JP2983895B2

JP2983895B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2983895B2
Application number: JP7338790A
Authority: JP
Inventors: 直樹松下
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2015-12-26
Also published as: JPH09179092A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像表示装置に
関し、２枚のカラー液晶パネルを用いてそれぞれの映像
をスクリーン上に重ね合わせて投写する画像表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】１つの光源を用いる画像表示装置とし
て、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いた１灯式光
源分離光学系の画像表示装置が提案されている（例え
ば、特願平６−２０７０２５号参照）。

【０００３】上記した画像表示装置に用いられるカラー
液晶パネルは、一般的にマトリクス状に配置された画素
部と、この画素部と相対するＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ
（青）セルからなるカラーフィルターとから構成され
る。

【０００４】しかしながら、Ｒ、Ｇ、Ｂセルからなるカ
ラーフィルターによる３原色の分離は、各色セルとも他
の波長帯域の光を吸収することより、光源光の１／３の
利用効率しかなく、しかも光量を大きくした場合には耐
熱問題が生じ、高輝度化が困難であるという問題があ
る。

【０００５】そこで、Ｒ、Ｇ、Ｂセルを用いずにホログ
ラムの各波長による集光効果、回折角度の違いを利用し
て３原色の分離を行うホログラムカラーフィルター（Ｈ
ＣＦ）が提案されている（特開平６−３０８３３２号公
報：Ｇ０２Ｂ５／３２参照）。

【０００６】上記のホログラムカラーフィルターは、例
えば図５に示されるように、対向基板４１と偏光板４２
との間にホログラムカラーフィルター４０を配置し、ホ
ログラムカラーフィルター４０の各波長による集光効
果、回折角度の違いを利用して、３原色を分離し液晶層
４３の各画素部に回折集光させるものである。

【０００７】また、上記のホログラムカラーフィルター
は、光源光を画素部に回折集光させるので利用効率も高
く、ホログラムカラーフィルターでの熱吸収もほとんど
ないため、耐熱性も優れているという利点がある。

【０００８】ここで、上記のホログラムカラーフィルタ
ーを用いた場合の画像表示装置の具体的構成としては、
図４に示す構成のものを考えることができる。

【０００９】この図４に示した画像表示装置は、ホログ
ラムカラーフィルター７と液晶パネル９とから成る第１
のカラー液晶パネル、及びホログラムカラーフィルター
８と液晶パネル１０とから成る第２のカラー液晶パネル
を備え、リフレクター２を有する光源１から出射された
光を偏光ビームスプリッタ５に入射させることにより当
該偏光ビームスプリッタ５を透過したＰ偏光光と当該偏
光ビームスプリッタ５にて反射されたＳ偏光光とに分離
し、Ｐ偏光光を第１のカラー液晶パネルに導くとともに
Ｓ偏光光を第２のカラー液晶パネルに導き、各カラー液
晶パネルを経て得られる映像光をそれぞれ投写レンズ１
１，１２を介してスクリーン１３上に重ね合わせて画像
表示を行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
４に示された画像表示装置においては、偏光ビームスプ
リッタ５を透過したＰ偏光光は、両ホログラムカラーフ
ィルター７から遠ざかる方向に所定距離（液晶パネル
９、１０の配置間隔に対応した距離）進んだ後に反射ミ
ラー２２にて反射されてホログラムカラーフィルター７
に到る。従って、前記遠ざかる方向に所定距離進むこと
が、ホログラムカラーフィルター７に到るまでの距離を
増大させることになり、両偏光光の光路差は、液晶パネ
ル９、１０の配置間隔に対応した距離に前記増大した距
離を加算した距離となる。

【００１１】液晶パネル９，１０に到達したときの光の
輝度は、光源１から各カラー液晶パネルに到る光路長の
二乗に反比例するため、前述のごとく両偏光光の光路に
大きな差異があると、それだけ液晶パネル９，１０に到
達した光の輝度のバランスに差異が生じることになり、
両液晶パネル９，１０にて得られる画像の明るさに不均
一が生じるという欠点がある。

【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、光源から２枚のカラー液晶パネルに到るまでの各々
の距離（光路）の差異を極力少なくし、輝度バランスの
とれた画像表示が行える画像表示装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、ホログラムカラーフィルターにて色分光を行うカラ
ー液晶パネルを２枚備え、１つの光源から出射された光
を偏光ビームスプリッタに入射させることにより当該偏
光ビームスプリッタを透過した偏光光と当該偏光ビーム
スプリッタにて反射された偏光光とに分離し、一方の偏
光光を一方のカラー液晶パネルに導くとともに他方の偏
光光を他方のカラー液晶パネルに導き、各カラー液晶パ
ネルを経て得られる映像光をそれぞれ投写レンズを介し
てスクリーン上に重ね合わせて画像表示を行うようにし
た画像表示装置において、前記の両偏光光がともに前記
ホログラムカラーフィルタの回折面を含む面に近づく方
向に前記偏光ビームスプリッタから出射されるととも
に、一方の偏光光は反射ミラーを介して一方のカラー液
晶パネルに導かれ、他方の偏光光は直接に他方のカラー
液晶パネルに導かれるように成っていることを特徴とす
る。

【００１４】上記の構成によれば、偏光ビームスプリッ
タを透過した偏光光も反射した偏光光も共にホログラム
カラーフィルターの回折面を含む面に近づく方向に進む
ことになる。即ち、偏光ビームスプリッタを経た一方の
偏光光が反射ミラーに到るまでの所定距離（カラー液晶
パネル配置間隔に対応した距離）を進むことが前記カラ
ー液晶パネルに到るまでの距離を減少させることに寄与
するので、光源から２枚のカラー液晶パネルに到るまで
の各々の距離（光路）の差異は極力少なくされ、輝度バ
ランスのとれた画像表示が行えることになる。

【００１５】前記一方の偏光光を一方のカラー液晶パネ
ルに導くための光路と、他方の偏光光を他方のカラー液
晶パネルに導くための光路のうち長い方の光路に、当該
光路の実質的光路長を短くして両光路長を略等しくする
ための所定屈折率および所定厚みを有する透明板を有し
ていてもよい。

【００１６】これによれば、両光路長が実質的に等しく
されるので、両カラー液晶パネルで光学的バランスが良
好とされた画像表示が可能となる。

【００１７】また、本発明の画像表示装置は、ホログラ
ムカラーフィルターにて色分光を行うカラー液晶パネル
を２枚備え、１つの光源から出射された光を偏光ビーム
スプリッタに入射させることにより当該偏光ビームスプ
リッタを透過した第１の偏光光と当該偏光ビームスプリ
ッタにて反射された第２の偏光光とに分離し、第１の偏
光光を第１の反射ミラーを介して第１のカラー液晶パネ
ルに導き、第２の偏光光を第２の反射ミラーを介して第
２のカラー液晶パネルに導き、第１，第２のカラー液晶
パネルを経て得られる映像光を偏光ビームスプリッタに
て合成し投写レンズを介してスクリーン上に重ね合わせ
て画像表示を行うようにした画像表示装置において、前
記の偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光光が前
記第１の反射ミラーを介して第１のカラー液晶パネルに
至るまでの距離と、前記の偏光ビームスプリッタにて反
射された第２の偏光光が前記第２の反射ミラーを介して
第２のカラー液晶パネルに至るまでの距離とが略等しく
設定されていることを特徴とする。

【００１８】前記の偏光ビームスプリッタを透過した第
１の偏光光における光路長は、当該偏光光が前記第１の
反射ミラーを介して第１のカラー液晶パネルに至るまで
の距離である。また、前記の偏光ビームスプリッタにて
反射された第２の偏光光における光路長は、当該偏光光
が前記第２の反射ミラーを介して第２のカラー液晶パネ
ルに至るまでの距離である。そして、これら両距離は前
述のごとく略等しく設定されるから、第１の偏光光の光
路長と第２の偏光光の光路長とは略等しくなり、光路差
が解消されて輝度バランスのとれた画像表示が行えるこ
とになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、この発明の実施形態を図に基づ
いて説明する。図１は、２レンズ１ＰＢＳ方式において
この発明を適用した画像表示装置の光学部品配置図であ
る。

【００２０】リフレクタ２を備える光源１から出射され
た光は、偏光ビームスプリッタ５を経ることによりＳ偏
光光とＰ偏光光とに分離される。即ち、前記Ｐ偏光光は
そのまま偏光ビームスプリッタ５を透過し、Ｓ偏光光は
偏光ビームスプリッタ５で反射される。そして、両偏光
光は、それぞれコリメータレンズ３、４にて光分散角の
小さい平行な光となり、Ｐ偏光光は反射ミラー６に反射
されることによってホログラムカラーフィルター７に所
定の入射角度で導かれ、Ｓ偏光光は直接ホログラムカラ
ーフィルター８に所定の入射角度で導かれるようになっ
ている。

【００２１】前記のホログラムカラーフィルター７と液
晶パネル９とにより構成される第１のカラー液晶パネル
には、前記反射ミラー６にて反射されるＰ偏光光が入射
し、この第１のカラー液晶パネルを透過することによっ
て一方の映像光が生成され、投写レンズ１１を介してス
クリーン上に投影される。また、前記のホログラムカラ
ーフィルター８と液晶パネル１０とにより構成される第
２のカラー液晶パネルには、直接にＳ偏光光が入射し、
この第２のカラー液晶パネルを透過することによって他
方の映像光が生成され、投写レンズ１２を介してスクリ
ーン上に投影される。

【００２２】ここで、前記の光源１は、前記ホログラム
カラーフィルター７，８の両回折面を含む面（以下、単
に、回折面を含む面という）に向けて光を出射するよう
になっていて、より具体的には、当該回折面を含む面に
対する光源１からの光の入射角度は５０°に設定されて
いる。そして、前記光源１の出射光路上に配置されてい
る前記の偏光ビームスプリッタ５におけるＳ偏光光反射
面、及び反射ミラー６の反射面は、前記回折面を含む面
に垂直な面に対して図面上反時計回りに５°だけ傾けら
れている。

【００２３】従って、前記のＰ偏光光およびＳ偏光光
は、ともに前記回折面を含む面に近づく方向に前記偏光
ビームスプリッタ５から出射されるとともに、偏光ビー
ムスプリッタ５のＳ偏光光反射面にて反射されたＳ偏光
光は、ホログラムカラーフィルター８の回折面へ入射角
度４０°で入射し、偏光ビームスプリッタ５を透過した
Ｐ偏光光は、反射ミラー６にて反射されることによって
ホログラムカラーフィルター７の回折面へ入射角度４０
°で入射することになる。

【００２４】上記の構成であれば、偏光ビームスプリッ
タ５を透過したＰ偏光光も反射したＳ偏光光も共にホロ
グラムカラーフィルター７，８の回折面を含む面に近づ
く方向に進むことになる。即ち、偏光ビームスプリッタ
５を経たＰ偏光光が反射ミラー６に到るまでの所定距離
（カラー液晶パネル配置間隔に対応した距離）を進むこ
とが第１のカラー液晶パネルに到るまでの距離を減少さ
せることに寄与するので、光源１から２枚のカラー液晶
パネルに到るまでの各々の距離（光路）の差異は極力少
なくなり、輝度バランスのとれた画像表示が行えること
になる。

【００２５】具体的にこの実施の形態における光路差に
ついて示すと、例えば、偏光ビームスプリッタ５からホ
ログラムカラーフィルター８までの距離は約１００ｍ
ｍ、偏光ビームスプリッタ５から反射ミラー６までの距
離は約７６ｍｍ、反射ミラー６からホログラム７までの
距離は約３５ｍｍとされており、一方の光路長は１００
ｍｍ、他方の光路長は１１１ｍｍとなるので光路差は１
１ｍｍとなる。なお、この実施の形態では、ホログラム
カラーフィルター７，８への偏光光の入射角度を４０°
としているので、光路差を０とすることができないが、
偏光光の入射角度を４５°とする場合には、光路差を全
く無くすことが可能である。

【００２６】また、この実施の形態では、反射ミラー６
をホログラムカラーフィルター７の近傍に配置している
ので、光路長自体も短くされ、輝度の低下が防止され
る。

【００２７】なお、上記の画像表示装置を３次元画像表
示装置として用いる場合には、例えば、液晶パネル１０
に右眼用画像を、液晶パネル９に左眼用画像をそれぞれ
表示させ、それぞれの画像を投写レンズ１１、１２によ
り、スクリーン１３に投写させればよい。スクリーン１
３上の左眼用映像はＰ偏光光であり、また右眼用映像は
Ｓ偏光光であるため、左眼にはＳ偏光光を吸収し、Ｐ偏
光光を透過する偏光板を、右眼にはＳ偏光光を透過し、
Ｐ偏光光を吸収する偏光板を備えた偏光メガネを装着す
ることにより、左右眼にそれぞれ対応した映像が観察さ
れ、良好なカラー立体映像が得られる。勿論、これ以外
の３次元画像表示、例えば、レンチキュラ板を用いる方
法等にも本発明を用いることができる。

【００２８】一方、上記の画像表示装置を２次元画像表
示装置として用いることもでき、例えば、１フレームを
構成する２フィールドのうち奇数側フィールドを一方の
カラー液晶パネルに表示し、偶数側フィールドを他方の
カラー液晶パネルに表示するようにすることが考えられ
る。この場合、カラー液晶パネルとしてストライプ配列
のものを用いる場合には、スクリーン１３上での重ね合
わせ画像において、一方のカラー液晶パネルのＲ画素部
の位置が他方のカラー液晶パネルのＲ画素部の位置より
１．５画素分ずれるようにすると、水平解像度を向上さ
せることができる。また、カラー液晶パネルとしてデル
タ配列のものを用いる場合には、スクリーン１３上での
重ね合わせ画像において、一方のカラー液晶パネルと他
方のカラー液晶パネルの画素配置関係を１画素分ずれる
ようにすると、水平解像度を向上させることができる。

【００２９】（実施の形態２）次に、この発明の他の実
施の形態を図２に基づいて説明する。

【００３０】この実施の形態の画像表示装置は、図２に
示すように、実施の形態１の画像表示装置と同様の光学
部品配置構成を有するものであるが、偏光ビームスプリ
ッタ５を透過したＰ偏光光の光路上に配置されるコリメ
ータレンズ４と反射ミラー６との間に、ガラス板２４を
配置している点で前述の実施の形態１の画像表示装置と
異なるものである。前記のガラス板２４は、実施の形態
１で具体的に示した光路差（１１ｍｍ）を有する光学系
においては、例えば、屈折率が約１．５で厚みが約３３
ｍｍのものが用いられる。

【００３１】前述の実施の形態１では、偏光ビームスプ
リッタ５を透過したＰ偏光光の光路長がＳ偏光光の光路
長に比べて１１ｍｍ長いものとなっていたが、この実施
の形態では、前述のガラス板２４が配置されたことによ
り、Ｐ偏光光の実質的な光路長が短くされてＳ偏光光の
光路長と等しいものとなる。このように、両光路長が実
質的に等しくされることにより、両カラー液晶パネルで
光学的バランス（色バランス，色純度）が良好とされた
画像表示が可能となる。

【００３２】（実施の形態３）次に、この発明の他の実
施の形態を図３に基づいて説明する。

【００３３】図３は、１投写レンズ２ＰＢＳ方式におい
てこの発明を適用した画像表示装置の光学部品配置図で
ある。

【００３４】リフレクタ２を備える光源１から出射され
た光は、偏光ビームスプリッタ５を経ることによりＳ偏
光光とＰ偏光光とに分離される。即ち、前記Ｐ偏光光は
そのまま偏光ビームスプリッタ５を透過し、Ｓ偏光光は
偏光ビームスプリッタ５で反射される。偏光ビームスプ
リッタ５を透過したＰ偏光光は、後述するホログラムカ
ラーフィルタ１７の偏光面に対して平行に進み、また、
偏光ビームスプリッタ５にて反射されたＳ偏光光は、後
述するホログラムカラーフィルタ１６の偏光面に対して
平行に進む。

【００３５】そして、両偏光光は、それぞれコリメータ
レンズ３、４にて光分散角の小さい平行な光とされ、Ｐ
偏光光は反射ミラー１５に反射されることによってホロ
グラムカラーフィルター１７に所定の入射角度で導か
れ、Ｓ偏光光は反射ミラー１４に反射されることによっ
てホログラムカラーフィルター１６に所定の入射角度で
導かれるようになっている。反射ミラー１５は、その反
射面に垂直な面と前記Ｐ偏光光の入射方向との成す角が
２５°となるように配置され、また、反射ミラー１４
は、その反射面に垂直な面と前記Ｓ偏光光の入射方向と
の成す角が２５°となるように配置されているので、各
偏光光のホログラムカラーフィルター１６，１７への入
射角度は４０°となる。

【００３６】前記のホログラムカラーフィルター１７と
液晶パネル１８とにより構成される第１のカラー液晶パ
ネルには、前述のごとく、反射ミラー１５にて反射され
るＰ偏光光が入射され、この第１のカラー液晶パネルを
透過することによって一方の映像光が生成される。ま
た、前記のホログラムカラーフィルター１６と液晶パネ
ル１９とにより構成される第２のカラー液晶パネルに
は、前述のごとく、反射ミラー１４にて反射されるＳ偏
光光が入射され、この第２のカラー液晶パネルを透過す
ることによって他方の映像光が生成される。両映像光
は、偏光ビームスプリッタ２０にて合成され、一つの投
写レンズ２１を介してスクリーン１３上に重ね合わされ
て投影される。なお、このような１投写レンズ２ＰＢＳ
方式にいては、前記第１のカラー液晶パネルと前記第２
のカラー液晶パネルの画素配置構成は同一とされるが、
水平走査方向は互いに逆方向とされる。

【００３７】そして、前記の偏光ビームスプリッタ５を
透過したＰ偏光光が前記反射ミラー１５を介して第１の
カラー液晶パネルに至るまでの距離と、前記の偏光ビー
ムスプリッタ５にて反射されたＳ偏光光が前記反射ミラ
ー１４を介して第２のカラー液晶パネルに至るまでの距
離とが略等しく設定されている。具体的には、偏光ビー
ムスプリッタ５から反射ミラー１４までの距離を約６５
ｍｍとし、反射ミラー１４からホログラムカラーフィル
ター１６までの距離を約３５ｍｍとしている。また、偏
光ビームスプリッタ５と反射ミラー１５までの距離を約
６５ｍｍとし、反射ミラー１５からホログラムカラーフ
ィルター１７までの距離を約３５ｍｍとしている。

【００３８】以上説明したように、この実施の形態にお
いては、前記の偏光ビームスプリッタ５を透過したＰ偏
光光における光路長は、当該偏光光が前記反射ミラー１
５を介して第１のカラー液晶パネルに至るまでの距離で
ある。また、前記の偏光ビームスプリッタ５にて反射さ
れたＳ偏光光における光路長は、当該偏光光が前記反射
ミラー１４を介して第２のカラー液晶パネルに至るまで
の距離である。そして、これら両距離は前述のごとく略
等しく設定されるから、Ｐ偏光光の光路長とＳ偏光光の
光路長とは略等しくなり、光路差が解消されて輝度バラ
ンスのとれた画像表示が行えることになる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源から２枚のカラー液晶パネルに到るまでの距離（光
路）の差異を極力少なくし、輝度バランスのとれた画像
表示が行えるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態における２投写レ
ンズ１ＰＢＳ方式の画像表示装置の光学部品配置図であ
る。

【図２】この発明の第２の実施の形態における２投写レ
ンズ１ＰＢＳ方式の画像表示装置の光学部品配置図であ
る。

【図３】この発明の第３の実施の形態における１投写レ
ンズ２ＰＢＳ方式の画像表示装置の光学部品配置図であ
る。

【図４】上記のホログラムカラーフィルターを用いた場
合の画像表示装置の具体的構成として考えられる光学部
品配置図である。

【図５】ホログラムカラーフィルターを用いたカラーフ
ィルターの原理を示す模式図である。

【符号の説明】

１光源２リフレクタ３，４コリメータレンズ５偏光ビームスプリッタ（分離用）６，１４，１５，２２反射ミラー７，８，１６，１７ホログラムカラーフィルター９，１０，１８，１９液晶パネル１１，１２，２１投写レンズ１３スクリーン２０偏光ビームスプリッタ（合成用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０２Ｆ 1/1347 Ｇ０２Ｆ 1/1347 Ｈ０４Ｎ 9/30 Ｈ０４Ｎ 9/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ホログラムカラーフィルターにて色分光
を行うカラー液晶パネルを２枚備え、１つの光源から出
射された光を偏光ビームスプリッタに入射させることに
より当該偏光ビームスプリッタを透過した偏光光と当該
偏光ビームスプリッタにて反射された偏光光とに分離
し、一方の偏光光を一方のカラー液晶パネルに導くとと
もに他方の偏光光を他方のカラー液晶パネルに導き、各
カラー液晶パネルを経て得られる映像光をそれぞれ投写
レンズを介してスクリーン上に重ね合わせて画像表示を
行うようにした画像表示装置において、前記の両偏光光がともに前記ホログラムカラーフィルタ
の回折面を含む面に近づく方向に前記偏光ビームスプリ
ッタから出射されるとともに、一方の偏光光は反射ミラ
ーを介して一方のカラー液晶パネルに導かれ、他方の偏
光光は直接に他方のカラー液晶パネルに導かれるように
成っていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記一方の偏光光を一方のカラー液晶パ
ネルに導くための光路と、他方の偏光光を他方のカラー
液晶パネルに導くための光路のうち長い方の光路に、当
該光路の実質的光路長を短くして両光路長を略等しくす
るための所定屈折率および所定厚みを有する透明板を有
していることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装
置。
【請求項３】ホログラムカラーフィルターにて色分光
を行うカラー液晶パネルを２枚備え、１つの光源から出
射された光を偏光ビームスプリッタに入射させることに
より当該偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光光
と当該偏光ビームスプリッタにて反射された第２の偏光
光とに分離し、第１の偏光光を第１の反射ミラーを介し
て第１のカラー液晶パネルに導き、第２の偏光光を第２
の反射ミラーを介して第２のカラー液晶パネルに導き、
第１，第２のカラー液晶パネルを経て得られる映像光を
偏光ビームスプリッタにて合成し投写レンズを介してス
クリーン上に重ね合わせて画像表示を行うようにした画
像表示装置において、前記の偏光ビームスプリッタを透過した第１の偏光光が
前記第１の反射ミラーを介して第１のカラー液晶パネル
に至るまでの距離と、前記の偏光ビームスプリッタにて
反射された第２の偏光光が前記第２の反射ミラーを介し
て第２のカラー液晶パネルに至るまでの距離とが略等し
く設定されていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項４】前記二つ備えられたカラー液晶パネルの
いずれか一つに右目用映像を、他の一つに左目用映像を
それぞれ表示させるように成っていることを特徴とする
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像表示装
置。