JP2000181376A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光源を用いた場合に投射画面の明るさ
を向上させることのできる投射型表示装置を提供するに
ある。 【解決手段】 本発明の投射型表示装置には光源装置１
１が搭載されている。この光源装置１１は光合成手段と
してのプリズム３０を備え、該プリズム３０は光源１ａ
からの光を該プリズムの頂角をなす一方の辺３０ａに入
射させ、他方の辺３０ｂで反射させて底辺３０ｃから出
射させ、光源１ｂからの光を辺３０ｂに入射させ、他方
の辺３０ａで反射させて底辺３０ｃから出射させるよう
にして光源１ａ，１ｂからの光を合成する。この場合、
プリズム３０は各辺３０ａ，３０ｂの垂線に対する光の
入射角θが２０°以内に設定され、さらに辺３０ａから
辺３０ｂに入射する光の入射角θ’が屈折率による臨界
角約４１．８゜以上に設定される。これにより、光をロ
スすることなく各ランプ１ａ，１ｂの光を全反射して合
成できるため、投射画面の明るさを向上させることが可
能となる。

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
等の投射型表示装置に係り、特に複数の光源による照明
光を合成して投射するようにした投射型表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面で小型・軽量のディスプレ
イ装置の要求に伴い、液晶パネルを用いた液晶プロジェ
クタの開発が盛んに行われている。液晶プロジェクタ
は、周知のように、液晶パネルをライトバルブとして用
いており、光源からの光の透過率を映像信号に応じて変
化させることで画像を表示し、この画像光を投写レンズ
等の光学手段によりスクリーン上に拡大表示させるもの
である。

【０００３】一般に、このような液晶プロジェクタにお
いては、画面が大きくなるほど暗くなる傾向にある。つ
まり、大画面にするほど明るい画面の実現は困難にな
る。また、投射映像を明るい部屋で視聴しようとする
と、投射映像が見ずらくなる場合もある。このため、液
晶プロジェクタの使用範囲を拡大するためには、大画面
でも明るい映像を投射でき、多少明るい部屋でも認識可
能となるように明るさの向上、つまり光の利用効率向上
が望まれている。

【０００４】このような要求に伴い、従来より、画面の
明るさをより向上させるために、あるいは光源としての
ランプが切れた場合を考慮して、光源を複数個設けて構
成する提案も成されている。このような提案による従来
技術を図６に示す。

【０００５】図６は従来の液晶プロジェクタに用いられ
た光源装置の概略を示す構成図である。

【０００６】図６の液晶プロジェクタでは、複数個の光
源からなる光源装置１０が採用されている。この光源装
置１Ｏでは、例えば、２個の光源１０Ａ，１０Ｂの照明
光をハーフミラーで合成するように構成されている。こ
れらの光源１０Ａ，１０Ｂとしては、光を発するランプ
１ａ，１ｂと、これらのランプ１ａ，１ｂから発せられ
た光を反射するリフレクタ２ａ，２ｂとで構成されたメ
タルハライドランプ等が用いられている。これらの光源
１０Ａ，１０Ｂからの照明光は、ハーフミラー１１に照
射される。

【０００７】ハーフミラー１１は、前記ランプ１ａの光
を透過させ、他方のランプ１ｂの光を反射させて、２つ
のランプ１ａ，１ｂの光を合成して照射する。ハーフミ
ラー１１により合成された合成光は、コンデンサーレン
ズ又はフライアイレンズ１２により絞り込まれ、その後
図示はしないが液晶パネル等のライトバルブ素子を照射
し、ライトバルブ素子上に形成される画像を投写レンズ
で拡大投影している。

【０００８】ところで、投射型表示装置の光利用効率を
考慮すると、上述した従来の複数の光源（例えば２個）
からの照明光をハーフミラで合成するようした装置で
は、１ヶ当りの光源の光量をＩとすれば、合成された光
量も最大Ｉとなる。ところが、２個のランプの内、例え
ばなんらかの影響で片方のランプが切れた場合を想定す
ると、そのときの光量は最大Ｉ／２となってしまう。つ
まり、光源を２ヶ使用したとしても、ハーフミラでこれ
らの光源からの照明光を合成しているため、光のロスも
多く、結果として、投射画面は明るくならず、ランプの
片方が切れた場合にもランプ一個による明るさの半分ま
でしかならないことになる。すなわち、光の利用効率を
向上させることは出来ないという問題点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の複
数の光源（２ヶ）からの照明光をハーフミラで合成する
ようした投射型表示装置では、１ヶ当りの光源の光量を
Ｉとすれば、合成された光量も最大Ｉとなり、光源の２
つのランプの片方が切れた場合の光量は最大Ｉ／２とな
る。従って、光源を２個使用したとしても投射画面は明
るくならず、ランプの片方が切れた場合にもランプ１個
による明るさの半分までしかならないことになり、光の
利用効率を向上させることができないという問題点があ
った。

【００１０】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、複数の光源を用いた場合に投射画面の明る
さを向上させることのできる投射型表示装置の提供を目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の投射型表示装置
は、複数の光源からの光を合成して出力する光合成手段
と、この光合成手段から出力された光をライトバルブ素
子に照射し、前記ライトバルブ素子にて形成された画像
を投射する手段とを備えた投射型表示装置において、前
記光合成手段は、頂角を成す第１の辺と第２の辺、及び
前記頂角と対向する底辺とを有する三角形状のプリズム
を含み、第１の光源からの光を、前記プリズムの外部か
ら前記第１の辺に入射させ、プリズム内の第２の辺で反
射して前記底辺から出射させるとともに、第２の光源か
らの光を、前記プリズムの外部から前記第２の辺に入射
させ、プリズム内の第１の辺で反射して前記底辺から出
射させ、前記第１，２の光源から入射した光を合成して
出力するようにしたことを特徴とするものである。

【００１２】本発明によれば、第１の光源からの光をプ
リズムの頂角をなす第１の辺に入射させ、第２の辺で反
射させて該プリズムの底辺から出射させるとともに、第
２の光源からの光を前記第２の辺に入射させ、前記第１
の辺で反射させて該プリズムの底辺から出射させるよう
にして前記第１及び第２の光源からの光を合成する三角
形状のプリズムを設けたことにより、複数の光源からの
光を効率良く合成することができ、投射画面の明るさを
向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は本発明に係る投射型表示装置
の一実施の形態を示し、該装置に採用された、複数の光
源からの光を合成する光源装置１１を示す構成図であ
る。

【００１４】本実施の形態では、複数の光源からの光を
ロスすることなく利用するために、プリズム等の光合成
手段を採用し、光利用効率の向上を図っている。

【００１５】図１に示す光源装置１１では、例えば、２
個の光源１１Ａ，１１Ｂの照明光を光合成手段としての
三角形状のプレズム３０で合成するようにしている。こ
れらの光源１１Ａ，１１Ｂとしては、光を発するランプ
１ａ，１ｂと、これらのランプ１ａ，１ｂから発せられ
た光をそれぞれ反射するリフレクタ２ａ，２ｂとで構成
されたメタルハライドランプ等が用いられている。これ
らの光源１１Ａ，１１Ｂからの照明光は、プリズム３０
に照射される。

【００１６】プリズム３０は、これらの光源１１Ａ，１
１Ｂ（ランプ１ａ，１ｂ）からの光を合成して出射する
もので、プリズム３０により合成された合成光は、光学
系レンズとしてのコンデンサーレンズ又はフライアイレ
ンズ１２により絞り込まれ、その後図示はしないが液晶
パネル等のライトバルブ素子を照射し、ライトバルブ素
子上に形成される画像を投写レンズで拡大投影すること
になる。

【００１７】前記プリズム３０は、図１に示すように三
角形状に形成されたもので、各ランプ１ａ，１ｂからの
光を入射する２辺３０ａ，３０ｂと、該プリズム３０に
よる光合成作用によって合成された光を前記コンデンサ
ーレンズ又はフライアイレンズ１２へと照射する底辺３
０ｃとを備えて構成されている。

【００１８】上記プリズム３０では、図に示すようにラ
ンプ１ａからの光をプリズム３０の頂角をなす一方の辺
３０ａに入射させ、プリズム内の他方の辺３０ｂで反射
させて底辺３０ｃから出射させる一方、光源１ｂからの
光を辺３０ｂに入射させてプリズム内の辺３０ａで反射
させ、底辺３０ｃから出射させるようにしている。この
場合、底辺３０ｃからの出射光は、底辺３０ｃの垂線と
平行になるようにすることが重要である。

【００１９】各ランプ１ａ，１ｂからの合成光をプリズ
ム３０の底辺３０ｃの垂線と平行に出射するためには、
プリズム３０に対するランプ１ａ，１ｂの位置決め、つ
まり、プリズム３０の各辺３０ａ，３０ｂに対する各ラ
ンプ１ａ，１ｂからの光の入射角θや入射角θ’が重要
である。

【００２０】そこで、各ランプ１ａ，１ｂからの光を効
率よく合成するための各ランプ１ａ，１ｂの設定条件を
図２を用いて説明する。

【００２１】図２は図１におけるプリズム３０の頂角を
なす辺３０ａ，３０ｂに入射する光源１ａ，１ｂからの
光の入射角θに対する透過率特性を表したものであり、
プリズム３０外の媒質の屈折率ｎ１＝１、プリズム３０
の屈折率ｎ２＝１．５とした場合のものである。尚、図
２に示す縦軸は透過率Ｔを示し、横軸は辺３０ａ，３０
ｂに入射する光源１ａ，１ｂからの光の入射角θを示し
ている。尚、入射角θは、辺３０ａ，３０ｂの垂線（図
１の波線で示す線）に対する入射角度である。

【００２２】図２中に示すように、透過率の高くでるＰ
偏光Ｔｐ（点鎖線で記載）については、入射角θが６０
°付近を越えると、透過率Ｔは次第に下ることになる
が、２０°以内であれば常に透過率Ｔは９５％以上とな
る。また、透過率の低く出るＳ偏光Ｔｓ（波線で記載）
については、入射角θが２０°を越えると、透過率Ｔは
徐々に下ることになるが、２０°以内であれば上記Ｐ偏
光と同様に常に透過率Ｔは９５％以上となる。

【００２３】つまり、入射角θが２０°以内であれば上
記Ｓ偏光は、Ｐ偏光と同様に常に９５％以上の高透過率
を維持することができるため、Ｐ偏光とＳ偏光とを重ね
た全体（Ｔ（Ｐ＋Ｓ）：実線で記載）では、入射角θを
２０°以内に設定さえすれば、透過率の低く出るＳ偏光
に対しても９５％以上の高透過率特性が得られることに
なる。

【００２４】また、本実施の形態において、ランプ１ａ
からの光はプリズム３０の辺３０ａに入射した後、対向
する辺３０ｂに入射して底辺３０ｃに向けて反射する
が、辺３０ａから辺３０ｂに向かって入射する光の入射
角をθ’とすると、この入射角θ’は上記屈折率による
臨界角以上、例えば約４１．８゜以上に設定されてい
る。これにより辺３０ａから辺３０ｂに入射した光は全
反射することができ、ロスすることなく底辺３０ｃから
平行光を出射するようになる。（尚、入射角θ’は、辺
３０ｂの垂線に対する入射角度である。）同様に、ラン
プ１ｂからの光はプリズム３０の辺３０ｂに入射した
後、対向する辺３０ａに入射して底辺３０ｃに向けて反
射するが、辺３０ｂから辺３０ａに向かって入射する光
の入射角θ’も上記屈折率による臨界角約４１．８゜以
上に設定されている。

【００２５】したがって、上述したようにプリズム３０
の頂角および光源１ａ，１ｂの入射角をそれぞれ設定す
ることで、複数の光源１ａ，１ｂからの光を効率良く合
成することが可能なり、光の利用効率向上が図られ、投
射画面の明るさをより向上させることができる。

【００２６】次に、上記の光源装置１１を採用した投射
型表示装置の全体構成を図３を参照しながら詳細に説明
する。

【００２７】図３は図１に示す光源装置１１を３板式液
晶プロジェクタに搭載した場合の構成図である。

【００２８】図３における３板式液晶プロジェクタに
は、図１に示す光源装置１１が設けられている。この光
源装置１１は上述した如く、各ランプ１ａ，１ｂからの
光をロスすることなく効率良く合成するもので、この合
成光を光学系レンズとしてのコンデンサーレンズ又はフ
ライアイレンズ１２により絞り込んで液晶素子に照射す
るようにしている。

【００２９】光源装置１１からの光は、図示しないＵＶ
−ＩＲフィルタ等によって赤外光、紫外光が除去され、
可視光成分のみとなり、この可視光は、ダイクロイック
ミラ１３ａに照射される。このダイクロイックミラ１３
ａは、照射光の内Ｂ光のみ反射し、Ｒ光、Ｇ光について
は透過する。

【００３０】Ｂ光は、全反射ミラ１４ａで反射した後、
集光レンズ１５ａを透過し、Ｂ用ＬＣＤパネル（液晶表
示パネル）１６ａに入射する。この場合、集光レンズ１
５ａは、Ｂ用ＬＣＤパネル１６ａの透過光が投射レンズ
１７の入射瞳に効率良く入射するように光を絞りこむ光
学特性を有している。なお、図中に示す他の色のＲ光，
Ｇ光に対応して設けられた集光レンズ１５ｂ，１５ｃに
ついても、同様の光学特性を有している。

【００３１】Ｂ用ＬＣＤパネル１６ａを透過したＢ画像
光は、ダイクロイックミラ１３ｃ，１３ｅを透過し、
Ｒ，Ｇ画像光とともに投射レンズ１７に照射される。

【００３２】一方、Ｒ光，Ｇ光については、ダイクロイ
ックミラ１３ｂによってＧ光のみが反射し、反射したＧ
光は集光レンズ１５ｂを透過し、Ｇ用ＬＣＤパネル１６
ｂに入射する。Ｇ用ＬＣＤパネル１６ｂを透過したＧ画
像光は、ダイクロイックミラ１３ｃによって反射され、
前記Ｂ画像光とともにダイクロイックミラ１３ｅを透過
して後に、投射レンズ１７に照射される。

【００３３】前記ダイクロイックミラ１３ｂを透過した
Ｒ光は、集光レンズ１５ｃを透過後、Ｒ用ＬＣＤパネル
１６ｃに入射する。Ｒ用ＬＣＤパネル１６ｃを透過した
Ｒ画像光は、全反射ミラ１４ｂで反射された後、前記ダ
イクロイックミラ１３ｅでさらに反射されることで、前
記Ｂ，Ｇ画像光とともに投射レンズ１７に照射される。

【００３４】したがって、上記の光学部材によりそれぞ
れのＲ，Ｇ，Ｂの画像光は、前記ダイクロイックミラ１
３ｅによって合成された後、投射レンズ１７によってス
クリーン１８や壁等などに拡大投射されることで、入力
映像ソースに基づく投射画像が表示される。この投射画
像の明るさは、図１に示す複数のランプからの光を効率
良く合成した平行光を取り込んでいるので、極めて明る
いものとなる。

【００３５】尚、本例では、３板式液晶プロジェクタに
光源装置１１を採用して構成した場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、光の利用
効率向上を目的とするあらゆる投射型表示装置に適用す
ることが可能である。

【００３６】ところで、本発明は、複数の光源からの光
をプリズム３０を用いて効率よく合成する例を述べた
が、この技術を応用したプリズムシートを使用すること
により、投射型表示装置全体の軽量化を図ることも可能
である。このような実施の形態を図４及び図５に示す。

【００３７】図４及び図５は本発明に係る投射型表示装
置の他の実施の形態を示し、図４は改良が施された光源
装置を示す構成図であり、図５は図４のプリズムシート
の拡大断面図である。尚、図４及び図５は、図１に示す
装置と同様の構成要素については同一の符号を付して説
明を省略し、異なる部分のみを説明する。

【００３８】本実施の形態では、複数の光源からの光を
合成する光合成手段として、プリズムシート３１を設け
て構成した光源装置２０を採用した点が前記実施の形態
と異なる点である。

【００３９】本実施の形態における光源装置２０には、
図４に示すように光学系レンズとしてのコンデンサレン
ズ又はフライアイレンズ１２の入射側の所定位置に、各
ランプ１ａ，１ｂからの光を合成するプリズムシート３
１が設けられている。

【００４０】このプリズムシート３１は、前記実施の形
態におけるプリズム３０（図１参照）と同様の光合成作
用を備え、図５に示すように多数の微少プリズムを横に
並設したような形状を成し、光源１ａからの光が入る入
射面３１ａと光源１ｂからの光が入る入射面３１ｂが連
続的に形成され、これらのプリズム形状によって各ラン
プ１ａ，１ｂからの光を合成した合成光（平行光）を出
射する出射面３１ｃとを備えている。また、このプリズ
ムシート３１のプリズム形状は、光の入射角θ及び入射
角θ’等が上記実施の形態と同様の設定条件を満足する
ように形成されている。

【００４１】これにより、光源装置２０は、前記実施の
形態におけるプリズム３０と同様の光合成作用を有して
いることから、前記実施の形態と同様の効果を得ること
が可能となり、しかも、該プリズムシート３１はプリズ
ム３０よりも軽いので、投射型表示装置に適用した場合
にはより軽量化を図ることが可能となる。

【００４２】尚、本実施の形態において、上記複数の光
源１１Ａ，１１Ｂの位置決めは、予めこれらの光源を装
着するキットを、上述したような設定条件を満足するよ
うに成型しておけば、複数の光源を組み立てる場合でも
容易に行うことが可能となり、製造コスト低減化に大き
く寄与する。

【００４３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
複数の光源ランプの光を光学的に合成する光合成手段と
してプリズムを用いることにより、効率良く複数の光源
からの光を合成することができ、投射画面の明るさを向
上させることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型表示の第１の実施の形態を示
し、該装置に採用された光源装置を示す構成図。

【図２】図１におけるプリズムの透過率を示す特性図。

【図３】本発明を３板式液晶プロジェクタに応用した場
合の液晶プロジェクタを示す構成図。

【図４】本発明の投射型表示装置の第２の実施の形態を
示し、該装置に採用された光源装置を示す構成図。

【図５】図４に示すプリズムシートの拡大断面図。

【図６】従来の投射型表示装置に採用された光源装置を
示す構成図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…光源、 ２ａ，２ｂ…リフレクタ、 １１、２０…光源装置、 １１Ａ…第１の光源、 １１Ｂ…第２の光源、 １２…光学系レンズ（コンデンサーレンズ又はフライア
イレンズ） ３０…プリズム（光合成手段）、 ３１…プリズムシート（光合成手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三原 久幸 東京都港区新橋３丁目３番９号 東芝エ ー・ブイ・イー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA14 HA13 HA23 HA25 HA28 KA05 MA06 MA20 5C060 BA04 BA08 BC05 EA00 GA01 GB02 GB06 HC01 HC09 HC19 HC24 HD00 JA11 JB06 5G435 AA03 BB12 BB17 CC12 DD02 DD05 FF03 FF07 GG02 GG03 GG04 GG08 GG26 GG28 GG46 LL15

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光源からの光を合成して出力する
   光合成手段と、この光合成手段から出力された光をライ
   トバルブ素子に照射し、前記ライトバルブ素子にて形成
   された画像を投射する手段とを備えた投射型表示装置に
   おいて、 前記光合成手段は、頂角を成す第１の辺と第２の辺、及
   び前記頂角と対向する底辺とを有する三角形状のプリズ
   ムを含み、第１の光源からの光を、前記プリズムの外部
   から前記第１の辺に入射させ、プリズム内の第２の辺で
   反射して前記底辺から出射させるとともに、第２の光源
   からの光を、前記プリズムの外部から前記第２の辺に入
   射させ、プリズム内の第１の辺で反射して前記底辺から
   出射させ、前記第１，２の光源から入射した光を合成し
   て出力するようにしたことを特徴とする投射型表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記プリズムの屈折率を約１．５とした
   とき、前記プリズムの前記第１及び第２の辺の垂線に対
   する前記第１，第２の光源からの光の入射角を２０゜以
   内とし、前記第１の辺から前記第２の辺あるいは前記第
   ２の辺から前記第１の辺に向かう光線の、前記第２ある
   いは前記第１の辺の垂線に対する入射角を、臨界角以上
   として全反射させ、前記プリズムの底辺の垂線と平行に
   出射するように設定したことを特徴とする投射型表示装
   置。
3. 【請求項３】 前記光合成手段は、前記プリズムを複数
   併設して成るプリズムシートであることを特徴とする請
   求項１又は請求項２に記載の投射型表示装置。