投射型表示装置
【課題】複数の光源を用いて照明光の光強度を増加させた際に、照明光の色むらを低減し、投射像の輝度分布むらを抑え投射画像の品質を向上させる。
【解決手段】２つの光源２１ａ，２１ｂと、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出する光を合成する三角柱鏡２２と、合成された光を分光する第１のダイクロイックミラー４１とをこの順に配置する。三角柱鏡２２で合成された光の光束が光の合成方向で長軸となると共に、光束の長軸方向が第１のダイクロイックミラー４１の分光方向と直交する構成とする。
【解決手段】２つの光源２１ａ，２１ｂと、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出する光を合成する三角柱鏡２２と、合成された光を分光する第１のダイクロイックミラー４１とをこの順に配置する。三角柱鏡２２で合成された光の光束が光の合成方向で長軸となると共に、光束の長軸方向が第１のダイクロイックミラー４１の分光方向と直交する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源を用いた場合においても色むらの少ない映像を投射することができる投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大画面の映像を表示する装置として、投射型表示装置が知られている。
投射型表示装置は、光源からの照明光を液晶表示素子に照射し、液晶表示素子に表示されている画像をスクリーン上に拡大投射するものである。
【０００３】
近年、投射像をより大画面化することと、投射された投射像をより明るくすることが求められるようになってきた。そこで液晶表示素子に入射する照明光を複数の光源を用いて高輝度化することによって、それらの要望に対応する検討が行われてきた。
【０００４】
複数の光源の光を用いて高輝度化する方法は、複数の光源からの光を合成するための構成が必要となるため照明装置は複雑になるものの、小型の光源を用いることができるため、光源１個あたりの価格は安価である。
２個の光源を用い、高輝度の照明光を液晶表示素子に照射することができる照明装置及びそれを用いた投射型表示装置が特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１には、概ね以下の内容が開示されている。
光軸が一致する位置に互いに対向した状態で配設された２つの光源から射出したそれぞれの光束は、それぞれシリンドリカルレンズで２つの光源の中間位置に配設され三角柱鏡のそれぞれの反射面に集光される。三角柱鏡のそれぞれの反射面に入射した光束は、反射し入射方向に対して９０度折り曲げられ互いに同一方向となると共に、２つの光束は合成され合成光束として射出する。三角柱鏡から射出した合成光束は、その光軸上にあるシリンドリカルレンズで略平行光にされ、２つの光源の光軸から４５度傾斜したダイクロイックミラーに入射する。ダイクロイックミラーで色分解された後に、レンズアレイで照度むらが低減され液晶表示素子に照射される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３-２５５４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の照明装置においては、三角柱鏡において形成される合成光束の断面形状は、２つの光源にそれぞれ対応した光軸中心を有する楕円型となる。三角柱鏡を射出してダイクロイックミラーに入射する合成光束は、合成光束の楕円型の断面形状の長軸方向がダイクロイックミラーの傾き方向と一致している。
【０００８】
ここで、多層の誘電体膜からなるダイクロイックミラーは、ダイクロイックミラーに入射する光のわずかな角度差によって分光特性が変わってくる。
そのため、合成光束の楕円型の断面形状の長軸方向では、ダイクロイックミラーに入射する角度が大きく、ダイクロイックミラーで透過または反射する光の波長帯域にばらつきが発生する。結果として、液晶表示素子に入射する光束の断面において色のむらが発生し、投射される映像も色むらが発生してしまうという不具合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、２個の光源を用いて照明光の光強度を増加させた際に、照明光の色むらを低減し、投射像の輝度分布むらを抑え投射画像の品質を向上することができる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）〜４）を提供する。
１）互いに異なる方向に照明光を射出するよう配置される２つの光源（２１ａ、２１ｂ）と、前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）からの前記照明光の光軸が交わる位置に配置され、前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）から射出された照明光を２つの反射部で同一方向にそれぞれ反射して、１つの光束として合成し合成光として射出する光合成部（２２）と、前記光合成部（２２）で合成された前記合成光を色分離面（４１０）において光の波長に応じて分光し、波長の異なる各色光としてそれぞれ射出する色分離部（４１，４３）と、前記色分離部（４１，４３）で分光された前記各色光を外部からの映像信号に基づいてそれぞれ光変調して各色の変調光として射出する光変調部（５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ）と、前記光変調部（５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ）でそれぞれ光変調された前記各色の変調光を合成し映像光として射出する色合成部（６）と、前記色合成部（６）で合成された前記映像光を拡大し投射像として投射する光投射部（７）と、を備え、前記光合成部（２２）で合成された前記合成光の光束の断面は、前記光合成部（２２）に入射する照明光の入射方向に対応する第１の軸における長さが、前記第１の軸と直交する第２の軸における長さより長く、前記色分離部（４１，４３）の前記色分離面は前記合成光の光軸に対し所定の角度傾斜しており、前記光束の前記第１の軸が前記色分離面の傾斜方向と直交して入射するよう配置されていることを特徴とする投射型表示装置（１，１０）。
（２）前記光合成部（２２）で反射された照明光を、所定偏光軸を有する直線偏光に偏光変換する偏光変換部を備え、前記色分離部（４１，４３）に所定偏光軸を有する直線偏光を入射することを特徴とする（１）に記載の投射型表示装置（１，１０）。
（３）前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）は、照明光を射出する射出口側が対向するよう配置していることを特徴とする（１）または（２）に記載の投射型表示装置（１，１０）。
（４）前記光源（２１ａ、２１ｂ）は、水平面内で対向して配置され、前記色分離部（４１，４３）は、前記照明光の光軸に対して所定の角度傾斜する色分離面により分光をおこない、前記色分離面が鉛直方向から４５度傾斜して配置されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の投射型表示装置（１，１０）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２個の光源を用いて照明光の光強度を増加させた際に、照明光の色むらを低減し、投射像の輝度分布むらを抑え投射画像の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略側面図である。
【図２】第１の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略上面図である。
【図３】第１の実施形態の三角柱鏡２２で反射された照明光の光束の断面を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態のダイクロイックミラーに対する異なる角度の光の入射及び反射を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射するＳ偏光の入射角と反射率の関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射するＰ偏光の入射角と反射率の関係を示す図である。
【図８】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。
【図９】第１の実施形態のダイクロイックミラーに対する異なる角度の光の入射及び反射を説明する説明図である。
【図１０】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射する光のずれ角と実際の入射角との関係を示す図である。
【図１１】第１の実施形態の光源の配置を示す概略図である。
【図１２】第２の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略側面図である。
【図１３】第２の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る投射型表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、図１は、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して側面（水平方向）から描いた図である。
図２は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を図１と異なる角度から見た状態を示す概略平面図である。なお、図２は、図１の矢印Ａ方向から見た図であり、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して上面（垂直方向）から描いた図である。
【００１５】
投射型表示装置１は、２つの光源を含む光合成部２と、光合成部２で合成された光の輝度分布を均一化すると共に直線偏光に変換する偏光変換部３と、赤色（Ｒ）光，緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の３原色の光に分光する色分離部４と、入射した光を光変調して射出する光変調部５と、異なる波長帯域光が入射し、入射した光を合成する色合成部（例えば、クロスダイクロイックプリズム）６と、入射した光を拡大投射する光投射部（投射レンズとも言う）７とを有する。
【００１６】
光合成部２は、２つの光源２１ａ，２１ｂと、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光を合成する三角柱鏡２２と、三角柱鏡２２から射出した光を略平行光に集光する集光レンズ（凸レンズ）２３と、集光レンズ２３から射出した光から、紫外線帯域の光と赤外線帯域の光とを除去する紫外線赤外線（ＵＶ・ＩＲ）カットフィルター２４とを有している。
【００１７】
偏光変換部３は、第１のレンズアレイ３１と、第２のレンズアレイ３２と、偏光変換素子３３と、コンデンサレンズ３４とを有している。
【００１８】
色分離部４は、第１のダイクロイックミラー４１と、反射ミラー４２と、第２のダイクロイックミラー４３とを有している。
【００１９】
光変調部５は、フィールドレンズ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂと、反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂとを有している。
【００２０】
２つの光源２１ａ，２１ｂは放電ランプであり、例えばキセノンランプや超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが知られている。
ここでは、キセノンランプを用いた場合について説明する。
キセノンランプは、図２に示すように透明石英製発光管２１０ａ，２１０ｂの両側に電極２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂがガラス封着され、その内部にキセノンガスを封入した両口金型(ダブルエンド型)ランプ構造を有している。
キセノンランプは、図示しない点灯装置から陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間に高電圧が印加されることにより、陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間に放電路が形成される。その後、陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間には、点灯装置から突入電流が供給されアーク放電に移行し、光源２１ａ，２１ｂから光が発生する。点灯装置からは、アーク放電を安定して維持するよう電流が供給される。
【００２１】
陽極２１１ａ，２１１ｂ陰極２１２ａ，２１２ｂ間で発生した光は、光源２１ａ，２１ｂが有する楕円反射鏡２１３ａ，２１３ｂによって収束光となり、光源２１ａ，２１ｂから照明光の光束として射出される。
【００２２】
光源２１ａ，２１ｂからそれぞれ射出された照明光は、三角柱鏡２２の２つの反射面に入射する。三角柱鏡２２の２つの反射面は、光源２１ａ，２１ｂから射出された照明光に対して、それぞれ略４５度傾斜し、２つの反射面で反射された光が略同一方向を向くよう配置されている。
それぞれの照明光は、三角柱鏡２２で反射されることにより図３に示すように合成される。
【００２３】
図３は、三角柱鏡２２で反射された照明光の光束の断面を示す図であり、図１におけるＢ−Ｂ断面（図２におけるＣ−Ｃ断面でもある）を示しており、図の上方は図１の矢印Ａ方向に対応する。
光源２１ａから射出された照明光２２０ａと光源２１ｂから射出された照明光２２０ｂとは、それぞれの光軸中心２２１ａ，２２１ｂが一致しないため、その断面形状は円形とはならず、三角柱鏡２２で反射された際に図２におけるＣ−Ｃ断面方向が長い略楕円形状の照明光２２２となる。
【００２４】
三角柱鏡２２で反射された略楕円形状の照明光２２２は凸レンズ２３に入射し、屈折され略平行光となる。
凸レンズ２３から射出した照明光は、ＵＶ・ＩＲカットフィルター２４で紫外帯域の光と赤外帯域の光が反射ないしは吸収されることにより除去され、可視光帯域の光が透過して射出し、偏光変換部３に入射する。
【００２５】
偏光変換部３の第１のレンズアレイ３１及び第２のレンズアレイ３２には、小さい矩形の凸レンズがマトリクス状に形成されており、インテグレータ光学系と呼ばれ２個１対で入射した照明光の照度分布を均一化する特性を有する。
【００２６】
ＵＶ・ＩＲカットフィルター２４から射出した照明光は第１のレンズアレイ３１に入射し、照明光の光束が複数の矩形の部分光束に分割される。
第１のレンズアレイ３１を射出した光束は、第１のレンズアレイ３１の焦点位置に設置された第２のレンズアレイ３２に入射する。
第１のレンズアレイ３１と第２のレンズアレイ３２とを有するインテグレータ光学系は、光源２１ａ，２１ｂから射出された光束の形状と光変調素子の形状とを一致させると共に、光変調素子上に照射される光の照度を均一にすることができる。そのため、第１のレンズアレイ３１と第２のレンズアレイ３２とを用いることで、光源２１ａ，２１ｂから射出した光束に色むらがある場合や光束にちらつきがある場合でも、スクリーン上に色むらやちらつきを大幅に抑制された投射像を形成することができる。
【００２７】
第２のレンズアレイ３２を射出した照明光は、偏光変換素子３３に入射する。
偏光変換素子３３に入射する照明光は偏光状態に規則性がない非偏光（ランダム偏光ともいう）の状態である。
偏光変換素子３３では、入射したランダム偏光の照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、更にＰ偏光をＳ偏光に偏光変換することにより、入射した照明光を効率的に所定の直線偏光に変換し射出する。偏光変換素子３３の構成としては、公知の構成のものを用いることができる。
偏光変換素子３３を射出したＳ偏光の照明光は、コンデンサレンズ３４に略平行光で入射される。
【００２８】
コンデンサレンズ３４から射出したＳ偏光の照明光は、色分離部４に入射する。ここで、光合成部２での光の合成方向と色分離部４での光の分離方向が互いに直行しているため、光合成部２でＳ偏光と称されている光は色分離部４以降ではＰ偏光と称される。色分解部４では、Ｐ偏光の照明光は、まず入射方向に対して４５度に傾斜した第１のダイクロイックミラー４１に入射する。
第１のダイクロイックミラー４１では、入射したＰ偏光の照明光を青色（Ｂ）光と赤緑色（ＲＧ）光とに分光する。
ここでは、第１のダイクロイックミラー４１がＢ光を反射しＲＧ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００２９】
第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＢ光は、入射方向に対して４５度に傾斜した反射ミラー４２で反射して光路が９０度折り曲げられる。
【００３０】
また、第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＲＧ光は、光の入射方向に対して４５度に傾斜した第２のダイクロイックミラー４３に入射する。
第２のダイクロイックミラー４３では、入射したＰ偏光のＲＧ光を赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光とに分光する。
ここでは、第２のダイクロイックミラー４３がＧ光を反射しＲ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００３１】
反射ミラー４２で反射したＰ偏光のＢ光，第２のダイクロイックミラー４３で反射したＰ偏光のＧ光，及び第２のダイクロイックミラー４３を透過したＰ偏光のＲ光は、光変調部５に入射する。
【００３２】
光変調部５に入射したＰ偏光のＲ光，Ｇ光及びＢ光は、それぞれ各色に対応したフィールドレンズ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに入射し、各色に対応した反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂの表示エリアの大きさに合わせて屈折され、それぞれ光路に対して４５度傾斜して設置された反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂを透過し、各色に対応した反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂに入射する。
【００３３】
反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂでは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの映像信号に基づいた駆動電圧が、Ｒ光用反射型液晶表示素子５２ｒ，Ｇ光用反射型液晶表示素子５２ｇ及びＢ光用反射型液晶表示素子５２ｂのそれぞれの液晶に印加され、液晶の配向状態が変化し、入射光を光変調する。
各反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂで反射し変調されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光は、各反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂで反射して光路が９０度折り曲げられクロスダイクロイックプリズム ６の射出面６ａを除く３ヶ所の入射面からクロスダイクロイックプリズム ６にそれぞれ入射する。
【００３４】
クロスダイクロイックプリズム６では、入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光が合成され、射出面６ａから射出される。クロスダイクロイックプリズム６から射出した光は、投射レンズ７で拡大され、図示しないスクリーンに投射される。
【００３５】
ここで、光源２１ａ，２１ｂから射出した照明光を合成する三角柱鏡２２と、合成された照明光を分光する第１のダイクロイックミラー４１及び第２のダイクロイックミラー４３との位置関係は次のようになる。
前述のとおり三角柱鏡２２で合成された照明光は、三角柱鏡２２の２つの反射面（図２における２２３ａ，２２３ｂ）の接合線を略中心として三角柱鏡２２の反射方向（光の射出方向）から見て光源２１ａ，２１ｂ方向に広がった略楕円形状の照明光２２２となる。第１のダイクロイックミラー４１または第２のダイクロイックミラー４３の傾斜方向は、この楕円形状の照明光２２０の長軸方向（図３のＸ）が第１のダイクロイックミラー４１または第２のダイクロイックミラー４３の傾斜方向と直交する方向にする。
【００３６】
具体的に、照明光２２０と第１のダイクロイックミラー４１との位置関係について図４を用いて説明する。
図４は、第１のダイクロイックミラー４１の境界面（色分離面ともいう）４１０の側の１点（点Ｄ）に着目した際に、その点に入射する光及びその点で反射する光について示した説明図である。
第１のダイクロイックミラー４１は、楕円形状の照明光２２０の入射方向に対して境界面４１０が４５度傾斜して配置されている。そのため、楕円形状の照明光２２０のなかで光軸を通る光は、第１のダイクロイックミラー４１に対して４５度の入射角で入射する。
【００３７】
ここで、点Ｄにはさまざまな方向から光が入射する。点Ｄにさまざまな角度から入射する光の光線２３０の形状は照明光２２０と同様楕円形状である。
この光線の照明光２２０の楕円形状の長軸方向は、第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の傾斜方向Ｋと直交している。
【００３８】
ダイクロイックミラーに入射する光の入射角と反射率との関係は、図６のようになる。図６は、Ｓ偏光が入射した際の反射率の角度依存性である。
図６からわかるように入射角が４５度から小さい方向にずれると半値波長が長波長側にずれる。ここで、半値波長とは反射率が５０％となる波長のことであり、入射角が４５度のときには約５２０ｎｍである。一方、入射角が４５度から大きい方向にずれると半値波長が短波長側にずれる。入射角が３０度のときは半値波長が約５４０ｎｍであり、入射角が６０度のときは半値波長が約５１０ｎｍとなる。このように、光の入射角が変化すると反射される光の波長帯域が変化する。同様に透過率の帯域も変化する。
【００３９】
図７は、Ｐ偏光が入射した際の反射率の角度依存性である。Ｐ偏光の場合も同様であり、入射角が４５度から小さい方向にずれると半値波長が長波長側にずれる。ここで、半値波長とは反射率が５０％となる波長のことであり、入射角が４５度のときには約５０５ｎｍである。一方、入射角が４５度から大きい方向にずれると半値波長が短波長側にずれる。入射角が３０度のときは半値波長が約５３０ｎｍであり、入射角が６０度のときは半値波長が約４８０ｎｍとなる。
非偏光の場合はＳ偏光とＰ偏光との組み合わせと考えられるため、同様の角度依存性を示す。
【００４０】
ダイクロイックミラーから反射あるいは透過する光の波長帯域が変化するということは、反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂに入射する光の波長が変化するということであり、すなわち反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂで光変調され投射レンズ７から投射される投射像の色（色調）が変化してしまい、色むらが発生する。
【００４１】
そのためダイクロイックミラーに入射する光の入射角を狭くする必要がある。
図５には、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の角度が図４と９０度異なる場合について示している。
図５の場合、第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の傾斜方向Ｋと、入射する光の光線２３０の長軸方向とが平行となっている。境界面４１０の傾斜方向Ｋと光線２３０の長軸方向が平行ということは、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが大きいということである。
【００４２】
これに対し、図４のように２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成の場合、傾斜方向Ｋと光線２３０の長軸方向が直交、すなわち境界面４１０の傾斜方向Ｋと光線２３０の短軸方向が平行であるため、後述のように第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが小さくなる。
結果として、図４の構成にすることにより、第１のダイクロイックミラー４１で反射あるいは透過する光の波長帯域の変化が小さく、投射される投射像の色調変化が小さく、色むらを少なくすることができる。
【００４３】
図４のように２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成にした場合に、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが小さくなる理由を詳細に説明する。
図８は、第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。光の入射方向に対して４５度傾斜して配置された第１のダイクロイックミラー４１に４５度の入射角で入射した場合の入射と反射の光軸を破線で示す。入射面４１１（第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の法線と４５度の入射角で入射する光の光軸とのなす面）内において、破線で示す入射光から角度がα度ずれた場合の入射光を実線で示す。
【００４４】
図９は、入射面４１１と直交する方向に所定の値ずれて入射した場合を示す図である。図９にて、光の入射方向に対して４５度傾斜して配置された第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０に４５度の入射角で入射した場合の入射と反射の光軸を破線で示す。更に、入射面４１１に直行する方向において、破線で示す入射光から角度がβ度ずれた場合の入射光を実線で示す。
【００４５】
図１０には、図８及び図９の構成において、破線で示す入射光の角度からのずれ量αまたはβと、実際の入射角との関係を示した図である。ここで、実際の入射角とは、ずれ量α及びβを入射面４１１に投射した場合に本来の入射角４５度からどれだけずれたかを示す値である。
図１０に示すように、入射面４１１内において破線で示す入射光の角度からα度ずれた場合は、ずれ量と実際の入射角とが比例の関係を示す。一方、面４１１に直行する面内において破線で示す入射光の角度からβ度ずれた場合は、ずれ量βが±２０度ずれた場合でも実際の入射角が５０度以内であり、入射角のずれが５度以内となる。
このように、入射面４１１に直行する面内において入射光線の角度がずれる場合、実際の入射角に与える影響は少ないことが言える。結果として、面４１１に直行する面内において入射光線の角度がずれても、第１のダイクロイックミラー４１で反射あるいは透過する光の波長帯域の変化が小さく、投射される投射像の色調変化が小さく、色むらを少なくすることができる。
【００４６】
次に、図４の構成において、光源２１ａ，２１ｂの配置方向について説明する。
図１１は、光源２１ａ，２１ｂの配置方向が鉛直方向に対向して配置した場合（ａ）と、光源２１ａ，２１ｂの配置方向が水平方向に対向して配置した場合（ｂ）とについて示している。
更に、図１１（ａ），（ｂ）には、それぞれ最も温度か高い位置を破線の円で示している。
図１１（ａ）では、光源２１ａ，２１ｂは、三角柱鏡２２を中心として対向して配置されており、その向きは、光源２１ａ，２１ｂが鉛直方向に並ぶように位置している。
光源２１ａ，２１ｂが鉛直方向に配置した場合、下側に配置された光源２１ａでは三角柱鏡２２に近い側の領域２１４の温度が高い。また、上側に配置された光源２１ｂでは、三角柱鏡２２から遠い側の領域２１５の温度が高い。このように２つの光源２１ａ，２１ｂで温度が高い領域が異なり、光源２１ａ，２１ｂ内部での温度分布に違いがある。そのため、光源２１ａから射出する照明光の輝度と光源２１ｂから射出する照明光の輝度とで違いが発生する。
【００４７】
一方、図１１（ｂ）では、光源２１ａ，２１ｂは、三角柱鏡２２を中心として対向して配置されており、その向きは、光源２１ａ，２１ｂが水平方向に並ぶように位置している。
光源２１ａ，２１ｂが水平方向に配置した場合、２つの光源２１ａ，２１ｂのもっとも温度が高い領域は２つの電極（２１１ａと２１２ａ、２１１ｂと２１２ｂ）の間の領域２１６，２１７となり、２つの光源２１ａ，２１ｂの温度分布が三角柱鏡２２を中心として対称な状態となり、光源２１ａ，２１ｂ内部での温度分布が同等になる。そのため、光源２１ａから射出する照明光の輝度と光源２１ｂから射出する照明光の輝度とがほぼ同等となる。
【００４８】
以上、説明したように、光源２１ａ，２１ｂを水平方向に配置すると共に、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とを直交する構成とした場合、色分離部４での色むらを少なくできかつ光合成部２での輝度むらも少ない投射画像を得ることができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
次に、第１の実施形態に対して偏光変換素子の位置を変更した場合について、第２の実施形態として説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、図１２は、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して側面（水平方向）から描いた図である。
図１３は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を図１２と異なる角度から見た状態を示す概略平面図である。なお、図１３は、図１２の矢印Ａ方向から見た図であり、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して上面（垂直方向）から描いた図である。
なお、図１２及び図１３において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を用いて説明する。
【００５０】
投射型表示装置１０は、２つの光源を含む光合成部２と、光合成部２で合成された光を赤色（Ｒ）光，緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の３原色の光に分光すると共に、輝度分布を均一化し直線変更に変換する色分離部８と、入射した光を光変調して射出する光変調部５と、異なる波長帯域光が入射し、入射した光を合成する色合成部（例えば、クロスダイクロイックプリズム）６と、入射した光を拡大投射する光投射部（投射レンズとも言う）７とを有する。
【００５１】
以下、光合成部２と、光変調部５と、色合成部６と、光投射部７とは第１の実施の形態と同様であるため、色分離部８について説明する。
色分離部８は、第１のダイクロイックミラー４１と、反射ミラー４２と、第２のダイクロイックミラー４３と、第１のレンズアレイ８１と、第２のレンズアレイ８２と、第１の偏光変換素子８３と、第１のコンデンサレンズ８４と、第３のレンズアレイ８５と、第４のレンズアレイ８６と、第２の偏光変換素子８７と、第２のコンデンサレンズ８８とを有している。
【００５２】
光合成部２から射出した照明光は、色分離部８に入射する。
色分離部８では、照明光は、まず入射方向に対して４５度に傾斜した第１のダイクロイックミラー４１に入射する。
第１のダイクロイックミラー４１では、入射した照明光を青色（Ｂ）光と赤緑色（ＲＧ）光とに分光する。
ここでは、第１のダイクロイックミラー４１がＢ光を反射しＲＧ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００５３】
第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＢ光は、入射方向に対して４５度に傾斜した反射ミラー４２で反射して光路が９０度折り曲げられる。
【００５４】
反射ミラー４２で反射されたＢ光は、第１のレンズアレイ８１に入射し、照明光の光束が複数の矩形の部分光束に分割される。
第１のレンズアレイ８１を射出した光束は、第１のレンズアレイ８１の焦点位置に設置された第２のレンズアレイ８２に入射する。
第１のレンズアレイ８１と第２のレンズアレイ８２とを有するインテグレータ光学系は、光源２１ａ，２１ｂから射出された光束の形状と光変調素子の形状とを一致させると共に、光変調素子上に照射される光の照度を均一にすることができる。そのため、第１のレンズアレイ８１と第２のレンズアレイ８２とを用いることで、光源２１ａ，２１ｂから射出した光束に色むらがある場合や光束にちらつきがある場合でも、スクリーン上に色むらやちらつきを大幅に抑制された投射像を形成することができる。
【００５５】
第２のレンズアレイ８２を射出した照明光は、偏光変換素子８３に入射する。
偏光変換素子８３に入射する照明光は偏光状態に規則性がない非偏光（ランダム偏光ともいう）の状態である。
偏光変換素子８３では、入射したランダム偏光の照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、更にＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することにより、入射した照明光を効率的に所定の直線偏光に変換し射出する。偏光変換素子８３の構成としては、公知の構成のものを用いることができる偏光変換素子８３を射出したＰ偏光の照明光は、コンデンサレンズ８４に略平行光で入射し、その後、光変調部５に入射する。
【００５６】
また、第１のダイクロイックミラー８１で分光された光のうちＲＧ光は、上述のＢ光の場合と同様の構成である、第３のレンズアレイ８５と、第４のレンズアレイ８６と、第２の偏光変換素子８７と、第２のコンデンサレンズ８８とによって照明光の照度分布が均一化されると共に、Ｐ偏光の直線偏光に変換され略平行光とされる。
第２のコンデンサレンズ８８を射出したＰ偏光の照明光は光の入射方向に対して４５度に傾斜した第２のダイクロイックミラー４３に入射する。
第２のダイクロイックミラー４３では、入射したＳ偏光のＲＧ光を赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光とに分光され、それぞれ光変調部５に入射する。
【００５７】
第２の実施形態の場合、光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成である点は、第１の実施形態と同一であるが、第１のダイクロイックミラー８１に入射する照明光が非偏光である点が第１の実施形態とは異なる。
第１のダイクロイックミラー８１に非偏光が入射した場合、反射または透過する光の反射率あるいは透過率は前述のとおり直線偏光の場合と同様である。つまり、非偏光の場合も、入射角によって反射率及び透過率の波長帯域が変化する。
このため、上述のとおり光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成とすることにより、投射画像の色むらを低減することができる。
【００５８】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、光源２１ａ，２１ｂは、照明光２２０ａ，２２０ｂの射出口を対向して配置されるよう説明したが、照明光２２０ａ，２２０ｂが異なる方向から三角柱鏡２２に入射し、同一方向に反射すれば良く、光源２１ａ，２１ｂは対向する位置に限定されることはないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０…投射型表示装置、２…光合成部、２１ｂ…凹面鏡、３…偏光変換部、４…色分離部、５…光変調部、６…色合成部（クロスダイクロイックプリズム）、７…光投射部（投射レンズ）、２１ａ，２１ｂ…光源、２２…三角柱鏡、２３…集光レンズ（凸レンズ）、２４…紫外線赤外線（ＵＶ・ＩＲ）カットフィルター、３１…第１のレンズアレイ、３２…第２のレンズアレイ、３３…偏光変換素子、３４…コンデンサレンズ、４１…第１のダイクロイックミラー、４２…反射ミラー、４３…第２のダイクロイックミラー、５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…フィールドレンズ、５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…反射型液晶表示素子、５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ…反射型偏光板、２１０ａ，２１０ｂ…透明石英製発光管、２１１ａ，２１１ｂ…陽極、２１２ａ，２１２ｂ…陰極、２１３ａ，２１３ｂ…楕円反射鏡、８１…第１のレンズアレイ、８２…第２のレンズアレイ、８３…第１の偏光変換素子、８４…第１のコンデンサレンズ、８５…第３のレンズアレイ、８６…第４のレンズアレイ、８７…第２の偏光変換素子、８８…第２のコンデンサレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源を用いた場合においても色むらの少ない映像を投射することができる投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大画面の映像を表示する装置として、投射型表示装置が知られている。
投射型表示装置は、光源からの照明光を液晶表示素子に照射し、液晶表示素子に表示されている画像をスクリーン上に拡大投射するものである。
【０００３】
近年、投射像をより大画面化することと、投射された投射像をより明るくすることが求められるようになってきた。そこで液晶表示素子に入射する照明光を複数の光源を用いて高輝度化することによって、それらの要望に対応する検討が行われてきた。
【０００４】
複数の光源の光を用いて高輝度化する方法は、複数の光源からの光を合成するための構成が必要となるため照明装置は複雑になるものの、小型の光源を用いることができるため、光源１個あたりの価格は安価である。
２個の光源を用い、高輝度の照明光を液晶表示素子に照射することができる照明装置及びそれを用いた投射型表示装置が特許文献１に記載されている。
【０００５】
特許文献１には、概ね以下の内容が開示されている。
光軸が一致する位置に互いに対向した状態で配設された２つの光源から射出したそれぞれの光束は、それぞれシリンドリカルレンズで２つの光源の中間位置に配設され三角柱鏡のそれぞれの反射面に集光される。三角柱鏡のそれぞれの反射面に入射した光束は、反射し入射方向に対して９０度折り曲げられ互いに同一方向となると共に、２つの光束は合成され合成光束として射出する。三角柱鏡から射出した合成光束は、その光軸上にあるシリンドリカルレンズで略平行光にされ、２つの光源の光軸から４５度傾斜したダイクロイックミラーに入射する。ダイクロイックミラーで色分解された後に、レンズアレイで照度むらが低減され液晶表示素子に照射される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３-２５５４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の照明装置においては、三角柱鏡において形成される合成光束の断面形状は、２つの光源にそれぞれ対応した光軸中心を有する楕円型となる。三角柱鏡を射出してダイクロイックミラーに入射する合成光束は、合成光束の楕円型の断面形状の長軸方向がダイクロイックミラーの傾き方向と一致している。
【０００８】
ここで、多層の誘電体膜からなるダイクロイックミラーは、ダイクロイックミラーに入射する光のわずかな角度差によって分光特性が変わってくる。
そのため、合成光束の楕円型の断面形状の長軸方向では、ダイクロイックミラーに入射する角度が大きく、ダイクロイックミラーで透過または反射する光の波長帯域にばらつきが発生する。結果として、液晶表示素子に入射する光束の断面において色のむらが発生し、投射される映像も色むらが発生してしまうという不具合があった。
【０００９】
そこで、本発明は、２個の光源を用いて照明光の光強度を増加させた際に、照明光の色むらを低減し、投射像の輝度分布むらを抑え投射画像の品質を向上することができる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の１）〜４）を提供する。
１）互いに異なる方向に照明光を射出するよう配置される２つの光源（２１ａ、２１ｂ）と、前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）からの前記照明光の光軸が交わる位置に配置され、前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）から射出された照明光を２つの反射部で同一方向にそれぞれ反射して、１つの光束として合成し合成光として射出する光合成部（２２）と、前記光合成部（２２）で合成された前記合成光を色分離面（４１０）において光の波長に応じて分光し、波長の異なる各色光としてそれぞれ射出する色分離部（４１，４３）と、前記色分離部（４１，４３）で分光された前記各色光を外部からの映像信号に基づいてそれぞれ光変調して各色の変調光として射出する光変調部（５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ）と、前記光変調部（５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ）でそれぞれ光変調された前記各色の変調光を合成し映像光として射出する色合成部（６）と、前記色合成部（６）で合成された前記映像光を拡大し投射像として投射する光投射部（７）と、を備え、前記光合成部（２２）で合成された前記合成光の光束の断面は、前記光合成部（２２）に入射する照明光の入射方向に対応する第１の軸における長さが、前記第１の軸と直交する第２の軸における長さより長く、前記色分離部（４１，４３）の前記色分離面は前記合成光の光軸に対し所定の角度傾斜しており、前記光束の前記第１の軸が前記色分離面の傾斜方向と直交して入射するよう配置されていることを特徴とする投射型表示装置（１，１０）。
（２）前記光合成部（２２）で反射された照明光を、所定偏光軸を有する直線偏光に偏光変換する偏光変換部を備え、前記色分離部（４１，４３）に所定偏光軸を有する直線偏光を入射することを特徴とする（１）に記載の投射型表示装置（１，１０）。
（３）前記２つの光源（２１ａ、２１ｂ）は、照明光を射出する射出口側が対向するよう配置していることを特徴とする（１）または（２）に記載の投射型表示装置（１，１０）。
（４）前記光源（２１ａ、２１ｂ）は、水平面内で対向して配置され、前記色分離部（４１，４３）は、前記照明光の光軸に対して所定の角度傾斜する色分離面により分光をおこない、前記色分離面が鉛直方向から４５度傾斜して配置されることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の投射型表示装置（１，１０）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、２個の光源を用いて照明光の光強度を増加させた際に、照明光の色むらを低減し、投射像の輝度分布むらを抑え投射画像の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略側面図である。
【図２】第１の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略上面図である。
【図３】第１の実施形態の三角柱鏡２２で反射された照明光の光束の断面を説明する説明図である。
【図４】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態のダイクロイックミラーに対する異なる角度の光の入射及び反射を説明する説明図である。
【図６】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射するＳ偏光の入射角と反射率の関係を示す図である。
【図７】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射するＰ偏光の入射角と反射率の関係を示す図である。
【図８】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。
【図９】第１の実施形態のダイクロイックミラーに対する異なる角度の光の入射及び反射を説明する説明図である。
【図１０】第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射する光のずれ角と実際の入射角との関係を示す図である。
【図１１】第１の実施形態の光源の配置を示す概略図である。
【図１２】第２の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略側面図である。
【図１３】第２の実施形態の投射型表示装置の構成を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る投射型表示装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、全図において、共通な機能を有する部品には同一符号を付して示し、一度説明したものに関しては、繰り返した説明を省略する。
【００１４】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、図１は、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して側面（水平方向）から描いた図である。
図２は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を図１と異なる角度から見た状態を示す概略平面図である。なお、図２は、図１の矢印Ａ方向から見た図であり、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して上面（垂直方向）から描いた図である。
【００１５】
投射型表示装置１は、２つの光源を含む光合成部２と、光合成部２で合成された光の輝度分布を均一化すると共に直線偏光に変換する偏光変換部３と、赤色（Ｒ）光，緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の３原色の光に分光する色分離部４と、入射した光を光変調して射出する光変調部５と、異なる波長帯域光が入射し、入射した光を合成する色合成部（例えば、クロスダイクロイックプリズム）６と、入射した光を拡大投射する光投射部（投射レンズとも言う）７とを有する。
【００１６】
光合成部２は、２つの光源２１ａ，２１ｂと、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光を合成する三角柱鏡２２と、三角柱鏡２２から射出した光を略平行光に集光する集光レンズ（凸レンズ）２３と、集光レンズ２３から射出した光から、紫外線帯域の光と赤外線帯域の光とを除去する紫外線赤外線（ＵＶ・ＩＲ）カットフィルター２４とを有している。
【００１７】
偏光変換部３は、第１のレンズアレイ３１と、第２のレンズアレイ３２と、偏光変換素子３３と、コンデンサレンズ３４とを有している。
【００１８】
色分離部４は、第１のダイクロイックミラー４１と、反射ミラー４２と、第２のダイクロイックミラー４３とを有している。
【００１９】
光変調部５は、フィールドレンズ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂと、反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂと、反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂとを有している。
【００２０】
２つの光源２１ａ，２１ｂは放電ランプであり、例えばキセノンランプや超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどが知られている。
ここでは、キセノンランプを用いた場合について説明する。
キセノンランプは、図２に示すように透明石英製発光管２１０ａ，２１０ｂの両側に電極２１１ａ，２１１ｂ，２１２ａ，２１２ｂがガラス封着され、その内部にキセノンガスを封入した両口金型(ダブルエンド型)ランプ構造を有している。
キセノンランプは、図示しない点灯装置から陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間に高電圧が印加されることにより、陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間に放電路が形成される。その後、陽極２１１ａ，２１１ｂと陰極２１２ａ，２１２ｂとの間には、点灯装置から突入電流が供給されアーク放電に移行し、光源２１ａ，２１ｂから光が発生する。点灯装置からは、アーク放電を安定して維持するよう電流が供給される。
【００２１】
陽極２１１ａ，２１１ｂ陰極２１２ａ，２１２ｂ間で発生した光は、光源２１ａ，２１ｂが有する楕円反射鏡２１３ａ，２１３ｂによって収束光となり、光源２１ａ，２１ｂから照明光の光束として射出される。
【００２２】
光源２１ａ，２１ｂからそれぞれ射出された照明光は、三角柱鏡２２の２つの反射面に入射する。三角柱鏡２２の２つの反射面は、光源２１ａ，２１ｂから射出された照明光に対して、それぞれ略４５度傾斜し、２つの反射面で反射された光が略同一方向を向くよう配置されている。
それぞれの照明光は、三角柱鏡２２で反射されることにより図３に示すように合成される。
【００２３】
図３は、三角柱鏡２２で反射された照明光の光束の断面を示す図であり、図１におけるＢ−Ｂ断面（図２におけるＣ−Ｃ断面でもある）を示しており、図の上方は図１の矢印Ａ方向に対応する。
光源２１ａから射出された照明光２２０ａと光源２１ｂから射出された照明光２２０ｂとは、それぞれの光軸中心２２１ａ，２２１ｂが一致しないため、その断面形状は円形とはならず、三角柱鏡２２で反射された際に図２におけるＣ−Ｃ断面方向が長い略楕円形状の照明光２２２となる。
【００２４】
三角柱鏡２２で反射された略楕円形状の照明光２２２は凸レンズ２３に入射し、屈折され略平行光となる。
凸レンズ２３から射出した照明光は、ＵＶ・ＩＲカットフィルター２４で紫外帯域の光と赤外帯域の光が反射ないしは吸収されることにより除去され、可視光帯域の光が透過して射出し、偏光変換部３に入射する。
【００２５】
偏光変換部３の第１のレンズアレイ３１及び第２のレンズアレイ３２には、小さい矩形の凸レンズがマトリクス状に形成されており、インテグレータ光学系と呼ばれ２個１対で入射した照明光の照度分布を均一化する特性を有する。
【００２６】
ＵＶ・ＩＲカットフィルター２４から射出した照明光は第１のレンズアレイ３１に入射し、照明光の光束が複数の矩形の部分光束に分割される。
第１のレンズアレイ３１を射出した光束は、第１のレンズアレイ３１の焦点位置に設置された第２のレンズアレイ３２に入射する。
第１のレンズアレイ３１と第２のレンズアレイ３２とを有するインテグレータ光学系は、光源２１ａ，２１ｂから射出された光束の形状と光変調素子の形状とを一致させると共に、光変調素子上に照射される光の照度を均一にすることができる。そのため、第１のレンズアレイ３１と第２のレンズアレイ３２とを用いることで、光源２１ａ，２１ｂから射出した光束に色むらがある場合や光束にちらつきがある場合でも、スクリーン上に色むらやちらつきを大幅に抑制された投射像を形成することができる。
【００２７】
第２のレンズアレイ３２を射出した照明光は、偏光変換素子３３に入射する。
偏光変換素子３３に入射する照明光は偏光状態に規則性がない非偏光（ランダム偏光ともいう）の状態である。
偏光変換素子３３では、入射したランダム偏光の照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、更にＰ偏光をＳ偏光に偏光変換することにより、入射した照明光を効率的に所定の直線偏光に変換し射出する。偏光変換素子３３の構成としては、公知の構成のものを用いることができる。
偏光変換素子３３を射出したＳ偏光の照明光は、コンデンサレンズ３４に略平行光で入射される。
【００２８】
コンデンサレンズ３４から射出したＳ偏光の照明光は、色分離部４に入射する。ここで、光合成部２での光の合成方向と色分離部４での光の分離方向が互いに直行しているため、光合成部２でＳ偏光と称されている光は色分離部４以降ではＰ偏光と称される。色分解部４では、Ｐ偏光の照明光は、まず入射方向に対して４５度に傾斜した第１のダイクロイックミラー４１に入射する。
第１のダイクロイックミラー４１では、入射したＰ偏光の照明光を青色（Ｂ）光と赤緑色（ＲＧ）光とに分光する。
ここでは、第１のダイクロイックミラー４１がＢ光を反射しＲＧ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００２９】
第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＢ光は、入射方向に対して４５度に傾斜した反射ミラー４２で反射して光路が９０度折り曲げられる。
【００３０】
また、第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＲＧ光は、光の入射方向に対して４５度に傾斜した第２のダイクロイックミラー４３に入射する。
第２のダイクロイックミラー４３では、入射したＰ偏光のＲＧ光を赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光とに分光する。
ここでは、第２のダイクロイックミラー４３がＧ光を反射しＲ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００３１】
反射ミラー４２で反射したＰ偏光のＢ光，第２のダイクロイックミラー４３で反射したＰ偏光のＧ光，及び第２のダイクロイックミラー４３を透過したＰ偏光のＲ光は、光変調部５に入射する。
【００３２】
光変調部５に入射したＰ偏光のＲ光，Ｇ光及びＢ光は、それぞれ各色に対応したフィールドレンズ５１ｒ，５１ｇ，５１ｂに入射し、各色に対応した反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂの表示エリアの大きさに合わせて屈折され、それぞれ光路に対して４５度傾斜して設置された反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂを透過し、各色に対応した反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂに入射する。
【００３３】
反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂでは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの映像信号に基づいた駆動電圧が、Ｒ光用反射型液晶表示素子５２ｒ，Ｇ光用反射型液晶表示素子５２ｇ及びＢ光用反射型液晶表示素子５２ｂのそれぞれの液晶に印加され、液晶の配向状態が変化し、入射光を光変調する。
各反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂで反射し変調されたＲ光，Ｇ光，Ｂ光は、各反射型偏光板５３ｒ，５３ｇ，５３ｂで反射して光路が９０度折り曲げられクロスダイクロイックプリズム ６の射出面６ａを除く３ヶ所の入射面からクロスダイクロイックプリズム ６にそれぞれ入射する。
【００３４】
クロスダイクロイックプリズム６では、入射したＲ光，Ｇ光，Ｂ光が合成され、射出面６ａから射出される。クロスダイクロイックプリズム６から射出した光は、投射レンズ７で拡大され、図示しないスクリーンに投射される。
【００３５】
ここで、光源２１ａ，２１ｂから射出した照明光を合成する三角柱鏡２２と、合成された照明光を分光する第１のダイクロイックミラー４１及び第２のダイクロイックミラー４３との位置関係は次のようになる。
前述のとおり三角柱鏡２２で合成された照明光は、三角柱鏡２２の２つの反射面（図２における２２３ａ，２２３ｂ）の接合線を略中心として三角柱鏡２２の反射方向（光の射出方向）から見て光源２１ａ，２１ｂ方向に広がった略楕円形状の照明光２２２となる。第１のダイクロイックミラー４１または第２のダイクロイックミラー４３の傾斜方向は、この楕円形状の照明光２２０の長軸方向（図３のＸ）が第１のダイクロイックミラー４１または第２のダイクロイックミラー４３の傾斜方向と直交する方向にする。
【００３６】
具体的に、照明光２２０と第１のダイクロイックミラー４１との位置関係について図４を用いて説明する。
図４は、第１のダイクロイックミラー４１の境界面（色分離面ともいう）４１０の側の１点（点Ｄ）に着目した際に、その点に入射する光及びその点で反射する光について示した説明図である。
第１のダイクロイックミラー４１は、楕円形状の照明光２２０の入射方向に対して境界面４１０が４５度傾斜して配置されている。そのため、楕円形状の照明光２２０のなかで光軸を通る光は、第１のダイクロイックミラー４１に対して４５度の入射角で入射する。
【００３７】
ここで、点Ｄにはさまざまな方向から光が入射する。点Ｄにさまざまな角度から入射する光の光線２３０の形状は照明光２２０と同様楕円形状である。
この光線の照明光２２０の楕円形状の長軸方向は、第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の傾斜方向Ｋと直交している。
【００３８】
ダイクロイックミラーに入射する光の入射角と反射率との関係は、図６のようになる。図６は、Ｓ偏光が入射した際の反射率の角度依存性である。
図６からわかるように入射角が４５度から小さい方向にずれると半値波長が長波長側にずれる。ここで、半値波長とは反射率が５０％となる波長のことであり、入射角が４５度のときには約５２０ｎｍである。一方、入射角が４５度から大きい方向にずれると半値波長が短波長側にずれる。入射角が３０度のときは半値波長が約５４０ｎｍであり、入射角が６０度のときは半値波長が約５１０ｎｍとなる。このように、光の入射角が変化すると反射される光の波長帯域が変化する。同様に透過率の帯域も変化する。
【００３９】
図７は、Ｐ偏光が入射した際の反射率の角度依存性である。Ｐ偏光の場合も同様であり、入射角が４５度から小さい方向にずれると半値波長が長波長側にずれる。ここで、半値波長とは反射率が５０％となる波長のことであり、入射角が４５度のときには約５０５ｎｍである。一方、入射角が４５度から大きい方向にずれると半値波長が短波長側にずれる。入射角が３０度のときは半値波長が約５３０ｎｍであり、入射角が６０度のときは半値波長が約４８０ｎｍとなる。
非偏光の場合はＳ偏光とＰ偏光との組み合わせと考えられるため、同様の角度依存性を示す。
【００４０】
ダイクロイックミラーから反射あるいは透過する光の波長帯域が変化するということは、反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂに入射する光の波長が変化するということであり、すなわち反射型液晶表示素子５２ｒ，５２ｇ，５２ｂで光変調され投射レンズ７から投射される投射像の色（色調）が変化してしまい、色むらが発生する。
【００４１】
そのためダイクロイックミラーに入射する光の入射角を狭くする必要がある。
図５には、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の角度が図４と９０度異なる場合について示している。
図５の場合、第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の傾斜方向Ｋと、入射する光の光線２３０の長軸方向とが平行となっている。境界面４１０の傾斜方向Ｋと光線２３０の長軸方向が平行ということは、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが大きいということである。
【００４２】
これに対し、図４のように２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成の場合、傾斜方向Ｋと光線２３０の長軸方向が直交、すなわち境界面４１０の傾斜方向Ｋと光線２３０の短軸方向が平行であるため、後述のように第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが小さくなる。
結果として、図４の構成にすることにより、第１のダイクロイックミラー４１で反射あるいは透過する光の波長帯域の変化が小さく、投射される投射像の色調変化が小さく、色むらを少なくすることができる。
【００４３】
図４のように２つの光源２１ａ，２１ｂから射出した光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成にした場合に、第１のダイクロイックミラー４１に入射する光の入射角のばらつきが小さくなる理由を詳細に説明する。
図８は、第１の実施形態のダイクロイックミラーに入射及び反射する光を説明する説明図である。光の入射方向に対して４５度傾斜して配置された第１のダイクロイックミラー４１に４５度の入射角で入射した場合の入射と反射の光軸を破線で示す。入射面４１１（第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０の法線と４５度の入射角で入射する光の光軸とのなす面）内において、破線で示す入射光から角度がα度ずれた場合の入射光を実線で示す。
【００４４】
図９は、入射面４１１と直交する方向に所定の値ずれて入射した場合を示す図である。図９にて、光の入射方向に対して４５度傾斜して配置された第１のダイクロイックミラー４１の境界面４１０に４５度の入射角で入射した場合の入射と反射の光軸を破線で示す。更に、入射面４１１に直行する方向において、破線で示す入射光から角度がβ度ずれた場合の入射光を実線で示す。
【００４５】
図１０には、図８及び図９の構成において、破線で示す入射光の角度からのずれ量αまたはβと、実際の入射角との関係を示した図である。ここで、実際の入射角とは、ずれ量α及びβを入射面４１１に投射した場合に本来の入射角４５度からどれだけずれたかを示す値である。
図１０に示すように、入射面４１１内において破線で示す入射光の角度からα度ずれた場合は、ずれ量と実際の入射角とが比例の関係を示す。一方、面４１１に直行する面内において破線で示す入射光の角度からβ度ずれた場合は、ずれ量βが±２０度ずれた場合でも実際の入射角が５０度以内であり、入射角のずれが５度以内となる。
このように、入射面４１１に直行する面内において入射光線の角度がずれる場合、実際の入射角に与える影響は少ないことが言える。結果として、面４１１に直行する面内において入射光線の角度がずれても、第１のダイクロイックミラー４１で反射あるいは透過する光の波長帯域の変化が小さく、投射される投射像の色調変化が小さく、色むらを少なくすることができる。
【００４６】
次に、図４の構成において、光源２１ａ，２１ｂの配置方向について説明する。
図１１は、光源２１ａ，２１ｂの配置方向が鉛直方向に対向して配置した場合（ａ）と、光源２１ａ，２１ｂの配置方向が水平方向に対向して配置した場合（ｂ）とについて示している。
更に、図１１（ａ），（ｂ）には、それぞれ最も温度か高い位置を破線の円で示している。
図１１（ａ）では、光源２１ａ，２１ｂは、三角柱鏡２２を中心として対向して配置されており、その向きは、光源２１ａ，２１ｂが鉛直方向に並ぶように位置している。
光源２１ａ，２１ｂが鉛直方向に配置した場合、下側に配置された光源２１ａでは三角柱鏡２２に近い側の領域２１４の温度が高い。また、上側に配置された光源２１ｂでは、三角柱鏡２２から遠い側の領域２１５の温度が高い。このように２つの光源２１ａ，２１ｂで温度が高い領域が異なり、光源２１ａ，２１ｂ内部での温度分布に違いがある。そのため、光源２１ａから射出する照明光の輝度と光源２１ｂから射出する照明光の輝度とで違いが発生する。
【００４７】
一方、図１１（ｂ）では、光源２１ａ，２１ｂは、三角柱鏡２２を中心として対向して配置されており、その向きは、光源２１ａ，２１ｂが水平方向に並ぶように位置している。
光源２１ａ，２１ｂが水平方向に配置した場合、２つの光源２１ａ，２１ｂのもっとも温度が高い領域は２つの電極（２１１ａと２１２ａ、２１１ｂと２１２ｂ）の間の領域２１６，２１７となり、２つの光源２１ａ，２１ｂの温度分布が三角柱鏡２２を中心として対称な状態となり、光源２１ａ，２１ｂ内部での温度分布が同等になる。そのため、光源２１ａから射出する照明光の輝度と光源２１ｂから射出する照明光の輝度とがほぼ同等となる。
【００４８】
以上、説明したように、光源２１ａ，２１ｂを水平方向に配置すると共に、２つの光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とを直交する構成とした場合、色分離部４での色むらを少なくできかつ光合成部２での輝度むらも少ない投射画像を得ることができる。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
次に、第１の実施形態に対して偏光変換素子の位置を変更した場合について、第２の実施形態として説明する。
図１２は、本発明の第２の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を示す概略平面図である。なお、図１２は、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して側面（水平方向）から描いた図である。
図１３は本発明の第１の実施形態の投射型表示装置の光学系の構成を図１２と異なる角度から見た状態を示す概略平面図である。なお、図１３は、図１２の矢印Ａ方向から見た図であり、投射型表示装置を設置台等に設置した際に、投射型表示装置に対して上面（垂直方向）から描いた図である。
なお、図１２及び図１３において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を用いて説明する。
【００５０】
投射型表示装置１０は、２つの光源を含む光合成部２と、光合成部２で合成された光を赤色（Ｒ）光，緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の３原色の光に分光すると共に、輝度分布を均一化し直線変更に変換する色分離部８と、入射した光を光変調して射出する光変調部５と、異なる波長帯域光が入射し、入射した光を合成する色合成部（例えば、クロスダイクロイックプリズム）６と、入射した光を拡大投射する光投射部（投射レンズとも言う）７とを有する。
【００５１】
以下、光合成部２と、光変調部５と、色合成部６と、光投射部７とは第１の実施の形態と同様であるため、色分離部８について説明する。
色分離部８は、第１のダイクロイックミラー４１と、反射ミラー４２と、第２のダイクロイックミラー４３と、第１のレンズアレイ８１と、第２のレンズアレイ８２と、第１の偏光変換素子８３と、第１のコンデンサレンズ８４と、第３のレンズアレイ８５と、第４のレンズアレイ８６と、第２の偏光変換素子８７と、第２のコンデンサレンズ８８とを有している。
【００５２】
光合成部２から射出した照明光は、色分離部８に入射する。
色分離部８では、照明光は、まず入射方向に対して４５度に傾斜した第１のダイクロイックミラー４１に入射する。
第１のダイクロイックミラー４１では、入射した照明光を青色（Ｂ）光と赤緑色（ＲＧ）光とに分光する。
ここでは、第１のダイクロイックミラー４１がＢ光を反射しＲＧ光を透過する特性を有する場合について説明するが、逆の場合においても適宜その他の構成を配置すればよい。
【００５３】
第１のダイクロイックミラー４１で分光された光のうちＢ光は、入射方向に対して４５度に傾斜した反射ミラー４２で反射して光路が９０度折り曲げられる。
【００５４】
反射ミラー４２で反射されたＢ光は、第１のレンズアレイ８１に入射し、照明光の光束が複数の矩形の部分光束に分割される。
第１のレンズアレイ８１を射出した光束は、第１のレンズアレイ８１の焦点位置に設置された第２のレンズアレイ８２に入射する。
第１のレンズアレイ８１と第２のレンズアレイ８２とを有するインテグレータ光学系は、光源２１ａ，２１ｂから射出された光束の形状と光変調素子の形状とを一致させると共に、光変調素子上に照射される光の照度を均一にすることができる。そのため、第１のレンズアレイ８１と第２のレンズアレイ８２とを用いることで、光源２１ａ，２１ｂから射出した光束に色むらがある場合や光束にちらつきがある場合でも、スクリーン上に色むらやちらつきを大幅に抑制された投射像を形成することができる。
【００５５】
第２のレンズアレイ８２を射出した照明光は、偏光変換素子８３に入射する。
偏光変換素子８３に入射する照明光は偏光状態に規則性がない非偏光（ランダム偏光ともいう）の状態である。
偏光変換素子８３では、入射したランダム偏光の照明光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、更にＳ偏光をＰ偏光に偏光変換することにより、入射した照明光を効率的に所定の直線偏光に変換し射出する。偏光変換素子８３の構成としては、公知の構成のものを用いることができる偏光変換素子８３を射出したＰ偏光の照明光は、コンデンサレンズ８４に略平行光で入射し、その後、光変調部５に入射する。
【００５６】
また、第１のダイクロイックミラー８１で分光された光のうちＲＧ光は、上述のＢ光の場合と同様の構成である、第３のレンズアレイ８５と、第４のレンズアレイ８６と、第２の偏光変換素子８７と、第２のコンデンサレンズ８８とによって照明光の照度分布が均一化されると共に、Ｐ偏光の直線偏光に変換され略平行光とされる。
第２のコンデンサレンズ８８を射出したＰ偏光の照明光は光の入射方向に対して４５度に傾斜した第２のダイクロイックミラー４３に入射する。
第２のダイクロイックミラー４３では、入射したＳ偏光のＲＧ光を赤色（Ｒ）光と緑色（Ｇ）光とに分光され、それぞれ光変調部５に入射する。
【００５７】
第２の実施形態の場合、光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成である点は、第１の実施形態と同一であるが、第１のダイクロイックミラー８１に入射する照明光が非偏光である点が第１の実施形態とは異なる。
第１のダイクロイックミラー８１に非偏光が入射した場合、反射または透過する光の反射率あるいは透過率は前述のとおり直線偏光の場合と同様である。つまり、非偏光の場合も、入射角によって反射率及び透過率の波長帯域が変化する。
このため、上述のとおり光源２１ａ，２１ｂから射出する光の合成方向と第１のダイクロイックミラー４１での分光方向とが直交する構成とすることにより、投射画像の色むらを低減することができる。
【００５８】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、光源２１ａ，２１ｂは、照明光２２０ａ，２２０ｂの射出口を対向して配置されるよう説明したが、照明光２２０ａ，２２０ｂが異なる方向から三角柱鏡２２に入射し、同一方向に反射すれば良く、光源２１ａ，２１ｂは対向する位置に限定されることはないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０…投射型表示装置、２…光合成部、２１ｂ…凹面鏡、３…偏光変換部、４…色分離部、５…光変調部、６…色合成部（クロスダイクロイックプリズム）、７…光投射部（投射レンズ）、２１ａ，２１ｂ…光源、２２…三角柱鏡、２３…集光レンズ（凸レンズ）、２４…紫外線赤外線（ＵＶ・ＩＲ）カットフィルター、３１…第１のレンズアレイ、３２…第２のレンズアレイ、３３…偏光変換素子、３４…コンデンサレンズ、４１…第１のダイクロイックミラー、４２…反射ミラー、４３…第２のダイクロイックミラー、５１ｒ，５１ｇ，５１ｂ…フィールドレンズ、５２ｒ，５２ｇ，５２ｂ…反射型液晶表示素子、５３ｒ，５３ｇ，５３ｂ…反射型偏光板、２１０ａ，２１０ｂ…透明石英製発光管、２１１ａ，２１１ｂ…陽極、２１２ａ，２１２ｂ…陰極、２１３ａ，２１３ｂ…楕円反射鏡、８１…第１のレンズアレイ、８２…第２のレンズアレイ、８３…第１の偏光変換素子、８４…第１のコンデンサレンズ、８５…第３のレンズアレイ、８６…第４のレンズアレイ、８７…第２の偏光変換素子、８８…第２のコンデンサレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる方向に照明光を射出するよう配置された２つの光源と、
前記２つの光源からの前記照明光の光軸が交わる位置に配置され、前記２つの光源から射出された照明光を２つの反射部で同一方向にそれぞれ反射して、１つの光束として合成し合成光として射出する光合成部と、
前記光合成部で合成された前記合成光を色分離面において光の波長に応じて分光し、波長の異なる各色光としてそれぞれ射出する色分離部と、
前記色分離部で分光された前記各色光を映像信号に基づいてそれぞれ光変調して各色の変調光として射出する光変調部と、
前記光変調部でそれぞれ光変調された前記各色の変調光を合成し映像光として射出する色合成部と、
前記色合成部で合成された前記映像光を拡大し投射する光投射部と、
を備え、
前記光合成部で合成された前記合成光の光束の断面は、前記光合成部に入射する照明光の入射方向に対応する第１の軸における長さが、前記第１の軸と直交する第２の軸における長さより長く、
前記色分離部の前記色分離面は前記合成光の光軸に対し所定の角度傾斜しており、前記光束の前記第１の軸が前記色分離面の傾斜方向と直交して入射するよう配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記光合成部で反射された照明光を、所定偏光軸を有する直線偏光に偏光変換する偏光変換部を備え、
前記色分離部に所定偏光軸を有する直線偏光を入射することを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記光源は、前記光源から射出された前記照明光の光軸が水平面内となるように配置され、
前記色分離部は、前記色分離部の前記色分離面が鉛直方向から４５度傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記２つの光源は、照明光を射出するそれぞれの射出口側が対向するよう配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【請求項１】
互いに異なる方向に照明光を射出するよう配置された２つの光源と、
前記２つの光源からの前記照明光の光軸が交わる位置に配置され、前記２つの光源から射出された照明光を２つの反射部で同一方向にそれぞれ反射して、１つの光束として合成し合成光として射出する光合成部と、
前記光合成部で合成された前記合成光を色分離面において光の波長に応じて分光し、波長の異なる各色光としてそれぞれ射出する色分離部と、
前記色分離部で分光された前記各色光を映像信号に基づいてそれぞれ光変調して各色の変調光として射出する光変調部と、
前記光変調部でそれぞれ光変調された前記各色の変調光を合成し映像光として射出する色合成部と、
前記色合成部で合成された前記映像光を拡大し投射する光投射部と、
を備え、
前記光合成部で合成された前記合成光の光束の断面は、前記光合成部に入射する照明光の入射方向に対応する第１の軸における長さが、前記第１の軸と直交する第２の軸における長さより長く、
前記色分離部の前記色分離面は前記合成光の光軸に対し所定の角度傾斜しており、前記光束の前記第１の軸が前記色分離面の傾斜方向と直交して入射するよう配置されていることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記光合成部で反射された照明光を、所定偏光軸を有する直線偏光に偏光変換する偏光変換部を備え、
前記色分離部に所定偏光軸を有する直線偏光を入射することを特徴とする請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記光源は、前記光源から射出された前記照明光の光軸が水平面内となるように配置され、
前記色分離部は、前記色分離部の前記色分離面が鉛直方向から４５度傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記２つの光源は、照明光を射出するそれぞれの射出口側が対向するよう配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１９１７３７（Ｐ２０１１−１９１７３７Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６０７（Ｐ２０１１−５６０７）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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