JP2018180229A - 投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像のコントラストを両立することが可能な投射型表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】 投射型表示装置が、光源部ＬＳＰと、各色光用の反射型の光変調素子と、各色光用の反射型の光変調素子からの光を合成して投射光学系に導く色合成部と、第１の色光を、第２の色光及び第３の色光とは異なる方向に導く色分離部を備える。さらに投射型表示装置が、第１の色光が入射する第１の偏光分離部と、第２の色光及び第３の色光が入射する第２の偏光分離部を備える。そして、色分離部は、近赤外光を第１の偏光分離部に導くことが可能であり、色合成部は、第１の偏光分離部からの近赤外光を色合成部に導くことが可能である。【選択図】 図１
Description
本発明は、投射型表示装置に関する。
近年、暗視ゴーグルを用いたシミュレーション用途のため、波長６７０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の近赤外（ＮＩＲ）光での画像生成が可能なプロジェクタ（投射型表示装置）が開発されている。このようなプロジェクタとして特許文献１に記載のプロジェクタが知られている。特許文献１には、赤色用、緑色用、青色用の反射型の光変調素子を備え、赤色光と緑色光に比べて比視感度の低い青色光が入射する青色用の反射型の光変調素子にＮＩＲ光を入射させてＮＩＲ光での画像生成を行うプロジェクタが開示されている。
前述の特許文献１に記載のプロジェクタにおいては、各色用の反射型の光変調素子に光源からの光を導くとともに、各色用の反射型の光変調素子からの光を色合成プリズム及び投射光学系に導くためのプリズムが計３個設けられている。このような特許文献１に記載のプロジェクタと異なり、１つのプリズムで赤色用及び青色用の反射型の光変調素子に光源からの光を導き、別のプリズムで緑色用の反射型の光変調素子に光源からの光を導く構成のプロジェクタも知られている。
前述のように、特許文献１には各色用の射型の光変調素子に対応するプリズムを計３個備えた構成のプロジェクタにおいてＮＩＲ光での画像生成を行うのに適した構成は開示されている。しかしながら、特許文献１には上記の各色用の反射型の光変調素子に対応するプリズムを計２個備えた構成のプロジェクタにおいて可視光での画像生成を行いつつ、ＮＩＲ光での画像生成も行うのに適した構成は開示されていない。
そこで本発明は、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像のコントラストを両立することが可能な投射型表示装置を提供することを目的とする。
第１の色光と、第２の色光と、第３の色光と、近赤外光とを発することが可能な光源部と、
前記第１の色光を変調するための第１の反射型の光変調素子と、
前記第２の色光を変調するための第２の反射型の光変調素子と、
前記第３の色光を変調するための第３の反射型の光変調素子と、
前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光と、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光と、前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光とを合成して投射光学系に導く色合成部と、
前記光源部からの前記第１の色光を、前記光源部からの前記第２の色光及び前記第３の色光とは異なる方向に導く色分離部と、
前記色分離部からの前記第１の色光を前記第１の反射型の光変調素子に導くとともに、前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光を前記色合成部に導くための第１の偏光分離部と、
前記色分離部からの前記第２の色光を前記第２の反射型の光変調素子に導き、前記第３の色光を前記第３の反射型の光変調素子に導くともに、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光及び前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光を前記色合成部に導くための第２の偏光分離部と、を備え、
前記色分離部は、前記光源部からの前記近赤外光を前記第１の偏光分離部に導くことが可能であり、
前記色合成部は、前記第１の偏光分離部からの前記近赤外光を前記投射光学系に導くことが可能である、
ことを特徴とする。
前記第１の色光を変調するための第１の反射型の光変調素子と、
前記第２の色光を変調するための第２の反射型の光変調素子と、
前記第３の色光を変調するための第３の反射型の光変調素子と、
前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光と、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光と、前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光とを合成して投射光学系に導く色合成部と、
前記光源部からの前記第１の色光を、前記光源部からの前記第２の色光及び前記第３の色光とは異なる方向に導く色分離部と、
前記色分離部からの前記第１の色光を前記第１の反射型の光変調素子に導くとともに、前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光を前記色合成部に導くための第１の偏光分離部と、
前記色分離部からの前記第２の色光を前記第２の反射型の光変調素子に導き、前記第３の色光を前記第３の反射型の光変調素子に導くともに、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光及び前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光を前記色合成部に導くための第２の偏光分離部と、を備え、
前記色分離部は、前記光源部からの前記近赤外光を前記第１の偏光分離部に導くことが可能であり、
前記色合成部は、前記第１の偏光分離部からの前記近赤外光を前記投射光学系に導くことが可能である、
ことを特徴とする。
本発明によれば、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像のコントラストを両立することが可能な投射型表示装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態における波長変換装置の構成例について図を用いて説明するが、本発明は以下に説明する実施形態の構成等によって何ら限定されるものではない。
〔第１実施例〕
（投射型表示装置の光学系の構成）
図１は、本実施例における投射型表示装置の光学系の構成を示す図である。図１に示すように、本実施例における投射型表示装置は、光源部ＬＳＰ、フィルタ部１０３、照明光学系ＩＳ、色分離合成系及びパネル部ＣＳＣＳ＋Ｐ、投射光学系１２２、保持部１２３を備えている。保持部１２３に対して投射光学系１２２が着脱可能であってもよいし、投射光学系１２２が保持部１２３から外せないようになっていてもよい。
（投射型表示装置の光学系の構成）
図１は、本実施例における投射型表示装置の光学系の構成を示す図である。図１に示すように、本実施例における投射型表示装置は、光源部ＬＳＰ、フィルタ部１０３、照明光学系ＩＳ、色分離合成系及びパネル部ＣＳＣＳ＋Ｐ、投射光学系１２２、保持部１２３を備えている。保持部１２３に対して投射光学系１２２が着脱可能であってもよいし、投射光学系１２２が保持部１２３から外せないようになっていてもよい。
光源部ＬＳＰは、超高圧水銀ランプである光源１０１と、光源１０１からの光を略平行光にするためのリフレクタ１０２を備える、いわゆるランプ光源である。光源部ＬＳＰは、緑色光、赤色光、青色光、近赤外光（ＮＩＲ光）を発することができる。
なお、本実施例および後述の各実施例における緑色光、赤色光、青色光、ＮＩＲ光は以下のように定義する。波長が４００ｎｍよりも長く５００ｎｍ未満である光（の少なくとも一部）を青色光、波長が５００ｎｍよりも長く６００ｎｍ未満である光（の少なくとも一部）を緑色光とする。そして、波長が６００ｎｍよりも長く６７０ｎｍ未満である光（の少なくとも一部）を赤色光とし、波長が６７０ｎｍよりも長く１０００ｎｍ未満である光（の少なくとも一部）をＮＩＲ光とする。
あるいは、本実施例および後述の各実施例における緑色光、赤色光、青色光、ＮＩＲ光は以下のように定義してもよい。ピーク波長が４００ｎｍよりも長く５００ｎｍ未満である光を青色光、ピーク波長が５００ｎｍよりも長く６００ｎｍ未満である光を緑色光、ピーク波長が６００ｎｍよりも長く６７０ｎｍ未満である光を赤色光とする。そして、ピーク波長が６７０ｎｍよりも長く１０００ｎｍ未満である光をＮＩＲ光とする。
ここでいうピーク波長とはその光が有する波長帯域のうち最も強度が強い波長のことをいう。各色光のピーク波長は、例えば、各液晶パネルに入射する光の強度分布を計測し、その計測結果から最も強度が最大となる波長をピーク波長とすればよい。また、各液晶パネルに入射する光の強度分布を計測し、その計測結果から半値全幅を求め、その半値全幅を形成する第１の波長と第２の波長（第１の波長よりも長い波長）の平均値をピーク波長の代わりとしてもよい。
フィルタ部１０３は第１の領域１０４と第２の領域１０５を備えており、第１の領域１０４と第２の領域１０５のいずれか一方を光路に挿入することができる。第１の領域１０４は６７０ｎｍより短波長の光を透過して長波長の光を遮光（反射あるいは吸収）するローパスフィルタであり、第１の領域１０４が光路に挿入されている際は、投射型表示装置は可視光画像を投射する。また、第２の領域１０５は６７０ｎｍより長波長の光を透過して短波長の光を遮光（反射あるいは吸収）するハイパスフィルタであり、第２の領域１０５が光路に挿入されている際は、投射型表示装置はＮＩＲ画像を投射する。
言い換えれば、フィルタ部１０３は光源部ＬＳＰからの第１の色光と、第２の色光と、第３の色光を透過させるとともに光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光を遮光することが可能な第１の領域１０４を備える。さらにフィルタ部１０３は光源部ＬＳＰからの第１の色光と、第２の色光と、第３の色光を遮光するとともに光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光を透過させることが可能な第２の領域１０５を有する。フィルタ部１０３を光源部ＬＳＰから発せられる光の光路に対して挿抜することにより、投射型表示装置は、可視光画像を投射する可視光モード（第１のモード）とＮＩＲ画像を投射するＮＩＲモード（第２のモード）を切り替えることが可能である。
照明光学系ＩＳは、インテグレータ光学系１０６、偏光変換素子１０７、コンデンサーレンズユニット１０８を備える。インテグレータ光学系１０６は第１のフライアイレンズ１０６ａと第２のフライアイレンズ１０６ｂを備え、後述の各液晶パネル面上の照度分布を均一化するための光学系である。偏光変換素子１０７は光源部ＬＳＰからの非偏光光を偏光方向が所定の方向に揃った偏光光に変換するための光学素子である。コンデンサーレンズユニット１０８は第１のフライアイレンズ１０６ａによって分割された光源部ＬＳＰからの光を後述の各液晶パネル面上に重畳するための光学系である。
色分離合成系ＣＳＣＳは、ダイクロイックミラー（色分離部）１０９と、第１の偏光板１１０、第１のＰＢＳプリズム（第１の偏光分離部）１１１、緑用位相補償板（第１の位相補償板）１１２を備える。色分離合成系ＣＳＣＳはさらに第２の偏光板１１４、第１の波長選択性位相板１１５、第２のＰＢＳプリズム（第２の偏光分離部）１１６を備える。色分離合成系ＣＳＣＳはさらに青用位相補償板（第３の位相補償板）１１７、赤用位相補償板（第２の位相補償板）１１９、色合成プリズム（色合成部）１２１を備える。
図２にダイクロイックミラー１０９の４５°入射時の透過特性および反射特性を示す。図２に示すように本実施例においては緑色光に加えて波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光のほとんどがダイクロイックミラー１０９を透過して第１の偏光板１１０および第１のＰＢＳプリズム１１１に導かれる。そして、赤色光及び青色光はダイクロイックミラー１０９で反射される。各色光のより具体的な光路は後述の通りである。
パネル部Ｐは、光源部ＬＳＰからの緑色光（第１の色光）を変調するための緑用液晶パネル（第１の反射型の光変調素子）１１３、赤色光（第２の色光）を変調するための赤用液晶パネル（第２の反射型の光変調素子）１２０を備える。パネル部Ｐはさらに青色光（第３の色光）を変調するための青用液晶パネル（第３の反射型の光変調素子）１１８を備える。なお、各液晶パネルは反射型液晶パネルである。
（可視光モード時の光路）
まず、第１の領域１０４が光源部ＬＳＰの前に挿入されている状態である可視光モードにおける光源部ＬＳＰからの光の光路について説明する。
まず、第１の領域１０４が光源部ＬＳＰの前に挿入されている状態である可視光モードにおける光源部ＬＳＰからの光の光路について説明する。
ダイクロイックミラー１０９は、光源部ＬＳＰからの白色光のうち赤および青色光を反射し、緑色光を透過させることによって光線を分割する。つまり、ダイクロイックミラー１０９は、光源部ＬＳＰからの緑色光を、光源部ＬＳＰからの赤色光及び青色光とは異なる方向に導く色分離部である。ダイクロイックミラー１０９からの緑色光は所定の偏光方向の光のみを透過させる第１の偏光板１１０によって偏光度が高められた後、第１のＰＢＳプリズム１１１と緑用位相補償板１１２を介して緑用液晶パネル１１３に入射する。そして、投射型表示装置に入力された画像ソースに従って緑用液晶パネル１１３が、緑用液晶パネル１１３に入射した緑色光を変調する。
緑用液晶パネル１１３によって変調された緑色光は緑用位相補償板１１２と第１のＰＢＳプリズム１１１を介して色合成プリズム１２１に入射する。つまり、第１のＰＢＳプリズム１１１は、ダイクロイックミラー１０９からの緑色光を緑用液晶パネル１１３に導くとともに、緑用液晶パネル１１３からの緑色光を色合成プリズム１２１に導く。
赤色光および青色光は、第２の偏光板１１４によって偏光度が高められたのち、第１の波長選択性位相板１１５によって赤色光がＰ偏光、青色光がＳ偏光とされ、第２のＰＢＳプリズム１１６に導かれる。第２のＰＢＳプリズム１１６は、Ｐ偏光として入射する赤色光を透過させてＳ偏光として入射する青色光を反射する。第２のＰＢＳプリズム１１６を透過した赤色光は赤用位相補償板１１９を介して赤用液晶パネル１２０に入射し、第２のＰＢＳプリズム１１６で反射された青色光は青用位相補償板１１７を介して青用液晶パネル１１８に入射する。そして、投射型表示装置に入力された画像ソースに従って赤用液晶パネル１２０が、赤用液晶パネル１２０に入射した赤色光を変調し、青用液晶パネル１１８が、青用液晶パネル１１８に入射した青色光を変調する。
赤用液晶パネル１２０によって変調された赤色光は赤用位相補償板１１９及び第２のＰＢＳプリズム１１６を介して色合成プリズム１２１に入射する。そして、青用液晶パネル１１８によって変調された青色光は青用位相補償板１１８及び第２のＰＢＳプリズム１１６を介して色合成プリズム１２１に入射する。
色合成プリズム１２１は緑色光を反射して赤色光及び青色光を透過させるダイクロイックプリズムである。なお、色合成プリズム１２１は後述のようにＮＩＲ光を反射する特性も有する。このため、第１のＰＢＳプリズム１１１からの緑色光は色合成プリズム１２１で反射された投射光学系１２２に入射する。そして、第２のＰＢＳプリズム１１６からの赤色光及び青色光は色合成プリズム１２１を透過して投射光学系１２２に入射する。その結果、カラー画像（可視光の画像）をスクリーンに投射表示することができる。
（ＮＩＲモード時の光路）
次に、第２の領域１０５が光源部ＬＳＰの前に挿入されている状態であるＮＩＲモードにおける光源部ＬＳＰからの光の光路について説明する。前述ようの第２の領域１０５は６７０ｎｍより長波長の光を透過して短波長の光を遮光するハイパスフィルタであるため、ＮＩＲモードにおいては主にＮＩＲ光が照明光学系ＩＳを介してダイクロイックミラー１０９に入射する。光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光はダイクロイックミラー１０９を透過し、第１の偏光板１１０を介して第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する。つまり、ダイクロイックミラー１０９は、光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に導くことが可能である。
次に、第２の領域１０５が光源部ＬＳＰの前に挿入されている状態であるＮＩＲモードにおける光源部ＬＳＰからの光の光路について説明する。前述ようの第２の領域１０５は６７０ｎｍより長波長の光を透過して短波長の光を遮光するハイパスフィルタであるため、ＮＩＲモードにおいては主にＮＩＲ光が照明光学系ＩＳを介してダイクロイックミラー１０９に入射する。光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光はダイクロイックミラー１０９を透過し、第１の偏光板１１０を介して第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する。つまり、ダイクロイックミラー１０９は、光源部ＬＳＰからのＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に導くことが可能である。
第１のＰＢＳプリズム１１１に入射したＮＩＲ光は第１のＰＢＳプリズム１１１で反射されて、緑用位相補償板１１２を介して緑用液晶パネル１１３に入射する。そして、投射型表示装置に入力された画像ソースに従って緑用液晶パネル１１３が、緑用液晶パネル１１３に入射したＮＩＲ光を変調する。緑用液晶パネル１１３によって変調されたＮＩＲ光は緑用位相補償板１１２と第１のＰＢＳプリズム１１１を介して色合成プリズム１２１に入射する。色合成プリズム１２１に入射したＮＩＲ光は色合成プリズム１２１で反射されて投射光学系１２２に入射する。つまり、色合成プリズム１２１は第１のＰＢＳプリズム１１１からのＮＩＲ光を投射光学系１２２に導くことができる。この結果、ＮＩＲ画像をスクリーンに投射表示することができる。
（本実施例によって得られる効果）
このように、本実施例ではダイクロイックミラー１０９を用いて可視光である緑色光、赤色光、青色光を緑色光のみを含む光束と、赤色光及び青色光の２色を含む光束とに分離している。そして、色分離合成系ＣＳＣＳは、各反射型の光変調素子に対応するプリズムを計２個備えた構成、言い換えれば、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成である。
このように、本実施例ではダイクロイックミラー１０９を用いて可視光である緑色光、赤色光、青色光を緑色光のみを含む光束と、赤色光及び青色光の２色を含む光束とに分離している。そして、色分離合成系ＣＳＣＳは、各反射型の光変調素子に対応するプリズムを計２個備えた構成、言い換えれば、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成である。
このような構成においては、第２のＰＢＳプリズム１１６の特性を２つの色光（本実施例においては赤色光及び青色光）に対して最適化する必要がある。このため、第２のＰＢＳプリズム１１６によってスクリーンに導かれる２つの色光による画像のコントラストは、第１のＰＢＳプリズム１１１によってスクリーンに導かれる１つの色光による画像のコントラストよりも低くなる傾向にある。なお、本実施例においては緑色光、赤色光、青色光のうち最も比視感度の高い緑色光を上記の１つの色光として緑色光を第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させている。このため、比視感度の高い緑色光による画像のコントラストの低下を抑制することができる。
本実施例とは異なり、ＮＩＲ光を第２のＰＢＳプリズム１１６に入射させて、ＮＩＲ光を赤用液晶パネル１２０あるいは青用液晶パネル１１８で変調させる仮構成を考える。この仮構成においては第２のＰＢＳプリズム１１６に可視光モード時は赤色光及び青色光、ＮＩＲモードにおいてはＮＩＲ光が入射する。このため、この仮構成においては第２のＰＢＳプリズム１１６を赤色光、青色光、ＮＩＲ光に対して最適化する必要がある。しかしながら、第２のＰＢＳプリズム１１６が備える偏光分離膜の特性を３つの色光に対して最適化するのは困難である。
仮に第２のＰＢＳプリズム１１６が備える偏光分離膜の特性を３つの色光に対して最適化しようとすると膜総数が増加してしまう。また、膜総数を増加させたとしても、前述のように第２のＰＢＳプリズム１１６が備える偏光分離膜の特性を３つの色光に対して最適化するのは困難である。可視光モード時の画像の画質（特にコントラスト、以下同様）を優先して第２のＰＢＳプリズム１１６が備える偏光分離膜の特性を赤色光及び青色光での性能を優先したものにすると、ＮＩＲモード時の画像の画質が低下してしまう。逆に、ＮＩＲモード時の画像の画質を優先して第２のＰＢＳプリズム１１６が備える偏光分離膜の特性をＮＩＲ光での性能を優先したものにすると、可視光モード時の画像の画質が低下してしまう。
つまり、ＮＩＲ光を第２のＰＢＳプリズム１１６に入射させて、ＮＩＲ光を赤用液晶パネル１２０あるいは青用液晶パネル１１８で変調させる仮構成では、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することは困難である。そこで、本実施例においては、ＮＩＲ光を第２のＰＢＳプリズム１１６ではなく、第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させている。言い換えれば、第１のＰＢＳプリズム１１１に２つの色光（緑色光及びＮＩＲ光）を入射させ、第２のＰＢＳプリズム１１６にも２つの色光（赤色光及び青色光）を入射させている。
前述のように可視光モードにおいては第１のＰＢＳプリズム１１１に緑色光が入射し、ＮＩＲモードにおいてはＮＩＲ光が入射する。このため、本実施例においては第１のＰＢＳプリズム１１１が備える偏光分離膜の特性を緑色光及びＮＩＲ光の計２つの色光に対して最適化すればよい。つまり、偏光分離膜の特性を３つの色光に対して最適化する必要のあった前述の仮構成と比較して本実施例で示す構成は偏光分離膜の特性を多くても２つの色光に対して最適化すればよい。このため、本実施例に示す構成は、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能である。
（第１のＰＢＳプリズム１１１の特性）
より具体的な第１のＰＢＳプリズム１１１の特性について、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）に本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１のＰ偏光に対する特性を、図３（ｂ）にＳ偏光に対する特性を示す。
より具体的な第１のＰＢＳプリズム１１１の特性について、図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）に本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１のＰ偏光に対する特性を、図３（ｂ）にＳ偏光に対する特性を示す。
第１のＰＢＳプリズム１１１は、図３（ａ）に示すように、Ｐ偏光の緑色光及び波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の透過率が高い（８０％以上）。また、第１のＰＢＳプリズム１１１は、図３（ｂ）に示すように、Ｓ偏光の緑色光及び波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の透過率を低く（１０％以下に）抑えられている。このため、可視光による画像のコントラストとＮＩＲ光による画像のコントラストを両立することができる。また、不図示ではあるが、第２のＰＢＳプリズム１１６はＰ偏光の赤色光の透過率が高く（８０％以上）、Ｓ偏光の青色光の透過率を低く（１０％以下に）抑えられている。
このように、本実施例においては、ＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させている。これにより、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能な投射型表示装置を実現することができる。
〔第２実施例〕
図４を用いて第２実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、第１実施例で示した構成に加えて、第２の波長選択性位相板４０１と、ＮＩＲ用位相補償板４０２と、ＮＩＲ用液晶パネル４０３を備える点と、フィルタ部１０３を備えていない点である。
図４を用いて第２実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、第１実施例で示した構成に加えて、第２の波長選択性位相板４０１と、ＮＩＲ用位相補償板４０２と、ＮＩＲ用液晶パネル４０３を備える点と、フィルタ部１０３を備えていない点である。
（本実施例における各色光の光路）
前述のように、本実施例で示す構成はフィルタ部１０３を備えていないため、光源部ＬＳＰからの緑色光、赤色光、青色光、ＮＩＲ光が同時に照明光学系ＩＳを介してダイクロイックミラー１０９に入射する。そして、ダイクロイックミラー１０９からの緑色光及びＮＩＲ光が同時に第１の偏光板及び第２の波長選択性位相板４０１に入射する。第２の波長選択性位相板４０１は、第１の偏光板１１０と第１のＰＢＳプリズム１１１との間に設けられ、緑色光の偏光をＳ偏光に維持したままＮＩＲ光の偏光をＰ偏光にする。つまり、第２の波長選択性位相板４０１は、ダイクロイックミラー１０９からの第１の色光及び近赤外光のうち一方の偏光状態を変換するとともに他方の偏光状態を維持するための波長選択性の位相板である。第２の波長選択性位相板４０１からのＳ偏光である緑色光は前述の第１実施例での可視光モード時の光路と同様の光路をたどってスクリーンに投射表示される。
前述のように、本実施例で示す構成はフィルタ部１０３を備えていないため、光源部ＬＳＰからの緑色光、赤色光、青色光、ＮＩＲ光が同時に照明光学系ＩＳを介してダイクロイックミラー１０９に入射する。そして、ダイクロイックミラー１０９からの緑色光及びＮＩＲ光が同時に第１の偏光板及び第２の波長選択性位相板４０１に入射する。第２の波長選択性位相板４０１は、第１の偏光板１１０と第１のＰＢＳプリズム１１１との間に設けられ、緑色光の偏光をＳ偏光に維持したままＮＩＲ光の偏光をＰ偏光にする。つまり、第２の波長選択性位相板４０１は、ダイクロイックミラー１０９からの第１の色光及び近赤外光のうち一方の偏光状態を変換するとともに他方の偏光状態を維持するための波長選択性の位相板である。第２の波長選択性位相板４０１からのＳ偏光である緑色光は前述の第１実施例での可視光モード時の光路と同様の光路をたどってスクリーンに投射表示される。
第２の波長選択性位相板４０１からのＰ偏光であるＮＩＲ光は第１のＰＢＳプリズム１１１を透過してＮＩＲ用位相補償板（第４の位相補償板）４０２を介してＮＩＲ用液晶パネル（第４の反射型の光変調素子）４０３に入射する。そして、投射型表示装置に入力された画像ソースに従ってＮＩＲ用液晶パネル４０３が、ＮＩＲ用液晶パネル４０３に入射したＮＩＲ光を変調する。ＮＩＲ用液晶パネル４０３によって変調されたＮＩＲ光はＮＩＲ用位相補償板４０２と第１のＰＢＳプリズム１１１を介して色合成プリズム１２１に入射する。色合成プリズム１２１に入射したＮＩＲ光は色合成プリズム１２１で反射されて投射光学系１２２に入射する。赤色光及び青色光の光路は前述の第１実施例での可視光モード時の光路と同様である。
このように、本実施例における投射型表示装置は、ＮＩＲ光が第１のＰＢＳプリズム１１１に入射するとい点は前述の第１実施例と同様である。また、本実施例における投射型表示装置は、前述の第１実施例とは異なり、可視光による画像とＮＩＲ光による画像を同時にスクリーンに投射表示することが可能である。
（本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１の特性）
本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１の特性について、図５（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）に本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１のＰ偏光に対する特性を、図５（ｂ）にＳ偏光に対する特性を示す。本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１は、図５（ａ）に示すように、Ｐ偏光の波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の反射率が低く（１０％以下に）抑えられている。また、本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１は、図５（ｂ）に示すように、Ｓ偏光の波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の反射率が高い（８０％以上）。第２のＰＢＳプリズム１１６の特性は前述の第１実施例と同様である。このため、本実施例においては可視光の画像に加えてＮＩＲ光の画像に対しても高いコントラストを実現することができる。
本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１の特性について、図５（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図５（ａ）に本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１のＰ偏光に対する特性を、図５（ｂ）にＳ偏光に対する特性を示す。本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１は、図５（ａ）に示すように、Ｐ偏光の波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の反射率が低く（１０％以下に）抑えられている。また、本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１は、図５（ｂ）に示すように、Ｓ偏光の波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の反射率が高い（８０％以上）。第２のＰＢＳプリズム１１６の特性は前述の第１実施例と同様である。このため、本実施例においては可視光の画像に加えてＮＩＲ光の画像に対しても高いコントラストを実現することができる。
（本実施例によって得られる効果）
このように、本実施例においてもＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させている。これにより、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能な投射型表示装置を実現することができる。さらに、本実施例によれば、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立しつつ、可視光による画像とＮＩＲ光による画像を同時にスクリーンに投射表示することが可能である。
このように、本実施例においてもＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させている。これにより、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能な投射型表示装置を実現することができる。さらに、本実施例によれば、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立しつつ、可視光による画像とＮＩＲ光による画像を同時にスクリーンに投射表示することが可能である。
〔第３実施例〕
図６を用いて第２実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、ダイクロイックミラー１０９と第１の波長選択性位相板１１５と第１のＰＢＳプリズム１１１の特性と、各液晶パネルの配置である。
図６を用いて第２実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、ダイクロイックミラー１０９と第１の波長選択性位相板１１５と第１のＰＢＳプリズム１１１の特性と、各液晶パネルの配置である。
図７に本実施例におけるダイクロイックミラー１０９の４５°入射時の透過特性および反射特性を示す。前述の第１実施例におけるダイクロイックミラー１０９は緑色光を透過させて赤色光及び青色光を反射する特性を有していた。これに対して本実施例におけるダイクロイックミラー１０９は図７に示すように緑色光及び青色光を反射して赤色光を透過させる特性を有している。このため、本実施例においては、ダイクロイックミラー１０９を透過して第１のＰＢＳプリズム１１１で反射された方向に赤用位相補償板１１９及び赤用液晶パネル１２０が設けられている。また、ダイクロイックミラー１０９で反射されて第２のＰＢＳプリズム１１６を透過した方向に青用位相補償板１１７及び青用液晶パネル１１８が設けられている。そして、ダイクロイックミラー１０９及び第２のＰＢＳプリズム１１６で反射された方向に緑用位相補償板１１２及び緑用液晶パネル１１３が設けられている。また、第１の波長選択性位相板１１５は、緑色光の偏光をＳ偏光のまま保ち、青色光の偏光をＰ偏光へ変換する。
図８（ａ）に本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１のＰ偏光に対する特性を、図８（ｂ）にＳ偏光に対する特性を示す。図８（ａ）に示すように本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１１は、Ｐ偏光の赤色光及び波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の反射率を低く（２０％以下に）抑えられている。また、図８（ｂ）に示すように本実施例における第１のＰＢＳプリズム１１は、Ｓ偏光の赤色光及び波長６７０ｎｍ以上のＮＩＲ光の透過率を低く（１０％以下に）抑えられている。
（本実施例によって得られる効果）
このように、前述の第１実施例においては、第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する第１の色光を緑色光とし、第２のＰＢＳプリズム１１６に入射する第２の色光を赤色光、第３の色光を青色光とする構成であった。これに対して本実施例においては第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する第１の色光を赤色光とし、第２のＰＢＳプリズム１１６に入射する第２の色光を緑色光、第３の色光を青色光とし、第１のＰＢＳプリズム１１１にＮＩＲ光も入射する構成とした。
このように、前述の第１実施例においては、第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する第１の色光を緑色光とし、第２のＰＢＳプリズム１１６に入射する第２の色光を赤色光、第３の色光を青色光とする構成であった。これに対して本実施例においては第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する第１の色光を赤色光とし、第２のＰＢＳプリズム１１６に入射する第２の色光を緑色光、第３の色光を青色光とし、第１のＰＢＳプリズム１１１にＮＩＲ光も入射する構成とした。
つまり、前述の第１実施例と比較してダイクロイックミラー１０９を透過する２つの色光（赤色光及びＮＩＲ光）の波長が互いに近く、ダイクロイックミラー１０９で反射される２つの色光（青色光及び緑色光）の波長が互いに近い。このため、前述の第１実施例と比較して本実施例の方がダイクロイックミラー１０９の設計が容易である。また、前述の第１実施例と比較して第１のＰＢＳプリズム１１１に入射する２つの色光（赤色光及びＮＩＲ光）の波長が互いに近いため、前述の第１実施例と比較して本実施例の方が第１のＰＢＳプリズム１１１の設計が容易になる。
もちろん本実施例においても、第１のＰＢＳプリズム１１１に第１の色光及びＮＩＲ光を入射させているために、前述の各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施例においても、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能な投射型表示装置を実現することができる。
〔第４実施例〕
図９を用いて第４実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、ＮＩＲカットフィルタ９０１をさらに備える点である。
図９を用いて第４実施例における投射型表示装置の光学系の構成について説明する。なお、前述の第１実施例と符号が同じ部材についての説明は一部省略する。前述の第１実施例と本実施例との違いは、ＮＩＲカットフィルタ９０１をさらに備える点である。
ＮＩＲカットフィルタ９０１は、ダイクロイックミラー１０９と第２のＰＢＳプリズム１１６との間、より詳細にはダイクロイックミラー１０９と第２の偏光板１１４との間に設けられている。そして、ＮＩＲカットフィルタ９０１は、波長６７０ｎｍ未満の可視光を透過し、波長６７０ｎｍ以上の光を遮光（吸収または反射）するダイクロイック素子（色分離素子）である。
（本実施例によって得られる効果）
前述の図２に示すように、ダイクロイックミラー１０９はＮＩＲ光を１００％透過させるわけではなく、ＮＩＲ光がわずかにダイクロイックミラー１０９で反射されてしまう。ダイクロイックミラー１０９で反射されてしまった余計なＮＩＲ光が第２のＰＢＳプリズム１１６、青用液晶パネル１１８、赤用液晶パネル１２０、投射光学系１２２を介してスクリーンに表示されてしまうとコントラストが低下してしまう。これに対して本実施例のようにＮＩＲカットフィルタ９０１を前述の位置に設けることで、上記の余計なＮＩＲ光によるコントラストの低下を抑制することができる。また、ダイクロイックミラー１０９のＮＩＲ光に対する反射率が十分に低くなくても、前述の余計なＮＩＲ光によるコントラストの低下を抑制することもできる。
前述の図２に示すように、ダイクロイックミラー１０９はＮＩＲ光を１００％透過させるわけではなく、ＮＩＲ光がわずかにダイクロイックミラー１０９で反射されてしまう。ダイクロイックミラー１０９で反射されてしまった余計なＮＩＲ光が第２のＰＢＳプリズム１１６、青用液晶パネル１１８、赤用液晶パネル１２０、投射光学系１２２を介してスクリーンに表示されてしまうとコントラストが低下してしまう。これに対して本実施例のようにＮＩＲカットフィルタ９０１を前述の位置に設けることで、上記の余計なＮＩＲ光によるコントラストの低下を抑制することができる。また、ダイクロイックミラー１０９のＮＩＲ光に対する反射率が十分に低くなくても、前述の余計なＮＩＲ光によるコントラストの低下を抑制することもできる。
もちろん本実施例においても、第１のＰＢＳプリズム１１１に第１の色光及びＮＩＲ光を入射させているために、前述の各実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施例においても、１つのプリズムを２つの反射型の光変調素子で共用している構成であって、可視光による画像とＮＩＲ光による画像の画質を両立することが可能な投射型表示装置を実現することができる。
〔変形例〕
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
前述の各実施例においては光源１０１として超高圧水銀ランプを用いた構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。光源１０１としてキセノンランプを用いてもよいし、光源部ＬＳＰとしてレーザーダイオード（ＬＤ）やＬＥＤといった固体レーザー光源と蛍光体を組み合わせた構成の光源部を用いてもよい。さらに光源部ＬＳＰとして緑色光を出射するＬＤあるいはＬＥＤ、赤色光を出射するＬＤあるいはＬＥＤ、青色光を出射するＬＤあるいはＬＥＤ、ＮＩＲを出射するＬＤあるいはＬＥＤを組み合わせた構成の光源部を用いてもよい。
また、前述の第１、第３、第４実施例では第１の領域１０４をローパスフィルタとした構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１の領域１０４は可視光とＮＩＲ光の両方を透過する特性を有していてもよく、この場合には可視光モードでの画像にＮＩＲ光による画像が混ざることになる。しかしながら、暗視ゴーグルを用いなければ、可視光の画像にＮＩＲ光による画像が混ざることによる影響は少ない。また、フィルタ部１０３は第１の領域１０４を備えず第２の領域１０５のみを備える構成としてもよい。この場合にはフィルタ部１０３の出し入れにより可視光モードとＮＩＲモードの切り替えを行う。
また、前述の第１、第３、第４実施例ではフィルタ部１０３が平行移動することで光源部ＬＳＰから発せられる光の光路、より具体的にはフィルタ部１０３が光源部からの光路のうち光源部から色分離部への光路に対して挿抜可能な構成を例示した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、フィルタ部１０３と同じ光学特性を持つフィルタを投射光学系１２２の直後など、光源部からの光路のうち設置性の良い場所にフィルタ部を設置してもよい。
また、回転可能な円形の基板上の一部の領域に第１の領域１０４と同様の特性を持つ領域を形成し、別の領域の第２の領域１０５と同様の特性を持つ領域を形成したフィルタホイールを用いる構成であってもよい。この場合、前述のフィルタホイールを回転させることで可視光モードとＮＩＲモードとを切り替えることができる。
あるいは、フィルタ部１０３の代わりに、第１の領域１０４と同じ特性の領域を持つ第１のフィルタ部と、第２の領域１０５と同じ特性の領域を持つ第２のフィルタ部と、を備える構成であってもよい。この構成においては、第１のフィルタ部と第２のフィルタ部のうち光源部からの光路に挿入するフィルタ部をユーザーが選択可能にすることで、可視光モードとＮＩＲモードを切り替えられるようにしてもよい。
また、前述の各実施例においては、インテグレータ光学系１０６として第１のフライアイレンズ１０６ａ及び第２のフライアイレンズ１０６ｂを備える構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、インテグレータ光学系としてフライアイレンズではなくロッドインテグレータを用いた構成などであってもよい。
また、前述の各実施例において、コンデンサーレンズユニット１０８は１枚のレンズを備える光学系を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。コンデンサーレンズユニット１０８は複数のレンズを備える光学系であってもよい。
また、前述の各実施例においては、ダイクロイックミラー１０９を用いて緑色光とＮＩＲ光あるいは赤色光とＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に導く構成を例示したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。青色光とＮＩＲ光を第１のＰＢＳプリズム１１１に入射させ、緑色光と赤色光を第２のＰＢＳプリズム１１６に入射させる構成であってもよい。
また、前述の各実施例においては色合成プリズム１２１が第１の色光およびＮＩＲ光を反射して第２の色光及び第３の色光を透過させるダイクロイックプリズムである構成を例示した。しかしながら、本発明はこのような構成に限定されるものではない。色合成プリズム１２１が第２の色光及び第３の色光のうち比視感度の高い方の色光に対しては偏光分離性能を有し、他方に対しては偏光状態によらずに透過させ、第１の色光は反射する構成であってもよい。この場合、第２のＰＢＳプリズム１１６と色合成プリズム１２１との間に２分の１波長板を設ける。
前述の第１実施例を基にした変形例について説明すると、色合成プリズム１２１が赤色光に対しては偏光分離性能を有し、青色光は偏光状態によらずに透過させて、緑色光も偏光状態によらずに反射する構成であってもよい。そして、第２のＰＢＳプリズム１１６で反射された赤色光が色合成プリズム１２１を透過できるようにするために第２のＰＢＳプリズム１１６と色合成プリズム１２１との間に２分の１波長板を設ける。
このような構成によれば、青色光よりも比視感度の高い赤色光を第２のＰＢＳプリズム１１６及び色合成プリズム１２１の両方で偏光分離できるために、可視光画像のコントラストをより高めることができる。また、青色光に関しては黒表示時に反射率の高いＳ偏光となるために、青色光の漏れ光の量を低減することができる。
１０１ 光源（光源部の一部）
１０２ リフレクタ（光源部の一部）
１０９ ダイクロイックミラー（色分離部）
１１１ 第１のＰＢＳプリズム（第１の偏光分離部）
１１３ 緑用液晶パネル（第１の反射型の光変調素子）
１１６ 第２のＰＢＳプリズム（第２の偏光分離部）
１１８ 青用液晶パネル（第３の反射型の光変調素子）
１２０ 赤用液晶パネル（第２の反射型の光変調素子）
１２１ 色合成プリズム（色合成部）
１２２ 投射光学系
１０２ リフレクタ（光源部の一部）
１０９ ダイクロイックミラー（色分離部）
１１１ 第１のＰＢＳプリズム（第１の偏光分離部）
１１３ 緑用液晶パネル（第１の反射型の光変調素子）
１１６ 第２のＰＢＳプリズム（第２の偏光分離部）
１１８ 青用液晶パネル（第３の反射型の光変調素子）
１２０ 赤用液晶パネル（第２の反射型の光変調素子）
１２１ 色合成プリズム（色合成部）
１２２ 投射光学系
Claims (11)
- 第１の色光と、第２の色光と、第３の色光と、近赤外光とを発することが可能な光源部と、
前記第１の色光を変調するための第１の反射型の光変調素子と、
前記第２の色光を変調するための第２の反射型の光変調素子と、
前記第３の色光を変調するための第３の反射型の光変調素子と、
前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光と、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光と、前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光とを合成して投射光学系に導く色合成部と、
前記光源部からの前記第１の色光を、前記光源部からの前記第２の色光及び前記第３の色光とは異なる方向に導く色分離部と、
前記色分離部からの前記第１の色光を前記第１の反射型の光変調素子に導くとともに、前記第１の反射型の光変調素子からの前記第１の色光を前記色合成部に導くための第１の偏光分離部と、
前記色分離部からの前記第２の色光を前記第２の反射型の光変調素子に導き、前記第３の色光を前記第３の反射型の光変調素子に導くともに、前記第２の反射型の光変調素子からの前記第２の色光及び前記第３の反射型の光変調素子からの前記第３の色光を前記色合成部に導くための第２の偏光分離部と、を備え、
前記色分離部は、前記光源部からの前記近赤外光を前記第１の偏光分離部に導くことが可能であり、
前記色合成部は、前記第１の偏光分離部からの前記近赤外光を前記投射光学系に導くことが可能である、
ことを特徴とする投射型表示装置。 - 前記第１の色光は緑色光であり、前記第２の色光は赤色光であり、前記第３の色光は青色光であって、
前記色分離部からの前記近赤外光は、前記第１の反射型の光変調素子によって変調される、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。 - 前記第１の色光は赤色光であり、前記第２の色光は緑色光であり、前記第３の色光は青色光であって、
前記色分離部からの前記近赤外光は、前記第１の反射型の光変調素子によって変調される、
ことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。 - 前記光源部からの前記第１の色光と、前記第２の色光と、前記第３の色光を透過させるとともに前記光源部からの前記近赤外光を遮光することが可能な第１の領域と、前記光源部からの前記第１の色光と、前記第２の色光と、前記第３の色光を遮光するとともに前記光源部からの前記近赤外光を透過させることが可能な第２の領域と、を有するフィルタ部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 - 前記フィルタ部は、前記光源部から発せられる光の光路に対して挿抜可能である、
ことを特徴とする請求項４に記載の投射型表示装置。 - 前記投射型表示装置は、前記フィルタ部の前記第１の領域が前記光路に挿入された状態である第１のモードと、前記フィルタ部の前記第２の領域が前記光路に挿入された状態である第２のモードとを切り替えることが可能である、
ことを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。 - 前記近赤外光を変調するための第４の反射型の光変調素子をさらに備え、
前記第１の偏光分離部は、前記色分離部からの前記近赤外光を前記第４の反射型の光変調素子に導くとともに、前記第４の反射型の光変調素子からの前記近赤外光を前記色合成部に導くことが可能である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 - 前記色分離部からの前記第１の色光及び前記近赤外光のうち一方の偏光状態を変換するとともに他方の偏光状態を維持するための波長選択性の位相板をさらに備える、
ことを特徴とする請求項７に記載の投射型表示装置。 - 前記色分離部と前記第２の偏光分離部との間に設けられ、前記色分離部からの前記第２の色光及び第３の色光を前記第２の偏光分離部に導くとともに、前記色分離部からの前記近赤外光を遮光するための色分離素子をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 - 前記投射光学系を保持することが可能な保持部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の投射型表示装置。 - 前記保持部は前記投射光学系を着脱可能に保持することが可能である、
ことを特徴とする請求項１０に記載の投射型表示装置。
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH11196355A (ja) * | 1997-12-26 | 1999-07-21 | Sony Corp | 光学装置を備える表示装置 |
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