WO2012114522A1

WO2012114522A1 - 投写型映像表示装置

Info

Publication number: WO2012114522A1
Application number: PCT/JP2011/054379
Authority: WO
Inventors: 平田　浩二; 隆史角田
Original assignee: 日立コンシューマエレクトロニクス株式会社
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN103210347A; US20140049698A1; EP2680071B1; CN103210347B; JPWO2012115228A1; EP2680071A1; US9041868B2; EP2680071A4; WO2012115228A1

Abstract

　本発明は、装置の設置形態によらず、使用する複数の光源がいずれも最適な姿勢で配置されるような投写型映像表示装置を提供することを目的とする。　２つの照明光学系（１，２）は、それぞれ、光源（１１１，２１１）と、３色光に分離する色分離部と、光学像を形成する液晶パネル（１５０，２５０）と、色合成する色合成プリズム（１６０，２６０）を備える。合成用偏光ビームスプリッタ（３）は、照明光学系（１，２）で形成した光学像を合成し、投写レンズ（４）から投写する。各光源（１１１，２１１）の光軸（１０１，２０１）は、いずれも投写レンズ（４）の光軸（４０１）と同一面内に配置されるとともに、投写レンズの光軸（４０１）と直交するように配置する。

Description

投写型映像表示装置

　本発明は、投写型映像表示装置に関する。

　従来、光源から出射された光をＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色光に分離し、これらの色光を液晶パネルで映像信号に応じて光変調し、光変調された各色光を再び合成して拡大投写する投写型映像表示装置（プロジェクタ）が知られる。投写型映像表示装置は、光源からの出射光を液晶パネルに照射して光学像を形成する照明光学系（光学像形成部）と、照明光学系から出射された光学像を拡大投写する拡大投写系を備える。更に、このような照明光学系を２組搭載し、それぞれの照明光学系から出射される光学像を合成し、１つの拡大投写系から投写する投写型映像表示装置（複合型プロジェクタ）も提案されている。例えば特許文献１では、２つの照明光学系を有し、それらの位置関係を調節する調整機構を備える構成が開示される。また特許文献２では、各色光を合成する際、Ｒ，Ｂ光をＳ偏光、Ｇ光をＰ偏光に変換して合成するとともに、２つの照明光学系からの光学像を合成する際、一方をＳ偏光に他方をＰ偏光に揃えて合成する構成が開示されている。また特許文献３では、２組の照明光学系を有し、２組の液晶パネルからの偏光の異なる映像光をハーフミラーで合成し、立体映像をスクリーンへ投写する構成が開示される。

特開２００９－１９２９７１号公報特開２０１０－２０４３３３号公報特開平７－２３１４６０号公報

　特許文献１，２及び３で提案されている投写型映像表示装置（複合型プロジェクタ）では、拡大投写系から投写される光軸方向に対し、第１の照明光学系の光源から出射される光軸方向は平行であり、第２の照明光学系の光源から出射される光軸方向は直交している。これは第１の照明光学系と第２照明光学系とを同一構成とし、これらを互いに直交させて配置しているからである。

　ところで投写型映像表示装置の設置形態は、机上に水平に設置する据置設置と天井に吊り下げて設置する天吊設置が一般的であるが、更に天井等に向けて投写する上投写設置や机上等に向けて投写する下投写設置など、用途に合わせて多様の設置形態で用いられる。その場合、光源から出射される光軸方向は、水平方向だけでなく垂直方向（すなわち重力方向）やその中間の斜め方向などに配置されることがある。例えば、特許文献１の図１に示されるプロジェクタ装置を上投写設置あるいは下投写設置としたとき、画像投写装置２Ａの光源２１１の光軸は垂直方向となり、画像投写装置２Ｂの光源２１１の光軸は水平方向となる。本発明者らの検討によれば、高圧水銀ランプなどの光軸が水平に配置された場合は、アーク放電が電極間で対称に形成され良好な発光特性を示すが、光軸が傾斜して配置されるとアーク放電が非対称となり、発光効率が低下するとともに光源の寿命が低下する現象を見出した。このように、投写型映像表示装置の様々な設置形態を考慮したとき、これに使用する複数の光源の配置については更に配慮する必要がある。

　本発明の目的は、装置の設置形態によらず、使用する複数の光源がいずれも最適な姿勢で配置されるような投写型映像表示装置を提供することである。

　本発明は、複数の照明光学系で形成した光学像を投写レンズから投写する投写型映像表示装置において、前記複数の照明光学系は、それぞれ、照明光を発生する光源と、発生した照明光をＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色光に分離する色分離部と、該各色光を照射して光学像を形成する３枚の液晶パネルと、該各色光の光学像を合成する色合成部を備え、前記各光源の光軸と前記投写レンズの光軸はいずれも同一面内に配置されるとともに、前記各光源の光軸は全て前記投写レンズの光軸と直交するように配置されたことを特徴とする。

　更に、前記複数の照明光学系にて形成された光学像を合成する合成用偏光ビームスプリッタと、該合成用偏光ビームスプリッタで合成された光学像を投写する１つの前記投写レンズを備え、該合成用偏光ビームスプリッタの２つの入射面には、選択された波長帯域の光について偏光回転を行う色選択偏光回転素子を設け、該色選択偏光回転素子により、入射する一方の光学像については特定の方向の偏光に揃え、入射する他方の光学像については前記特定の方向と直交する偏光に揃えることを特徴とする。

　本発明によれば、装置の設置形態によらず、使用する複数の光源がいずれも良好な発光性能を発揮する投写型映像表示装置を提供することができる。

実施例１に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例２に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例３に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。２組の液晶パネルをずらして配置した例を模式的に示す図。２組の液晶パネルをずらして配置した他の例を模式的に示す図。高圧水銀ランプのアーク放電状態を模式的に示す図（光軸が水平）。高圧水銀ランプのアーク放電状態を模式的に示す図（光軸が傾斜）。実施例４に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例５に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例６に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例７に係わる投写型映像表示装置の全体構成図。実施例４～７の投写型映像表示装置の正面外観図。実施例４～７の投写型映像表示装置の正面外観図。ダイクロイックミラーの反射特性を示す図。表示画像の色再現範囲を示す色度図。

　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。なお、各図において、共通な機能を有する要素には同一の符号を付与している。

　図１は、実施例１に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。なお、図１において、各色光の光路に配置されている要素には符号の後に色光を表すＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）を添えて示す。また、光軸方向などの説明のため、図示するようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定める。このときＸＹ面（紙面に平行な面）は、投写型映像表示装置を水平に設置する場合の設置面となる。

　本実施例の投写型映像表示装置は、光学像を形成する２つの照明光学系１，２と、２つの光学像を合成する光合成部３と、合成した光学像を拡大投写する投写部４とを備える。照明光学系１，２は、光源のほかに色分離手段、リレー光学系、光学像形成素子である液晶パネル、色合成手段である色合成プリズムなどを含む。また、光合成部３として合成用偏光ビームスプリッタ（合成用ＰＢＳ)を、投写部４として投写レンズを用いる。本実施例では、照明光学系１における光源１１１の光軸１０１と、照明光学系２における光源２１１の光軸２０１と、投写レンズ４の光軸４０１は、いずれも同一面（ＸＹ面）内に配置する。そして、照明光学系１，２における光源１１１，２１１の光軸１０１，２０１はいずれもＹ方向であり、投写レンズ４の光軸４０１はＸ方向としている。すなわち、投写レンズの光軸４０１の方向に対し、光源の光軸１０１，２０１の方向はいずれも直交するように配置している。

　以下、各部の構成を説明する。なお、２つの照明光学系１，２の構成は大部分が共通であるので、照明光学系１を中心にて説明する。照明光学系１は機能的に、照明光発生部、色分離部、リレー光学系、光学像形成部、色合成部に分かれる。

　照明光発生部として、高圧水銀ランプなどの光源（ランプ）１１１とリフレクタ１１２からなる光源ユニット１１０と、オプチカルインテグレータを構成する第１、第２のアレイレンズ１２１，１２２と、偏光変換素子１２３と、集光レンズ１２４と、フィールドレンズ１２５Ｒ，１２５Ｇ，１２５Ｂを有する。光源１１１からの照明光をＲ，Ｇ，Ｂの３色光に分離する色分離部として、２つのダイクロイックミラー１３１，１３２と、光路方向を変える反射ミラー１３３を含む。またリレー光学系として、リレーレンズ１３４，１３６と、光路方向を変える反射ミラー１３５，１３７を有する。

　光学像形成部として、各色光に対する光学像形成素子である透過型の液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂを備え、その入射側に入射側偏光板１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂを、その出射側に出射側偏光板１４２Ｒ，１４２Ｇ，１４２Ｂを有する。更にＲ光出射側偏光板１４２ＲとＢ光出射側偏光板１４２Ｂの出射側には、１／２波長板１４３Ｒ，１４３Ｂを有する。各液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂの出射側には、色合成部として色合成プリズム１６０を有する。色合成プリズム１６０は、Ｒ光を反射するダイクロイック膜と、Ｂ光を反射するダイクロイック膜とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成された素子（クロスダイクロイックプリズム）である。色合成プリズム１６０の出射側には、色選択偏光回転素子１７０を備えている。色選択偏光回転素子１７０は、選択された波長帯域の光について偏光回転を行う素子であり、ここではＲ光とＢ光に対して偏光方向を９０°回転させる。

　照明光学系１の動作を説明する。
光源１１１から出射された光は、回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１１２によって反射され、光軸１０１に略平行となり、光源ユニット１１０から略平行の光束が出射される。光源ユニット１１０から出射された光は、偏光変換インテグレータに入射する。偏光変換インテグレータは、第１のアレイレンズ１２１と第２のアレイレンズ１２２からなる均一照明を行うオプチカルインテグレータと、光の偏光方向を所定偏光方向に揃えて直線偏光光に変換する偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子１２３とを含む。第２のアレイレンズ１２２からの光は、偏光変換素子１２３により所定の偏光方向、ここではＳ偏光（光軸１０１に直交するＸＺ面内で偏光方向がＺ方向の光）に揃えられる。そして、集光レンズ１２４を経て色分離部へ入射する。

　色分離部は、照明光発生部から出射された略白色光をＲ光、Ｇ光、Ｂ光に色分離し、対応する液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂに向かうそれぞれの光路（Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー１３１により反射したＢ光は、反射ミラー１３３を反射して、フィールドレンズ１２５Ｂ、入射側偏光板１４１Ｂを通過して、Ｂ光用の液晶パネル１５０Ｂに入射する（Ｂ光路）。また、ダイクロイックミラー１３１を透過したＧ光とＲ光は、ダイクロイックミラー１３２によりＧ光とＲ光に分離される。Ｇ光はダイクロイックミラー１３２を反射して、フィールドレンズ１２５Ｇ、入射側偏光板１４１Ｇを通過して、Ｇ光用液晶パネル１５０Ｇに入射する（Ｇ光路）。Ｒ光はダイクロイックミラー１３２を透過し、リレー光学系を経由して、フィールドレンズ１２５Ｒ、入射側偏光板１４１Ｒを通過して、Ｒ光用液晶パネル１５０Ｒに入射する（Ｒ光路）。リレー光学系では、Ｒ光はリレーレンズ１３４、反射ミラー１３５を経て、リレーレンズ１３６の近傍に集光し、フィールドレンズ１２５Ｒに向けて発散する。各フィールドレンズ１２５Ｒ，１２５Ｇ，１２５Ｂは、入射光を光軸にほぼ平行な光にする。このようにして、光源ユニット１１０から出射された偏光方向がランダムな光は、各色光に分離され所定偏光方向（ここではＳ偏光）に揃えられ各液晶パネルを均一に照射する。

　光学像形成部への入射光は、Ｓ偏光のみを通過させる入射側偏光板１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂにより偏光度が高められ、各液晶パネル１５０Ｒ，１５０Ｇ，１５０Ｂを照射する。各液晶パネルでは映像信号に応じて光強度変調され、各色光に対するＰ偏光の光学像が形成される。そして、出射側偏光板１４２Ｒ，１４２Ｇ，１４２Ｂにより不要なＳ偏光成分が除去されて、コントラストが高められる。更にＲ光とＢ光については、１／２波長板１４３Ｒ，１４３Ｂにより、Ｐ偏光の光学像はＳ偏光の光学像に変換される。その結果、色合成部である色合成プリズム１６０には、Ｒ光およびＢ光の光学像はＳ偏光に変換されて、Ｇ光の光学像はＰ偏光のままで入射する。これは、色合成プリズム１６０のダイクロイック膜の分光特性を考慮し、Ｒ光とＢ光をＳ偏光、Ｇ光をＰ偏光とする所謂ＳＰＳ合成を行うことで、効率良く色合成するためである。

　色合成プリズム１６０の３つの入射面の内、対向する入射面に入射したＲ光とＢ光は、クロスしたＲ光用およびＢ光用のダイクロイック膜でそれぞれ反射される。また、中央の入射面に入射したＧ光は各ダイクロイック膜を透過する。これらの各色光の光学像は合成され、カラー光学像となって出射面から出射する。

　色合成プリズム１６０から出射したカラー光学像は、色選択偏光回転素子１７０に入射する。この色選択偏光回転素子１７０は、カラー光学像のうちＲ光とＢ光成分についてＳ偏光からＰ偏光に変換し、Ｇ光成分についてはＰ偏光のまま通過させる。その結果、色選択偏光回転素子１７０を通過したカラー光学像は、各色成分とも全てＰ偏光に揃えられる。このように色選択偏光回転素子１７０を設けることで、次の合成用偏光ビームスプリッタ３に対し、照明光学系１で形成したカラー光学像をＰ偏光に揃えた状態で出射することができる。

　以上、照明光学系１の構成と動作について説明したが、照明光学系２についても基本的には同様である。異なるのは、照明光発生部の光路と色分離部の光路の位置関係を９０°回転させて配置したことであり、そのために、ダイクロイックミラー２３１ではＲ光とＧ光を反射させ、Ｂ光を透過させるようにした。また、色合成プリズム２６０の出射側には、色選択偏光回転素子２７０を備えているが、この色選択偏光回転素子２７０は、Ｇ光に対して偏光方向を９０°回転させるものとした。

　色合成プリズム２６０から出射したカラー光学像は、色選択偏光回転素子２７０に入射する。この色選択偏光回転素子２７０は、カラー光学像のうちＧ光についてＰ偏光からＳ偏光に変換し、Ｒ光とＢ光についてはＳ偏光のまま通過させる。その結果、色選択偏光回転素子２７０を通過したカラー光学像は、各色成分とも全てＳ偏光に揃えられる。このように色選択偏光回転素子２７０を用いることで、次の合成用偏光ビームスプリッタ３に対し、照明光学系２で形成したカラー光学像をＳ偏光に揃えた状態で出射することができる。

　合成用偏光ビームスプリッタ３は、照明光学系１と照明光学系２で形成された光学像を合成する。合成用偏光ビームスプリッタ３は、２つの三角形のプリズムを貼り合わせ、その界面に誘電体多層膜を形成した構造である。そして、照明光学系１から出射されるＰ偏光の光学像は界面で反射され、照明光学系２から出射されるＳ偏光の光学像は界面を透過する。これにより、直交して入射する２つの光学像を合成することができる。このとき、照明光学系１から出射されたＰ偏光のうちコントラストの低い成分（Ｓ偏光に近い成分）は界面を反射し、照明光学系２から出射されたＳ偏光のうちコントラストの低い成分（Ｐ偏光に近い成分）は界面を透過するので、合成される光学像はコントラストの高いものとなる。

　合成用偏光ビームスプリッタ３から出射した合成光学像は、複数の単レンズで構成されズーム機能を有する投写レンズ４によって、スクリーン（図示せず）などの映像投影面に拡大投写される。

　本実施例における照明光学系１、２では、いずれもＲ光はリレー光学系を経由する構成としたので光路長が長くなる。これに対しＢ光は、光路長が短くなり光量（光強度）の損失が最小となり、結果として白表示の色温度を向上させる効果がある。

　本実施例の構造によれば、投写型映像表示装置の設置形態によらず、２つの光源の光軸が常に水平に保たれる。なぜなら、据置設置や天吊設置の場合、図１において投写レンズの光軸４０１（Ｘ方向）と光源の光軸１０１，２０１（Ｙ方向）はいずれも水平面内に配置される。また上投写設置や下投写設置の場合、投写レンズの光軸４０１は垂直方向（重力方向）となるが、光源の光軸１０１，２０１は水平方向のままである。更に投写レンズの光軸４０１を斜め方向とした場合でも、光源の光軸１０１、２０１は水平方向のままである。これは、装置の設置形態を変えるとき、光源の光軸１０１，２０１方向（Ｙ方向）に平行な軸を中心に回転するだけで済むからである。

　次に、光源の光軸１０１，２０１を水平に保つことによる効果を説明する。
図５Ａと図５Ｂは、光源に用いる高圧水銀ランプ１１１のアーク放電状態を模式的に示す図である。図５Ａはランプ発光の光軸１０１を水平に配置した場合、図５Ｂは光軸１０１を傾斜させて配置した場合である。高圧水銀ランプ１１１は、水銀が封入された石英ガラスの管球１１３の中に設けた電極１１４間でアーク放電を行い、蒸気化した水銀と電子とを衝突させて発光させる。その際、電極間に形成されるアーク放電の形状を符号１１５で示す。符号１１６は両電極１１４間の中央線である。ランプ１１１から出射された光は、ランプ１１１の左側に配置される図示しないリフレクタにより反射され、光軸１０１の方向にほぼ平行に右側へ出射される。すなわち、光軸１０１の方向は２つの電極１１４を結ぶ方向に一致する。

　光軸１０１を水平に配置した図５Ａの場合には、アーク放電１１５は両電極（中央線１１６）に関し対称に形成される。この場合はランプの発光効率が最良となり、両電極１１４の消耗も均等に進行する。

　これに対し光軸１０１を傾斜して配置した図６Ｂの場合には、アーク放電１１５は両電極（中央線１１６）に関し非対称に形成される。これは、アーク形状は重力の反対方向に伸びて形成されるからである。この場合には管球（石英ガラス）１１３の一部を放電部が炙ることになり管球の一部が白濁しランプの発光効率が低下する。また両電極１１４における電界集中が電極軸に対して非対称となり電極消耗が不均等に進行する結果、ランプの寿命が短くなってしまう。特に、装置の設置形態が上投写設置や下投写設置の場合には、光軸１０１がほぼ垂直方向（重力方向）となることがあり、安定した発光動作は困難となる。なお、光軸１０１が傾斜した場合でも、その傾斜角が小さい範囲ではアーク形状の非対称性は少ないので、発光性能への影響はわずかである。すなわち、装置の設置姿勢を調整する際に生じる程度の光軸の傾斜は、性能上の問題にならず許容できる。

　以上より、本実施例によれば投写型映像表示装置の設置形態によらず、２つの光源はいずれも光軸が水平方向となる最適な姿勢で発光動作を行うことができ、光源の発光性能と寿命は最良のものとなる。

　本実施例の投写型映像表示装置を用いることで、次のような表示機能が可能になる。
（１）高解像度化：２組の液晶パネル１５０，２５０の対応する画素を所定量ずらして配置し、交互に表示させることで表示映像の解像度を向上させることができる。

　図４Ａは、２組の液晶パネルをずらして配置した例を模式的に示す図である。照明光学系１のＲ光液晶パネル１５０Ｒと照明光学系２のＲ光液晶パネル２５０Ｒとして、例えばＸＧＡパネル（１０２４×７６８）を２組用意し、縦方向、横方向ともに１／２画素だけずらして配置する。Ｇ光液晶パネル１５０Ｇ，２５０ＧとＢ光液晶パネル１５０Ｂ，２５０Ｂについても同様である。そして、パネル１５０とパネル２５０をフィールドごとに交互に表示する。具体的には、パネル１５０が表示されるときはパネル２５０を黒表示させ、パネル２５０が表示されるときはパネル１５０を黒表示させる。これより、擬似的に４倍の解像度に相当するＱＸＧＡ（２０４８×１５３６）の表示が可能になる。この時、フィールド周波数は通常の６０Ｈｚでは画面のフリッカが見える場合があるので９０Ｈｚ以上が良く、出来れば１２０Ｈｚ駆動以上の高い周波数でフィールド切り替えを行うと画面のフリッカが識別できなくなる。

　図４Ｂは、２組の液晶パネルをずらして配置した他の例を模式的に示す図である。この例では、液晶パネル１５０Ｒ（Ｇ，Ｂ）と液晶パネル２５０Ｒ（Ｇ，Ｂ）を、縦方向にのみ１／２画素ずらして配置している。この構成によっても、縦方向の解像度を２倍に向上することができる。

　（２）光源の長寿命化：２つの照明光学系１，２の使用を切り替えることで、シングルモード（一方のみ使用）、ツインモード（両方を同時に使用）の動作モードを選択できる。シングルモードでは、２つの光源の使用を一定期間で交替させる（各光源の発光を一定期間休止させる）ことで、１つの光源を連続して発光させる場合よりも光源の動作寿命を伸ばす効果がある。ツインモードでは、１つの光源から発生する光量が１／２で済むので、比較的安価な低輝度の光源を組み合わせて使用することができ、トータルとして投写型映像表示装置のコストダウンに寄与する。

　図２は、実施例２に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
実施例２では、実施例１（図１）の構成において、照明光学系１内の色分離部の配置を変更し、Ｒ光とＢ光の液晶パネル１５０Ｒ、１５０Ｂを入れ替えている。これに伴い、Ｒ光路とＢ光路を入れ替えるため、ダイクロイックミラー１３１ではＲ光を反射させ、ダイクロイックミラー１３２ではＧ光を反射させＢ光を透過させるようにした。照明光学系２など、他の構成は実施例１（図１）と同様である。

　この構成によれば、照明光学系１ではＢ光がリレー光学系を経由するので光路長が長くなり、照明光学系２ではＲ光がリレー光学系を経由するので光路長が長くなる。これらを組み合わせることで、表示映像むらをキャンセルする効果がある。

　図３は、実施例３に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
実施例３では、実施例２（図２）の構成において、色合成プリズム１６０，２６０と合成用偏光ビームスプリッタ３の間にガラス板１８０，２８０を挿入した構成である。具体的には、色合成プリズム１６０，２６０から色選択偏光回転素子１７０，２７０に至る空間に、透明ガラス板１８０，２８０を挿入する。

　この構成によれば、色合成プリズム１６０，２６０から合成用偏光ビームスプリッタ３への光路における空気界面を減らして、伝達する光学像の反射損失を低減する効果がある。本実施例は、実施例１の構成に対しても同様に適用できる。

　次に、２つの照明光学系１，２で形成した光学像を合成せず、それぞれ２つの投写部から拡大投写しスクリーンなどに合成表示する実施例について説明する。

　図６は、実施例４に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
本実施例の投写型映像表示装置は、光学像を形成する２つの照明光学系１，２と、２つの光学像をそれぞれ拡大投写する２つの投写部（投写レンズ）４１，４２を備え、前記実施例１～３における合成用偏光ビームスプリッタ（光合成部）３を排除している。各照明光学系における光源ユニット１１０，２１０の光軸は、前記実施例１～３と同様に、いずれも投写方向と同一面内にあるとともに投写方向と直交する方向に配置している。２つの照明光学系１，２と２つの投写部４１，４２は支持台６に載置され、各投写部４１，４２は垂直移動機構５１Ｖ，５２Ｖと水平移動機構５１Ｈ，５２Ｈにより、垂直方向（紙面垂直方向）と水平方向（紙面上下方向）に移動可能となっている。これより、各投写部４１，４２による投写される画像表示位置を互いに独立に、あるいは連動して調整（粗調整、微調整）可能としている。支持台６には、例えばＡｌ、Ｍｇダイキャスト材などの剛性体を用いることでクリープ変形することを抑え、照明光学系１，２の色合成プリズム１６０，２６０や垂直移動機構５１Ｖ，５２Ｖ，水平移動機構５１Ｈ，５２Ｈの位置精度を保ち、表示画像が画面上で移動することを防止する。

　本実施例では２つの照明光学系１，２を用いることで、次のような機能を実現する。
（１）２つの照明光学系１，２に同一画像信号を入力し、投写部４１，４２から同一画像を投写することで、表示画像の明るさを２倍に増大できる。これにより、単一の照明光学系で構成する場合と比較し、安価な光学系（光源や液晶パネル）を２組使用することで、高輝度画像（例えば１００００ルーメン以上）を低コストで実現できる。

　（２）２組の投写部４１，４２の投写位置を調整し、表示される２つの画像の対応する画素位置を所定量だけずらして表示させる。これは、前記図４Ａ，図４Ｂのように画素位置を１／２画素分ずらして配置することに相当する。そして、２つの照明光学系１，２にフィールド毎の画像信号を交互に入力することで、表示画像の解像度を擬似的に２倍向上させることができる。

　図７は、実施例５に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
本実施例でも実施例４（図６）と同様に、２つの照明光学系１，２と２つの投写部４１，４２を備えるが、２つの照明光学系１，２では異なる偏光特性の光学像を形成してそれぞれ投写部４１，４２から投写する。各投写部４１，４２を移動する垂直移動機構５１Ｖ，５２Ｖと水平移動機構５１Ｈ，５２Ｈ、及び支持台６については、実施例４（図６）と同様である。

　本実施例の照明光学系１，２では、それぞれ形成する光学像が異なる。照明光学系１では、前記実施例１～３と同様にＲ，Ｇ，Ｂ光の光学像を色合成プリズム１６０にて色合成し、色選択偏光回転素子１７０にてＲ，Ｂ光成分についてＳ偏光からＰ偏光に変換することで、全ての色成分をＰ偏光に揃えた光学像を投写部４１から投写する。一方照明光学系２では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の光学像を色合成プリズム２６０にて色合成した後、色選択偏光回転素子２７０にてＧ光成分についてＰ偏光からＳ偏光に変換することで、全ての色成分をＳ偏光に揃えた光学像を投写部４２から投写する。

　本実施例によれば、表示画面にはＰ偏光の光学像とＳ偏光の光学像を重ねて立体画像（３Ｄ画像）を表示することができる。視聴者は偏光メガネを使用し、例えば左眼でＰ偏光の画像を、右眼でＳ偏光の画像を選択することでリアル３Ｄ画像を観賞することができる。また、投写部（投写レンズ）のスクリーン側端部に偏光方向を整える作用を有する光学素子（図示せず）を設けることで、偏光度が向上して良好な映像を得ることができる。

　図８は、実施例６に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
本実施例でも実施例４（図６）と同様に、２つの照明光学系１，２と２つの投写部４１，４２を備えるが、２つの照明光学系１，２では異なる色成分の光学像を形成して投写部４１，４２から投写する。各投写部４１，４２を移動する垂直移動機構５１Ｖ，５２Ｖと水平移動機構５１Ｈ，５２Ｈ、及び支持台６については実施例４（図６）と同様である。

　照明光学系１では、前記実施例１～３と同様にＲ，Ｇ，Ｂ光の光学像を色合成プリズム１６０にて色合成して投写部４１から投写する。これに対し照明光学系２では、黄色（Ｙ）とシアン（Ｃ）光の光学像を色合成プリズム２６０にて色合成して投写部４２から投写する。そのため照明光学系２では、Ｙ光用の液晶パネル２５０ＹとＣ光用の液晶パネル２５０Ｃの２枚を用い、これらの液晶パネル２５０Ｙ，２５０Ｃを駆動するために、映像信号からＹ、Ｃ信号を分離して供給する。また照明光の色分離部では、Ｙ光を反射しそれ以外の成分を透過するダイクロイックミラー２３１Ｙ（ＤＭ－Ｙ）を用いる。ミラー２３５は通常の反射ミラーであるが、Ｃ光を反射するダイクロイックミラー２３５Ｃ（ＤＭ－Ｃ）を用いればＣ光の色純度を向上させることができる。図１１には、これらのダイクロイックミラーＤＭ－Ｙ，ＤＭ－Ｃの反射特性を示す。液晶パネル２５０Ｙ，２５０Ｃで形成されたＹ，Ｃ光の光学像は、色合成プリズム２６０にて色合成され投写部４２から投写される。

　この結果、投写部４１からはＲ，Ｇ，Ｂ光に基づく光学像が、投写部４２からはＹ，Ｃ光に基づく光学像が投写され、これらが合成されて表示されることで表示画像の色再現性が向上する。図１２は、表示画像の色再現範囲を示す色度図である。通常のプロジェクタにおいてＲ，Ｇ，Ｂ色に基づいて実現できる色再現領域（実線）に対し、Ｙ，Ｃ色を追加することで、色再現領域を拡大させることができる（破線）。これにより、ＮＴＳＣ方式の色再現領域（一点鎖線）に近づけることができる。

　図９は、実施例７に係わる投写型映像表示装置の全体構成図である。
本実施例でも実施例６（図８）と同様に、２つの照明光学系１，２では異なる色成分の光学像を形成して投写部４１，４２から投写する。照明光学系１では、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の光学像を色合成プリズム１６０にて色合成して投写部４１から投写する。これに対し照明光学系２では、マゼンタ（Ｍ）と緑（Ｇ）光の２色の光学像を色合成プリズム２６０にて色合成して投写部４２から投写する。そのため照明光学系２では、Ｍ光用の液晶パネル２５０ＭとＧ光用の液晶パネル２５０Ｇの２枚を用い、液晶パネル２５０Ｍ，２５０Ｇを駆動するために、映像信号からＭ，Ｇ信号を分離して供給する。また照明光の色分離部では、Ｍ光を反射しそれ以外の成分を透過するダイクロイックミラー２３１Ｍ（ＤＭ－Ｍ）を用いる。図１１には、これに用いるダイクロイックミラーＤＭ－Ｍの反射特性を示す。液晶パネル２５０Ｍ，２５０Ｇで形成されたＭ，Ｇ光の光学像は、色合成プリズム２６０にて色合成され投写部４２から投写される。

　この結果、投写部４１からはＲ，Ｇ，Ｂ光に基づく光学像が、投写部４２からはＭ，Ｇ光に基づく光学像が投写され、これらが合成されて表示されることで表示画像の色再現性が向上する。図１２に示す表示画像の色再現範囲より、Ｍ色を追加することで、色再現領域を拡大させることができる。また、Ｇ光を追加することで、低下しがちなＧ光の明るさを回復させることができる。

　更に本実施例では、照明光学系２において２色光を用いることで不要になったリレー光学系（色合成プリズム２６０に対してＭ光とは反対側から入射する光学系）を排除し、ダイクロイックミラー２３１Ｍにより分離されたＭ，Ｇ光はほぼ等しい光路長で各液晶パネル２５０Ｍ，２５０Ｇを照射する構成とした。これにより、照明光学系２のサイズを縮小するとともに、２つの投写部４１，４２を互いに接近して配置することができる。これに伴い、垂直移動機構５１Ｖ，５２Ｖを外側に、水平移動機構５１Ｈ，５２Ｈを内側に配置している。また本実施例では２つの投写レンズが近接配置されるので、投写レンズ周囲をコンパクトに構成できるとともに、投写レンズのイメージサークルを縮小することができる。

　図１０Ａと図１０Ｂは、実施例４～７の投写型映像表示装置の正面外観図である。２つの投写レンズ４１０，４２０は横一線に配置している。図１０Ａにおいて、各投写レンズ４１０，４２０の前面には投写光を出射する開口部４４を設けるとともに、両者の投写レンズ４１０，４２０間の漏れ光防止のため、遮光部４３を設けている。この遮光部４３は、防塵作用も兼ねている。更に図１０Ｂでは、各投写レンズ４１０，４２０に対し一体型レンズカバー４０で覆う構成としている。この一体型レンズカバー４０は、漏れ光防止作用と防塵作用を有するものである。

　更に、前述したように３Ｄ表示する場合には各々の投写レンズ４１０，４２０において、スクリーンに最も近い位置に偏光方向を整える作用を有する光学素子（図示せず）を配置することで、偏光度が向上し優れた３Ｄ映像が得られるようにすることもできる。

　本発明は上記した各実施例の構成に限らず、各実施例を適宜組み合わせた構成も含む。
上記各実施例では、２つの照明光学系１，２を搭載した投写型映像表示装置について説明した。更に本発明は、２つ以上の照明光学系を組み合わせて搭載する投写型映像表示装置にも適用可能である。その場合にも、各照明光学系における光源の光軸は、いずれも投写方向と同一面内にあるとともに投写方向と直交する方向に配置するものとすれば良い。
また上記各実施例では、光学像形成素子として透過型の液晶パネルを用いたが、本発明はこれに限定されない。光学像形成素子には、反射型の液晶パネルや、微小ミラーを複数個配列した構造のデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）（米国テキサス・インスツルメント社の登録商標）を用いることもできる。

　１，２…照明光学系、３…合成用偏光ビームスプリッタ（光合成部）、４，４１（４１０），４２（４２０）…投写部（投写レンズ）、４３…遮光部、４４…開口部、５１Ｖ，５２Ｖ…垂直移動機構、５１Ｈ，５２Ｈ…水平移動機構、６…支持台、１０１，２０１…光軸、１１０，２１０…光源ユニット、１１１，２１１…光源（ランプ）、１３１，１３２，２３１，２３２…ダイクロイックミラー、１４１…入射側偏光板、１４２…出射側偏光板、１４３…１／２波長板、１５０，２５０…液晶パネル、１６０，２６０…色合成プリズム、１７０，２７０…色選択偏光回転素子、１８０，２８０…ガラス板、４０１…投写レンズの光軸。

Claims

　複数の照明光学系で形成した光学像を投写レンズから投写する投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系は、それぞれ、照明光を発生する光源と、発生した照明光をＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色光に分離する色分離部と、該各色光を照射して光学像を形成する３枚の液晶パネルと、該各色光の光学像を合成する色合成部を備え、
　前記各光源の光軸と前記投写レンズの光軸はいずれも同一面内に配置されるとともに、前記各光源の光軸は全て前記投写レンズの光軸と略直交するように配置されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系にて形成された光学像を合成する合成用偏光ビームスプリッタと、該合成用偏光ビームスプリッタで合成された光学像を投写する１つの前記投写レンズを備え、
　前記合成用偏光ビームスプリッタの２つの入射面には、選択された波長帯域の光について偏光回転を行う色選択偏光回転素子を設け、
　該色選択偏光回転素子により、入射する一方の光学像については特定の方向の偏光に揃え、入射する他方の光学像については前記特定の方向と直交する偏光に揃えることを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
　前記各照明光学系は、前記色分離部により分離された３色光のうち他より長い光路長となる色光を通すリレー光学系を設けた構成であって、
　前記全ての照明光学系において前記リレー光学系にはＲ光を通すことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
　前記各照明光学系は、前記色分離部により分離された３色光のうち他より長い光路長となる色光を通すリレー光学系を設けた構成であって、
　前記複数の照明光学系は、Ｒ光を通すリレー光学系とＢ光を通すリレー光学系とを含むことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項２に記載の投写型映像表示装置において、
　前記色合成部と前記色選択偏光回転素子の間の空間に、ガラス板を挿入したことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系にて形成された光学像をそれぞれ投写する複数の前記投写レンズと、
　該複数の投写レンズを載置する剛性体からなる支持台と、
　該複数の投写レンズの位置を独立に移動させる移動機構を備え、
　該移動機構により、前記複数の投写レンズから投写される複数の光学像の表示位置を調整することを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項６に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系の出射側には、選択された波長帯域の光について偏光回転を行う色選択偏光回転素子を設け、
　該色選択偏光回転素子により、前記複数の投写レンズから投写される複数の光学像は、一方の光学像については特定の方向の偏光に揃え、他方の光学像については前記特定の方向と直交する偏光に揃えることを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項６に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系の少なくとも１つを、光源が発生した照明光をＹ（黄色），Ｃ（シアン）の２色光に分離する色分離部と、該各色光を照射して光学像を形成する２枚の液晶パネルと、該各色光の光学像を合成する色合成部を備える２色光の照明光学系とし、
　前記複数の投写レンズから、Ｒ，Ｇ，Ｂ光に基づいて形成された光学像と、Ｙ，Ｃ光に基づいて形成された光学像とを投写することを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項６に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系の少なくとも１つを、光源が発生した照明光をＭ（マゼンタ），Ｇ（緑色）の２色光に分離する色分離部と、該各色光を照射して光学像を形成する２枚の液晶パネルと、該各色光の光学像を合成する色合成部を備える２色光の照明光学系とし、
　前記複数の投写レンズから、Ｒ，Ｇ，Ｂ光に基づいて形成された光学像と、Ｍ，Ｇ光に基づいて形成された光学像とを投写することを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項８または９に記載の投写型映像表示装置において、
　前記２色光の照明光学系は、前記色分離部により分離された２色光がほぼ等しい光路長で前記各液晶パネルを照射する構成としたことを特徴とする投写型映像表示装置。
　複数の照明光学系で形成した光学像を投写レンズから投写する投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系は、それぞれ、照明光を発生する光源と、発生した照明光をＲ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の３色光に分離する色分離部と、該各色光を照射して光学像を形成する３枚の液晶パネルと、該各色光の光学像を合成する色合成部を備え、
　前記各光源の光軸と前記投写レンズの光軸は何れも同一面内に配置されるとともに、前記各光源の光軸は全て前記投写レンズの光軸と略直交するように配置され、
　少なくとも一方の照明光学系に対応した色合成部の前記投写レンズに対向した面に色選択性偏光回転素子を設け、前記３色光の少なくとも１色の偏光方向を他の色光の偏光方向と一致させ、
　他方の照明光学系に対応した色合成部の前記投写レンズに対向した面に色選択性偏光回転素子を設け、前記一方の照明光学系において一致させた偏光方向とは異なる偏光方向となるように、前記３色光の少なくとも１色の偏光方向を他の色光の偏光方向を一致させ、
　前記複数の照明光学系を同一筐体内に収納したことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系にて形成された光学像をそれぞれ投写する複数の前記投写レンズを備え、
　該投写レンズは、複数の単レンズと偏光方向を整える作用を有する光学素子を該投写レンズの光軸に沿って配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。
　請求項１１に記載の投写型映像表示装置において、
　前記複数の照明光学系にて形成された光学像をそれぞれ投写する複数の前記投写レンズを備え、
　該投写レンズは、複数の単レンズと偏光方向を整える作用を有する光学素子により構成され、該光学素子を映像投影面に最も近い前記単レンズの映像投影面側に配置したことを特徴とする投写型映像表示装置。