JPH06289491A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 明るい部屋でも投射画像のコントラスト比を
低下させることのない投射画像表示装置を提供すること
を目的とする。 【構成】 反射分光特性が少なくとも３つの波長領域で
は、高い反射率を有し、且つ他の波長領域では反射率が
低い選択反射スクリーンを用いたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投射型画像表示装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に投射型画像表示装置は、大形スク
リーンに画像を投影して画像を表示するものである。こ
の装置の例として、スライド・プロジェクタが周知であ
る。そこで、第２図を参照して、スライド・プロジェク
タについて説明する。

【０００３】第２図において、スライド・プロジェクタ
は、カラーフィルム21を背面からコリメリートレンズ22
を介し白色光源23にて照射し、画像情報に基いた透過光
を、投射光学系、例えば投射レンズ24にて大形スクリー
ン25に投影することからなる。この大形スクリーン25の
反射特性は波長に反射率が依存しない白色のものが望ま
しい。映画として使用するには、同様の動作原理にて時
間的にカラーフィルムを順次変更して動画として表示す
れば足りる。

【０００４】ところで、近年このカラーフィルムの代わ
りに、液晶表示パネルを用い同様の投射光学系にて画像
をスクリーンに投影する液晶プロジェクタが普及してき
ている。第３図に示す液晶プロジェクタは、赤（Ｒ）、
緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色にコリメートレンズ31を介し
た白色光源32からの光をスペクトル分解するダイクロイ
ックミラー32を主構成部分とする光学系と、この３色の
Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した濃淡画像情報を表示する３枚の液
晶表示パネル33と、３枚の液晶表示パネル33を透過した
Ｒ、Ｇ、Ｂの光を合成するダイクロイックミラー34（あ
るいはダイクロイックプリズム（図示せず））を主構成
部品とする光学系と、合成光をスクリーン（図示せず）
に投影するための投射レンズ35からなる投射光学系とか
らなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記投
射型画像表示装置に共通した課題はスクリーン上の画像
の輝度が低く、部屋を暗くして見る必要があることであ
る。暗い部屋で見る必要があるということは、日常生活
空間で平易に画像を見ることが困難であることにつなが
り、上記表示装置がテレビジョン受像機のように一般家
庭に普及することを妨げてきた最大の要因である。

【０００６】この課題を解決するには輝度を上げればよ
く、これを達成するには光源の出力を上げることが最も
直接的な方法である。しかしながら、投射型画像表示装
置は表示画像を投射光学系にて大形スクリーンに拡大投
射するため基本的に光源の光量は高いものが必要である
ため、点光源に近いものでかつ更に光量を増加させるこ
とは技術的にも制限がある。また光源の光量を上げるこ
とは表示画像への照度を上げることになるが、液晶表示
パネルなどは高照度下では偏光板やアレイ基板回路素子
及び液晶材料の特性劣化が伴い装置の性能、信頼性の低
下につながる。

【０００７】ところで装置の輝度を上げる理由は前述の
ようにスクリーンに投射された画像のコントラスト比を
明るい環境下でも確保することにある。明るい部屋とは
いわゆる外光が多い場所ということである。一般にスク
リーンはこれら外光の反射を十分に抑圧出来ないため、
明るい部屋では外光の乱反射による背景光と投射画像と
の輝度コントラスト比がとれず、視認性が低下するとさ
れている。これらのことから、本発明では明るい部屋で
も投射画像のコントラスト比を低下させることのない投
射画像表示装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の投射型画像表示装置は、投射光学系と、こ
の投射光学系により表示画像を投射するスクリーンとを
少なくとも備え、このスクリーンではその反射分光特性
が少なくとも３つの波長領域で高い反射率を有し、且つ
他の波長領域で反射率が低い選択スクリーンであること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明では、従来液晶パネルを照射する光束源
としてメタルハライドランプ等の連続スペクトルを有す
る白色光源を、ダイクロイックミラー等でＲ、Ｇ、Ｂの
３色成分に分解して使用していたものに対し、Ｒ、Ｇ、
Ｂに対応する波長を中心波長とする帯域幅の狭い発光ス
ペクトルを有するものを光源として使用した。また、本
発明では、従来スクリーンの反射特性は、従来波長に反
射率が依存しない白色のものを使用していたのに対し、
スクリーンの反射特性をこの光源の狭帯域幅のスペクト
ルに略一致した波長でのみ高反射率で、他の波長帯域で
は低反射率となるように構成した。

【００１０】本発明では、投射装置光源のスペクトルと
選択反射スクリーンの高反射率の波長帯域とを一致させ
ることにより、光の利用率の低下を防ぐことができる。
一方、選択反射スクリーンの反射率は限られた帯域での
み高反射率であり、他の波長帯域では低反射率であるた
め、一般に連続スペクトルの白色分光特性である外光が
選択反射スクリーンで反射し、目に入る光量が低減す
る。したがって、投射画像の輝度と選択反射スクリーン
の外光反射とのコントラスト比は大幅に向上することと
なる。ここで、他の波長領域では反射率が50％以下にし
た理由は、これより外光の影響が１／２となりコントラ
スト比として２倍以上となるからである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。第１図において、投射型画像表示装置は投射光学
系１と、この投射光学系１により表示画像を投影するス
クリーン即ちその反射分光特性が少なくとも３つの波長
領域では高い反射率を有し且つ他の波長領域では反射率
が低い選択反射スクリーン２とから構成されている。

【００１２】この投射光学系１は、光源３と、この光源
からの光を平行光に変換するコリメートレンズ４と、こ
の平行光が入射する液晶パネル５と、この液晶パネル５
を透過した透過光を各色に合成するダイクロイックミラ
ー６と、このダイクロイックミラー６で各色に合成した
光を選択反射スクリーン２に投射する投射レンズ系７と
から構成されている。

【００１３】次に、この投射光学系１の各構成部分につ
いて詳述する。光源３は赤（Ｒ）成分、緑（Ｇ）成分、
青（Ｂ）成分に対応する波長λＲ、λＧ、λＢに発光強
度のピークを有し、そのスペクトルの帯域幅は十分に狭
い各々の光源で構成される。この発光スペクトル強度分
布は第４図に示されるものである。このような光源３は
例えば、水銀ランプやメタルハライドランプなどが挙げ
られる。封入する水銀や金属のハロゲン化物を要求スペ
クトルに応じて材料及び蒸気圧を選定することにより得
ることができる。また発光スペクトルの帯域幅が広いも
のや複数の発光スペクトルを発する光源では、外球の表
面に所望のスペクトルのみを透過させ不要のスペクトル
光を光源側に反射させる反射膜を形成することで所望の
特性を得ることもできる。さらに所望の発光スペクトル
を有する蛍光体が外球内側に塗布された蛍光管でも良
い。これら各光源の所望スペクトルは独立であるため、
その金属材料、蒸気圧、蛍光材料等は独立に選べ光源の
設計に自由度があるので高効率で特性の良好な光源が供
給できる。各光源３の発光強度のピークは各々λＲ＝63
0nm 、λＧ＝530nm 、λＢ＝450nm 近傍に選ぶと、ビデ
オ信号のＲ、Ｇ、Ｂ成分の信号を成分変換なしに使用し
ても色再現が忠実となるので望ましい。

【００１４】この光源３から放射された光は、コリメー
トレンズ４にて平行光にした後、各色成分信号で透過率
変調をされた液晶パネル５に入射するよう構成される。
液晶パネル５の透過光はダイクロイックミラー６にて各
色合成されたのち、投射レンズ系７にて選択反射スクリ
ーンに投影するよう構成する。液晶パネル５以後の構成
は、第３図に示した液晶プロジェクタの従来構成と同一
で良い。しかしながらダイクロイックミラー６の分光反
射特性は従来のものでも勿論良いが、光源からの分光ス
ペクトル強度は第４図に示すように離散的であるので各
ダイクロイックミラー６、ＤＭ１は第６図のように、Ｄ
Ｍ２は第７図のように、ＤＭ３は全波長反射のミラーと
することが可能である。このようにすることでダイクロ
イックミラー６の設計は容易となり、低価格のセット構
成が可能となる。

【００１５】一方、選択反射スクリーン２についてはそ
の反射分光特性を第５図に示すように、各色成分の光源
の発光スペクトルを包括した波長領域では高反射率を示
し、スペクトル強度の低い各スペクトル強度ピーク間の
波長領域では低反射率となるよう構成する。このような
反射分光特性を有する選択反射スクリーン２の具体的構
成法は様々なものが考えられるが、その例を以下に示
す。第８図、第９図は干渉フィルタによる構成法の一例
を示している。第８図はスクリーンの断面構成図であ
る。低反射率の黒色基板即ち低反射基板61表面に多層の
干渉フィルタ62、63、64が一様に構成されている。第９
図に示す様に各層の干渉フィルタ62、63、64は高反射率
が要求される各波長領域の入射光を反射し、その他の波
長領域の光はいずれの干渉フィルタ62、63、64でも反射
されず低反射基板61まで到達し、この基板61にて吸収さ
れる。第10図は多層吸収型フィルタにてスクリーンを構
成した他の一例である。基板71表面に反射膜72が形成さ
れた反射板73の表面に、特定の波長帯域で光を吸収し、
他の帯域では光を透過する吸収型フィルタAF1 、AF2 、
AF3 、AF4 を形成する。各層の透過分光特性は第11図に
示すように設計する。透過率の低い波長領域の光は吸収
フィルタAF1 、AF2 、AF3 、AF4 にて吸収され、吸収フ
ィルタAF1 、AF2 、AF3 、AF4 表面での反射率は十分低
く抑えられている。したがって全吸収フィルタAF1 、AF
2 、AF3 、AF4 で透過する波長領域の光が基板71表面の
反射膜72に到達し再び全吸収フィルタAF1 、AF2 、AF3
、AF4 を透過して選択反射スクリーン表面から出射す
る。このような透過分光特性を有する吸収フィルタAF1
、AF2 、AF3 、AF4 層は、ポリマーに特定の分光吸収
特性をもつ顔料を加えた膜を形成することで容易に実現
することができる。またこれらの顔料を混合することに
より全ての吸収フィルタAF1 、AF2 、AF3 、AF4 を一層
で構成することも可能である。またこの吸収型フィルタ
は入射光の角度依存性が少ないので、反射膜を散乱反射
板としたり、スクリーンゲインを持たせるよう反射膜と
の間にレンチキュラーレンズをもうけた構造などにも適
する。また構成材料からフレキシブルなスクリーンに構
成することも容易である。

【００１６】

【発明の効果】上述の構成をとることにより、本発明の
投射型画像表示装置では、選択反射スクリーンの使用に
よりスクリーンでの外光の反射は特定の狭い波長領域で
のみ発生し、他の波長領域ではスクリーンのいずれかの
層で吸収され反射されることはない。一般に外光は室内
に入射する太陽光や室内灯の乱反射光によるものである
ので、その分光特性は多少の強弱はあるにせよ連続スペ
クトルである。したがって選択反射スクリーンからの外
光の反射エネルギーは、スクリーンの吸収領域に対応す
る光エネルギー分が低減される。一方、プロジェクタか
らの投射光のスペクトルは、選択反射スクリーンの反射
分光特性と一致しているため反射エネルギーは減衰する
ことがない。この結果、反射スクリーンから反射した光
は、外光の反射エネルギーのみ低減されるため、その低
減分画像のコントラスト比が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型画像表示装置の実施例を示す構
成簡略図、

【図２】従来の投射型画像表示装置の一例を示す構成簡
略図、

【図３】従来の液晶方式の投射型画像表示装置の一例を
示す構成簡略図、

【図４】本発明で必要とされる光源の分光強度分布図、

【図５】本発明の選択反射スクリーンの分光反射特性
図、

【図６】図１に示したダイクロイックミラーＤＭ１の分
光反射特性及び分光透過特性を示す図、

【図７】図１に示したダイクロイックミラーＤＭ２の分
光反射特性及び分光透過特性を示す図、

【図８】本発明を構成する選択反射スクリーンの一例を
示す断面構造簡略図、

【図９】図８に示した選択反射スクリーンの分光反射特
性を示す特性図、

【図10】本発明を構成する選択反射スクリーンの他の例
を示す断面構造簡略図、

【図11】図10に示した選択反射スクリーンの吸収フィル
タ層の分光透過特性を示す特性図である。

【符号の説明】

（１）…投射光学系 （２）…選択反射スクリーン （３）…光源 （４）…コリメートレンズ （５）…液晶パネル （６）…ダイクロイックミラー （７）…投射レンズ系

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投射光学系と、 この投射光学系により表示画像を投影するスクリーンと
   を、少なくとも備えた投射型画像表示装置において、 前記スクリーンは、その反射分光特性が少なくとも３つ
   の波長領域では高い反射率を有し、且つ他の波長領域で
   は反射率が低い選択反射スクリーンであることを特徴と
   する投射型画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の投射光学系は、光源と、
   この光源から放射された光を平行光にした後この平行光
   が入射する液晶パネルと、この液晶パネルを透過した透
   過光を各色に合成するダイクロイックミラーと、このダ
   イクロイックミラーで各色に合成した光を前記選択反射
   スクリーンに投射する投射レンズ系とから構成されてい
   ることを特徴とする投射型画像表示装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の光源は、その分光強度分
   布が前記選択反射スクリーンの高反射率を有する波長領
   域で高い強度を持つことを特徴とする投射型画像表示装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の選択反射スクリーンは、
   その反射分光特性が少なくとも３つの波長領域において
   高い反射率を有し、且つ他の波長領域では反射率が50％
   以下であることを特徴とする投射型画像表示装置。