JP2000305045A - 画像投射装置と画像観察装置 - Google Patents

画像投射装置と画像観察装置

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JP2000305045A
JP2000305045A JP2000039330A JP2000039330A JP2000305045A JP 2000305045 A JP2000305045 A JP 2000305045A JP 2000039330 A JP2000039330 A JP 2000039330A JP 2000039330 A JP2000039330 A JP 2000039330A JP 2000305045 A JP2000305045 A JP 2000305045A
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polarization direction
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Atsushi Okuyama
奥山  敦
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の利用効率が高い液晶プロジェクターに好
適な画像投射装置を得ること。 【解決手段】 ランプユニット101からの光を複数の
色光に分離する色分解系5と、色分解系で分離された
R,G,Bの各色光を画像信号に基づき変調する複数の
液晶パネル9と、各パネル9から射出する色光をひとつ
に合成する色合成系DPと、色合成系DPにより合成さ
れた光をスクリーン13上に投射する投射レンズ12と
を有する画像投射装置において、色合成系DPは4つの
プリズムを張り合わせ面にダイクロイック膜を施したク
ロスダイクロイックプリズムより成り、該クロスダイク
ロイックプリズムに入射するR,G,Bの各色光はそれ
ぞれ直線偏光光であり、該ダイクロイック膜をすべて透
過する色光成分の偏光方向と、該ダイクロイック膜で1
回反射する色光成分の偏光方向のなす角度をθとすると
き 0°<θ<90° を満足する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像を投射する装
置や画像を観察する装置に関し、特に画像表示素子とし
て液晶表示素子(液晶パネル)を用い、それにより得ら
れる画像を投影レンズで、例えば偏光スクリーン上に投
影する、液晶プロジェクターや、コンピューターの画面
やビデオカメラの映像などを拡大投影して観察できるよ
うにした画像観察システムに好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来より液晶パネルを光源からの光束に
より照明することで、液晶パネルを用いて画像を表示
し、液晶パネルからの透過又は反射光に基づく画像を投
影レンズによりスクリーン上に拡大投影する画像投射装
置(液晶プロジェクター)が種々と提案されている。
【0003】図17は、従来の画像投射装置の要部概略
図である。図17において、101は白色光源である。
102はリフレクターである。103は可視光以外の光
の成分を除去する可視光透過フィルターである。
【0004】104は均一な照明エリアを得るためのイ
ンテグレーターで、これは夫々が複数のレンズアレイか
らなるフライアイレンズ104a,104bからなって
いる。105は無偏光光を所定の偏光方向に偏光した直
線偏光光に変換する偏光変換素子アレイで、各素子は、
偏光分離面105aと反射面105bと1/2位相板1
05cからなっている。
【0005】106は集光レンズである。107は第1
のダイクロイックミラーDM1、108は第2のダイク
ロイックミラーDM2、109a,109bは反射ミラ
ーである。110は照明光をリレーするためのリレー系
で、リレーレンズ110a、110bとリレーミラー1
10c、110dからなっている。
【0006】111r,111g,111bはそれぞれ
R(Red),G(Green),B(Blue)の各
色の画像(光)用のコンデンサーレンズである。112
r,112g,112bはそれぞれR,G,B用の画像
表示素子である。113は色合成用のクロスダイクロイ
ックプリズムDPである。114は投射レンズである。
【0007】白色光源101から射出された白色光は、
リフレクター102によって集光され、インテグレータ
ー104、偏光変換素子アレイ105、集光レンズ10
6を通過した後、ダイクロイックミラー107,108
によりRGBの色光に分離され、第1の色光(図中B)
は反射ミラー109b、コンデンサーレンズ111bを
経て画像表示素子112bに導かれ、第2の色光(図中
G)はコンデンサーレンズ111gを経て画像表示素子
112gに導かれ、第3の色光(図中R)はリレー系11
0とコンデンサーレンズ111rを経て画像表示素子1
12rに導かれる。
【0008】そして画像表示素子112b,112g,
112rを透過し且つ画像信号に応じた変調を受けた各
色の光は、クロスダイクロプリズムDP113により
R,G,Bの各色光がひとつに合成されて投射レンズ1
14によりスクリーン(不図示)に各画像表示素子で表
示された画像が重なって拡大投射される。白色光源とし
ては、メタルハライドランプ、水銀ランプ等の放電ラン
プが使用される。
【0009】図18に白色光源101の分光分布の例を
示す。このように分光分布が連続的な白色光から、ダイ
クロイックミラーDM1、DM2などにより、例えば、
それぞれ図19に示すような分光分布を有するR,G,
Bの3つの色光が生成される。
【0010】従来、これらの光はそれぞれ画像表示素子
112r,112g,112bにより変調された後、ク
ロスダイクロイックプリズムDPで合成されるが、クロ
スダイクロイックプリズムDPにおける光量の損失をな
くすために、クロスダイクロイックプリズムのダイクロ
イック膜を反射する光を赤(R)と青(B)のS偏光成
分とし、クロスダイクロイックプリズムDPのダイクロ
イック膜を透過する緑(G)の光をP偏光成分としてい
る。
【0011】これは図20に示すようにダイクロイック
膜の特性からダイクロイック膜を反射するときはS偏光
成分の方が反射帯を広く設定することができ(BRs,RR
s)、ダイクロイック膜を透過するときにはP偏光成分の
方が透過帯を広く設定(GTp)することができるからであ
る。これにより光束のダイクロイック膜に対する入射角
度の変動によるダイクロ膜のカット波長の変動である、
いわゆるダイクロ膜の入射角度特性によるダイクロイッ
クプリズムでの光量の損失を抑えている。
【0012】このような構成を実現するために、画像表
示素子から射出する画像光の偏光方向が図21のような
場合、3つの射出光路の夫々に1/2位相板をもうけ、
Gの偏光方向と、R、Bの偏光方向が直交するようにし
かつ、Gの偏光方向をダイクロイックプリズムDPのダ
イクロイック膜に対してP偏光となるように位相板の遅
相軸方向を設定していた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画像を
投射する際、投射光の偏光方向を揃える必要があるシス
テム(例えば偏光スクリーンを用いた偏光画像投射シス
テムや、互いに偏光方向が異なるの光での右目用と左目
用の画像を投影する立体画像投射システム)において
は、ダイクロイックプリズムから偏光スクリーンや観察
者に至る光路中の任意のところに偏光手段を設けGの偏
光方向と、R,Bの偏光方向をそろえなければならな
い。
【0014】なぜならば、偏光スクリーンの反射する偏
光方向がダイクロイックプリズムのS偏光成分と平行に
設定されているときには緑の色光が吸収されてしまい、
偏光スクリーンの反射する偏光方向がダイクロイックプ
リズムのP偏光成分と平行に設定されているときには赤
と青の色光が吸収されてしまい正しいカラー画像を再生
することができなくなるからである。
【0015】そこで、例えば図22に示すようにスクリ
ーンの偏光方向SCに対して1/2波長板によりそれぞ
れ45度傾いた偏光方向に変換するか、図23のように1
/4波長板によりそれぞれの偏光を円偏光に変換するこ
とが考えられる。
【0016】しかしこのような使用方法では投射光の強
度は偏光スクリーン上の偏光板の吸収により、 cos2(45)=0.5 となり、投射画像の明るさは半減してしまうという別の
問題が発生してしまい、偏光をそろえる画像投射システ
ムには適さない構成となる。
【0017】また、ダイクロイックプリズムに入射する
各色光の偏光方向をあらかじめそろえておけば、偏光ス
クリーンにおける明るさの損失はほとんどなくすことが
できるが図24に示すようにダイクロ膜の反射帯や透過
帯の幅が狭くなり、ダイクロプリズムを透過や反射する
各色光の波長成分に対する余裕が減少してしまい、ダイ
クロ膜の入射角度特性による光量の損失が増大してしま
う。
【0018】本発明は、従来よりも光の利用効率の向上
を図り得る投射装置と画像観察装置の提供を目的とす
る。
【0019】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、光を
供給する手段と、該手段からの該光を複数の色光に分離
する色分解系と、該色分解系で分離された各色光を画像
信号に基づき変調する複数の光変調素子と、該各光変調
素子から射出する色光を合成する色合成系と、該色合成
系により合成された光を投射する投射光学系とを有する
投射装置において、前記色合成系の複数のダイクロイッ
ク膜を有し該ダイクロイック膜に入射する色光はそれぞ
れ直線偏光光であり、該ダイクロイック膜をすべて透過
する色光の偏光方向と、該ダイクロイック膜で反射する
色光の偏光方向のなす角度をθとするとき 0°<θ<90° を満足することを特徴とする画像投射装置である。
【0020】請求項2の発明は、光を供給する手段と、
該手段からの該光を複数の色光に分離する色分解系と、
該色分解系で分離された各色光を画像信号に基づき変調
する複数の光変調素子と、該各光変調素子から射出する
色光を合成する色合成系と、色合成系により合成された
光を偏光スクリーン上に投射する投射光学系とを有する
投射装置において、前記色合成系は複数のダイクロイッ
ク膜を有し、該ダイクロイック膜に入射する色光はそれ
ぞれ直線偏光光であり、該ダイクロイック膜をすべて透
過する色光の偏光方向と、該ダイクロイック膜で反射す
る色光の偏光方向のなす角度をθとするとき 0°<θ<90° を満足し、前記色合成系から前記偏光スクリーンに至る
光路中に1/2位相板を配置しており、前記ダイクロイ
ック膜をすべて透過する色光の偏光方向と前記偏光スク
リーンの透過偏光方向のなす角度が前記ダイクロ膜で反
射する色光の偏光方向と前記偏光スクリーンの透過偏光
方向のなす角度と略等しいことを特徴とする画像投射装
置である。
【0021】請求項3の発明は、前記1/2位相板を前
記投射光学系の投射レンズの射出部に設けたことを特徴
とする請求項2の画像投射装置である。
【0022】請求項4の発明は、前記1/2位相板を前
記色合成手段と前記投射光学系の投射レンズとの間に設
けたことを特徴とする請求項2の画像投射装置である。
【0023】請求項5の発明は、前記1/2位相板の遅
相軸が前記投射光学系の光軸のまわりで回転することを
特徴とする請求項2,3又は4の画像投射装置である。
【0024】請求項6の発明は、複数の色光を供給する
手段と、該各色光を画像信号に基づき変調する複数の光
変調素子と、該各光変調素子から射出する色光を合成す
る色合成系と、色合成系により合成された光を投射する
投射光学系とを有する投射装置において、前記色合成系
のダイクロイック膜に入射する各色光はそれぞれ直線偏
光光であり、該ダイクロイック膜をすべて透過する色光
の偏光方向と、該ダイクロイック膜で反射する色光の偏
光方向のなす角度をθとするとき 0°<θ<90° を満足することを特徴とする画像投射装置である。
【0025】請求項7の発明は、前記ダイクロ膜を反射
する色光成分の偏光方向はダイクロイック膜に対してS
偏光であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像
投射装置である。
【0026】請求項8の発明は、前記角度θは 0°<θ<80° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
装置である。
【0027】請求項9の発明は、前記角度θは 0°<θ<60° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
装置である。
【0028】請求項10の発明は、前記角度θは 0°<θ<45° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
装置である。
【0029】請求項11の発明は、前記角度θは θ=45° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
装置である。
【0030】請求項12 観察者が互いに異なる偏光状
態の光を選択的に左右の目に入射される偏光メガネを装
着し、第1,第2の投射装置で偏光方向を保存する偏光
スクリーン上に投射された視差画像より、立体画像を観
察する画像観察装置において、該第1および第2の画像
投射装置は、それぞれ、光を供給する手段と、該手段か
らの該光を複数の色光に分離する色分解系と、該各色光
を画像信号に基づき変調する複数の光変調素子と、各光
変調素子から射出する色光を合成する複数のダイクロイ
ック膜を有する合成系と、該色合成系により合成された
光を該偏光スクリーン上に投射する投射光学系と、該色
合成系と該偏光スクリーンに至る光路中に配置した、前
記ダイクロイック膜をすべて透過する色光の偏光方向と
該ダイクロイック膜で反射する色光の偏光方向のなす角
を2等分する方向に偏光軸を向けた偏光板と、を有し、
前記ダイクロイック膜に入射する色光はそれぞれ直線偏
光光であり、前記ダイクロイック膜をすべて透過する色
光成分の偏光方向と、前記ダイクロイック膜で反射する
色光成分の偏光方向のなす角度をθとしたとき 0°<θ<90° を満足し、前記第1,第2の画像投射装置のうち、少な
くとも一つの前記投射光学系の光の射出位置に光の偏光
状態を変化させうる位相板を設け、これによって前記2
つの投射装置の投射する光の偏光状態を異ならせたこと
を特徴とする画像観察装置。
【0031】請求項13 前記角度θは 0°<θ<80° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
【0032】請求項14 前記角度θは 0°<θ<60° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
【0033】請求項15 前記角度θは 0°<θ<45° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
【0034】請求項16 前記角度θは θ=45° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
【0035】請求項17の発明は、請求項1乃至請求項
11のいずれか1項に記載の画像投射装置によりコンピ
ュータで作成した画像を投射するシステムである。
【0036】請求項18の発明は、前記θ=80度であ
ることを特徴とする請求項1、2又は6に記載の画像投
射装置である。
【0037】請求項19の発明は、前記θ=80度であ
ることを特徴とする請求項12に記載の画像観察装置で
ある。
【0038】請求項20の発明は、前記投射光学系の光
射出部に1/2波長板を有することを特徴とする請求項
6に記載の画像投射装置である。
【0039】請求項21の発明は、前記投射光学系と前
記色合成系の間に1/2波長板を有することを特徴とす
る請求項6に記載の画像投射装置である。
【0040】請求項22の発明は、前記投射光学系の光
軸回りで前記1/2波長板の遅相軸が回転可能であるこ
とを特徴とする請求項20又は21に記載の画像投射装
置である。
【0041】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1の要部
概略図である。図中101はメタルハライドランプや水
銀ランプ等の光源(ランプ)である。102は放物面や
楕円体面からなるリフレクターである。
【0042】103は第1のレンズアレイ103aと第
2のレンズアレイ103bからなるフライアイレンズ型
のインテグレーターである。4は複数の偏光分離面4a
と偏光分離面4aに対応した複数の反射面4bと複数の
位相板4cからなる偏光変換素子アレイである。5はダ
イクロミラー51,52からなる色分解系である。
【0043】71,72はミラーである。8は集光ミラ
ー81,82,83、そしてミラー84,85を有して
いるリレー系で、1r,1g,1bは液晶を使った赤色
用,緑色用,青色用の画像表示素子である。2r,2
g,2bは画像表示素子1r,1g,1bからの光の検
光子としてを検出するための偏光板、3r,3bはR光
路とB光路の光束の偏光方向を変換するための1/2位
相板である。DPは色合成系としてのクロスダイクロイ
ックプリズムである。
【0044】12は各画像表示素子で表示した画像を拡
大投影するための正の屈折力を有する投射レンズであ
る。6は偏光変換素子アレイ4からの拡散光を画像表示
素子上に集光するための集光レンズである。
【0045】9G,9Bは各々照明光を投射レンズ12
に集光するためのコンデンサーレンズである。
【0046】図1の光路について説明する。光源101
からの光束の一部の光束は直接、第1のレンズアレイ1
03aに入射し、他の光束はリフレクター102で反射
して第1のレンズアレイ103aに入射する。これらの
光束で第1のレンズアレイ103aによって第2のレン
ズアレイ103bの近傍に複数の2次光源像を形成す
る。
【0047】第2のレンズアレイ103bの近傍の複数
の2次光源像からの各光束は対応する偏光変換素子に入
射する。そして偏光変換素子アレイ4によって偏光方向
が揃った光束(S偏光)として集光レンズ6に入射す
る。
【0048】第2のレンズアレイ103b近傍に形成し
た複数の2次光源像からの光束は、集光レンズ6とコン
デンサーレンズ9B(9G,リレー系8)を介して被照
射面としての画像表示素子1b(1g,1r)上でに重
畳し、それを照明している。
【0049】ここで集光レンズ6からの白色光をミラー
71で反射させダイクロイックミラー51に入射させて
いる。ダイクロイックミラー51で青色光を透過してミ
ラー7で反射させ、コンデンサーレンズ9Bで集光して
青色用の画像表示素子1bを照明している。
【0050】ダイクロイックミラー51で反射した緑色
光と赤色光のうちダイクロイックミラー52で緑色光を
反射させ、赤色光を透過している。
【0051】ダイクロイックミラー52で反射した緑色
光をコンデンサーレンズ9Gで集光して緑色用の画像表
示素子1gを照明している。
【0052】ダイクロイックミラー52を透過した赤色
光をリレー系8で集光し、赤色用の画像表示素子1rを
照明している。画像表示素子1b,1g,1rからの各
色光の画像を図3の拡大図に示す各要素(偏光板2,1
/2位相板3)を通した後、クロスダイクロイックプリ
ズムDP(以下、ダイクロプリズムDPと記す。)で合
成している。そして1/2位相板34を介して投射レン
ズ12で偏光スクリーン13上に拡大投影している。
【0053】偏光変換素子アレイ4は図2の拡大図に示
すように偏光分離膜を施した偏光分離面4aで入射光L
Iのうち、P偏光光を通過させ、S偏光光を反射させて
いる。このうち偏光分離面4aを通過したP偏光光は1
/2波長板4cを通り、偏光方向を90度変換されてS
偏光光となり射出する。
【0054】一方、偏光分離面4aで反射したS偏光光
は反射面4bで反射し、射出面4dより射出する。これ
によって、偏光変換素子アレイ4は、入射光をS偏光の
直線偏光の光束として射出させている。
【0055】図3は本発明の実施形態1のクロスダイク
ロイックプリズムDP近傍の要部を示す拡大図である。
【0056】図3は、画像表示素子1r,1g,1bか
らダイクロイックプリズムDPに至るまでの構成をそれ
ぞれ示している。図3において1r,1g,1bは赤色
用(R),緑色用(G),青色用(B)のそれぞれの画
像表示素子で、2r,2g,2bは画像表示素子からの
光に対する検光子としての偏光板である。
【0057】3r,3bはR光路とB光路の光束の偏光
方向を変換するための1/2位相板である。
【0058】図4に本実施形態で用いているそれぞれの
光学素子における偏光に関する方向を示す。画像表示素
子1r,1g,1bにおいて図中矢印で示す画像光の偏
光方向はダイクロイックプリズムのダイクロイック膜の
S偏光成分(紙面に垂直方向の偏光光)の方向に対して
45度をなしている。偏光板2r,2g,2rにおいて
図中矢印で示す透過偏光方向は画像表示素子の画像光の
偏光方向と平行(0度)に設定しており、位相板3r,
3gにおいて、図中点線の方向が遅相軸方向でこの方向
は、ダイクロイックプリズムのダイクロ膜のS偏光成分
の方向に対して22.5度で設定してある。
【0059】これによりR,Bの偏光方向はダイクロイ
ックプリズムDPのダイクロ膜のS偏光成分になるよう
に変換されたのちダイクロイックプリズムDPに入射す
る。Gの偏光方向は画像表示素子1gを射出した偏光方
向のままダイクロプリズムに入射するのでダイクロ膜の
S偏光成分に対し45°であり、従ってダイクロイック
膜のすべてを透過する光偏光方向とダイクロイック膜を
一度は反射する光の偏光方向のなす角度を45度になっ
ている。
【0060】図5は本発明の実施形態1のクロスダイク
ロイックプリズムDPから偏光スクリーン13までを示
している。図5においてDPがクロスダイクロイックプ
リズム(ダイクロイックプリズム)で、34がプリズム
DPで合成した光の偏光方向を変換するための1/2位
相板で、12は投射レンズで、13は偏光スクリーンで
ある。
【0061】本実施形態においては、ダイクロイックプ
リズムDPを射出するR,Bの光の偏光方向はダイクロ
イックプリズムDPのダイクロイック膜に対してS偏光
となるようになっており、プリズムDPを射出するGの
光の偏光方向はR,Bの光の偏光方向に対して45度傾
いた構成となっている。
【0062】この投射光の偏光方向に対する1/2位相
板34の遅相軸方向と偏光スクリーン13の透過偏光方
向の関係を図6に示す。
【0063】図6において1/2位相板34の遅相軸方
向(点線)はダイクロイックプリズムのダイクロイック
膜におけるS偏光方向に対して11.25度の角度で設
定している。プリズムDPからのR,G,B3色の光
は、1/2位相板34を透過した後は、ダイクロイック
プリズムDPのダイクロイック膜におけるS偏光方向に
対してそれぞれ22.5度傾いた偏光方向の光に変換さ
れ、偏光スクリーン13の透過偏光方向はダイクロイッ
クプリズムのダイクロイック膜におけるS偏光方向と平
行に設定してあるので、スクリーン13で吸収されず観
察に使用できる光の割合は、 cos2(22.5)=0.853 となる。
【0064】これにより、投射する光の85.3%の光
が偏光スクリーン13を透過して利用することができる
ようにしている。
【0065】本実施形態では、光の利用効率を従来の5
0%に比べて大きく向上させている。尚、1/2位相板
34の位置はダイクロイックプリズムDPと偏光スクリ
ーン13の間であればどこにあってもよく、図7に示す
ように投射レンズ12の射出側に設け、取り外しができ
るように構成してもよい。
【0066】以上のように本実施形態によれば、色合成
用のクロスダイクロイックプリズムに入射する色光にお
いて、クロスダイクロイックプリズムのダイクロイック
膜をすべて透過する色光成分の偏光方向と、クロスダイ
クロイックプリズムのダイクロイック膜を一度は反射す
る色光成分の偏光方向のなす角度が90度よりも小さい
45°に設定することにより、偏光方向をそろえて使用
した際の光量の損失を抑えている。
【0067】このとき、ダイクロイック膜を一度は反射
する色光成分の偏光方向はダイクロイック膜に対してS
偏光となるようにし、ダイクロイック膜を全て透過する
色光成分はこのS偏光に対して0度より大きく90度より
も小さい角度とすることにより、ダイクロイック膜の入
射角度特性による光量の損失を、各色の偏光方向をそろ
えたときよりも、抑えることができ、偏光スクリーンを
用いない系においても一はダイクロイック膜での光量の
ロスを少なく抑えることができよい。
【0068】また、ダイクロイック膜を全て透過する色
光をGとし、ダイクロイック膜を反射する色光をR,B
とするとダイクロイック膜における光量のロスが少なく
てよい。2つの偏光成分のなす角度は80度もしくはそ
れより小さくすると光量が17%以上アップするので望
ましく、60度以下であると光量が50%以上アップする
のでより望ましく、45度以下であると70%以上アップ
するのでさらに望ましい。
【0069】図8は本発明の実施形態2の一部分の要部
該略図である。図8は、画像表示素子11r,11b,
11gからダイクロイックプリズムDPまでの構成を示
している。
【0070】図8において11r,11g,11bは赤
色用(R),緑色用(G),青色用(B)の画像表示素
子である。12r,12g,12bは画像表示素子から
の光に対する検光子としての偏光板である。
【0071】13r,13g,13bはR,G,Bの各
色の光路の置かれた、対応する色光の偏光方向を変換す
るための1/2位相板である。
【0072】本実施形態で用いるそれぞれの光学素子に
おける偏光に関する方向を図9に示す。画像表示素子1
1r,11g,11bにおいて、図中矢印で示す画像光
の偏光方向がダイクロイックプリズムDPのダイクロイ
ック膜のS偏光成分の方向に対して45度をなしてお
り、偏光板12r,12g,12bにおいて、図中矢印
方向で示す透過偏光方向は画像表示素子の画像光の偏光
方向と平行(0度)であり、位相板13r,13g,1
3bにおいて、図中点線の方向が遅相軸方向で、ダイク
ロイックプリズムDPのダイクロイック膜のS偏光成分
の方向に対してR,Bの各色の光路の位相板13r,1
3bは22.5度で設定しており、光路Gの位相板13
gは50度で設定してある。
【0073】これによりR,Bの偏光方向はダイクロイ
ックプリズムDPのダイクロイック膜のS偏光成分にな
るように変換されたのちダイクロイックプリズムDPに
入射する。
【0074】これに対してGの偏光方向はダイクロイッ
クプリズムDPのダイクロイック膜のS偏光成分に対し
て55度の角度の偏光方向に変換されてダイクロイック
プリズムに入射するように設定している。これによって
実施形態1と同様の効果を得ている。
【0075】図10は本発明の実施形態3の一部分の要
部概略図である。図10は、画像表示素子21r,21
g,21bからダイクロイックプリズムDPまでの構成
を示している。
【0076】図10において21r,21g,21bは
赤色用(R),緑色用(G),青色用(B)の画像表示
素子である。22r,22g,22bは画像表示素子か
らの光に対する検光子としての偏光板である。
【0077】23gはGの光路に置かれた、G光の偏光
方向を変換するための1/2位相板である。本実施形態
3で用いているそれぞれの光学素子における偏光に関す
る方向を図11に示す。各画像表示素子2において、図
中矢印方向が画像光の偏光方向で、この方向はダイクロ
イックプリズムDPのS偏光成分の方向に対して平行で
ある。偏光板22r,22b,22gにおいて図中の矢
印方向が透過偏光方向で、この方向は画像表示素子の画
像光の偏光方向と平行(0度)に設定しており、1/2
位相板23gにおいて図中点線の方向が遅相軸方向で、
この方向は、ダイクロイックプリズムDPのS偏光成分
の方向に対して30度に設定している。
【0078】これによりR,Bの光の偏光方向はダイク
ロイックプリズムDPのダイクロイック膜のS偏光成分
に平行な状態でダイクロイックプリズムDPに入射す
る。Gの光の偏光方向は位相板23gにより偏光方向が
変換され、ダイクロイック膜をすべて透過するGの光の
偏光方向とダイクロイック膜を一度は反射するR,Bの
光の偏光方向のなす角度を60度に設定している。これ
によって実施形態1と同様の効果を得ている。
【0079】図12は本発明の実施形態4の一部分の要
部概略図である。図12においてDPがダイクロイック
プリズムで、44が合成した光の偏光方向を変換するた
めの1/2位相板である。45は投射レンズである。4
6は偏光スクリーンである。
【0080】本実施形態においても実施形態1〜3に示
すような構成を有しており、つまりダイクロイックプリ
ズムDPをダイクロ膜で1度は反射して射出するR,B
の光の偏光方向はダイクロイックプリズムDPのダイク
ロイック膜に対してS偏光となるようになっており、G
の光の偏光方向はR,Bの光の偏光方向に対して0度よ
り大きく90度より小さいところの45°傾いた構成と
なっている。本実施形態4におけるこの投射光の偏光方
向に対する1/2位相板44の遅相軸方向と偏光スクリ
ーン46の透過偏光方向の関係を図13に示す。
【0081】図13において、1/2位相板44の遅相
軸方向は点線で示してあり、ダイクロイックプリズムD
Pのダイクロ膜におけるS偏光方向に対して56.25
度の角度で設定されている。従って1/2位相板44を
透過した光は、ダイクロイックプリズムDPのダイクロ
イック膜におけるP偏光方向に対してそれぞれ22.5
度傾いた偏光方向の光に変換される。偏光スクリーン4
6の透過偏光方向がダイクロイックプリズムDPのダイ
クロイック膜におけるS偏光方向と垂直に設定してある
ので、スクリーン46で吸収されずに観察に利用できる
光の割合は cos2(22.5)=0.853 となる。
【0082】これにより、投射する光の85.3%の光
が偏光スクリーンを透過して利用することができるよう
にしている。
【0083】実施形態1,4において位相板を固定とせ
ず投射レンズの光軸に平行な方向を回転軸として回転可
能な構成しても良い。これによれば偏光スクリーンの透
過偏光方向がどのようなときでも投射する光の偏光方向
を最適な状態に変換することが可能となる。
【0084】次に本発明の画像観察装置としての実施形
態5について説明する。画像投射装置を用いて立体映像
を観察するシステムとしては、2つの画像投射装置PJ
1,PJ2を用いてPJ1,PJ2はそれぞれ右目画
像、左目画像(または左目画像、右目画像)を偏光状態
を保存する特性のスクリーンScに拡大画像を投射し、
その画像を左右の目に対して直交する偏光成分の偏光板
を設けた偏光眼鏡で観察する立体画像投射システムが一
般に用いられている。本実施形態はこのようなシステム
に関するものである。
【0085】図14に本発明の実施形態5による立体画
像投射システムの要部概略図である。図14において画
像投射装置PJ1,PJ2はそれぞれ実施形態1〜4に
示す構成の色合成系を有しており、ダイクロイックプリ
ズムを射出するR,Bの光の偏光方向はダイクロイック
プリズムのダイクロイック膜に対してS偏光となるよう
になっており、Gの光の偏光方向はR,Bの光の偏光方
向に対して0度より大きく90度より小さいところの4
5°傾いた構成となっている。
【0086】画像投射装置PJ1,PJ2の投射レンズ
の射出部にはそれぞれ1/2位相板と偏光板からなるフ
ィルターPF1,PF2が設けられている。画像投射装
置PJ1においてダイクロイックプリズムDPを射出す
る投射光の偏光方向に対するフィルターPF1の1/2
位相板の遅相軸方向と偏光板の透過偏光方向の関係を図
15に示す。
【0087】図15において、点線で示す1/2位相板
の遅相軸方向はダイクロイックプリズムDPのダイクロ
イック膜におけるS偏光方向に対して11.25度の角
度で設定されており、1/2位相板を透過した光は、ダ
イクロイックプリズムDPのダイクロ膜におけるS偏光
方向に対してそれぞれ22.5度傾いた偏光方向の光に
変換され、これに対してフィルターPF1の偏光板の透
過偏光方向AはをダイクロイックプリズムDPのダイク
ロイック膜におけるS偏光方向と平行に設定してある。
画像投射装置PJ2においてダイクロイックプリズムD
Pを射出する投射光の偏光方向に対するフィルターPF
2の1/2位相板の遅相軸方向と偏光板の透過偏光方向
の関係を図16に示す。
【0088】図16において、1/2位相板の遅相軸方
向(点線)はダイクロイックプリズムDPのダイクロイッ
ク膜におけるS偏光方向に対して56.25度の角度で
設定されており、1/2位相板を透過した後は、ダイク
ロイックプリズムDPのダイクロイック膜におけるP偏
光方向に対してそれぞれ22.5度傾いた偏光方向の光
に変換され、これに対してフィルターPF2の偏光板の
透過偏光方向AをダイクロイックプリズムDPのダイク
ロイック膜におけるS偏光方向と垂直に設定してある。
【0089】これにより画像投射装置PJ1で投射され
る光の偏光方向と画像投射装置PJ2で投射される光の
偏光方向を直交するように設定でき、入射する光の偏光
状態を保存して反射することができる特性を有するスク
リーンに像を投射し、これを互いに直交する透過偏光軸
を有する偏光板を右目と左目に設けた偏光眼鏡を通して
観察することにより、右目の視差画像を右目に、左目の
視差画像を左目に導き、立体画像を観察している。
【0090】以上説明した各実施例における色合成手段
としてのクロスダイクロイックプリズムの代りに、2枚
のダイクロイックミラーをクロスさせたものや、色分解
手段のように複数のダイクロイックミラーを互いに平行
に配したものや、日本特許2505758に示されるよ
うな複数のプリズムより成るものが使用できる。
【0091】また、均一照明のためのインテグレーター
としてはロッド型のインテグレーター(光パイプ)も用
いることができる。
【0092】
【発明の効果】以上、本発明によれば、光の利用効率が
上がるので明るい画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1の要部概略図
【図2】図1の一部分の拡大説明図
【図3】図1の一部分の拡大説明図
【図4】本発明の実施形態1における投射光の偏光方向
を説明する図
【図5】本発明の実施形態1における一部分の説明図
【図6】本発明の実施形態1における投射光の偏光方向
を説明する図
【図7】本発明の実施形態1における一部分の変形例
【図8】本発明の実施形態2の一部分の要部概略図
【図9】本発明の実施形態2における投射光の偏光方向
を説明する図
【図10】本発明の実施形態3の一部分の要部概略図
【図11】本発明の実施形態3における投射光の偏光方
向を説明する図
【図12】本発明の実施形態4の一部分の要部概略図
【図13】本発明の実施形態4における投射光の偏光方
向を説明する図
【図14】本発明の実施形態5の一部分の要部概略図
【図15】本発明の実施形態3における投射光の偏光方
向を説明する図
【図16】本発明の実施形態3における投射光の偏光方
向を説明する図
【図17】従来の投射装置の構成を説明する図
【図18】従来例における色分解系の特性を説明する図
【図19】従来例における色分解系の特性を説明する図
【図20】従来例における色分解系の特性を説明する図
【図21】従来例における投射光の偏光方向を説明する
【図22】従来例における偏光スクリーンに対する投射
光の偏光方向を説明する図
【図23】従来例における偏光スクリーンに対する投射
光の偏光方向を説明する図
【図24】別の従来例における色分解系の特性を説明す
る図
【符号の説明】
1r,1g,1b R,G,Bの光路に設ける画像表示
素子 2r,2g,2b R,G,Bの光路に設ける偏光板 3r,3b R,G,Bの光路に設ける位相板 101 光源手段 102 リフレクター 103 インテグレーター 4 偏光変換素子 6 集光レンズ 5 色分解系 51,52 ダイクロイックミラー 9B,9G コンデンサーレンズ 8 リレー系 81,82,83 リレーレンズ 71,72,84,85 ミラー DP 色合成系(クロスダイクロイックプリズム) 12 投射レンズ 13 偏光スクリーン PJ1,PJ2 画像投射装置 PF1,PF2 偏光板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 5/74 H04N 5/74 K 9/31 9/31 C

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光を供給する手段と、該手段からの該光
    を複数の色光に分離する色分解系と、該色分解系で分離
    された各色光を画像信号に基づき変調する複数の光変調
    素子と、該各光変調素子から射出する色光を合成する色
    合成系と、該色合成系により合成された光を投射する投
    射光学系とを有する投射装置において、前記色合成系の
    複数のダイクロイック膜を有し該ダイクロイック膜に入
    射する色光はそれぞれ直線偏光光であり、該ダイクロイ
    ック膜をすべて透過する色光の偏光方向と、該ダイクロ
    イック膜で反射する色光の偏光方向のなす角度をθとす
    るとき 0°<θ<90° を満足することを特徴とする画像投射装置。
  2. 【請求項2】 光を供給する手段と、該手段からの該光
    を複数の色光に分離する色分解系と、該色分解系で分離
    された各色光を画像信号に基づき変調する複数の光変調
    素子と、該各光変調素子から射出する色光を合成する色
    合成系と、色合成系により合成された光を偏光スクリー
    ン上に投射する投射光学系とを有する投射装置におい
    て、前記色合成系は複数のダイクロイック膜を有し、該
    ダイクロイック膜に入射する色光はそれぞれ直線偏光光
    であり、該ダイクロイック膜をすべて透過する色光の偏
    光方向と、該ダイクロイック膜で反射する色光の偏光方
    向のなす角度をθとするとき 0°<θ<90° を満足し、前記色合成系から前記偏光スクリーンに至る
    光路中に1/2位相板を配置しており、前記ダイクロイ
    ック膜をすべて透過する色光の偏光方向と前記偏光スク
    リーンの透過偏光方向のなす角度が前記ダイクロ膜で反
    射する色光の偏光方向と前記偏光スクリーンの透過偏光
    方向のなす角度と略等しいことを特徴とする画像投射装
    置。
  3. 【請求項3】 前記1/2位相板を前記投射光学系の投
    射レンズの射出部に設けたことを特徴とする請求項2の
    画像投射装置。
  4. 【請求項4】 前記1/2位相板を前記色合成手段と前
    記投射光学系の投射レンズとの間に設けたことを特徴と
    する請求項2の画像投射装置。
  5. 【請求項5】 前記1/2位相板の遅相軸が前記投射光
    学系の光軸のまわりで回転することを特徴とする請求項
    2,3又は4の画像投射装置。
  6. 【請求項6】 複数の色光を供給する手段と、該各色光
    を画像信号に基づき変調する複数の光変調素子と、該各
    光変調素子から射出する色光を合成する色合成系と、色
    合成系により合成された光を投射する投射光学系とを有
    する投射装置において、前記色合成系のダイクロイック
    膜に入射する各色光はそれぞれ直線偏光光であり、該ダ
    イクロイック膜をすべて透過する色光の偏光方向と、該
    ダイクロイック膜で反射する色光の偏光方向のなす角度
    をθとするとき 0°<θ<90° を満足することを特徴とする画像投射装置。
  7. 【請求項7】 前記ダイクロ膜を反射する色光成分の偏
    光方向はダイクロイック膜に対してS偏光であることを
    特徴とする請求項1,2又は6の画像投射装置。
  8. 【請求項8】 前記角度θは 0°<θ<80° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
    装置。
  9. 【請求項9】 前記角度θは 0°<θ<60° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
    装置。
  10. 【請求項10】 前記角度θは 0°<θ<45° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
    装置。
  11. 【請求項11】 前記角度θは θ=45° であることを特徴とする請求項1,2又は6の画像投射
    装置。
  12. 【請求項12】 観察者が互いに異なる偏光状態の光を
    選択的に左右の目に入射される偏光メガネを装着し、第
    1,第2の投射装置で偏光方向を保存する偏光スクリー
    ン上に投射された視差画像より、立体画像を観察する画
    像観察装置において、該第1および第2の画像投射装置
    は、それぞれ、光を供給する手段と、該手段からの該光
    を複数の色光に分離する色分解系と、該各色光を画像信
    号に基づき変調する複数の光変調素子と、各光変調素子
    から射出する色光を合成する複数のダイクロイック膜を
    有する合成系と、該色合成系により合成された光を該偏
    光スクリーン上に投射する投射光学系と、該色合成系と
    該偏光スクリーンに至る光路中に配置した、前記ダイク
    ロイック膜をすべて透過する色光の偏光方向と該ダイク
    ロイック膜で反射する色光の偏光方向のなす角を2等分
    する方向に偏光軸を向けた偏光板と、を有し、前記ダイ
    クロイック膜に入射する色光はそれぞれ直線偏光光であ
    り、前記ダイクロイック膜をすべて透過する色光成分の
    偏光方向と、前記ダイクロイック膜で反射する色光成分
    の偏光方向のなす角度をθとしたとき0°<θ<90°
    を満足し、前記第1,第2の画像投射装置のうち、少な
    くとも一つの前記投射光学系の光の射出位置に光の偏光
    状態を変化させうる位相板を設け、これによって前記2
    つの投射装置の投射する光の偏光状態を異ならせたこと
    を特徴とする画像観察装置。
  13. 【請求項13】 前記角度θは 0°<θ<80° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
  14. 【請求項14】 前記角度θは 0°<θ<60° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
  15. 【請求項15】 前記角度θは 0°<θ<45° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
  16. 【請求項16】 前記角度θは θ=45° であることを特徴とする請求項12の画像観察装置。
  17. 【請求項17】 請求項1乃至請求項11のいずれか1
    項に記載の画像投射装置によりコンピュータで作成した
    画像を投射するシステム。
  18. 【請求項18】 前記θ=80度であることを特徴とす
    る請求項1、2又は6に記載の画像投射装置。
  19. 【請求項19】 前記θ=80度であることを特徴とす
    る請求項12に記載の画像観察装置。
  20. 【請求項20】 前記投射光学系の光射出部に1/2波
    長板を有することを特徴とする請求項6に記載の画像投
    射装置。
  21. 【請求項21】 前記投射光学系と前記色合成系の間に
    1/2波長板を有することを特徴とする請求項6に記載
    の画像投射装置。
  22. 【請求項22】 前記投射光学系の光軸回りで前記1/
    2波長板の遅相軸が回転可能であることを特徴とする請
    求項20又は21に記載の画像投射装置。
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