JP2004333829A - Projection-type display - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像光をスクリーン上に投射する投写型表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光源より出力された光を照明光学系を介してライトバルブに照射することにより光変調して画像光とし、投射手段によりスクリーン上に投射する投写型表示装置には、透過型ライトバルブを用いる方式と、反射型ライトバルブを用いる方式が知られている。図1は、従来の反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【0003】
図1において、101は光源であり、ランプ101a、放物面鏡101bから構成されている。ランプ101aは、放物面鏡101bの焦点位置に配置されており、光軸Oにほぼ平行な光が開口部101cから発せられる。開口部101cから発せられた光は、複数のレンズセルが配置された第1レンズアレイ102、第2レンズアレイ103、及び重ね合わせレンズ104により形成されるインテグレータ光学系を順次通過する。これにより、光源101の光束が後述するライトバルブの有効開口上に効率よく且つ均一に照射される。
【0004】
105は光源101の光束を所定の波長毎に分離するダイクロイックミラー群であり、2枚のダイクロイックミラー105a、105bにより構成されている。ダイクロイックミラー群105は、後述するダイクロイックミラー106と共に光源101からの光束を、波長域の異なる赤色光、緑色光、青色光の3色に分解する光分解手段を構成する。ダイクロイックミラー105a、105bは反射面が光軸に対しそれぞれ45°の角度をなすように互いに直交しており、その交差部分に重ね合わせレンズ104を通過した軸光が入射するように配置されている。この図に示す例では、ダイクロイックミラー105aで青色光を図面上方向に反射し、ダイクロイックミラー105bで緑色光及び赤色光を図面下方向に反射している。ダイクロイックミラー105aにより反射された青色光は、ミラー107により進行方向を90°曲げられ、フィールドレンズ117を通過して偏光ビームスプリッタ(以下PBSという)109に入射する。フィールドレンズ117は、光源101からの光束をテレセントリックな光束とし、投影される像の誤差を小さくするために設けられている。
【0005】
一方、ダイクロイックミラー105bにより反射された緑色光及び赤色光は、ミラー108により進行方向を90°曲げられ、更にダイクロイックミラー106により分離される。この図に示す例では、ダイクロイックミラー106は、緑色光を反射し、赤色光を透過させるものであり、ダイクロイックミラー106により反射された緑色光はフィールドレンズ118を通過してPBS110に入射する。そしてダイクロイックミラー106を透過した赤色光はフィールドレンズ119を通過してPBS111に入射する。この例においては、上述したインテグレータ光学系、光分解手段、フィールドレンズ、及びPBSにより照明光学系が構成され、光源101からの光を各ライトバルブ上に収束させている。
【0006】
青色、緑色、赤色の各光束は、それぞれ対応するPBS109、110、111により進行方向を90°曲げられ、液晶パネルからなるライトバルブ112、113、114へ入射する。このときライトバルブ112、113、114の照明に不要な偏光成分はPBS109、110、111により取り除かれている。各ライトバルブ112、113、114により変調された青色、緑色、赤色の各光束は、再びPBS109、110、111に入射し、PBS109、110、111を透過してスクリーン投影に不要な偏光成分が除去された後、クロスダイクロイックプリズム115に入射する。この図に示す例では、青色光は図面上方向から、赤色光は図面下方向から、緑色光は図面右方向から入射する。
【0007】
クロスダイクロイックプリズム115に入射した青色光は反射面115aで、赤色光は反射面115bでそれぞれ投射レンズ116方向に反射され、緑色光は反射面115a、115bを透過して直進するため、青色、緑色、赤色の各光束が色合成され、投射手段である投射レンズ116によりスクリーン(図示せず)に投射される。
【0008】
次に、透過型ライトバルブを用いる方式について説明する。図5は、従来の透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。透過型ライトバルブを用いた場合、光束がライトバルブに入射する入射面とライトバルブから投射レンズに導かれる光束の射出面が異なるため、照明光学系にPBSは不要となる。なお、各ライトバルブの入射面側及び射出面側には偏光板(図示せず)が設けられ、PBSに代わり光束を所定の偏光のみを取り出す。また、この図に示す例では、ダイクロイックミラー123は赤色光のみ反射するものを用いており、赤色光はダイクロイックミラー123で反射して進行方向を図面上方向に90°曲げられ、緑色光及び青色光はダイクロイックミラー123を透過して直進する。
【0009】
ダイクロイックミラー123で反射した赤色光は更にミラー107により進行方向を図面右方向に90°曲げられた後、フィールドレンズ119を介してライトバルブ114に入射する。ダイクロイックミラー124は緑色光のみ反射するものを用いており、ダイクロイックミラー123を透過した緑色光及び青色光のうち、緑色光はダイクロイックミラー124で反射して進行方向を図面上方向に90°曲げられ、青色光はダイクロイックミラー124を透過して直進する。ダイクロイックミラー124で反射した緑色光はフィールドレンズ118を介してライトバルブ113に入射する。一方、青色光については光路長が長くなることに起因する光利用効率の低下を防ぐために第1リレーレンズ125、第2リレーレンズ126、第3リレーレンズ127を組み合わせたリレー光学系128を介してライトバルブ112に入射される。各ライトバルブに入射した赤色、緑色、青色の光束はクロスダイクロイックプリズム115により色合成され、投射レンズ116によりスクリーン(図示せず)に投射される。また、第1レンズアレイ102と第2レンズアレイ103の間にはミラー129が配置され、光源101からの光路は90°曲げられている。その他の構成は図1と同様であるため、説明は省略する。
【0010】
クロスダイクロイックプリズム115の反射、透過特性は入射光の波長や偏波面によって異なるため、投射された画像において左右の色合いが異なるという、いわゆるカラーシェーディング現象が生じることが知られている。そこで、赤色光、青色光、緑色光が均等にクロスダイクロイックプリズム115を透過するように、赤色光、青色光をS波、緑色光をP波に変換してカラーシェーディングを防止する方法が考案されているが、フレネルレンズ及びレンチキュラーレンズから構成される投影スクリーンを用いる場合、S波とP波では投影スクリーンへの入射角により反射率が異なるため、画像の端部において緑色が濃くなるという色ムラが生じる。特許文献1においては、緑色光の光路を制限する遮光手段を設けることにより上記色ムラを防止する方法が開示されている。
【0011】
また、ライトバルブ112、113、114に用いられる液晶パネルは、入射光の角度等によりコントラストが変化する、いわゆる視野角特性を有することが知られており、特許文献2においては、液晶パネルの視野角特性に応じて、入射される光束の一部を減衰させる減衰板を設けることにより、液晶パネルの視野角特性により生じるコントラストの劣化を防止する方法が開示されている。また、特許文献3においては、波長選択性を有する減衰板を使用して、少なくとも何れか1つの色光だけを選択的に減衰させ、液晶パネルの視野角特性に応じた遮光を行い、他の色光に影響を与えることなくコントラストを改善する方法が開示されている。
【0012】
【特許文献1】
特開平9−93598号公報
【特許文献2】
特開2001−222002号公報
【特許文献3】
特開2003−107579号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置の場合、PBSに光弾性定数の大きな硝材を用いると、PBS内部で偏光状態が変化し、十分な偏光分離性能が確保できず、投写型表示装置のコントラストの低下を招く。そのため、高コントラストを確保するためには、光弾性定数の小さい硝材を用いる必要がある。ところが、光弾性定数の小さい硝材は赤色、緑色などの長波長側の光に比べて短波長側の青色光の透過率が低く、ライトバルブの照明に必要な青色成分の不足を招き、投射画面が黄色味を帯びるといった画質低下を招いてしまう。特に高いコントラストが要求される光学系においては、図2に示すようにPBSを各光路について複数用いることがあるが、光が硝材を通過する距離が長くなるため、この現象が更に顕著に発生する。
【0014】
そこで、この黄色味を補正するために、ライトバルブの電気的な制御により赤色、緑色領域の光利用効率を下げる方法が提案された。図3にライトバルブの電気的制御による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す。色補正前(図3(a))において、投写型表示装置の最も明るい変調状態での明るさ(ON光レベル)をA、最も暗い変調状態での明るさ(OFF光レベル)をCとすると、色補正後(図3(b))は赤色光、緑色光のON光レベルは補正によりk×A(k<1)となり、青色光と同程度となっているが、OFF光レベルは補正されずCのままである。投写型表示装置のコントラストはON光レベル/OFF光レベルで表されるが、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはk×A/C(k<1)となって補正前のコントラストA/Cよりも低下する。即ち、この制御方法ではOFF光レベルを下げることができず、ON光レベルのみを低下させることとなるため、投写型表示装置の明るさの低下のみでなく、ON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を招くこととなる。
【0015】
また、PBSを用いた光学系においては、PBSへの入射角度が大きくなるにつれて、ライトバルブへの入射光束の偏光方向とライトバルブからの射出光束の偏光方向の差異が大きくなることでOFF光レベルでの光漏れが増大し、コントラストが低下する性質がある。図4は、PBSに対する入射光線及び反射光線の関係を示す概略図である。ここでは説明の便宜のため、ライトバルブを平面ミラーに置き換えている。図4において、21はPBS109の反射面であり、S偏光成分を反射し、P偏光成分を直進させる。PBS109への入射光軸22をY軸、反射光軸23をZ軸、Y軸とZ軸に直交する方向をX軸とする。
【0016】
図4に示すように、PBS109への入射光線24がXY平面内にあり、入射方向がY軸と平行でない場合、平面ミラー29への入射光線25と、その反射光線26とは共にXZ平面内にあり、平面ミラー29への入射光線25及び平面ミラー29からの反射光線26のなす角を2等分する方向はZ軸に平行である。ただし、平面ミラー29への入射光線25及び平面ミラー29からの反射光線26に対するS偏光の方向はXZ平面と平行ではない。すなわち、X軸に対するS偏光の方向が、入射光線25は左回りに、反射光線26は右回りに同量だけ回転しているため、入射光線25に対するS偏光は偏光方向27の直線偏光となり、反射光線26に対するS偏光は偏光方向28の直線偏光となるが、平面ミラー29は反射の前後で偏光状態を変化させないため、反射光線26のS偏光は偏光方向29の直線偏光となり、PBS109の反射光線26に対するS偏光の方向28と一致しない。このため、反射光線26の一部がPBS109を直進してしまい、コントラストの低下を招く。この現象は、PBS109への入射光線24と入射光軸22のなす角度が大きくなるにつれて顕著となる。
【0017】
一方、透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置の場合、光源のランプには発光効率に優れた超高圧水銀ランプやメタルハライドランプが用いられる。これらのランプは青色光、緑色光に比べて赤色光の比率が低いため、青色光及び緑色光の光利用効率を電気的に低下させて色再現性を確保する方法がとられているが、反射型ライトバルブを用いた場合と同様に、投写型表示装置の明るさ及びコントラストの低下を招いていた。
【0018】
このような問題点を解決するため、赤色光、緑色光、青色光のうち所定の光束について、ライトバルブへの入射角度を光学的に制限する方法が考えられる。しかしながら、前記特許文献1に記載の方法では投影スクリーンへの光束の入射角度を制限するため、遮光手段はライトバルブの近傍に設けられることとなるが、遮光手段をライトバルブの近傍に配置した場合、遮光手段自身の影がライトバルブに入り込んでしまうため、入射角度を制限される色光の明るさにムラが生じてしまう。また、特許文献2および3に記載の方法では、ライトバルブに用いられる液晶パネルの視野角特性に応じて、入射される光束の一部を光軸に対して非対称に減衰させるため、ビネッティングによる画像ムラが避けられない。
【0019】
本発明は、上記問題点に鑑み、高コントラストで照度ムラや色ムラのない高画質な投写型表示装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれる光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも1つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する2軸に対し線対称に入射光束を遮光することを特徴とする。
【0021】
この構成によると、赤色光、緑色光、青色光のうち最も利用効率の低い光に合わせてON光レベルとOFF光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を適切な割合にすることにより、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。更に各色のバランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度の設定も可能となる。また、遮光手段を照明光学系内の所定の位置に配置したので、画像をスクリーンに投射した場合、スクリーンの中心部と周辺部で赤色光、緑色光、青色光の光量バランスが確保され、スクリーン投射時の色ムラが抑制される。更に入射光束を光軸に直交するするとともに光軸に対し垂直な面を形成する2軸に対し線対称に制限したので、ビネッティングによる色ムラを防止することができる。
【0022】
また、PBSを用いた光学系において、PBSへの入射光束の角度を制限できるので、ライトバルブへの入射光量の低減に加えてライトバルブへの入射光束とライトバルブからの射出光束の偏光面の差異により発生するOFF光レベルでの光漏れを低減する効果も得られ、よりコントラストの高い投射型表示装置を提供することができる。また、PBSの反射膜に対する入射光の角度が大きくなるにつれP偏光成分の透過率が低下することが知られており、入射光束角度を低減するのはPBSの反射膜設計の観点からも好ましい。
【0023】
また本発明は、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれた光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも1つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることを特徴とする。
【0024】
この構成によると、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによってライトバルブへの光束の入射角度を可変制御できるので、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。
【0025】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記ライトバルブに入射する入射光束角度が、波長域の異なる3色の色光毎に異なることとした。
【0026】
この構成によると、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについて光利用効率が異なる場合でも、3色のうち最も低い光に合わせてON光レベルとOFF光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にすることにより、各色のバランスを確保することができる。特に光学系にPBSを用いた場合は投射画面が黄色味を帯びる画質低下を防ぐために赤色光を最も多く制限し、赤色光の比率が低い超高圧水銀ランプやメタルハライドランプを光源に用いた場合は青色光を最も多く制限することにより、色再現性を確保しながら高コントラスト表示を実現することができる。
【0027】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記光分解手段により分解された波長域の異なる3色の光路のうち、他の色光と比較して光路長の異なる光路に配置され、光源側から順に、それぞれ少なくとも1枚のレンズから成る第1、第2、第3のリレーレンズにより構成されるリレー光学系を、前記照明光学系内に備え、前記遮光手段は前記第1リレーレンズと前記第2リレーレンズの中点から前記第2リレーレンズと前記第3リレーレンズの中点までの間に設けられることとした。
【0028】
この構成によると、光をリレー光学系を介してライトバルブに入射させる場合においても、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、遮光手段をリレー光学系内の所定の位置に配置することにより、スクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【0029】
また本発明は、上記構成の投写型表示装置において、前記遮光手段は、中心部においては全ての可視光を透過させ、周辺部においては一部の波長帯域の光を反射させるダイクロイック特性を有することとした。
【0030】
この構成によると、光源からの照明光の赤色光、緑色光、青色光のうち過剰な成分のみをダイクロイックコートのコート特性の選択及びコート面積の調整により簡易且つ確実に低減することができる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図6は第1実施形態の投写型表示装置を示す概略図であり、図3(a)のような色バランスを持つ図1に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の大まかな構成及び構成部品の一部は図1と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、図1と同一の部分については同一の符号を付している。
【0032】
図6において、1は光源101から発せられた光束のうち所定の色についてライトバルブへの入射角度を制限する遮光手段であり、第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に光軸に対して垂直に配置されている。本実施形態においては、緑色光、赤色光についてライトバルブ113、114に入射する入射角度を制限することにより、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示を実現している。
【0033】
本実施形態に用いられる遮光手段1には、図7に示すようにガラス製の平板2の中央部に反射防止コート(以下、ARコートという)3が円形にコーティングされたカラーフィルターが用いられている。反射防止コート3の周辺部には特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート4がコーティングされており、本実施形態においては青色光のみ透過させるものを用いている。図8に本実施形態に用いられるARコート3及びダイクロイックコート4のコート特性を示す。ARコート3は青色領域から赤色領域までの各波長に対し、全て100%近い透過率を有している(図8(a))。これに対しダイクロイックコート4は青色領域においては100%近い透過率を示すが、青色領域より長波長側においては急激に透過率が低下し、緑色及び赤色領域では透過率はほぼ0%となっている(図8(b))。また、本実施形態においてはダイクロイックコート4は青色光を透過し、緑色光及び赤色光を透過しないものを用いたが、投写型表示装置において不足している色とその光量に合わせて波長を選択透過させるコートを任意に選択可能である。
【0034】
また、ARコート3をコーティングする部分の形状は円形に限られるものではなく、図16(a)に示すような楕円形、図16(b)に示すような猫目形、図16(c)に示すような矩形など光軸に直交する2軸に対称な他の形状とすることもできる。PBSの偏光面の特性が縦方向及び横方向で異なる場合、例えば図4に示すように、PBSへの入射光束の方向によるコントラスト低下の現象が、入射光束がY軸方向にずれることにより顕著となる場合には、Y軸方向の入射光束を制限するため、Z軸方向に細長い楕円形や猫目形とするのが好ましい。
【0035】
図9に本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示す。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、PBS及びライトバルブは各色毎に設けられているが、ここでは一色についてのみ表示している。遮光手段1を透過した光束は、フィールドレンズ117、118、119及びPBS109、110、111を通過してライトバルブ112、113、114に入射する。このとき、青色光は遮光手段1の全領域を透過してライトバルブ112に到達するのに対し、緑色光及び赤色光はダイクロイックコート4を透過しないため、ARコート3がコーティングされた中央の円形部のみを透過してライトバルブ113、114に到達する。これにより、中央の円形部においては全色の光束Dが通過し、周辺部においては青色光Eのみが通過することとなり、ライトバルブ113、114に入射する緑色光及び赤色光はライトバルブ112に入射する青色光に比べ入射角度が制限されるため、ライトバルブ112、113、114に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【0036】
図10に、本実施形態の光束角度低減による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す。本実施形態においては波長選択性を有するコートを用いて入射光量を光学的に低減するため、電気的制御手段により色補正を行う図3の場合と異なり、赤色光、緑色光のON光レベル及びOFF光レベルは共に補正によりk×A及びk×C(k<1)となり、青色光と同程度となっている(図10(b))。これにより、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはk×A/k×C(k<1)=A/Cとなって補正前のコントラストA/Cと同程度に保たれるため、ON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。なお、本実施形態においては、色補正により赤色光、緑色光、青色光のバランスを均等にして高コントラスト化を実現しているが、各色の色バランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度を設定することも可能である。
【0037】
次に、PBSを用いた光学系における本実施形態の光束角度低減による効果を説明する。図11に本実施形態の光束角度低減によるPBSへの効果を示す。PBSを用いた光学系においては、PBSへの入射角度が大きくなるにつれて、ライトバルブへの入射光束の偏光方向とライトバルブからの射出光束の偏光方向の差異が大きくなることでOFF光レベルでの光漏れが増大し、コントラストの低下を招くこととなるが、本実施形態では図10に示した入射光量の低減効果(×k)に加えて、PBSへの入射角度の制限によるOFF光レベルでの光漏れ防止効果(×m)が得られる。したがって、赤色光、緑色光のON光レベルは共に補正によりk×A(k<1)となるのに対し、OFF光レベルは共に補正によりkk×m×C(k<1、m<1)となる(図11(b))。これにより、赤色光、緑色光では補正後のコントラストはk×A/k×m×C(k<1、m<1)=A/m×C(m<1)となって補正前のコントラストA/Cに比べ高くなるため、色補正前より高コントラスト化を実現できる。
【0038】
次に、本実施形態において用いられる遮光手段の他の形態について説明する。図12は本実施形態における遮光手段を示す概略構成図であり、遮光手段1を可変制御可能としたものである。図12において、遮光手段1は、特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート4がコーティングされた2枚のガラス製の平板2から構成され、第2レンズアレイ103の上端部及び下端部を覆うように配置されている。更に各平板2は第2レンズアレイ103のレンズ面に沿って摺動可能に構成されており、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できるので、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。なお、この例では遮光手段1を第2レンズアレイ103の上端部及び下端部を覆うように配置して可変制御可能としたが、左右両端部に配置してもよく、上下左右に配置してもよい。また、遮光手段1をカメラの絞りのような構造にして遮光部分の大きさを光軸中心に対し均等に可変制御可能とすることもできる。
【0039】
なお、本実施形態においては、遮光手段1は第2レンズアレイ103の近傍に配置したが、光源101から各ライトバルブ112、113、114までの照明光学系内の他の位置に配置することもでき、図13に示すように第1レンズアレイ102と第2レンズアレイ103との中点Fと、各ライトバルブ112、113、114と第2レンズアレイ103との中点Hの間に配置することが好ましい。第2レンズアレイ103は光源101に対し共役な位置にあり、第1レンズアレイ102は各ライトバルブ112、113、114に対し共役な位置にあるため、遮光手段1は光源に対し共役な位置とライトバルブに対し共役な位置との中点よりも光源に対し共役な位置側で、且つ光源に対し共役な位置とライトバルブとの中点よりも光源に対し共役な位置側に配置されることとなる。上記範囲内に配置した場合は、遮光手段1自身の影がライトバルブに映り込むことがなく、スクリーンの中心部と周辺部で青色、緑色、赤色の各光量バランスが確保され、スクリーン投射時の色ムラを抑制することができる。また、遮光手段1を既存の光学部品と接合することや、第2レンズアレイ等の光学部品自体と兼用することも可能である。例えば、第2レンズアレイと兼用する場合は、第2レンズアレイの何れかの面に上記ARコート3及びダイクロイックコート4をコーティングすればよい。
【0040】
次に本発明の第2実施形態を図面を参照して説明する。図14は第2実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図5に示す従来の透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図5と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、図5と同一の部分については同一の符号を付している。
【0041】
本実施形態の遮光手段1も、光源101と共役な位置である第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に配置されている。遮光手段1の構成についても第1実施形態と同様であるが、本実施形態では不足している光が赤色光であるため、図7においてダイクロイックコート4は赤色光を透過し、青色光及び緑色光を透過しないものを用いている。また、第1実施形態と同様に、投写型表示装置において不足している色とその光量に合わせて波長を選択透過させるコートを任意に選択可能である。
【0042】
また、第1実施形態と同様に、図12に示すような構成により遮光手段1を可変制御可能とすることもでき、遮光手段1を既存の光学部品と接合することや、第2レンズアレイ等の光学部品自体と兼用することも可能である。さらに、遮光手段1は第2レンズアレイ103の近傍に配置したが、図13に示すように第1レンズアレイ102と第2レンズアレイ103との中点Fと、各ライトバルブ112、113、114と第2レンズアレイ103の中点Hまでの間に配置することができるのはもちろんである。
【0043】
本実施形態では、光学系にPBSを用いないため、光束角度低減によるPBSへの効果は生じないが、ライトバルブへの入射光束角度の制限により入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持し、色補正によるON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。
【0044】
次に本発明の第3実施形態を図面を参照して説明する。図15は第3実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図2に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものであり、図2と同様に青色光、緑色光、赤色光の各光路にPBS120、121、122を増設している。投写型表示装置の構成及び構成部品は図2と共通するため、説明は省略する。なお、説明の便宜上、従来例の図2と同一の部分については同一の符号を付している。
【0045】
本実施形態においては、図2に示す従来の反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置において、緑色光及び赤色光を反射するダイクロイックミラー105bと反射ミラー108の間に遮光手段5を配置している。図15に示すように、遮光手段5は、例えば金属板等に通過穴5aを開け、通過穴5a以外の部分を遮光部5bとしたものである。ダイクロイックミラー105bにより反射された緑色光及び赤色光は、遮光手段5の通過穴5aを通過することにより入射角度が低減される。なお、本実施形態においては通過穴5aの形状を八角形としたが、図16(a)に示すような楕円形、図16(b)に示すような猫目形、図16(c)に示すような矩形などの他の形状とすることもできる。光源101からの照明光は光軸に対し対称な広がりを有するのに対し、投影画像は通常縦横の比率が異なるため、ライトバルブのパネル面も縦横比が異なる。そのため、特に遮光手段5をライトバルブ寄りに配置する場合、楕円形、猫目形等の画像に合わせた形状にする方が画像にムラが生じないためより好ましい。また、通過穴5aの大きさについても入射光量を低減する度合いに合わせて任意に選択可能であり、例えば遮光手段5をカメラの絞りのような構造にして通過穴5aの大きさを可変制御可能とすることもできる。
【0046】
図17に本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示す。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、PBS及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。本実施形態においては、青色光の光路には遮光手段5が設けられていないため、ダイクロイックミラー105aにより反射された青色光は全てライトバルブ112に到達する(図17(a))。一方、緑色光及び赤色光は遮光手段5の通過穴2aを通過した光のみがライトバルブ113、114に到達する(図17(b))。ライトバルブ113、114に入射する緑色光及び赤色光はライトバルブ112に入射する青色光に比べ入射角度が制限されるため、ライトバルブ112、113、114に入射する各色光の光利用効率が均等になる。これにより、各光路に複数のPBSを用いた場合でも投射画面が黄色味を帯びることによる画質低下を防ぎ、高コントラストで高画質な投射画像を確保することができる。
【0047】
次に、投写型表示装置の色補正前の色バランスが、図19に示すように青色光、緑色光、赤色光の順に高くなっている場合について説明する。図18は本発明の第4実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図15に示す反射型ライトバルブを用いた投写型表示装置を更に改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図15と共通するため、説明は省略する。
【0048】
本実施形態においては、第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に配置された波長選択による第1の遮光手段1に加えて、第3実施形態の遮光手段5を第2の遮光手段としてダイクロイックミラー105bと反射ミラー108の間に配置している。遮光手段1、5により各色の光の入射角度は2段階で補正され、赤色光を最も多く遮光し、次いで緑色光を遮光することにより、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保している。
【0049】
図20は本実施形態において用いる遮光手段の特性及び形状を示したものである。第1の遮光手段1には第1、第2実施形態と同様にカラーフィルターが用いられており、ガラス製の平板2の中央部にARコート3が円形にコーティングされており、ARコート3の周辺部には特定色の光のみ透過させるダイクロイックコート4がコーティングされている(図20(b))。本実施形態においては青色光及び緑色光のみ透過させるものを用いており、ダイクロイックコート4は青色領域及び緑色領域においては100%近い透過率を示すが、緑色領域より長波長側においては急激に透過率が低下し、赤色領域では透過率はほぼ0%となっている(図20(a))。また、第2の遮光手段5は第3実施形態と同様、金属板等に通過穴5aを開け、通過穴5a以外の部分を遮光部5bとしたものであるが、本実施形態においては、通過穴5aは、第1の遮光手段1のARコート3がコーティングされた円形部を通過した光が影響を受けないような大きさ及び形状に構成されている(図20(c))。
【0050】
図21は本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示したものである。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ、PBS及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。この場合、青色光は第1の遮光手段1の全域を通過し、さらに青色光の光路には第2の遮光手段5が設けられていないため、第2レンズアレイ103を通過した青色光は全てライトバルブ112に到達する(図21(a))。一方、緑色光及び赤色光は第2の遮光手段5の通過穴5aを通過することによりライトバルブ113、114に到達するが、赤色光は第1の遮光手段1を通過する際、ダイクロイックコート4により入射角度が低減されているため、第2の遮光手段5の影響を受けずにライトバルブ114に到達する。これに対し緑色光は、青色光と同様に第1の遮光手段1の制限を受けずに全域を通過するため、第2の遮光手段5により入射角度が低減されてライトバルブ113に到達する(図21(b))。これにより、赤色光、緑色光の順に入射角度が多く制限され、青色光は入射角度を制限されることなくライトバルブに到達するため、ライトバルブ112、113、114に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【0051】
第1の遮光手段1は色補正前の赤色光、緑色光、青色光のバランスにより、コーティング部の大きさや、波長を選択透過させるコート材の種類等を任意に選択可能である。また、第2の遮光手段5についても同様に通過穴5aの形状及び大きさを本発明の目的を逸脱しない範囲で任意に選択することができる。すなわち、これら遮光手段1、5を適宜組み合わせることにより、最適な色バランスとすることが可能となる。
【0052】
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持する。また、光学系にPBSを用いているため、光束角度低減によるPBSへの効果も期待され、色補正によるON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラストの向上を図ることができる。
【0053】
なお、第4実施形態においては、第2の遮光手段5をダイクロイックミラー105bと反射ミラー108の間に配置したが、第2の遮光手段5の配置位置はこれに限定されるものではなく、光源101から各ライトバルブ112、113、114までの照明光学系内の他の位置に配置することもできる。ただし、本実施形態のように遮光手段5が光の通過穴5aと遮光部5bを設けた遮光板により構成される場合は、遮光手段5を通過する全ての光束の角度が制限されるため、ダイクロイックミラー群105の前段に配置することはできない。赤色光、緑色光、青色光のうち少なくとも1つの光束を分離する光分解手段より後段に配置することにより、各色のバランスの調整が可能となる。
【0054】
図22は本発明の第5実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、第2の遮光手段5は反射ミラー108の後段に配置されている。投写型表示装置のその他の構成は第4実施形態と共通するため、説明は省略する。また、ここでは第1の遮光手段1は第4実施形態と同様に第2レンズアレイ103の近傍に配置したが、第1の遮光手段1の配置についても本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜選定することができる。
【0055】
次に、本発明の第6実施形態を図面を参照して説明する。図23は第6実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図であり、図5に示す従来の透過型ライトバルブを用いた投写型表示装置を改良したものである。投写型表示装置の構成及び構成部品は図5と共通するため、説明は省略する。なお、本実施形態においては、青色光をリレー光学系を介してライトバルブに導いているものとし、投写型表示装置の色補正前の色バランスが、図24に示すように赤色光、緑色光、青色光の順に高くなっている場合について説明する。
【0056】
本実施形態においては、波長選択による第1の遮光手段1を設けた第2実施形態の構成に加えて遮光板に通過穴5aを設けた第2の遮光手段5を併用し、第4実施形態と同様に各色光の光利用効率を均等にしている。図23において、青色光の光路は赤色光、緑色光と比較して光路長が長くなるため、青色光の光利用効率の低下を防ぎ、赤色光、緑色光と同じ照明状態にするため、第1リレーレンズ125、第2リレーレンズ126、及び第3リレーレンズ127を組み合わせたリレーレンズ光学系128を介してライトバルブ109に入射される。第1の遮光手段1は第2実施形態と同様に第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に配置され、第2の遮光手段5は、第2レンズアレイ103と共役な位置である青色光の光路に設けられたリレー光学系128内の第2リレーレンズ126の近傍に配置されている。
【0057】
図25は本実施形態において用いる波長選択による第1の遮光手段の特性を示したものである。本実施形態においては赤色光のみ透過させるものを用いており、ダイクロイックコート4は赤色領域においては100%近い透過率を示すが、赤色領域より短波長側においては急激に透過率が低下し、緑色領域及び青色領域では透過率はほぼ0%となっている。また、図22に示すように、第2の遮光手段5は第3実施形態と同様、金属板等に円形の通過穴5aを開け、通過穴5a以外の部分を遮光部5bとしたものであるが、本実施形態においては、通過穴5aは第1の遮光手段1のARコート3がコーティングされた円形部を通過した光をさらに低減するような大きさに構成されている。
【0058】
図26は本実施形態における遮光手段以降の概略光路図を示したものである。説明の便宜上、ミラー類や重ね合わせレンズ等は省略している。また、フィールドレンズ及びライトバルブは各色毎に設けられるが、ここでは緑色光及び赤色光は一色についてのみ表示している。図24において、赤色光は第1の遮光手段1の全域を通過してライトバルブ114に到達するが、緑色光は遮光手段1を通過する際、ダイクロイックコート4により入射角度が低減されて、ARコート3がコーティングされた中央の円形部のみを通過してライトバルブ113に到達する(図26(a))。一方、青色光は緑色光と同様に第1の遮光手段1のARコート3がコーティングされた中央の円形部のみを通過してリレー光学系128内に導かれる。リレー光学系128内の第2リレーレンズ126の近傍には第2の遮光手段5が設けられており、青色光は第2の遮光手段5の通過穴5aを通過することにより、緑色光よりも更に入射角度を低減されてライトバルブ112に到達する(図26(b))。これにより、第4実施形態とは逆に、青色光の入射角度が最も多く制限され、次いで緑色光が制限され、赤色光については制限を受けずそのままライトバルブに到達するため、ライトバルブ112、113、114に入射する各色光の光利用効率が均等になる。
【0059】
本実施形態においても、第4実施形態と同様に第1の遮光手段1のコーティング部の形状及び大きさ、波長を選択透過させるコート材の種類等を任意に選択可能である。また、第2の遮光手段5についても同様に通過穴5aの形状及び大きさを任意に選択することができる。なお、本実施形態においては第2の遮光手段5は金属板に通過穴5aを設けて入射角度を制限する構成としたが、第2の遮光手段5を設けずに、第2リレーレンズ126のレンズ径を小さくすることにより入射角度を制限することもできる。また、これらの遮光手段1、5は投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【0060】
また、第1の遮光手段1及び第2の遮光手段5は照明光学系内の他の位置に配置することもできる。図27は本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。図27に示すように、本実施形態においては第2レンズアレイ103の他に第2リレーレンズ126も光源101と共役な位置にあり、第1レンズアレイ102の他に第1リレーレンズ125もライトバルブ112と共役な位置にある。よって、第1の遮光手段1を、光源101と共役な位置にある第2レンズアレイ103と、第2レンズアレイ103と隣り合うライトバルブ112と共役な位置にある第1レンズアレイ102及び第1リレーレンズ125との中点I、Jの間に配置し、第2の遮光手段5を、光源101と共役な位置にある第2リレーレンズ126と、第2リレーレンズ126と隣り合うライトバルブ112と共役な位置にある第1リレーレンズ125との中点K及び第2リレーレンズ126とライトバルブ112との中点Lの間に配置するのが好ましい。ここで第3リレーレンズ127はライトバルブ112の近傍に位置するため、第2の遮光手段5は第1リレーレンズ125と第2リレーレンズ126との中点と、第2リレーレンズ126と第3リレーレンズ127との中点の間に配置されることになる。このように第1の遮光手段1及び第2の遮光手段5を光源101と略共役な位置に配置することにより、遮光手段1、5自身の影によるスクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【0061】
本実施形態では、第2実施形態と同様に光学系にPBSを用いないため、光束角度低減によるPBSへの効果は生じないが、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正によるON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラスト低下を防ぐことができる。
【0062】
次に本発明を単板ライトバルブの投射型表示装置に適用した例について説明する。図28は本発明の第7実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、ダイクロイックミラーの代わりにカラーホイールを光分解手段として用いている。なお、説明の便宜上、従来例と同一の部分については同一の符号を付している。
【0063】
図28において、光源101から発せられた光はコンデンサレンズ5によってカラーホイール6の近傍に焦点を結ぶ。カラーホイール6は、コンデンサレンズ5の焦点付近に赤色光、緑色光、青色光の各色成分を通過させるカラーフィルター7を回転軸8から等距離の位置に有しており、カラーホイール6が回転軸8を中心に高速回転することにより、透過光の色を経時的に順次切り替える。カラーホイール6を透過した光は、コリメータレンズ9により光軸に対し平行光となる。なお、本実施形態においてはコンデンサレンズ5を用いてカラーホイール6の近傍に焦点を結ばせているが、例えば光源101を第1焦点及び第2焦点を有する楕円リフレクタとし、第2焦点付近にカラーホイール6を配置して第1焦点近傍から発せられる光をカラーホイール6の近傍に焦点を結ばせる構成としても良い。
【0064】
コリメータレンズ9により平行となった光は、第1レンズアレイ102及び第2レンズアレイ103により均一化される。本実施形態においては、コリメータレンズ9と第1レンズアレイ102との間、及び第1レンズアレイ102と第2レンズアレイ103との間に反射ミラー10、11を配置し、光路を180°方向変換している。第2レンズアレイの各セルより射出した光は重ね合わせレンズ104を通過した後、反射ミラー12により光路を90°曲げられ、フィールドレンズ13を通過してPBS14に入射する。フィールドレンズ13は、光源101からの光束をテレセントリックな光束とし、投影される像の誤差を小さくするために設けられている。
【0065】
PBS14により進行方向を90°曲げられた光束は、ライトバルブ15へ入射する。このときライトバルブ15の照明に不要な偏光成分はPBS14により取り除かれている。ライトバルブ15により変調された光束は、再びPBS14に入射し、スクリーン投影に不要な偏光成分が除去された後、投射レンズ116によりスクリーン(図示せず)に投射される。
【0066】
本実施形態においては、遮光手段1は光源101に対し共役な位置である第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に配置されている。これにより、所定の色の光についてライトバルブ15に入射する入射角度が制限され、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示が実現される。遮光手段1の構成やコート特性、配置可能位置などは第1実施形態と共通するため、説明は省略するが、本実施形態では、第2レンズアレイ103の他にカラーホイール6の位置も光源101に対し共役となっているため、遮光手段1を、カラーホイール6と、ライトバルブ15と共役な位置にあるコンデンサレンズ5及びコリメータレンズ9との中点の間に配置することも可能である。また、遮光手段1を投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【0067】
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、ライトバルブへの入射光量を光学的に低減することにより、電気的制御手段により色補正を行う場合に比べ、色補正後のコントラストを色補正前のコントラストと同程度に保持する。また、光学系にPBSを用いているため、光束角度低減によるPBSへの効果も期待され、色補正によるON光レベル/OFF光レベルで表される投写型表示装置のコントラストの向上を図ることができる。また、遮光手段1を光源101に対し共役な位置にある第2レンズアレイ103の近傍に配置しているため、遮光手段1自身の影がライトバルブに入り込むことはなく、明るさのムラを抑制できる。
【0068】
図29は本発明の第8実施形態の投写型表示装置を示す概略構成図である。本実施形態においては、ライトバルブ16は赤色光、緑色光、青色光に対応した画素を有する構成とし、さらに第7実施形態のカラーホイールに換えてダイクロイックミラー群を用いて照明光を赤色、緑色、青色の各色に分解している。なお、説明の便宜上、従来例と同一の部分については同一の符号を付している。
【0069】
図29において、光源101から発せられた光束は、第1レンズアレイ102及び第2レンズアレイにより均一化され、重ね合わせレンズ104を通過して光分解手段であるダイクロイックミラー群17、18により赤色光、緑色光、青色光に分離される。各色に分離された光束はフィールドレンズ19によりテレセントリックな光束とされた後、プリズム20に装着されたライトバルブ16に入射する。ライトバルブ16上には画素毎にホログラムレンズ(図示せず)が設けられており、赤色、緑色、青色の各光束は、ホログラムレンズによりライトバルブ16に形成される各色に対応した画素に照射される。各色の光束はライトバルブ16の各色に対応した画素の電極を駆動することにより変調され、投射レンズ116を介してスクリーン(図示せず)に投影される。
【0070】
本実施形態においては、第7実施形態と同様に、遮光手段1は光源101に対し共役な位置にある第2レンズアレイ103と重ね合わせレンズ104の間に配置されている。これにより、所定の色の光についてライトバルブ16に入射する入射角度を制限することができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にし、各色のバランスを確保して明るさを低下させずに高コントラストな表示が実現される。更に、遮光手段1自身の影がライトバルブに入り込むことがなく、明るさのムラを抑制できる。なお、遮光手段1の構成やコート特性、配置可能位置などは第1実施形態と共通するため、説明は省略する。また、図12に示したように遮光手段1を投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などによって光束の入射角度を可変制御できる構成としても良い。
【0071】
また、遮光手段1を用いない場合、光束が広がりをもつため、各色の光束はホログラムレンズにより所望の色に対応した画素に的確に照射されず、混色が発生することがあった。遮光手段1を備えた本実施形態の投写型表示装置では、所望の色の光束についてライトバルブ16への入射角度を低減できるため、明るさ及びコントラストの調整を行いながら、所望の色の混色を防ぐことが可能である。この場合、それぞれの色に対応した画素は長方形であるため、遮光手段1のARコート部分の形状を図16に示すような楕円形、猫目型とすることにより混色を効果的に防止することができる。
【0072】
また、上記の何れの実施形態においても、ライトバルブを均一に効率良く照明するために、レンズアレイを用いたインテグレータ光学系を使用しているが、それ以外の方式、例えばロッドインテグレータを用いたインテグレータ光学系を用いてもよい。ロッドインテグレータを用いたインテグレータ光学系においても、光源と共役な位置及びライトバルブと共役な位置が定義でき、レンズアレイを用いた場合と同様に、ロッドインテグレータによるインテグレータ光学系を備えた照明光学系においても本発明の遮光手段が有効に適用できる。また、上記実施形態においてはライトバルブに液晶パネルを用いたが、ライトバルブの構成はこれに限られるものではなく、例えば、米国テキサスインスツルメンツ社のDMD(Digital Micromirror Device)を用いることもでき、それ以外の他の素子を用いてもよい。
【0073】
【発明の効果】
本発明によれば、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれる光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも1つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する2軸に対し線対称に入射光束を遮光することにより、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、画像をスクリーンに投射した場合、スクリーンの中心部と周辺部で赤色光、緑色光、青色光の光量バランスが確保されるため、スクリーン投射時の色ムラが抑制され、更にビネッティングによる色ムラも防止することができる。
【0074】
また、光学系にPBSを用いる場合、PBSへの入射光束の角度も同時に制限できるため、ライトバルブへの入射光量の低減に加えてライトバルブへの入射光束とライトバルブからの射出光束の偏光面の差異により発生するOFF光レベルでの光漏れを低減する効果も得られ、よりコントラストの高い投射型表示装置を提供することができる。さらにライトバルブが赤色光、緑色光、青色光に対応した画素を有する構成の場合、光束が広がりをもつため、各色の光束が所望の色に対応した画素に的確に照射されず混色が発生することがあったが、所望の色の光束についてライトバルブへの入射角度を低減できるため、明るさ及びコントラストの調整を行いながら混色を防ぐことが可能である。
【0075】
また本発明によると、照明光学系と、該照明光学系を介して導かれた光源からの光を変調して画像光を生成する少なくとも1つのライトバルブとを備え、前記画像光を投射する投射型表示装置において、前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段とを備え、前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることとしたので、投写型表示装置の投影状態や利用状況、用途などに応じた制御が可能となり、各色のバランスやコントラストの調整が容易となる。
【0076】
また本発明によると、上記構成の投写型表示装置において、遮光手段により制限される入射光束角度が、前記赤色光、緑色光、青色光毎に異なることとしたので、赤色光、緑色光、青色光のそれぞれについて光利用効率が異なる場合でも、3色のうち最も低い光に合わせてON光レベルとOFF光レベルを同時に低下させることができ、赤色光、緑色光、青色光の光利用効率を均等にすることにより、各色のバランスを確保することができる。また、赤色光、緑色光、青色光のバランスを適切な割合に調整することにより、所望の色温度の設定も可能となる。
【0077】
また本発明によると、赤色光、緑色光、青色光のうち1色が、光源側から順に第1、第2、第3リレーレンズより構成されるリレー光学系を介して前記ライトバルブに入射し、遮光手段が第1リレーレンズと第2リレーレンズとの中点、及び第2リレーレンズと第3リレーレンズとの中点の間に設けられることとしたので、光をリレー光学系を介してライトバルブに入射させる場合においても、各色のバランスを確保し、明るさを低下させずに高コントラストで高画質な投射型表示装置を提供することができる。また、遮光手段をリレー光学系内の所定の位置に配置することにより、スクリーン投射時の色ムラを防止することができる。
【0078】
また本発明によると、遮光手段は、中心部においては全ての可視光を透過させ、周辺部においては一部の波長帯域の光を反射させるダイクロイック特性を有することとした。これにより、光源からの照明光の赤色光、緑色光、青色光のうち過剰な成分のみをダイクロイックコートのコート特性の選択及びコート面積の調整により簡易且つ確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、従来の反射型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図2】は、光路に複数のPBSを用いた従来の投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図3】は、従来のライトバルブの電気的制御による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す模式図である。
【図4】は、PBSに対する入射光線及び反射光線の関係を示す概略図である。
【図5】は、従来の透過型ライトバルブを用いた投射型表示装置の構成を示した概略図である。
【図6】は、本発明の第1実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図7】は、本実施形態に用いる遮光手段のコート例を示す模式図である。
【図8】は、本実施形態に用いるARコート及びダイクロイックコートのコート特性を示すグラフである。
【図9】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図10】は、本実施形態の光束角度低減による色補正と明るさ・コントラストの関係を示す模式図である。
【図11】は、本実施形態の光束角度低減によるPBSへの効果を示す模式図である。
【図12】は、本実施形態において遮光手段を可変制御可能とした例を示す概略図である。
【図13】は、本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。
【図14】は、本発明の第2実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図15】は、本発明の第3実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図16】は、本実施形態に用いる遮光手段の他の形態を示す模式図である。
【図17】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図18】は、本発明の第4実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図19】は、本実施形態における色補正前の色バランスを示す模式図である。
【図20】は、本実施形態において用いる遮光手段の特性及び形状を示した図である。
【図21】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図22】は、本発明の第5実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図23】は、本実施形態における色補正前の色バランスを示す模式図である。
【図24】は、本実施形態に用いるダイクロイックコートのコート特性を示すグラフである。
【図25】は、本実施形態における遮光手段以降の概略光路図である。
【図26】は、本発明の第6実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図27】は、本実施形態における遮光手段の配置可能位置を示す概略図である。
【図28】は、本発明の第7実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【図29】は、本発明の第8実施形態の投写型表示装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1. 遮光手段
3. ARコート
4. ダイクロイックコート
5. 遮光手段
15,16.ライトバルブ
17,18.ダイクロイックミラー群
101.光源
102.第1レンズアレイ
103.第2レンズアレイ
104.重ね合わせレンズ
105.ダイクロイックミラー群
106.ダイクロイックミラー
109〜111.PBS
112〜114.ライトバルブ
115.クロスダイクロイックプリズム
116.投射レンズ
117〜119.フィールドレンズ
120〜122.PBS
123.第1リレーレンズ
124.第2リレーレンズ
125.第3リレーレンズ
126.リレー光学系[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a projection display device that projects image light on a screen.
[0002]
[Prior art]
A light output from a light source is applied to a light valve via an illumination optical system to modulate the light into image light, and a projection type display device that projects the light onto a screen by a projection unit uses a transmission type light valve. And a method using a reflection-type light valve. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection type display device using a conventional reflection type light valve.
[0003]
In FIG. 1,
[0004]
[0005]
On the other hand, the traveling directions of the green light and the red light reflected by the
[0006]
The traveling directions of the blue, green, and red light beams are bent by 90 degrees by the
[0007]
The blue light that has entered the cross
[0008]
Next, a method using a transmission type light valve will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a projection display device using a conventional transmission light valve. When a transmissive light valve is used, the incidence surface on which the light beam enters the light valve and the exit surface of the light beam guided from the light valve to the projection lens are different, so that the PBS is unnecessary in the illumination optical system. Note that a polarizing plate (not shown) is provided on the incident surface side and the emission surface side of each light valve, and takes out only a predetermined polarized light from the light beam instead of the PBS. Further, in the example shown in this figure, the
[0009]
The red light reflected by the
[0010]
Since the reflection and transmission characteristics of the cross
[0011]
Further, it is known that the liquid crystal panel used for the
[0012]
[Patent Document 1]
JP-A-9-93598
[Patent Document 2]
JP 2001-222002 A
[Patent Document 3]
JP 2003-107579 A
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of a projection display device using a reflection-type light valve, if a glass material having a large photoelastic constant is used for the PBS, the polarization state changes inside the PBS, and sufficient polarization separation performance cannot be secured. This causes a decrease in contrast. Therefore, in order to ensure high contrast, it is necessary to use a glass material having a small photoelastic constant. However, a glass material having a small photoelastic constant has a lower transmittance of blue light on a shorter wavelength side than light on a longer wavelength side, such as red and green, and causes a shortage of a blue component required for illumination of a light valve. However, the image quality is deteriorated such that the color is yellowish. In an optical system that requires particularly high contrast, a plurality of PBSs may be used for each optical path as shown in FIG. 2, but this phenomenon occurs more remarkably because the distance of light passing through the glass material becomes longer. .
[0014]
Therefore, in order to correct the yellow tint, a method of reducing the light use efficiency in the red and green regions by electrically controlling the light valve has been proposed. FIG. 3 shows the relationship between color correction and brightness / contrast by electrical control of the light valve. Before the color correction (FIG. 3A), the brightness (ON light level) in the brightest modulation state of the projection display device is A, and the brightness (OFF light level) in the darkest modulation state is C. After the color correction (FIG. 3B), the ON light levels of the red light and the green light become k × A (k <1) due to the correction, which is almost the same as the blue light, but the OFF light level is corrected. It is still C. The contrast of the projection display device is represented by ON light level / OFF light level, and the contrast after correction is k × A / C (k <1) for red light and green light, and the contrast A / C before correction is obtained. C is lower than C. That is, with this control method, the OFF light level cannot be reduced, and only the ON light level is reduced. Therefore, not only the brightness of the projection display device is reduced but also the ON light level / OFF light level. This causes a decrease in contrast of the projected display device.
[0015]
Also, in an optical system using a PBS, as the angle of incidence on the PBS increases, the difference between the polarization direction of the light beam incident on the light valve and the polarization direction of the light beam emitted from the light valve increases, so that the OFF light level is increased. In this case, light leakage increases and the contrast decreases. FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between an incident light beam and a reflected light beam with respect to the PBS. Here, for convenience of description, the light valve is replaced with a plane mirror. In FIG. 4,
[0016]
As shown in FIG. 4, when the
[0017]
On the other hand, in the case of a projection display device using a transmission type light valve, an ultra-high pressure mercury lamp or a metal halide lamp having excellent luminous efficiency is used as a light source lamp. Since these lamps have a lower ratio of red light than blue light and green light, a method of electrically lowering the light use efficiency of blue light and green light to secure color reproducibility has been adopted. As in the case where the reflection type light valve is used, the brightness and contrast of the projection type display device are reduced.
[0018]
In order to solve such a problem, a method of optically limiting an incident angle of a predetermined light flux among red light, green light, and blue light to the light valve can be considered. However, in the method described in
[0019]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a high-quality projection-type display device that is high in contrast and free from illuminance unevenness and color unevenness.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises an illumination optical system, and at least one light valve for modulating light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light, wherein the image light In the projection display device that projects light, the illumination optical system spatially or temporally resolves light from a light source into three color lights having different wavelength ranges, and an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve. A light decomposing means; and a light shielding means for restricting an incident light beam angle to the light valve for one or two of the color lights decomposed by the light decomposing means, and a position conjugate with the light source by the integrator optical system. And a position conjugate with the light valve is present in the illumination optical system, and the light shielding means is provided at a position conjugate with the light source and a light valve position adjacent to the position conjugate with the light source. Alternatively, it is disposed on a position conjugate with the light source with respect to a midpoint between the position conjugate with the light valve and is symmetrical with respect to two axes passing through the optical axis center and forming a plane perpendicular to the optical axis and orthogonal to each other. It is characterized in that the incident light beam is shielded.
[0021]
According to this configuration, the ON light level and the OFF light level can be simultaneously reduced according to the light having the lowest utilization efficiency among the red light, the green light, and the blue light, and the light utilization of the red light, the green light, and the blue light can be achieved. By adjusting the efficiency to an appropriate ratio, it is possible to provide a projection type display device with high contrast and high image quality without reducing the brightness while ensuring the balance of each color. Further, by adjusting the balance of each color to an appropriate ratio, a desired color temperature can be set. In addition, since the light shielding means is arranged at a predetermined position in the illumination optical system, when an image is projected on the screen, the light amount balance of red light, green light, and blue light is secured at the center and the periphery of the screen, and the screen is screened. Color unevenness during projection is suppressed. Further, since the incident light beam is restricted to be symmetrical with respect to two axes which are orthogonal to the optical axis and form a plane perpendicular to the optical axis, color unevenness due to vignetting can be prevented.
[0022]
Also, in an optical system using a PBS, the angle of the light beam incident on the PBS can be limited, so that in addition to reducing the amount of light incident on the light valve, the polarization plane of the light beam incident on the light valve and the light beam emitted from the light valve can be reduced. The effect of reducing light leakage at the OFF light level generated due to the difference can be obtained, and a projection display device with higher contrast can be provided. It is also known that the transmittance of the P-polarized light component decreases as the angle of the incident light with respect to the reflection film of the PBS increases, and it is preferable to reduce the angle of the incident light beam from the viewpoint of the reflection film design of the PBS.
[0023]
The present invention further includes an illumination optical system, and at least one light valve that modulates light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light, and a projection type that projects the image light. In the display device, the illumination optical system is an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve, and a light decomposing unit that spatially or temporally decomposes light from a light source into three color lights having different wavelength ranges. Light-blocking means for restricting an incident light beam angle to the light valve with respect to one or two colors of the color light decomposed by the light decomposing means, wherein the light-shielding means varies an incident light beam angle to the light valve; It can be controlled.
[0024]
According to this configuration, the angle of incidence of the light beam on the light valve can be variably controlled depending on the projection state, use state, application, and the like of the projection display device, so that it is easy to adjust the balance and contrast of each color.
[0025]
Further, according to the present invention, in the projection display device having the above-described configuration, an incident light beam angle incident on the light valve is different for each of three color lights having different wavelength ranges.
[0026]
According to this configuration, even when the light use efficiency is different for each of red light, green light, and blue light, the ON light level and the OFF light level can be simultaneously reduced according to the lowest light of the three colors. By equalizing the light use efficiency of light, green light, and blue light, the balance of each color can be secured. In particular, when PBS is used for the optical system, red light is most often limited in order to prevent the image quality from dropping yellowish on the projection screen, and when a high-pressure mercury lamp or metal halide lamp with a low ratio of red light is used as the light source, By limiting blue light most, high-contrast display can be realized while ensuring color reproducibility.
[0027]
Further, according to the present invention, in the projection display device having the above-described configuration, among the three color optical paths having different wavelength ranges decomposed by the photodecomposition means, the three color optical paths are arranged in optical paths having different optical path lengths as compared with other color lights. The illumination optical system includes, in order from the side, a relay optical system including at least one first lens, a second relay lens, and a third relay lens each including at least one lens. It is provided between the middle point of the second relay lens and the middle point of the second relay lens and the third relay lens.
[0028]
According to this configuration, even when light is incident on the light valve via the relay optical system, it is possible to provide a projection type display device that maintains a balance of each color and has high contrast and high image quality without reducing brightness. Can be. Further, by disposing the light shielding means at a predetermined position in the relay optical system, it is possible to prevent color unevenness at the time of screen projection.
[0029]
Further, according to the present invention, in the projection display device having the above-described configuration, the light shielding unit has a dichroic characteristic of transmitting all visible light in a central portion and reflecting light in a part of a wavelength band in a peripheral portion. And
[0030]
According to this configuration, it is possible to easily and reliably reduce only excess components among red light, green light, and blue light of the illumination light from the light source by selecting the coating characteristics of the dichroic coat and adjusting the coating area.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic diagram showing the projection display device of the first embodiment. The projection display device using the conventional reflection type light valve shown in FIG. 1 having a color balance as shown in FIG. It was done. The rough configuration and some of the components of the projection display device are common to those in FIG. For convenience of description, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
[0032]
In FIG. 6,
[0033]
As shown in FIG. 7, a color filter in which an anti-reflection coating (hereinafter, referred to as an AR coating) 3 is coated in a circular shape on the center of a
[0034]
The shape of the part coated with the
[0035]
FIG. 9 shows a schematic optical path diagram after the light shielding means in the present embodiment. Mirrors, superimposed lenses, and the like are omitted for convenience of explanation. Although the field lens, the PBS, and the light valve are provided for each color, only one color is shown here. The luminous flux transmitted through the
[0036]
FIG. 10 shows the relationship between color correction by reducing the luminous flux angle and brightness / contrast according to the present embodiment. In the present embodiment, in order to optically reduce the amount of incident light using a coat having wavelength selectivity, unlike the case of FIG. 3 in which color correction is performed by an electric control unit, the ON light levels of red light and green light and The OFF light levels are both k × A and k × C (k <1) due to the correction, and are about the same as the blue light (FIG. 10B). As a result, the contrast after correction is k × A / k × C (k <1) = A / C for the red light and the green light, and is maintained at the same level as the contrast A / C before the correction. It is possible to prevent a decrease in contrast of the projection display device represented by the light level / OFF light level. In this embodiment, high contrast is realized by equalizing the balance of red light, green light, and blue light by color correction. However, by adjusting the color balance of each color to an appropriate ratio, a desired ratio can be obtained. Can be set.
[0037]
Next, the effect of the present embodiment in the optical system using the PBS by reducing the light beam angle will be described. FIG. 11 shows the effect of the present embodiment on the PBS by reducing the light beam angle. In an optical system using a PBS, as the angle of incidence on the PBS increases, the difference between the polarization direction of the light beam incident on the light valve and the polarization direction of the light beam emitted from the light valve increases. In this embodiment, in addition to the effect of reducing the amount of incident light (× k) shown in FIG. 10, the OFF light level due to the restriction of the incident angle to the PBS increases the light leakage, which causes a decrease in contrast. Light leakage prevention effect (× m). Therefore, while the ON light levels of the red light and the green light both become k × A (k <1) by correction, the OFF light levels both become kk × m × C (k <1, m <1) by correction. (FIG. 11B). As a result, the contrast after correction for red light and green light is k × A / k × m × C (k <1, m <1) = A / m × C (m <1), and the contrast before correction is obtained. Since it is higher than A / C, higher contrast can be realized than before color correction.
[0038]
Next, another embodiment of the light shielding means used in the present embodiment will be described. FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing the light shielding means in the present embodiment, in which the light shielding means 1 can be variably controlled. In FIG. 12, the
[0039]
In the present embodiment, the light shielding means 1 is arranged near the
[0040]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of a projection display device according to a second embodiment, which is an improvement of the projection display device using the conventional transmission light valve shown in FIG. The configuration and components of the projection display device are common to those in FIG. Note that, for convenience of description, the same portions as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
[0041]
The light shielding means 1 of the present embodiment is also arranged between the
[0042]
Further, similarly to the first embodiment, the light shielding means 1 can be variably controlled by a configuration as shown in FIG. 12, and the light shielding means 1 can be joined to an existing optical component, or a second lens array or the like can be used. Can also be used as the optical component itself. Further, the light shielding means 1 is arranged near the
[0043]
In the present embodiment, since the PBS is not used in the optical system, the effect on the PBS by reducing the luminous flux angle does not occur. However, by restricting the luminous flux angle to the light valve, the amount of incident light is optically reduced so that electrical Compared with the case where the color correction is performed by the control means, the contrast after the color correction is maintained at substantially the same level as the contrast before the color correction, and the contrast of the projection display device represented by the ON light level / OFF light level due to the color correction is reduced. Can be prevented.
[0044]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 15 is a schematic diagram showing the configuration of a projection display device according to a third embodiment, which is an improvement of the projection display device using the conventional reflection type light valve shown in FIG.
[0045]
In the present embodiment, in the projection type display device using the conventional reflection type light valve shown in FIG. 2, the light shielding means 5 is disposed between the
[0046]
FIG. 17 shows a schematic optical path diagram after the light shielding means in the present embodiment. Mirrors, superimposed lenses, and the like are omitted for convenience of explanation. The field lens, the PBS, and the light valve are provided for each color. Here, green light and red light are shown for only one color. In the present embodiment, since the light blocking means 5 is not provided in the optical path of the blue light, all the blue light reflected by the
[0047]
Next, a case where the color balance of the projection display apparatus before color correction increases in the order of blue light, green light, and red light as shown in FIG. 19 will be described. FIG. 18 is a schematic diagram showing the configuration of a projection display device according to a fourth embodiment of the present invention, which is a further improvement of the projection display device using the reflection type light valve shown in FIG. The configuration and components of the projection display device are the same as those in FIG.
[0048]
In the present embodiment, in addition to the wavelength-selective first light-blocking means 1 disposed between the
[0049]
FIG. 20 shows the characteristics and shape of the light shielding means used in this embodiment. As in the first and second embodiments, a color filter is used for the first light shielding means 1, and an
[0050]
FIG. 21 is a schematic optical path diagram after the light shielding means in the present embodiment. Mirrors, superimposed lenses, and the like are omitted for convenience of explanation. The field lens, the PBS, and the light valve are provided for each color. Here, green light and red light are shown for only one color. In this case, the blue light passes through the entire area of the first light blocking means 1, and further, since the second light blocking means 5 is not provided in the optical path of the blue light, all of the blue light passing through the
[0051]
The first light shielding means 1 can arbitrarily select the size of the coating portion, the type of the coating material that selectively transmits the wavelength, and the like, based on the balance of the red light, green light, and blue light before color correction. Similarly, the shape and size of the
[0052]
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the contrast after color correction is improved by optically reducing the amount of light incident on the light valve, as compared with the case where color correction is performed by the electrical control means. Maintain the same level as the contrast before correction. In addition, since the PBS is used for the optical system, an effect on the PBS by reducing the luminous flux angle is also expected, and the contrast of the projection display device represented by ON light level / OFF light level by color correction can be improved. it can.
[0053]
In the fourth embodiment, the second light blocking means 5 is disposed between the
[0054]
FIG. 22 is a schematic configuration diagram illustrating a projection display device according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the second light shielding means 5 is arranged downstream of the
[0055]
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 23 is a schematic diagram showing the configuration of a projection display device according to a sixth embodiment, which is an improvement of the projection display device using the conventional transmission light valve shown in FIG. The configuration and components of the projection display device are common to those in FIG. In the present embodiment, it is assumed that blue light is guided to the light valve via the relay optical system, and the color balance of the projection display device before color correction is changed to red light, green light as shown in FIG. , Blue light will be described in this order.
[0056]
In the present embodiment, in addition to the configuration of the second embodiment in which the first light-shielding means 1 is provided by wavelength selection, the second light-shielding means 5 in which a light-shielding plate is provided with a
[0057]
FIG. 25 shows the characteristics of the first light shielding means by wavelength selection used in the present embodiment. In the present embodiment, a material that transmits only red light is used, and the
[0058]
FIG. 26 is a schematic optical path diagram after the light shielding means in the present embodiment. Mirrors, superimposed lenses, and the like are omitted for convenience of explanation. The field lens and the light valve are provided for each color. Here, green light and red light are shown for only one color. In FIG. 24, the red light reaches the
[0059]
Also in the present embodiment, similarly to the fourth embodiment, the shape and size of the coating portion of the first light shielding means 1, the type of the coating material that selectively transmits the wavelength, and the like can be arbitrarily selected. Similarly, the shape and size of the
[0060]
Further, the first light shielding means 1 and the second light shielding means 5 can be arranged at other positions in the illumination optical system. FIG. 27 is a schematic diagram showing the position where the light shielding means can be arranged in the present embodiment. As shown in FIG. 27, in the present embodiment, in addition to the
[0061]
In the present embodiment, the PBS is not used in the optical system as in the second embodiment, so that the effect on the PBS by reducing the luminous flux angle does not occur. However, by optically reducing the amount of light incident on the light valve, electric power is reduced. As compared with the case where the color correction is performed by the dynamic control means, it is possible to prevent a decrease in the contrast of the projection display device represented by the ON light level / OFF light level due to the color correction.
[0062]
Next, an example in which the present invention is applied to a single-panel light valve projection display device will be described. FIG. 28 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to the seventh embodiment of the present invention. In the present embodiment, a color wheel is used as a light decomposing unit instead of the dichroic mirror. For the sake of convenience, the same parts as those of the conventional example are denoted by the same reference numerals.
[0063]
In FIG. 28, light emitted from a
[0064]
The light collimated by the collimator lens 9 is made uniform by the
[0065]
The light beam whose traveling direction is bent by 90 ° by the
[0066]
In the present embodiment, the
[0067]
According to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the contrast after color correction is improved by optically reducing the amount of light incident on the light valve, as compared with the case where color correction is performed by the electrical control means. Maintain the same level as the contrast before correction. In addition, since the PBS is used for the optical system, an effect on the PBS by reducing the luminous flux angle is also expected, and the contrast of the projection display device represented by ON light level / OFF light level by color correction can be improved. it can. Further, since the light shielding means 1 is arranged near the
[0068]
FIG. 29 is a schematic configuration diagram showing a projection display device according to the eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
[0069]
In FIG. 29, a light beam emitted from a
[0070]
In the present embodiment, as in the seventh embodiment, the light shielding means 1 is disposed between the
[0071]
In addition, when the
[0072]
In each of the above embodiments, an integrator optical system using a lens array is used in order to uniformly and efficiently illuminate the light valve. However, other systems, such as an integrator using a rod integrator, are used. An optical system may be used. In an integrator optical system using a rod integrator, a position conjugate with the light source and a position conjugate with the light valve can be defined. As in the case of using a lens array, in an illumination optical system with an integrator optical system using a rod integrator. Also, the light shielding means of the present invention can be effectively applied. In the above embodiment, the liquid crystal panel is used as the light valve. However, the configuration of the light valve is not limited to this. For example, a DMD (Digital Micromirror Device) manufactured by Texas Instruments of the United States can be used. Other elements other than the above may be used.
[0073]
【The invention's effect】
According to the present invention, a projection type that includes an illumination optical system and at least one light valve that modulates light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light, and projects the image light In the display device, the illumination optical system is an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve, and a light decomposing unit that spatially or temporally decomposes light from a light source into three color lights having different wavelength ranges. Light-blocking means for restricting an incident light beam angle to the light valve for one or two colors of the color light decomposed by the photodecomposition means, and a position conjugate with a light source by the integrator optical system, and a light valve. A conjugate position exists in the illumination optical system, and the light shielding unit includes a position conjugate with the light source and a light valve position or a light valve adjacent to the position conjugate with the light source. The luminous flux is arranged symmetrically with respect to two axes which are arranged on a position conjugate with the light source with respect to the midpoint of the conjugate position and which are orthogonal to each other through the center of the optical axis and form a plane perpendicular to the optical axis. By shielding the light, a balance between the colors can be ensured, and a high-contrast, high-quality projection display device can be provided without reducing the brightness. In addition, when an image is projected on a screen, the light amount balance of red light, green light, and blue light is secured between the central part and the peripheral part of the screen, so that color unevenness at the time of projecting the screen is suppressed, and the color due to vignetting is further reduced. Unevenness can also be prevented.
[0074]
In addition, when a PBS is used for the optical system, the angle of the light beam incident on the PBS can be limited at the same time, so that in addition to the reduction of the amount of light incident on the light valve, the polarization plane of the light beam incident on the light valve and the light beam emitted from the light valve are reduced. The effect of reducing light leakage at the OFF light level generated due to the difference between the two can be obtained, and a projection type display device with higher contrast can be provided. Further, in the case where the light valve has a configuration having pixels corresponding to red light, green light, and blue light, the luminous flux is spread, so that the luminous flux of each color is not accurately applied to the pixel corresponding to the desired color, and color mixing occurs. However, since the angle of incidence of a light beam of a desired color on the light valve can be reduced, it is possible to prevent color mixing while adjusting brightness and contrast.
[0075]
According to the present invention, there is provided a projection system for projecting the image light, comprising: an illumination optical system; and at least one light valve for modulating light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light. In the type display device, the illumination optical system includes an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve, and a light decomposing unit that spatially or temporally decomposes light from a light source into three color lights having different wavelength ranges. Light-shielding means for limiting an incident light flux angle to the light valve for one or two colors of the color light decomposed by the light decomposing means, wherein the light-shielding means adjusts the incident light flux angle to the light valve. Since variable control can be performed, control according to the projection state, use situation, application, and the like of the projection display device can be performed, and adjustment of the balance and contrast of each color becomes easy.
[0076]
According to the present invention, in the projection display device having the above-described configuration, the incident light flux angle limited by the light blocking unit is different for each of the red light, the green light, and the blue light. Even when the light use efficiency is different for each of the lights, the ON light level and the OFF light level can be simultaneously reduced according to the lowest light among the three colors, and the light use efficiency of the red light, the green light, and the blue light can be reduced. By making them equal, the balance of each color can be ensured. Further, by adjusting the balance of the red light, the green light, and the blue light to an appropriate ratio, a desired color temperature can be set.
[0077]
Further, according to the present invention, one of red light, green light, and blue light is incident on the light valve via a relay optical system including first, second, and third relay lenses in order from the light source side. Since the light blocking means is provided between the middle point between the first relay lens and the second relay lens and between the middle point between the second relay lens and the third relay lens, light is transmitted through the relay optical system. Even when the light is incident on the light valve, it is possible to provide a projection type display device with high contrast and high image quality without reducing the brightness while ensuring the balance of each color. Further, by disposing the light shielding means at a predetermined position in the relay optical system, it is possible to prevent color unevenness at the time of screen projection.
[0078]
Further, according to the present invention, the light shielding means has a dichroic characteristic of transmitting all the visible light in the central portion and reflecting light in a part of the wavelength band in the peripheral portion. This makes it possible to easily and reliably reduce only excess components of the red light, green light, and blue light of the illumination light from the light source by selecting the coating characteristics of the dichroic coat and adjusting the coating area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a projection type display device using a conventional reflection type light valve.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional projection display device using a plurality of PBSs in an optical path.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a relationship between color correction and brightness / contrast by conventional electrical control of a light valve.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a relationship between an incident light beam and a reflected light beam with respect to a PBS.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a projection type display device using a conventional transmission type light valve.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a projection display device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of coating of a light shielding unit used in the present embodiment.
FIG. 8 is a graph showing coating characteristics of an AR coat and a dichroic coat used in the present embodiment.
FIG. 9 is a schematic optical path diagram after a light shielding unit in the present embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a relationship between color correction by reducing the luminous flux angle and brightness / contrast according to the present embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the effect of the present embodiment on PBS by reducing the luminous flux angle.
FIG. 12 is a schematic diagram showing an example in which the light shielding means can be variably controlled in the present embodiment.
FIG. 13 is a schematic view showing a position where the light shielding means can be arranged in the present embodiment.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a projection display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a projection display device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic diagram showing another embodiment of the light shielding means used in the present embodiment.
FIG. 17 is a schematic optical path diagram after a light shielding unit in the present embodiment.
FIG. 18 is a schematic diagram showing a projection display device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram showing a color balance before color correction in the embodiment.
FIG. 20 is a diagram showing characteristics and shapes of the light shielding means used in the present embodiment.
FIG. 21 is a schematic optical path diagram after a light shielding unit in the present embodiment.
FIG. 22 is a schematic diagram illustrating a projection display device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a schematic diagram illustrating a color balance before color correction in the present embodiment.
FIG. 24 is a graph showing coating characteristics of a dichroic coat used in the present embodiment.
FIG. 25 is a schematic optical path diagram after a light shielding unit in the present embodiment.
FIG. 26 is a schematic view showing a projection display device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 27 is a schematic diagram showing a position where the light shielding means can be arranged in the present embodiment.
FIG. 28 is a schematic diagram showing a projection display device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a schematic diagram showing a projection display device according to an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Shading means
3. AR coat
4. Dichroic coat
5. Shading means
15,16. Light bulb
17, 18. Dichroic mirror group
101. light source
102. First lens array
103. Second lens array
104. Superimposed lens
105. Dichroic mirror group
106. Dichroic mirror
109-111. PBS
112-114. Light bulb
115. Cross dichroic prism
116. Projection lens
117-119. Field lens
120-122. PBS
123. 1st relay lens
124. Second relay lens
125. Third relay lens
126. Relay optical system
Claims (5)
前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段と、を備え、
前記インテグレータ光学系によって光源と共役な位置、及びライトバルブと共役な位置が前記照明光学系内に存在しており、前記遮光手段は、前記光源と共役な位置と、該光源と共役な位置と隣り合うライトバルブ位置或いはライトバルブと共役な位置との中点よりも前記光源と共役な位置側に配置され、光軸中心を通り互いに直交するとともに光軸に対し垂直な面を形成する2軸に対し線対称に入射光束を遮光することを特徴とする投写型表示装置。An illumination optical system, comprising at least one light valve that modulates light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light, and a projection display device that projects the image light;
The illumination optical system includes an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve, a light decomposing unit that spatially or temporally decomposes light from a light source into three color lights having different wavelength ranges, and the photodecomposition unit. Light-blocking means for limiting an incident light beam angle to the light valve for one or two colors of the color light decomposed by
A position conjugate with the light source by the integrator optical system, and a position conjugate with the light valve are present in the illumination optical system, and the light-shielding unit is provided with a position conjugate with the light source and a position conjugate with the light source. Two axes which are arranged on a position conjugate with the light source from a midpoint between adjacent light valve positions or positions conjugate with the light valve, and which pass through the optical axis center and are orthogonal to each other and form planes perpendicular to the optical axis. A projection display device, wherein an incident light beam is shielded in line symmetry with respect to the display device.
前記照明光学系は、前記ライトバルブを均一に照明するインテグレータ光学系と、光源からの光を波長域の異なる3色の色光に空間的或いは時間的に分解する光分解手段と、該光分解手段により分解された色光のうち1色又は2色について、前記ライトバルブへの入射光束角度を制限する遮光手段と、を備え、
前記遮光手段は、前記ライトバルブへの入射光束角度を可変制御できることを特徴とする投射型表示装置。An illumination optical system, comprising at least one light valve that modulates light from a light source guided through the illumination optical system to generate image light, and a projection display device that projects the image light,
The illumination optical system includes an integrator optical system that uniformly illuminates the light valve, a light decomposing unit that spatially or temporally decomposes light from a light source into three color lights having different wavelength ranges, and the photodecomposition unit. Light-blocking means for limiting an incident light beam angle to the light valve for one or two colors of the color light decomposed by
The projection type display device, wherein the light shielding means can variably control an incident light beam angle to the light valve.
前記遮光手段は前記第1リレーレンズと前記第2リレーレンズの中点から前記第2リレーレンズと前記第3リレーレンズの中点までの間に設けられることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の投射型表示装置。Of the three color light paths having different wavelength ranges decomposed by the photodecomposition unit, the first light path is arranged on an optical path having a different optical path length as compared with the other color lights, and includes at least one lens in order from the light source side. , A relay optical system including a second and a third relay lens is provided in the illumination optical system,
The said light-shielding means is provided between the midpoint of the said 1st relay lens and a said 2nd relay lens, and from the midpoint of the said 2nd relay lens and a said 3rd relay lens, The claim 1 characterized by the above-mentioned. 4. The projection display device according to any one of 3.
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