JP2004198999A - 投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホワイトバランス及びコントラストの良好な投射像を得ることのできる反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】光源201と、前記光源光を3色の光に色分解する色分解光学系と、各色光用に配置された3つの反射型ライトバルブと、前記色分解光学系からの前記3色の光をそれぞれ偏光分離して前記反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記3色の光をそれぞれ検光するための偏光分離部を有する3つの偏光ビームスプリッタと、前記3つの偏光ビームスプリッタによって検光された前記3色の光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、前記3色の色光の少なくとも1つの色光の光路中に光量調節部材を配置したこと。
【選択図】 図1
【解決手段】光源201と、前記光源光を3色の光に色分解する色分解光学系と、各色光用に配置された3つの反射型ライトバルブと、前記色分解光学系からの前記3色の光をそれぞれ偏光分離して前記反射型ライトバルブに導き、前記反射型ライトバルブで変調された前記3色の光をそれぞれ検光するための偏光分離部を有する3つの偏光ビームスプリッタと、前記3つの偏光ビームスプリッタによって検光された前記3色の光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、前記3色の色光の少なくとも1つの色光の光路中に光量調節部材を配置したこと。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の反射型ライトバルブを使用した投射型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
赤色光、緑色光、及び青色光(以後、本明細書中では、それぞれR光、G光、及びB光と記す)用にそれぞれライトバルブを配置して、各色光を全体としてのホワイトバランスを確保できるようにそれぞれ光量調整用のNDフィルターを経由して各色光用のライトバルブに入射させて各色信号に基づいて変調を行い、ライトバルブから射出した変調光を色合成して投射レンズで投射する構成の透過型の投射型表示装置が知られている(特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1に開示された投射型表示装置では、各光源から射出されたR光、G光及びB光は各色光の光軸に対して垂直に配置された光量調節手段である透過光量を調節できる色光毎のNDフィルターに入射させてホワイトバランスを調節して各色光用に配置された透過型液晶ライトバルブにそれぞれ入射させ、各色光の色信号に基づいて変調させて変調光を射出させ、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムに入射させてホワイトバランスの良好な光を色合成して射出し、投射レンズから投射する構成を有している。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−313114公報(図5参照)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射型ライトバルブを使った投射型表示装置において、NDフィルターのような光量調節部材を光路中に配置することによって、ホワイトバランスを良好に調整でき、かつ投射像のコントラストを良好にする投射型表示装置は提案されていなかった。
【0006】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、ホワイトバランス及びコントラストの良好な投射像を得ることのできる反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光源と、前記光源からの光を第1色光、第2色光、及び第3色光の3色の光に色分解する色分解光学系と、前記3色の光にそれぞれ対応して配置された第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブと、前記色分解光学系からの前記3色の光をそれぞれ偏光分離して前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブに導き、前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブで変調された前記3色の光をそれぞれ検光するための偏光分離部を有する第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタと、前記第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタによって検光された前記3色の光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、前記3色の色光の少なくとも1つの色光の光路中に光量調節部材を配置したことを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【0008】
また、また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、前記色光に対応して配置された偏光ビームスプリッタと前記色分解光学系の間の光路中に配置されていることが好ましい。
【0009】
また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、入射偏光の状態を変化させる波長位相板と、偏光板とから構成されていることが好ましい。
【0010】
また、本発明の投射型表示装置では、前記前記偏光板は、ワイヤグリッド金属偏光板又はサファイア基板に貼り付けられた偏光板であることが好ましい
また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、複数の吸収型NDフィルターからなることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0012】
図1は本発明の第1実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。図2は本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図であり、図3は第2実施形態における光量調節部材である1/2波長位相板と偏光板の配置を説明する斜視図である。図4は本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【0013】
(第1実施形態)
図1は本発明の投射型表示装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。図1において、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸を定義する。なお、Y軸は紙面に対して垂直な方向である。
【0014】
図1において、ランプ101aと放物面鏡等の凹面鏡101bとから構成される光源101から射出されるランダム偏光の光源光は偏光変換装置101cによって紙面に垂直なY軸方向に平行な振動方向を有する直線偏光に変換される。この偏光した光をB光(青色光)に対して透過特性を有し、R光(赤色光)とG光(緑色光)とに対して反射特性を有するダイクロイックミラー102に入射して、B光と、G光とR光の混合光とに色分解する。ダイクロイックミラー102で色分解された各色光のうちB光は、B光の光軸に対して直交して配置された光量調節部材であるNDフィルター109Bに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Bに入射される。
【0015】
一方、ダイクロイックミラー102で色分解されたR光とG光の混合光は、G光を反射しR光を透過する特性を有するダイクロイックミラー103に入射し、反射されたG光と透過して進行するR光に色分解される。色分解されたG光はXZ平面に垂直に、かつG光光軸に対して直交して配置される光量調節部材であるNDフィルター109Gに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Gに入射する。また、色分解されたR光はXZ平面に垂直に、R光の光軸に対して直交して配置される光量調節部材であるNDフィルター109Rに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Rに入射する。なお、ダイクロイックミラー102とダイクロイックミラー103とで色分解光学系が構成されている。NDフィルターによって各色光の光量を調整することによってホワイトバランスを良好にすることができる。
【0016】
各偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rにそれぞれ入射されたホワイトバランスの取れた入射光はそれぞれの偏光分離部104B−P、104G−P、及び104R−Pを反射して進行して各偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rをそれぞれ射出して、各色光用に配置されたライトバルブ105B、105G、及び105Rにそれぞれ入射する。入射光は各色光用のライトバルブ105B、105G、及び105Rによってそれぞれ変調されて反射する。変調されることによって偏光方向が90度回転(紙面に対してX軸もしくはZ軸に平行な)した光がライトバルブから射出されて、再度各色光用の偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rにそれぞれ入射する。入射された変調光は偏光分離部104B−P、104G−P、及び104R−Pでそれぞれ検光されて検光光として取りだされ、R光とG光は色合成をおこなうダイクロイックミラー106に入射しR光は透過しG光は反射されてR光とG光の混合光となり射出される。射出された混合光はダイクロイックミラー107でB光と合成され色合成が達成され射出される。合成光は、投射レンズ108に入射して、図示しないスクリーン上にフルカラー投射像を投射する。このようにして反射型表示装置が構成されている。
【0017】
このような配置を採用することによって、ホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射することが可能となる
なお、本実施形態では、ホワイトバランスを取るためにR光、G光、及びB光の各色光の光路中に光量調整部材であるNDフィルターそれぞれ配置したが、色分解光学系の設計により必ずしも全ての色光にこれらを配置する必要はない。R光、G光、及びB光の3色の光のうち2色の光にNDフィルターを配置してもよいし、1色光のみに配置でも良い。どの色光にこれら部材を配置すべきかは、色分解光学系の設計、製造に依存して適宜決めれば良い。
【0018】
(第2実施形態)
図2は本発明の投射型表示装置の第2の実施形態を示す概略構成図である。図2において、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸を定義する。なお、Y軸は紙面に対して垂直な方向である。
【0019】
図2において、ランプ201aと放物面鏡等の凹面鏡201bとから構成される光源201から射出されるランダム偏光の光源光は偏光変換装置202によって紙面に垂直なY軸方向に平行な振動方向を有する直線偏光に変換される。この偏光をB光(青色光)に対して反射特性を有するダイクロイックミラー203Bと、R光(赤色光)とG光(緑色光)とに対して反射特性を有するダイクロイックミラー203RGとを互いに直交するように配置(X型)したクロスダイクロイックミラー203に入射して、Z軸に平行でクロスダイクロイックミラー203の中心に対して互いに反対方向に進行するB光と、G光とR光の混合光とに色分解する。ダイクロイックミラー203で色分解された各色光のうちB光は折り曲げミラー204に入射して進行方向を変えて進行し、XZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Bと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Bとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Bに入射される。
【0020】
一方、クロスダイクロイックミラー203で色分解されたR光とG光の混合光は折り曲げミラー205に入射して進行方向を変えて進行し、G光を反射しR光を透過する特性を有するダイクロイックミラー206に入射し、反射されたG光と透過して進行するR光に色分解される。色分解されたG光はXZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Gと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Gとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Gに入射する。また、色分解されたR光はXZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Rと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Rとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Rに入射する。なお、クロスダイクロイックミラー203と折り曲げミラー204、及び205とダイクロイックミラー206とで色分解光学系が構成されている。
【0021】
各偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ入射されたホワイトバランスの取れた入射光はそれぞれの偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pを反射して進行して各偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rをそれぞれ射出して、各色光用に配置されたライトバルブ209B、209G、及び209Rにそれぞれ入射する。入射光は各色光用のライトバルブ209B、209G、及び209Rによってそれぞれ変調されて反射射出されて、再度各色光用の偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ再度入射する。入射された変調光は偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pでそれぞれ検光されて検光光として取りだされ、色合成をおこなうクロスダイクロイックプリズム210にそれぞれ異なる入射面から入射する。クロイスダイクロイックプリズム210は内部にR光反射ダイクロイック膜210RとB光反射ダイクロイック膜210Bをそれぞれ直交して配置(X型)した複合プリズムであって、入射したB光はB光反射ダイクロイック膜210Bを反射し、入射したR光はR光反射ダイクロイック膜210Rを反射し、入射したG光は両ダイクロイック膜210B及び210Rを透過して色合成が達成される。合成光はクロスダイクロイックプリズム210を射出して、投射レンズ211に入射して、図示しないスクリーン上にフルカラー投射像を投射する。このようにして反射型表示装置が構成されている。
【0022】
図3はG光の光軸に挿入された1/2波長位相板212Gと偏光板213Gとから構成される光量調節部材の分解斜視図を示している。R光とB光の光量調節部材も同様の構造を有しているので、ここではG光のみを説明しR光とB光については説明を省略する。
【0023】
図3において、1/2波長位相板212Gに入射するG光の偏光の方向は、(A)に示す位置ではY軸に平行な振動方向を有する直線偏光である。この振動方向に対して、1/2波長位相板212Gの光学軸D1の方向Θは、例えば20度から30度程度の所定の角度を有している。1/2波長位相板212Gに入射して射出した(B)の位置の光はY軸方向に対して2Θの角度の方向に振動方向を有する直線偏光となっている。この直線偏光は偏光板213Gによって所定の光量がY軸方向に振動方向を有する直線偏光として射出され、一部は偏光板213Gに吸収される。1/2波長位相板212Gと偏光板213Gの組合せによって、G光の光量が調整されホワイトバランスの取れた光量が透過射出され、(C)の位置では光量の調節された振動方向がY軸に平行な直線偏光となっている。この直線偏光は偏光ビームスプリッタ208Gに入射し、偏光分離部208G−Pで実質的に反射される方向の偏光なので、偏光分離部208G−Pで反射されて偏光ビームスプリッタ208Gを射出し、ライトバルブ209Gに入射する。ライトバルブ209Gに入射した光は変調を受けて反射射出されて、再び偏光ビームスプリッタ208Gに入射し、変調光は偏光分離部208G−Pを透過した透過光として取りだされる。ライトバルブ209Gで変調されなかった非変調光は偏光分離部208G−Pの反射光として分離される。
【0024】
本第2実施形態では、上述の説明のように、偏光ビームスプリッタ208Gを通過して、ライトバルブ209Gに入射する偏光光の光量を偏光板213Gで不要の光量を吸収することによって調節している。高輝度の投射像を得るためには、1/2波長位相板212G、偏光板213Gに入射するG光の光量を増加しなければならず、偏光板213Gが光吸収による発熱によって性能劣化してしまう虞がある。性能劣化が危惧される程度の吸収が偏光板213Gによってなされることがある場合には、偏光板213Gとして通常の有機材料からなる偏光板ではなく、耐熱効果の大きいワイヤグリッド構成を有する金属偏光板や、熱発散効果が大であるサファイア基板に偏光板を貼り付けた構造の偏光板を使用することが望ましい。
【0025】
また、R光用の1/2波長位相板212Rと偏光板213R、G光の用の1/2波長位相板212G、偏光板213Gも同様の関係の配置を用いる。ただし、ホワイトバランス確保のために各色光の光量を調節するのであるから、1/2波長位相板212R、212G及び212Bの光学軸のY軸に平行な方向に対する傾きはそれぞれの色光に応じて決定されることが必要である。
【0026】
本第2実施形態では、1/2波長位相板と偏光板は、ライトバルブが黒状態である場合にライトバルブから反射して射出され、偏光ビームスプリッタの偏光分離部を反射して戻ってくる光が、偏光板及び1/2波長位相板で反射する反射光がゼロになるとはいえないが、反射光量は1/2波長位相板と偏光板を透過する光量に比較すると非常に少なく、反射光が再度偏光ビームスプリッタに戻って、ライトバルブに入射する光量もほとんど無視できる光量である。このため、1/2波長位相板と偏光板は各色光の光軸に対して垂直に配置する構成とすることができ、第1実施形態に比べさらにホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射する投射型表示装置を提供することができる。
【0027】
なお、本第2実施形態では、各色光用に配置した波長位相板は1/2波長位相板であるが、使用する波長位相板としては1/2波長位相板に限定されるわけではない。例えば、他の波長位相板を配置して、例えば楕円偏光に変換して偏光板に入射して光量を調節することも可能である。他の波長位相板として、例えば1/4波長位相板を使うことができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る投射型表示装置に関して説明する。
【0028】
図4は本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。本第3実施形態が第2実施形態と異なる点は、各色光にそれぞれ光量調節部材である複数の吸収型NDフィルターを各色光の光路中に配置することにある。基本構成は第2実施形態と同様の構成を有しており、同様の構成部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【0029】
図4において、R光用の吸収型NDフィルター214R及び215R、G光用の吸収型NDフィルター214G及び215G、B光用の吸収型NDフィルター214B及び215Bは、各色光用の偏光ビームスプリッタ208R、208G、及び208Bの色分解光学系側入射面に近接してXZ平面及び各色光の光軸に垂直に配置して投射型表示装置が構成されている。
【0030】
本第3実施形態では、光量調節部材である複数の吸収型NDフィルターを各色光の光路に配置している。この結果、全体として吸収する光量を各NDフィルターに配分することができ、各NDフィルターの発熱による性能の劣化を防止することができる。
【0031】
また、各色光用のライトバルブ209B、209G、及び209Rが黒状態の時、それぞれのライトバルブ209B、209G、及び209Rを反射射出した光はほとんど偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ入射し、偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pにそれぞれ入射し、各色光用の吸収型NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rにそれぞれ入射する。NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rは吸収型であるので大部分の光は吸収か透過されるので、NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rでそれぞれ反射して逆行する光はほとんどない。この結果、偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rをへて各色光のライトバルブへ209B、209G、及び209Rにそれぞれ入射する光はほとんどなくすことができる。よって、投射光のコントラストを良好に保つことが可能となる。
【0032】
NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rにはそれぞれの入射光がライトバルブ209B、209G、及び209Rでそれぞれ反射されて逆行してそれぞれ入射されるので、NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rの熱対策は、色分解して入射するそれぞれの色光のみでは不足であり、ライトバルブ209B、209G、及び209Rからのそれぞれの戻り光も考慮に入れて行う必要がある。本第3実施形態では、吸収NDフィルターを複数枚用いた構成としている。
【0033】
本第3実施形態では、少なくとも1つの色光において、偏光ビームスプリッタの色分解光学系側入射面の近傍の光路中に複数枚の吸収型NDフィルターを配置することにより、第1実施形態に比べ高輝度で、ホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射することが可能となる。
【0034】
なお、本第3実施形態では、各色光にそれぞれ2枚の吸収型NDフィルターを配置したが、枚数はそれ以上であってもよいことはいうまでもない。
【0035】
さらに、本第3実施形態では、各色光にそれぞれ複数の吸収型NDフィルターを配置したが、色分解光学系の設計及び製造によってはその配置は1つの色光のみの配置又は2つの色光に配置する構成としてもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ホワイトバランス及びコントラストの良好な投射像を得ることのできる反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【図3】第2実施形態における光量調節部材である1/2波長位相板と偏光板の配置を説明する斜視図である。
【図4】本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【符号の説明】
104R、104G、104B 偏光ビームスプリッタ
105R、105G、105B 反射型ライトバルブ
109R、109G、109B NDフィルター
101、201 光源
101c、202 偏光変換装置
203 クロスダイクロイックミラー
204、205 光路折り曲げミラー
102、103、106、107、206 ダイクロイックミラー
207R、207G、207B NDフィルター
208R、208G、208B 偏光ビームスプリッタ
209R、209G、209B 反射型ライトバルブ
210 クロスダイクロイックプリズム
108、211 投射レンズ
212R、212G、212B 1/2波長位相板
213R、213G、213B 偏光板
214R、214G、214B、215R、215G、215B 吸収型NDフィルター
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の反射型ライトバルブを使用した投射型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
赤色光、緑色光、及び青色光(以後、本明細書中では、それぞれR光、G光、及びB光と記す)用にそれぞれライトバルブを配置して、各色光を全体としてのホワイトバランスを確保できるようにそれぞれ光量調整用のNDフィルターを経由して各色光用のライトバルブに入射させて各色信号に基づいて変調を行い、ライトバルブから射出した変調光を色合成して投射レンズで投射する構成の透過型の投射型表示装置が知られている(特許文献1参照。)。
【0003】
特許文献1に開示された投射型表示装置では、各光源から射出されたR光、G光及びB光は各色光の光軸に対して垂直に配置された光量調節手段である透過光量を調節できる色光毎のNDフィルターに入射させてホワイトバランスを調節して各色光用に配置された透過型液晶ライトバルブにそれぞれ入射させ、各色光の色信号に基づいて変調させて変調光を射出させ、色合成光学系を構成するクロスダイクロイックプリズムに入射させてホワイトバランスの良好な光を色合成して射出し、投射レンズから投射する構成を有している。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−313114公報(図5参照)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射型ライトバルブを使った投射型表示装置において、NDフィルターのような光量調節部材を光路中に配置することによって、ホワイトバランスを良好に調整でき、かつ投射像のコントラストを良好にする投射型表示装置は提案されていなかった。
【0006】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、ホワイトバランス及びコントラストの良好な投射像を得ることのできる反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光源と、前記光源からの光を第1色光、第2色光、及び第3色光の3色の光に色分解する色分解光学系と、前記3色の光にそれぞれ対応して配置された第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブと、前記色分解光学系からの前記3色の光をそれぞれ偏光分離して前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブに導き、前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブで変調された前記3色の光をそれぞれ検光するための偏光分離部を有する第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタと、前記第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタによって検光された前記3色の光を色合成する色合成光学系と、前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、前記3色の色光の少なくとも1つの色光の光路中に光量調節部材を配置したことを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【0008】
また、また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、前記色光に対応して配置された偏光ビームスプリッタと前記色分解光学系の間の光路中に配置されていることが好ましい。
【0009】
また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、入射偏光の状態を変化させる波長位相板と、偏光板とから構成されていることが好ましい。
【0010】
また、本発明の投射型表示装置では、前記前記偏光板は、ワイヤグリッド金属偏光板又はサファイア基板に貼り付けられた偏光板であることが好ましい
また、本発明の投射型表示装置では、前記光量調節部材は、複数の吸収型NDフィルターからなることが好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0012】
図1は本発明の第1実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。図2は本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図であり、図3は第2実施形態における光量調節部材である1/2波長位相板と偏光板の配置を説明する斜視図である。図4は本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【0013】
(第1実施形態)
図1は本発明の投射型表示装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。図1において、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸を定義する。なお、Y軸は紙面に対して垂直な方向である。
【0014】
図1において、ランプ101aと放物面鏡等の凹面鏡101bとから構成される光源101から射出されるランダム偏光の光源光は偏光変換装置101cによって紙面に垂直なY軸方向に平行な振動方向を有する直線偏光に変換される。この偏光した光をB光(青色光)に対して透過特性を有し、R光(赤色光)とG光(緑色光)とに対して反射特性を有するダイクロイックミラー102に入射して、B光と、G光とR光の混合光とに色分解する。ダイクロイックミラー102で色分解された各色光のうちB光は、B光の光軸に対して直交して配置された光量調節部材であるNDフィルター109Bに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Bに入射される。
【0015】
一方、ダイクロイックミラー102で色分解されたR光とG光の混合光は、G光を反射しR光を透過する特性を有するダイクロイックミラー103に入射し、反射されたG光と透過して進行するR光に色分解される。色分解されたG光はXZ平面に垂直に、かつG光光軸に対して直交して配置される光量調節部材であるNDフィルター109Gに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Gに入射する。また、色分解されたR光はXZ平面に垂直に、R光の光軸に対して直交して配置される光量調節部材であるNDフィルター109Rに入射し、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ104Rに入射する。なお、ダイクロイックミラー102とダイクロイックミラー103とで色分解光学系が構成されている。NDフィルターによって各色光の光量を調整することによってホワイトバランスを良好にすることができる。
【0016】
各偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rにそれぞれ入射されたホワイトバランスの取れた入射光はそれぞれの偏光分離部104B−P、104G−P、及び104R−Pを反射して進行して各偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rをそれぞれ射出して、各色光用に配置されたライトバルブ105B、105G、及び105Rにそれぞれ入射する。入射光は各色光用のライトバルブ105B、105G、及び105Rによってそれぞれ変調されて反射する。変調されることによって偏光方向が90度回転(紙面に対してX軸もしくはZ軸に平行な)した光がライトバルブから射出されて、再度各色光用の偏光ビームスプリッタ104B、104G、及び104Rにそれぞれ入射する。入射された変調光は偏光分離部104B−P、104G−P、及び104R−Pでそれぞれ検光されて検光光として取りだされ、R光とG光は色合成をおこなうダイクロイックミラー106に入射しR光は透過しG光は反射されてR光とG光の混合光となり射出される。射出された混合光はダイクロイックミラー107でB光と合成され色合成が達成され射出される。合成光は、投射レンズ108に入射して、図示しないスクリーン上にフルカラー投射像を投射する。このようにして反射型表示装置が構成されている。
【0017】
このような配置を採用することによって、ホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射することが可能となる
なお、本実施形態では、ホワイトバランスを取るためにR光、G光、及びB光の各色光の光路中に光量調整部材であるNDフィルターそれぞれ配置したが、色分解光学系の設計により必ずしも全ての色光にこれらを配置する必要はない。R光、G光、及びB光の3色の光のうち2色の光にNDフィルターを配置してもよいし、1色光のみに配置でも良い。どの色光にこれら部材を配置すべきかは、色分解光学系の設計、製造に依存して適宜決めれば良い。
【0018】
(第2実施形態)
図2は本発明の投射型表示装置の第2の実施形態を示す概略構成図である。図2において、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸を定義する。なお、Y軸は紙面に対して垂直な方向である。
【0019】
図2において、ランプ201aと放物面鏡等の凹面鏡201bとから構成される光源201から射出されるランダム偏光の光源光は偏光変換装置202によって紙面に垂直なY軸方向に平行な振動方向を有する直線偏光に変換される。この偏光をB光(青色光)に対して反射特性を有するダイクロイックミラー203Bと、R光(赤色光)とG光(緑色光)とに対して反射特性を有するダイクロイックミラー203RGとを互いに直交するように配置(X型)したクロスダイクロイックミラー203に入射して、Z軸に平行でクロスダイクロイックミラー203の中心に対して互いに反対方向に進行するB光と、G光とR光の混合光とに色分解する。ダイクロイックミラー203で色分解された各色光のうちB光は折り曲げミラー204に入射して進行方向を変えて進行し、XZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Bと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Bとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Bに入射される。
【0020】
一方、クロスダイクロイックミラー203で色分解されたR光とG光の混合光は折り曲げミラー205に入射して進行方向を変えて進行し、G光を反射しR光を透過する特性を有するダイクロイックミラー206に入射し、反射されたG光と透過して進行するR光に色分解される。色分解されたG光はXZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Gと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Gとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Gに入射する。また、色分解されたR光はXZ平面に垂直で、かつ光学軸をY軸に平行な方向に対して所定の角度傾けて配置された1/2波長位相板212Rと、Y軸方向と平行な光学軸を有する偏光板213Rとから構成される光量調節部材により、透過光量を調節されて射出され偏光ビームスプリッタ208Rに入射する。なお、クロスダイクロイックミラー203と折り曲げミラー204、及び205とダイクロイックミラー206とで色分解光学系が構成されている。
【0021】
各偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ入射されたホワイトバランスの取れた入射光はそれぞれの偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pを反射して進行して各偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rをそれぞれ射出して、各色光用に配置されたライトバルブ209B、209G、及び209Rにそれぞれ入射する。入射光は各色光用のライトバルブ209B、209G、及び209Rによってそれぞれ変調されて反射射出されて、再度各色光用の偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ再度入射する。入射された変調光は偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pでそれぞれ検光されて検光光として取りだされ、色合成をおこなうクロスダイクロイックプリズム210にそれぞれ異なる入射面から入射する。クロイスダイクロイックプリズム210は内部にR光反射ダイクロイック膜210RとB光反射ダイクロイック膜210Bをそれぞれ直交して配置(X型)した複合プリズムであって、入射したB光はB光反射ダイクロイック膜210Bを反射し、入射したR光はR光反射ダイクロイック膜210Rを反射し、入射したG光は両ダイクロイック膜210B及び210Rを透過して色合成が達成される。合成光はクロスダイクロイックプリズム210を射出して、投射レンズ211に入射して、図示しないスクリーン上にフルカラー投射像を投射する。このようにして反射型表示装置が構成されている。
【0022】
図3はG光の光軸に挿入された1/2波長位相板212Gと偏光板213Gとから構成される光量調節部材の分解斜視図を示している。R光とB光の光量調節部材も同様の構造を有しているので、ここではG光のみを説明しR光とB光については説明を省略する。
【0023】
図3において、1/2波長位相板212Gに入射するG光の偏光の方向は、(A)に示す位置ではY軸に平行な振動方向を有する直線偏光である。この振動方向に対して、1/2波長位相板212Gの光学軸D1の方向Θは、例えば20度から30度程度の所定の角度を有している。1/2波長位相板212Gに入射して射出した(B)の位置の光はY軸方向に対して2Θの角度の方向に振動方向を有する直線偏光となっている。この直線偏光は偏光板213Gによって所定の光量がY軸方向に振動方向を有する直線偏光として射出され、一部は偏光板213Gに吸収される。1/2波長位相板212Gと偏光板213Gの組合せによって、G光の光量が調整されホワイトバランスの取れた光量が透過射出され、(C)の位置では光量の調節された振動方向がY軸に平行な直線偏光となっている。この直線偏光は偏光ビームスプリッタ208Gに入射し、偏光分離部208G−Pで実質的に反射される方向の偏光なので、偏光分離部208G−Pで反射されて偏光ビームスプリッタ208Gを射出し、ライトバルブ209Gに入射する。ライトバルブ209Gに入射した光は変調を受けて反射射出されて、再び偏光ビームスプリッタ208Gに入射し、変調光は偏光分離部208G−Pを透過した透過光として取りだされる。ライトバルブ209Gで変調されなかった非変調光は偏光分離部208G−Pの反射光として分離される。
【0024】
本第2実施形態では、上述の説明のように、偏光ビームスプリッタ208Gを通過して、ライトバルブ209Gに入射する偏光光の光量を偏光板213Gで不要の光量を吸収することによって調節している。高輝度の投射像を得るためには、1/2波長位相板212G、偏光板213Gに入射するG光の光量を増加しなければならず、偏光板213Gが光吸収による発熱によって性能劣化してしまう虞がある。性能劣化が危惧される程度の吸収が偏光板213Gによってなされることがある場合には、偏光板213Gとして通常の有機材料からなる偏光板ではなく、耐熱効果の大きいワイヤグリッド構成を有する金属偏光板や、熱発散効果が大であるサファイア基板に偏光板を貼り付けた構造の偏光板を使用することが望ましい。
【0025】
また、R光用の1/2波長位相板212Rと偏光板213R、G光の用の1/2波長位相板212G、偏光板213Gも同様の関係の配置を用いる。ただし、ホワイトバランス確保のために各色光の光量を調節するのであるから、1/2波長位相板212R、212G及び212Bの光学軸のY軸に平行な方向に対する傾きはそれぞれの色光に応じて決定されることが必要である。
【0026】
本第2実施形態では、1/2波長位相板と偏光板は、ライトバルブが黒状態である場合にライトバルブから反射して射出され、偏光ビームスプリッタの偏光分離部を反射して戻ってくる光が、偏光板及び1/2波長位相板で反射する反射光がゼロになるとはいえないが、反射光量は1/2波長位相板と偏光板を透過する光量に比較すると非常に少なく、反射光が再度偏光ビームスプリッタに戻って、ライトバルブに入射する光量もほとんど無視できる光量である。このため、1/2波長位相板と偏光板は各色光の光軸に対して垂直に配置する構成とすることができ、第1実施形態に比べさらにホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射する投射型表示装置を提供することができる。
【0027】
なお、本第2実施形態では、各色光用に配置した波長位相板は1/2波長位相板であるが、使用する波長位相板としては1/2波長位相板に限定されるわけではない。例えば、他の波長位相板を配置して、例えば楕円偏光に変換して偏光板に入射して光量を調節することも可能である。他の波長位相板として、例えば1/4波長位相板を使うことができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る投射型表示装置に関して説明する。
【0028】
図4は本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。本第3実施形態が第2実施形態と異なる点は、各色光にそれぞれ光量調節部材である複数の吸収型NDフィルターを各色光の光路中に配置することにある。基本構成は第2実施形態と同様の構成を有しており、同様の構成部材には同じ符号を付し説明を省略する。
【0029】
図4において、R光用の吸収型NDフィルター214R及び215R、G光用の吸収型NDフィルター214G及び215G、B光用の吸収型NDフィルター214B及び215Bは、各色光用の偏光ビームスプリッタ208R、208G、及び208Bの色分解光学系側入射面に近接してXZ平面及び各色光の光軸に垂直に配置して投射型表示装置が構成されている。
【0030】
本第3実施形態では、光量調節部材である複数の吸収型NDフィルターを各色光の光路に配置している。この結果、全体として吸収する光量を各NDフィルターに配分することができ、各NDフィルターの発熱による性能の劣化を防止することができる。
【0031】
また、各色光用のライトバルブ209B、209G、及び209Rが黒状態の時、それぞれのライトバルブ209B、209G、及び209Rを反射射出した光はほとんど偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rにそれぞれ入射し、偏光分離部208B−P、208G−P、及び208R−Pにそれぞれ入射し、各色光用の吸収型NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rにそれぞれ入射する。NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rは吸収型であるので大部分の光は吸収か透過されるので、NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rでそれぞれ反射して逆行する光はほとんどない。この結果、偏光ビームスプリッタ208B、208G、及び208Rをへて各色光のライトバルブへ209B、209G、及び209Rにそれぞれ入射する光はほとんどなくすことができる。よって、投射光のコントラストを良好に保つことが可能となる。
【0032】
NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rにはそれぞれの入射光がライトバルブ209B、209G、及び209Rでそれぞれ反射されて逆行してそれぞれ入射されるので、NDフィルター214Bと215B、214Gと215G、及び214Rと215Rの熱対策は、色分解して入射するそれぞれの色光のみでは不足であり、ライトバルブ209B、209G、及び209Rからのそれぞれの戻り光も考慮に入れて行う必要がある。本第3実施形態では、吸収NDフィルターを複数枚用いた構成としている。
【0033】
本第3実施形態では、少なくとも1つの色光において、偏光ビームスプリッタの色分解光学系側入射面の近傍の光路中に複数枚の吸収型NDフィルターを配置することにより、第1実施形態に比べ高輝度で、ホワイトバランスが良好で、コントラストの良好な投射像を投射することが可能となる。
【0034】
なお、本第3実施形態では、各色光にそれぞれ2枚の吸収型NDフィルターを配置したが、枚数はそれ以上であってもよいことはいうまでもない。
【0035】
さらに、本第3実施形態では、各色光にそれぞれ複数の吸収型NDフィルターを配置したが、色分解光学系の設計及び製造によってはその配置は1つの色光のみの配置又は2つの色光に配置する構成としてもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ホワイトバランス及びコントラストの良好な投射像を得ることのできる反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【図3】第2実施形態における光量調節部材である1/2波長位相板と偏光板の配置を説明する斜視図である。
【図4】本発明の第3実施の形態に係る投射型表示装置の概略構成図である。
【符号の説明】
104R、104G、104B 偏光ビームスプリッタ
105R、105G、105B 反射型ライトバルブ
109R、109G、109B NDフィルター
101、201 光源
101c、202 偏光変換装置
203 クロスダイクロイックミラー
204、205 光路折り曲げミラー
102、103、106、107、206 ダイクロイックミラー
207R、207G、207B NDフィルター
208R、208G、208B 偏光ビームスプリッタ
209R、209G、209B 反射型ライトバルブ
210 クロスダイクロイックプリズム
108、211 投射レンズ
212R、212G、212B 1/2波長位相板
213R、213G、213B 偏光板
214R、214G、214B、215R、215G、215B 吸収型NDフィルター
Claims (5)
- 光源と、
前記光源からの光を第1色光、第2色光、及び第3色光の3色の光に色分解する色分解光学系と、
前記3色の光にそれぞれ対応して配置された第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブと、
前記色分解光学系からの前記3色の光をそれぞれ偏光分離して前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブに導き、前記第1、第2、及び第3の反射型ライトバルブで変調された前記3色の光をそれぞれ検光するための偏光分離部を有する第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタと、
前記第1、第2、及び第3の偏光ビームスプリッタによって検光された前記3色の光を色合成する色合成光学系と、
前記色合成光学系からの合成光を投射する投射レンズとを有し、
前記3色の色光の少なくとも1つの色光の光路中に光量調節部材を配置したことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記光量調節部材は、前記色光に対応して配置された偏光ビームスプリッタと前記色分解光学系の間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の投射型表示装置。
- 前記光量調節部材は、入射偏光の状態を変化させる波長位相板と、偏光板とからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の投射型表示装置。
- 前記前記偏光板は、ワイヤグリッド金属偏光板又はサファイア基板に貼り付けられた偏光板であることを特徴とする請求項3に記載の投射型表示装置。
- 前記光量調節部材は、複数の吸収型NDフィルターからなることを特徴とする請求項1又は2に記載の投射型表示装置。
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-
2002
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