JP2002055305A

JP2002055305A - 色合成光学系、画像投写光学系および投写型画像表示装置

Info

Publication number: JP2002055305A
Application number: JP2000239211A
Authority: JP
Inventors: Saburo Sugawara; 三郎菅原; Atsushi Okuyama; 奥山　　敦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2002-02-20
Also published as: EP1185111A3; US6942347B2; EP1185111B1; EP1185111A2; US20020057499A1; DE60127211D1

Abstract

(57)【要約】【課題】ダイクロイック膜に対する光束の入射角度が
ダイクロイック膜への入射位置によって異なると、画像
の明るさや色にむらが生じる。【解決手段】ダイクロイック膜２５Ｂ，２７Ｂで反射
する色光とダイクロイック膜を透過する色光とを合成す
る色合成光学系いおいて、ダイクロイック膜の上記反射
する色光の入射光軸に対する傾斜方向に関し、このダイ
クロイック膜の光学的厚さをその傾斜方向一端側から他
端側にかけて増加若しくは減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
ーなどの投写型画像表示装置に用いられる色合成光学系
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクターの色合成光学素子と
しては、図２５に示すように、４つの直角プリズム６
１，６２，６３，６４から構成され、２種類の反射波長
域を有するダイクロイック層ＤＭ１，ＤＭ２をプリズム
内部で交差させているクロスダイクロイックプリズムＸ
ＤＰが広く用いられている。

【０００３】但し、クロスダイクロイックプリズムにお
いては、４つの直角プリズムの角度を正確に研磨しない
と、ダイクロイック層ＤＭ１，ＤＭ２が直角プリズムの
頂角で折れ曲がってしまうため、不図示のスクリーン上
の投影像が二重像となり、解像感が著しく悪くなる。

【０００４】また、スクリーン上の解像力を良好に保つ
ため、４つの直角プリズム６１、６２、６３、６４を接
合する場合、接合面で段差が生じないように接合しなけ
ればならず、接合時に細心の注意を必要とする。

【０００５】さらに、直角プリズムの直角な稜線部分
は、いわゆるピリやカケ等の欠陥が許されず、稜線部分
の幅が広いと、クロスプリズムのクロスする部分が縦筋
となってスクリーン上に投影されてしまうという問題も
ある。

【０００６】このように、従来のクロスダイクロイック
プリズムは、プリズム加工およびプリズム接合が極めて
難しく、製造コストを安くすることが困難である。

【０００７】一方、クロスダイクロイックプリズムの以
上述べたような問題点に対処するために、特開平１０−
１０４７６３号公報（公報図１）には、ビデオカメラ等
で使用されいる３つのプリズムから構成される色分解プ
リズムを液晶プロジェクターに応用した提案がなされて
いる。

【０００８】しかし、上記公報にて提案の色分解プリズ
ムは、プリズム形状が、プリズムの光路長を最小にする
ような形状に最適化されていないため、クロスダイクロ
イックプリズムと比較して２倍近いプリズム光路長を必
要とする。また、同公報中には、プリズムの材料や屈折
率に関する記載がないので、プリズムの屈折率を高め
て、空気換算時の光路長を短くしているかどうかは不明
である。

【０００９】このように上記公報提案の構成では、プリ
ズムの製造自体は、ダイクロイック膜がプリズム内部で
交差していないので、クロスダイクロイックプリズムに
対し楽になってはいるが、プリズム光路長が長いため
に、投写レンズのバックフォーカスをクロスダイクロイ
ックプリズムを使用する場合と比較してかなり長くする
必要が生じる。このため、投写レンズは大型化し、製造
コストが高くなり、また特に投写レンズの性能面では、
倍率色収差が増大してくるといった問題が生じる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶プロジ
ェクターにおいて、クロスダイクロイックプリズムを用
いるかクロスダイクロイックプリズムではないダイクロ
イックプリズムを用いるかにかかわらず、色合成ダイク
ロイックプリズムの小型化、ひいてはプロジェクター全
体の小型化を図るため、色合成ダイクロイックプリズム
の入射面と液晶画像表示素子との間に正の屈折力を有す
るレンズ群を配置し、液晶画像表示素子を透過して色合
成ダイクロイックプリズムに入射する光束を収束させる
構成が採られることがある。これにより、色合成ダイク
ロイックプリズムの光射出側の有効径の小型化が可能と
なり、色合成ダイクロイックプリズムと投写レンズを小
型化することができる。

【００１１】しかしながら、色合成ダイクロイックプリ
ズム内のダイクロイック膜に入射して反射する波長域の
光束をレンズ群により収束させると、ダイクロイック膜
はこの光束の入射光軸に対して傾斜しているため、ダイ
クロイック膜に対する光束の入射角度がダイクロイック
膜への入射位置によって異なるものとなってしまう。

【００１２】そして、ダイクロイック膜の反射特性は反
射する光の入射角度に依存するため、ダイクロイック膜
に対する光束の入射角度が入射位置によって異なると、
色合成された（すなわち投写される）画像の明るさや色
にむらが生じるという問題がある。

【００１３】そこで、本発明は、小型でありながら、色
合成された画像の明るさや色にむらが生じないようにし
た色合成光学系を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、ダイクロイック膜で反射する色光と
ダイクロイック膜を透過する色光とを合成する合成光学
系もしくはこれを用いた画像投写系において、ダイクロ
イック膜の上記反射する色光の入射光軸に対する傾斜方
向に関し、このダイクロイック膜の光学的厚さがその傾
斜方向一端側から他端側にかけて増加若しくは減少する
ようにしている。

【００１５】具体的には、例えば、ダイクロイック膜の
厚さ（ｄ）を上記傾斜方向一端側から他端側にかけて増
加若しくは減少させたり、ダイクロイック膜の屈折率
（ｎ）を上記傾斜方向一端側から他端側にかけて増加若
しくは減少させることにより、光学的厚さ（Δ＝ｎ・
ｄ）が増加若しくは減少するようにしている。

【００１６】これにより、ダイクロイック膜に対する光
束の入射角度がダイクロイック膜上の位置によって異な
っても、各位置での反射特性を均一化することが可能と
なり、色合成された画像の明るさや色にむらが生じない
ようにすることが可能となる。したがって、小型であり
ながら明るさ・色むら等のない良好な色合成画像を得る
ことが可能となる。

【００１７】なお、上記ダイクロイック膜は、色合成プ
リズムの内部に形成することも可能である。

【００１８】また、色合成プリズムの前段に、正屈折力
を有する光学素子を配置し、色合成プリズムに入射する
光束を収束させるようにすることにより、色合成プリズ
ム（および投写光学系）の小型化を図ることが可能とな
る。

【００１９】また、上記色合成光学系の正屈折光学素子
に画像光を入射させる画像変調手段を有するとともに、
色合成光学系により色合成された画像を拡大投写する投
写光学系を有する画像投写光学系においては、０．０７＜Ｌ／ｆ＜０．３５ …（１）さらには、０．１＜Ｌ／ｆ＜０．３ …（１Ａ）但し、Ｌは、画像変調手段の画像表示部の対角長ｆは、正屈折光学素子の焦点距離を満足するようにしてもよい。

【００２０】また、色合成光プリズムの射出側のダイク
ロイック膜が形成されている面と、色合成プリズムの射
出面とのなす角度θ１が、２０度＜θ１＜３５度 …（２）さらには、２３度＜θ１＜３２度 …（２Ａ）を満足するようにしてもよい。

【００２１】また、色合成プリズムの射出面と色合成プ
リズムの入射側のダイクロイック膜が形成されている面
とのなす角度θ２が、４０度＜θ２＜５０度 …（３）さらには、４２度＜θ１＜４８度 …（３Ａ）を満足するようにしてもよい。

【００２２】さらに、｜Ｌｉｎ／Ｌ｜＞４ …（４）さらには、｜Ｌｉｎ／Ｌ｜＞６ …（４Ａ）但し、Ｌｉｎは、投写光学系、色合成プリズム、正屈折
光学素子を含む画像投写光学系全体の入射瞳の画像変調
手段の表示部からの距離Ｌは、画像変調手段の画像表示
部の対角長を満足するようにしてもよい。

【００２３】また、複数の正屈折光学素子の焦点距離の
うち少なくとも１つが他の正屈折光学素子の焦点距離と
異なるようにしてもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１には、本発明の第１実施形態
である液晶プロジェクター（投写型画像表示装置）の光
学断面図を示す。

【００２５】光源１から発せられた白色光は、放物面鏡
２よりほぼ平行な光束に変換され、複数の矩形のレンズ
アレイにより構成される第１フライアイレンズ３に入射
する。そして、第１フライアイレンズ３からの射出光
は、複数の矩形のレンズアレイにより構成される第２フ
ライアイレンズ５の各コマのほぼ中心部に反射ミラー４
を介して光源像を形成する。

【００２６】第２フライアイレンズ５から射出し、偏光
変換素子６によって片方の偏光成分のみに揃えられた光
束は、第１正レンズ７を通って液晶画像表示パネル（画
像変調手段：以下、液晶パネルという）１２，１５，１
８上に重ね合わされる。

【００２７】まず、第１正レンズ７を通って青反射ダイ
クロイックミラー８により反射された青色光は、高反射
ミラー９および第２正レンズ１１を介して青色用液晶パ
ネル１２の表示部に集光される。

【００２８】また、青反射ダイクロイックミラー８を透
過した緑および赤色の光成分のうち緑色成分は、緑反射
ダイクロイックミラー１０により反射され、第３正レン
ズ１４を介して緑色用液晶パネル１５の表示部に集光さ
れる。

【００２９】さらに、緑反射ダイクロイックミラー１０
を透過した赤色成分の光は、第４正レンズ２０、高反射
ミラー２１、第５正レンズ２２、高反射ミラー２３およ
び第６正レンズ１７を介して赤色用液晶パネル１８の表
示部に集光される。

【００３０】なお、第４正レンズ２０と第５正レンズ２
２は、赤色チャンネルのみ他の色チャンネルより光路が
長いため、各色光をほぼ等倍結像させるリレーレンズの
役目を果たしている。

【００３１】各色の液晶パネル１２，１５，１８で変調
された光（画像光）は、色合成プリズムＣＳＰ１によっ
て色合成される。色合成プリズムＣＳＰ１から射出した
色合成画像は、投写レンズ（投写光学系）２８により、
不図示のスクリーンにカラー画像として拡大投影され
る。

【００３２】なお、色合成プリズムＣＳＰ１は、第１プ
リズム２７と、第２プリズム２６と、第３プリズム２５
と、第４プリズム２４の４つのプリズムによって構成さ
れる。

【００３３】ここで、色合成プリズムＣＳＰ１と各液晶
パネル１２，１５，１８との間には、正の屈折力を有す
る正レンズ（正屈折光学素子）１３，１６，１９が配置
されている。

【００３４】これら正レンズ１３，１６，１９を配置す
ることにより、液晶パネル１２，１５，１８の表示部の
周辺を透過した光束が収束されるので、色合成プリズム
ＣＳＰ１の射出側の有効径の小型化が可能となり、色合
成プリズムＣＳＰ１の全体の小型化を図ることができ
る。

【００３５】図２（Ａ）には、本実施形態の液晶プロジ
ェクターにおける色合成光学系および投写レンズ２８の
光学断面図を示す。

【００３６】色合成プリズムＣＳＰ１を構成する第１プ
リズム２７は、透過面でありかつ全反射面でもある面２
７Ａと、赤色成分を反射させて青および緑色成分を透過
させるダイクロイック膜が形成されたダイクロ面２７Ｂ
と、透過面２７Ｃとにより構成されている。

【００３７】また、第２プリズム２６は、２つの透過面
２６Ａ、２６Ｂを有して構成されている。さらに、第３
プリズム２５は、２つの透過面２５Ａ、２５Ｃと、青色
成分を反射させて緑色成分を透過させるダイクロイック
膜が形成されたダイクロ面２５Ｂとにより構成されてい
る。

【００３８】また、第４プリズム２４は、２つの透過面
２４Ａ，２４Ｂを有して構成されている。

【００３９】図２（Ａ）において、透過面２７Ａ，２７
Ｃ，２５Ｃ，２４Ｂには、空気とガラスの界面で生ずる
表面反射光による光量損失を防ぐため、反射防止コート
が形成されている。

【００４０】第２プリズム２６の面２６Ｃと第４プリズ
ム２４の面２4 Ｃは、プリズム内部の内面反射によるゴ
ースト発生を防ぐため、研磨面ではなく、砂ズリ面と
し、さらに黒色の塗料を塗布している。

【００４１】なお、第１プリズム２７のダイクロ面２７
Ｂに形成されているダイクロイック膜は、第２プリズム
２６の透過面２６Ａに形成してもよい。第２プリズム２
６の方が、第１プリズム２７より小さいので、ダイクロ
イック膜を蒸着するときに、蒸着釜により多くプリズム
を入れることができるので、製造コストが安くなる利点
がある。

【００４２】また、第３プリズム２５のダイクロ面２5
Ｂに形成されているダイクロイック膜は、第４プリズム
２４の透過面２４Ａに形成してもよい。

【００４３】本実施形態の色合成プリズムＣＳＰ１は、
従来色分解プリズム等で使用されている３つのプリズム
から構成されるプリズムに対し、プリズムの光路長を短
くするために４つのプリズムで構成している。

【００４４】そして、２つのダイクロイック膜２７Ｂ，
２５Ｂに挟まれるプリズムを２つに分割することによ
り、２つのプリズムのうち光入射側のプリズムを小さく
することできる。また、残りの光射出側のプリズムは、
有効光束のケラレが生じない大きさ・形状に設定されて
いる。

【００４５】さらに、色合成プリズムＣＳＰ１として、
プリズムの空気換算時の光路長を短くするために、従来
よりも屈折率の高いガラスを使用してもよい。例えば、
株式会社オハラ製のＳ−ＢＳＭ２５（ｄ線の屈折率1.65
844 、アッベ数50.9）、Ｓ−ＢＳＭ１５（ｄ線の屈折率
1.62299 、アッベ数58.2）が屈折率も高く、透過率もよ
いので好ましい。

【００４６】また、第１プリズム２７と第２プリズム２
６の間のダイクロ面２７Ｂと、第１プリズム２７の射出
面２７Ａとが挟む角度θ１を２８度に設定することによ
り、プリズムの光路長を短くし、ダイクロ面２７Ｂの反
射によるゴーストの発生を抑えることができた。また、
第１プリズム２７の射出面２７Ａにおける全反射条件を
十分に満足できた。

【００４７】また、第３プリズム２５と第４プリズム２
４の間のダイクロ面２５Ｂと第１プリズム２７の射出面
２７Ａとが挟む角度θ２を４５度に設定することによ
り、プリズムの光路長を短くすることができた。

【００４８】そして、プリズムの光路長を短くすること
により、プリズム自体を小型化できるだけでなく、投写
レンズのバックフォーカスを短くできるので、投写レン
ズの小型化および高性能化も実現できる。

【００４９】さらに、本実施形態のように、色合成プリ
ズムＣＳＰ１と各液晶パネル１２，１５，１８との間に
正レンズ１３，１６，１９を配置すると、図２に示すよ
うに、ダイクロ面２５Ｂ（２７Ｂも同様）の入射角度が
ダイクロ面の場所により変化してしまう（具体的には、
ダイクロイック膜のうち正レンズに近い側の入射角度φ
１＞正レンズから遠い側の入射角度φ２）。このため、
不図示のスクリーン上に投写された画像に明るさむらや
色むらが生じる可能性がある。

【００５０】しかし、本実施形態では、図２（Ｂ）に示
すように、ダイクロイック膜で反射する光のダイクロイ
ック膜への入射光軸に対しダイクロイック膜が傾斜する
方向に関して、ダイクロイック膜の光学的厚さ（Δ＝ｎ
・ｄ）がその一端側から他端側にかけてなだらかに増加
若しくは減少するように、ダイクロイック膜を傾斜膜と
して形成している。

【００５１】なお、光学的厚さ（Δ）を変化させるため
には、ダイクロイック膜の厚さ（ｄ）を変えてもよい
し、屈折率（ｎ）を変えてもよい。

【００５２】本実施形態では、ダイクロイック膜のうち
入射角度が大きい側（φ１）の光学的厚さが入射角度が
小さい側（φ２）の光学的厚さが厚くなるように傾斜膜
を形成している。

【００５３】さらに詳しく説明すると、ダイクロイック
膜（２５Ｂ）においては、このダイクロイック膜の図２
（Ａ）における上側の光線入射角度が下側の光線入射角
度と比較して大きくなるので、上側の膜厚が下側の膜厚
より厚くなるよう傾斜膜を構成する。

【００５４】また、ダイクロイック膜（２７Ｂ）におい
ては、このダイクロイック膜の図２（Ａ）における下側
の光線入射角度が上側の光線入射角度と比較して大きく
なるので、下側の膜厚が上側の膜厚より厚くなるよう傾
斜膜を構成するこのようにダイクロイック膜を傾斜膜と
することにより、膜上の位置によって入射角度が異なる
光線に対してダイクロイック膜の反射特性を均一化する
ことが可能となり、投写される画像での明るさや色のむ
らをなくすることができる。

【００５５】なお、液晶パネル１３，１６，１９に対し
ては、コントラストむらを生じさせないために、光源１
からの照明光がテレセントリックになるように設計され
ている。

【００５６】（第２実施形態）図３には、本発明の第２
実施形態である液晶プロジェクター（投写型画像表示装
置）の光学断面図を示す。なお、本実施形態において、
第１実施形態と共通する構成要素には、第１実施形態と
同符号を付す。

【００５７】本実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の
構成であるが、色合成プリズムＣＳＰ２の構成が異な
る。

【００５８】本実施形態の色合成プリズムＣＳＰ２は、
第１プリズム２７と、第２プリズム２９と、第３プリズ
ム２４とにより構成されている。これにより、第１実施
形態のように４つのプリズムで色合成プリズムＣＳＰ１
を構成する場合に比べて、部品の簡素化がはかれ、さら
に安価な色合成プリズムを実現することができる。

【００５９】図４には、本実施形態における色合成光学
系および投写レンズ２８の断面図を示す。

【００６０】本実施形態では、第１実施形態に比べて、
正レンズ１３，１６，１９の正の屈折力をさらに強める
ことにより、色合成プリズムＣＳＰ２のさらなる射出側
の有効径の小型化を図っている。また、これにより、第
１実施形態にてダイクロ面２７Ｂ，２５Ｂの間に配置さ
れている２つのプリズム２６，２５を１つの第２プリズ
ム２９に置き換えることができた。

【００６１】そして、本実施形態においても、第１実施
形態と同様に、色合成プリズムＣＳＰ２内の２つのダイ
クロイック膜（２７Ｂ，２９Ｂ）を傾斜膜とし、これに
より投写される画像での明るさや色のむらをなくするよ
うにしている。

【００６２】（第３実施形態）図５には、本発明の第３
実施形態である液晶プロジェクター（投写型画像表示装
置）のうち色合成光学系と投写レンズ２８の断面図を示
す。なお、本実施形態において、第１実施形態と共通す
る構成要素には、第１実施形態と同符号を付す。

【００６３】本実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の
構成であるが、色合成プリズムＣＳＰ３の構成が異な
る。

【００６４】本実施形態の色合成プリズムＣＳＰ３で
は、第１実施形態のダイクロ面２７Ｂ，２５Ｂの間に配
置されている２つのプリズム２６，２５を一体化し、１
つの第２プリズム３０として形成している。プラスチッ
ク成型によってプリズム３０を作製するのであれば、こ
のプリズム３０のような形状を実現することができる。

【００６５】そして、本実施形態においても、第１実施
形態と同様に、色合成プリズムＣＳＰ３内の２つのダイ
クロイック膜（２７Ｂ，３０Ｂ）を傾斜膜とし、これに
より投写される画像での明るさや色のむらをなくするよ
うにしている。

【００６６】（第４実施形態）図６には、本発明の第４
実施形態である液晶プロジェクター（投写型画像表示装
置）のうち色合成光学系と投写レンズ２８の断面図を示
す。なお、本実施形態において、第３実施形態と共通す
る構成要素には、第３実施形態と同符号を付す。

【００６７】本実施形態では、第３実施形態の色合成プ
リズムＣＳＰ３の入射面２７Ｃ，３０Ｃ、２４Ｂにそれ
ぞれ、正レンズ（正屈折光学素子）３１，３２，３３を
接合して、色合成光学系全体を一体化している。

【００６８】本実施形態によれば、色合成プリズムＣＳ
Ｐ３の入射面２７Ｃ，３０Ｃ，２４Ｂと正レンズ３１，
３２，３３のうち色合成プリズムＣＳＰ３に対向する面
とに対する反射防止コートを省略できる。

【００６９】（第５実施形態）図７には、本発明の第５
実施形態である液晶プロジェクター（投写型画像表示装
置）のうち色合成光学系と投写レンズ２８の断面図を示
す。なお、本実施形態において、第３実施形態と共通す
る構成要素には、第３実施形態と同符号を付す。

【００７０】本実施形態では、第３実施形態の色合成プ
リズムＣＳＰ３に、正レンズ（正屈折光学素子）３１，
３２，３３に相当する部分を一体形成して、色合成光学
系全体を一体化するとともに、さらなる部品の簡素化を
図っている。

【００７１】すなわち、第１プリズム３４の入射面３４
Ｃに正の屈折力を持たせ、同様に第２プリズム３５の入
射面３５Ｃおよび第３プリズム３６の入射面３６Ｂにそ
れぞれ正の屈折力を持たせている。

【００７２】（実施例１）図８には、上記第１実施形態
の実施例を示している。この実施例１においては、投写
レンズ２８は、色合成プリズムＣＳＰ１と正レンズ１
３，１６，１９と組み合わせた状態で最も光学性能が良
好になるよう設計されている。投写レンズ２８は、正レ
ンズ１３，１６，１９が液晶パネル１２，１５，１８の
近くに配置されているので、パネル側のレンズ径を小さ
くでき、全体として小型軽量化が実現できる。

【００７３】ここで、投写レンズ２８の倍率色収差を補
正するために、正レンズ１３，１６，１９の焦点距離あ
るいは配置位置を僅かに異ならせてもよい。

【００７４】図９には、図８に示した実施例１における
液晶パネルの長辺方向の光路図を示す。本実施例は、表
示部の対角長が０．７インチの液晶パネル用に設計され
たものである。

【００７５】色合成プリズムの材料は、（株）オハラの
Ｓ−ＢＳＭ１５を使用している。従来のクロスダイクロ
プリズムで使用されていた( 株) オハラのＳ−ＢＳＬ７
と比較すると、本実施例においては、プリズムの屈折率
を高めることにより空気換算時のプリズム光路長の短縮
を実現している。

【００７６】本実施例では、色合成プリズムＣＳＰ１と
液晶パネル１２，１５，１８の間に配置されている正レ
ンズ１３，１６，１９の光学作用により、色合成プリズ
ムＣＳＰ１内部の光束の拡がりが極めて小さく抑えられ
ている。このため、色合成プリズムＣＳＰ１を構成する
プリズム２４，２５の一辺の長さを２２ｍｍと極めて小
さくすることができた。

【００７７】なお、従来のクロスダイクロプリズムの場
合、０．７インチの液晶パネルを用いる場合には一辺が
２６ｍｍ必要となっていた。

【００７８】このように、本実施例では、色合成プリズ
ムＣＳＰ１内部の光束の拡がりを小さく抑えることがで
きるので、従来のクロスダイクロプリズムを使用した場
合に比べて、隣り合う液晶パネル１２，１５の間隔を小
さくでき、この結果、色分解光学系も小さくでき、全体
として極めて小型の液晶プロジェクターを実現できる。

【００７９】また、図１０には、図８に示した実施例１
における液晶パネルの短辺方向の光路図を示している。
色合成プリズムＣＳＰ１と液晶パネル１５の間に配置さ
れている正レンズ１６の光学作用により、図９と同様
に、色合成プリズムＣＳＰ１内部の光束の拡がりが極め
て小さく抑えられている。特に、色合成プリズムＣＳＰ
１の図中下端の光束ＤＤは、色合成プリズムＣＳＰ１の
下端とほぼ平行となっているので、色合成プリズムＣＳ
Ｐ１の射出側のプリズムの高さを極めて小さくすること
ができた。

【００８０】（実施例２）図１１には、上記第１実施形
態の実施例２であって、液晶パネルの表示部の長辺方向
の断面図を示す。本実施例も、表示部の対角長が０．７
インチの液晶用に設計された実施例である。

【００８１】この実施例の色合成プリズムＣＳＰ１Ａの
形状は実施例１と同様であるが、ガラス材料が（株）オ
ハラのＳ−ＢＳＬ７を使用している点が異なる。プリズ
ム材料をＳ−ＢＳＬ７にした場合の利点は、アッベ数が
大きいので色分散が小さく、プリズム内部における倍率
色収差の発生が小さい点と、Ｓ−ＢＳＭ１５の比重３．
６と比較すると比重が２．５２と軽い点である。

【００８２】本実施例においても、実施例１と同様に、
液晶パネルと色合成プリズムＣＳＰ１Ａの間に配置され
る正レンズの光学作用により、プリズム内部の光束の拡
がりを小さくすることができた。

【００８３】また、図１２は実施例２における液晶パネ
ルの表示部の短辺方向の断面図を示す。本実施例におい
ては、プリズム２４Ａ，２５Ａの高さをプリズム２６
Ａ，２７Ａより小さくして、色合成プリズムＣＳＰ１Ａ
の全体の軽量化を実現している。

【００８４】（実施例３）図１３には、実施例３とし
て、投写レンズの断面図を示す。本実施例では、不図示
のスクリーン側から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｉ、
正屈折力の第２レンズ群II、正屈折力の第３レンズ群II
I 、負屈折力の第４レンズ群IV 、正屈折力の第５レン
ズ群Ｖ、正屈折力の第６レンズ群VI、色合成プリズムＣ
ＳＰおよび正屈折力の第７レンズ群VII により構成さ
れ、広角端から望遠端への変倍に際して、第２レンズ
群II、第３レンズ群III 、第４レンズ群IVおよび第５レ
ンズ群Ｖを不図示のスクリーン側に移動させるようにし
ている。なお、第５レンズ群Ｖは弱い負レンズ群であっ
てもよい。

【００８５】本実施例では、スクリーン距離の変動に伴
う像面位置の補正を、第１レンズ群Ｉを光軸方向に移動
させることにより行う。本実施例は、従来の液晶パネル
側にテレセントリックな投写レンズと比較して、色合成
プリズムＣＳＰと液晶パネルの画像表示面ＩＭとの間に
第７正レンズ群ＶＩＩを配置しているので、色合成プリ
ズムＣＳＰ側のレンズ径を小さくできる利点がある。

【００８６】なお、図１６〜図１８にはそれぞれ、本実
施例の投写レンズにおける広角端、中間位置およぞ望遠
短での収差図を示している。

【００８７】（実施例４，５）図１４には、数値実施例
４として投写レンズの断面図を示す。また、図１５に
は、数値実施例５として投写レンズの断面図を示す。

【００８８】これら実施例でも、不図示のスクリーン側
から順に、負屈折力の第１レンズ群Ｉ、正屈折力の第２
レンズ群II、正屈折力の第３レンズ群III 、負屈折力の
第４レンズ群IV、正屈折力の第５レンズ群Ｖ、正屈折力
の第６レンズ群VI、色合成プリズムＣＳＰおよび正屈折
力の第７レンズ群VII により構成されている。

【００８９】なお、これら実施例の投写レンズの作動
は、図１３に示した数値実施例３の投写レンズと同様で
ある。

【００９０】また、図１９〜図２１にはそれぞれ、実施
例４の投写レンズにおける広角端、中間位置およぞ望遠
短での収差図を示している。

【００９１】さらに、図２２〜図２４にはそれぞれ、実
施例５の投写レンズにおける広角端、中間位置およぞ望
遠短での収差図を示している。

【００９２】（条件の説明）以下、前述した条件式
（１）〜（４）の意味について説明する。

【００９３】まず、条件式（１）は、液晶パネルの画像
表示部の対角長Ｌと色合成プリズムと液晶パネルの間に
配置されたあるいは色合成プリズムの入射面に形成され
た正レンズの焦点距離との比について限定したものであ
る。この条件式（１）の下限値を超える領域では、正レ
ンズの屈折力が弱くなり過ぎるため、色合成プリズムの
射出側の有効径が大きくなり、色合成プリズムが大型化
してくる。

【００９４】一方、条件式（１）の上限値を超える領域
では、投写レンズの絞りの位置が投写レンズの色合成プ
リズム側に寄り過ぎ、絞りから液晶パネル側のレンズ枚
数が減ってしまうため、投写光学系の設計が困難とな
り、光学性能を良好に保つことが難しくなる。

【００９５】したがって、条件式（１）を満足するこ
と、より好ましくは条件式（１Ａ）を満足することが望
ましい。

【００９６】条件式（２）は、色合成光プリズムの射出
側のダイクロイック膜が形成されている面と色合成プリ
ズムの射出面とのなす角度θ１について限定したもので
ある。条件式（２）の下限値を超える領域では、射出面
を兼ねている全反射面の全反射条件を満たせず、光もれ
が生じてくる。一方、条件式（２）の上限値を超える領
域では、光路と最も射出側のプリズムの射出面とが干渉
してくるので好ましくない。

【００９７】したがって、条件式（２）を満足するこ
と、より好ましくは条件式（２Ａ）を満足することが望
ましい。

【００９８】条件式（３）は、色合成プリズムの射出面
と色合成プリズムの入射側のダイクロイック膜が形成さ
れている面とのなす角度θ２の角度について限定したも
のである。条件式（３）の下限値を超える領域では、プ
リズムの入射面が光路と干渉し、かつ液晶パネルの間隔
が大きくなってくるので、色合成プリズムを大型化しな
ければならなくなる。一方、上限値を超える領域では、
２つの液晶パネルが近くなりすぎて互いに干渉してくる
ので、好ましくない。

【００９９】したがって、条件式（３）を満足するこ
と、より好ましくは条件式（３Ａ）を満足することが望
ましい。

【０１００】条件式（４）は、投写レンズ、色合成プリ
ズム、正レンズを含んだ画像投写光学系全体の入射瞳の
液晶パネルの表示部からの距離Ｌｉｎと、液晶パネルの
画像表示部の対角長Ｌとの比について限定したものであ
る。画像変調手段として液晶パネルを使用する場合、条
件式（４）を超える領域では、液晶パネルに対する投写
レンズのテレセントリック性がくずれ、コントラストむ
らが生じてくるので好ましくない。

【０１０１】（数値実施例）以下、上記各実施例におけ
る投写レンズの数値実施例を示す。本数値実施例におい
て、ｒｉはスクリーン側から順にｉ番目のレンズ面の曲
率半径であり、ｄｉはｉ番目のレンズ面とｉ＋１番目の
レンズ面との間隔である。また、ｎｉはｉ番目のレンズ
のｄ線における屈折率であり、ｖｉはｉ番目のレンズの
アッベ数を示す。

【０１０２】

【表１】

【０１０３】

【表２】

【０１０４】

【表３】

【０１０５】上記数値実施例に関して、投写レンズの条
件式の値は、となる。

【０１０６】また、色合成プリズムの条件式の値は、となる。なお、上記各実施形態では、画像変調手段とし
て液晶パネルを用いた場合について説明したが、他の画
像変調手段を用いてもよい。

【０１０７】また、上記実施形態では、２つのダイクロ
イック膜が交差しない色合成プリズムを用いる場合につ
いて説明したが、本発明はいわゆるクロスダイクロプリ
ズムにも適用することができる。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイクロイック膜におけるこの膜で反射する色光の入射
光軸に対する傾斜方向に関し、このダイクロイック膜の
光学的厚さがその傾斜方向一端側から他端側にかけて増
加若しくは減少するようにしているので、ダイクロイッ
ク膜に対する光束の入射角度がダイクロイック膜上の位
置によって異なっても、膜上の各位置での反射特性を均
一化することができ、色合成された画像の明るさや色に
むらが生じないようにすることができる。

【０１０９】したがって、小型でありながら明るさ・色
むら等のない良好な色合成画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である液晶プロジェクタ
ーの光学断面図。

【図２】上記第１実施形態の液晶プロジェクターにおけ
る色合成光学系の光学断面図。

【図３】本発明の第２実施形態である液晶プロジェクタ
ーの光学断面図。

【図４】上記第２実施形態の液晶プロジェクターにおけ
る色合成光学系の光学断面図。

【図５】本発明の第３実施形態である液晶プロジェクタ
ーにおける色合成光学系の光学断面図。

【図６】本発明の第４実施形態である液晶プロジェクタ
ーにおける色合成光学系の光学断面図。

【図７】本発明の第５実施形態である液晶プロジェクタ
ーにおける色合成光学系の光学断面図。

【図８】上記第１実施形態の色合成光学系の実施例１を
示す光学断面図。

【図９】上記実施例１の液晶パネルの長辺方向の光路
図。

【図１０】上記実施例１の液晶パネルの短辺方向の光路
図。

【図１１】上記第１実施形態の色合成光学系の実施例２
の液晶パネルの長辺方向の光路図。

【図１２】上記実施例２の液晶パネルの短辺方向の光路
図。

【図１３】本発明の実施例３としての投写レンズの断面
図。

【図１４】本発明の実施例４としての投写レンズの断面
図。

【図１５】本発明の実施例５としての投写レンズの断面
図。

【図１６】上記実施例３の投写レンズの広角端の収差
図。

【図１７】上記実施例３の投写レンズの中間位置の収差
図。

【図１８】上記実施例３の投写レンズの望遠端の収差
図。

【図１９】上記実施例４の投写レンズの広角端の収差
図。

【図２０】上記実施例４の投写レンズの中間位置の収差
図。

【図２１】上記実施例４の投写レンズの望遠端の収差
図。

【図２２】上記実施例５の投写レンズの広角端の収差
図。

【図２３】上記実施例５の投写レンズの中間位置の収差
図。

【図２４】上記実施例５の投写レンズの望遠端の収差
図。

【図２５】従来の液晶プロジェクターの光学断面図。

【符号の説明】

１光源２放物面鏡３第１フライアイレンズ４，９，２１，２３反射ミラー５第２フライアイレンズ６偏光変換素子７第１正レンズ８青反射ダイクロイックミラー１０緑反射ダイクロイックミラー１１第２正レンズ１２青色用液晶パネル１３，１６，１９正レンズ１４第３正レンズ１５緑色用液晶パネル１７第６正レンズ１８赤色用液晶パネル２０第４正レンズ２２第５正レンズ２４第４プリズム又は第３プリズム２５，３６第３プリズム２６，３５第２プリズム２７，３４第１プリズム２８投写レンズ２９，３０第２プリズム３１，３２，３３正レンズＣＳＰ，ＣＳＰ１，ＣＳＰ２色合成プリズムＩ第１レンズ群 II 第２レンズ群 III 第３レンズ群 IV 第４レンズ群Ｖ第５レンズ群 VI 第６レンズ群 VII 第７レンズ群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＦターム(参考） 2H042 CA06 CA10 CA14 CA17 2H087 KA07 PA11 PA18 PB12 QA02 QA07 QA14 QA22 QA26 QA34 QA41 QA45 SA44 SA46 SA49 SA53 SA57 SA63 SA64 SA65 SA66 SA72 SB04 SB13 SB22 SB32 SB44 2H091 FA05X FA05Z FA08Z FA14Z FA26X FA26Z FA29Z FA41Z LA18 LA20 MA07 5C060 EA01 GB01 HC00 HC09 HC10 HC21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイクロイック膜で反射する色光と前記
ダイクロイック膜を透過する色光とを合成する色合成光
学系において、前記ダイクロイック膜の前記反射する色光の入射光軸に
対する傾斜方向に関し、このダイクロイック膜の光学的
厚さが前記傾斜方向一端側から他端側にかけて増加若し
くは減少していることを特徴とする色合成光学系。
【請求項２】前記ダイクロイック膜の厚さが前記傾斜
方向一端側から他端側にかけて増加若しくは減少してい
ることを特徴とする請求項１に記載の色合成光学系。
【請求項３】前記ダイクロイック膜の屈折率が前記傾
斜方向一端側から他端側にかけて増加若しくは減少して
いることを特徴とする請求項１に記載の色合成光学系。
【請求項４】前記ダイクロイック膜の光学的厚さが、
前記反射する色光の前記ダイクロイック膜への入射角度
が大きい側ほど厚いことを特徴とする請求項１から３の
いずれかに記載の色合成光学系。
【請求項５】前記ダイクロイック膜が色合成プリズム
の内部に形成されていることを特徴とする請求項１から
４のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項６】正屈折力を有し、前記反射する色光を前
記色合成プリズムに入射させる正屈折光学素子を備える
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の色
合成光学系。
【請求項７】前記色合成プリズムと前記正屈折光学素
子とが接合されていることを特徴とする請求項１から６
のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項８】前記色合成プリズムと前記正屈折光学素
子とが一体形成されていることを特徴とする請求項１か
ら７のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項９】前記色合成プリズム内にそれぞれ異なる
色光を反射する２つのダイクロイック膜が形成されてお
り、これら２つのダイクロイック膜のうち少なくとも一方の
光学的厚さが前記傾斜方向一端側から他端側にかけて増
加若しくは減少していることを特徴とする請求項５から
８のいずれかに記載の色合成光学系。
【請求項１０】前記２つのダイクロイック膜が前記色
合成プリズム内で交差しないように形成されていること
を特徴とする請求項９に記載の色合成光学系。
【請求項１１】前記色合成プリズムが３つのプリズム
から構成されていることを特徴とする請求項９又は１０
に記載の色合成光学系。
【請求項１２】前記色合成プリズムが４つのプリズム
から構成されていることを特徴とする請求項９又は１０
に記載の色合成光学系。
【請求項１３】前記２つのダイクロイック膜の間に２
つのプリズムが配置されていることを特徴とする請求項
１２に記載の色合成光学系。
【請求項１４】前記色合成プリズムを構成するプリズ
ムのうち、最も射出側に位置するプリズムは、少なくと
も光学的に平滑な面を３面有しており、射出面が全反射
面を兼ねていることを特徴とする請求項１１から１３の
いずれかに記載の色合成光学系。
【請求項１５】請求項１から４のいずれかに記載の色
合成光学系と、３つの画像変調手段により変調された各
色の画像光を正屈折光学素子を介して前記ダイクロイッ
ク膜に入射させることにより得られる合成色の画像を拡
大投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする画像
投写光学系。
【請求項１６】請求項５から１４のいずれかに記載の
色合成光学系と、３つの画像変調手段により変調された
各色の画像光を前記正屈折光学素子を介して前記色合成
プリズムに入射させることにより得られる合成色の画像
を拡大投写する投写光学系とを備えたことを特徴とする
画像投写光学系。
【請求項１７】前記色合成プリズムは、光射出側から
順に、少なくとも光学的に平滑な面を３面有して射出面
が全反射面を兼ねる第１プリズムと、少なくとも光学的
に平滑な面を３面有する第２プリズムと、少なくとも光
学的に平滑な面を２面有する第３プリズムとにより構成
され、それぞれ異なる色光を反射する２つのダイクロイ
ック膜を前記各プリズム間に互いに交差しないように備
えたものであることを特徴とする請求項１６に記載の画
像投写光学系。
【請求項１８】前記色合成プリズムは、光射出側から
順に、少なくとも光学的に平滑な面を３面有して射出面
が全反射面を兼ねる第１プリズムと、少なくとも光学的
に平滑な面を２面有する第２プリズムと、少なくとも光
学的に平滑な面を３面有する第３プリズムと、少なくと
も光学的に平滑な面を２面有する第４プリズムとにより
構成され、互いに異なる色光を反射する２つのダイクロ
イック膜を前記第１プリズムと第２プリズムの間および
前記第３プリズムと第４プリズムとの間に、互いに交差
しないように備えたものであることを特徴とする請求項
１７に記載の画像投写光学系。
【請求項１９】前記色合成プリズムは、光射出側から
順に、少なくとも光学的に平滑な面を３面有して射出面
が全反射面を兼ねる第１プリズムと、少なくとも光学的
に平滑な面を３面有する第２プリズムと、少なくとも光
学的に平滑な面を２面有する第３プリズムとにより構成
され、互いに異なる色光を反射する２つのダイクロイッ
ク膜を前記各プリズム間に、互いに交差しないように備
えたものであることを特徴とする請求項１７に記載の画
像投写光学系。
【請求項２０】前記色合成プリズムは、光射出側から
順に、少なくとも光学的に平滑な面を３面有して射出面
が全反射面を兼ねる第１プリズムと、少なくとも光学的
に平滑な面を２面有する第２プリズムと、少なくとも光
学的に平滑な面を３面有する第３プリズムと、少なくと
も光学的に平滑な面を２面有する第４プリズムとにより
構成され、互いに異なる色光を反射する２つのダイクロ
イック膜を前記第１プリズムと第２プリズムの間および
前記第３プリズムと第４プリズムとの間に、互いに交差
しないように備えたものであることを特徴とする請求項
１７に記載の画像投写光学系。
【請求項２１】請求項１５から２０に記載の画像投写
光学系において、０．０７＜Ｌ／ｆ＜０．３５但し、Ｌは、前記画像変調手段の画像表示部の対角長ｆは、前記正屈折光学素子の焦点距離を満足することを特徴とする画像投写光学系。
【請求項２２】請求項１５から２１に記載の画像投写
光学系において、前記色合成光プリズムの射出側のダイ
クロイック膜が形成されている面と、前記色合成プリズ
ムの射出面とのなす角度θ１が、２０度＜θ１＜３５度を満足することを特徴とする画像投写光学系。
【請求項２３】請求項１５から２２に記載の画像投写
光学系において、前記色合成プリズムの射出面と前記色
合成プリズムの入射側のダイクロイック膜が形成されて
いる面とのなす角度θ２が、４０度＜θ２＜５０度を満足することを特徴とする画像投写光学系。
【請求項２４】請求項１５から２３に記載の画像投写
光学系において、｜Ｌｉｎ／Ｌ｜＞４但し、Ｌｉｎは、前記投写光学系、前記色合成プリズ
ム、前記正屈折光学素子を含む画像投写光学系全体の入
射瞳の前記画像変調手段の表示部からの距離Ｌは、前記
画像変調手段の画像表示部の対角長を満足することを特
徴とする画像投写光学系。
【請求項２５】請求項１５から２４に記載の画像投写
光学系において、複数の前記正屈折光学素子の焦点距離
のうち少なくとも１つが他の正屈折光学素子の焦点距離
と異なることを特徴とする画像投写光学系。
【請求項２６】請求項１５から２５に記載の画像投写
光学系を備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。