JP2007286363A - 投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイクロイックミラーに膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜を形成することにより、色シェーディングを抑制して高品質の映像を写すことが可能な投射型表示装置を提供する。
【解決手段】 光源４からの出射光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分解するダイクロイックミラー２０Ｇ，２０Ｙを有する色分解手段６，８と、分解された前記各色光をそれぞれ光学的に変調する反射型光変調手段１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂと、該変調された各色光を合成して映像光を得る光合成手段１２と、該得られた映像光を拡大して投射する投射光学系１４と、を備えた投射型表示装置において、前記ダイクロイックミラーには色シェーディングを抑制するために膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜４２Ｂ，４２Ｇ，４２Ｙを形成している。これにより、色シェーディングを抑制して高品質の映像を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイクロイックミラーを用いた投射型表示装置に関する。

一般に、光源からの出射光を光３原色の各色に分解し、この分解した各色光を各色光毎に変調し、更にこの変調された各色光を合成してスクリーン等に投射することにより画像を表示する装置として投射型表示装置が知られている（特許文献１等）。

具体的には、光源から出射された白色光は、青色光（以下、単に「Ｂ光」とも称す）を反射するＢ光用ダイクロイックミラー、緑色光（以下、単に「Ｇ光」とも称す）及び赤色光（以下、単に「Ｒ光」とも称す）を反射するＲ・Ｇ光用ダイクロイックミラー、Ｇ光を反射するＧ光用ダイクロイックミラー等を用いて各色光に分解され、この各色光はそれぞれ対応する反射型液晶デバイスにより各色毎の画像信号により変調されて反射される。そして、変調された各色光は、ダイクロイックプリズム等により入射されてここで合成されて映像光として出力される。そして、この映像光を投射光学系によりスクリーン等に投射することにより大きな映像が表示されることになる。

特開２００５−２２１７６１号公報

ところで、上述した従来の投射型表示装置にあっては、装置全体の小型化のために光源の一部が非テレセントリック系に形成されている場合がある。このように光源の一部が非テレセントリック系に形成されている場合において、この近傍にダイクロイックミラーを設置すると、表示される映像に色シェーディングが発生してしまう、といった問題があった。特にこのような色シェーディングは緑色光で強く発生しており、早期の解決が望まれている。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、ダイクロイックミラーに膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜を形成することにより、色シェーディングを抑制して高品質の映像を写すことが可能な投射型表示装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、光源からの出射光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分解するダイクロイックミラーを有する色分解手段と、分解された前記各色光をそれぞれ光学的に変調する反射型光変調手段と、該変調された各色光を合成して映像光を得る光合成手段と、該得られた映像光を拡大して投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置において、前記ダイクロイックミラーには色シェーディングを抑制するために膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜が形成されていることを特徴とする投射型表示装置である。

本発明に係る投射型表示装置によれば、ダイクロイックミラーにウェッジコーティング膜を形成するようにしたので、色シェーディングを抑制して高品質の映像を写すことができる。

以下に、本発明に係る投射型表示装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る投射型表示装置の第１実施例を示す構成図、図２はウェッジコーティング膜の形成されたダイクロイックミラーの一例を示す断面図、図３はウェッジコーティング膜を形成する方法を概略的に説明する説明図、図４は投射型表示装置の第１実施例における各色光の光路を示す図である。

まず、図１に示すように、この投射型表示装置２は、白色光を出射光Ｌとして出力する光源４と、この出射光ＬをＲ、Ｇ、Ｂ光の各色光に分解する第１及び第２の色分解手段６、８と、上記Ｒ、Ｇ、Ｂ光の各色光に対応して光学的に変調する反射型光変調手段１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂと、上記変調された各色光を合成して映像光ＬＰを出力する光合成手段１２と、この映像光ＬＰをスクリーン１６に向けて投射する投射光学系１４とにより主に構成されている。

具体的には、上記光源４と第１の色分解手段６との間の光路には照明光学系１８が介設されている。この照明光学系１８は非テレセントリック系に組まれて、小型化が図られている。この照明光学系１８により、光源４から出力される不定偏光光の出射光Ｌは平行光になされると共に、ある一方向の偏光に揃えられる。
上記第１の色分解手段８は、ここではＢ光を反射してＹ（黄色）光、すなわちＲ、Ｇ光を透過するＢ光ダイクロイックミラー２０Ｂと、Ｙ光を反射してＢ光を透過するＹ光ダイクロイックミラー２０Ｙとを直角に交差させてなるクロスダイクロイックミラーが用いられており、出射光ＬをＢ光とＹ光（Ｒ、Ｇ光）とに分解するようになっている。

上記Ｂ光の光路は、ミラー２２、コリメータレンズ２４、反射型偏光板２６を介して上記Ｂ用反射型光変調手段１０Ｂに至る。このＢ用反射型光変調手段１０Ｂは、液晶表示デバイスよりなり、Ｂ光用の映像信号により光変調を行う。上記Ｂ用反射型光変調手段１０Ｂから反射した変調光は、上記反射型偏光板２６に戻り、その偏光成分を透過し、これに垂直に振動する偏光成分を反射するようになっている。この反射光は、アナライザ２８を介して上記光合成手段１２に入力される。この光合成手段１２は、例えば色合成用のダイクロイックプリズムを用いることができ、後述するようにＲ、Ｇ、Ｂ光を合成して映像光ＬＰを出力するようになっている。

一方、上記第１の色分解手段６で分解されたＹ光の光路は、ミラー３０を介して上記第２の色分解手段８に至る。この第２の色分解手段８は、Ｇ光を反射してＲ光を透過するＧ光ダイクロイックミラー２０Ｇよりなり、Ｙ光をＧ光とＲ光とに分解するようになっている。
上記Ｒ光の光路は、コリメータレンズ３０、反射型偏光板３２を介して上記Ｒ用反射型光変調手段１０Ｒに至る。このＲ用反射型光変調手段１０Ｒは、液晶表示デバイスよりなり、Ｒ光用の映像信号により光変調を行う。上記Ｒ用反射型光変調手段１０Ｒから反射した変調光は、上記反射型偏光板３２に戻り、その偏光成分を透過し、これに垂直に振動する偏光成分を反射するようになっている。この反射光は、アナライザ３４を介して上記光合成手段１２に入力される。

また、上記Ｇ光の光路は、コリメータレンズ３６、反射型偏光板３８を介して上記Ｇ用反射型光変調手段１０Ｇに至る。このＧ用反射型光変調手段１０Ｇは、液晶表示デバイスよりなり、Ｇ光用の映像信号により光変調を行う。上記Ｇ用反射型光変調手段１０Ｇから反射した変調光は、上記反射型偏光板３８に戻り、その偏光成分を透過し、これに垂直に振動する偏光成分を反射するようになっている。この反射光は、アナライザ４０を介して上記光合成手段１２に入力される。
そして、この光合成手段１２では、Ｇ光は透過し、Ｂ光とＲ光は反射することによって、上述したように合成されて映像光ＬＰが投射光学系１４に向けて出力されることになる。尚、上記各アナライザ２８、３４、４０は、各色光のコントラスト比を制御するためのものである。

ここで、本発明においては、第１の色分解手段６に用いているＢ用及びＹ用ダイクロイックミラー２０Ｂ、２０Ｙと第２の色分解手段８に用いているＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇとに、対応する各色に対する色シェーディングを制御するために略同じ断面形状の、すなわち膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜４２Ｂ、４２Ｙ、４２Ｇがそれぞれ形成されている。尚、このウェッジコーティング膜は、上記各ダイクロイックミラー２０Ｂ、２０Ｙ、２０Ｇの内の少なくとも１つに対して設けられていればよく、一般に、緑色のシェーディングが大きいことから、特にＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇには必ず膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜４２Ｇを設けるのが好ましい。これらのウェッジコーティング膜４２Ｂ、４２Ｙ、４２Ｇは、例えば真空蒸着器により形成する。

図２は各ダイクロイックミラー２０Ｂ、２０Ｙ、２０Ｇの内でＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇを代表して示している。上記Ｇ用ウェッジコーティング膜４２Ｇはその膜厚が面内において均一ではなく変化しており、具体的には、断面が楔状、或いは細長い台形、又は三角形状になっている。換言すれば、Ｇ用ウェッジコーティング膜４２Ｇの表面は、Ｇ用ダイクロイックミラー２０Ｇの表面に対して平行ではなく、僅かに傾斜している。すなわち膜厚が直線的に変化している。この点は上述したように他のダイクロイックミラー２０Ｂ、２０Ｙにおいても同じである。図示例では、傾斜角θ１は発明の理解を容易にするために誇張して記載しているが、実際には非常に僅かである。

このように、膜厚が光軸５０を中心として図２中において上下方向で異なるように設定することにより、膜厚の僅かな相異によって色分解の周波数が僅かに異なるので、色光を分解する時に生じる境界部分での色シェーディングを相殺することができる。
上記したような膜厚が不均一なウェッジコーティング膜４２Ｇを形成するには、図３に示すように、例えば真空蒸着法を行う際に蒸発源５２に対して、膜厚が均一な成膜を行う時のダイクロイックミラー２０Ｇの設置位置（図３中で一点鎖線で示す）よりもある程度の角度α１だけ傾けて、すなわちビス上げした状態で斜方蒸着の成膜処理を行う。これにより、ビス上げした先端側の膜厚が薄くなり、ビス上げしない基端側の膜厚が厚くなるような状態で膜厚が不均一になったウェッジコーティング膜４２Ｇを形成することができる。

当然のこととして、分解する各色光に応じて、各ウェッジコーティング膜４２Ｂ、４２Ｙの角度α１及び傾斜各θ１はそれぞれ異なることになる。ここで分解すべき色光に応じて角度α１を種々変更して評価を行ったところ、色シェーディングの評価は、角度α１が、０度及び７度のときは”×”、１４度のときは”△”、２１度のときは”○”、２８度のときは”◎”、３５度のときは”○”であったので、角度α１は２１度〜３５度の範囲で変えるようにすればよい。

次に、以上のように構成された投射型表示装置２の動作について説明する。
まず、光源４より発光された出射光Ｌは、非テレセントリック系の照明光学系１８を通って一方向の偏光に揃えられた光は、第１の色分解手段６であるクロス状に配置されたＹ用ダイクロイックミラー２０ＹとＢ用ダイクロイックミラー２０ＢによりＢ光とＹ光とに色分解される。このＢ光は、ミラー２２、コリメータレンズ２４、反射型偏光板２６を通ってＢ用反射型光変調手段１０Ｂにて映像信号により変調されて反射される。この反射された変調光は、反射型偏光板２６で反射して光合成手段１２に入る。

一方、上記第１の色分解手段６にて分解されたＹ光は、ミラー３０を介してＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇに入射し、ここでＲ光とＧ光とに分解される。上記分解されたＲ光はコリメータレンズ３０、反射型偏光板３２を通ってＲ用反射型光変調手段１０Ｒにて映像信号により変調されて反射される。この反射された変調光は、反射型偏光板３２で反射して光合成手段１２に入る。
またＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇにて分解された上記Ｇ光はコリメータレンズ３６、反射型偏光板３８を通ってＧ用反射型光変調手段１０Ｇにて映像信号により変調されて反射される。この反射された変調光は、反射型偏光板３８で反射して光合成手段１２に入る。
そして、上記光合成手段１２に入射したＢ光、Ｒ光、Ｇ光はここで合成されて映像光ＬＰとなり、投射光系１４にて投射されてスクリーン１６上に映像が写し出されることになる。

ここで上記各ダイクロイックミラー２０Ｙ、２０Ｂ、２０Ｇに非テレセントリック光学系よりなる照明光学系１８を通った非テレセントリック光がそれぞれ入射すると、光軸を中心とした入射位置に応じて分光特性が僅かに変化して色シェーディングを生ずることになるが、本発明では各ダイクロイックミラー２０Ｙ、２０Ｂ、２０Ｇにそれぞれウェッジコーティング膜４２Ｙ、４２Ｂ、４２Ｇを設けているので、上記分光特性の変化を相殺するように作用して上記色シェーディングが発生することを抑制することができる。従って、色シェーディングが抑制された高品質の映像を得ることができる。図４は、この時の各色光の光路の状態を示している。尚、図４中ではアナライザ２８、３４、４０の記載は省略している。

ここで図５を参照して、断面が楔状の上記ウェッジコーティング膜の作用について具体的に説明する。図５はウェッジコーティング膜を設けたダイクロイックミラーを透過する光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。ここではＧ光とＲ光とを分解するＧ用ダイクロイックミラー２０Ｇに設けたＧ用ウェッジコーティング膜４２Ｇの特性を示している。図５中の曲線Ｐ０は図２中の光軸５０の中心点Ｐ０を通った光の特性を示し、曲線Ｐ１は光軸５０から膜厚が薄くなる方向へ距離Ｈ１（＝１０ｍｍ）だけ離れた点Ｐ１を通った光の特性を示し、曲線Ｐ２は光軸５０から膜厚が厚くなる方向へ距離Ｈ２（＝１０ｍｍ）だけ離れた点Ｐ２を通った光の特性を示す。

図５から明らかなように、Ｇ光の周波数の上限値は略５６０ｎｍ程度なので、５６０ｎｍの波長を中心として波長の長短方向に略７ｎｍずつ特性（ウェッジ量）がシフトしていることが判る。すなわち、この特性が光の入射位置が異なることに応じてシフトすることにより、ここで発生する色シェーディングを相殺することができる。

＜第２実施例＞
次に、本発明の第２実施例について説明する。図６は本発明に係る投射型表示装置の第２実施例を示す構成図である。ここでは、図１に示す第１実施例で用いた各反射型偏光板２６、３２、３８に代えて偏光ビームスプリッタ６２、６４、６６を用いており、他の構成は第１実施例と同じである。この場合にも、先の第１実施例と同様な作用効果を発揮することができる。
尚、上記各実施例では先にＹ光とＢ光とを分解し、その後、Ｙ光をＲ光とＧ光とに分解するようにしたが、この色分解の順序は特に限定されないのは勿論である。

本発明に係る投射型表示装置の第１実施例を示す構成図である。 ウェッジコーティング膜の形成されたダイクロイックミラーの一例を示す断面図である。 ウェッジコーティング膜を形成する方法を概略的に説明する説明図である。 投射型表示装置の第１実施例における各色光の光路を示す図である。 ウェッジコーティング膜を設けたダイクロイックミラーを透過する光の透過率と周波数との関係を示すグラフである。 本発明に係る投射型表示装置の第２実施例を示す構成図である。

符号の説明

４…光源、６…第１の色分解手段、８…第２の色分解手段、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…反射型光変調手段、１２…光合成手段、１４…投射光学系、１８…照明光学系、２０Ｂ…Ｂ光ダイクロイックミラー、２０Ｇ…Ｇ光ダイクロイックミラー、２０Ｙ…Ｙ光ダイクロイックミラー、２６，３２，３８…反射型偏光板、４２Ｂ，４２Ｇ，４２Ｙ…ウェッジコーティング膜、Ｌ…光射光、ＬＰ…映像光。

Claims (1)

1. 光源からの出射光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分解するダイクロイックミラーを有する色分解手段と、
   分解された前記各色光をそれぞれ光学的に変調する反射型光変調手段と、
   該変調された各色光を合成して映像光を得る光合成手段と、
   該得られた映像光を拡大して投射する投射光学系と、を備えた投射型表示装置において、
   前記ダイクロイックミラーには色シェーディングを抑制するために膜厚が直線的に変化するウェッジコーティング膜が形成されていることを特徴とする投射型表示装置。
   
   

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