JP2008292877A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で明るさ、コントラスト、解像度等の画質性能が良好な反射型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置を提供する。
【解決手段】光源と、色分離光学手段と、前記色分離光学手段で分離された赤色、青色、及び緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色、青色、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、色合成手段と、投射手段を備え、前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色及び青色光が入射するそれぞれの反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、リレー光学手段が設けられ、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備える投射型映像表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、投射型映像表示装置に関する。

従来より、光源からの光（光源から射出された光源光）を光の３原色の色光に分離した後、偏光作用を利用して３つのライトバルブで対応する各色光を映像信号に応じて画素毎に濃淡を変える光強度変調（以下、「光変調」という）を行い、光学像を形成し、各色光の光学像を色合成手段で合成してカラー光学像とし、投射レンズ（投射手段）でスクリーンなどに投射する３板式投射型映像表示装置が知られている。現在、偏光作用を利用したライトバルブとしては、透過型液晶パネルや反射型液晶パネルなどがある。反射型液晶パネルは、透過型液晶パネルより開口率が高いため、高輝度と高解像度を両立できる点で優れている。なお、透過型液晶パネルを用いた３板式投射型映像表示装置については例えば特許文献１に、反射型液晶パネルを用いた３板式投射型映像表示装置については例えば特許文献２に記載されている。

液晶パネルを用いた３板式投射型映像表示装置では、一般に、各液晶パネルからの光学像を、一対の反射膜であるダイクロイック膜（多層膜）をクロス状に配置した色合成手段（色合成プリズム）でカラー光学像として合成する。通常、色合成プリズムでは、それぞれのダイクロイック膜に対向する色合成プリズムの側面から入射するＲ光（赤色光）とＢ光（青色光）を対応するダイクロイック膜で反射させて射出し、Ｒ光が入射する側面とＢ光が入射する側面に隣り合う面（中央面）から入射するＧ光（緑色光）を透過する構成とする。

特開２００５−３７５６４号公報 特開２００２−９０８７４号公報

所で、反射型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置（反射式投射型映像表示装置ともいう）は、従来、プレゼンテーション等でＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の画像を投射するビジネス用途が多く、明るさ性能を優先としていた。しかし近年、テレビ映像や記録媒体のビデオ映像などを楽しむホームシアター用途として一般家庭で使用されるようになってきた。このため、色純度、青みがかった白色表示やコントラスト性能が優先されるようになってきている。

コントラスト性能を高くするためには、黒表示時のＰＢＳプリズムからの漏れ光を除去あるいは少なくしなければならない。よって、不要な偏光成分を除去する偏光板が必須となる。

また、色純度の向上や青みがかった白色表示を実現するためには、特許文献１に記載の透過式投射型映像表示装置（透過型液晶パネルを用いた投射型映像表示装置）の如く、少なくとも、Ｇ光路（以下、緑色光路を「Ｇ光路」、赤色光路を「Ｒ光路」、青色光路を「Ｂ光路」ともいう。また、以下、緑色光を「Ｇ光」、赤色光を「Ｒ光」、青色光を「Ｂ光」ともいう。なお、本願出願書類においては、光の走る経路のことを「光路」といい、光の走る経路の距離のことを「光路長」という。）に光源光に含まれる黄色成分を減衰させるトリミングフィルタやＧ光量を所定量減衰させるＮＤフィルタを挿入しなければならない。

上記した偏光板、トリミングフィルタ、ＮＤフィルタの挿入について、従来の反射式投射型映像表示装置を示す図４（特許文献２の図１６に同様な記載あり）を用いて具体的に述べる。

図４において、一般に、色合成プリズム４８０を挟んで投射レンズ４８５と対向する第２ＰＢＳ４６１Ｇに付随する第２反射型液晶パネル４６０ＧがＧ光用のライトバルブとなる。従って、トリミングフィルタ、ＮＤフィルタ、偏光板の順で、これらの光学部品を第２ダイクロイックミラー４３２と第２フィールドレンズ４５３Ｇとの間に配置することになる。さらに、これらの光学部品を基台に保持する機構部品を配置するためのスペースの確保も同時に必須となる。このため、第２ダイクロイックミラー４３２と第２フィールドレンズ４５３Ｇとの間が広がる。この結果、色合成プリズム４８０を大きくするか、全てのＰＢＳ（第１ＰＢＳ４６１Ｂ，第２ＰＢＳ４６１Ｇ，第３ＰＢＳ４６１Ｒ）を大きくしなければならなくなり、反射式投射型映像表示装置（例えば、前面投射型の映像表示装置、所謂プロジェクタ）のサイズが大きくなってしまう（詳細は、実施例の中で後述する）。このことは、ユーザが求める小型化とは相反する事となる。

勿論、トリミングフィルタは、第１ダイクロイックミラー４３１と第２ダイクロイックミラー４３２との間に配置することもできる。しかし、この場合、ＮＤフィルタのために、第２ダイクロイックミラー４３２と第２フィールドレンズ４５３Ｇとの間が広がると共に、トリミングフィルタのために、第１ダイクロイックミラー４３１と第２ダイクロイックミラー４３２との間も広がってしまい、いずれにしても、サイズが増大してしまう。

このような問題に対して、特許文献２では、その図１，図２に示される如く、ＰＢＳプリズムへの入射光束の光軸を斜めにして、かつ、第１および第２フィールドレンズを偏心させて、入射光と第２フィールドレンズとの干渉を回避し、投射型映像表示装置のサイズの増大を防いでいる。しかし、本公知技術は、ホームシアター用途の投射型映像表示装置に必要な色純度，青みがかった白色表示については十分考慮していない。本公知例（特許文献２の図１，図２）のＧ光路上にトリミングフィルタやＮＤフィルタを挿入すれば、本公知例（特許文献２の図１，図２）においても、必然的に投射型映像表示装置のサイズの増大を招くことになる。

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、サイズの増大を招くことなく、色純度の向上や青みがかった白色表示を実現することができる投射型映像表示装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明における投射型映像表示装置では、光源と、前記光源から射出された光源光を光の３原色の色光である赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えた構成とする。

図４から明らかなように、従来の３板式投射型映像表示装置の光学手段においては、色分離光学手段４３０から赤色光が入射する（Ｒ光用の）反射型ライトバルブ４６０Ｒに至る光路長が最も長い。従って、色分離光学手段４３０の出射側とリレー光学手段４４０の出射側（例えば、リレー光学手段４４０を構成する最も後段のレンズ（ここでは第３のリレーレンズ４４３））との間には、光学部品を挿入するスペース部が複数存在する。そこで、本発明では、上記の如く、色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長を、色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長くし、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ）を挿入する構成とする。光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、さらにまた、青みがかった白色表示を行いながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、所望の偏光成分を除去する光学素子（例えば偏光板）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、青みがかった白色表示を行いながら、さらにまた、コントラスト性能を高くしながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記リレー光学手段は、前記色分離光学手段側に配置された第１のリレーレンズと、前記緑色光が入射する反射型ライトバルブ側に配置された第３のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に配置された第２のリレーレンズとを含み、前記第２のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子、前記所望の偏光成分を除去する光学素子のうちの少なくとも一つを備えた構成としても良い。

また、上記の課題を解決するため、本発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記反射型ライトバルブを駆動する駆動回路を備えた構成とする。

また、上記の課題を解決するため、本発明における投射型映像表示装置では、光源と、前記光源から射出された光源光を赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の入射側の間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えた構成とする。

図４から明らかなように、従来の３板式投射型映像表示装置の光学手段においては、色分離光学手段４３０から赤色光が入射する（Ｒ光用の）反射型ライトバルブ４６０Ｒに至る光路長が最も長い。従って、色分離光学手段４３０の出射側とリレー光学手段４４０の出射側（例えば、リレー光学手段４４０を構成する最も後段のレンズ（ここでは第３のリレーレンズ４４３））との間には、光学部品を挿入するスペース部が複数存在する。そこで、本発明では、上記の如く、色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長を、色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長くし、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間、ここでは特に、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の入射側の間に、緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ）を挿入する構成とする。光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、さらにまた、青みがかった白色表示を行いながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、所望の偏光成分を除去する光学素子（例えば偏光板）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、青みがかった白色表示を行いながら、さらにまた、コントラスト性能を高くしながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、上記の課題を解決するため、本発明における投射型映像表示装置では、光源と、前記光源から射出された光源光を赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えた構成とする。

図４から明らかなように、従来の３板式投射型映像表示装置の光学手段においては、色分離光学手段４３０から赤色光が入射する（Ｒ光用の）反射型ライトバルブ４６０Ｒに至る光路長が最も長い。従って、色分離光学手段４３０と出射側のリレー光学手段４４０の出射側（例えば、リレー光学手段４４０を構成する最も後段のレンズ（ここでは第３のリレーレンズ４４３））との間には、光学部品を挿入するスペース部が複数存在する。そこで、本発明では、上記の如く、色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長を、色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長くし、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間、ここでは特に、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ）を挿入する構成とする。光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、さらにまた、青みがかった白色表示を行いながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

また、本願発明における投射型映像表示装置では、さらに、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、所望の偏光成分を除去する光学素子（例えば偏光板）を備えた構成としても良い。そして、これにより本発明では、光学素子を挿入しても、リレー光学手段を構成する複数のレンズ間の間隔が広がることはなく、色純度を向上させながら、青みがかった白色表示を行いながら、さらにまた、コントラスト性能を高くしながら、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑制できる。

本発明によれば、サイズの増大を招くことなく、色純度の向上を実現することができる投射型映像表示装置を提供できる。また、さらに、青みがかった白色表示を実現することができる投射型映像表示装置を提供できる。また、さらに、コントラスト性能の向上を実現することができる投射型映像表示装置を提供できる。

以下、本発明による最良の形態について、図を用いて詳細に説明する。

本発明は、反射型ライトバルブを３枚用いた３板式投射型映像表示装置において、色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、光路長を補正するリレー光学手段が配置される光路に緑色光路（以下、「Ｇ光路」という）を当て、色分離光学手段の出射側からリレー光学手段の出射側までの間にを構成する最も後段のレンズとの間に形成されるいずれかのスペース部に、緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ）と／または、Ｇ光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ）を挿入する構成とすることに特徴がある。

図１は、本発明による第１の実施例を示す投射型映像表示装置の模式構成図である。なお、以下の説明においては、色分離光学手段以降の各色光の光路上に配置された光学要素のうち、共通な機能を有するもの同士には、どの色光の光路上にある光学要素なのかを明確にする必要がある場合には、同一符号の後に、色光を表す添え字Ｒ，Ｇ，Ｂを付して示す。また、本明細書中の説明においてどの色光の光路上にある光学要素なのかを区別する必要がない場合には、添え字を省略する。たとえば、６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂはいずれも反射型液晶パネルであり共通な機能を有するが、それらがそれぞれ、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路上にある反射型液晶パネルであることを明確にする必要がある場合には、同一符号（６０）の後に、色光を表す添え字Ｒ，Ｇ，Ｂを付して６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂと示した。また、Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路上にある反射型液晶パネルであることを区別する必要がない場合には、添え字を省略し、単に６０と示した。

図１において、投射型映像表示装置１００の光学手段は、照明光学手段２０と、色分離光学手段３０と、リレー光学手段４０と、２つのフィールドレンズ５３（５３Ｒ，５３Ｂ）と、反射型液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）と、色合成手段である色合成プリズム８０と、投射手段である投射レンズ８５とを備えている。反射型液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）は、それぞれ、その前に、反射型液晶パネルへの入射光と反射型液晶パネルからの出射光を分離するＰＢＳ６１（６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）を有する。また、各ＰＢＳ６１Ｒ，６１Ｂ，６１Ｇの入射光路側にはフィールドレンズ５３（５３Ｒ，５３Ｂ）および後述する第３のリレーレンズ４３を介して、偏光板５１（５１Ｒ，５１Ｂ，５１Ｇ）を備えており、特に、Ｇ光路では、ＮＤフィルタ９２とトリミングフィルタ９１も備えている。そして、これらの光学素子は、図示しない基体に装着されて、投射型映像表示装置１００を構成し、投射型映像表示装置１００は、反射型液晶パネルを駆動する駆動回路（図示せず）や電源回路（図示せず）とともに、図示しない筐体に搭載され、３板式投射型映像表示装置を構成する。

反射型ライトバルブである反射型液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）を均一に照明する照明光学手段２０は、光源ユニット１０と、オプチカルインテグレータを構成する第１のアレイレンズ２１および第２のアレイレンズ２２と、偏光変換素子２４と、重畳レンズ２６を含んでなる。また、色分離光学手段３０は、２つの並行するダイクロイックミラー３１と３２とを有している。また、リレー光学手段４０は、フィールドレンズである第１のリレーレンズ４１と、光路方向を変える全反射ミラー４５と、リレーレンズである第２のリレーレンズ４２と、フィールドレンズである第３のリレーレンズ４３と、第２のリレーレンズ４２と第３のリレーレンズ４３との間に配置されたトリミングフィルタ９１、ＮＤフィルタ９２および偏光板５１Ｇとを含んでなる。なお、第３のリレーレンズ４３は、反射型液晶パネル６０Ｇに対応したフィールドレンズ５３Ｇとしての機能を有する。

以下、本実施例による投射型映像表示装置１００の動作について説明する。

光源ユニット１０は、光源（ランプともいう）１１と、リフレクタ１２（ここでは放物面リフレクタ）とからなる。

光源１１は、例えば超高圧水銀ランプの白色ランプである。リフレクタ１２は、光源１１を背後側から覆うように配置された、例えば回転放物面形状の反射面を有するもので、円形ないし、多角形の出射開口を持つ。

光源１１から射出された光は、例えば回転放物面形状の反射面を有するリフレクタ１２によって反射され、光軸１に略平行となり、光源ユニット１０から略平行の光束が射出される。光源ユニット１０から射出された光は、偏光変換インテグレータに入射する。

偏光変換インテグレータは、第１のアレイレンズ２１と第２のアレイレンズ２２からなる均一照明行うオプチカルインテグレータと、偏光方向を所定偏光方向に揃える偏光ビームスプリッタアレイの偏光変換素子２４とで構成される。

第１のアレイレンズ２１は、照明光軸方向から見て反射型液晶パネル６０とほぼ相似な矩形形状を有する複数のレンズセルがマトリックス状に配設されたもので、光源から入射した光を複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ２２と偏光変換素子２４を通過するように導く。すなわち、第１のアレイレンズ２１は、光源１１と第２のアレイレンズ２２の各レンズセルとが光学的に共役な関係になるように設計されている。

第１のアレイレンズ２１と同様に、照明光軸方向から見て矩形形状の複数のレンズセルがマトリクス状に配設された構成を有する第２のアレイレンズ２２は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ２１のレンズセル形状を反射型液晶パネル６０に投影（写像）する。

この時、偏光変換素子２４で第２のアレイレンズ２２からの光は所定の偏光方向（ここではＳ偏光）に揃えられる。そして、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルの投影像は、それぞれ重畳レンズ２６、およびフィールドレンズ５３Ｒ，５３Ｂ、リレー光学手段４０により各反射型液晶パネル６０上に重ね合わせられる。

なお、第２のアレイレンズ２２とこれに近接して配設される重畳レンズ２６とは、第１のアレイレンズ２１の各レンズセルと反射型液晶パネル６０とが、光学的に物体と像の関係（即ち、共役な関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ２１で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ２２と重畳レンズ２６によって、反射型液晶パネル６０上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

以上述べたように、第１のアレイレンズ２１、第２のアレイレンズ２２、偏光変換素子２４とで構成された偏光変換インテグレータは、光源からの、偏光方向がランダムな光を所定偏光方向（ここではＳ偏光）に揃えながら、反射型液晶パネルを均一照明することができる。

照明光学手段２０から射出された光（略白色光）は、色分離光学手段３０に入射する。色分離光学手段３０は、照明光学手段２０からの略白色光を光の３原色の色光に分離する。つまり、Ｂ光(青色帯域の光)と、Ｒ光(赤色帯域の光)と、Ｇ光(緑色帯域の光)とに分光する。そして、色分離した各色光を対応する反射型液晶パネル６０（６０Ｂ，６０Ｒ，６０Ｇ）に向かうそれぞれの光路（Ｂ光路，Ｒ光路，Ｇ光路）に導光する。すなわち、ダイクロイックミラー３１により、例えばＲ光とＢ光は反射され、ダイクロイックミラー３２によりＲ光とＢ光に分離される。ここでは、Ｒ光はダイクロイックミラー３２を反射して対応する反射型液晶パネル６０Ｒに向かい、Ｂ光はダイクロイックミラー３２を透過して対応する反射型液晶パネル６０Ｂに向かう。また、Ｇ光は、ダイクロイックミラー３１を透過し、対応する反射型液晶パネル６０Ｇに向かう。

色分離光学手段３０で分離した各色光を各反射型液晶パネルに導光する各光路（Ｒ光路，Ｇ光路，Ｂ光路）について具体的に述べる。

ダイクロイックミラー３１を反射したＲ光とＢ光の内、Ｒ光はダイクロイックミラー３２を反射して、偏光板５１Ｒ，フィールドレンズ５３Ｒを通り、ＰＢＳ６１Ｒを介して反射型ライトバルブであるＲ光用の反射型液晶パネル６０Ｒに入射する。また、Ｂ光は、ダイクロイックミラー３２を透過し、偏光板５１Ｂ，フィールドレンズ５３Ｂを通り、ＰＢＳ６１Ｂを介して反射型ライトバルブであるＢ光用の反射型液晶パネル６０Ｂに入射する。

一方、ダイクロイックミラー３１を透過したＧ光は、リレー光学手段４０に入射する。リレー光学手段４０に入射したＧ光は、フィールドレンズである第１のリレーレンズ４１によって、全反射ミラー４５を経て、第２のリレーレンズ４２の近傍に集光（収束）し、第３のリレーレンズ４３に向けて発散する。そして、第２のリレーレンズ４２と第３のリレーレンズ４３との間に配置されたトリミングフィルタ９１，ＮＤフィルタ９２と偏光板５１Ｇを経て第３のリレーレンズ４３に入射する。第３のリレーレンズ４３はフィールドレンズであり、入射したＧ光を光軸に平行とし、ＰＢＳ６１Ｇを介して反射型ライトバルブであるＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇに入射する。

反射型液晶パネル６０（６０Ｒ，６０Ｇ，６０Ｂ）の前には、それぞれ、偏光と検光の機能を有するＰＢＳ６１（６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）が配置されている。ＰＢＳ６１（６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ）が有する偏光と検光の作用は、色光によらないので、以下では、色光の添え字を省略して説明する。

偏光板５１（５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ）でＳ偏光の偏光度が高められ、ＰＢＳ６１に入射した光は、偏光方向がＳ偏光なので、ＰＢＳ６１の偏光分離膜で反射されて、反射型液晶パネル６０に入射する。

反射型液晶パネル６０は、入射した光を図示しない映像信号に応じて光変調（光強度変調）し、光学像を形成する。そして、パネルから射出する光学像の光は、偏光方向がＳ偏光からＰ偏光に変わるので、今度は、ＰＢＳ６１の偏光分離膜を透過して、色合成手段の色合成プリズム８０に入射する。なお、Ｇ光とＢ光は、色合成プリズム８０の入射面に貼着されたλ／２波長板７１Ｇ，７１ＢでＰ偏光をＳ偏光とされる。

色合成プリズム８０は、Ｂ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）と、Ｇ光を反射するダイクロイック膜（誘電体多層膜）とが、４つの直角プリズムの界面に略Ｘ字状（クロス状）に形成されたものである。そして、３色光の各光学像を合成してカラー光学像（カラー映像光，カラー画像光）とする機能を有する。色合成プリズム８０の入射面の内、対向する入射面に入射したＧ光とＢ光は、クロスしたＧ光用のダイクロイック膜およびＢ光用のダイクロイック膜でそれぞれ反射され、また、中央の入射面に入射したＲ光は直進して、合成され、出射面から出射する。その後、例えばズームレンズであるような投射レンズ８５によって、スクリーン（図示せず）に投影される。

なお、リレー光学手段４０は、光源１１からＲ光用の反射型液晶パネル６０Ｒまでの光路長（Ｒ光路長）および光源１１からＢ光用の反射型液晶パネル６０Ｂまでの光路長（Ｂ光路長）に対して、光源１１からＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇまでの光路長（Ｇ光路長）が長いので、これを補正するためのものである。

ここで、リレー光学手段４０について詳細に述べておく。

Ｇ光路上の第１のリレーレンズ４１の近傍には、照明光学手段２０により第１のアレイレンズ２１の各レンズセル像が重畳した仮想液晶表示像２００が結像する。この仮想液晶表示像２００をＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇにリレー（写像）するのがリレー光学手段４０の目的である。すなわち、リレー光学手段４０の第２のリレーレンズ４２は、仮想液晶表示像２００をＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇ上に写像する。つまり、仮想液晶表示像２００とＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇは、物と像の関係にある。また、リレー光学手段４０のフィールドレンズである第１のリレーレンズ４１は、Ｇ光用の反射型液晶パネル６０Ｇ上に結像する像の照度が隅々まで均一となるように、仮想液晶表示像２００を通過した光を第２のリレーレンズ４２近傍に集光する。第２のリレーレンズ４２近傍には第２のアレイレンズ２２上に形成された、複数のアーク像（２次光源像）が形成される。つまり、第２のアレイレンズ２２と第２のリレーレンズ４２は物と像の関係にある。

次に、Ｇ光路のリレー光学手段に配置されたトリミングフィルタ，ＮＤフィルタについて説明する。

上記したように、従来と異なり、本発明においては、色分離光学手段３０からＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇまでの光路長が、色分離光学手段３０からＲ光用の反射型液晶パネル６０Ｒまでの光路長及び色分離光学手段３０からＢ光用の反射型液晶パネル６０Ｂまでの光路長よりも長く、リレー光学手段が配置される光路をＧ光路とする。図１から明らかなように、Ｇ光を分離するダイクロイックミラー３１とリレー光学手段４０との間と、リレー光学手段４０の第２のリレーレンズ４２と第３のリレーレンズ４３との間には、模式的に表現されているが、十分な空間的スペースがあり、光軸に直交する平板状の光学要素を配置しても、この間を広げる必要は生じない。そこで、本実施例では、リレー光学手段側の光路をＧ光路とし、Ｇ光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ９１）と、Ｇ光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ９２）とを、リレー光学手段４０の第２のリレーレンズ４２と第３のリレーレンズ４３との間に形成されるスペース部に配置する。ここでは、これらの光学素子の寿命特性を考慮して、図１に示すように、光束面積が大きくなる第３のリレーレンズ４３側に配置する。例えば、減衰させたＧ光が熱に変わるＮＤフィルタ９２を光束が集光する第２のリレーレンズ近傍に配置すると、ＮＤフィルタ９２の温度上昇が高くなり、寿命特性が劣化する懸念がある。

光源１１として例えば超高圧水銀ランプを用いると、光源１１から射出される光エネルギーは、図２に示すように、５７０ｎｍより長波長成分である黄色の光エネルギーが大きい。このため、このままではＧ光用の反射型液晶パネル６０Ｇに入射する光束に黄色成分が混色して黄緑色となってしまう。そこで、黄色成分を除去し、Ｇ光用の反射型液晶パネル６０Ｇに入射する光束の色純度を上げるために、Ｇ光路上にＧ光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子（例えばトリミングフィルタ９１）を挿入する。なお、図２において、例えばａ点４３５ｎｍ〜ｂ点４６５ｎｍの範囲がＢ光の波長帯域、ｃ点５３５ｎｍ〜ｄ点５６０ｎｍの範囲がＧ光の波長帯域、ｅ点６００ｎｍ〜ｆ点６３０ｎｍの範囲がＲ光の波長帯域である。

また、ホームシアター用途の場合、色温度が１００００°Ｋ以上の青みがかった白色表示が好まれる。そこで、Ｇ光路上にＧ光を所定量減衰させる光学素子（例えばＮＤフィルタ９２）を挿入する。

ホームシアター用途として、色純度を高め、青みがかった白色表示を行うために、従来のように、色合成プリズムの中央位置に配置されたＧ光用の反射型液晶パネルに至るＧ光路上にこれらの光学素子を挿入すると、発明が解決しようとする課題の項で指摘したように、投射型映像表示装置のサイズが増大してしまう。

図５は、従来の投射型映像表示装置の模式構成図である。なお、図１と共通な要素には同一な符号を付して示し、その説明を省略する。

図３において、色分離光学手段３５は、Ｒ光を透過しＧ光とＢ光を反射するダイクロイックミラー３６と、ダイクロイックミラー３６で反射されたＧ光とＢ光を分離するダイクロイックミラー３７とからなる。また、ＰＢＳ６１'（６１’Ｒ，６１’Ｇ，６１’Ｂ）は、従来構成のサイズの大きいＰＢＳである。

図３に示すように、従来では、Ｇ光用の反射型液晶パネル６０Ｇからの射出光を色合成プリズム８０の中央入射面に入射するように配置している。従って、ホームシアター用途を考慮すると、ＰＢＳ６１’Ｇの入射面側にフィールドレンズ５３Ｇ，偏光板５１Ｇを介してＮＤフィルタ９２やトリミングフィルタ９１を配置することになる。ここでは、ＰＢＳ６１’Ｇとダイクロイックミラー３７との間にＮＤフィルタ９２を配置し、ダイクロイックミラー３６とダイクロイックミラー３７との間にトリミングフィルタ９１を配置している。ＮＤフィルタ９２を挿入すると、挿入する前より、ＰＢＳ６１’Ｇとダイクロイックミラー３７との間の間隔が広がる。ＰＢＳ６１’Ｇとダイクロイックミラー３７との間の間隔が広がると、Ｂ光のＰＢＳ６１’Ｂへの入射位置も変わり、ＰＢＳ６１’Ｂが大きくなる。ＰＢＳ６１’Ｂが大きくなると、パネルと色合成プリズムとの光路長を合せるために、他のＰＢＳ６１’Ｒ，ＰＢＳ６１’Ｇもサイズが大きくなる。各ＰＢＳ６１'の色合成プリズム側の灰色部分が大きくなった分である。また、ダイクロイックミラー３６とダイクロイックミラー３７との間の間隔も広がる。従って、ＮＤフィルタ９２やトリミングフィルタ９１を配置すると、投射型映像表示装置のサイズが増大することとなる。

図６は、別の従来の投射型映像表示装置の模式構成図である。Ｇ光用のフィールドレンズ５３Ｇとダイクロイックミラー３７との間にＮＤフィルタ９２を挿入すると、挿入する前より、Ｇ光用のＰＢＳ６１Ｇとダイクロイックミラー３７との間の間隔が広がる。Ｇ光用のＰＢＳ６１Ｇとダイクロイックミラー３７との間の間隔が広がると、Ｂ光用のＰＢＳ６１Ｂへの入射位置も変わるので、図４では、その分、色合成プリズム８０'を大きくしている。

以上述べたように、従来技術では、ＮＤフィルタ９２やトリミングフィルタ９１を配置すると、投射型映像表示装置のサイズが増大することとなる。

しかし、本実施例では、リレー光学手段４０の第２のリレーレンズ４２と第３のリレーレンズ４３との間のスペース部に、トリミングフィルタ９１やＮＤフィルタ９２を配置するので、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑えながら、ホームシアター用途に必要な色純度の向上や青みがかった白色表示を実現することができる。 なお、透過型ライトバルブを用いた３板式投射型映像表示装置（透過式投射型映像表示装置）の場合、図７（特許文献１の図１に同様な記載あり）に示される投射型映像表示装置から明らかなように、リレー光学手段が配置される色光路上に、色合成プリズム７８０の中央に配置される第２のライトバルブ７６０Ｇに向かう色光を分離する第２のダイクロイックミラー７３２を配置する。また、リレー光学手段の第１のリレーレンズ７４１と第２のリレーレンズ７４２の間に、光路を折り曲げる全反射ミラー７４５を配置する。なお、これらの第２のダイクロイックミラー７３２や全反射ミラー７４５は、光軸に対して略４５°傾斜している。従って、第２のダイクロイックミラー７３２と第２のライトバルブ７６０Ｇとの間を小さくして、投射型映像表示装置の小型化を図るために、本発明を適用し、リレー光学手段７４０側の光路をＧ光路としても、第２のダイクロイックミラー７３２と第１のリレーレンズ７４１との間の間隔、および、第２のリレーレンズ７４２と第３のリレーレンズ７４３との間の間隔が小さく、トリミングフィルタやＮＤフィルタを挿入できるスペースの確保が難しい。

これに対して、反射型ライトバルブの場合には、第１ダイクロイックミラーと第１のリレーレンズとの間には、第２ダイクロイックミラーがなく、また、第２のリレーレンズと第３のリレーレンズの間に光路を折り曲げる全反射ミラーもなく、また、ライトバルブと色合成プリズムとの間にＰＢＳがあるため光路長も長くなるので、本発明を用いることが可能となる。

また、以上述べた本発明による第１の実施例は、前方に配置された被投射面に投射する所謂前面投射型映像表示装置のみならず、筐体に備えた透過型スクリーンに背面側から投射する所謂背面投射型映像表示装置にも好適に適用することができる。近年では、奥行きが薄い平面型表示装置が普及してきており、奥行きの薄い背面投射型表示装置も期待されている。従って、本実施例による投射型映像表示装置のサイズ増大の抑制は、背面投射型表示装置にも適用できることはいうまでもない。

図５は、本発明による第２の実施例を示す投射型映像表示装置の模式構成図である。なお、図１に共通な要素には同一な符号を付して示し、その説明を省略する。

第１の実施例では、トリミングフィルタやＮＤフィルタをＧ光路内に配置されるリレー光学手段内に設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１から見て取れるように、色分離光学手段３０におけるＧ光を分離するダイクロイックミラー３１とリレー光学手段４０との間にも光学要素を配置できる大きなスペースがある。

そこで、第２の実施例では、図５に示すように、ダイクロイックミラー３１とリレー光学手段４０の第１のリレーレンズ４１との間に、一例として、黄色成分を除去し、Ｇ光用の反射型液晶パネル６０Ｇに入射する光束の色純度を上げるためのトリミングフィルタ９１を配置する。

本実施例によっても、実施例１と同様に、投射型映像表示装置のサイズの増大を抑えながら、ホームシアター用途に必要な色純度の向上や青みがかった白色表示を実現することができる。

なお、Ｇ光を所定量減衰させる光学素子であるＮＤフィルタ９２も、ダイクロイックミラー３１と第１のリレーレンズ４１との間で、光束面積が大きい第１のリレーレンズ４１近傍に配置してもよい。しかし、ＮＤフィルタ９２は、極力Ｇ光用の反射型液晶パネル６０Ｇに近い個所に配置するのが望ましく、第２の実施例でも、ＮＤフィルタ９２は第３のリレーレンズ４３近傍側に配置するものとする。

第１の実施例を示す投射型映像表示装置の模式構成図。 光源である超高圧水銀ランプの分光エネルギーを示す図。 第２の実施例を示す投射型映像表示装置の模式構成図。 従来の反射式投射型映像表示装置の模式構成図。 別の従来の反射式投射型映像表示装置の模式構成図。 別の従来の反射式投射型映像表示装置の模式構成図。 従来の透過式投射型映像表示装置の模式構成図。

符号の説明

1…光軸、１０…光源ユニット、１１…光源、１２…リフレクタ、２０…照明光学手段、２１…第１のアレイレンズ、２２…第２のアレイレンズ、２４…偏光変換素子、２６…重畳レンズ、３０…色分離光学手段、３１，３２…ダイクロイックミラー、３５…色分離光学手段、３６，３７…ダイクロイックミラー、４０…リレー光学手段、４１…第１のリレーレンズ、４２…第２のリレーレンズ、４３…第３のリレーレンズ、４５…全反射ミラー、５１…偏光板、５３…フィールドレンズ、６０…反射型液晶パネル、６１…ＰＢＳ、７１…λ／２波長板、８０…色合成プリズム、８５…投射レンズ、９１…トリミングフィルタ、９２…ＮＤフィルタ、２００…仮想液晶表示像

Claims (13)

1. 光源と、
   前記光源から射出された光源光を赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、
   前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、
   前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、
   前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、
   前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型映像表示装置において、
   前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置において、
   前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の出射側の間に、所望の偏光成分を除去する光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
4. 請求項１に記載の投射型映像表示装置において、
   前記リレー光学手段は、前記色分離光学手段側に配置された第１のリレーレンズと、前記緑色光が入射する反射型ライトバルブ側に配置された第３のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に配置された第２のリレーレンズとを含み、前記第２のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
5. 請求項２に記載の投射型映像表示装置において、
   前記リレー光学手段は、前記色分離光学手段側に配置された第１のリレーレンズと、前記緑色光が入射する反射型ライトバルブ側に配置された第３のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に配置された第２のリレーレンズとを含み、前記第２のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
6. 請求項３に記載の投射型映像表示装置において、
   前記リレー光学手段は、前記色分離光学手段側に配置された第１のリレーレンズと、前記緑色光が入射する反射型ライトバルブ側に配置された第３のリレーレンズと、前記第１のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に配置された第２のリレーレンズとを含み、前記第２のリレーレンズと第３のリレーレンズとの間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子、前記所望の偏光成分を除去する光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の投射型映像表示装置において、
   前記反射型ライトバルブを駆動する駆動回路を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
8. 光源と、
   前記光源から射出された光源光を赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、
   前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、
   前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、
   前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、
   前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記色分離光学手段の出射側と前記リレー光学手段の入射側の間に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
9. 請求項８に記載の投射型映像表示装置において、
   前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
10. 請求項８又は９に記載の投射型映像表示装置において、
    前記リレー光学手段の出射側の近傍に、所望の偏光成分を除去する光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
11. 光源と、
    前記光源から射出された光源光を赤色光、青色光、及び、緑色光に分離する色分離光学手段と、
    前記色分離光学手段で分離された赤色光、青色光、及び、緑色光の光路上にそれぞれ配置され、入射された赤色光、青色光、及び、緑色光をそれぞれ光変調して光学像を形成する反射型ライトバルブと、
    前記反射型ライトバルブでそれぞれ形成された赤色光、青色光、及び、緑色光の光学像を合成してカラー光学像とする色合成手段と、
    前記色合成手段で合成されたカラー光学像を拡大して投射する投射手段を備え、
    前記色分離光学手段から緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長が、前記色分離光学手段から赤色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長及び前記色分離光学手段から青色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路長よりも長く、前記色分離光学手段から前記緑色光が入射する反射型ライトバルブまでの光路上には、複数のレンズからなるリレー光学手段が設けられ、前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光に含まれる所定波長領域の色光成分を選択的に減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
12. 請求項１１に記載の投射型映像表示装置において、
    前記リレー光学手段の出射側の近傍に、前記緑色光を所定量減衰させる光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の投射型映像表示装置において、
    前記リレー光学手段の出射側の近傍に、所望の偏光成分を除去する光学素子を備えたことを特徴とする投射型映像表示装置。

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