JP2008176083A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広色域の色再現を可能にし、レーザの出力負荷を抑えて消費電力の低減を図ることができる画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る画像表示装置１は、白色光を発生する主光源６と、上記白色光を赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３つの波長帯域に分離する色分離光学系１６，１７，２３と、上記３つの波長帯域の光を変調して画像を形成する空間変調素子３Ｒ，３Ｇ，３Ｂと、赤色レーザ光を発生する赤色用補助光源８と、上記色分離光学系で分離された赤色帯域の光と赤色レーザ光を合成する赤色用合成ダイクロイックミラー１７とを有し、赤色用合成ダイクロイックミラー１７によって、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域の光を反射して、空間変調素子３Ｒ側へ出射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色光源に例えば超高圧水銀ランプを用いたプロジェクタに適用して好適な画像表示装置に関し、更に詳しくは、白色光源の光に補助光源の光を合成して特定波長帯域の出射光量を増加させる構成の画像表示装置に関する。

従来、画像表示装置であるプロジェクタは、所定の光源より出射される照明光を赤色、青色、緑色の波長帯域に分離して液晶表示パネル等の空間変調素子によりそれぞれ変調した後、これらの空間変調素子の出射光をスクリーンに投射して重ね合わせることにより、カラーの表示画像を形成している。このようなプロジェクタにおいては、可視光の波長帯域で発光効率の高い超高圧水銀ランプ（以下「ＵＨＰランプ」ともいう。）で光源を構成することにより、効率よく照明光を出射することができるようになされている。

図１３はＵＨＰランプの発光スペクトルを示している。縦軸は強度で、［ａ．ｕ．］は「任意単位」の意味である。ＵＨＰランプは、緑色の波長帯域である５５０ｎｍ近辺の波長帯域においては十分な光量を確保でき、また、青色に関しても４４０ｎｍ近辺の波長帯域において大きなスペクトルを持っている。それに対し、赤色の波長帯域である６００ｎｍ以上の波長帯域においては、青色、緑色の波長帯域に比して、十分な光量を確保できない。

このため、従来のプロジェクタにおいては、青色、緑色の波長帯域の出射光量を抑圧することで、赤色の波長帯域の出射光量とのバランスを図り、十分な色再現性を確保するようにしている。特に、緑色に関してはホワイトバランスをとるために大きく抑圧され、相当の犠牲を払って赤色、青色の波長帯域の出射光量とのバランスが図られている。

上述のように、青色、緑色の波長帯域の出射光量を抑圧して赤色の波長帯域の出射光量とバランスを図る場合、結局、光源から出射される照明光の一部が無駄に消費されることになるという問題があり、その分、表示画面が暗くなることを避け得ない。特に、明るさは緑色の波長帯域の出射光量に大きく依存するので、これを抑圧することは、ルーメンを特に低減させる。

この問題を解決する一つの方法として、ＵＨＰランプに比して発光スペクトルのバランスのとれたキセノンランプ等を用いて光源を構成することが考えられる。しかし、キセノンランプ等は、ＵＨＰランプに比して発光効率が劣るという欠点がある。このため、キセノンランプ等により光源を構成してＵＨＰランプにより光源を構成した場合と同程度の明るさを確保しようとすると、消費電力が格段に大きくなるという問題がある。

これに対して、例えば下記特許文献１に開示されているように、それぞれ赤色、青色、緑色の波長帯域の光を個別に出射する光源により照明光を生成する方法も考えられる。しかしながら、このような個別の単色光源は、現在のところ、固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ、発光ダイオード等があり、これらのうち緑色の波長帯域の光を出射する素子にあっては、高出力でかつ汎用性の高いものを入手することが困難であるという欠点がある。

因みに、低出力の素子を複数個使用して高出力を得る方法も考えられるが、この場合、光源のetendue（光源の面積と放射立体角の積）が大きくなり、対角１インチ程度の大きさによる空間変調素子をこのような光源より照明しても照明効率が飽和し、結局、この飽和レベル以上の明るい画像を表示することが困難となる。

一方、ランプ等の白色光源のほかに、特定波長帯域の光を発生させる補助光源を追加して、照明光を効率よく利用し、高い色再現性とより明るい画像を得るようにした画像表示装置の構成が種々提案されている。

例えば、下記特許文献２〜６には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と副の照明光とを合成し、副の照明光の発光スペクトラムを強調して照明光を生成することにより、ランプ等の光源より出射される照明光を効率良く利用して、高い色再現性により明るい画像を表示することができるようにしている。ここで、副の照明光とは、赤色レーザあるいは赤色の発光ダイオードを含み、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と合成されて使用される。合成方法は、いずれもランプ等による主の照明光と初段の光学系で行われ、合成後に各色の空間変調素子へ照射するために色分離を行う構成となっている。

なお、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と副の照明光との合成には、様々な方法がとられているが、副の照明光の波長帯域は反射、それ以外の主の照明光の波長帯域は透過するようなダイクロイックミラー（あるいはその逆）が多く使用される。この場合、副の照明光のもつ色については、それだけの色再現しか表現できず、かつその色については副の照明光の出力しか使用できない。それ故に明るい画像を得ようとした場合、副の照明光の出力は、相当の負荷がかかることになる。

また、下記特許文献７には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と、副の照明光との合成に、反射型ホログラム素子を使用した画像表示装置が記載されている。この画像表示装置は、副の照明光のスペクトル付近は反射、それ以外の波長帯域は透過させ、広い色再現を保持し、かつ副の照明光の出力負荷を緩和するような構成をとっている。

さらに、下記特許文献８には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光を青色、緑色、赤色に分離した後、赤色の副の照明光と合成し、空間変調素子へ照射することによって、赤色の光量を増加させる画像表示装置の構成が開示されている。図１４は、この画像表示装置の概略構成図である。図中、１０１は白色光を発生する主光源、１０２は、主光源１０１で発生した白色光を赤色帯域、緑色帯域、青色帯域の光に色分離するためのダイクロイックミラー１０２Ｇ，１０２Ｂを含む色分離光学系、１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂはそれぞれ赤色用、緑色用、青色用の空間変調素子としての透過型液晶表示パネル、１０４は、各色用の空間変調素子１０３Ｒ，１０３Ｇ，１０３Ｂからの出射光を合成する合成プリズム、１０５は合成プリズム１０４からの出射光をスクリーン（図示略）に拡大投射する投影レンズである。

図１４に示す画像表示装置１００においては、図１５に示すような発光強度分布をもつ発光ダイオード（半導体発光素子）１０６を具備しており、色分離光学系１０２で色分離された赤色光と発光ダイオード１０６で発生した赤色単色光を合成して空間変調素子１０３Ｒへ入射させるようにしている。色分離光学系１０２で色分離された赤色光と発光ダイオード１０６で発生した赤色単色光の合成には、分離された赤色光は反射し、発光ダイオード１０６で発生した赤色単色光は透過するダイクロイックミラー１０７が用いられている。このダイクロイックミラー１０７のミラー反射特性は、図１５に示すように、発光ダイオード１０６のもつ半導体発光強度分布よりも短波長側に設計されているとともに、半導体発光強度分布の裾にかかっており、これにより、深みのある赤色の再現を図るようにしている。

特開２０００−１３１６６５号公報 特開２００２−１７４８５４号公報 特開２００３−２５５４６５号公報 特開２００４−２２６６１３号公報 特開２００４−２２６８１３号公報 特開２００４−２９２６７号公報 特許第３６４０１７３号公報 特開２０００−３０５０４０号公報

上記特許文献２〜６に開示されている画像表示装置においては、主光源の照明光と副光源の照明光の合成を、主光源の照明光の色分離前に行うようにしているので、合成される色光については副光源の照明光のもつ波長帯域の色再現しか得ることができないという問題がある。また、合成される色光の出射光量は副光源の照明光の出力が支配的となるため、明るい画像を得ようとした場合、副光源の照明光の出力を大きくする必要があるため、消費電力の低減を図ることができなくなる。

また、上記特許文献７に開示されているような反射型ホログラム素子を使用する画像表示装置においては、反射型ホログラム素子の部材費コスト、光学的な位置精度が厳しいなどの問題があり、実用的ではない。

更に、上記特許文献８に開示されている画像表示装置においては、合成に使用するダイクロイックミラー１０７のミラー反射特性が、半導体発光強度分布よりも短波長側であって半導体発光強度分布の裾にかかるように設計されている。このため、実際には赤色の光量は増加するが、半導体発光スペクトルの赤色は短波長側の赤色に引っ張られて期待されるような深い赤色の再現は得られず、かえって発光ダイオード１０６の色度点よりも浅い橙色へシフトしてしまう。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より広色域の色再現を可能にし、レーザの出力負荷を減らして消費電力の低減を図ることができる画像表示装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の画像表示装置は、白色光を発生する光源と、上記白色光を赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３つの波長帯域に分離する色分離光学系と、上記３つの波長帯域の光を変調して画像を形成する空間変調素子と、を備えた画像表示装置において、赤色単色光を発生する赤色用補助光源と、上記色分離光学系で分離された赤色帯域の光と上記赤色単色光を合成する赤色用合成素子とを有し、この赤色用合成素子は、上記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を上記空間変調素子側へ出射することを特徴とする。

本発明の画像表示装置においては、光源の白色光を色分離光学系で色分離した後、当該色分離した赤色帯域の光に赤色用合成素子を介して赤色単色光を合成するようにしているので、主の照明光で不足する赤色波長帯域の光量が補われ、かつ、主の照明光の赤色も利用できる。これにより、赤色用補助光源の出力負荷を抑えて、消費電力の低減を図ることが可能となる。

また、本発明の画像表示装置において、赤色用合成素子は、赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を空間変調素子側へ出射するようにしているので、赤の色度を赤色単色光のそれよりも深くすることができる。これにより、より広い色域での赤色表現が可能になる。

更に、分離された赤色光のうち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも長波長側の波長成分を赤色表現に用いているので、取り出した赤色光の色度が赤色レーザ光の色度点よりも短波長側へシフトすることがなくなり、深みのある赤色表現が確実に得られるようになる。

ここで、赤色単色光を発生する赤色用補助光源は、半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子が好適に用いられるが、これ以外に、有機あるいは無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等の発光素子を用いても構わない。また、赤色単色光の波長も特に制限されず、仕様に応じて適宜設定することができる。

赤色用合成素子は、ダイクロイックミラーで構成することができる。このダイクロイックミラーは、補助光源からの赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域を透過し、それよりも長い波長帯域を反射する光学特性とすることができる。あるいは、その逆の光学特性を利用しても構わない。

一方、本発明の画像表示装置においては、更に、青色単色光を発生する青色用補助光源と、色分離光学系で分離された青色帯域の光と青色単色光を合成する青色用合成素子とを有し、青色用合成素子は、青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも短い波長帯域の光を空間変調素子側へ出射する構成とすることができる。これにより、青色用補助光源の出力負荷を抑えて消費電力の低減を図ることが可能となる。また、青の色度を青色単色光のそれよりも深くすることができるので、より広い色域での青色表現が可能になる。

以上述べたように、本発明の画像表示装置によれば、より広色域の色再現を可能とし、補助光源の出力負荷を抑えて消費電力の低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による画像表示装置１の概略構成図である。本実施形態の画像表示装置１は、プロジェクタ装置のような投射型画像表示装置として構成され、光源２より出射される照明光を色分解光学系（１６，１７，２３）によって赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３つの波長帯域の光に分離した後、分離した各色の光を空間変調素子である反射型液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂにより変調して、所望のカラー画像をスクリーン４に表示する。

ここで、光源２は、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）５からなる主光源６と、赤色単色光として所定波長の赤色レーザ光を発生する半導体レーザ素子７を含む赤色用補助光源（副の光源）８と、青色単色光として所定波長の青色レーザ光を発生する半導体レーザ素子９を含む青色用補助光源（副の光源）１０とにより構成されている。なお、ＵＨＰランプ５の照射面には、図示せずとも、ＵＶ／ＩＲ（紫外線／赤外線）カットフィルタが設けられており、照明光学系には可視波長の光だけが照射されるようになっている。

主光源６は、ＵＨＰランプ５より出射されるほぼ白色の照明光を直接またはリフレクタ６ａにより反射して、インテグレータレンズ１１に入射させる。インテグレータレンズ１１は、一対のフライアイレンズ１１Ａ，１１Ｂを用いて構成され、主光源６による主の照明光について、光量分布を均一化して偏光変換素子１２へ入射させる。偏光変換素子１２は、インテグレータレンズ１１から出射した主の照明光についてＰ偏光成分をＳ偏光成分に変換してコンデンサーレンズ１３へ入射させる。コンデンサーレンズ１３は、偏光変換素子１２の出射光を光学系の光路長に合わせた光線に変換して出射する。

赤色用補助光源８は、ヒートシンク８ａと、この上に搭載された半導体レーザ素子７で構成されている。半導体レーザ素子７は、図２に発光スペクトラムを示すように、赤色の波長帯域である波長約６４３ｎｍのレーザビームを出射する。出射された赤色レーザ光は、コリメータレンズ１４によりほぼ平行光線に変換され、一対のフライアイレンズ１８Ａ，１８Ｂからなるインテグレータレンズ１８に入射し、主光源６の場合と同様に、コンデンサーレンズ３１により光学系の光路長に合わせた光線に変換された後、後述する赤色用合成ダイクロイックミラー１７へ入射する。

青色用補助光源１０は、ヒートシンク１０ａと、この上に搭載された半導体レーザ素子９で構成されている。半導体レーザ素子９は、図３に発光スペクトラムを示すように、青色の波長帯域である波長約４４２ｎｍのレーザビームを出射する。出射された青色レーザ光は、コリメータレンズ１５によりほぼ平行光線に変換され、一対のフライアイレンズ１９Ａ，１９Ｂからなるインテグレータレンズ１９に入射し、主光源６の場合と同様に、コンデンサーレンズ３２により光学系の光路長に合わせた光線に変換された後、後述する青色用合成ダイクロイックミラー２３へ入射する。

なお、赤色レーザ光及び青色レーザ光が半導体レーザである本実施形態では、レーザ光の発散角は縦方向に関して大きいので、コリメータレンズ１４，１５はシリンドリカルレンズを用いて平行光線に変換する。横方向に対しては、フライアイレンズの入射角と比較しても発散角が十分小さいので平行光線にする必要はない。なお、赤色用及び青色用補助光源８，１０は、主の照明光の偏光面と対応する偏光面となるように、赤色レーザ光及び青色レーザ光の傾きが設定されている。

コンデンサーレンズ１３を透過し、ほぼ均一な光量分布となった主の照明光は、クロスダイクロイックミラー１６に入射する。クロスダイクロイックミラー１６は、４５°入射時に例えば図４及び図５に示す光学特性を有する第１の面１６Ａ及び第２の面１６Ｂを組み合わせて構成され、波長５７０ｎｍを中心に５０％の透過率が得られるように設計されている。従って、クロスダイクロイックミラー１６に入射した主の照明光は、波長５７０ｎｍ近辺を境に赤色光とシアン（青色、緑色）光に分離される。

分離された主の照明光の赤色光は、赤色用合成ダイクロイックミラー１７へ入射する。この赤色用合成ダイクロイックミラー１７は、本発明の「赤色用合成素子」に対応し、分離された主の照明光の赤色光と、赤色用補助光源８より発生した赤色レーザ光とを合成して、赤色用反射型液晶表示パネル３Ｒ側へ出射する。

ここで、赤色用合成ダイクロイックミラー１７は、クロスダイクロイックミラー１６で分離された主の照明光の赤色光の出射経路と、赤色用補助光源８から出射した赤色レーザ光の出射経路に対してそれぞれ４５°の傾斜角をもって設置されている。赤色用合成ダイクロイックミラー１７の光学特性は、図６に示すように４５°入射時において波長６４８ｎｍを中心に５０％の透過率が得られるように設計されており、それより短波長側の光は透過し、長波長側の光は反射する。従って、赤色レーザ光の中心波長６４３ｎｍの発光スペクトル線幅における波長帯域の光は透過し、それより長い波長帯域の光は反射することにより、赤色用合成ダイクロイックミラー１７の出射側で、主の照明光の赤色光と赤色レーザ光とが合成される。

赤色用合成ダイクロイックミラー１７で合成された赤色光は、レンズ２０を介して、赤色用反射型液晶表示パネル３Ｒが固着された偏光ビームスプリッタ２１に入射する。偏光ビームスプリッタ２１は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面２１Ａは、入射するＳ偏光の赤色光を選択的に反射する。反射された赤色光は、液晶表示パネル３Ｒに照射され空間変調される。空間変調された赤色光はＰ偏光になるため、液晶表示パネル３Ｒで反射された赤色光は、偏光ビームスプリッタ２１の検光面２１Ａを透過した後、色合成プリズム２９へ入射する。

一方、分離された主の照明光のシアン（青色、緑色）光は、光路を９０度折り曲げるミラー２２で全反射した後、青色用合成ダイクロイックミラー２３へ入射する。この青色用合成ダイクロイックミラー２３は、本発明の「青色用合成素子」に対応し、分離された主の照明光の青色光と、青色用補助光源１０より発生した青色レーザ光とを合成して、青色用反射型液晶表示パネル３Ｂ側へ出射する。

ここで、青色用合成ダイクロイックミラー２３は、ミラー２２で全反射された主の照明光のシアン光の出射経路と、青色用補助光源１０から出射した青色レーザ光の出射経路に対してそれぞれ４５°の傾斜角をもって設置されている。青色用合成ダイクロイックミラー２３の光学特性は、図７に示すように４５°入射時において波長４３７ｎｍを中心に５０％の透過率が得られるように設計されており、それより長波長側の光は透過し、短波長側の光は反射する。従って、青色レーザ光の中心波長４４２ｎｍの発光スペクトル線幅における波長帯域を含む光と緑色帯域の光は透過し、それより短い波長帯域の光は反射する。これにより、青色用合成ダイクロイックミラー２３において、主の照明光のシアン光は青色帯域の光と緑色帯域の光に分離されるとともに、分離された青色帯域の光は青色補助光源１０から出射した青色レーザ光と合成される。

青色用合成ダイクロイックミラー２３で合成された青色光は、レンズ２４を介して、青色用反射型液晶表示パネル３Ｂが固着された偏光ビームスプリッタ２５に入射する。偏光ビームスプリッタ２５は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面２５Ａは、入射するＳ偏光の青色光を選択的に反射する。反射された青色光は、液晶表示パネル３Ｂに照射され空間変調される。空間変調された青色光はＰ偏光になるため、液晶表示パネル３Ｂで反射された青色光は、偏光ビームスプリッタ２５の検光面２５Ａを透過した後、色合成プリズム２９へ入射する。

また、青色用合成ダイクロイックミラー２３で分離された主の照明光の緑色（一部青色を含む）光は、トリミングフィルタ２６を通過し、所望の色度が得られるようなスペクトル帯域の緑色光が選択的に取り出され、レンズ２７を介して、緑色用反射型液晶表示パネル３Ｇが固着された偏光ビームスプリッタ２８へ入射する。

ここで、トリミングフィルタ２６の光学特性は、図８に示すように、０°入射時において波長５１０ｎｍを中心に５０％の透過率が得られるように設計されており、それより長波長側の光は透過し、短波長側の光は反射する。従って、クロスダイクロイックミラー１６（第２の面１６Ｂ）及びトリミングフィルタ２６の光学特性によって、波長５１０ｎｍ〜５７０ｎｍの光が分離された緑色光となる。

偏光ビームスプリッタ２８は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面２８Ａは、入射するＳ偏光の緑色光を選択的に反射する。反射された緑色光は、反射型緑色用液晶表示パネル３Ｇに照射され空間変調される。空間変調された緑色光はＰ偏光になるため、液晶表示パネル３Ｇで反射された緑色光は、偏光ビームスプリッタ２８の検光面２８Ａを透過した後、色合成プリズム２９へ入射する。

空間変調素子である反射型液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂによって変調された赤、緑、青色の光は、色合成プリズム２９に入射し、画像として重ね合わせられ、投影レンズ３０に入射し透過する映像光をスクリーン４に投射する。

次に、以上のように構成される本実施形態の画像表示装置１の動作について説明する。

主光源６より出射された主の照明光は、インテグレータレンズ１１により光量分布が均一化された後、偏光変換素子１２によりＰ偏光成分がＳ偏光成分に変換される。そして、ＰＳ変換された主の照明光は、クロスダイクロイックミラー１６により、赤色光とシアン（青色、緑色）光に分離される。

一方、赤色用補助光源８より発生した中心波長６４３ｎｍの赤色レーザ光と、青色用補助光源１０より発生した中心波長４４２ｎｍの青色レーザ光は、コリメータレンズ１４，１５により、ほぼ平行光線に変換され、インテグレータレンズ１８，１９及びコンデンサーレンズ３１，３２を介して赤色用合成ダイクロイックミラー１７、青色用合成ダイクロイックミラー２３にそれぞれ入射する。

クロスダイクロイックミラー１６により分離された主の照明光の赤色光は、赤色用合成ダイクロイックミラー１７において赤色用補助光源８から出射した赤色レーザ光と合成される。合成された赤色光は、赤色用反射型液晶表示パネル３Ｒへ入射する。

ここで、赤色用合成ダイクロイックミラー１７は、図６に示したように、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域では反射するように設計されているため、赤の色度は、赤色レーザ光のそれよりも深くなる。即ち、より広い色域での赤色表現が可能になる。

特に、分離された赤色光のうち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも長波長側の波長成分を赤色表現に用いているので、取り出した赤色光の色度が赤色レーザ光の色度点よりも短波長側へシフトすることがなくなり、深みのある赤色表現が確実に得られるようになる。

また、赤色光に分離された主の照明光は、赤色用補助光源８で発生した赤色レーザ光と合成されるため、主の照明光で不足する赤色波長帯域の光量が適切に補われて、色再現性に優れた明るい画像を表示することができる。更に、主の照明光の赤色も利用できるため、赤色用補助光源８の出力負荷が抑えられて、消費電力の低減を図れるようになる。

一方、クロスダイクロイックミラー１６により分離された主の照明光のシアン（青色、緑色）光は、青色用合成ダイクロイックミラー２３において青色光と緑色光に分離されるとともに、分離された青色光に青色用補助光源１０から出射した青色レーザ光が合成される。合成された青色光は、青色用反射型液晶表示パネル３Ｂへ入射する。

ここで、青色用合成ダイクロイックミラー２３は、図７に示したように、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも短い波長帯域では反射するように設計されているため、青の色度は、青色レーザ光のそれよりも深くなる。即ち、より広い色域での青色表現が可能になる。

特に、分離された青色光のうち、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも短波長側の波長成分を青色表現に用いているので、取り出した青色光の色度が青色レーザ光の色度点よりも長波長側へシフトすることがなくなり、深みのある青色表現が確実に得られるようになる。

また、青色光に分離された主の照明光は、青色用補助光源１０で発生した青色レーザ光と合成されるため、主の照明光で不足する青色波長帯域の光量が適切に補われて、色再現性に優れた明るい画像を表示することができる。更に、主の照明光の青色も利用できるため、青色用補助光源１０の出力負荷が抑えられて、消費電力の低減を図れるようになる。

本実施形態においては、主の照明光より分離された赤色光及び青色光と補助光源からの赤色及び青色レーザ光との合成にダイクロイックミラー１７，２３を用いているので、部材費コストの低減と部品設置精度の緩和を図ることができる。

なお、青色用合成ダイクロイックミラー２３において分離された主の照明光の緑色光は、トリミングフィルタ２６を介して緑色用反射型液晶表示パネル３Ｇへ入射する。本実施形態によれば、主の照明光より分離された赤色光及び青色光をそれぞれ補助光源のレーザ光で補うようにしているので、ホワイトバランスをとるために抑圧していた緑色光を効率良く利用することが可能となり、より明るい画像を得ることができるようになる。

そして、液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂで空間変調された各色の画像光は、合成プリズム２９で合成された後、投影レンズ３０を介してスクリーン４上に投影される。本実施形態によれば、赤色及び青色が広色域化された画像を表示することができるので、色再現性に優れた高画質の表示画像を得ることができる。また、各色光の出射光量を大きくでき、ホワイトバランスをとるための緑色光の抑圧量を低減できるので、高輝度、高コントラストの表示画像を得ることができる。更に、補助光源８，１０の出力負荷を抑えることができるので、消費電力に優れた画像表示装置を構成することができる。

図９は、赤色光及び青色光を、主の照明光より分離された６４３ｎｍよりも長い波長の光、４４２ｎｍより短い波長の光を混ぜ込まずに、中心波長６４３ｎｍの赤色レーザ光、中心波長４４２ｎｍの青色レーザ光のみを用いた場合の照明光の発光スペクトルを示している。この場合の色度を計算すると、赤色：Ｒ（ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２７８）、緑色：Ｇ（ｘ＝０．２８９、ｙ＝０．６９７）、青色：Ｂ（ｘ＝０．１６３、ｙ＝０．０１２）となり、ＮＴＳＣ面積比では約１１０．３％になる。

また、図９の例において、各色の照明効率を１５％と仮定し、白の色度点を１００００Ｋとすると、それぞれの光源の光出力は、赤色：Ｒ＝４［Ｗ］、緑色：Ｇ＝４．２［Ｗ］、青色：Ｂ＝４［Ｗ］において全光束は約４８０［ｌｍ（ルーメン）］になる。即ち、赤色レーザ及び青色レーザの出力はいずれも４［Ｗ］必要になる。

これに対して、上述した本発明の実施形態における照明光の発光スペクトルを図１０に示す。また、図１１は色度図、図１２はＵＨＰランプ５、赤色レーザ光及び青色レーザ光の発光スペクトルであって、ダイクロイックミラー１６，１７，２３及びトリミングフィルタ２６の光学特性を併せて示している。

図１０の例において、照明光の色度を計算した。計算に際しては、赤色光として、中心波長６４３ｎｍの赤色レーザ光及び、ＵＨＰランプ５より出射された主の照明光より分離された少なくとも波長６４３ｎｍよりも長い波長の光、青色光として、中心波長４４２ｎｍの青色レーザ光及び、ＵＨＰランプ５より出射された主の照明光より分離された少なくとも波長４４２ｎｍよりも短い波長の光、そして、緑色光として、ＵＨＰランプ５より出射された主の照明光においてクロスダイクロイックミラー１６及びトリミングフィルタ２６の光学特性によって波長５１０〜５７０ｎｍに分離された光をそれぞれ用いた。計算の結果、赤色：Ｒ（ｘ＝０．７２２、ｙ＝０．２７８）、緑色：Ｇ（ｘ＝０．２８９、ｙ＝０．６９７）、青色：Ｂ（ｘ＝０．１６４、ｙ＝０．０１１）となった。また、ＮＴＳＣ面積比では約１１０．５％となり、図９の例に比べて０．２％色域が広がることが確認された。

また、図１０の例において、各色の照明効率を１５％と仮定し、白の色度点を１００００Ｋとすると、それぞれの光源は、赤色：Ｒ＝４［Ｗ］、緑色：Ｇ＝４．２［Ｗ］、青色：Ｂ＝４［Ｗ］において全光束は約４８０［ｌｍ（ルーメン）］になる。このときの赤色レーザ光及び青色レーザ光の出力は、主の光源であるＵＨＰランプより分離された６４３ｎｍよりも長い波長の光、４４２ｎｍよりも短い波長の光の分だけ差し引かれるので、赤色レーザ光の出力は３．４８［Ｗ］、青色レーザ光の出力は２．９６［Ｗ］になり、赤色に関しては０．５２［Ｗ］、青色に関しては１．０４［Ｗ］分、レーザに係る負荷をそれぞれ低減することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、赤色用合成素子として、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域は反射するダイクロイックミラー１７を用いたが、照明光学系の構成に応じて、上記と逆の光学特性、即ち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅にける波長帯域は反射し、それよりも長い波長帯域は透過するダイクロイックミラーを用いてもよい。同様に、青色用合成素子として、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は反射し、それよりも短い波長帯域は透過するダイクロイックミラーを用いてもよい。

また、以上の実施形態では、赤色及び青色に関して、赤色用補助光源８及び青色用補助光源１０による副の照明光を合成したが、赤色に関してのみ副の照明光と合成して出射光量の増大を図るようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、緑色の色度及び光量を調整するためにトリミングフィルタ２６を用いたが、緑色光に限ることなく、青色及び赤色についても同様なトリミングフィルタを用いてホワイトバランスの調整を行うようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、偏光ビームスプリッタ２１，２５，２８を用いたが、これに代えて、ワイヤーグリッド偏光子を用いてもよい。また、空間変調素子は、反射型液晶表示パネル３Ｒ，３Ｇ，３Ｂに限らず、透過型液晶表示パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いた光学系であってもよい。

本発明の実施形態による画像表示装置の概略構成図である。 本発明の実施形態における赤色用補助光源より出射される赤色レーザ光の発光スペクトラムを示す図である。 本発明の実施形態における青色用補助光源より出射される青色レーザ光の発光スペクトラムを示す図である。 本発明の実施形態における色分離光学系を構成するクロスダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。 本発明の実施形態における色分離光学系を構成するクロスダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。 本発明の実施形態における赤色用合成ダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。 本発明の実施形態における青色用合成ダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。 本発明の実施形態における緑色用トリミングフィルタの光学特性を示す図である。 緑色にＵＨＰランプの照明光から分離した波長５１０〜５７０ｎｍの光を用い、赤色及び青色に図２，３に示した赤色レーザ光及び青色レーザ光のみを用いた照明光のスペクトルを示す図である。 緑色にＵＨＰランプの照明光から分離した波長５１０〜５７０ｎｍの光を用い、赤色に図２に示した赤色レーザ光及びＵＨＰランプから分離した当該赤色レーザ光よりも長い波長の光を合成した光を用い、青色に図３に示した青色レーザ光及びＵＨＰランプから分離した当該青色レーザ光よりも短い波長の光を合成した光を用いた照明光のスペクトルを示す図である。 図１０に示した照明光の色度図である。 本発明の実施形態におけるＵＨＰランプ、赤色レーザ光及び青色レーザ光の発光スペクトルと、ダイクロイックミラー、トリミングフィルタの光学特性を示す図である。 ＵＨＰランプの発光スペクトルの一例を示す図である。 従来の画像表示装置の概略構成図である。 図１４に示した従来例における赤色合成用ダイクロイックミラーの光学特性を示す図である。

符号の説明

１…画像表示装置、２…光源、３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ…反射型液晶表示パネル（空間変調素子）、４…スクリーン、５…ＵＨＰランプ、６…主光源、８…赤色用補助光源、１０…青色用補助光源、１６…クロスダイクロイックミラー、１７…赤色用合成ダイクロイックミラー（赤色用合成素子）、２３…青色用合成ダイクロイックミラー（青色用合成素子）、２９…色合成プリズム、３０…投影レンズ

Claims (6)

1. 白色光を発生する光源と、
   前記白色光を赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の３つの波長帯域に分離する色分離光学系と、
   前記３つの波長帯域の光を変調して画像を形成する空間変調素子と、を備えた画像表示装置において、
   赤色単色光を発生する赤色用補助光源と、
   前記色分離光学系で分離された赤色帯域の光と前記赤色単色光を合成する赤色用合成素子とを有し、
   前記赤色用合成素子は、前記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を前記空間変調素子側へ出射する
   ことを特徴とする画像表示装置。
2. 前記赤色用合成素子は、前記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域は反射するダイクロイックミラーである
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記赤色用合成素子は、前記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域は反射し、それよりも長い波長帯域は透過するダイクロイックミラーである
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
4. 青色単色光を発生する青色用補助光源と、
   前記色分離光学系で分離された青色帯域の光と前記青色単色光を合成する青色用合成素子とを更に有し、
   前記青色用合成素子は、前記青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも短い波長帯域の光を前記空間変調素子側へ出射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
5. 前記青色用合成素子は、前記青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも短い波長帯域は反射するダイクロイックミラーである
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記青色用合成素子は、前記青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域は反射し、それよりも短い波長帯域は透過するダイクロイックミラーである
   ことを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。

Images