JP2643893B2 - 投写型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はライトバルブに形成され
る光学像を照明光で照射するとともに投写レンズにより
スクリーン上に投写する投写型表示装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】大画面の映像表示を行うために、比較的
小さなライトバルブに光学的特性の変化として映像信号
に応じた光学像を形成し、この光学像を照明光で照射す
るとともに投写レンズによりスクリーン上に拡大投写す
る方法が従来からよく知られている。この種の投写型表
示装置は、投写画像の解像度がライトバルブの解像度で
ほぼ決り、光源を強くすれば光出力が大きくなるので、
高解像度のライトバルブを用いればその表示面積が小さ
くても高解像度で光出力の大きい投写型表示装置を実現
することができる。また、最近では、ライトバルブとし
て液晶パネルを用いる方法が注目されている（例えば、
ＳＩＤ８６ダイジェスト第３７５ページ）。このような
投写型表示装置の従来の構成の一例を（図６）に示す。

【０００３】ランプ１は赤、緑、青の色成分を含む光を
放射し、ランプ１から放射される光は集光レンズ２と凹
面鏡３とにより平行に近い光に変換され、熱線吸収フィ
ルタ４を透過した後、色分解手段５に入射する。色分解
手段５は平板型の赤反射ダイクロイックミラー６と２分
割された平板型の青反射ダイクロイックミラー７、８と
を９０度交差させて配置したものである。

【０００４】色分解手段５を出た赤の光は平面ミラー
９、１０を介して、緑の光はそのまま直進して、青の光
は平面ミラー１１、１２を介して、それぞれ対応する液
晶パネル１３、１４、１５に入射する。液晶パネル１
３、１４、１５にはそれぞれの映像信号に応じて透過率
の変化として光学像が形成される。液晶パネル１３、１
４、１５からの出力光は光合成手段１６により１つに合
成されて実質的に緑の液晶パネル１４の位置にカラー画
像が形成される。このカラー画像はテレセントリックの
投写レンズ１７によりスクリーン（図示せず）上に拡大
投写される。光合成手段１６は４つの直角プリズム１
８、１９、２０、２１を接合したプリズム型のダイクロ
イックミラーであり、接合面２２、２３に赤反射多層膜
が、接合面２４、２５に青反射多層膜が蒸着されてい
る。

【０００５】（図６）に示した投写型表示装置は、投写
レンズが１本であるので画面サイズまたは投写レンズ１
７からスクリーンまでの距離を容易に変えられるという
特徴がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】（図６）に示した構成
において、光合成手段１６の多層膜２２、２３、２４、
２５の分光特性は、反射率が高レベルにある反射帯域と
透過率が高レベルにある透過帯域とを持つ。上記両帯域
間で反射率及び透過率が５０％となる波長をカットオフ
波長と表現する。ただし、上記多層膜の内部損失はほと
んどないと見なしてよい。

【０００７】上記カットオフ波長付近の数十ｎｍの波長
範囲においては、反射率及び透過率が連続的に増加又は
減少しているので、赤及び青のライトバルブ１３、１５
から出射する光が入射してもその一部は効率よく反射さ
れずに透過してしまう。同様に、緑のライトバルブ１４
から出射する光の一部も効率よく透過せずに反射されて
しまう。よって、光合成手段１６において各色光を効率
よく合成する有効帯域は、それぞれ多層膜２２、２３、
２４、２５のカットオフ波長で決まる帯域より狭帯域と
なる。この時、カットオフ波長付近の光は有効に利用さ
れておらず、光合成手段１６の光利用効率が低くなると
いう問題がある。

【０００８】また、ランプ１において発光体が完全な点
光源ではなく有限の大きさを持っているため、集光レン
ズ２からの出射光は拡がりながら進行し、多層膜２２、
２３、２４、２５へ入射する光はある範囲の入射角を持
つ。一般に、多層膜は、カットオフ波長が入射角に応じ
てシフトする性質があるために、光合成手段の各色光に
対する帯域がより狭帯域となり、投写画像の明るさ及び
色の均一性が低下するという問題がある。

【０００９】本発明はかかる点に鑑みてなされたもの
で、光合成手段の光利用効率を向上させ、それによって
光出力が大きく、明るさ及び色の均一性の良好な投写型
表示装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の投写型表示装置は、映像信号に応じて光学
像が形成され空間的に変調された直線偏光の光が出射す
る赤、緑、青のライトバルブと、対応する各色光を前記
赤、緑、青のライトバルブに照射する照明手段と、赤反
射及び青反射多層膜をＸ字状に交差させたプリズム型の
ダイクロイックミラーであって前記各ライトバルブから
出射する光を１つに合成する光合成手段と、前記光合成
手段から出射する光を受け前記ライトバルブの光学像を
スクリーン上に投写する投写レンズとを備え、前記緑の
ライトバルブから出射する光は前記光合成手段を直進し
て前記投写レンズに入射し、前記赤反射多層膜と前記青
反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波長を緑の波長帯域で
近接せしめ、前記赤反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波
長が５４０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下であり、前記赤反射
多層膜はＰ偏光のカットオフ波長が６２０ｎｍ以上６４
０ｎｍ以下であり、前記青反射多層膜はＳ偏光のカット
オフ波長が５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であり、前記
青反射多層膜はＰ偏光のカットオフ波長が４４０ｎｍ以
上４７０ｎｍ以下であり、前記緑のライトバルブから出
射する光はＰ偏光で前記赤反射及び青反射多層膜に入射
し、前記赤及び青のライトバルブから出射する光はＳ偏
光で前記赤反射及び青反射多層膜に入射するようにした
ものである。なお、照明手段の光源にはメタルハライド
ランプを用いたほうが好ましい。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、光合成手段の赤、緑、青の
光に対する有効帯域が入射する各色光の帯域に比べ十分
広いので、各ライトバルブから出射する光が効率良く合
成される。更に、カットオフ波長が各多層膜への光の入
射角に依存してシフトし光合成手段の有効帯域が狭帯域
となっても、シフトしない場合の有効帯域が入射色光の
帯域に比べ広帯域となっているので光利用効率の低下及
び投写画像における色及び明るさの均一性の低下を改善
できる。

【００１２】また、上記効果により光源としてキセノン
ランプやハロゲンランプに比べて発光体長の長いメタル
ハライドランプを用いても、色及び明るさの均一性の高
い投写画像が得られる。

【００１３】

【実施例】本発明による投写型表示装置の一実施例につ
いて添付図面を参照しながら説明する。

【００１４】（図１）は本発明の一実施例における光学
系の構成を示したもので、３０は光源、３８は色分解手
段、３９、４０、４１、４２は平面ミラー、４３、４
４、４５はライトバルブ、４６は光合成手段、４７は投
写レンズである。光源３０及び色分解手段３８及び平面
ミラー３９、４０、４１、４２が照明手段を構成してい
る。なお、（図１）に示した構成は光源３０のランプ３
１を除けば（図６）に示した従来例の構成と同一の構成
である。ただし、光合成手段４６の赤反射多層膜５１、
５２の特性、青反射多層膜５３、５４の特性はそれぞれ
同一である。理想的に光源３０から出射する光束が光軸
３７に完全に平行であった場合、多層膜５１、５２、５
３、５４へ入射する光の入射角は４５度となる。

【００１５】光源３０はランプ３１と、集光レンズ３２
と、凹面鏡３３と、熱線吸収フィルタ３４とから構成さ
れ、ランプ３１はメタルハライドランプを用い、赤、
緑、青の３原色の色成分を含む光を放射する。ランプ３
１から放射される光は集光レンズ３２と凹面鏡３３とに
より平行に近い光に変換される。厳密には、ランプ３１
の発光体３５の中心３６から出る光線が集光レンズ３２
から光軸３７と平行に出射するようにしてある。集光レ
ンズ３２から出た光は熱線吸収フィルタ３４により赤外
線が除去される。

【００１６】光源３０の出力光は色分解手段３８に入射
し、９０度に交差した赤反射ダイクロイックミラー４８
及び青反射ダイクロイックミラー４９、５０により、
赤、緑、青の光に分解される。分解された各色光の分光
エネルギー分布はランプ３１から出射する光束の分光エ
ネルギー分布と、赤反射及び青反射ダイクロイックミラ
ー４８、４９、５０の分光特性により決定される。色分
解手段３８を出た赤の光は平面ミラー３９、４０を介し
て、緑の光は直進して、青の光は平面ミラー４１、４２
を介して、それぞれ対応するライトバルブ４３、４４、
４５に入射する。

【００１７】ライトバルブ４３、４４、４５からの出力
光は光合成手段４６により１つに合成されて、実質的に
ライトバルブ４４の位置にカラー画像が合成される。こ
のカラー画像は投写レンズ４７によりスクリーン（図示
せず）上に拡大投写される。

【００１８】ライトバルブ４３、４４、４５は透過型の
液晶パネルであって、入射側と出射側に偏光板を有し、
映像信号に応じて透過率の変化として光学像を形成す
る。赤及び青のライトバルブ４３、４５の出射側偏光板
の偏光軸は紙面に対して垂直に、緑のライトバルブ４４
の出射側偏光板の偏光軸は紙面に対して平行に設定して
いる。よって、各ライトバルブの出射光は直線偏光であ
り、多層膜５１、５２、５３、５４に対して、赤及び青
のライトバルブ４３、４５から出射する光はＳ偏光で入
射し、緑のライトバルブ４４から出射する光はＰ偏光で
入射する。各ライトバルブの入射側偏光板の偏光軸は、
液晶パネルの特性に応じてそれぞれ任意の方向がとられ
る。（図２）に緑のライトバルブ４４から出射する光の
分光エネルギー分布の一例を、（図３）に赤及び青のラ
イトバルブ４３、４５から出射する光の分光エネルギー
分布の一例をそれぞれ示す。これらの構成によると、ラ
イトバルブ４３、４４、４５から出射し光合成手段４６
に入射する各色光の帯域は、赤の光が５８０ｎｍから７
００ｎｍ、緑の光が５００ｎｍから５８０ｎｍ、青の光
が４００ｎｍから５００ｎｍの範囲となる。

【００１９】光合成手段４６は、赤反射及び青反射多層
膜５１、５２、５３、５４のＳ偏光のカットオフ波長が
緑の波長帯域で非常に近接していることを特徴とするプ
リズム型ダイクロイックミラーで構成されている。一般
にプリズム型のダイクロイックミラーにおいて、プリズ
ムを構成する材質、多層膜の材質及び構成を適当に選択
すれば、赤反射多層膜のＰ偏光入射のカットオフ波長が
Ｓ偏光入射のカットオフ波長から長波長側に約８０ｎｍ
ずれる。同様に青反射多層膜のＰ偏光入射のカットオフ
波長がＳ偏光入射のカットオフ波長から短波長側に約７
０ｎｍずれる。（図４）に光合成手段４６の赤反射多層
膜５１、５２の分光反射率特性を示す。実線がＰ偏光入
射の特性を、破線がＳ偏光入射の特性である。カットオ
フ波長はＳ偏光入射が５４０ｎｍ、Ｐ偏光入射が６２０
ｎｍである。同様に（図５）に青反射多層膜５３、５４
の分光反射率特性を示す。カットオフ波長はＳ偏光入射
が５３０ｎｍ、Ｐ偏光入射が４６０ｎｍである。ここ
で、１００％から反射率を引いた値を透過率と考えてよ
く、入射角はどちらも４５度である。

【００２０】以上の構成から、光合成手段４６はカット
オフ波長を用いて表現すると、Ｓ偏光入射の赤の光につ
いて５４０ｎｍから７００ｎｍの波長範囲の光を反射さ
せ、Ｐ偏光入射の緑の光について４６０ｎｍから６２０
ｎｍの波長範囲の光を透過させ、Ｓ偏光入射の青の光に
ついて４００ｎｍから５３０ｎｍの波長範囲の光を反射
させる。従って、光合成手段４６の有効帯域は入射する
各色光の帯域に比べて十分広く、各色光を効率良く合成
することができ、高い光利用効率が得られる。

【００２１】また、多層膜５１、５２、５３、５４は、
光の入射角が４５度から±５度変化した時カットオフ波
長が±２５ｎｍ程度シフトする。その結果、光合成手段
４６の各色光に対する有効帯域が狭くなる場合が発生す
るが、シフトしない場合の有効帯域が入射する各色光の
帯域に比べて十分広いので、光利用効率の低下や投写画
像の明るさ及び色の均一性の低下は非常に少ない。以上
のことは、光源３０にメタルハライドランプのように発
光体長の長いランプを用いた場合に顕著に発生し、上記
効果により投写画像の画質劣化が低減でき、光利用効率
の向上がはかれる。更に、メタルハライドランプは、キ
セノンランプやハロゲンランプに比較して長寿命であり
効率も高いので都合がよい。

【００２２】次に、本発明の他の一実施例について説明
する。（図１）に示す構成においては、光源３０と色分
解手段３８と平面ミラー３９、４０、４１、４２を用い
て照明手段を構成したが、赤、緑、青のライトバルブ４
３、４４、４５に三原色の色光を照射する構成であれば
どのような構成であってもよい。例えば、光源を複数用
いることも可能である。また、三原色の色光を得る手段
として、ダイクロイックフィルタ等のカラーフィルタを
用いることも可能である。照明手段をどのような構成に
しても、緑のライトバルブ４４の出射光は光合成手段４
６を直進して、赤及び青のライトバルブ４３、４５の出
射光は光合成手段４６において折り曲げられて、投写レ
ンズ４７に各色光が入射する構成にすれば、（図１）に
示した構成と同様の効果を得ることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたごとく本発明によれば、光合
成手段を構成するプリズム型のダイクロイックミラーの
分光特性を最適に設定し、ライトバルブから出射する光
の偏光方向を適当に選択し、光合成手段の各多層膜のカ
ットオフ波長が、赤、緑、青の各ライトバルブから出射
する光の帯域より十分離れるようにしているので、各色
光を効率良く１つに合成することができ、投写画像の画
質の劣化を低減させることが可能となる。それにより投
写画像の明るさ及び色の均一性が良好でしかも光出力の
大きい投写型表示装置を提供することができ、非常に大
きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における投写型表示装置の構
成を示す略構成図

【図２】緑のライトバルブから出射する光の分光エネル
ギー分布の一例を示すグラフ

【図３】赤及び青のライトバルブから出射する光の分光
エネルギー分布の一例を示すグラフ

【図４】（図１）に示した光合成手段の赤反射多層膜の
分光特性を示すグラフ

【図５】（図１）に示した光合成手段の青反射多層膜の
分光特性を示すグラフ

【図６】従来の投写型表示装置の構成を示す略構成図

【符号の説明】

３０ 光源 ３８ 色分解手段 ３９、４０、４１、４２ 折り返しミラー ４３、４４、４５ ライトバルブ ４６ 光合成手段 ４７ 投写レンズ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】映像信号に応じて光学像が形成され空間的
   に変調された直線偏光の光が出射する赤、緑、青のライ
   トバルブと、対応する各色光を前記赤、緑、青のライト
   バルブに照射する照明手段と、赤反射及び青反射多層膜
   をＸ字状に交差させたプリズム型のダイクロイックミラ
   ーであって前記各ライトバルブから出射する光を１つに
   合成する光合成手段と、前記光合成手段から出射する光
   を受け前記ライトバルブの光学像をスクリーン上に投写
   する投写レンズとを備え、前記緑のライトバルブから出
   射する光は前記光合成手段を直進して前記投写レンズに
   入射し、前記赤反射多層膜と前記青反射多層膜はＳ偏光
   のカットオフ波長を緑の波長帯域で近接せしめ、前記赤
   反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波長が５４０ｎｍ以上
   ５６０ｎｍ以下であり、前記赤反射多層膜はＰ偏光のカ
   ットオフ波長が６２０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下であり、
   前記青反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波長が５１０ｎ
   ｍ以上５４０ｎｍ以下であり、前記青反射多層膜はＰ偏
   光のカットオフ波長が４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下で
   あり、前記緑のライトバルブから出射する光はＰ偏光で
   前記赤反射及び青反射多層膜に入射し、前記赤及び青の
   ライトバルブから出射する光はＳ偏光で前記赤反射及び
   青反射多層膜に入射するようにした投写型表示装置。
2. 【請求項２】光源にメタルハライドランプを用いた請求
   項１記載の投写型表示装置。