JPH0650367B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数枚の像形成用の透過型ライトバルブを用い
た投射型表示装置に関する。

［従来の技術］ 従来の投射型表示装置として例えば特開昭５８−１５０
９３７号公報に開示されているものがあるが、これは３
個の反射型ライトバルブで形成される画像を偏光ビーム
スプリッタ及びダイクロイックミラーによって合成し、
スクリーン上に投射するものであった。また、本発明の
出願前に出願されその後出願公開された特開昭６０−１
７９７２３号公報に開示されているものがあるが、これ
は３個の透過型ライトバルブで形成される画像をダイク
ロイックミラーによって合成し、スクリーン上に投射す
るものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、特開昭５８−１５０９３７号公報に開示されて
いるものは、ライトバルブが反射型であるために、第１
にライトバルブ表面における非変調光の反射がコントラ
ストの低下を招き、第２に入射光と出射光の分離のため
偏光ビームスプリッタが必要不可欠であり、光学系が複
雑であった。また、ライトバルブが陰極線管（ＣＲＴ）
の光によって制御されるために大がかりな装置であっ
た。

また、特開昭６０−１７９７２３号公報に開示されてい
るものは、上記問題点はないものの、第１に色分離手段
のダイクロイックミラーと色合成手段のダイクロイック
ミラーの波長選択特性を完全に一致させることは大変
で、その色分離合成特性のばらつきのため色分離と色合
成での重なりがずれてしまい、その結果、色分離された
原色光はそのまま可逆的には色合成されず、光の利用効
率及び色再現性が悪くなり、第２に、部品点数が多く、
組立精度を高く維持することも大変で、振動や熱履歴に
よって長期信頼性も低くなり、光学系も簡素化できず、
装置の小型化にも制限があった。

本発明は、このような問題点を解決したものでであり、
光の利用効率及び色再現性がよく、コントラストが高
く、光学系が簡素化されて部品点数が少なく、コンパク
トな投射型表示装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の投射型表示装置は、単一光源からの光を三原色
に分離する色分離手段と、色分離手段からの各原色を変
調する３つの透過型ライトバルブと、各透過型ライトバ
ルブで変調された原色光を色合成する色合成手段と、、
色合成された光を投射する投射光学手段とを有する投射
型表示装置において、、色分離手段及び色合成手段は同
一の光学手段により構成されている。即ち、色分離手段
及び色合成手段は、各々異なった波長選択特性を有し、
十字状に配置された第１及び第２のダイクロイック光学
要素と、第１のダイクロイック光学要素により反射され
た第１の原色を更に反射させて３つの透過型ライトバル
ブ内の第１の透過型ライトバルブを介して再び第１のダ
イクロイック光学要素に入射させる第１のミラー群と、
第２のダイクロイック光学要素により反射された第２の
原色を更に反射させて３つの透過型ライトバルブ内の第
２の透過型ライトバルブを介して再び第２のダイクロイ
ック光学要素に入射させる第２のミラー群と、第１及び
第２のダイクロイック光学要素を透過した第３の原色を
反射させて３つの透過型ライトバルブ内の第３の透過型
ライトバルブを介して再び第１及び第２のダイクロイッ
ク光学要素に入射させる第３のミラー群とから構成さ
れ、第１及び第２のダイクロイック光学要素に対する単
一光源からの入射位置と、第１、第２及び第３のミラー
群からの入射位置とは異なり、かつ、各入射位置には第
１のダイクロイック光学要素と第２のダイクロイック光
学要素との交差部が含まれる。

［作用］ 本発明において、光源光は第１のダイクロイック光学要
素と第２のダイクロイック光学要素との交差部が含まれ
る位置に入射され、これらのダイクロイック光学要素に
より複数の色光に分離される。次に、分離された色光は
それぞれ第１のミラー群〜第３ミラー群により導かれて
透過型ライトバルブに入射する。各色光に対応した透過
型ライトバルブによって画像形成が行なわれ、色光は変
調を受ける。透過型ライトバルブを用いた結果、投射光
からライトバルブ表面の反射光の影響を除くことがで
き、投射画像のコントラストが向上する。また、液晶の
電気光学効果を用いた画像表示パネルを採用し、動画表
示が可能となる。他にもＰＬＺＴのような電気光学結晶
を用いることができるが、いずれにしろＣＲＴ光書き込
み型の反射型ライトバルブに比べ、光の透過を制御する
薄板状のコンパクトな形状であり、装置全体をコンパク
トに構成できる。

次に各色光は第１及び第２のダイクロイック光学要素に
よって合成される。このとき第１及び第２のダイクロイ
ック光学要素は、先には色分離を行い、今度は色合成を
行っている。従って、赤，緑，青の色光分利離性に対し
て完全に可逆的に赤，緑，青の画像色光を合成すること
ができる。ダイクロイック光学要素の機能としては、色
光の分離だけで十分であり、上述の従来技術で必要であ
った偏光成分を限定する性能は不要である。

このように光源光を色光に分離し、変調、合成すること
から、各色光に対応した光源は不要であり、単一光源で
済む。

次に合成された色光は、投射レンズによりスクリーンに
投射され、結像する。

本発明は上述のように作用するが、特に本発明の特徴に
着目すると、色分離手段及び色合成手段は同一の光学手
段により構成されているから、第１に色分離手段のダイ
クロイックミラーと色合成手段のダイクロイックミラー
の波長選択特性を完全に一致させることができ、色分離
された原色光がそのまま可逆的に色合成され、色分離特
性と色合成特性の部品によるばらつきがなく、光の利用
効率及び色再現性がよい。そのため画面が明るく、高画
質になる。第２に、部品点数が削減でき、組立精度が高
く、振動や熱履歴によって長期信頼性を損なうことがな
く、光学系も簡素化でき、装置がコンパクトになる。

〔実施例〕

第１図は本発明によるフルカラー投射型表示装置の照明
構造を示すものである。青光を反射するダイクロイック
ミラー（Ｂミラー）１と赤光を反射するダイクロイック
ミラー（Ｒミラー）２をクロス状に組み合わせ、入射光
束の分離と合成を行っている。３は光束の方向を曲げる
ためのミラーである。４は赤，緑，青に対応した画像を
形成する透過型ライトバルブである。ここではアクティ
ブマトリクス（薄膜トランジスタマトリクス等）駆動に
よる液晶パネルを用いた。

第２図は投射光学系を含む全体の構成図である。簡単の
ため緑色だけを描いてある。また照明系、結像系は厳密
な記述ではない。照明系としては、ケーラー照明、クリ
ティカル照明などを採用することができる。５はコンデ
ンサーレンズ、６は投射レンズ、７は光源、９はスクリ
ーンである。

次に作用を説明する。第１図に示すように光源７は白色
光（例えばハロゲンランプ）を発し、コンデンサーレン
ズ５により集光される。ダイクロイックミラー１、２に
入射した白色光８は、ダイクロイックミラーにより赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）光に分解される。分離され
た色光は、ミラー３によって方向を曲げられ、透過形ラ
イトバルブ４に入射する。ライトバルブはスクリーン９
に投射レンズ６によって結像する位置に置かれている。
ライトバルブは各色光に対応した画像を形成する。この
場合は赤、緑、青のビデオ信号を各液晶パネルに供給
し、単色の動画像を形成した。駆動及び液晶パネルの詳
細は日経エレクトロニクスNo.３５１（１９８４）Ｐ．
２１１に記載したものに準じている。

また各色の液晶パネルは表示画像がスクリーン上で合致
するように、位置合せがされている。このため第１図で
は、Ｇパネル像に対しＲパネル像と、Ｂパネル像は左右
鏡像関係にある。

ダイクロイックミラーは色光の分離合成機能があればよ
いが、誘電体薄膜の反射には必ず偏光作用が生じる。つ
まり第１図では赤光、青光は垂直方向の偏光成分が多
く、緑光は水平方向の偏光成分が多い。このため偏光板
を使用する電気光学効果モードでは偏光板の方向を適宜
調整する必要がある場合がある。例えばＴＮ（９０°ツ
イストしたネマチック液晶）液晶表示モードを使用した
場合、最も有効に光束を利用するためには、第１図でＲ
パネルとＢパネルの入射側偏光板の透過軸を垂直に、Ｇ
パネルの透過軸は水平にするとよい。また、ホワイトバ
ランス調整、つまり各色の強度調整を偏光板の方位設定
で行うこともできる。

こうして透過型ライトバルブによって画像変調された色
光は、再びダイクロイックミラー群に入射する。第１図
に示すように可逆的に赤、緑、青光は合成され、投射レ
ンズ６によってスクリーン９上に投射、結像する。

また第２図、第３図に示すように投射レンズが１つで済
み、投射倍率や投射距離を変える場合に、各色画像間の
コンバーゼンス調整が不要である利点もある。

以上は透過型ライトバルブとして液晶パネルを用いた
が、電気光学効果を用いたライトバルブであれば、ＰＬ
ＺＴ等の透光性セラミックなども用いることができる。
さらにここでは、赤、緑、青の３色分離合成の例を挙げ
たが、２色もしくはさらに多色であっても有効である。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明の投射型表示装置は、単一光源からの
光を三原色に分離してなる色分離手段と、該色分離手段
からの各原色を変調する３つのライトバルブと、該各ラ
イトバルブで変調された原色光を色合成する色合成手段
と、前記色合成された光を投射する投射光学手段を有
し、前記色分離手段と前記色合成手段は各々２種類のダ
イクロイック光学要素からなる投射型表示装置におい
て、前記色分離手段と前記色合成手段は、同一の光学手
段に構成されてなることを特徴とするから、以下に示す
ような効果を有する。

ａ）色分離特性と色合成特性が完全に同一になるから、
色分離された原色光がそのまま可逆的に色合成され、画
面が明るく、色再現性がよい。

ｂ）部品点数が少なくなり、組立精度が高く、長期信頼
性が高く、光学系も簡素化され、装置がコンパクトがで
きる。

さらに、本発明の投射型表示装置は、そのような投射型
表示装置において、色合成手段の２種類のダイクロイッ
ク光学要素は十字状に配置されてなることを特徴とする
から、以下に示す効果を有する。

ｃ）ライトバルブからレンズまでの距離が短く、画面が
明るく、拡大率の自由度も大きくなるとともに、さらに
コンパクトな光学系を構成できる。

さらに、本発明の投射型表示装置は、前記した投射型表
示装置において、前記光源から前記ライトバルブまでの
距離及び前記光源から前記投射光学手段までの距離が各
原色光でほぼ等しいことを特徴とするから、以下に示す
効果を有する。

ｄ）ライトバルブの位置における光束の大きさが各原色
光でほぼ同じとなり、かつ、投射光学手段の位置におけ
る光束の大きさが各原色光でほぼ同じとなる。すなわ
ち、ライトバルブを照射する光の面内強度分布が各原色
光で一致し、投射光学手段で投射される光の面内強度分
布も各原色光で一致するから、色むらのない画像表示が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフルカラー投射型表示装置の照明
構造を示す図である。 第２図は第１図の照明構造を用いた投射型表示装置の構
成図である。 １……赤反射ダイクロイックミラー ２……青反射ダイクロイックミラー ３……ミラー ４……透過型ライトバルブ ５……コンデンサーレンズ ６……投射レンズ ７……光源 ９……スクリーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一光源からの光を三原色に分離する色分
   離手段と、該色分離手段からの各原色を変調する３つの
   透過型ライトバルブと、該各透過型ライトバルブで変調
   された原色光を色合成する色合成手段と、前記色合成さ
   れた光を投射する投射光学手段とを有する投射型表示装
   置において、 前記色分離手段及び前記色合成手段は、 各々異なった波長選択特性を有し、十字状に配置された
   第１及び第２のダイクロイック光学要素と、 前記第１のダイクロイック光学要素により反射された第
   １の原色を更に反射させて前記３つの透過型ライトバル
   ブ内の第１の透過型ライトバルブを介して再び前記第１
   のダイクロイック光学要素に入射させる第１のミラー群
   と、 前記第２のダイクロイック光学要素により反射された第
   ２の原色を更に反射させて前記３つの透過型ライトバル
   ブ内の第２の透過型ライトバルブを介して再び前記第２
   のダイクロイック光学要素に入射させる第２のミラー群
   と、 前記第１及び第２のダイクロイック光学要素を透過した
   第３の原色を反射させて前記３つの透過型ライトバルブ
   内の第３の透過型ライトバルブを介して再び前記第１及
   び第２のダイクロイック光学要素に入射させる第３のミ
   ラー群とから構成され、 前記第１及び第２のダイクロイック光学要素に対する単
   一光源からの入射位置と、前記第１、第２及び第３のミ
   ラー群からの入射位置とは異なり、かつ、前記各入射位
   置には前記第１のダイクロイック光学要素と前記第２の
   ダイクロイック光学要素との交差部が含まれることを特
   徴とする投射型表示装置。