなる第２のフライアイレンズ、１０４は無偏光光を所定の偏光光に揃える偏光変換素子である。
【００５４】
１０５ａはコンデンサーレンズ、１０５ｂはフィールドレンズ、１０５ｃは反射ミラーである。
【００５５】
１０６は青（Ｂ）と赤（Ｒ）の波長領域の光を透過し、緑（Ｇ）の波長領域の光を反射するダイクロイックミラー、１０７はＧとＲの中間の波長領域の光を一部カットするカラーフィルタである。
【００５６】
１０８ａ，１０８ｂはＢの光の偏光方向を９０度変換し、Ｒの光の偏光方向は変換しない第１の色選択性位相差板および第２の色選択性位相差板である。
【００５７】
また、１０９ａ，１０９ｂは第１の１／２波長板および第２の１／２波長板である。
【００５８】
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃはそれぞれ、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射するプリズム形状の第１の偏光ビームスプリッタ、第２の偏光ビームスプリッタおよび第３の偏光ビームスブリッタである。
【００５９】
１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂはそれぞれ、入射した光を反射し、画像変調して画像を表示する赤用の反射型液晶表示素子、緑用の反射型液晶表示素子および青用の反射型液晶表示素子である。
【００６０】
１１２ｒ，１１２ｇ，１１２ｂはそれぞれ、赤用の１／４波長板、緑用の１／４波長板および青用の１／４波長板である。１１３は投射レンズである。
【００６１】
次に、この液晶プロジェクタにおける光学的な作用を説明する。光源１０１から発した光はリフレクタ１０２により所定の方向に集光される。ここで、リフレクタ１０２は放物面形状をなしており、放物面の焦点位置からの光は放物面の対称軸に平行な光束となる。ただし、光源１０１は理想的な点光源ではなく有限の大きさを有しているので、集光する光束には放物面の対称軸に平行でない光の成分も多く含まれている。
【００６２】
これらの集光光束は、第１のフライアイレンズ１０３ａに入射する。第１のフライアイレンズ１０３ａは外形が矩形の正の屈折力を有するレンズをマトリックス状に組み合わせて構成されており、入射した光束はそれぞれのレンズに応じた複数の光束に分割され、かつ集光され、第２のフライアイレンズ１０３ｂを経てマトリックス状に複数の光源像を偏光変換素子１０４の近傍に形成する。
【００６３】
偏光変換素子１０４は偏光分離面と反射面と１／２波長板からなる。マトリックス状に集光する複数の光束はその列に対応した偏光分離面に人射し、透過するＰ偏光成分の光と反射するＳ偏光成分の光に分割される。
【００６４】
反射されたＳ偏光成分の光は反射面で反射し、Ｐ偏光成分と同じ方向に出射する。一方、透過したＰ偏光成分の光は、１／２波長板を透過してＳ偏光成分と同じ偏光成分に変換され、結果的に双方の光は偏光方向（図９において「・」が付された線、以下（・）と記す）が揃った光として射出する。
【００６５】
偏光変換された複数の光束は、偏光変換素子１０４の近傍で集光した後、発散光束として集光光学系に至る。集光光学系は、コンデンサーレンズ１０５ａとフィールドレンズ１０５ｂからなり、集光作用によりこれら複数の光束はフライアイレンズの個々のレンズの矩形形状の像ができる位置で重なり、矩形の均一な照明エリアを形成する。
【００６６】
また、フィールドレンズ１０５ｂから反射型液晶表示素子１１１ｒ，１１１ｇ，１１１ｂに至る光路において、反射型液晶表示素子上に集光する光は集光光学系の光軸に対してほぼテレセントリックとなるように設定されており、ダイクロイックミラー１０６および偏光ビームスプリッタ１１０ａ，１１０ｂの光学薄膜で発生する入射角度による特性の変動が反射型液晶表示素子上に画像として現れない構成となっている。
【００６７】
ダイクロイックミラー１０６は、ＢとＲの光は透過し、Ｇの光は反射する特性を有している。
【００６８】
図９においては、偏光変換素子１０４においてＳ偏光であった光は、ダイクロイックミラー１０６に対してもＳ偏光（・）である。
【００６９】
Ｇの光路において、ダイクロイックミラー１０６を反射した光は、カラーフィルタ１０７に入射する。カラーフィルタ１０７は、ＧとＲの中間の波長領域にあたる黄色の色光を反射するダイクロイックフィルタからなり、緑の光から黄色の光を除去する働きを有する。これは、緑の光に黄色の色成分が多いと緑が黄緑になってしまうので、黄色の光を除去する方が色再現上望ましいからである。
【００７０】
なお、カラーフィルタ１０７として、黄色の光を吸収する特性を有するものを用いてもよい。
【００７１】
こうして色を調整された光は、第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａに対してＳ偏光（・）として入射し、偏光分離面で反射され、Ｇ用の反射型液晶表示素子１１１ｇへと至る。Ｇ用の反射型液晶表示素子１１１ｇにおいて、Ｇの光が画像変調されて反射される。変調されたＧの反射光のＳ偏光成分（・）は、再び偏光分離面で反射し、光源側に戻されて投射光から除去される。
【００７２】
変調されたＧの反射光のＰ偏光成分（「｜」が付された線、以下（｜）と記す）は偏光分離面を透過し投射光となる。このときすべての偏光成分をＳ偏光に変換した状態（黒を表示した状態）において、第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａとＧ用の反射型液晶表示素子１１１ｇの間に設けられた１／４波長板１１２ｇの遅相軸を所定の方向に調整し、第１の偏光ビームススプリッタ１１０ａとＧ用の反射型液晶表示素子１１１ｇで発生する偏光状態の乱れの影響を小さく抑えている。
【００７３】
第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａを透過した光（｜）は、偏光方向に対して遅相軸が４５度で設定された第１の１／２波長板１０９ａにより偏光方向を９０度回転され、第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃに対してはＳ偏光（・）として入射し、偏光分離面で反射されて、投射レンズ１３へと至る。
【００７４】
ここで、第１の１／２波長板１０９ａの遅相軸を回転調整できるようにしておくと、第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃの偏光分離面に入射するＧの光の偏光方向を調整することができる。取り付け誤差などによる第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａの偏光分離面と第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃの偏光分離面との間に相対的な傾きがあるときなどは、この調整機構により第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃにおける非投射光の漏れが最小となるようにすることができ、Ｇにおける黒表示の画像調整が可能となる。
【００７５】
ダイクロイックミラー１０６を透過したＲとＢの光は、第１の色選択性位相差板１０８ａに入射する。第１の色選択性位相差板１０８ａは、Ｂの光のみ偏光方向を９０度回転する作用を持っており、これによりＢの光はＰ偏光（｜）として、Ｒの光はＳ偏光（・）として第２の偏光ビームスプリッタ１１０ｂに入射する。このため、第２の偏光ビームスプリッタ１１０ｂにおいてＢの光は偏光分離面を透過してＢ用の反射型液晶表示素子１１１ｂに至り、Ｒの光は偏光分離面で反射してＲ用の反射型液晶表示素子１１１ｒに至る。
【００７６】
Ｂ用の反射型液晶表示素子１１１ｂにおいては、Ｂの光が画像変調されて反射される。変調されたＢの反射光のＰ偏光成分（｜）は再び偏光分離面を透過し、光源側に戻され投射光から除去される。変調されたＢの反射光のＳ偏光成分（・）は偏光分離面で反射し投射光となる。
【００７７】
同様に、Ｒ用の反射型液晶表示素子１１１ｒにおいては、Ｒの光が画像変調されて反射される。変調されたＲの反射光のＳ偏光成分（・）は再び偏光分離面を反射し、光源側に戻され投射光から除去される。変調されたＲの反射光のＰ偏光成分（「｜」が付された一点鎖線）は偏光分離面を透過し投射光となる。これにより、ＢとＲの投射光は１つの光束に合成される。
【００７８】
このとき、第２の偏光ビームスプリッタ１１０ｂとＲ用、Ｂ用の反射型液晶表示素子１１１ｒ，１１１ｂとの間に設けられた１／４波長板１１２ｒ，１１２ｂの遅相軸を調整してＧの場合と同じように、Ｒ，Ｂそれぞれの黒の表示の調整を行う。
【００７９】
合成されたＲとＢの投射光は、第２の色選択性位相差板１０８ｂに入射する。第２の色選択性位相差板１０８ｂは、第１の色選択性位相差板１０８ａと同じもので、Ｂの偏光方向のみを９０度回転させる。これにより、Ｒ，Ｂの光はともにＰ偏光（｜）として第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃに入射し、偏光分離面を透過することでＧの投射光と合成される。
【００８０】
ここで、第２の色選択性位相差板１０８ｂと第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃとの間に、第２の１／２波長板１０９ｂを配置し、第２の１／２波長板１０９ｂの遅相軸を透過する偏光方向と同じ方向（偏光状態を変換しない方向）に配置した後、Ｇのときと同じように第２の１／２波長板１０９ｂの遅相軸の傾き調整を行う。これにより、Ｒ，Ｂの光の偏光方向が第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃの偏光分離面に対して適切に入射するように調整し、第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃにおける非投射光の漏れが最小となるようにすることができ、Ｒ，Ｂにおける黒表示の画像調整が可能となる。
【００８１】
合成されたＲＧＢの投射光は、投射レンズ１１３によりスクリーンなどに投影される。
【００８２】
本実施形態において、各光学素子の空気との境界面には反射防止コートが施され、Ｇの光のみが透過する面には最も反射率が低下する波長帯域を５５０ｎｍ近傍に設定した反射防止コートが、Ｒの光のみが透過する面には最も反射率が低下する波長帯域を６１０ｎｍ近傍に設定した反射防止コートが、Ｂの光のみが透過する面には最も反射率が低下する波長帯域を４５０ｎｍ近傍に設定した反射防止コートがそれぞれ施されている。また、ＲとＢの光が透過する面には反射率が低下する波長帯域が４５０ｎｍ近傍と６１０ｎｍ近傍に２つあるような反射防止コートが施されている。
【００８３】
投射レンズ１３のＦｎｏは、反射型液晶表示素子における回折や取り付け誤差による投射レンズ１１３の光軸と集光光学系の光軸のずれを考慮して照明系のＦｎｏよりも明るく設定している。
【００８４】
本実施形態においては、図１０（ａ）に示すように、第２の偏光ビームスプリッタ１１０ｂを保持するプリズム台座（支持部材）１６０，１６１に、１／４波長板１１２ｒ，１１２ｂを、その１／４波長板１１２ｒ，１１２ｂの光軸ＡＸＬに対して垂直な方向から挟み、かつ該光軸ＡＸＬの周りで回転調整可能に保持する形状を有した保持部を一体形成している。
【００８５】
また、図１０（ｂ）に示すように、第３の偏光ビームスプリッタ１１０ｃを保持するプリズム台座（支持部材）１６２，１６３に、１／２波長板１０９ａ，１０９ｂを、その１／２波長板１０９ａ，１０９ｂの光軸ＡＸＬに対して垂直な方向から挟み、かつ該光軸ＡＸＬの周りで回転調整可能に保持する形状を有した保持部を一体形成している。
【００８６】
なお、図示しないが、第１の偏光ビームスプリッタ１１０ａを保持するプリズム台座（支持部材）にも、１／４波長板１１２ｇを回転可能に保持する部分を一体形成している。
【００８７】
各プリズム台座に保持された１／２波長板や１／４波長板を回転調整し、結晶軸である遅相軸を偏光板の透過光紬に対して回転微調整することによって、コントラストを向上させることができる。
【００８８】
プリズム台座は、偏光ビームスプリッタを接着固定等するが、プリズム台座の材質としては、ポリカーボネイトやアルミダイキャストであってもよい。また、同様に、色選択性位相差板１０８ａ，１０８ｂ、カラーフィルタ１０７をプリズムに対して精度良く固定支持するために、プリズム台座にこれらの保持部を一体形成してもよい。
【００８９】
また、１つのプリズム台座に対して、３つの偏光ビームスプリッタ１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃが一括して保持されるようにしてもよく、この場合にも、１／２波長板，１／４波長板，色選択性位相差板，カラーフィルタを保持する部分を一体形成してもよい。
【００９０】
（第５関連技術）
図１１には、本発明の第５関連技術の実施形態である液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）における色分解系又は色合成系の周辺構成を示している。
【００９１】
図１１（ａ）では、プリズム（クロスプリズムや偏光ビームスプリッタ等）２０２を、上台座２０１と下台座２０３の位置決め部（図示せず）に位置決めするとともに、プリズム２０２に上台座２０１と下台座２０３とを接着剤（紫外線硬化接着剤、エボキシ系接着剤等）により接着する。
【００９２】
上台座２０１および下台座２０３には、液晶パネル（画像表示素子）２０４を保持するための保持ピン形状部２０１ａ，２０３ａが一体成形されており、下台座２０３には、照明光学ボックスに取り付けるための位置決め機構部および取り付け部（図示せず）が形成されている。
【００９３】
一方、液晶パネル２０４には、上記保持ピン形状部２０１ａ，２０３ａを挿入するための穴部２０４ａが形成されている。図では省略されているが、このような保持ピン形状部および液晶パネル側の穴部は、緑、青、赤のそれぞれの色用の液晶パネルを保持するために同様に形成されている。
【００９４】
図１１（ｂ）では、液晶パネル２０４を板金２０５にネジ止めし、この板金２０５に形成された穴部２０５ａに、上台座２０１および下台座２０３に一体形成された保持ピン形状部２０１ａ，２０３ａが挿入されるようにしている。これにより、板金２０５をプリズム台座に固定した状態で、液晶パネル２０４を板金２０５にネジ止めしているネジを緩めて液晶パネル２０４のプリズム２０２に対する位置調整を行うことができる。
【００９５】
図１１（ｃ），（ｄ）では、プリズム台座（上台座２０６，下台座２０８）により保持するプリズム２０７が、図１１（ａ），（ｂ）に示したクロスプリズム等でなく、４個のプリズムを接合した異形の４Ｐプリズムや３Ｐプリズムである場合を示している。
【００９６】
この場合も、上台座２０１および下台座２０３に保持ピン形状部２０６ａ，２０８ａを一体成形し、下台座２０８には、照明光学ボックスに取り付けるための位置決め機構部および取り付け部２１０，２１１を形成する。
【００９７】
一方、液晶パネル２０４又はこれをネジ止め保持した板金２０５には、上記保持ピン形状部２０６ａ，２０８ａを挿入するための穴部２０４ａ又は２０５ａを形成する。
【００９８】
これら図１１（ａ）〜（ｄ）においては、プリズム台座の保持ピン形状部を、液晶パネル２０４の穴部２０４ａ又は板金２０５の穴部２０５ａに挿通させ、図示しない治具により液晶パネル２０４をプリズムに対して位置決めする。この状態で、穴部と保持ピン形状部の回りに紫外線硬化型の接着剤を塗布し、紫外線を照射して接着剤を硬化させる。
【００９９】
これにより、液晶パネル２０４がプリズムに対して位置決めされて状態で固定される。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明によれば、プリズム型光学素子を支持する台座等の複数の支持部材に、光学部材を、その光軸に垂直な方向から挟んで、該光軸周りで回転調整可能に保持する部分を一体形成したので、少ない部品点数で、上記光学部材を回転調整が可能に、しかもプリズム型光学素子に対する位置精度良く保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１関連技術の実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図２】上記第１関連技術の実施形態の液晶プロジェクタに用いられるにおけるプリズムおよびプリズム台座の分解斜視図である。
【図３】上記第１関連技術の実施形態の液晶プロジェクタに用いられるにおけるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図４】本発明の第２関連技術の実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図５】本発明の第３関連技術の実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図６】本発明の第４関連技術の実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図７】上記第４関連技術の実施形態におけるプリズムおよびプリズム台座の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズムおよびプリズム台座の斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタの光学系を示す図である。
【図１０】上記第２実施形態の液晶プロジェクタに用いられるプリズム台座の斜視図である。
【図１１】本発明の第５関連技術の実施形態である液晶プロジェクタに用いられるプリズム台座の斜視図である。
【図１２】従来の液晶プロジェクタにおけるプリズムおよびプリズム台座を示す分解斜視図である。

Claims

光源からの光を複数の色光に分解する色分解系および画像表示素子により変調された複数の色光を合成して射出する色合成系のうち少なくとも一方にプリズム型光学素子を用いた画像表示光学系であって、
前記プリズム型光学素子を支持する複数の支持部材に、該プリズム型光学素子とは異なる光学部材を保持するための保持部が一体形成されており、
前記複数の支持部材に設けられた保持部は、前記光学部材を該光学部材の光軸に垂直な方向から挟んで保持し、かつ該保持した前記光学部材の前記光軸の周りでの回転調整を可能とする形状を有することを特徴とする画像表示光学系。
前記光学部材が、偏光板、波長板、位相板、光学フィルタ、レンズ、画像表示素子のうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の画像表示光学系。
請求項１又は２に記載の画像表示光学系と、前記色合成系から射出した光を被投射面に投射する投射光学系とを有することを特徴とする投射型画像表示装置。