JP2002328427A - 投射型画像表示装置および画像表示システム - Google Patents

投射型画像表示装置および画像表示システム

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JP2002328427A JP2001129618A JP2001129618A JP2002328427A JP 2002328427 A JP2002328427 A JP 2002328427A JP 2001129618 A JP2001129618 A JP 2001129618A JP 2001129618 A JP2001129618 A JP 2001129618A JP 2002328427 A JP2002328427 A JP 2002328427A
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浩幸 児玉
Atsushi Okuyama
奥山　　敦
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    • G03B21/00—Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/005—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto
    • G03B21/006—Projectors using an electronic spatial light modulator but not peculiar thereto using LCD's

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の投射型画像表示装置では、装置内部に
利用価値の少ないスペースが生じてしまい、装置が大型
化してしまう。 【解決手段】 照明光を複数の色光に分解し、これら色
光ごとに設けられた画像表示素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを照
明する色分解照明系を有し、画像表示素子から射出され
た複数色の画像光を合成して投射表示する投射型画像表
示装置において、色分解照明系を、特定波長域の色光を
反射して他の波長域の色光を透過させる色分離光学部材
ＤＭ１０１，ＤＭ１０２を用いて構成するとともに、色
分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材
の光入射面の法線とのなす角度を４５度よりも小さくな
るように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明光を色分解し
て複数の画像表示素子を照明し、これら画像表示素子か
ら射出した画像光を合成して投射表示する投射型画像表
示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、明るさを向上させ、かつコンパク
トな投射型画像表示装置が求められている。
【０００３】図４には、従来の投射型画像表示装置の構
成を示している。図４において、照明光源１０１から射
出された白色照明光は、リフレクター１０２で反射さ
れ、フライアイレンズＡ１０３を通過し、さらにミラー
Ｍ１０１で反射されて、フライアイレンズＢ１０４，偏
光変換素子１０５およびコンデンサーレンズ１０６等を
通過した後、ダイクロイックミラーＤＭ１０１に入射す
る。
【０００４】なお、一般に、照明光源としては、ハロゲ
ンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等
が使用される。
【０００５】ダイクロイックミラーＤＭ１０１は、図５
（ａ）に示す分光透過率を有し、青色波長域の光を反射
して、緑から赤色波長域の光を透過させる。また、ダイ
クロイックミラーＤＭ１０１を透過した緑から赤色波長
域の光は、ダイクロイックミラーＤＭ１０２に入射す
る。ダイクロイックミラーＤＭ１０２は、図５（ｂ）に
示す分光透過率を有し、緑色波長域の光を反射し、赤色
波長域の光を透過させる。
【０００６】ダイクロイックミラーＤＭ１０１で反射し
た青色波長域の光は、反射ミラーＭ１０２によって光路
を９０度変え、フィールドレンズ１０７Ｂを介して画像
表示素子１０８Ｂに入射し、ここで画像表示素子１０８
Ｂへの入力信号に応じて変調される。
【０００７】また、ダイクロイックミラーＤＭ１０２で
反射した緑色波長域の光は、フィールドレンズ１０７Ｇ
を介して画像表示素子１０８Ｇに入射し、ここで画像表
示素子１０８Ｇへの入力信号に応じて変調される。
【０００８】さらに、ダイクロイックミラーＤＭ１０２
を透過した赤緑波長域の光は、図５（ｃ）に示す分光透
過率を有するトリミングフィルターＴＲ０，コンデンサ
ーレンズ１１１、リレーレンズ１１２，反射ミラーＭ１
０３，Ｍ１０４およびフィールドレンズ１０７Ｒを介し
て画像表示素子１０８Ｒに入射し、ここで変調される。
【０００９】こうしてそれぞれ画像表示素子１０８Ｒ，
１０８Ｂ，１０８Ｇで変調された各色の画像光は、クロ
スダイクロプリズム１０９に入射し、青色および赤色波
長域の光はクロスダイクロプリズム１０９内で９０度方
向を変えられ、また緑色波長域の光はそのままクロスダ
イクロプリズム１０９内を透過し、全ての波長域の光が
合成されて射出される。
【００１０】そして、クロスダイクロプリズム１０９に
よって色合成された画像光は、投射レンズ１１０によっ
て不図示のスクリーン面上に投影表示される。
【００１１】このように構成された従来の投射型画像表
示装置において、ダイクロイックミラーＤＭ１０２は、
画像表示素子１０８Ｇの直前に配置され、緑色波長光の
光路と赤色波長光の光路とを分離するとともに、緑色波
長光の光路を折り曲げる役割を有しており、このダイク
ロイックミラーＤＭ１０２に入射する光の光軸とこのダ
イクロイックミラーＤＭ１０２の入射面の法線とのなす
角が４５°になるように構成されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような装置構成では、照明光源１０１から反射ミラーＭ
１０１に至る照明光の光軸が投射レンズ１１０の光軸と
平行になるように配置されているため、またコンデンサ
ーレンズ１０６の集光作用によって画像表示素子１０８
Ｒ，１０８Ｇ，１０８Ｂに向かう光束が収束していくた
め、この装置を外装ボックス等に収納する際には、図６
の斜線部に示すような利用価値の少ないスペースＳ１，
Ｓ２が生じてしまい、装置が大型化してしまうという問
題がある。
【００１３】また、上記の画像表示装置では、リレーレ
ンズ１１２および反射ミラーＭ１０３，Ｍ１０４等によ
り赤色光用のリレー系を形成しているが、このリレー系
に代えて、凹面ミラーを組み合わせたリレー系を用いる
ことも考えられる。しかし、凹面ミラーへの光の入射角
度が大きいと、収差が発生し易く、光量ロスが発生した
り良好な表示画像が得られなったりするおそれがある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、照明光を複数の色光に分解し、これら
色光ごとに設けられた画像表示素子を照明する色分解照
明系を有し、画像表示素子から射出された複数色の画像
光を合成して投射表示する投射型画像表示装置におい
て、色分解照明系を、特定波長域の色光を反射して他の
波長域の色光を透過させる色分離光学部材を用いて構成
するとともに、色分離光学部材に入射する光の光軸とこ
の色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度を４５
度よりも小さくなるように設定している。
【００１５】これにより、色分離光学部材に入射する光
の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす
角度が４５度に設定されていた従来の投射型画像表示装
置に比べて、画像光の合成・投射光学系に対する色分解
照明系の配置自由度が大きくなる。
【００１６】このため、例えば、色分解照明系が、照明
光源からの照明光の光軸を略９０度折り曲げる照明反射
部材と、この照明反射部材で反射した光に収束作用を及
ぼして色分離光学部材に入射させる集光素子とを有して
構成されているような場合に、照明光源から照明反射部
材に至る照明光の光軸が画像光の投射光軸に対して投射
光軸側に傾くように色分解照明系を配置することが可能
となる。
【００１７】したがって、例えば図６に斜線部として示
した従来無駄なスペースＳ１，Ｓ２をほとんど生じさせ
ないようにすることが可能となり、装置全体のコンパク
ト化を図ることが可能になる。
【００１８】なお、照明光源から各画像表示素子に至る
複数色光の光路のうち、光路長が他の色光の光路長より
長い光路に凹面反射部材を含むリレー系を配置する場合
において、凹面反射部材に入射する光の光軸と凹面反射
部材の反射面における前記光軸との交点を通る法線との
なす角度を４５度よりも小さく（さらには、色分離光学
部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射
面の法線とのなす角度よりも小さく）することで、リレ
ー系における収差の発生を小さく抑えることが可能とな
る。
【００１９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である投射型画像表示装置の構成を示
している。また、図２には、ダイクロイックミラーＤＭ
１〜２、トリミングフィルターＴＲの分光透過率を示し
ている。なお、これらの分光透過率は、超高圧水銀ラン
プを照明光源として使用した場合の設計例である。但
し、これらの数値は一例に過ぎず、これらの値に限定さ
れるものではい。すなわち、照明光源の種類に応じて種
々の値を設定することができる。
【００２０】図１において、照明光源１から射出された
白色光の一部は、そのままフライアイレンズＡ３に入射
し、残りはリフレクター２で反射されてフライアイレン
ズＡ３に入射する。
【００２１】フライアイレンズＡ３を通過した照明光
は、ミラー（照明反射部材）Ｍ１で略９０度光路が折り
曲げられ、フライアイレンズＢ４，偏光変換素子５，コ
ンデンサーレンズ（集光素子）６等を通過した後、ダイ
クロイックミラーＤＭ１に入射する。
【００２２】ここで、照明光はコンデンサーレンズ６を
通過する際に収束（集光）作用を受け、照明光の射出方
向に向かって収束する。
【００２３】ダイクロイックミラーＤＭ１は、図２
（ａ）に示す分光透過率を有しており、このダイクロイ
ックミラーＤＭ１において、青色波長域の光は反射し、
緑から赤色波長域の光は透過する。
【００２４】また、ダイクロイックミラーＤＭ１を透過
した緑から赤色波長域の光は、ダイクロイックミラーＤ
Ｍ２に入射する。ダイクロイックミラーＤＭ２は、図２
（ｂ）に示す分光透過率を有し、緑色波長域の光を反射
し、赤色波長域の光を透過させる。
【００２５】ダイクロイックミラーＤＭ１で反射した青
色波長域の光は、反射ミラー（導光反射部材）Ｍ２によ
って光路を折り曲げられ、フィールドレンズ７Ｂを介し
て画像表示素子８Ｂに入射し、ここで画像表示素子８Ｂ
への入力信号に応じて変調される。
【００２６】また、ダイクロイックミラーＤＭ２で反射
した緑色波長域の光は、フィールドレンズ７Ｇを介して
画像表示素子８Ｇに入射し、ここで画像表示素子８Ｇへ
の入力信号に応じて変調される。
【００２７】さらに、ダイクロイックミラーＤＭ２を透
過した赤緑波長域の光は、図２（ｃ）に示す分光透過率
を有するトリミングフィルターＴＲ，凹面ミラーＭ３，
反射ミラーＭ４および凹面ミラーＭ５により構成される
リレー系を介して画像表示素子８Ｒに入射し、ここで入
力信号に応じて光変調される。なお、反射ミラーＭ４
は、凹面、凸面および平面ミラーのいずれでも構わな
い。
【００２８】なお、画像表示素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂは液
晶ディスプレイパネル等により構成され、不図示の駆動
回路は、同じく不図示のパーソナルコンピュータ、ＤＶ
Ｄプレーヤ、テレビおよびビデオ等の画像情報供給装置
から入力された画像情報に応じて画像表示素子８Ｒ，８
Ｇ，８Ｂに駆動信号を入力する。これにより、画像表示
素子８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが駆動され、画像情報に対応した
各色用画像が形成される。
【００２９】こうしてそれぞれ画像表示素子８Ｒ，８
Ｂ，８Ｇで変調された各色の画像光は、色合成プリズム
９に入射する。この色合成プリズム９は、４つのプリズ
ムが一体的に組み合わされて作られたものであり、二対
のプリズム間にはダイクロイック膜ＤＭ３，ＤＭ４が形
成されている。
【００３０】色合成プリズム９に入射した青色波長域の
画像光は、色合成プリズム９内のダイクロイック膜ＤＭ
３で反射して９０度方向を変えられ、投射レンズ１０側
に射出する。
【００３１】また、色合成プリズム９に入射した緑色波
長域の画像光は、そのまま色合成プリズム９内を透過し
て投射レンズ１０側に射出する。
【００３２】さらに色合成プリズム９に入射した赤色波
長域の画像光は、色合成プリズム９内のダイクロイック
膜ＤＭ４で反射して投射レンズ１０側に射出する。
【００３３】この際の各色画像光の射出光軸は互いに略
一致しており、これにより各色画像光が合成されて投射
レンズ１０によって不図示のスクリーン面上に投影表示
される。
【００３４】ここで、本実施形態では、ダイクロイック
ミラーＤＭ２は、画像表示素子８Ｇの直前に配置され、
緑色波長光の光路と赤色波長光の光路とを分離するとと
もに、緑色波長光の光路を折り曲げる役割を有してい
る。そして、このダイクロイックミラーＤＭ２に入射す
る光の光軸とこのダイクロイックミラーＤＭ２の入射面
の法線とのなす角が、４２．５°（＜４５°）になるよ
うに構成されている。
【００３５】より詳しく説明すると、本実施形態の色分
解照明系は、照明光源１からの照明光の光軸を略９０度
折り曲げる反射ミラーＭ１と、この反射ミラーＭ１で反
射した光に収束作用を及ぼしてダイクロイックミラーＤ
Ｍ１，ＤＭ２に入射させるコンデンサーレンズ６とを有
し、照明光源１から反射ミラーＭ１に至る照明光の光軸
が、画像光の投射光軸（投射レンズ１０の光軸）に対し
てこの投射光軸側に傾くように配置されている。
【００３６】これにより、照明光源１およびリフレクタ
ー２が反射ミラーＭ２に接近し、図６に示した斜線部ス
ペースＳ１が小さくなる。
【００３７】また、コンデンサーレンズ６から射出され
る照明光の外周部分Ｌが、コンデンサーレンズ６の外周
近傍から図中ほぼ水平に（投射光軸方向に略直交する方
向に）射出する。このような構成とすることによって、
この表示装置を、通常は略直方体に形成されることが多
い外装ボックス２０に収納する際に、外装ボックス２０
と照明光の外周部分Ｌとの間にある、図６に示した斜線
スペース部Ｓ２をほぼなくすることができる。
【００３８】このように、本実施形態によれば、従来無
駄となっていたスペースＳ１，Ｓ２を小さく又はなくす
ることができるので、装置全体のコンパクト化を図るこ
とができる。
【００３９】なお、ダイクロイックミラーＤＭ２に入射
する光の光軸とダイクロイックミラーＤＭ２の入射面の
法線とのなす角が４２．５°に設定されていることに伴
い、これと対称配置される反射ミラーＭ２に入射する光
の光軸と反射ミラーＭ２の反射面の法線とのなす角も４
２．５°に設定されている。
【００４０】また、本実施形態では、赤色波長域の照明
光の光路長が他の光路長より長くなっており、この赤色
光路内に少なくとも２つの凹面ミラーＭ３，Ｍ５を含む
リレー系を配置しているが、前述したように、ダイクロ
イックミラーＤＭ２への入射光軸とダイクロイックミラ
ーＤＭ２の法線とのなす角が４５°より小さく設定され
ることにより、凹面ミラーＭ３への赤色波長域の照明光
の入射角度（凹面ミラーＭ３に入射する光の光軸と、凹
面ミラーＭ３の反射面における上記光軸との交点を通る
法線とのなす角度）θが小さくなり、凹面ミラーＭ３で
の収差が発生しにくくなり、光量ロスを減らしたり画質
のよい表示画像を得たりすることができる。
【００４１】なお、ダイクロイックミラーＤＭ２への入
射光の光軸とダイクロイックミラーＤＭ２の法線とのな
す角が４５°以上であると、図６に示すように、利用価
値の少ないスペースＳ１，Ｓ２が大きくなり、また凹面
ミラーに入射する光の角度も大きくなるため凹面ミラー
での収差が発生し、光量ロスが増大してしまう。
【００４２】また、本実施形態において、凹面ミラーＭ
３への入射角度θとしては、ダイクロイックミラーＤＭ
２への入射光軸とダイクロイックミラーＤＭ２の法線と
のなす角よりも小さくすることも可能である。
【００４３】なお、本実施形態では、ダイクロイックミ
ラーＤＭ２に入射する光の光軸とダイクロイックミラー
ＤＭ２の入射面の法線とのなす角を４２．５°に設定し
た場合について説明したが、本発明においては、４５度
よりも小さければこの角度に限られるものではない。
【００４４】また、本実施形態では、赤色波長域光の光
路にリレー系を設けた場合について説明したが、他の波
長域光の光路にリレー系を設けてもよい。
【００４５】（第２実施形態）上記第１実施形態では、
光路長が他の光路長より長い光路に、少なくとも２つの
凹面ミラーＭ３，Ｍ５を含むリレー系を配置した場合に
ついて説明したが、図３に示すように、レンズ１２とミ
ラーＭ６，Ｍ７によってリレー系を構成してもよく、こ
の場合も、第１実施形態と同様に、無駄なスペースを小
さくして装置のコンパクト化を図ることができる。
【００４６】なお、本実施形態において、第１実施形態
と共通する構成要素には、第１実施形態と同符号を付し
ている。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部
材の光入射面の法線とのなす角度を４５度よりも小さく
なるように設定しているので、色分離光学部材に入射す
る光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線との
なす角度が４５度に設定されていた従来の投射型画像表
示装置に比べて、画像光の合成・投射光学系に対する色
分解照明系の配置自由度を大きくすることができる。
【００４８】このため、例えば、色分解照明系が、照明
光源からの照明光の光軸を略９０度折り曲げる照明反射
部材と、この照明反射部材で反射した光に収束作用を及
ぼして色分離光学部材に入射させる集光素子とを有して
構成されているような場合に、照明光源から照明反射部
材に至る照明光の光軸が画像光の投射光軸に対して投射
光軸側に傾くように色分解照明系を配置することができ
る。
【００４９】したがって、従来無駄となっていたスペー
スをほとんど生じさせないようにすることが可能とな
り、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【００５０】また、光路長が他の色光の光路長より長い
色光用の光路に凹面反射部材を含むリレー系を配置する
場合において、凹面反射部材に入射する光の光軸と凹面
反射部材の反射面における前記光軸との交点を通る法線
とのなす角度を４５度よりも小さく（さらには、色分離
光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光
入射面の法線とのなす角度よりも小さく）することで、
リレー系における収差の発生を小さく抑えることがで
き、光量ロスの発生を抑え、良好な表示画像を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す断面図である。
【図２】上記画像表示装置に用いられるダイクロイック
ミラーおよびトリミングフィルターの分光特性を示す概
略図である。
【図３】本発明の第２実施形態である投射型画像表示装
置の構成を示す断面図である。
【図４】従来の投射型画像表示装置の構成を示す断面図
である。
【図５】従来の画像表示装置に用いられるダイクロイッ
クミラーおよびトリミングフィルターの分光特性を示す
概略図である。
【図６】従来の画像表示装置における利用されていない
スペースを示した図である。
【符号の説明】
１ 照明光源 ２ リフレクター ３，４ フライアイレンズ ５ 偏光変換素子 ６ コンデンサーレンズ ７Ｒ，７Ｇ，７Ｂ フィールドレンズ ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ 画像表示素子 ９ 色合成プリズム １０ 投射レンズ ２０ 外装ボックス Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６，Ｍ７ 反射ミラー Ｍ３，Ｍ５ 凹面ミラー ＤＭ１，ＤＭ２ ダイクロイックミラー ＤＭ３，ＤＭ４ ダイクロイック膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 EA15 HA13 HA21 HA24 HA28 MA20 2H091 FA05X FA14Z FA21X FA41Z LA11 5C058 AB06 BA05 EA13 EA14 EA26 EA51 5C060 BA04 BA08 DA05 HC20 HC24 HD02 JB06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 照明光を複数の色光に分解し、これら色
    光ごとに設けられた画像表示素子を照明する色分解照明
    系を有し、前記画像表示素子から射出された複数色の画
    像光を合成して投射表示する投射型画像表示装置におい
    て、 前記色分解照明系が、特定波長域の色光を反射して他の
    波長域の色光を透過させる色分離光学部材を有してお
    り、 前記色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光
    学部材の光入射面の法線とのなす角度が４５度よりも小
    さいことを特徴とする投射型画像表示装置。
  2. 【請求項２】 前記色分解照明系が、照明光源からの照
    明光の光軸を略９０度折り曲げる照明反射部材と、この
    照明反射部材で反射した光に収束作用を及ぼして前記色
    分離光学部材に入射させる集光素子とを有しており、 前記照明光源から前記照明反射部材に至る照明光の光軸
    が、画像光の投射光軸に対してこの投射光軸側に傾いて
    いることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示
    装置。
  3. 【請求項３】 前記色分離光学部材として、互いに異な
    る特定波長域の色光を反射する複数の色分離光学部材を
    有しており、 これら複数の色分離光学部材のそれぞれについて、入射
    する光の光軸と前記入射面の法線とのなす角度が４５度
    よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の
    投射型画像表示装置。
  4. 【請求項４】 前記色分離光学部材により分離された各
    色光を前記画像表示素子に導く導光反射部材を有してお
    りこれら導光反射部材に入射する色光の光軸とこれらそ
    れぞれの導光反射部材の反射面の法線とのなす角度が４
    ５度よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記
    載の投射型画像表示装置。
  5. 【請求項５】 照明光源から前記各画像表示素子に至る
    複数色光の光路のうち、光路長が他の色光の光路長より
    長い光路に凹面反射部材を含むリレー系が配置されてい
    ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の
    投射型画像表示装置。
  6. 【請求項６】 前記凹面反射部材に入射する光の光軸
    と、前記凹面反射部材の凹面反射面における前記光軸と
    の交点を通る法線とのなす角度が４５度よりも小さいこ
    とを特徴とする請求項５に記載の投射型画像表示装置。
  7. 【請求項７】 前記凹面反射部材に入射する光の光軸
    と、前記凹面反射部材の反射面における前記光軸との交
    点を通る法線とのなす角度が、前記色分離光学部材に入
    射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線
    とのなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項５又
    は６に記載の投射型画像表示装置。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれかに記載の投射
    型画像表示装置と、この投射型画像表示装置に対して表
    示させる画像情報を供給する画像情報供給装置とを有す
    ることを特徴とする画像表示システム。
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