JPH03109520A - Light source device for spectrally splitting white light beam into plural color - Google Patents
Light source device for spectrally splitting white light beam into plural colorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、白色光を複数色に分光する光源装置に関し、
たとえば液晶表示素子などのようなマトリクス形受動表
示素子を用いた投影形カラー画像表示装置用の光源装置
に好適に実施することができ、さらに特に、大画面の投
影形カラーテレビジョン受信機および情報表示などの装
置に適用することができる光源装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a light source device that separates white light into multiple colors;
For example, it can be suitably implemented in a light source device for a projection type color image display device using a matrix type passive display element such as a liquid crystal display element, and more particularly, in a large screen projection type color television receiver and an information display device. The present invention relates to a light source device that can be applied to devices such as displays.
従来の技術
まず、本発明の適用され得る投影形カラー画像表示装置
について説明゛する。本発明の適用され得る投影形カラ
ー画像表示装置で用いられる受動形表示素子とは、それ
自身は発光しないが、その透過率または反射率が駆動信
号によって変化し、別に設けられた光源からの光の強度
を変調することにより画像や文字を表示するものである
。この例には液晶表示素子、エレクトロミックデイスプ
レィ、ＰＬＺＴ （鉛、ランタン、ジルコン、チタンか
ら成る透光性セラミック）等の透光性セラミックを用い
た表示素子等があり、中でも液晶表示素子はポケッタブ
ルＴＶやワードプロセッサー等に広く利用されている。2. Description of the Related Art First, a projection color image display device to which the present invention can be applied will be described. A passive display element used in a projection color image display device to which the present invention can be applied does not emit light itself, but its transmittance or reflectance changes depending on a drive signal, and it emits light from a separately provided light source. Images and characters are displayed by modulating the intensity of the light. Examples of this include liquid crystal display elements, electromic displays, and display elements using translucent ceramics such as PLZT (a translucent ceramic made of lead, lanthanum, zircon, and titanium), among which liquid crystal display elements are portable. It is widely used in TVs, word processors, etc.
これらの用途では、画面の対角線が２″〜１０″ （単
位″はインチ）程度の比較的小形の表示素子が直視形で
用いられている。In these applications, a relatively small display element with a screen diagonal of about 2'' to 10'' (unit: inches) is used in direct view.
一方、４０″以上の大画面表示については、従来は、ブ
ラウン管に表示された画像をスクリーンに投影する方式
のいわゆる投影形ＴＶが用いられていたが、ブラウン管
に表示できる画像の明るさに限界があり、投影画面の拡
大率が大きくなる程、画面が暗くなるという欠点があっ
た。また、画面の対角線が数十インチ程度のものでも、
数十ｋｇの重さになるという欠点があった。On the other hand, for large screen displays of 40" or more, so-called projection TVs have been used that project the image displayed on a cathode ray tube onto a screen, but there is a limit to the brightness of the image that can be displayed on a cathode ray tube. However, the larger the magnification of the projection screen, the darker the screen becomes.Also, even if the diagonal of the screen is several tens of inches,
The drawback was that it weighed several tens of kilograms.
これに代わるものとして、液晶素子を用いた投影形ＴＶ
（テレビジョン受信機）の開発が行われており、既に市
販品が登場し始めている。液晶素子はそれ自身は発光し
ないので、別の光源を設ける必要があるが、原理的には
、その光源の明るさに応じて、いくらでも明るい画面を
表示できるという特長がある。また、同じ画面サイズの
ブラウン管方式の投影形ＴＶと比較して、格段に小形、
軽量になるという特長も併せ持つので、今後の発展が期
待されている。As an alternative to this, a projection TV using a liquid crystal element
(television receivers) are being developed, and commercial products have already begun to appear. Since the liquid crystal element itself does not emit light, it is necessary to provide a separate light source, but in principle, it has the advantage of being able to display a screen as bright as desired, depending on the brightness of the light source. In addition, it is much smaller than a CRT projection TV with the same screen size.
Since it also has the advantage of being lightweight, future development is expected.
このような液晶表示素子を用いた投影形カラー画像表示
方式には、液晶表示素子を１枚だけ用いる方式と３枚用
いる方式とがある。Projection type color image display systems using such liquid crystal display elements include a system that uses only one liquid crystal display element and a system that uses three liquid crystal display elements.
前者は直視形の液晶ＴＶと同様、モザイク状のカラーフ
ィルターを備えた液晶表示素子をスライド投影機に類似
した光学系によって投影するもので、たとえば特開昭５
９−２３０３８３に、この方式が開示されている。この
方式は、光学系の構成が簡単で、使用する液晶表示素子
も１枚なので小形の投影形システムに適している。しか
し、この方式では液晶表示素子に照射された光の約２／
３はカラーフィルターによって吸収される。たとえば赤
を表示する絵素には赤色のカラーフィルターが対応する
がこのカラーフィルターで緑および青の光は吸収される
。したがって、光源の光の１／３しか利用されず、後述
の液晶表示素子を３枚用いる方式で同じ光源を用いた場
合と比較して、画面は暗くなる。The former is similar to a direct-view LCD TV, in which a liquid crystal display element equipped with a mosaic color filter is projected using an optical system similar to a slide projector.
This method is disclosed in No. 9-230383. This method is suitable for small projection systems because the optical system has a simple configuration and only one liquid crystal display element is used. However, with this method, approximately 2/2 of the light irradiated to the liquid crystal display element
3 is absorbed by the color filter. For example, a picture element that displays red is associated with a red color filter, which absorbs green and blue light. Therefore, only 1/3 of the light from the light source is used, and the screen becomes darker than when the same light source is used in a system using three liquid crystal display elements, which will be described later.
一方、後者の液晶表示素子を３枚用いる方式では、赤、
緑、青の３原色それぞれの色光を発生し、その色光を制
御して画像を形成する表示素子とをそれぞれ独立に設け
、各色の画像を光学的に重ね合わせてフルカラー表示を
行う、赤、緑、青それぞれの色光の発生源として個別の
光源とカラーフィルターを用いた例が特開昭６０−３２
９１に開示されているが、単一の白色光源の光をダイク
ロイックミラーにより赤、緑、青の３原色の色光に分光
し、それぞれの色光をその色に対応する液晶表示素子に
照射することも可能であり、この例は特開昭６０−１７
９７２３に開示されている。ここで′用いるダイクロイ
ックミラーは、ガラス等の透明基板上に、ある波長域の
光だけを選択的に反射または透過するように周知の薄膜
形成技術により多層膜を形成したもの、あるいはカラー
ＴＶ用の撮像機に用いられるダイクロイックプリズムの
ように、プリズムの表面に波長選択用の多層膜を形成し
たものを組合わせたものである６先行技術に関する以下
の説明では、両者を含めて単にダイクロイックミラーと
称する。白色光源としては、ハロゲンランプ、キセノン
ランプ、メタルハライドランプなどが用いられる。その
発光スペクトルは連続スペクトルであっても、輝線スペ
クトルであっても良い。On the other hand, in the latter method using three liquid crystal display elements, red,
Red and green display elements that generate color light for each of the three primary colors of green and blue, and display elements that control the color light to form an image are provided independently, and the images of each color are optically superimposed to display full color. , an example of using separate light sources and color filters as sources of blue color light is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-32.
91, it is also possible to split the light from a single white light source into three primary color lights of red, green, and blue using a dichroic mirror, and to irradiate each color light to a liquid crystal display element corresponding to the color. It is possible, and this example is published in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-17
No. 9723. The dichroic mirror used here is one in which a multilayer film is formed on a transparent substrate such as glass using a well-known thin film formation technique to selectively reflect or transmit only light in a certain wavelength range, or a dichroic mirror for color TV. Like a dichroic prism used in an imaging device, it is a combination of prisms with a multilayer film for wavelength selection formed on the surface of the prism.6 In the following explanation of the prior art, both types will be simply referred to as dichroic mirrors. . As the white light source, a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, etc. are used. The emission spectrum may be a continuous spectrum or an emission line spectrum.
各表示素子により形成された画像は投影レンズにてスク
リーンに投影されるが、スクリーンに対してどちら側か
ら見るかによって２つに分類される。１つは、反射形ス
クリーンを用い投影する側から見るフロントプロジェク
ション方式であり、もう一方は、半透明のスクリーンを
用い投影する側の反対側から見るリアプロジェクション
方式である。Images formed by each display element are projected onto a screen by a projection lens, and are classified into two types depending on which side of the screen they are viewed from. One is a front projection method that uses a reflective screen and is viewed from the projection side, and the other is a rear projection method that uses a translucent screen and is viewed from the opposite side to the projection side.
リアプロジェクション方式では、投影部とスクリーンと
が１つのケースに収められるので、投影レンズとスクリ
ーンの位置関係は固定されている。In the rear projection method, the projection unit and the screen are housed in one case, so the positional relationship between the projection lens and the screen is fixed.
フロントプロジェクション方式では、建物に作り付けに
する場合のように投影レンズとスクリーンの位置関係が
固定される場合と、スライドプロジェクタ−のように投
影部とスクリーンが分離された可搬形とに分けられる。Front projection systems can be divided into two types: cases where the positional relationship between the projection lens and screen is fixed, such as when built into a building, and portable types where the projection unit and screen are separated, such as a slide projector.
投影レンズとスクリーンの位置関係が固定される場合、
投影レンズのピントは生産時に一度合わせてしまえば、
後から調整する必要はないので、３原色の各表示素子に
それぞれ投影レンズを設け、直接スクリーン上で３原色
の画像を合成することができる。この例は特開昭６１−
１６７２９７に開示されている。これにひきかえ、投影
部とスクリーンが分離された可搬形では、投影部とスク
リーンの位置関係が一定ではないので、前述のように３
原色の各表示素子にそれぞれ投影レンズを設けてスクリ
ーン上で３原色の画像を合成する方式では、ユーザーが
使用の都度ピント合わせと画面の重ね合わせを調節しな
ければならず、多大の負担をかけることになる。When the positional relationship between the projection lens and the screen is fixed,
Once the projection lens is focused during production,
Since there is no need to make adjustments later, it is possible to provide a projection lens for each display element for each of the three primary colors and to directly synthesize images of the three primary colors on the screen. This example is JP-A-61-
No. 167297. On the other hand, in a portable type where the projection unit and screen are separated, the positional relationship between the projection unit and the screen is not constant, so as mentioned above, the
In a method in which each primary color display element is equipped with a projection lens to synthesize an image of the three primary colors on a screen, the user must adjust the focus and overlay of the screen each time it is used, which places a large burden on the user. It turns out.
これを避けるためには、３原色の各表示素子を透過した
光を投影部の中で合成し、共通の投影レンズでスクリー
ンに投影する方式が用いられる。この場合にはユーザー
は、１つの投影レンズのピントを合わせるだけでよい、
この例は前述の特開昭６０−３２９１に開示されている
。In order to avoid this, a method is used in which the lights transmitted through the display elements of the three primary colors are combined in a projection section and projected onto a screen using a common projection lens. In this case, the user only needs to focus one projection lens.
This example is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 60-3291.
以上が受動形表示素子を用いた投影形カラー画像表示装
置の概要である。The above is an overview of a projection color image display device using passive display elements.
本発明は、以上のように受動形表示素子を用いた投影形
カラー画像表示装置の中でも、３枚の表示素子を用いた
投影形カラー画像表示装置に適用され得る。このような
投影形画像表示装置では、単一の白色光源の光を赤、緑
、青の３原色の色光に分光して光源とするほうが、消費
電力や発熱量の点で有利である。先行技術を第８図に示
す、この第８図において、光源１からの白色光は、コン
デンサレンズ３から平面グイクロイックミラー２ｂｌ、
２ｂ２，２ｒｌ、２ｒ２を介して導かれ、また反射鏡５
，６．７が設けられ、各色毎の液晶表示素子９ｒ、９ｇ
、９ｂが設けられる。投影レンズ７からの光はスクリー
ンなどに投影される。The present invention can be applied to a projection color image display device using three display elements among the projection color image display devices using passive display elements as described above. In such a projection type image display device, it is advantageous in terms of power consumption and heat generation to use a light source that separates the light from a single white light source into three primary colors of red, green, and blue. The prior art is shown in FIG. 8. In FIG. 8, white light from a light source 1 is transmitted from a condenser lens 3 to a planar gicroic mirror 2bl,
2b2, 2rl, 2r2, and a reflecting mirror 5.
, 6.7 are provided, and liquid crystal display elements 9r and 9g for each color are provided.
, 9b are provided. The light from the projection lens 7 is projected onto a screen or the like.
平面グイクロイックミラー２ｂｌ、２ｂ２は、青の波長
帯を選択的に反射し、平面グイクロイックミラー２ｒｌ
、２ｒ２は、赤の波長帯を選択的に反射する。The plane guichroic mirrors 2bl and 2b2 selectively reflect the blue wavelength band, and the plane guichroic mirror 2rl
, 2r2 selectively reflect the red wavelength band.
この第８図の方式では、コンデンサレンズと表示素子の
間に表示素子の画面と同程度の大きさのグイクロイック
ミラーを約４５°の角度で２枚挿入するために光源と表
示素子との間隔を短くすることが困難である。そのため
光源の平行度が悪いと光が表示素子に到達するまでに発
散してしまい、有効に利用される光量が少なくなってし
まうという問題点を有している。In the method shown in Fig. 8, two gicroic mirrors of the same size as the screen of the display element are inserted between the condenser lens and the display element at an angle of approximately 45°, so that the light source and the display element are connected. It is difficult to shorten the interval. Therefore, if the parallelism of the light source is poor, the light will diverge before reaching the display element, resulting in a problem in that the amount of light that can be used effectively will be reduced.
また第８図の方式では、グイクロイックミラーは入射角
４５゛付近で使用されるが、この場合は垂直入射の場合
に比べて分光特性の入射依存角依存性が大きく、光源の
平行度が悪いと画面内の色むら（ホワイトバランスのむ
ら）が生じ易いという問題点も有してと）る。In addition, in the method shown in Figure 8, the guichroic mirror is used at an incident angle of around 45°, but in this case, the spectral characteristics depend more on the angle of incidence than in the case of normal incidence, and the parallelism of the light source is If it is bad, there is also the problem that color unevenness (white balance unevenness) is likely to occur on the screen.
この対策として、特開昭６１−９９１１８には単一の白
色光源の光を赤、緑、青の３原色の色光に分光する手段
および各表示素子によって形成された３原色の画像を合
成する手段として直交Ｘ形に配置されたグイクロイック
ミラーをそれぞれ使用することが開示されている。なお
、直交Ｘ形に配置されたグイクロイックミラーを使用し
た光学装置としては、特開昭５０−１００１９にて「原
色発光する３本の受像管の像を直交Ｘ型に配置されたグ
イクロイックミラーにより光学的に合成する投影型テレ
ビジョン受像機」が開示されている。As a countermeasure to this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 61-99118 discloses a means for splitting light from a single white light source into three primary color lights of red, green, and blue, and a means for synthesizing images of the three primary colors formed by each display element. It is disclosed to use guichroic mirrors arranged in an orthogonal X-shape, respectively. In addition, as an optical device using guichroic mirrors arranged in an orthogonal A projection type television receiver that optically synthesizes images using a Loic mirror is disclosed.
しかしながら、この直交Ｘ形に配置されたグイクロイッ
クミラーは、本来１枚であるべきグイクロイツクミラー
を２分割したもの２組をＸ形に組合わせたものなので、
継目のところで分光特性や反射角の不連続性が生じ易く
、これにより表示画面に継目が入り、表示品位が低下す
るという問題点を有している。However, this Gikroic mirror arranged in an orthogonal X shape is made by dividing the Gikroic mirror, which should have been one piece, into two and combining them into an X shape.
Discontinuities in spectral characteristics and reflection angles tend to occur at the seams, which causes seams to appear on the display screen, resulting in a problem of deterioration of display quality.
発明が解決しようとする課題
本発明は、コンパクトな構成で、光源の光の利用率が高
くなるようにした白色光を複数色に分光する光源装置を
提供することである。Problems to be Solved by the Invention An object of the present invention is to provide a light source device that has a compact configuration and that separates white light into a plurality of colors, increasing the utilization rate of light from the light source.
課題を解決するための手段
本発明は、白色光源と、
可視光の一部の波長領域を選択的に透過し、他の波長領
域の光を反射し、前記白色光源に関して対向するように
配置され、透過波長領域が相互に異なるように選択され
ている少なくとも２つのダイクロイックミラーと、
前記ダイクロイックミラーとそれぞれ組合わされるコン
デンサレンズとを含み、
前記ダイクロイックミラーで反射された光が前記白色光
源に戻るように構成されることを特徴とする白色光を複
数色に分光する光源装置である。Means for Solving the Problems The present invention includes a white light source, a light source that selectively transmits visible light in a part of the wavelength range, reflects light in other wavelength ranges, and is arranged to face the white light source. , at least two dichroic mirrors whose transmission wavelength ranges are selected to be different from each other, and condenser lenses respectively combined with the dichroic mirrors, so that the light reflected by the dichroic mirrors returns to the white light source. This is a light source device that separates white light into multiple colors.
また本発明は、前記ダイクロイックミラーは球面状に形
成され、
前記コンデンサレンズは前記ダイクロイックミラーに関
して前記白色光源から遠ざかった位置に配置されること
を特徴とする白色光を複数色に分光する光源装置である
。Further, the present invention provides a light source device for separating white light into a plurality of colors, wherein the dichroic mirror is formed in a spherical shape, and the condenser lens is disposed at a position distant from the white light source with respect to the dichroic mirror. be.
さらに本発明は、前記コンデンサレンズの前記白色光源
側の表面が球面状であって、その球面状の表面に前記ダ
イクロイックミラーが形成されることを特徴とする白色
光を複数色に分光する光源装置である。Further, the present invention provides a light source device for separating white light into a plurality of colors, wherein the surface of the condenser lens on the white light source side is spherical, and the dichroic mirror is formed on the spherical surface. It is.
さらに本発明は、前記ダイクロイックミラーを前記コン
デンサレンズよりも前記白色光源から遠ざかった位置に
配置し、
前記ダイクロイックミラーは前記コンデンサレンズの光
軸に垂直な平板状に形成されることを特徴とする白色光
を複数色に分光する光源装置である。Further, in the present invention, the dichroic mirror is arranged at a position farther from the white light source than the condenser lens, and the dichroic mirror is formed in a flat plate shape perpendicular to the optical axis of the condenser lens. This is a light source device that separates light into multiple colors.
作 用
本発明に従えば、白色光源に関して、少なくとも２つの
ダイクロイックミラーが対向して配置される。各ダイク
ロイックミラーは可視光の一部の波長領域の光を選択的
に透過し、他の波長領域の光を反射する。反射された光
が白色光源に戻るように構成されているので、さらに反
射光は対向するダイクロイックミラーに導かれる。この
ようにして白色光源の利用率を向上することができる。Function According to the present invention, at least two dichroic mirrors are arranged facing each other with respect to the white light source. Each dichroic mirror selectively transmits light in a certain wavelength range of visible light and reflects light in other wavelength ranges. Since the reflected light is configured to return to the white light source, the reflected light is further guided to the opposing dichroic mirror. In this way, the utilization rate of the white light source can be improved.
ダイクロイックミラーは対をなし、これらは相互に分光
して透過する波長領域がずれており、換言すると、波長
領域が間隔をあけて分離しており、あるいはまた波長領
域が部分的に重なっており、こうして対をなすダイクロ
イックミラーにおける上述の白色光源の利用率を向上す
ることができ、しかもその白色光を各ダイクロイックミ
ラー毎に複数色に分光することができる。Dichroic mirrors form a pair, and the wavelength ranges that they separate and transmit are shifted from each other. In other words, the wavelength ranges are separated at intervals, or the wavelength ranges partially overlap. In this way, the utilization rate of the above-mentioned white light source in the pair of dichroic mirrors can be improved, and moreover, the white light can be separated into a plurality of colors for each dichroic mirror.
またこのような構成は、小形化が可能である。Further, such a configuration can be downsized.
特に本発明に従えば、ダイクロイックミラーを球面状に
形成し、このダイクロイックミラーに関して白色光源か
ら遠ざかった位置にコンデンサレンズを配置する。した
がって、白色光源からの白色光は、前記ダイクロイック
ミラー相互間で複数色に分光され、各色毎に配置された
コンデンサレンズによって平行光となる。In particular, according to the present invention, the dichroic mirror is formed into a spherical shape, and the condenser lens is placed at a position remote from the white light source with respect to the dichroic mirror. Therefore, white light from a white light source is separated into a plurality of colors between the dichroic mirrors, and becomes parallel light by a condenser lens arranged for each color.
さらに本発明に従えば、コンデンサレンズの白色光源側
の表面を球面状に形成し、ダイクロイックミラーをこの
表面上に形成する。したがって、白色光源からダイクロ
イックミラーによって複数色に分光された光は、直ちに
コンデンサレンズに入射し、平行光となる。Furthermore, according to the present invention, the surface of the condenser lens on the white light source side is formed into a spherical shape, and the dichroic mirror is formed on this surface. Therefore, the light from the white light source that is separated into multiple colors by the dichroic mirror immediately enters the condenser lens and becomes parallel light.
さらに本発明に従えば、平板状のダイクロイックミラー
をコンデンサレンズに関し白色光源から遠ざかった位置
でコンデンサレンズの光軸に垂直に配置する。したがっ
て、白色光源からの白色光は、コンデンサレンズによっ
て平行光となってからダイクロイックミラーに入射する
。ダイクロイックミラーを透過する光は、平行光として
直進する。ダイクロイックミラーによって反射される光
は平行光として逆進し、前記コンデンサレンズによって
前記白色光源に戻される。Furthermore, according to the present invention, a flat dichroic mirror is arranged perpendicular to the optical axis of the condenser lens at a position remote from the white light source with respect to the condenser lens. Therefore, the white light from the white light source is converted into parallel light by the condenser lens and then enters the dichroic mirror. The light that passes through the dichroic mirror travels straight as parallel light. The light reflected by the dichroic mirror travels back as parallel light and is returned to the white light source by the condenser lens.
実施例
第１図は、本発明の一実施例の簡略化した断面図である
。この光源装置１０は、第２図〜第４図に示される投影
形カラー画像表示装置１１のために実施することができ
る。白色光の光源１２は、ハロゲンランプ、キセノンラ
ンプおよびメタルハライドランプなどによって実現され
、実質上点光源であり、しかも少なくとも第１図の左右
方向と上下方向に光を出射するようになっている。ダイ
クロイックミラー１３Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂは、赤、緑お
よび青の各波長帯を選択的に透過し、それ以外の可視光
は反射する。各波長帯は相互に部分的に重なっていても
よい、これらのダイクロイックミラー１３Ｒ，１３Ｇ、
１３Ｂは白色光源１２の点光源としての点１４を中心と
する球面状に形成される。このようなダイクロイックミ
ラーは、屈折率の異なる複数の誘電体薄膜の干渉を利用
したバンドパスまたはバンド反射のフィルタである。Embodiment FIG. 1 is a simplified cross-sectional view of one embodiment of the present invention. This light source device 10 can be implemented for a projection color image display device 11 shown in FIGS. 2-4. The white light source 12 is realized by a halogen lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like, and is substantially a point light source, and emits light at least in the horizontal and vertical directions in FIG. Dichroic mirrors 13R, 13G, and 13B selectively transmit red, green, and blue wavelength bands, and reflect other visible light. These dichroic mirrors 13R, 13G, whose wavelength bands may partially overlap each other,
13B is formed into a spherical shape with the point 14 as a point light source of the white light source 12 as the center. Such a dichroic mirror is a bandpass or band reflection filter that utilizes interference between a plurality of dielectric thin films having different refractive indexes.
このようなダイクロイックミラーは、色分解を行う多層
薄膜を、上述のように有しており、その膜構成としては
、高屈折率膜と低屈折率膜を、基準波長の１／４の整数
倍の膜厚を基本として、交互に積層して構成され、この
ように交互に積層することによって、透過帯と反射帯と
を有する膜特性が得られる。ダイクロイックミラー１３
Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂは１点１４に関して点対称に配置さ
れる。もう１つのダイクロイックミラー１３Ｇと球面状
の反射鏡１３とは、点１４に関して点対称に配置される
。Such a dichroic mirror has a multilayer thin film that performs color separation, as described above, and its film structure consists of a high refractive index film and a low refractive index film, each separated by an integral multiple of 1/4 of the reference wavelength. The film is constructed by alternately stacking layers based on the film thickness of , and by stacking the layers alternately in this way, a film characteristic having a transmission band and a reflection band can be obtained. dichroic mirror 13
R, 13G, and 13B are arranged symmetrically with respect to one point 14. The other dichroic mirror 13G and the spherical reflecting mirror 13 are arranged symmetrically with respect to the point 14.
赤のダイクロイックミラー１３Ｒは、約５９０ｎｍより
も長波長、青のダイクロイックミラー１３Ｂは約５００
ｎｍよりも雉波長の可視光を透過し、緑のダイクロイッ
クミラー１３Ｇは約５９０〜５００ｎｍの範囲を透過す
るように、多層薄膜コーティング技術によって多層薄膜
の条件が設定される０反射鏡１３は、緑のダイクロイッ
クミラー１３Ｇのために緑の光を反射すればよく、他の
波長域の光については、反射しなくてもよい、光源１２
は反射鏡１３によって反射された光をダイクロイックミ
ラー１３Ｇに透過することができるように構成されてい
る１点１４は、白色光源１２の発光部である。平行光を
得るために、コンデンサレンズ１５，１６．１７がダイ
クロイックミラー１３Ｒ１３Ｇ、１３Ｂにそれぞれ対応
して配置される。The red dichroic mirror 13R has a wavelength longer than about 590 nm, and the blue dichroic mirror 13B has a wavelength longer than about 500 nm.
The green dichroic mirror 13 has multilayer thin film conditions set by multilayer thin film coating technology so that it transmits visible light with a pheasant wavelength rather than 500 nm, and the green dichroic mirror 13G transmits light in the range of approximately 590 to 500 nm. The light source 12 only needs to reflect green light due to the dichroic mirror 13G of the light source 12, and does not need to reflect light in other wavelength ranges.
A point 14, which is configured so that the light reflected by the reflecting mirror 13 can be transmitted to the dichroic mirror 13G, is a light emitting part of the white light source 12. In order to obtain parallel light, condenser lenses 15, 16, and 17 are arranged corresponding to dichroic mirrors 13R13G and 13B, respectively.
このような構成によれば、光源１２からダイクロイック
ミラー１３Ｒに向かった光のうち、赤の成分Ｒ透過する
が、他の成分は反射されて逆戻りし、光源１２を通り抜
けて、青のダイクロイ・７クミラー１３Ｂに向かう、こ
のうちで青の成分は初めからダイクロイックミラー１３
Ｂに向かった光とともに、これを通過する。他の色光成
分についても同様である。このようにして単一の白色光
源１２の光は、３色の色光である赤の成分Ｒと、緑の成
分Ｇと青の成分Ｂとに分離されて、３方向に放射状に取
出される。これらの色の光は、コンデンサレンズ１５．
１６．１７によって平行光線にされる。なお、第１図で
は、コンデンサレンズとして各１枚の平凸レンズを図示
したが、受光角を大きく取る場合には、複数枚の凸レン
ズあるいは非球面レンズが用いられる。According to such a configuration, among the light directed from the light source 12 to the dichroic mirror 13R, the red component R is transmitted, but the other components are reflected and go back, pass through the light source 12, and pass through the blue dichroic mirror 7. The blue component is directed to dichroic mirror 13B from the beginning.
It passes through this along with the light heading towards B. The same applies to other color light components. In this way, the light from the single white light source 12 is separated into three colored lights, namely a red component R, a green component G, and a blue component B, and is extracted radially in three directions. These colored lights are passed through a condenser lens 15.
16. It is made into parallel rays by 17. In addition, in FIG. 1, one plano-convex lens is shown as each condenser lens, but if a large acceptance angle is to be obtained, a plurality of convex lenses or aspheric lenses are used.
このような実施例では、次のような利点が生まれる。第
１の利点は、前述の第８図の先行技術では、表示素子と
同程度め大きさのダイクロイックミラーを用いなければ
ならなかったが、上述の実施例では、球面状のダイクロ
イックミラー１３Ｒ１１３Ｇ、１３Ｂは、コンデンサレ
ンズ１５，１６゜１７の受光角をカバーすれば、その大
きさは小さくてもよい、もう１つの利点は、各色光の波
長スペクトルを、各ダイクロイックミラー１３Ｒ，１３
Ｇ、１３Ｂ毎に独立に設定することができるということ
である。第８図の従来の光学系では、白色光から赤と青
の色光を分離し、その残りが緑の色光となるので、赤と
青の色光のスペクトルを決めると、緑の色光のスペクト
ルは自動的に決められてしまう、ところが第１図の構成
では、３種のダイクロイックミラー１３Ｒ，１３Ｇ、１
３Ｂの波長選択性は独立に決めることができるので、３
色の色光のスペクトルが少しずつオーバラップするよう
に設定することが可能であり、このようにすると、表示
画像の色再現範囲、彩度（すなわち色純度）が多少犠牲
になるが、明るさを増すことが可能となる。Such an embodiment provides the following advantages. The first advantage is that in the prior art shown in FIG. 8, a dichroic mirror of approximately the same size as the display element had to be used; The size can be small as long as it covers the acceptance angle of the condenser lenses 15, 16° 17. Another advantage is that the wavelength spectrum of each color light can be transmitted to each dichroic mirror 13R, 13
This means that it can be set independently for each G and 13B. In the conventional optical system shown in Figure 8, the red and blue colored lights are separated from the white light, and the remainder becomes green colored light, so once the spectra of the red and blue colored lights are determined, the spectrum of the green colored light is automatically determined. However, in the configuration shown in FIG. 1, three types of dichroic mirrors 13R, 13G, 1
Since the wavelength selectivity of 3B can be determined independently,
It is possible to set the color light spectra of colors to overlap little by little, and in this way, the color reproduction range and saturation (i.e. color purity) of the displayed image will be sacrificed to some extent, but the brightness will be increased. It is possible to increase.
第２図は第１図に示される光源装置１０を用いる投影形
画像表示装置１１の平面図であり、第３図はその画像表
示装置１１の正面図であり、第４図は第２図に示される
画像表示装置の右側面図である。これらの図面を参照し
て、液晶表示素子１８．１９．２０にはコンデンサレン
ズ１５，１６゜１７を介する各色の成分Ｒ，Ｇ、Ｂが透
過され、直角プリズム２２，２３．２４に反射され、直
交Ｘ形ダイクロイックミラーまたはプリズム２６によっ
て合成され、投影レンズ２７によってスクリーンに投影
される。プリズム２２，２３．２４の代わりにそれぞれ
１＃ｌの平面鏡を用いてもよい６なお液晶表示素子１８
．１９．２０は、直角プリズム２２，２３．２４の光経
路の途中または光出口に設けてもよい。また投影レンズ
２７の口径を小さくするために、表示素子１８，１９．
２０の直近にそれぞれフィールドレンズまたはリレーレ
ンズを置いて、表示素子１８，１９．２０を通過した光
を収束してもよい。FIG. 2 is a plan view of a projection type image display device 11 using the light source device 10 shown in FIG. 1, FIG. 3 is a front view of the image display device 11, and FIG. FIG. 2 is a right side view of the image display device shown. Referring to these drawings, the components R, G, and B of each color are transmitted through the liquid crystal display elements 18, 19, and 20 through the condenser lenses 15, 16, and 17, and are reflected by the right-angle prisms 22, 23, and 24. The images are combined by an orthogonal X-shaped dichroic mirror or prism 26 and projected onto a screen by a projection lens 27. 1#l plane mirrors may be used in place of the prisms 22, 23, and 24, respectively.6 Note that the liquid crystal display element 18
．． 19.20 may be provided in the middle of the optical path of the right angle prisms 22, 23.24 or at the light exit. Furthermore, in order to reduce the aperture of the projection lens 27, the display elements 18, 19 .
A field lens or a relay lens may be placed in the vicinity of each of the display elements 18, 19, and 20 to converge the light that has passed through the display elements 18, 19, and 20.
赤のダイクロイックミラー１３Ｒと青のダイクロイック
ミラー１３Ｂとを光源１２の両側に対向して配置するこ
とによって、これらの光の通過波長域がずれているので
、このような組合わせによって、希望する赤および青の
成分Ｒ，Ｂを上首尾に取出すことができる。By arranging the red dichroic mirror 13R and the blue dichroic mirror 13B facing each other on both sides of the light source 12, the wavelength ranges through which these lights pass are shifted. Blue components R and B can be successfully extracted.
上述の実施例によれば、投影形カラー画像表示装置では
、赤、緑、青の各波長帯を選択的に通過する３枚のダイ
クロイックミラー１３Ｒ，１３Ｇ。According to the embodiment described above, the projection color image display device includes three dichroic mirrors 13R and 13G that selectively pass red, green, and blue wavelength bands.
１３Ｂを、白色光源１２の発光部である点１４を中心と
する球面上に形成し、さらにそのダイクロイックミラー
１３Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂの３枚の中の２枚１３Ｒ，１３
Ｂが、白色光源１２の両側で互いに向合うように配置す
ることによって、光源１２の光を有効に利用し、明るい
投影画像を表示することができる。このようにしてコン
パクトで有効に利用することができる光量が多く、画面
の明るい投影形カラー画像表示装置を得ることができる
。13B is formed on a spherical surface centered on a point 14 which is the light emitting part of the white light source 12, and two of the three dichroic mirrors 13R, 13G, 13B are
By arranging the LEDs B so as to face each other on both sides of the white light source 12, the light from the light source 12 can be used effectively and a bright projected image can be displayed. In this way, it is possible to obtain a projection type color image display device that is compact, has a large amount of light that can be effectively utilized, and has a bright screen.
第５図は、本発明の他の実施例の簡略化した断面図であ
る０本実施例では、コンデンサレンズ１５．１６．１７
の光源側の表面を球面とし、この表面上にダイクロイッ
クミラー１３Ｒ，１３Ｇ。FIG. 5 is a simplified cross-sectional view of another embodiment of the invention. In this embodiment, the condenser lens 15, 16, 17
The surface on the light source side is a spherical surface, and dichroic mirrors 13R and 13G are placed on this surface.
１３Ｂを形成する。コンデンサレンズ１５，１６゜１７
の他方の面を回転楕円面とし、その焦点の１つとダイク
ロイックミラー１３Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂが形成されてい
る球面の中心を一致させると、周知の無収差レンズとな
り、球面の中心に白色光源１２を配置すると平行光が得
られる。13B is formed. Condenser lens 15, 16° 17
If the other surface of the ellipsoid of revolution is made to coincide with the center of the spherical surface on which the dichroic mirrors 13R, 13G, and 13B are formed, it becomes a well-known aberration-free lens, and the white light source 12 is placed at the center of the spherical surface. When placed, parallel light can be obtained.
第１図に関連する実施例と同様、それぞれ赤、緑、青の
波長域を選択的に透過するダイクロイックミラー１３Ｒ
，１３Ｇ、１３Ｂが形成されたコンデンサレンズ１５，
１６．１７を白色光源１２を中心として対称的に配置す
る。なお、緑の波長域を透過するダイクロイックミラー
１３Ｇの反対側には球面ミラー１３を配置する。Similar to the embodiment related to FIG. 1, the dichroic mirror 13R selectively transmits red, green, and blue wavelength regions.
, 13G, 13B are formed on the condenser lens 15,
16 and 17 are arranged symmetrically with the white light source 12 at the center. Note that the spherical mirror 13 is placed on the opposite side of the dichroic mirror 13G that transmits the green wavelength range.
動作原理は、第１図に関連する実施例と同様である。The operating principle is similar to the embodiment related to FIG.
第６図は、本発明のさらに他の実ｌｌ１ｒ！ｇの簡略化
した断面図である９本実施例ではダイクロイックミラー
１３Ｒ，１３Ｇ、１３Ｂと、白色光源１２の間にコンデ
ンサレンズ１５，１６．１７を配置する。FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention! In this embodiment, condenser lenses 15, 16, and 17 are arranged between the dichroic mirrors 13R, 13G, and 13B and the white light source 12.
白色光源１２から出た発散光は、コンデンサレンズ１５
，１６．１７によってそれぞれ平行光に変換されてから
、光軸に垂直に配置された平板状のダイクロイックミラ
ー１３Ｒ，’ １３Ｇ、１３Ｂに入射する。各ダイクロ
イックミラーに入射した光の成分の中で所望の波長域の
光が透過し、他の波長域の光は反射して入射経路を逆進
し、白色光源１２を通過して反対側に配置された他のコ
ンデンサレンズに入射し、さらに他のダイクロイックミ
ラーに入射してその方向に取出される波長域の光の強度
を強める。The diverging light emitted from the white light source 12 is passed through the condenser lens 15.
, 16, and 17, and then enter flat dichroic mirrors 13R, 13G, and 13B arranged perpendicular to the optical axis. Among the light components incident on each dichroic mirror, light in a desired wavelength range is transmitted, and light in other wavelength ranges is reflected and travels backward along the incident path, passing through the white light source 12 and placed on the opposite side. The light is incident on another condenser lens, which is then incident on another dichroic mirror, and the intensity of the light in the wavelength range that is extracted in that direction is increased.
第５図および第６図に関連する実施例についても第１図
に関連する実施例と同様、第２図〜第４図に示したよう
な投影形画像表示装置の光源部として用いることができ
る。The embodiments related to FIGS. 5 and 6 can also be used as a light source section of a projection type image display device as shown in FIGS. 2 to 4, similarly to the embodiments related to FIG. 1. .
第７図は、本発明のさらに他の実施例の簡略化した断面
図である。本実施例では、第７図の紙面を含む一平面内
に、白色光を３原色に分光する部分の光軸と、３原色の
画像を合成する部分の光軸とが存在する。白色光を３原
色に分光する部分は、白色光源１２、コンデンサレンズ
１５，１６，１７、反射鏡１３、ダイクロイックミラー
１３Ｒ１１３Ｇ、１３Ｂ、表示素子１８，１９．２０を
含み、３原色の画像を合成する部分は、２組の平面鏡２
２．２２ａ；２４，２４ａ、２つのリレーレンズ２８，
２９．直交Ｘ形ダイクロイックミラーまたはプリズム２
６、投影レンズ２７を含む。リレーレンズ２８．２９は
、白色光源１２からの光路長の違いを補償し、各色光の
照度がアンバランスになることを防止するために挿入さ
れる。FIG. 7 is a simplified cross-sectional view of yet another embodiment of the invention. In this embodiment, an optical axis of a portion that separates white light into three primary colors and an optical axis of a portion that combines images of the three primary colors exist in one plane including the paper surface of FIG. 7. The part that separates white light into three primary colors includes a white light source 12, condenser lenses 15, 16, and 17, a reflecting mirror 13, dichroic mirrors 13R, 113G, and 13B, and display elements 18, 19, and 20, and synthesizes images of the three primary colors. The part consists of two sets of plane mirrors 2
2.22a; 24, 24a, two relay lenses 28,
29. Orthogonal X-shaped dichroic mirror or prism 2
6. Includes a projection lens 27. The relay lenses 28 and 29 are inserted to compensate for differences in optical path length from the white light source 12 and to prevent illuminance of each color light from becoming unbalanced.
前述の第２図〜第４図に関連する実施例では、白色光を
３原色に分光する部分の光軸を含む平面と、３原色の画
像を合成する部分の光軸を含む平面とは平行であり、こ
れら２つの平面は第３図および第４図の上下に間隔をあ
けて位置する。このようないわば２階建の構成と比較し
、本実施例の構成は装置全体を薄型に設計することがで
きる。In the embodiments related to the above-mentioned FIGS. 2 to 4, the plane containing the optical axis of the part that separates white light into three primary colors is parallel to the plane containing the optical axis of the part that combines images of the three primary colors. , and these two planes are spaced apart above and below in FIGS. 3 and 4. Compared to such a so-called two-story structure, the structure of this embodiment allows the entire device to be designed to be thin.
なお以上の各実施例では、３原色の画像が投影部の中で
合成されて１つの投影レンズによって投影される場合に
ついて示したが、画像毎に設けられた３つの投影レンズ
によって３原色の画像がスクリーン上で合成される場合
についても本発明は適用できる。In each of the above embodiments, the case where images of three primary colors are combined in the projection unit and projected by one projection lens is shown, but the images of the three primary colors are combined by three projection lenses provided for each image. The present invention is also applicable to cases where images are synthesized on a screen.
本発明は、投影形画像表示装置に関連して実施すること
ができるだけでなく、その他の用途に関連してもまた実
施することができる。The invention can be implemented not only in connection with projection image display devices, but also in connection with other applications.
発明の効果
以上のように本発明によれば、コンパクトな構成で光源
の光の利用率を向上し、したがってたとえば投影形表示
を行うために実施した場合には表示画面を明るくするこ
とができる。Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the utilization efficiency of light from a light source can be improved with a compact configuration, and therefore, when implemented for example for projection display, the display screen can be brightened.
しかもまた本発明では、ダイクロイックミラーに対する
白色光源からの光は、垂直に入射する。Furthermore, in the present invention, the light from the white light source is perpendicularly incident on the dichroic mirror.
そのため色むら、すなわちホワイトバランスのむらが生
じないという優れた効果が達成される。Therefore, an excellent effect is achieved in that color unevenness, that is, white balance unevenness does not occur.
第１図は本発明の一実施例の光源装置１０の断面図、第
２図はその光源装置ｉ！１０を用いた投影形カラー画像
表示装置の平面図、第３図は第２図に示される投影形カ
ラー画像表示装置１１の正面図、第４図は投影形カラー
画像表示装置１１の側面図、第５図、第６図および第７
図は本発明の他の実施例の断面図、第８図は先行技術の
断面図である。
１０・・・光源装置、１２・・・光源、１３Ｒ，１３Ｇ
。
１３Ｂ・・・ダイクロイックミラー、１５，１６．１７
・・・コンデンサレンズFIG. 1 is a sectional view of a light source device 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of the light source device i! 10, FIG. 3 is a front view of the projection color image display device 11 shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a side view of the projection color image display device 11. Figures 5, 6 and 7
The figure is a sectional view of another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a sectional view of the prior art. 10... Light source device, 12... Light source, 13R, 13G
. 13B...Dichroic mirror, 15, 16.17
・・・Condenser lens
Claims (4)
域の光を反射し、前記白色光源に関して対向するように
配置され、透過波長領域が相互に異なるように選択され
ている少なくとも２つのダイクロイックミラーと、 前記ダイクロイックミラーとそれぞれ組合わされるコン
デンサレンズとを含み、 前記ダイクロイックミラーで反射された光が前記白色光
源に戻るように構成されることを特徴とする白色光を複
数色に分光する光源装置。(1) A white light source, which selectively transmits part of the wavelength range of visible light and reflects light in other wavelength ranges, is arranged to face the white light source, and has different transmitted wavelength ranges. at least two dichroic mirrors selected as such, and a condenser lens combined with each of the dichroic mirrors, and configured such that light reflected by the dichroic mirror returns to the white light source. A light source device that separates white light into multiple colors.
して前記白色光源から遠ざかった位置に配置されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の白色光を複数
色に分光する光源装置。(2) The dichroic mirror is formed in a spherical shape, and the condenser lens is disposed at a position distant from the white light source with respect to the dichroic mirror. A light source device that separates light into colors.
球面状であって、その球面状の表面に前記ダイクロイッ
クミラーが形成されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の白色光を複数色に分光する光源装置。(3) The white light source according to claim 1, wherein the surface of the condenser lens on the white light source side is spherical, and the dichroic mirror is formed on the spherical surface. A light source device that separates light into multiple colors.
ズよりも前記白色光源から遠ざかった位置に配置し、 前記ダイクロイックミラーは前記コンデンサレンズの光
軸に垂直な平板状に形成されることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の白色光を複数色に分光する光源装
置。(4) The dichroic mirror is arranged at a position farther from the white light source than the condenser lens, and the dichroic mirror is formed in a flat plate shape perpendicular to the optical axis of the condenser lens. A light source device that separates the white light according to item 1 into multiple colors.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| US07/542,926 US5096280A (en) | 1989-06-27 | 1990-06-25 | Light source apparatus for separating white light into light components of a plurality of colors |
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| DE69024545T DE69024545T2 (en) | 1989-06-27 | 1990-06-27 | Light source apparatus for dividing white light into light with several color components |
| EP90307047A EP0405953B1 (en) | 1989-06-27 | 1990-06-27 | Light source apparatus for separating white light into lights of a plurality of colours |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP1-166024 | 1989-06-27 | ||
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|---|---|
| JPH03109520A true JPH03109520A (en) | 1991-05-09 |
| JPH0774862B2 JPH0774862B2 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=15823520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1342108A Expired - Lifetime JPH0774862B2 (en) | 1989-06-27 | 1989-12-27 | Light source device that splits white light into multiple colors |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0774862B2 (en) |
| KR (1) | KR910001433A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010045715A (en) * | 1999-11-06 | 2001-06-05 | 윤종용 | Color projector |
-
1989
- 1989-12-27 JP JP1342108A patent/JPH0774862B2/en not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-06-26 KR KR1019900009489A patent/KR910001433A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0774862B2 (en) | 1995-08-09 |
| KR910001433A (en) | 1991-01-30 |
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