JP4333239B2

JP4333239B2 - 投写型表示装置

Info

Publication number: JP4333239B2
Application number: JP2003199575A
Authority: JP
Inventors: 雅彦谷津; 浩二平田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2023-07-22
Also published as: JP2005043395A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を赤色、緑色及び青色の各色の光束に分光する分光光学系で３色光に分光し、分光された各色の光束を、光強度を変調する手段を有する画素をマトリックス状に配置した映像表示素子に入射させ、映像表示素子により映像信号に応じて光強度が変調された光を拡大投写装置により拡大投影する投写型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からの液晶プロジェクタ等の投写型表示装置の例として、映像表示素子として反射型映像表示素子を用いた場合の構成を示したものがある。例えば、白色光源から発した光束を偏光ビーム分離素子によりＳ偏光成分とＰ偏光成分との２つの光束に分離し、該分離された光束のそれぞれの光路（色分解合成系）に赤（Ｒ）用の液晶パネルを重複して設けることにより、不足する赤（Ｒ）色光の相対強度を向上させる技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また、コントラスト低下等の問題を解決するために、偏光ビームスプリッターの第１の偏光分離面および第２の偏光分離面の偏光分離特性を、それぞれの偏光分離面の役割や要求される透過率・反射率に応じて異ならせるようにする技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１５９７５１号公報（５頁、図２、図４）
【特許文献２】
特開２００３−７５７７８号公報（１０頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の投写型表示装置においては、赤色と青色の光束量(光量)が緑色の光束量に対して不足しているため、明るさと良好な色バランスを両立できないという問題点があった。
【０００５】
さらに、今後大幅な市場拡大が期待できるホームシアターとしての使い方やテレビとしての使い方においては、図１０に示す黒体軌跡で白色表示の場合の色温度として６５００°Ｋから９３００°Ｋ以上の色温度が必要とされており、現在では１５０００°Ｋを超える色温度のセットも登場している。このため、明るさと色温度の両立が製品開発の大きな課題となっていた。
【０００６】
本発明は上記した問題点を鑑みて成されたもので、その目的は、白色再生時の色温度を高く保ったままで良好な色バランスと高光束量（高輝度）を実現した投写型表示装置及びこれを用いた背面投写型表示装置を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために本発明は、光源ユニットと、該光源ユニットからの光束を、赤色、緑色及び青色に分離し、各色の映像表示素子に照射する照明光学ユニットと、該照明光学ユニットからの前記光束を映像信号の振幅により光学像に変調する映像表示素子と、該映像表示素子からの変調された光束をスクリーン上に投写する投写ユニットと、赤色表示する場合に、赤色表示すると共に青色表示のレベルの１／ｎ(ｎは自然数)のレベルで青色表示を同時に行うように、前記照明光学ユニットを制御する表示制御手段とを有し、色バランスを保持した状態で、光束量を増加するように構成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態について図を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明による第１の実施の形態を示す図で、赤色光束(１色)と緑色・青色光束(２色)に色分離するダイクロイックミラーの分光透過率特性と、赤色の光路に配置したトリミングフィルタの分光透過率特性を示している。また、図３は図１の分光透過率特性を有する本発明による投写型表示装置の実施の形態である。
【００１０】
まず、投写型表示装置の例として、映像表示素子として反射型映像表示素子を用いて、１個のダイクロイックミラーと３個の偏光ビームスプリッタ(以下ＰＢＳとする)で構成した場合について、図３を用いて説明する。図３において、白色光源２０１から放射された白色光束は第１のフライアイレンズ２０２により分割され、対向した位置に配置された第２のフライアイレンズ２０３と合焦レンズ２０４とフィールドレンズ２０５により赤色用液晶パネル２０９ｒ、緑色用液晶パネル２０９ｇ、青色用液晶パネル２０９ｂに、拡大投写されるとともに重ね合わされる。このため各液晶パネルに入射する光束のエネルギー分布が均一化される。また、白色光束は光路に配置されたダイクロイックミラー２０６により赤色光束と緑色・青色光束(シアン光束)に分離される。赤色映像光の色度はダイクロイックミラー２０６の分光透過率特性とトリミングフィルタ２０８ｒの分光透過率特性により決まり、家庭用としては、ダイクロイックミラー２０６の赤色領域の光に対する透過率が５０％となる波長（以下５０％となる波長を半値波長と称する）を５８０ｎｍ程度としている。またレンズ２０８ｒに設けたトリミングフィルタの分光透過率特性として赤色領域の光に対する透過率の半値波長を５９５ｎｍ程度としている。この場合に、透過率のたち上がり特性がシャープなほど(透過率変化／波長)混色が少なく赤色の純度は向上する。
【００１１】
図２と図５を用いて、具体的な基本作用について説明する。図２は、赤色の光路でのダイクロイックミラー２０６とトリミングフィルタ２０８ｒの分光透過率特性の説明図であり、図５は一般的な超高圧水銀ランプの分光エネルギー分布を示す特性図である。
【００１２】
図２に示したダイクロイックミラー２０６により白色光束は、赤色光束と緑色・青色光束に色分離される。ところで、図５に示したように、超高圧水銀ランプから放射される光束の分光エネルギーには、ａ点(４３５ｎｍ)〜ｂ点(４６５ｎｍ)の波長領域である青色光エネルギーと、ｃ点(５３５ｎｍ)〜ｄ点(５６５ｎｍ)の波長領域である緑色光エネルギーと、ｅ点(６００ｎｍ)〜ｆ点(６３０ｎｍ)の波長領域である赤色光エネルギーとがある。このとき、赤色光エネルギーは青色光エネルギーや緑色光エネルギーの１／３以下であり、青色波長帯域や緑色波長帯域の光束に比べ、図６に示した比視感度特性を考慮しても、相対的に赤色波長帯域の光束のエネルギーが少ない。また、それ以外に、緑色と赤色の間の黄色の波長域にエネルギーが大きい個所が存在する。従って、ダイクロイックミラー２０６のみで色分離を行った場合、このダイクロイックミラーの半値波長がバラつくと、黄色の輝線の影響が大きいので、色度値が大きく変化してしまう。そこで、トリミングフィルタ２０８ｒにより、この黄色の輝線をカットしている。従って、トリミングフィルタ２０８ｒの前のダイクロイックミラー２０６により、予め、青色光束がカットされているので、通常は、赤色の光路に配置したトリミングフィルタ２０８ｒの分光透過率特性には、青色の波長域の性能は要求されない。
【００１３】
なお、白色光源２０１から放射された白色光束は、偏光変換素子２２１によって偏光状態をＳ偏光に統一され、ダイクロイックミラー２０６にて、赤色光束を透過し、緑色光束と青色光束は反射される。
【００１４】
最初に赤色光束は、赤色用のＰＢＳ２０７ｒで反射し、トリミングフィルタ２０８ｒを経て、赤色用液晶パネル２０９ｒ上に照射される。入力映像信号に基づいて赤色光束は、赤色用液晶パネル２０９ｒでＳ偏光をＰ偏光に変換することによって赤色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｒを透過し、偏光状態を９０度変換する１／２波長板２１２でＳ偏光に変換され、ＰＢＳ２０７ｗで反射し、投写レンズ２１１に到達する。また、変換されない赤色不要光は、Ｓ偏光で赤色用液晶パネル２０９ｒを反射するので、赤色用のＰＢＳ２０７ｒで反射する。
【００１５】
ローテータ２１０ｂ１は青色光束の偏光状態をＳ偏光からＰ偏光に変換する特性を有しており、変換する青色光束と変換しない緑色光束の境の半値波長は５０５±３ｎｍ程度である。
【００１６】
次にＳ偏光である緑色光束は、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射し、トリミングフィルタ２０８ｇを経て緑色用液晶パネル２０９ｇに照射される。このトリミングフィルタ２０８ｇの分光透過率特性では緑色領域の光に対する透過率の半値波長として５６０ｎｍ程度である。入力映像信号に基づいて緑色光束は、緑色用液晶パネル２０９ｇでＳ偏光をＰ偏光に変換することによって緑色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過し、ＰＢＳ２０７ｗを透過し、投写レンズ２１１に到達する。また、変換されない緑色不要光は、Ｓ偏光で緑色用液晶パネル２０９ｇを反射するので、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射する。
【００１７】
最後に、青色光束はローテータ２１０ｂ１でＳ偏光がＰ偏光に変換されるので、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過し、トリミングフィルタ２０８ｂを経て、青色用液晶パネル２０９ｂに照射される。そして、このトリミングフィルタ２０８ｂの分光透過率特性により分光される。この時、透過率の長波長側の半値波長は４８５±３ｎｍ程度であり、短波長側はＵＶカットフィルタ２２０の透過率の半値波長は４２８±３ｎｍ程度である。ここで、入力映像信号に基づいて青色光束は、青色用液晶パネル２０９ｂでＰ偏光をＳ偏光に変換することによって青色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射し、２つ目のローテータ２１０ｂ２でＳ偏光がＰ偏光に変換されるので、ＰＢＳ２０７ｗを透過し、投写レンズ２１１に到達する。また、変換されない青色不要光はＰ偏光で反射するので、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過する。
【００１８】
以上、白色光源からの光束を映像表示素子に照射するまでの照明光学系における色分離合成部の説明である。前述した技術手段により赤色、緑色、青色に分離された各色の光束はそれぞれに対応する液晶パネル２０９ｒ、２０９ｇ、２０９ｂに入射し、映像信号の振幅に合わせて出射する光束量（光量）を変調し、最終的に、ＰＢＳ２０７ｗにより合成し、投写レンズ２１１でスクリーン上に拡大投影する。
【００１９】
本発明の特徴は、ダイクロイックミラー２０６に、緑色光束と青色光束も幾分赤色光束側に透過させて赤色光束に混入させる特性を持たせた。そして、トリミングフィルタ２０８ｒには、黄色の輝線をカットすることは従来と同じであるが、青色の光束量をカットせずに透過させる分光透過率特性を持たせた。
【００２０】
上記した分光透過率特性により、白色光源１からの白色光束はダイクロイックミラー２０６で赤色光束と緑色・青色光束に分割されるが、この時、緑色光束と青色光束も幾分赤色光束側に透過して赤色光束に混入される。そして、緑色光束と青色光束が混入した赤色光束は、トリミングフィルタ２０８ｒで緑色光束(黄色光束を含む)が除去され、青色光束が混入した赤色光束が赤色用液晶パネル２０９ｒに導かれ、赤色映像信号(図示せず)で光強度変調された赤色映像光と混入した青色映像光がスクリーン(図示せず)に投写される。
【００２１】
従って、赤色映像光再生時に、スクリーン上の映像の赤色の色度は、図１０の色度図でｙ値が下がり、深い赤色とすることが可能となる(詳細は後述)。これにともない、従来技術において赤色光束として利用出来なかった黄色成分を利用してもｙ値が高いオレンジ色光束とならず、黄色成分を利用することが可能となる。なお、混入される青色光束量は青色光束量の１〜５％程度(詳細は後述)である。
【００２２】
赤色用液晶パネル２０９ｒに導く青色光束の光束量自体は、ダイクロイックミラー２０６とトリミングフィルタ２０８ｒの組合せで選択は可能である。例えば、ダイクロイックミラー２０６入射前の青色光束の光束量をΦとし、ダイクロイックミラー２０６の青色光束の透過率をＴ１、トリミングフィルタの青色光束の透過率をＴ２とすると、赤色用液晶パネル２０９ｒに到達する青色光束の光束量は、Φ・Ｔ１・Ｔ２となる。一方で、本来の青色用液晶パネル２０９ｂに到達する青色の光束量は、Φ・（１−Ｔ１）となる。従って、赤色用液晶パネル２０９ｒに導かれる青色光束の光束量は、本来の青色光束の光束量を基準として、Ｔ１・Ｔ２／（１−Ｔ１）となる。例えば、Ｔ１＝Ｔ２＝９．５％として、Ｔ１・Ｔ２／（１−Ｔ１）＝１％が得られる。しかしながら、本来の青色光束の光束量自体が、大きく減少してしまう。これに対して、Ｔ１＝１％で、Ｔ２≒１００％とすれば、所定の青色光束の光束量を赤色用液晶パネル２０９ｒに導いても、青色光束の光束量自体はほとんど減少していない。即ち、赤色用液晶パネル２０９ｒに導く青色光束の光束量は、ダイクロイックミラー２０６の青色光束の透過率でほぼ決定し、赤色の光路に配置したトリミングフィルタ２０８ｒでは青色光束を１００％近く透過させることが本来の青色光束の光束量自体を減少させないために重要となる。なお、半値波長を有する光学素子以外にも、全反射ミラーや偏光板等の光学素子が配置されており、実際の色設計においては、これら全ての光学要素の分光透過率特性を順に掛け合わせる計算を行う。
【００２３】
ここで、上記した赤色光束に青色光束を混色させることの意味について、詳細に説明する。概念的には、図１２の色度図において、赤色光束に青色光束を混色させることで、青色側に、赤色の色度値がずれると類推されよう。ここでは、色度計算のＸ、Ｙ、Ｚと色度値(ｘ、ｙ)の根本的な定義に立ち返って説明する。Ｘ、Ｙ、Ｚとは、各光路における白色光源から投写レンズ等々までの全ての光学素子の分光透過率の値と、Ｘ、Ｙ、Ｚに対応した視感度の値を全て掛けた結果を足し合わせた量である。さらには、光束量がＹであり、色度値(ｘ、ｙ)は、数１と数２で規格化した値である。
【００２４】
ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）…（数１）
ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）…（数２）
従って、各色の光束量Ｙと色度値(ｘ、ｙ)に対して、上記２式で変数がＸとＺの２つとなるので、ＸとＺは求まる。
【００２５】
そこで、仮に、白色及び、赤色、緑色そして青色の光束量Ｙと色度(ｘ、ｙ)を以下の値とする。
【００２６】
赤色Ｙ＝２１７ｘ＝０．６５５、ｙ＝０．３４５
緑色Ｙ＝６３５ｘ＝０．２９３、ｙ＝０．６９４
青色Ｙ＝１４８ｘ＝０．１４０、ｙ＝０．０６３
このとき、白色Ｙ＝１０００、ｘ＝０．２５９、ｙ＝０．２５７となり、さらに、上記２式から各色のＸ、Ｚが求まる。
【００２７】
赤色Ｘ＝４１２、Ｙ＝２１７、Ｚ＝０
緑色Ｘ＝２６８、Ｙ＝６３５、Ｚ＝１２
青色Ｘ＝３２９、Ｙ＝１４８、Ｚ＝１８７２
このように、青色はＺの値が大きい。従って、青色光束を赤色光束に混色させると、ｘとｙの計算式の分母が特に大きくなる。一方で、相対的に分子の増分が少ないので、その結果、Δｘ＜０、Δｙ＜０となる。なお、青色のＸとＹでは、Ｘの方が大きいので、Δｙ＜Δｘ＜０と思い込みそうだが、Δｘ＜Δｙ＜０となる。この理由について次に説明する。
【００２８】
ある数値をｂ／ａで表し、分母と分子でそれぞれ値を加えて、（ｂ＋Δｂ）／（ａ＋Δａ）とする。このとき、その前後で値が変わらないための条件はｂ／ａ＝（ｂ＋Δｂ）／（ａ＋Δａ）、式を変形してΔｂ／Δａ＝ｂ／ａとなる。即ち、加算前後で値が変わらないための条件は元の数の分子の大きさにも依存していることが分かる。赤色においては、ｘ＞ｙなので、これが、混色後の赤色において、Δｘ＜Δｙ＜０となった理由である。なお、図１２に示した標準色度図上における識別域でのΔｘとΔｙの関係については、表１、表２の所で後述する。
【００２９】
また、青色の光束量の一部を赤色の光路に導く手段としては、図１のダイクロイックミラーで青色の波長領域をさらに半値波長で分離する方法も考えられるが、青色を本来の青色用の波長域と赤色に混色させる波長域に分離してしまうと個々の青色の波長域が狭くなる。その狭い波長域に対して、ＵＶカットフィルタの半値波長のバラつきの影響が大きくなり、白色の色度値が大きく変化してしまうので好ましくない。
【００３０】
以上、赤色用液晶パネル２０９ｒに照射される赤色光束に青色光束を混入させ、赤色映像光再生時に、赤色映像信号(図示せず)で光強度変調した赤色映像光と混入した青色映像光とをスクリーン(図示せず)に投写する本発明の特徴について概説した。以下、本発明による第１の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３１】
図３の本発明による画像表示装置において、図１に示す分光透過率特性を実現するために、ダイクロイックミラー２０６、トリミングフィルタ２０８ｒ、２０８ｇ、２０８ｂ、及びＵＶカットフィルタ２２０の分光透過率特性、フィルタ特性が従来とは異なる。
【００３２】
図３において、白色光源２０１から放射された白色光束はダイクロイックミラー２０６により赤色光束と緑色・青色光束に分離される。本実施の形態では、ダイクロイックミラー２０６の透過率の半値波長は従来と同等の５８０ｎｍであるが、赤色映像光の色度を決める図９の実線で示した分光透過率特性を有するトリミングフィルタ２０８ｒの透過率の半値波長を５８７ｎｍとした。従来使用できなかった黄色成分が赤色光束に青色光束を混入させることにより利用できるようになり、オレンジ色に近い成分を積極的に取り込み、光束量を増やすことができる。
【００３３】
更に、図８の実線にて示した分光透過率特性を有する第１のローテータ２１０ｂ１とＰＢＳ２０７ｇｂにより緑色領域の光を分離する。本実施の形態では、緑色映像光の色度を決めるローテータ２１０ｂ１と２１０ｂ２の透過率の半値波長を５１５ｎｍとして青緑色成分を押さえ、更にトリミングフィルタ２０８ｇの透過率の半値波長を５６８ｎｍとして黄緑色成分を増やして光束量を調整した。この結果、緑色成分の色度のｘ値は増加するが、赤色と緑色の混合色である肌色画像を再生する場合に青緑色成分が減少し変わりに黄色成分が入ることで、より自然な肌色再生が可能となる。
【００３４】
最後に、青色光束は図７の実線にて示した分光透過率特性を有するトリミングフィルタ２０８ｂにより分光される。この時、透過率の長波長側の半値波長を５１５ｎｍとして色バランスと光束量増加を図り、短波長側はＵＶカットフィルタ２２０の透過率の半値波長を４３１ｎｍとして従来以上の信頼性を確保した。
【００３５】
以上の条件のもと、上述した照明光学系において、白色光源１として図５に示す分光エネルギー分布を有する１００Ｗ入力の超高圧水銀ランプ(アーク長１．０ｍｍ)を使用し、図１に示す分光透過率特性を有する色分離ユニットを構成するダイクロイックミラー２０６とトリミングフィルタ２０８ｒの特性の違いにより、スクリーン上の拡大投影像の色度がどのように変化するかをモデル化してシミュレーションにより確認した。結果を下記表１、表２に示す。
【００３６】
なお、シミュレーションにおいては、基準となる色設計モデルの赤色、緑色そして青色の光束量を元に、混色元(赤色、緑色、青色の各色)の指定したパーセンテージの光束量を混色先(赤色、緑色、青色の各色)に加える計算処理ルーチンを作成した。従って、この計算モデルにおいて変化するのは、混色元と混色先の輝度と混色先の色度値である。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
青色映像光の混色による赤色映像光の色度変化は、図１２に示した標準色度図上における識別域から色度(Ｒｘ＝０．６４近傍での識別楕円)のｘ軸とｙ軸の比率は約３：１である。すなわち、混色によりＲｘの変化に対してＲｙの変化の感度が３倍高い。
【００４０】
一方、赤色映像光再生時には赤色光束と光束量の１〜５％が混入された青色光束が赤色映像信号(図示せず)に応じて赤色用液晶パネル２１２で光強度変調され、光強度変調された赤色映像光と青色映像光がスクリーン(図示せず)に投写される。表１及び表２に示したように、スクリーン(図示せず)上でこれら２色(赤色映像光と青色映像光)を混色させることで得られる赤色光束の色度は、ΔＲｘ＝０．０８に対してΔＲｙ＝０．０４で約２倍であるためにｙ値が下がった効果が大きく、良好な色度(深い赤色)が得られたように感じられる。赤色映像光としては、Ｒｘが０．６０以上となることが望ましいので、青色映像光の混合率は３％混色以下にする必要があり、望ましくは２％以下とすると良い。
【００４１】
この時、３色を混合して得られた白色光束においては、上述したように、赤色映像信号で変調された青色光束を赤色映像光に混色すると、ｙ値が下がった良好な色度(深い赤色)を得ることができる。よって、従来技術においては赤色光束として使用出来なかった黄色成分を利用しても、ｙ値が高いオレンジ色光となることはない。すなわち、本発明では黄色成分が使用できるので、色バランスの向上と高い光束量(高輝度)の両立が可能となる。
【００４２】
上記した本発明の照明光学系においては、下記表３に示すように明るさは従来比で５％向上した。
【００４３】
【表３】

【００４４】
以上述べた本実施の形態の白色光束を赤色、青色、緑色光束に分離する場合のトリミングの方法について要点を下記に纏める。
【００４５】
赤色映像光の色度はダイクロイックミラー２０６の分光透過率特性とトリミングフィルタ２０８ｒの分光透過率特性により決まる。ダイクロイックミラー２０６の赤色領域の光に対する透過率の半値波長は、５７５〜５８５ｎｍ程度で従来同等である。そして、トリミングフィルタ２０８ｒの分光透過率特性として赤色領域の光に対する透過率の半値波長は図９に示すように５８５〜５９５ｎｍ程度とし、オレンジ色に近い成分を積極的にとり込み光束量を増やす。
【００４６】
更に、ローテータ２１０ｂ１の作用が青色のみＳ偏光をＰ偏光に変換するので、ＰＢＳ２０７ｇｂはＳ偏光である緑色領域の光を反射する特性を有しており、緑色領域の光に対する透過率の半値波長を短波長側では５１０〜５２５ｎｍ程度として青緑色成分を押さえ、また長波長側では逆にトリミングフィルタ２０８ｇの分光透過率特性として緑色領域の光に対する透過率の半値波長を５６５〜５７５ｎｍ程度とすることで黄緑色成分を増やして光束量を調整する。この結果、緑色成分の色度のｘ値は増加するが、赤色と緑色の混合色である肌色画像を再生する場合に青緑色成分が減少し変わりに黄色成分が入ることで、より自然な肌色再生が可能となる。
【００４７】
最後に青色光束は、ローテータ２１０ｂ１とトリミングフィルタ２０８ｂの特性により分光される。この時、透過率の長波長側の半値波長を、５００〜５２０ｎｍとする。一方、短波長側はＵＶカットフィルタ２２０の透過率の半値波長を４３０±３ｎｍ程度とすることで従来以上の信頼性が確保できる。
【００４８】
以上述べた本発明においては、以下に述べる作用により白色再生時の色温度を高く保ったままで良好な色バランスと高い光束量(高輝度)が実現できる。
【００４９】
青色映像再生時には青色に対応した青色用液晶パネルに青色映像信号が加わる。この時青色光束としては、従来技術より長波長側の光まで取り込むことで光束量を確保することができる。一方、緑色映像再生時には緑色に対応した緑色用液晶パネルに緑色映像信号が加わる。この時、従来技術において使用していた青色に近い領域(短波長側)の光は使用せず代わりに黄色に近い領域(長波長側)の光を使用して光束量のバランスを調整する。また、赤色用映像表示素子に入射する光束は従来技術において使用していた赤色に近い領域(長波長側)の光束だけでなく黄色に近い領域(短波長側)の光束も使用して光束量を稼ぐ。
【００５０】
赤色映像用として赤色光束に黄色成分まで取り込むと従来技術のままでは色度のｙ値が高いオレンジ色になるが、本願発明では青色光束量の数パーセントを予め赤色の光路に導いており、映像は青色成分により色度のｙ値が下げられるので、良好な赤色光束を得ることができる。図１２は標準色度図上における識別域を示すもので、波長５９０ｎｍ以上の赤色光領域においては色度のｘ値成分の変化がｙ値成分の変化に比べて感度が低く、すなわち同じ色として識別できる領域がｘ軸に沿って歪んだ楕円形状となっている。このためｘ値の変化はｙ値の変化に比べて分かり難いので、前述した解決技術により赤色再生時には明るくかつ良好な色度(深い赤色)が得られたように感じられる。また、３色を混合して得られた白色光束では従来使用出来なかった黄色成分が使用できるので色バランスと高い光束量(高輝度)が両立できる。また、本実施の形態では、偏光変換素子でＳ偏光に統一したがＰ偏光に統一してもよい。この場合の構成は、ローテータ２１０ｂ１を緑色用ローテータに置き換えればよい。
【００５１】
図４は、本発明による第２の実施の形態を示す投写型表示装置である。第１の実施の形態と異なる点は、１個のダイクロイックミラーと２個のＰＢＳを用いた点である。第１の実施の形態と動作が異なる照明光学系における色分離合成部について述べる。
【００５２】
白色光源２０１から放射された白色光束は、偏光変換素子２２１によって偏光状態をＳ偏光に統一され、ダイクロイックミラー２０６にて赤色光束を透過し、緑色光束と青色光束は反射される。
【００５３】
赤色光束は、１／２波長板２１２でＰ偏光に変換され、ＰＢＳ２０７ｗを透過し、トリミングフィルタ２０８ｒを経て、赤色用液晶パネル２０９ｒ上に照射される。入力映像信号に基づいて赤色光束は、赤色用液晶パネル２０９ｒでＰ偏光をＳ偏光に変換することによって赤色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｗを反射し、投写レンズ２１１に到達する。また変換されない赤色不要光は、Ｐ偏光のまま赤色用液晶パネル２０９ｒを反射するので、ＰＢＳ２０７ｗで透過する。
【００５４】
次にＳ偏光である緑色光束は、反射ミラー２２２で反射し、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射し、トリミングフィルタ２０８ｇを経て、緑色用液晶パネル２０９ｇに照射される。そして、このトリミングフィルタ２０８ｇの分光透過率特性により分光される。この時、透過率の長波長側の半値波長は５６０±３ｎｍ程度である。入力映像信号に基づいて緑色光束は、緑色用液晶パネル２０９ｇでＳ偏光をＰ偏光に変換することによって緑色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過し、ＰＢＳ２０７ｗを透過し、投写レンズ２１１に到達する。一方、変換されない緑色不要光は、Ｓ偏光のまま反射するので、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射する。
【００５５】
最後に、Ｓ偏光である青色光束は、反射ミラー２２２で反射し、ローテータ２１０ｂ１でＳ偏光がＰ偏光に変換され、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過し、トリミングフィルタ２０８ｂを経て青色用液晶パネル２０９ｂに照射される。入力映像信号に基づいて青色光束は、青色用液晶パネル２０９ｂでＰ偏光がＳ偏光に変換することによって青色有効光にされ、ＰＢＳ２０７ｇｂで反射し、２つ目のローテータ２１０ｂ２でＳ偏光をＰ偏光に変換し、ＰＢＳ２０７ｗを透過し、投写レンズ２１１に到達する。一方、青色不要光は、Ｐ偏光のまま反射するので、ＰＢＳ２０７ｇｂを透過する。
【００５６】
以上が照明光学系における色分離合成部の説明である。前述した技術手段により赤色、緑色、青色に分離された各色の光束はそれぞれに対応する液晶パネル２０９ｒ、２０９ｇ、２０９ｂに入射し、映像信号の振幅に合わせて出射する光束量を変調し、最終的に、ＰＢＳ２０７ｗにより合成し、投写レンズ２１１でスクリーン上に拡大投影する。ここで、先程と同様に、ダイクロイックミラー２０６には、緑色光束と青色光束も幾分赤色光束側に透過させて赤色光束に混入させる分光透過率特性を持たせており、トリミングフィルタ２０８ｒには黄色の輝線をカットする特性を持たせている。このように構成することによって、先程と同様な効果が得られる。また、本実施の形態では、偏光変換素子でＳ偏光に統一したがＰ偏光に統一してもよい。この場合の構成は、ローテータ２１０ｂ１を緑色用ローテータに置き換え、１／２波長板２１２を取り除けばよい。
【００５７】
本実施の形態では、白色光源からの白色光束を、赤色光束と緑色光束と青色光束の３色光束に色分離する際、赤色光束と緑色・青色光束に分離する場合について、赤色光束に青色光束を混入させる本発明を述べた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば青色光束と赤色・緑色光束に分離し、さらに赤色光束と緑色光束に分離する場合にも適用可能である。この場合には、青色光束と赤色・緑色光束に分光させるダイクロイックミラーに赤色・緑色の光路側に青色光束量の１〜５％を導く分光透過率特性を持たせ、赤色光束と緑色光束に分光させるダイクロイックミラーに緑色光束と赤色・青色光束に分光させる分光透過率特性を持たせればよい。また、従来より使用されているダイクロイックミラーは、白色光束を赤色光束と緑色・青色光束とに完全には分離できる機能を有するものではない。よって、分離後の赤色光束にも若干の緑色・青色光束が含まれることになるため、従来より使用されているダイクロイックミラーと本実施の形態で説明した赤色用トリミングフィルタを用いる場合においても、本発明に適用できることは明らかである。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、映像表示素子として反射型液晶パネルを用いたが、これに限定されるものではなく、光源からの光を映像信号に応じて光強度変調を行い画素毎の濃淡に変えた光学像を形成するものであればよく、例えば赤色、緑色、青色用の３板の微小反射鏡等を用いてもよいことはいうまでもない。なお、微小反射鏡を用いる場合には、偏光を利用しないので、映像表示素子の際に通常インテグレータ光学系と組合せて用いられる偏光変換素子は不要となる。
【００５９】
第３の実施の形態として、図１３に本発明の投写型表示装置を搭載した背面投写型表示装置を示す。図１３(ａ)は垂直方向断面図であり、図１３(ｂ)は正面図である。図１３において、投写型表示装置１１において得られる映像を投写用レンズ２１１により折り返しミラー１２を介してスクリーン１３上に拡大投写する構成となっている。１４は筐体、１５はバックカバーである。本実施の形態では、スクリーン１３の外形中心に対して投写レンズ２１１の光軸がほぼ一致する構成であり、画面周辺部でのフレネルレンズによる反射損失が四隅で均一となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明により高輝度表示を可能とする投写型表示装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の実施の形態である赤色用液晶パネルに導く青色の光束量を規定するトリミングフィルタとダイクロイックミラーの分光透過率特性図。
【図２】従来の赤色用液晶パネルに導く青色の光束量を規定するトリミングフィルタとダイクロイックミラーの分光透過率特性図。
【図３】本発明による第１の実施の形態である投写型表示装置として１個のダイクロイックミラーと３個のＰＢＳを用いた場合の構成図。
【図４】本発明による第２の実施の形態である投写型表示装置として１個のダイクロイックミラーと２個のＰＢＳを用いた場合の構成図。
【図５】一般的な超高圧水銀ランプの分光エネルギー分布を示す特性図。
【図６】人間の目の比視感度特性を示す特性図。
【図７】色分離光学系の反射膜特性を示す特性図。
【図８】色分離光学系の反射膜特性を示す特性図。
【図９】色分離光学系の反射膜特性を示す特性図。
【図１０】ＣＩＥ１９６４色度図と黒体軌跡を示す特性図。
【図１１】黒体軌跡を示す特性図。
【図１２】標準色度図上における識別域を示す図。
【図１３】本発明による第２の実施の形態である背面投写型表示装置を示す図。
【符号の説明】
２０１…白色光源、２０２…第１のフライアイレンズ、２０３…第２のフライアイレンズ、２０４…合焦レンズ、２０５…フィールドレンズ、２０６…ダイクロイックミラー、２０７ｒ…赤色用ＰＢＳ、２０７ｇｂ…緑青色用ＰＢＳ、２０７ｗ…白色用ＰＢＳ、２０８ｒ…赤色用トリミングフィルタ、２０８ｇ…緑色用トリミングフィルタ、２０８ｂ…青色用トリミングフィルタ、２０９ｒ…赤色用液晶パネル、２０９ｇ…緑色用液晶パネル、２０９ｂ…青色用液晶パネル、２１０ｂ１、２１０ｂ２…青色用ローテータ、２１１…投写レンズ、２１２…１／２波長板、２２０…ＵＶカットフィルタ、２２１…偏光変換素子、２２２…折返しミラー、１１…投写型表示装置、１２…折返しミラー、１３…透過型スクリーン、１４…筺体、１５…バックカバー。

Claims

光源ユニットからの白色光束を赤色、緑色及び青色の各色の光束に分離し、前記各色の映像表示素子に照射し映像信号の振幅により光学像を形成し、前記各色の映像表示素子から変調された光束をスクリーン上に投写して映像を表示する投写型表示装置であって、
前記白色光束を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた白色光束を１色と２色の光束に分離する第１の色分離ユニットと、
前記第１の色分離ユニットにより分離された２色の光束を更に分離する第２の色分離ユニットと、
前記第１の色分離ユニットと前記第２の色分離ユニットの何れか一方により色分離された赤色の光路上に配置したトリミングフィルタと、
前記第１の色分離ユニットと前記第２の色分離ユニットで分離した赤色、緑色及び青色の光束をそれぞれ映像信号の振幅により光学像に変調する各色の反射型映像表示素子と、
前記各色の反射型映像表示素子において光学像に変調された前記赤色、緑色及び青色の光束を合成する色合成ユニットと、
前記色合成ユニットで合成された光束を投写する投写ユニットとを有し、
前記第１の色分離ユニットで分離される光束のうちの赤色を含む光束には緑色と青色が混入され、前記トリミングフィルタは、赤色領域と青色領域を透過させ、緑色領域を抑圧する特性を有することを特徴とする投写型表示装置。
光源ユニットと、
前記光源ユニットからの白色光束を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた白色光束を赤色光束と緑色及び青色光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記緑色及び青色光束の分離と合成を行う第１の偏光ビームスプリッタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した赤色光束の光路上に配置したトリミングフィルタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した赤色光束に対して、偏光子又は検光子として作用する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した緑色光束、青色光束と、前記第２の偏光ビームスプリッタを介して照射される前記赤色光束とを、映像信号の振幅により光学像に変調する赤色用、緑色用、青色用の反射型映像表示素子と、
前記各色の反射型映像表示素子において光学像に変調された光束を合成する第３の偏光ビームスプリッタと、
前記第３の偏光ビームスプリッタで合成された光束を投写する投写レンズとを有し、
前記ダイクロイックミラーで分離された赤色光束には緑色と青色が混入され、前記トリミングフィルタは、少なくとも５２５ｎｍ以下と５８５ｎｍ以上の半値波長領域の光束を透過させることを特徴とする投写型表示装置。
光源ユニットと、
前記光源ユニットからの白色光束を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた白色光束を青色光束と赤色及び緑色光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記赤色及び緑色光束の分離と合成を行う第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した赤色光束の光路上に配置したトリミングフィルタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した青色光束に対して、偏光子又は検光子として作用する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した赤色光束、緑色光束と、前記第２の偏光ビームスプリッタを介して照射される前記青色光束とを、映像信号の振幅により光学像に変調する赤色用、緑色用、青色用の反射型映像表示素子と、
前記各色の反射型映像表示素子において光学像に変調された光束を合成する第３の偏光ビームスプリッタと、
前記第３の偏光ビームスプリッタで合成された光束を投写する投写レンズとを有し、
前記ダイクロイックミラーで分離された赤色及び緑色の光束には青色が混入され、前記トリミングフィルタは、少なくとも５２５ｎｍ以下と５８５ｎｍ以上の半値波長領域の光束を透過させることを特徴とする投写型表示装置。
光源ユニットと、
前記光源ユニットからの白色光束を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた白色光束を赤色光束と緑色及び青色光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記緑色及び青色光束の分離と合成を行う第１の偏光ビームスプリッタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した赤色光束の光路上に配置したトリミングフィルタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した赤色光束に対して偏光子又は検光子として作用し、且つ赤色、緑色及び青色の光束を合成する機能を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した緑色光束、青色光束と、前記第２の偏光ビームスプリッタを透過した前記赤色光束とを、映像信号の振幅により光学像に変調する赤色用、緑色用、青色用の反射型映像表示素子と、
前記第２の偏光ビームスプリッタで赤色、緑色及び青色の光束を合成した光束を投写する投写レンズとを有し、
前記ダイクロイックミラーで分離された赤色光束には緑色と青色が混入され、前記トリミングフィルタは、少なくとも５２５ｎｍ以下と５８５ｎｍ以上の半値波長領域の光束を透過させることを特徴とする投写型表示装置。
光源ユニットと、
前記光源ユニットからの白色光束を所定の偏光方向に揃える偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により所定の偏光方向に揃えられた白色光束を青色光束と赤色及び緑色光束に分離するダイクロイックミラーと、
前記赤色及び緑色光束の分離と合成を行う第１の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した赤色光束の光路上に配置したトリミングフィルタと、
前記ダイクロイックミラーで分離した青色光束に対して偏光子又は検光子として作用し、且つ赤色、緑色及び青色の光束を合成する機能を有する第２の偏光ビームスプリッタと、
前記第１の偏光ビームスプリッタで分離した赤色光束、緑色光束と、第２の偏光ビームスプリッタを透過した前記青色光束とを、映像信号の振幅により光学像に変調する赤色用、緑色用、青色用の反射型映像表示素子と、
前記第２の偏光ビームスプリッタで赤色、緑色及び青色の光束を合成した光束を投写する投写レンズとを有し、
前記ダイクロイックミラーで分離された赤色及び緑色の光束には青色が混入され、前記トリミングフィルタは、少なくとも５２５ｎｍ以下と５８５ｎｍ以上の半値波長領域の光束を透過させることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の投写型表示装置において、
前記光源ユニットは、赤色光領域の光エネルギーが緑色及び青色光領域の光エネルギーに対して少ないことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の投写型表示装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の投写型表示装置において、
前記光源ユニットは、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、メタルハロイドランプの何れかを用いることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の投写型表示装置において、
前記トリミングフィルタは、５１５ｎｍ以下と５８７ｎｍ以上の半値波長領域の光束を透過させることを特徴とする投写型表示装置。
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の投写型表示装置において、
前記偏光変換素子は、前記白色光束をＳ偏光に揃えることを特徴とする投写型表示装置。