JP2777989B2 - カラー表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はカラー画像形成装置に関し、特にテレビ放送
用、画像通信用、医療用、工業用そして劇場用等に好適
なカラー画像形成装置に関するものである。 （従来の技術） 従来より自然光や複数の波長成分を有する光束から所
定の分光特性を有する光束を選択し表示するようにした
画像形成装置としてカラーフィルターと液晶ライトバル
ブを組み合わせたものが良く知られている。第１図はこ
の種のカラー画像形成装置の一例の構成の一部分の概略
図である。図中１は複数の波長成分を有する多色光源Ｓ
からの白色光束であり、多色光源Ｓからの光束１を空間
的に配置された１画素毎に通常、赤色（Ｒ）、緑色
（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルター部を有す
るカラーフィルター２に入射させ色分解を行っている。
そして各カラーフィルター毎に設けた複数のライトバル
ブ３−１より成るライトバルブ部３により独立に透過光
強度を制御することにより階調出し等を行っている。 カラーフィルターとして代表的のものに染料、顔料等
の光吸収材を利用した吸収型のものが広く使用されてい
る。この他光のカラーフィルターとしては多重干渉膜や
回折格子等を用いたものが知られている。 液晶ライトバルブとしてはTN（ツイスト・ネマチッ
ク）型、GH（ゲスト・ホスト）型、複屈折制御型、相転
移型そして熱光学効果型等が知られている。 これら従来のカラーフィルターとライトバルブを利用
したカラー画像形成装置は第１図に示すように空間的に
赤色、緑色、青色の３つのカラーフィルターR,G,Bを配
置して１つの画素を形成している。この為、例えば赤フ
ィルター部（Ｒ）に入射する白色光（Ｗ）のうち緑色成
分と青色成分は吸収、反射あるいは回折等で除去される
ので光利用効率は原理的に高々1/3程度である。実際に
はこれにライトバルブの透過率が掛けられ光利用効率は
更に低下してくる。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は光利用効率が高いカラー画像形成装置の提供
を目的とする。 （問題点を解決する為の手段） 複数のライトバルブで一つの画素を構成し、各画素毎
に、互いに色が異なる複数の光を制御することにより、
カラー画像を形成するカラー画像形成装置において、平
行光を供給する手段と、前記平行光を互いに色が異なる
複数の光に分ける分光手段と、複数のライトバルブに共
通の集光素子を複数個それらの焦平面に各ライトバルブ
が位置するように並べた集光素子群とを有し、前記分光
手段からの互いに色が異なる複数の光を互いに異なる方
向から前記集光素子群の各共通の集光素子に重ねて入射
させることにより、前記共通の集光素子毎に前記互いに
色が異なる複数の光を互いに異なる位置に集光し、それ
ぞれ対応するライトバルブに入射させることを特徴とし
ている。 この他本発明の特徴は実施例において記載されてい
る。 （実施例） 第２図（Ａ）は本発明の基礎となる構成を示す斜視
図、第２図（Ｂ）は同図（Ａ）の動作を模式的に表わし
た平面図である。図中１は複数の波長成分を有する白色
光束、６は白色光束１を回折（分光）する分光手段とし
ての回折格子、５は回折格子６の回折方向に屈折力を有
する複数の集光素子５−１より成る集光光学部材（集光
素子群）であり、本実施例ではレンチキュラ板より構成
している。尚集光光学部材５は回折格子６と一体化して
構成しているが独立に構成しても良い。３は複数のライ
トバルブを２次元的に配置したライトバルブ部で横方向
の３つのライトバルブ３−1,3−2,3−３で１画素を構成
するようにしている。７は拡散板でありライトバルブ部
３と一体的若しくは独立に構成されている。 本例では光源からの白色光束１がレンチキュラ板５に
略垂直に入射している。 本例では多色性光源からの白色光束１をレンチキュラ
板５で集光させ、回折格子６を介し０次、±１次…の各
回折光をライトバルブ部３に導光させている。特に本例
では回折格子６の格子ピッチ、位相変化量等を特定する
ことによりライトバルブ部３に導光する±１次の回折光
にエネルギーの大半が集中するようにして光利用効率の
向上を図っている。 ライトバルブ部３は第２図（Ｂ）に示すように±１次
の各回折光の赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂ等のスペクトル光
が、それらが分布する領域の１画素列の列方向の少なく
とも１画素に相当する３つのライトバルブ３−1,3−2,3
−３に入射するように配置されている。そしてスペクト
ル光として利用しない領域、例えば０次回折光や±２次
以上の回折光が集中する領域には光束を不透過とする為
の遮光板を配置している。 これにより本例では各ライトバルブを通過する透過光
強度を制御することにより透過光の波長選択を行ってい
る。 次に具体的な数値をもって説明する。 本例では回折格子６を格子ピッチ1.2μｍ、深さ0.6μ
ｍ、山と谷との比率が1:2の台形状のレリーフ型より構
成し、その裏面をレンチキュラ面とし、その一要素のピ
ッチを600μｍとしポリカーボネイトで一体成形したも
のを用いている。 ライトバルブ３はTN液晶を用い裏面を拡散面７として
いる。 レンチキュラ板５の尾根から谷に向かって青、緑、赤
の色光を得るようにライトバルブ部を配置している。そ
して３つのライトバルブより１画素を形成し、３つのラ
イトバルブの間隙部には０次回折光及び±２次以上の回
折光を遮断する為の遮光板を設けている。３−1,3−2,3
−３の３つのライトバルブはピーク波長が440nm,550nm,
620nmでバンド幅が順に±40nm,±40nm,±30nmとなる位
置に開口部を設けている。 そして回折格子面６とライトバルブ部３との間隔が0.
5mmのとき、レンチキュラ板の尾根の中心位置から見て
青色開口部は200μｍ、緑色開口部は250μｍ、赤色開口
部は300μｍの位置を中心として各々のライトバルブが
設置されている。 波長440nm,550nm,620nmでスペクトルピークを有する
演色性の蛍光灯を用いたとき１次回折光への変換効率、
即ち光源からライトバルブ部までの光利用効率は70％程
度であり、液晶ライトバルブの透過率が約35％であり、
全系としての光利用効率は約20数％であった。 これは従来のカラー画像形成装置の光利用効率に比べ
４〜５倍である。 第２図に示す例ではレンチキュラ板５の一要素５−１
を通過した光束を回折格子６で回折した後、２画素列に
対応する領域に入射させているが、例えば第３図（Ａ）
に示す如く回折格子６へ斜め方向から光束を入射させ−
１次の回折光を利用したり、若しくは同図（Ｂ）に示す
如く回折格子６の格子を非対称性形状で、所謂ブレーズ
化することにより＋１次若しくは−１次の回折光のみを
利用し、レンチキュラ板５の一要素５−１を１画素列に
対応した領域に入射させるようにしても良い。 例えば第３図（Ａ）に示す例では光束１のレンチキュ
ラ板５への入射角は30度、回折格子６の形状は、格子ピ
ッチ0.6μｍ、深さ２μｍ、山と谷の比率1:4の台形状で
あり、レンチキュラ板５の一要素５−１のピッチは600
μｍである。 回折格子６とライトバルブ部３との間隔を0.5mmとし
た場合、ライトバルブの開口部の中心位置はレンチキュ
ラ板５の一要素の尾根の中心部から青色用が120μｍ、
緑色用が230μｍ、赤色用が300μｍの位置に設定されて
いる。 ライトバルブの他の部分、例えば−１次回折光が入射
する領域以外は遮光板が設けられている。不図示の拡散
面７はライトバルブ部３から約0.5mm離れた位置にあ
り、赤，緑、青色の分離した光が再び重なり合い加法混
色により任意の色を出すカラー画像形成装置を達成して
いる。 第６図は本発明の基礎となる例の構成を示す概略図で
あり、本実施例では第２図の例の拡散板７の代わりに投
射用のレンチキュラ板８とレンズ９をライトバルブ部３
の出射側に設け結像面にスクリーン10を配置した投射型
のカラー画像形成装置に適用したものである。 本発明では以上の各例で用いたレンチキュラ板の代わ
りに複数の微小レンズを２次元的に配置した所謂ハエの
眼レンズやセルフォックレンズ等のレンズを用い、１つ
の微小レンズを通過し、回折した所定次数の回折光を少
なくとも１つの画素に相当する領域に入射させるように
しても良い。 第５図は本発明の実施例の要部概略図である。同図に
おいては51は点光源に近い多色性光源である。光源51か
らの光束をコリメーターレンズ52で平行光束として分光
手段としての回折格子６に入射させている。回折格子６
は第２図（Ｂ）や第３図（Ａ），（Ｂ）等で示す構成よ
り成っている。５は集光素子群であり、複数の集光素子
より成っている。 第５図に示すように本実施例では複数のライトバルブ
に共通の集光素子を複数個それらの焦平面に各ライトバ
ルブが位置するように並べた集光素子群とを有し、前記
分光手段からの互いに色が異なる複数の光を互いに異な
る方向から前記集光素子群の各共通の集光素子に重ねて
入射させている。集光素子群としてはレンチキュラ板や
ハエの眼レンズやセルフォックレンズ群等から成ってい
る。３は複数のライトバルブを有するライトバルブ部で
あり、第２図，第３図（Ａ），（Ｂ）等で示す構成より
成っている。 本実施例では第２図の例に比べて回折格子６を光源51
側に配置することにより回折格子６からの反射光を外へ
逃がし迷光を少なくしている。又多色性光源51としては
特定波長域に発光を集中させた高演色性の光源を用いて
光利用効率及び色再現性を良好に行っている。 又、本実施例においては第５図に示すように集光素子
群５に入射した平行光が一点に集光する位置、即ち集光
素子群５の焦平面にライトバルブ部３を配置している。 本実施例におけるライトバルブとしては光透過を制御
することが出来るものであればどのようなものであって
も良く、前述した液晶ライトバルブの他に電気光学結晶
や薄膜磁性ガーネット等を用いたもの、変形ミラーを利
用したもの、EC（エレクトロクロミック）現象やPC（フ
ォトクロミック）現象等を利用したものであっても良
い。 ライトバルブの配置位置及び開口面積は必要とされる
色再現範囲により決定される。即ちライトバルブ面に集
光された１次回折光は波長により空間的に分離されてお
り各色要素に対応するライトバルブの開口部をどの波長
領域に設定するかにより再現できる色範囲が決定され
る。 第４図はこのときの色再現の様子をCIE色度図上で示
した説明図である。同図において（ａ）で示す領域はス
ペクトル光のうち波長450nm,550nm,620nmに相当する位
置にライトバルブの１つの開口部の中心を選択した場合
である。 開口部のスリット幅を拡げるに従って色再現範囲は同
図の矢印の光源位置Ｐに近づいてくる。又同図の（ｂ）
で示す領域は同様に開口部の中心を波長480nm,520nm,65
0nmに設定した場合であり、実線で囲まれる範囲内で色
再現が可能となる。尚実際には多色性光源のスペクトル
分布に合わせた位置やスリット幅等も考慮して設定され
ている。 ライトバルブ部３から出射する光束はカラー画像形成
装置の形態によって種々と処理される。例えば直視型の
場合はライトバルブの直後に透過型の拡散板７を設けれ
ば、これにより画像の観察が可能となる。尚このときラ
イトバルブ部３の片面を拡散面としても良い。又投射型
の場合は投射レンズ若しくは投射ミラーとシュミットレ
ンズ等から成る投射系によりスクリーン上に投影するよ
うにしても良い。 画像のアドレスはライトバルブの種類に応じて電気ア
ドレス、光アドレス等、任意に設定することが可能であ
る。 尚以上の実施例においてレンチキュラ板の光源側に集
光力を有した光学部材、例えばフレネルレンズプレート
を設置すれば光源からの光束の有効利用を図ることが出
来るので好ましい。 又本実施例では透過型のカラー画像形成装置について
示した反射型としても同様に使用可能である。 （発明の効果） 本発明によれば高い光利用効率で、明るいカラー画像
形成装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来のカラー画像形成装置の概略図、第２図
（Ａ），（Ｂ）は各々本発明の基礎となるカラー画像形
成装置の一実施例の斜視図と平面図、第３図（Ａ），
（Ｂ）は各々カラー画像形成装置の分光手段の説明図、
第４図は本発明のカラー画像形成装置における色再現範
囲の説明図、第５図は本発明の一実施例の説明図、第６
図は本発明に係る光学系の説明図である。 図中１は白色光束、２はカラーフィルター、３はライト
バルブ部、５はレンチキュラ板、６は回折格子、７は拡
散板、８は投射用のレンズ、９はレンズ、10はスクリー
ンである。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．複数のライトバルブで一つの画素を構成し、各画素
   毎に、互いに色が異なる複数の光を制御することによ
   り、カラー画像を形成するカラー画像形成装置におい
   て、平行光を供給する手段と、前記平行光を互いに色が
   異なる複数の光に分ける分光手段と、複数のライトバル
   ブに共通の集光素子を複数個それらの焦平面に各ライト
   バルブが位置するように並べた集光素子群とを有し、前
   記分光手段からの互いに色が異なる複数の光を互いに異
   なる方向から前記集光素子群の各共通の集光素子に重ね
   て入射させることにより、前記共通の集光素子毎に前記
   互いに色が異なる複数の光を互いに異なる位置に集光
   し、それぞれ対応するライトバルブに入射させることを
   特徴とするカラー画像形成装置。 ２．前記集光素子群がレンチキュラーレンズであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカラー画像形
   成装置。 ３．前記集光素子群がハエの眼レンズであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のカラー画像形成装
   置。 ４．投射系を有する投射型の表示装置であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のカラー画像形成装
   置。 ５．直視型の表示装置であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のカラー画像形成装置。