JP2008268581A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光合成プリズムの欠陥によって発生するスクリーン上の影を目立たなくする。
【解決手段】投写型表示装置の構成として、光源１と、光源１から出射しかつダイクロイックミラー６，７で分離された各色成分の光を変調する複数の反射型液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、複数の反射型液晶表示素子の各々よりも光源側に配置された複数の光拡散板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂと、複数の反射型液晶表示素子で変調した各色成分の光を合成する光合成プリズム１２と、光合成プリズムで合成した光を投影する投影レンズ１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、３板方式の液晶プロジェクタ装置などの投写型表示装置に関する。

近年、光源から出射された白色光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色に色分離するとともに、各色成分の光をそれぞれに対応する光変調素子で変調し、かつ変調後の３色の光を合成してスクリーンに投影する投写型表示装置が実用化されている。

投写型表示装置としては、光源として放電ランプを用いたものや、光変調素子として透過型液晶表示素子やＤＭＤ(Digital Micromirror Device）を用いたものが知られており、デバイス、光学系とも、さまざまな改良が重ねられている。さらに近年では、より高解像度な反射型液晶表示素子を用いた投写型表示装置も実用化されている。

一般に、投写型表示装置では、光源から出射された白色光をダイクロイックミラーでＲ，Ｇ，Ｂの３色に色分離する一方、各々の光変調素子で変調された光をクロスダイクロイックプリズムなどで合成し、投影レンズによりスクリーン上に拡大投影している。

クロスダイクロイックプリズム７０は、図５に示すように、三角柱状をなす４つのプリズム７１，７２，７３，７４の２面にそれぞれ所望の反射特性が得られるように光学薄膜を形成し、この光学薄膜を介して４つのプリズム７１，７２，７３，７４を貼り合わせて直方体に形成したものである。

下記の特許文献１には、液晶表示素子を用いた投写型表示装置の光学手段（マルチレンズアレー）に形成される凸レンズを千鳥格子状に配置することにより、スクリーン上での影の発生を抑える技術が提案されている。

特開平９−９０５１０号公報

上記構成のダイクロイックプリズム７０では、４つのプリズム７１〜７４に共通の接合部（プリズム中心の垂線）７５で次のような問題が発生する場合がある。第１に、４つのプリズム７１〜７４の貼り合わせは、一般に紫外線硬化型樹脂などの接着剤を用いて行われるが、これが必ずしも均一に貼り合わせられるわけではないという問題がある。第２に、各々のプリズム７１〜７４の面精度が悪いために、互いの貼り合わせ部分に隙間が生じるという問題がある。第３に、各々のプリズム７１〜７４に成膜のムラがあった場合、接合部７５が不連続な反射特性を有するという問題がある。第４に、各々のプリズム７１〜７４の接合部７５近傍の鋭利な箇所に割れや欠けなどが生じるという問題がある。

上記のような問題が発生した場合、例えば図６に示すように、フライアイレンズ７６、コンデンサーレンズ７７、フィールドレンズ７８、液晶表示素子７９を順に透過してクロスダイクロイックレンズ７０に入射する光の一部は、プリズム接合部７５を通過する際に散乱し、これがスクリーン上に投射される画像に影として現れてしまう。

照明光学系として、フライアイレンズや、ロッドインテグレータを用いた場合、プリズム接合部７５を通過する光は、図７に示すように周期的な強度分布を持つことになる。その結果、スクリーン上の画像には、図８に示すように周期的な影（表示のムラ）が現れる。さらにレーザ発光素子のように極めて点光源に近いコヒーレントな光源を利用した場合は、その指向性の強さのためにスクリーン上の周期的な影がよりはっきりと表示され、良好な画像を得ることができなくなってしまう。

本発明は、光合成素子で合成される光の散乱に起因したスクリーン上での影の発生を抑えることができる投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る投写型表示装置は、光源と、光源から出射した光を色成分ごとに変調する複数の光変調素子と、複数の光変調素子の各々よりも光源側に配置された複数の光拡散素子と、複数の光変調素子で変調した各色成分の光を合成する光合成素子と、光合成素子で合成した光を投影する投影光学素子とを備えるものである。

本発明に係る投写型表示装置においては、各色成分の光を変調する光変調素子よりも光源側に配置された光拡散素子で光を拡散することにより、光合成素子で合成される光の散乱に起因したスクリーン上の影が視覚的に目立たなくなる。

本発明の投写型表示装置によれば、光合成素子で合成される光の散乱に起因したスクリーン上での影の発生を抑えて画質の向上を図ることができる。

以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。図示した投写型表示装置１００は、光源となるランプ１と、２つのインテグレータレンズ（フライアイレンズ）２，３と、偏光ビームスプリッタ４と、集光素子となるコンデンサーレンズ５と、光分離素子となる２つのダイクロイックレンズ６，７と、反射ミラー８と、３つのフィールドレンズ９Ｒ，９Ｇ，９Ｂと、偏光素子となる３つの反射型偏光子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、光変調素子となる３つの反射型液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂと、光合成素子となる光合成プリズム１２と、投影光学素子となる投影レンズ１３と、光拡散素子となる３つの光拡散板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂとを備えた構成となっている。

ランプ１は、白色の光を出射するもので、例えば超高圧水銀ランプを用いて構成されるものである。ランプ１は、発光部１ａとリフレクタ１ｂとを有するものである。ランプ１の発光部１ａはリフレクタ１ｂの焦点位置に配置されている。ランプ１の発光部１ａで発生した光はリフレクタ１ｂで反射されることにより、ほぼ平行な光となって出射される。

インテグレータレンズ２，３は、各々の反射型液晶表示素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂに入射する光の照度を均一化するために設けられたものである。偏光ビームスプリッタ４は、インテグレータレンズ２，３を通して入射する光を所定の方向に偏光するものである。コンデンサーレンズ５は、偏光ビームスプリッタ４を通して入射する光を集光するものである。

ダイクロイックミラー６は、コンデンサーレンズ５を通して入射する光のうち、赤色成分（赤色波長帯域）の光を透過し、緑色成分（緑色波長帯域）及び青色成分（青色波長帯域）の光を９０度方向に反射するものである。ダイクロイックミラー７は、ダイクロイックミラー６で反射した光のうち、青色成分の光を透過し、緑色成分の光を９０度方向に反射するものである。反射ミラー８は、ダイクロイックミラー６を透過した赤色成分の光を９０度方向に反射するものである。

フィールドレンズ９Ｒは、反射ミラー８で反射した赤色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ９Ｇは、ダイクロイックミラー７で反射した緑色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ９Ｂは、ダイクロイックミラー７を透過した青色成分の光を透過するものである。

反射型偏光子１０Ｒは、フィールドレンズ９Ｒを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子１１Ｒから入射する光を９０度方向に反射するものである。反射型偏光子１０Ｇは、フィールドレンズ９Ｇを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子１１Ｇから入射する光を９０度方向に反射するものである。反射型偏光子１０Ｂは、フィールドレンズ９Ｂを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子１１Ｂから入射する光を９０度方向に反射するものである。

反射型液晶表示素子１１Ｒは、反射型偏光子１０Ｒを通して入射する赤色成分の光を変調するものである。反射型液晶表示素子１１Ｇは、反射型偏光子１０Ｇを通して入射する緑色成分の光を変調するものである。反射型液晶表示素子１１Ｂは、反射型偏光子１０Ｂを通して入射する青色成分の光を変調するものである。

光合成プリズム１２は、各々の反射型偏光子１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから入射する各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光を合成するものである。光合成プリズム１２は、クロスダイクロイックプリズムを用いて構成されるものである。投影レンズ１３は、光合成プリズム１２で合成して得られる光（画像）を図示しないスクリーン上に拡大投影するものである。

光拡散板１４Ｒは、ランプ１からフィールドレンズ９Ｒを通して入射する赤色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板１４Ｒは、ランプ１を最上流とし、投影レンズ１３を最下流とした光路上において、反射型液晶表示素子１１Ｒよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子１１Ｒに最も近いレンズであるフィールドレンズ９Ｒと反射型偏光子１０Ｒの間に配置されている。また、光拡散板１４Ｒは、フィールドレンズ９Ｒの出射側に配置されている。

光拡散板１４Ｇは、ランプ１からフィールドレンズ９Ｇを通して入射する緑色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板１４Ｇは、上記光路上において、反射型液晶表示素子１１Ｇよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子１１Ｇに最も近いレンズであるフィールドレンズ９Ｇと反射型偏光子１０Ｇの間に配置されている。また、光拡散板１４Ｇは、フィールドレンズ９Ｇの出射側に配置されている。

光拡散板１４Ｂは、ランプ１からフィールドレンズ９Ｂを通して入射する青色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板１４Ｂは、上記光路上において、反射型液晶表示素子１１Ｂよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子１１Ｂに最も近いレンズであるフィールドレンズ９Ｂと反射型偏光子１０Ｂの間に配置されている。また、光拡散板１４Ｂは、フィールドレンズ９Ｂの出射側に配置されている。

上記構成からなる投写型表示装置１００においては、ランプ１から出射した白色光がインテグレータレンズ２，３、偏光ビームスプリッタ４及びコンデンサーレンズ５を順に透過してダイクロイックミラー６に入射する。ダイクロイックミラー６では、赤色成分の光が透過し、緑色成分及び青色成分の光が反射する。

ダイクロイックミラー６を透過した赤色成分の光は、反射ミラー８で反射した後、フィールドレンズ９Ｒ、光拡散板１４Ｒ及び反射型偏光子１０Ｒを順に透過する。さらに、反射型偏光子１０Ｒを透過した光は、反射型液晶表示素子１１Ｒに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子１１Ｒで変調された赤色成分の光は、再び反射型偏光子１０Ｒに入射する。このとき、反射型液晶表示素子１１Ｒでの変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子１０Ｒを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子１０Ｒで反射して光合成プリズム１２に入射する。

一方、ダイクロイックミラー６で反射した光はダイクロイックミラー７に入射する。ダイクロイックミラー７では、青色成分の光が透過し、緑色成分の光が反射する。ダイクロイックミラー７で反射した緑色成分の光は、フィールドレンズ９Ｇ、光拡散板１４Ｇ及び反射型偏光子１０Ｇを順に透過する。さらに、反射型偏光子１０Ｇを透過した光は、反射型液晶表示素子１１Ｇに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子１１Ｇで変調された緑色成分の光は、再び反射型偏光子１０Ｇに入射する。このとき、反射型液晶表示素子１１Ｇでの変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子１０Ｇを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子１０Ｇで反射して光合成プリズム１２に入射する。

また、ダイクロイックミラー７を透過した青色成分の光は、フィールドレンズ９Ｂ、光拡散板１４Ｂ及び反射型偏光子１０Ｂを順に透過する。さらに、反射型偏光子１０Ｂを透過した光は、反射型液晶表示素子１１Ｂに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子１１Ｂで変調された青色成分の光は、再び反射型偏光子１０Ｂに入射する。このとき、反射型液晶表示素子１１Ｂでの光の変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子１０Ｂを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子１０Ｂで反射して光合成プリズム１２に入射する。

光合成プリズム１２では、緑色成分の光が透過し、赤色成分及び青色成分の光が９０度方向に反射する。このため、光合成プリズム１２に入射した各色成分の光は合成されて同じ方向に出射される。こうして合成された光は投影レンズ１３に入射する。投影レンズ１３は、光合成プリズム１２から入射した光の映像（画像）を所定の倍率に拡大してスクリーンに映し出す。

このように動作する投写型表示装置１００において、光合成プリズム１２に入射する赤色成分の光は、反射型液晶表示素子１１Ｒよりも光源側に設けられた光拡散板１４Ｒを透過する際に拡散する。同様に、光合成プリズム１２に入射する緑色成分の光は、反射型液晶表示素子１１Ｇよりも光源側に設けられた光拡散板１４Ｇを透過する際に拡散し、光合成プリズム１２に入射する青色成分の光は、反射型液晶表示素子１１Ｂよりも光源側に設けられた光拡散板１４Ｂを透過する際に拡散する。

そうすると、光合成プリズム１２の接合部を通過する赤色成分の光によるスクリーン上の影は、上記光拡散板１４Ｒでの光の拡散によって分散する。同様に、光合成プリズム１２の接合部を通過する緑色成分の光によるスクリーン上の影は、上記光拡散板１４Ｇでの光の拡散によって分散し、光合成プリズム１２の接合部を通過する青色成分の光によるスクリーン上の影は、上記光拡散板１４Ｂでの光の拡散によって分散する。

このため、光合成プリズム１２の接合部への光の入射角度（垂直入射を０度と規定）と光強度との関係をみると、光拡散板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを設けない場合は、プリズム接合部での光の散乱により、上記図７及び図８に示すように、光の強度分布が急峻になって周期的なピーク値をもつため、スクリーン上に濃い影が現れてしまうが、光拡散板１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂを設けた場合は、図２に示すように、光の強度分布がなだらかになるため、スクリーン上に影が現れにくくなる。

したがって、光合成プリズム１２の接合部を通過する各色成分の光に関しては、仮にプリズム接合部を通過する光束の一部が散乱したとしても、散乱した光束がスクリーン上に広がって均一化される。このため、スクリーン上では周期的な影の濃度が薄くなる。この結果、プリズム接合部での光の散乱に起因したスクリーン上の影が視覚的に目立たなくなる。よって、画質の向上が図られる。

また一般に、上記のような照明光学系の中に光拡散素子を使用すると、光量のロスの原因となるため、光変調素子に対する光量の低下といった問題が生じる。このため、光拡散素子の特性としては、プリズム接合部への光入射角度と光強度との関係を図７の状態から図２の状態に変化させ得る範囲で、できる限り光の拡散角度を小さく、つまりヘーズ値を小さくする必要がある。光拡散素子の光の拡散角度は、光拡散素子への垂直入射に対する拡散分布における半値全幅で表されるものである。

光拡散素子の拡散角度、もしくはヘーズ値と、光量のロスとの関係は、照明光学系のＦナンバー、液晶表示素子の寸法、光源より出射する光束の光分布などによって異なるため、一概に述べることは難しいものの、現状一般的に使用されている光学系（液晶表示素子のパネルサイズ０．６〜０．８インチ程度）、Ｆナンバー２．０から３．２程度において、光量ロスやスクリーンムラなどの評価を行ったところ、拡散角度は３度以上８度以下が好ましいことが分かった。例えば、拡散角度が５度のときは、光量ロスが２%程度、スクリーンムラ、スクリーン周辺輝度低下率も許容範囲内であった。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。図示した投写型表示装置２００は、光源となる３つのレーザ発光素子２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂと、３つのロッドインテグレータ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂと、集光素子となる３つのコンデンサーレンズ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂと、反射ミラー２４と、３つのフィールドレンズ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂと、偏光素子となる３つの反射型偏光子２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂと、光変調素子となる３つの反射型液晶表示素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂと、光合成素子となる光合成プリズム２８と、投影光学素子となる投影レンズ２９と、光拡散素子となる３つの光拡散板３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂとを備えた構成となっている。

レーザ発光素子２１Ｒは、赤色成分のレーザ光を出射するものである。レーザ発光素子２１Ｇは、緑色成分のレーザ光を出射するものである。レーザ発光素子２１Ｂは、青色成分のレーザ光を出射するものである。ロッドインテグレータ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、各々の反射型液晶表示素子２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂに入射する光の照度を均一化するために設けられたものである。

コンデンサーレンズ２３Ｒは、ロッドインテグレータ２２Ｒを通して入射する光を集光するものである。コンデンサーレンズ２３Ｇは、ロッドインテグレータ２２Ｇを通して入射する光を集光するものである。コンデンサーレンズ２３Ｂは、ロッドインテグレータ２２Ｂを通して入射する光を集光するものである。

反射ミラー２４は、コンデンサーレンズ２３Ｇを通して入射する緑色成分の光を９０度方向に反射するものである。フィールドレンズ２５Ｒは、コンデンサーレンズ２３Ｒを通して入射する赤色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ２５Ｇは、反射ミラー２４で反射した緑色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ２５Ｂは、コンデンサーレンズ２３Ｂを通して入射する青色成分の光を透過するものである。

反射型偏光子２６Ｒは、フィールドレンズ２５Ｒを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子２７Ｒから入射する光を９０度方向に反射するものである。反射型偏光子２６Ｇは、フィールドレンズ２５Ｇを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子２７Ｇから入射する光を９０度方向に反射するものである。反射型偏光子２６Ｂは、フィールドレンズ２５Ｂを通して入射する光を透過する一方、反射型液晶表示素子２７Ｂから入射する光を９０度方向に反射するものである。

反射型液晶表示素子２７Ｒは、反射型偏光子２６Ｒを通して入射する赤色成分の光を変調するものである。反射型液晶表示素子２７Ｇは、反射型偏光子２６Ｇを通して入射する緑色成分の光を変調するものである。反射型液晶表示素子２７Ｂは、反射型偏光子２６Ｂを通して入射する青色成分の光を変調するものである。

光合成プリズム２８は、各々の反射型偏光子２６Ｒ，２６Ｇ，２６Ｂから入射する各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光を合成するものである。光合成プリズム２８は、クロスダイクロイックプリズムを用いて構成されるものである。投影レンズ２９は、光合成プリズム２８で合成して得られる光（画像）を図示しないスクリーン上に拡大投影するものである。

光拡散板３０Ｒは、レーザ発光素子２１Ｒからフィールドレンズ２５Ｒを通して入射する赤色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板３０Ｒは、レーザ発光素子２１Ｒを最上流とし、投影レンズ２９を最下流とした光路上において、反射型液晶表示素子２７Ｒよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子２７Ｒに最も近いレンズであるフィールドレンズ２５Ｒと反射型偏光子２６Ｒの間に配置されている。また、光拡散板３０Ｒは、フィールドレンズ２５Ｒの出射側に配置されている。

光拡散板３０Ｇは、レーザ発光素子２１Ｇを最上流とし、投影レンズ２９を最下流とした光路上において、反射型液晶表示素子２７Ｇよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子２７Ｇに最も近いレンズであるフィールドレンズ２５Ｇと反射型偏光子２６Ｇの間に配置されている。また、光拡散板３０Ｇは、フィールドレンズ２５Ｇの出射側に配置されている。

光拡散板３０Ｂは、レーザ発光素子２１Ｂを最上流とし、投影レンズ２９を最下流とした光路上において、反射型液晶表示素子２７Ｂよりも光源側で、かつ当該反射型液晶表示素子２７Ｂに最も近いレンズであるフィールドレンズ２５Ｂと反射型偏光子２６Ｂの間に配置されている。また、光拡散板３０Ｂは、フィールドレンズ２５Ｂの出射側に配置されている。

上記構成からなる投写型表示装置２００においては、レーザ発光素子２１Ｒから出射された赤色成分のレーザ光が、ロッドインテグレータ２２Ｒ、コンデンサーレンズ２３Ｒ、フィールドレンズ２５Ｒ、光拡散板３０Ｒ、反射型偏光子２６Ｒを順に透過する。さらに、反射型偏光子２６Ｒを透過した光は、反射型液晶表示素子２７Ｒに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子２７Ｒで変調された赤色成分の光は、再び反射型偏光子２６Ｒに入射する。このとき、反射型液晶表示素子２７Ｒでの変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子２６Ｒを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子２６Ｒで反射して光合成プリズム２８に入射する。

一方、レーザ発光素子２１Ｇから出射された緑色成分のレーザ光は、ロッドインテグレータ２２Ｇ、コンデンサーレンズ２３Ｇを順に透過して反射ミラー２４で反射した後、フィールドレンズ２５Ｇ、光拡散板３０Ｇ、反射型偏光子２６Ｇを順に透過する。さらに、反射型偏光子２６Ｇを透過した光は、反射型液晶表示素子２７Ｇに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子２７Ｇで変調された緑色成分の光は、再び反射型偏光子２６Ｇに入射する。このとき、反射型液晶表示素子２７Ｇでの変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子２６Ｇを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子２６Ｇで反射して光合成プリズム２８に入射する。

また、レーザ発光素子２１Ｂから出射された青色成分のレーザ光は、ロッドインテグレータ２２Ｂ、コンデンサーレンズ２３Ｂ、フィールドレンズ２５Ｂ、光拡散板３０Ｂ、反射型偏光子２６Ｂを順に透過する。さらに、反射型偏光子２６Ｂを透過した光は、反射型液晶表示素子２７Ｂに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。反射型液晶表示素子２７Ｂで変調された青色成分の光は、再び反射型偏光子２６Ｂに入射する。このとき、反射型液晶表示素子２７Ｂでの変調の度合いにより、一部の光は反射型偏光子２６Ｂを透過して光源方向に戻り、他の光は反射型偏光子２６Ｂで反射して光合成プリズム２８に入射する。

光合成プリズム２８では、緑色成分の光が透過し、赤色成分及び青色成分の光が９０度方向に反射する。このため、光合成プリズム２８に入射した各色成分の光は合成されて同じ方向に出射される。こうして合成された光は投影レンズ２９に入射する。投影レンズ２９は、光合成プリズム２８から入射した光の映像（画像）を所定の倍率に拡大してスクリーンに映し出す。

このように動作する投写型表示装置２００において、光合成プリズム２８に入射する赤色成分の光は、反射型液晶表示素子２７Ｒよりも光源側に設けられた光拡散板３０Ｒを透過する際に拡散する。同様に、光合成プリズム２８に入射する緑色成分の光は、反射型液晶表示素子２７Ｇよりも光源側に設けられた光拡散板３０Ｇを透過する際に拡散し、光合成プリズム２８に入射する青色成分の光は、反射型液晶表示素子２７Ｂよりも光源側に設けられた光拡散板３０Ｂを透過する際に拡散する。したがって、上記第１実施形態と同様に、プリズム接合部での光の散乱に起因したスクリーン上の影が視覚的に目立たなくなる。特に、レーザ光などのコヒーレント光を出射するコヒーレントな光源を用いた場合は、その指向性の強さによってスクリーン上の影が目立ちやすくなるため、光拡散素子による画質の改善効果が顕著になる。

（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。図示した投写型表示装置３００は、光源となるランプ３１と、２つのインテグレータレンズ（フライアイレンズ）３２，３３と、偏光ビームスプリッタ３４と、集光素子となるコンデンサーレンズ３５と、光分離素子となる２つのダイクロイックレンズ３６，３７と、３つの反射ミラー３８，３９，４０と、２つのリレーレンズ４１ａ，４１ｂと、３つのフィールドレンズ４２Ｒ，４２Ｇ，４２Ｂと、第１の偏光素子となる３つの入射側偏光子４３Ｒ，４３Ｇ，４３Ｂと、光変調素子となる３つの透過型液晶表示素子４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂと、第２の偏光素子となる３つの出射側偏光子４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂと、光合成素子となる光合成プリズム４６と、投影光学素子となる投影レンズ４７と、光拡散素子となる３つの光拡散板４８Ｒ，４８Ｇ，４８Ｂとを備えた構成となっている。

ランプ３１は、白色の光を出射するもので、例えば超高圧水銀ランプを用いて構成されるものである。ランプ３１は、発光部３１ａとリフレクタ３１ｂとを有するものである。ランプ３１の発光部３１ａはリフレクタ３１ｂの焦点位置に配置されている。ランプ３１の発光部３１ａで発生した光はリフレクタ３１ｂで反射されることにより、ほぼ平行な光となって出射される。

インテグレータレンズ３２，３３は、各々の透過型液晶表示素子４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂに入射する光の照度を均一化するために設けられたものである。偏光ビームスプリッタ３４は、インテグレータレンズ３２，３３を通して入射する光を所定の方向に偏光するものである。コンデンサーレンズ３５は、偏光ビームスプリッタ３４を通して入射する光を集光するものである。

ダイクロイックレンズ３６は、コンデンサーレンズ３５を通して入射する光のうち、赤色成分の光を９０度方向に反射し、緑色成分及び青色成分の光を透過するものである。ダイクロイックレンズ３７は、ダイクロイックレンズ３６を透過した光のうち、青色成分の光を透過し、緑色成分の光を９０度方向に反射するものである。

反射ミラー３８は、ダイクロイックレンズ３６で反射した赤色成分の光を９０度方向に反射するものである。反射ミラー３９は、ダイクロイックレンズ３７を透過した青色成分の光を９０度方向に反射し、反射ミラー４０は、反射ミラー３９で反射した青色成分の光を９０度方向に反射するものである。

リレーレンズ４１ａは、ダイクロイックレンズ３７から反射ミラー３９に至る光路の途中に配置されている。リレーレンズ４１ａは、ダイクロイックレンズ３７を通して入射する青色成分の光を透過するものである。リレーレンズ４１ｂは、反射ミラー３９から反射ミラー４０に至る光路の途中に配置されている。リレーレンズ４１ｂは、反射ミラー３９で反射した青色成分の光を透過するものである。

フィールドレンズ４２Ｒは、反射ミラー３８で反射した赤色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ４２Ｇは、ダイクロイックレンズ３７で反射した緑色成分の光を透過するものである。フィールドレンズ４２Ｂは、反射ミラー４０で反射した青色成分の光を透過するものである。

入射側偏光子４３Ｒは、フィールドレンズ４２Ｒを通して透過型液晶表示素子４４Ｒに入射する赤色成分の光を偏光し、出射側偏光子４５Ｒは、透過型液晶表示素子４４Ｒを透過した光を偏光するものである。入射側偏光子４３Ｇは、フィールドレンズ４２Ｇを通して透過型液晶表示素子４４Ｇに入射する緑色成分の光を偏光し、出射側偏光子４５Ｇは、透過型液晶表示素子４４Ｇを透過した光を偏光するものである。入射側偏光子４３Ｂは、フィールドレンズ４２Ｂを通して透過型液晶表示素子４４Ｂに入射する青色成分の光を偏光し、出射側偏光子４５Ｂは、透過型液晶表示素子４４Ｂを透過した光を偏光するものである。

透過型液晶表示素子４４Ｒは、入射側偏光子４３Ｒを通して入射する赤色成分の光を変調するものである。透過型液晶表示素子４４Ｇは、入射側偏光子４３Ｇを通して入射する緑色成分の光を変調するものである。透過型液晶表示素子４４Ｂは、入射側偏光子４３Ｂを通して入射する青色成分の光を変調するものである。

光合成プリズム４６は、各々の出射側偏光子４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂから入射する各色成分（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の光を合成するものである。光合成プリズム４６は、クロスダイクロイックプリズムを用いて構成されるものである。投射レンズ４７は、光合成プリズム４６で合成して得られる光（画像）を図示しないスクリーン上に拡大投影するものである。

光拡散板４８Ｒは、ランプ３１からフィールドレンズ４２Ｒを通して入射する赤色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板４８Ｒは、ランプ３１を最上流とし、投影レンズ４７を最下流とした光路上において、透過型液晶表示素子４４Ｒよりも光源側で、かつ当該透過型液晶表示素子４４Ｒに最も近いレンズであるフィールドレンズ４２Ｒと入射側偏光子４３Ｒの間に配置されている。また、光拡散板４８Ｒは、フィールドレンズ４２Ｒの出射側に配置されている。

光拡散板４８Ｇは、ランプ３１からフィールドレンズ４２Ｇを通して入射する緑色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板４８Ｇは、ランプ３１を最上流とし、投影レンズ４７を最下流とした光路上において、透過型液晶表示素子４４Ｇよりも光源側で、かつ当該透過型液晶表示素子４４Ｇに最も近いレンズであるフィールドレンズ４２Ｇと入射側偏光子４３Ｇの間に配置されている。また、光拡散板４８Ｇは、フィールドレンズ４２Ｇの出射側に配置されている。

光拡散板４８Ｂは、ランプ３１からフィールドレンズ４２Ｂを通して入射する青色成分の光を拡散透過するものである。光拡散板４８Ｂは、ランプ３１を最上流とし、投影レンズ４７を最下流とした光路上において、透過型液晶表示素子４４Ｂよりも光源側で、かつ当該透過型液晶表示素子４４Ｂに最も近いレンズであるフィールドレンズ４２Ｂと入射側偏光子４３Ｂの間に配置されている。また、光拡散板４８Ｂは、フィールドレンズ４２Ｂの出射側に配置されている。

上記構成からなる投写型表示装置３００においては、ランプ３１から出射した白色光がインテグレータレンズ３２，３３、偏光ビームスプリッタ３４及びコンデンサーレンズ５を順に透過してダイクロイックレンズ３６に入射する。ダイクロイックレンズ３６では、赤色成分の光が反射し、緑色成分及び青色成分の光が透過する。

ダイクロイックレンズ３６で反射した赤色成分の光は、反射ミラー３８で反射した後、フィールドレンズ４２Ｒ、光拡散板４８Ｒ及び入射側偏光子４３Ｒを順に透過する。さらに、入射側偏光子４３Ｒを透過した光は透過型液晶表示素子４４Ｒに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。透過型液晶表示素子４４Ｒで変調された赤色成分の光は、出射側偏光子４５Ｒを透過して光合成プリズム４６に入射する。

一方、ダイクロイックレンズ３６を透過した光はダイクロイックレンズ３７に入射する。ダイクロイックレンズ３７では、青色成分の光が透過し、緑色成分の光が反射する。ダイクロイックレンズ３７で反射した緑色成分の光は、フィールドレンズ４２Ｇ、光拡散板４８Ｇ及び入射側偏光子４３Ｇを順に透過する。さらに、入射側偏光子４３Ｇを透過した光は透過型液晶表示素子４４Ｇに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。透過型液晶表示素子４４Ｇで変調された緑色成分の光は、出射側偏光子４５Ｇを透過して光合成プリズム４６に入射する。

また、ダイクロイックレンズ３７を透過した青色成分の光は、リレーレンズ４１ａを透過して反射ミラー３９で反射した後、リレーレンズ４１ｂを透過して反射ミラー４０で反射する。また、反射ミラー４０で反射した青色成分の光は、フィールドレンズ４２Ｂ、光拡散板４８Ｂ及び入射側偏光子４３Ｂを順に透過する。さらに、入射側偏光子４３Ｂを透過した光は透過型液晶表示素子４４Ｂに入射し、そこで映像信号に応じて変調される。透過型液晶表示素子４４Ｂで変調された青色成分の光は、出射側偏光子４５Ｂを透過して光合成プリズム４６に入射する。

光合成プリズム４６では、緑色成分の光が透過し、赤色成分及び青色成分の光が９０度方向に反射する。このため、光合成プリズム４６に入射した各色成分の光は合成されて同じ方向に出射される。こうして合成された光は投射レンズ４７に入射する。投射レンズ４７は、光合成プリズム４６から入射した光の映像（画像）を所定の倍率に拡大してスクリーンに映し出す。

このように動作する投写型表示装置３００において、光合成プリズム４６に入射する赤色成分の光は、透過型液晶表示素子４４Ｒよりも光源側に設けられた光拡散板４８を透過する際に拡散する。同様に、光合成プリズム４６に入射する緑色成分の光は、透過型液晶表示素子４４Ｇよりも光源側に設けられた光拡散板４８Ｇを透過する際に拡散し、光合成プリズム４６に入射する青色成分の光は、透過型液晶表示素子４４Ｂよりも光源側に設けられた光拡散板４８Ｂを透過する際に拡散する。したがって、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様に、プリズム接合部での光の散乱に起因したスクリーン上の影が視覚的に目立たなくなる。

なお、上記各実施形態においては、フィールドレンズの出射側に当該フィールドレンズと別個に光拡散素子（光拡散板）を設けるようにしたが、これに限らず、例えば、ＡＲ(antireflection)コートなどの成膜コストを下げるために、光拡散素子をフィールドレンズと一体化した構成としてもよい。レンズを一体化する方法としては、例えばフィルム上、もしくはガラス基板に形成された光拡散素子を、熱硬化樹脂、UV硬化樹脂などによって貼合する方法などがある。

また、光変調素子として液晶表示素子を用いた場合は、各色成分の光が光拡散素子を透過した後に偏光子に入射することになる。このため、光拡散素子の特性としては、当該光拡散素子を透過する際に光が複屈折しないよう、非複屈折性を有することが重要となる。

ただし、光変調素子は液晶表示素子に限らず、例えばＤＭＤ(Digital Micromirror Device）やその他の変調素子を光変調素子に用いてもよい。

また、上記各実施形態においては、フィールドレンズの出射側に光拡散素子を配置したが、フィールドレンズの入射側に光拡散素子を配置してもよい。

また、拡散素子の配置位置としては、後段のインテグレータレンズ（フライアイレンズ）と光変調素子との間がよく、更に光利用効率を高めるためには光変調素子側に最も近いレンズ（フィールドレンズ）の周辺部に配置するのがよい。また、フライアイレンズではなくロッドインテグレータを使用している光学系の場合は、ロッドインテグレータ直後のレンズと光変調素子との間がよく、更に光利用効率を高めるためには光変調素子側に最も近いレンズ（フィールドレンズ）の周辺部に配置するのがよい。他の配置場所としては、光源と前段のフライアイレンズ（もしくはロッドインテグレータの入射側）の間が良く、更に光源としてレーザ発光素子を利用している場合は光束の径がより小さい位置に配置するのが、光利用効率を高められるため好ましい。

本発明の第１実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。 光拡散素子を設けた場合の光入射角度と光強度の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る投写型表示装置の構成例を示す概略図である。 光合成用のクロスダイクロイックプリズムの構成を示す図である。 クロスダイクロイックプリズムに入射する光の経路を示す模式図である。 光拡散素子を設けない場合の光入射角度と光強度の関係を示す図である。 スクリーン上の影を示す図である。

符号の説明

１，３１…ランプ、１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ，２７Ｒ，２７Ｇ，２７Ｂ…反射型液晶表示素子、１２，２８，４６…光合成プリズム、１３，２９，４７…投影レンズ、１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ，４８Ｒ，４８Ｇ，４８Ｂ…光拡散板、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ…レーザ発光素子、４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂ…透過型液晶表示素子、１００，２００，３００…投写型表示装置

Claims (4)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を色成分ごとに変調する複数の光変調素子と、
   前記複数の光変調素子の各々よりも前記光源側に配置された複数の光拡散素子と、
   前記複数の光変調素子で変調した各色成分の光を合成する光合成素子と、
   前記光合成素子で合成した光を投影する投影光学素子と
   を備えることを特徴とする投写型表示装置。
2. 前記光拡散素子の拡散角度が３度以上８度以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
3. 前記光拡散素子は非複屈折性を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。
4. 前記光源はコヒーレントな光源である
   ことを特徴とする請求項１記載の投写型表示装置。

Images