JP2007052451A

JP2007052451A - 背面投写型表示装置

Info

Publication number: JP2007052451A
Application number: JP2006271640A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Arai; 一弘新井; 正一 ▼吉▲居; Shoichi Yoshii
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】スクリーンに対して斜下方めから投写される映像光の利用効率を向上させて高輝度化を図る背面投写型表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スクリーン７に対して斜め下方から映像光を照射させる背面投写型表示装置において、映像光のうち少なくとも緑色成分をスクリーン７に対してＰ偏光とする。このことにより、スクリーン７に対する反射が低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、映像光をスクリーン裏面に斜めから投写してスクリーン前面から映像を観察する背面投写型表示装置に関する。

従来の背面投写型表示装置の一例を図９及び図１０に示す。図９は、従来の背面投写型表示装置の概略構成を表す断面図、図１０は、図９の背面投写型表示装置における投写ユニットの概略構成を表す上面図である。なお、以下の説明においては、矩形状のスクリーン１７０の幅方向をｘ軸、スクリーン１７０の高さ方向をｙ軸、スクリーン１７０に垂直な方向をｚ軸とする座標系を用いて説明する。

この背面投写型表示装置は、図９に示すように、筐体１１０内に投写ユニット１２０が配置されている。その投写ユニット１２０の光出射口に投写レンズ１３０が配置されている。筐体１１０内の背面には反射ミラー１６０が配置され、筐体１１０の前面には透過型の拡散スクリーン１７０が配置されている。そして、投写ユニット１２０から投写レンズ１３０を介して拡大投写された映像光は、反射ミラー１６０にて反射された後、拡散スクリーン１７０の裏面側から照射され、その拡散スクリーン１７０の表面側から映像が観察される。

また、投写ユニット１２０は、図１０に示すように、ランプ１２１ａとリフレクタ１２１ｂとからなる白色光源１２１を備え、この白色光源１２１から出射された白色光がダイクロイックミラー１２２、１２３にて３色の色に分離される。第１のダイクロイックミラー１２２はランプ１２１ａから出射された白色光のうち、赤色成分の光（以下、赤色光と称する）を選択的に反射し、その他の色成分の光を透過する。第２のダイクロイックミラー１２３は緑色成分の光（以下、緑色光と称する）を選択的に反射する。第１のダイクロイックミラー１２２を透過した光のうち、緑色光は、第２のダイクロイックミラー１２３により選択的に反射され、緑用の液晶パネル１２７ｇに導かれる。第２のダイクロイックミラー１２３を透過した残りの青色成分の光（以下、青色光と称する）は、第２及び第３の反射ミラー１２５，１２６により、青色用の液晶パネル１２７ｂに導かれる。第１のダイクロイックミラー１２２にて反射された赤色光は、第１の反射ミラー１２４により赤色用の液晶パネル１２７ｒに導かれる。

各液晶パネル１２７ｒ、１２７ｇ、１２７ｂにて変調された各色光は、ダイクロイックプリズム１２８にて合成されて、投写レンズ１３０に向けて出射される。

このとき、各液晶パネル１２７ｒ、１２７ｇ、１２７ｂにて変調された各色光のダイクロイックプリズム１２８に対する入射方向は、ダイクロイックプリズム１２８の色再現性を考慮して設定されている。すなわち、ダイクロイックプリズム１２８により反射される光はＳ偏光、透過する光はＰ偏光にしている。

ここで、Ｓ偏光は、試料面に入射する光の電気ベクトルの振動方向が試料面の法線と光の進行方向である波面の法線とを含む面に垂直な直線偏光をいう。また、Ｐ偏光は、試料面に入射する光の電気ベクトルの振動方向が入射面（試料面に立てた法線と光の進行方向を含む面）内に含まれる直線偏光をいう。

具体的には、ダイクロイックプリズム１２８に入射された光のうち赤色光は接合面１２８ｘに対してＳ偏光に設定される。すなわち、ｘ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる成分が接合面１２８ｘにて反射される。また、緑色光は接合面１２８ｘ、１２８ｙに対してＰ偏光に設定される。すなわち、ｘ-ｚ平面に平行な偏光方向となる成分が接合面１２８ｘ、１２８ｙを透過しする。更に、青色光は接合面１２８ｙに対してＳ偏光に設定される。すなわち、ｘ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる成分が接合面１２８ｙにて反射されてる。このようにして、赤色光、緑色光及び青色光が色合成される。

そして、色合成された映像光は、投写レンズ１３０から反射ミラー１６０を介してスクリーン１７０の裏面側に照射される。

また、近年、このような構成の背面投写型表示装置の薄型化を図る目的で、スクリーン１７０に対して斜めから映像光を照射する装置が提案されている。そして、上述した投写ユニット１２０をこのような斜め投写に用いた場合、投写される映像光のスクリーン１７０に対する偏光方向は、ダイクロイックプリズム１２８に対する偏光方向とは
直交したものとなる。すなわち、赤色成分がＰ偏光、緑色成分がＳ偏光、青色成分がＰ偏光となっている。

ところで、スクリーン１７０に対して斜めから映像光を照射することは、空気中からアクリル樹脂に垂直入射からある入射角を有して光を入射させることになる。図６は、空気中からアクリル樹脂に入射する光の反射率特性を表すグラフである。図６に示すように、スクリーン１７０に対して斜めから映像光を照射する場合、スクリーン１７０に対してＰ偏光となる成分の光は、スクリーン１７０における反射率が低減されるに対し、スクリーン１７０に対してＳ偏光となる成分の光は、スクリーン１７０における反射率が増加する傾向がある。

また、図８に示すグラフは、人の比視感度特性を表している。人間の眼の比視感度は、この図８に示すように、緑色に対応する波長５５５ｎｍ付近において最も高くなっており、赤色光及び青色光と比較して緑色光を明るく感じる傾向がある。

このため、従来の投写ユニット１２０を用いて斜め投写を行うと、最も明るい緑色光のスクリーン１７０における反射率が高くなり、全体として輝度が低下してしまうだけでなく、反射光の映り込みによる画質低下を招いてしてしまうという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、スクリーンに対して斜めから投写される映像光の利用効率を向上させることにより高輝度化及び画質向上を図ることが可能な背面投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、光源ランプと、その光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、その分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、その液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、その色合成手段にて色合成された映像光をスクリーンに対し斜め上方または斜め下方から投写する投写手段とを備えた背面投写型表示装置であって、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーンの垂直断面に対して平行となっていることを特徴とする。

スクリーンに対して斜め上方または斜め下方から映像光を投写する場合、スクリーンに入射する光の主光線とスクリーンの法線とのなす角度は、水平方向と比較して垂直方向の方が大きくなる。このため、映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーンの垂直断面と平行とすることにより、映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

具体的には、色合成手段にて合成された映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、スクリーンの垂直断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光の緑色成分がスクリーンの垂直断面に対して平行とならない場合には、偏光方向調整手段にてスクリーンの垂直断面に対して平行となるように調整される。

好ましくは、スクリーンに照射される映像光のうち全ての色成分の偏光方向が、スクリーンの垂直断面に対して平行となっていればよい。

具体的には、色合成手段にて合成された映像光のうちスクリーンの垂直断面に直交する偏光方向の色成分を、選択的にスクリーンの垂直断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光のうちスクリーンの垂直断面に直交する偏光方向の色成分が、選択的にスクリーンの垂直断面に対して平行となるように調整される。

また、本発明は、光源ランプと、その光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、その分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、その液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、その色合成手段にて色合成された映像光をスクリーンに対し斜め側方から投写する投写手段とを備えた背面投写型表示装置であって、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする。

スクリーンに対して斜め側方から映像光を投写する場合、スクリーンに入射する光の主光線とスクリーンの法線とのなす角度は、垂直方向と比較して水平方向の方が大きくなる。このため、映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーンの水平断面と平行とすることにより、映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

具体的には、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、スクリーンの水平断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光の緑色成分がスクリーンの水平断面に対して平行とならない場合には、偏光方向調整手段にてスクリーンの水平断面に対して平行となるように調整される。

好ましくは、スクリーンに照射される映像光のうち全ての色成分の偏光方向が、スクリーンの水平断面に対して平行となっていればよい。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光のうちスクリーンの水平断面に直交する偏光方向の色成分が、選択的にスクリーンの水平断面に対して平行となるように調整される。

また、本発明は、光源ランプと、その光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、その分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、その液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、その色合成手段にて色合成された映像光をスクリーンに対し斜め方向から投写する投写手段とを備えた背面投写型表示装置であって、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に対して平行となっていることを特徴とする。

スクリーンに対して斜めから映像光を投写する場合、スクリーンに入射する光の主光線とスクリーンの法線とのなす角度は、スクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面において最大となる。このため、映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面と平行とすることにより映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

具体的には、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、スクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光の緑色成分がスクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に対して平行とならない場合には、偏光方向調整手段にてスクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に対して平行となるように調整される。

具体的には、色合成手段にて合成された映像光のうちスクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に直交する偏光方向の色成分を選択的に平面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする。

このような構成とすることにより、色合成手段にて合成された映像光のうちスクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に直交する偏光方向の色成分が、選択的にスクリーンに照射される映像光とスクリーンの法線とを含む平面に対して平行となるように調整される。

具体的には、偏光方向調整手段は、位相差板からなることを特徴とする。

また、投写手段は、レンズ作用を果たす複数の非球面ミラーを含むことを特徴とする。

また、本発明は、映像光をスクリーン裏面に対し斜め下方または斜め上方から照射し、スクリーン表面側から映像を観察する背面投写型表示装置において、スクリーン裏面の法線とそのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びにスクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光が、スクリーン裏面の法線に対して、最もスクリーンに対する反射率が低くなる角度αを含む範囲でスクリーン裏面に照射される。

また、スクリーン表面の法線とそのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びにスクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光が、スクリーン裏面の法線に対して、最もスクリーン裏面における反射率が低くなる角度βを含む範囲でスクリーン表面に照射される。

具体的には、スクリーンがフレネルレンズを含み、スクリーン表面がフレネルレンズにおける輪体状突起の傾斜面であることを特徴とする。

また、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーンの垂直断面に対して平行となっていることを特徴とする。

映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーンの垂直断面と平行とすることにより、映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

また、本発明は、映像光をスクリーン裏面に対し斜め側方から照射し、スクリーン表面側から映像を観察する背面投写型表示装置において、スクリーン裏面の法線とそのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びにスクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光が、スクリーン裏面の法線に対して、最もスクリーン裏面における反射率が低くなる角度αを含む範囲でスクリーン裏面に照射される。

また、クリーン表面の法線とそのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びにスクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光が、スクリーン裏面の法線に対して、最もスクリーン裏面における反射率が低くなる角度βを含む範囲でスクリーン表面に照射される。

また、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする。

映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーンの水平断面と平行とすることにより、映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

また、本発明は、映像光をスクリーン裏面に対し斜めから照射し、スクリーン表面側から映像を観察する背面投写型表示装置において、スクリーン裏面の法線とそのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びにスクリーン裏面に照射される映像光とスクリーン裏面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーン裏面に照射される映像光とスクリーン裏面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光がスクリーン裏面の法線に対して、最もスクリーンに対する反射率が低くなる角度αを含む範囲でスクリーン裏面に照射される。

また、スクリーン表面の法線とそのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びにスクリーン表面に照射される映像光とスクリーン表面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性においてスクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする。

このような構成とすることにより、スクリーン表面に照射される映像光とスクリーン表面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光が、スクリーン表面の法線に対して、最もスクリーン表面における反射率が低くなる角度βを含む範囲でスクリーン表面に照射される。

また、スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、スクリーン裏面に照射される映像光とスクリーン裏面の法線とを含む平面に対して平行となっていることを特徴とする。

映像光のうち人間の眼に対する比視感度の高い緑色成分の偏光方向を、スクリーン表面に照射される映像光とスクリーン表面の法線とを含む平面と平行とすることにより、映像光がスクリーン裏面に反射して失われる光量が低減される。

本発明によれば、スクリーンに対して斜めから映像光を照射させる場合、少なくとも緑色成分をスクリーンに対してＰ偏光とすることにより、スクリーンにおける反射を低減することができ、高輝度化を図ることが可能となるだけでなく、スクリーンにおける反射光の映り込みによる２重像を低減することができ、画質向上を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態における背面投写型表示について図面を参照しつつ以下に説明する。なお、以下の説明においては、矩形状のスクリーン７の幅方向をｘ軸、スクリーン７の高さ方向をｙ軸、スクリーン７に垂直な方向をｚ軸とする座標系を用いる。

本実施の形態において、図１及び図２は背面投写型表示装置の概略構成を表し、図１は断面図、図２は正面図である。また、図３及び図４は図１の背面投写型表示装置における投写ユニットの概略構成を表し、図３は上面図、図４は同側面図である。また、図５は図１の背面投写型表示装置におけるスクリーンの構成を表す拡大断面図である。図６は空気中からアクリル樹脂に入射する光の反射率特性を表すグラフ、図７はアクリル樹脂から空気中に入射する光の反射特性を表すグラフ、図８は人の比視感度特性を表すグラフである。

本実例における背面投写型表示装置は、図１に示すように、映像光を生成する投写ユニット２と、その映像光が投写されて像が形成されるスクリーン７と、投写ユニット２から出射された映像光をスクリーン７に導く第１ないし第４のミラー３〜６と、これらを一体に保持する筐体１とを備えている。

前記第１〜第３のミラー３〜５は、結像系を構成する。第１のミラー３は非球面の凹面形状をなし、第２及び第３のミラー４、５はそれぞれ非球面の凸面形状をなし、これら結像系の各ミラーの形状により映像光の非点収差やコマ収差などの収差が補正されるとともに、像が拡大される。そして、投写ユニット２から出射された映像光は、第１〜第３のミラー３〜５にて順次反射された後、筐体１の背面に配置された第４のミラー６に照射される。平板状の第４のミラー６に照射された映像光は、斜め下方から筐体１の前面開口部に配置されたスクリーン７の裏面に照射されて、像が形成される。

投写ユニット２は、図３に示すように、いわゆる三板式のものである。光源２１は、リフレクタ２１ｂとメタルハライドランプ２１ａとで構成され、光源２１から出射された白色光がダイクロイックミラー２２、２３にて３色の色に分離される。第１のダイクロイックミラー２２はメタルハライドランプ２１ａから出射された白色光のうち、赤色光を選択的に反射し、その他の色成分の光を透過する。また、第２のダイクロイックミラー２３は緑色光を選択的に反射し、その他の色成分の光を透過する。

メタルハライドランプ２１ａから出射された白色光は、リフレクタ２１ａにて反射され、ＵＶ／ＩＲフィルタ（図示省略）にて紫外線及び赤外線が除去された後、第１のダイクロイックミラー２２に対して４５度の角度で照射される。第１のダイクロイックミラー２２にて反射された赤色光は、第１の反射ミラー２４により赤色用の第１の液晶パネル２７ｒに導かれる。第１のダイクロイックミラー１２２を透過した光は、第２のダイクロイックミラー２３に対して４５度の角度で照射される。第１のダイクロイックミラー１２２を透過した光のうち、緑色光は、第２のダイクロイックミラー１２３により選択的に反射され、緑用の第２の液晶パネル１２７ｇに導かれる。第２のダイクロイックミラー２３を透過した残りの青色光は、第２及び第３の反射ミラー２５，２６により、青色用の第３の液晶パネル２７ｂに導かれる。また、第２のダイクロイックミラー２３を透過した青色光は、第２及び第３のミラー２５、２６にて順次反射された後、第３の液晶パネル２７ｂに照射される。

赤色用の第１の液晶パネル２７ｒに導かれた赤色光は、赤色の映像情報に応じた光学的な変調が施された後、色合成用のダイクロイックプリズム２８の主面２８ｒに入射される。また、緑色用の第２の液晶パネル２７ｇに導かれた緑色光は、第２の液晶パネル２７ｇで、緑色の映像情報に応じた光学的な変調が施された後、色合成用のダイクロイックプリズム２８の主面２８ｇに入射される。一方、青色用の第３の液晶パネル２７ｂに導かれた青色光は、第３の液晶パネル２７ｂで青色の映像情報に応じた光学的な変調が施された後、色合成用のダイクロイックプリズム２８の主面２８ｂに入射される。

そして、ダイクロイックプリズム２８の主面２８ｒから入射した赤色光のうち接合面２８ｘに対してＳ偏光、すなわち、ｘ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる成分が接合面２８ｘにて反射される。また、ダイクロイックプリズム２８の主面２８ｇから入射した緑色光のうち接合面２８ｘ、２８ｙに対してＰ偏光、すなわち、ｘ-ｚ平面に平行な偏光方向となる成分が接合面２８ｘ、２８ｙを透過する。更に、ダイクロイックプリズム２８の主面２８ｂから入射した青色光のうち接合面２８ｙに対してＳ偏光、すなわち、ｘ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる成分が接合面２８ｙにて反射される。

このように、各液晶パネル２７ｒ、２７ｇ、２７ｂにて各色の色情報に応じて光学的な変調が施された各色光は、ダイクロイックプリズム２８にて色合成される。色合成された映像光は、ダイクロイックプリズム２８の主面２８ｃから出射され、λ／２位相差板２９にて偏光方向がそれぞれ９０度回転されて、結像系にその光が与えられる。

ダイクロイックプリズム２８の主面２８ｃから出射される映像光は、赤色光が接合面２８ｘに対してＳ偏光、緑色光が接合面２８ｘ、２８ｙに対してＰ偏光、青色光が接合面２８ｙに対してＳ偏光となっている。そして、λ／２位相差板２９にて偏光方向がそれぞれ９０度回転されて、赤色光が接合面２８ｘに対してＰ偏光、緑色光が接合面２８ｘ、２８ｙに対してＳ偏光、青色光が接合面２８ｙに対してＰ偏光となる。

λ／２位相差板２９を透過した映像光は、図１に示すように、結像系を構成する第１〜第３のミラー３〜５にて順次反射された後、筐体１の背面に配置された第４のミラー６に照射される。これら結像系の各ミラーの形状により映像光の非点収差やコマ収差などの収差が補正されるとともに、像が拡大される。

そして、平板状の第４のミラー６に照射された映像光は、斜め下方からスクリーン７の裏面に照射される。このとき、スクリーン７の裏面に照射される映像光は、赤色光がスクリーン７に対してＳ偏光、すなわち、ｙ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる。また、緑色光がスクリーン７に対してＰ偏光、すなわち、ｙ-ｚ平面に平行な偏光方向となる。更に、青色光がスクリーン７に対してＳ偏光、すなわち、ｙ-ｚ平面に垂直な偏光方向となる。尚、このｙ-ｚ平面は、スクリーン７の垂直断面に相当する。

スクリーン７は、図５に示すように、アクリル樹脂からなるフレネルレンズスクリーン７１と、レンチキュラレンズスクリーン７２とを備えており、第４のミラー６にて反射された映像光は、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａに照射される。

このとき、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａに対する法線Ａと、そこに照射される映像光の主光線とのなす角度ｉは、フレネルレンズスクリーン７１の上端コーナ部Ｃ１、Ｃ２（図１参照）において最大ｉ-ｍａｘとなり、下端中央部Ｃ３（図１参照）において最小ｉ-ｍｉｎとなる。ここでは、ｉ-ｍａｘが５８．２７度、ｉ-ｍｉｎが３２．２７度となるように、第１ないし第４のミラー３〜６が設計されている。

図６は、空気中からアクリル樹脂に入射する光の反射率特性を表すグラフである。ここで、空気の屈折率は１．００、アクリル樹脂の屈折率は１．４９２としている。スクリーン１７０に対して斜めから映像光を照射することは、空気中からアクリル樹脂にある入射角を有して光を入射させることになる。

ところで、空気中からフレネルレンズスクリーン７１を構成するアクリル樹脂に照射される光の反射率は、図６に示すように、アクリル樹脂に照射される光とその光が照射される部分におけるアクリル樹脂の法線とのなす角度、すなわち入射角θ１に応じて変化する。同図において破線で示すように、アクリル樹脂に照射される光とその光が照射される部分におけるアクリル樹脂の法線とを含む平面に垂直な偏光方向の光の反射率特性Ｓは、角度θ１が大きくなるにつれて反射率が増加する傾向を示す。これに対し、実線で示すように、アクリル樹脂に照射される光とその光が照射される部分におけるアクリル樹脂の法線とを含む平面に平行な偏光方向の光の反射率特性Ｐは、角度θ１が極小値をとるαに近づくにつれて反射率が減少する傾向を示す。この極小値をとる角度αは、反射光のＰ成分が０になり反射光が完全な平面偏光となる角度であり、このような角度の入射角は偏光角と呼ばれている。この偏光角αは、境の両側の屈折率をｎ１、ｎ２とすれば、次の数１に示すようになる。

具体的には、空気中からアクリル樹脂に光を入射させる場合の角度αは上記式より略５６度となる。

このため、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａに照射される映像光のうち、スクリーン７に対してＳ偏光である赤色光及び青色光のフレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａにおける反射率が、図６において破線で示すように、スクリーン７の法線Ａと平行に照射される光の反射率よりも高くなり、光の利用効率が低下するものの、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａに照射される映像光のうち、スクリーン７に対してＰ偏光である緑色光のフレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａにおける反射率は、図６において実線で示すように、スクリーン７の法線Ａと平行に照射される光の反射率よりも低くなり、光の利用効率が上昇する。

一般に、緑色光は、赤色光及び青色光と比較して、人の視覚における明るさに対して大きく影響することが知られている。すなわち、人の眼は、緑色に対応する波長５５５ｎｍの光を最も明るく感じる（視感度が高い）ようになっている。緑色に対応する波長５５５ｎｍに対する視感度を基準とする各波長域の視感度は図８に示すようになる。同図によれば、緑色に対する視感度を１とすると、赤色に対応する波長６３０ｎｍの視感度は略０．２６５、青色に対応する波長４７０ｎｍの視感度は略０．０９１となる。

このように、スクリーン７に対して斜めから映像光を照射させる場合、緑色光の視感度が赤色光及び青色光と比較して著しく高いため、赤色光及び青色光をスクリーン７に対してＳ偏光としたことによって低下する輝度より、緑色光をスクリーン７に対してＰ偏光としたことによって上昇する輝度の方を大きくすることができ、全体として高輝度化を図ることが可能となる。更に、この高輝度化に伴い、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａにて反射される光量が減少し、反射光の映り込みによる２重像を減少させることができ、画質向上を図ることが可能となる。好ましくは、全ての色成分がスクリーン７に対してＰ偏光であればよい。

また、スクリーン７に照射される映像光の主光線とスクリーン７の法線Ａとのなす角度ｉが下記数２を満たすように設定されているため、Ｐ偏光成分自体の光の利用効率を向上させることができ、更なる高輝度化を図ることが可能となる。

次に、フレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａを透過した映像光は、裏面７１ａにてスネルの法則に応じた角度ｋ１で屈折した後、フレネルレンズスクリーン７１の出射側に輪体状に形成された突起の傾斜面７１ｂに照射される。

このとき、フレネルレンズスクリーン７１の傾斜面７１ｂに対する法線Ｂと、そこに照射される映像光の主光線とのなす角度ｊは、フレネルレンズスクリーン７１の各突起の傾斜面７１ｂにおいて、最大ｊ-ｍａｘ、最小ｊ-ｍｉｎの角度となるように傾斜面７１ｂの角度が設定されている。ここでは、ｊ-ｍａｘが３８．３６度、ｊ-ｍｉｎが２２．５７度となるように、各傾斜面７１ｂの傾斜角τが設定されている。

ところで、フレネルレンズ７１を構成するアクリル樹脂から空気中に出射される光の反射率は、図７に示すように、アクリル樹脂内を進む光とその光が出射される部分におけるアクリル樹脂の法線とのなす角度θ２に応じて変化する。同図において破線で示すように、アクリル樹脂内を進む光とその光が出射される部分におけるアクリル樹脂の法線とを含む平面に垂直な偏光方向の光の反射率特性Ｓ´は、角度θ２が大きくなるにつれて反射率が増加する傾向を示す。これに対し、同図において実線で示すように、アクリル樹脂内を進む光とその光が出射される部分におけるアクリル樹脂の法線とを含む平面に平行な偏光方向の光の反射率特性Ｐ´は、角度θ２が極小値をとる偏光角βに近づくにつれて反射率が減少する傾向を示す。具体的にはアクリル樹脂中から空気中に光を出射する場合の角度βは、上記数１より略３４度となる。

このため、フレネルレンズスクリーン７１の出射側における輪体状突起の傾斜面７１ｂに照射される映像光のうち、スクリーン７に対してＳ偏光である赤色光及び青色光の傾斜面７１ｂにおける反射率が、図７において破線Ｓ´で示すように、傾斜面７１ｂの法線Ｂと平行に照射される光の反射率よりも高くなり、光の利用効率が低下するものの、傾斜面７１ｂに照射される映像光のうち、スクリーン７に対してＰ偏光である緑色光の傾斜面７１ｂにおける反射率は、図７において実線Ｐ´で示すように、傾斜面７１ｂの法線Ｂと平行に照射される光の反射率よりも低くなり、光の利用効率が上昇する。

従って、上述した空気中からフレネルレンズスクリーン７１の裏面７１ａに映像光を照射する場合と同様に、赤色光及び青色光をスクリーン７に対してＳ偏光としたことによって低下する輝度より、緑色光をスクリーン７に対してＰ偏光としたことによって上昇する輝度の方を大きくすることができ、全体として高輝度化を図ることが可能となる。更に、フレネルレンズスクリーン７１の傾斜面７１ｂにおける反射光が減少するため、その反射光によって生じる２重像を低減することができ、画質向上を図ることが可能となる。好ましくは、全ての色成分がＰ偏光であればよい。

また、スクリーン７の傾斜面７１ｂに照射される映像光の主光線と傾斜面７１ｂの法線Ｂとのなす角度ｊが下記数３を満たすように設定されているため、Ｐ偏光成分自体の光の利用効率を向上させることができ、更なる高輝度化を図ることが可能となる。

そして、フレネルレンズスクリーン７の傾斜面７１ｂを透過した映像光は、傾斜面７１ｂにてスネルの法則に応じた角度ｋ２で屈折した後、レンチキュラレンズスクリーン７２に照射され、その拡散作用により像が形成される。

なお、本実施の形態においては、スクリーン７の斜め下方から映像光を照射する場合について説明したが、スクリーン７の斜め側方から映像光を照射してもよい。この場合、緑色光がスクリーン７に対してＰ偏光、すなわち、ｘ-ｚ平面に平行な偏光方向となるように調整すればよい。

また、本実施の形態においては、緑色光の偏光方向を、ｙ-ｚ平面に対し平行となるように調整する場合について説明したが、好ましくは、映像光の主光線とその映像光が照射される部分における法線とを含む平面に対して平行となるように調整した方がよい。

また、本実施の形態においては、λ／２位相差板２９を用いて、緑色光の偏光方向をスクリーン７に対してＳ偏光からＰ偏光となるように調整したが、緑色光の偏光方向を選択的にスクリーン７に対してＳ偏光からＰ偏光となるように調整する狭帯域位相差板を用いてもよい。この場合、赤色光及び青色光の偏光方向が変化しないため、全ての映像光がスクリーン７に対してＰ偏光となるように調整することが可能となる。

さらに、本実施の形態においては、結像系を第１〜第３のミラー３〜５で構成したが、レンズ系を用いたものにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。

図１は、本発明の一実施の形態における背面投写型表示装置の概略構成を表す断面図である。図２は、同正面図である。図３は、図１の背面投写型表示装置における投写ユニットの概略構成を表す上面図である。図４は同側面図である。図５は、図１の背面投写型表示装置におけるスクリーンの概略構成を示す一部拡大断面図である。図６は、空気中からアクリル樹脂に入射する光の反射率特性を表すグラフである。図７は、アクリル樹脂から空気中に出射する光の反射特性を表すグラフである。図８は、人の比視感度特性を表すグラフである。図９は、従来の背面投写型表示装置の概略構成を表す断面図である。図１０は、図９の背面投写型表示装置における投写ユニットの概略構成を表す上面図である。

符号の説明

１筐体
２投写ユニット
２９ λ／２位相差板
３第１の反射ミラー
４第２の反射ミラー
５第３の反射ミラー
６第４の反射ミラー
７スクリーン
７１フレネルレンズスクリーン
７２レンチキュラレンズスクリーン

Claims

光源ランプと、この光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、この色分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、これら液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、この色合成手段にて色合成された映像光を前記スクリーンに対し斜め上方または斜め下方から投写する投写手段と、を備え、
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも一つの色成分の偏光方向が、前記スクリーンの垂直断面に対して平行となっていることを特徴とする背面投写型表示装置。
前記少なくとも１つの色成分は緑色成分であることを特徴とする請求項１に記載の背面投写型表示装置。
前記色合成手段にて合成された映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、前記スクリーンの垂直断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち全ての色成分の偏光方向が、前記スクリーンの垂直断面に対して平行となっていることを特徴とする請求項１に記載の背面投写型表示装置。
前記色合成手段にて合成された映像光のうち前記スクリーンの垂直断面に直交する偏光方向の色成分を、選択的に前記スクリーンの垂直断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項４に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン裏面の法線とこのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン表面の法線とこのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーンの垂直断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンがフレネルレンズを含み、前記スクリーン表面が前記フレネルレンズにおける輪体状突起の傾斜面であることを特徴とする請求項７に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、前記スクリーンの垂直断面に対して平行となっていることを特徴とする請求項６に記載の背面投写型表示装置。
光源ランプと、この光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、この色分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、これら液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、この合成手段にて色合成された映像光を前記スクリーンに対し斜め側方から投写する投写手段とを備え、
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも１つの色成分の偏光方向が、前記スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする背面投写型表示装置。
前記少なくとも１つの色成分は緑色成分であることを特徴とする請求項１０に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、前記スクリーンの水平断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち全ての色成分の偏光方向が、前記スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする請求項１０に記載の背面投写型表示装置。
前記色合成手段にて合成された映像光のうち前記スクリーンの垂直断面に直交する偏光方向の色成分を、選択的に前記スクリーンの垂直断面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン裏面の法線とこのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１０に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン表面の法線とこのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーンの水平断面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１０に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンがフレネルレンズを含み、前記スクリーン表面が前記フレネルレンズにおける輪体状突起の傾斜面であることを特徴とする請求項１６に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、前記スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする請求項１５に記載の背面投写型表示装置。
光源ランプと、この光源ランプより発する光を複数の色成分に分離する色分離手段と、この色分離手段にて分離された各色光について光学的な変調を行う複数の液晶パネルと、これら液晶パネルにて変調された各色光を合成する色合成手段と、この色合成手段にて色合成された映像光を前記スクリーンに対し斜め方向から投写する投写手段と、を備え、
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも１つの色成分の偏光方向が、前記スクリーンに照射される映像光と前記スクリーンの法線とを含む平面に対して平行となっていることを特徴とする背面投写型表示装置。
前記少なくとも１つの色成分は緑色成分であることを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向を、前記スクリーンに照射される映像光と前記スクリーンの法線とを含む平面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち全ての色成分の偏光方向が、前記スクリーンの水平断面に対して平行となっていることを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記色合成手段にて合成された映像光のうち前記スクリーンに照射される映像光と前記スクリーンの法線とを含む平面に直交する偏光方向の色成分を選択的に前記平面に対して平行とすべく調整する偏光方向調整手段を備えていることを特徴とする請求項２２に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン裏面の法線とこのスクリーン裏面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｉ-ｍａｘ及び最小値ｉ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーン裏面に照射される映像光と前記スクリーン裏面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン裏面に対する反射率が最小となる角度αが、ｉ-ｍｉｎ＜α＜ｉ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーン表面の法線とこのスクリーン表面に照射される映像光の主光線とのなす角度の最大値ｊ-ｍａｘ及び最小値ｊ-ｍｉｎ、並びに前記スクリーン表面に照射される映像光と前記スクリーン表面の法線とを含む平面に対して平行な偏光方向を有する光の反射率特性において前記スクリーン表面に対する反射率が最小となる角度βが、ｊ-ｍｉｎ＜β＜ｊ-ｍａｘを満たすことを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンがフレネルレンズを含み、前記スクリーン表面が前記フレネルレンズにおける輪体状突起の傾斜面であることを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記スクリーンに照射される映像光のうち少なくとも緑色成分の偏光方向が、前記スクリーン裏面に照射される映像光と前記スクリーン裏面の法線とを含む平面に対して平行となっていることを特徴とする請求項１９に記載の背面投写型表示装置。
前記偏光方向調整手段は、位相差板からなることを特徴とする請求項３、５、１２、２１、２３のいずれかに記載の背面投写型表示装置。
前記投写手段は、レンズ作用を果たす複数の非球面ミラーを含むことを特徴とする請求項１、１０、１９のいずれかに記載の背面投写型表示装置。