JP3093372B2 - 波長選択装置および画像合成投影装置の色調補正機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、光源の光から特定の波長域の光
を取り出す波長選択装置に関する。

【０００２】

【従来技術およびその問題点】この種の波長選択装置
は、例えば三板式液晶カラープロジェクタに用いられて
いる。このプロジェクタは、光源からの白色光束を分光
手段によって赤、緑、青の三色の光束に分光し、この三
色の光束を、それぞれ赤、緑、青の画像情報を表示する
三枚の液晶パネルに入射させ、この光束を光束合成手段
および投影レンズを介して、スクリーン上に投影し、カ
ラー画像を得る。

【０００３】分光手段としては従来、コールドミラー、
ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等の波
長選択コートを有する光学素子が用いられてきた。波長
選択コートは、特定の屈折率、厚さの複数層の薄膜によ
って形成される。ところが、この波長選択コートは、光
源からの熱線によって熱せられると、経時変化によっ
て、その波長選択特性が変化してしまい、その結果、画
像の色調がずれてしまうという問題点があった。あるい
は、製造時のばらつきによっても特性が変化し、同様の
問題が生じる。

【０００４】この波長選択特性の変化は、初期の波長選
択特性より短波長側にシフトするという性質があること
が分かっており、その原因は、薄膜中に含まれる水分が
熱線による経時変化で消失し、その結果オプティカルパ
スが変化するためであると言われている。従来、波長選
択素子にこのような波長シフトが起こってしまった場
合、該素子を交換する以外に画像の色調のずれを補正す
る手段はなかった。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、従来の波長選択装置について
の以上の問題意識に基づき、波長選択素子の波長選択特
性に変化があっても、これを補正することができる装置
を得ることを目的とする。また本発明は、画像合成投影
装置において、波長選択素子の波長選択特性に経時変化
があっても、画像の色調のずれを補正することができる
装置を得ることを目的とする。

【０００６】

【発明の概要】本発明は、光路に略直角においた波長選
択コートを有するフィルタは、その角度を変化させる
と、選択波長をシフトさせる作用があること、および光
路を殆ど変化させないことという事実に着目してなされ
たものである。

【０００７】すなわち本発明は、光源の光を、波長選択
コートを有する波長選択素子に入射させて特定の波長領
域の光を取り出す波長選択装置において、光源と波長選
択素子を含む光路内に、該光路に対して略直角にして、
波長選択コートを有する補正用フィルタを配置し、かつ
この補正用フィルタの光路に対する角度を調整する調整
手段を設けたことを特徴としている。

【０００８】この補正用フィルタは、光路に直角に配設
した状態からその角度を変化させると、選択波長を短波
長側にシフトさせるという性質がある。従って、波長選
択素子の選択波長が、経時変化によって短波長側にシフ
トするのを補正する場合には、初期状態において、補正
用フィルタを光路に直角な状態から傾けて配置し、経時
変化が生じた後、直角となる方向に回動させればよい。
勿論、波長選択素子の経時変化により、選択波長が長波
長側にシフトする場合には、逆に、初期状態で補正用フ
ィルタを光路に直角に位置させ、経時変化が生じたと
き、直角から傾く方向に回動させればよい。

【０００９】本発明は、波長選択素子として、白色光源
から可視光線を取り出す波長選択コートを有するコール
ドミラーを用いる。コールドミラーは、経時変化によっ
て選択波長がシフトする性質を有するので、例えばこの
コールドミラーの選択波長域を、本来必要とする選択波
長域より広く設定しておき、補正用フィルタには、この
コールドミラーの選択波長域より狭い、本来必要とする
選択波長域を有する波長選択コートを形成すると、波長
シフトを良好に補正することができる。

【００１０】以上の波長選択装置を利用した画像合成投
影装置の色調補正機構は、光源の光を分光する分光手段
と；この分光手段によって分光された光束がそれぞれ入
射する、該分光光束に対応する画像情報を有する光透過
型の複数の画像パネルと；この複数の画像パネルを透過
した光束を合成する光束合成手段と；を備えた画像合成
投影装置において、分光手段が、光源の光から特定の波
長領域の光を取り出す波長選択コートを有する波長選択
素子と、この光源と波長選択素子を含む光路内に、該光
路に対して略直角にして配設された、波長選択コートを
有する補正用フィルタと、この補正用フィルタの光路に
対する角度を調整する調整手段とを有することを特徴と
する。この構成によれば、選択波長のシフトに起因する
色調のずれを補正用フィルタの角度の調整によって補正
することができる。

【００１１】

【実施例】以下図示実施例について本発明を説明する。
図１ないし図７は、本発明の波長選択装置を有する画像
合成投影装置の第一の実施例を示すもので、白色照明光
を発する光源１０から発した平行光束は、コールドミラ
ー１１で反射した後、Ｂダイクロイックミラー１２で青
光のみが反射分離される。補正用コールドフィルタ３０
は、このコールドミラー１１とＢダイクロイックミラー
１２の間に位置していて、光軸Ｏ（光路）に対し直角を
なす状態より傾いて配置されている。この補正用コール
ドフィルタ３０は、図示しない回転操作つまみ等によ
り、光軸Ｏに直交する調整軸Ｐを中心にその傾斜角の調
整ができる。

【００１２】Ｂダイクロイックミラー１２で分離された
青光は、アルミミラー１３を介して、青光の画像情報を
持つＢ液晶パネル１４に入射し、さらにコンデンサレン
ズ１５を介して、投影レンズ１６に入射する。

【００１３】一方、Ｂダイクロイックミラー１２を透過
した光は、Ｇダイクロイックミラー１７に達し、このＧ
ダイクロイックミラー１７で反射した緑光は、緑光は画
像情報を持つＧ液晶パネル１９に入射する。Ｇ液晶パネ
ル１９を透過した緑光は、コンデンサレンズ２０、およ
びＧダイクロイックミラー２１を介して投影レンズ１６
に入射する。

【００１４】Ｇダイクロイックミラー１７を透過した赤
光は、赤光の画像情報を持つＲ液晶パネル２２に入射
し、さらにコンデンサレンズ２３、アルミミラー２４お
よびＲダイクロイックミラー２５を介して投影レンズ１
６に入射する。投影レンズ１６に入射した各色の画像情
報を持つ光束は、互いに重ねあわされてカラー画像とな
り、スクリーン上に投影される。

【００１５】本発明は、以上の実施例において、コール
ドミラー１１による選択波長が経時変化により短波長側
にシフトしたときに、補正用コールドフィルタ３０の回
動角度の調整によってこの波長シフトを補正する点に特
徴がある。コールドミラー１１による波長シフトおよび
その補正の具体例を図２ないし図６について説明する。

【００１６】光源１０を出た白色光束は、コールドミラ
ー１１で反射する際、その波長選択コートにより、図２
で示すように、可視領域の波長のみを反射する。図２の
分光分布カーブの実線は初期状態（設計値）を示してい
る。この選択波長域は、本来必要とする選択波長域より
やや広い。このコールドミラー１１の選択波長は、経時
変化により、破線で示すように短波長側にシフトすると
いう性質がある。

【００１７】コールドミラー１１で反射した光は次にＢ
ダイクロイックミラー１２の波長選択コートで分離され
るが、Ｂダイクロイックミラー１２に波長シフトがない
場合には、該Ｂダイクロイックミラー１２は、図４に実
線で示す分光特性で青光のみを反射する。ところが、経
時変化によりＢダイクロイックミラー１２に波長シフト
があると、このＢダイクロイックミラー１２で反射され
る青光の分光特性が破線で示すように短波長側に変化す
る。その結果、Ｂ液晶パネル１４に入射する青光は、コ
ールドミラー１１およびＢダイクロイックミラー１２に
波長シフトがない場合には図６に実線で示す分光分布と
なるのに対し、コールドミラー１１およびＢダイクロイ
ックミラー１２に波長シフトがある場合には、同図に破
線で示す分光分布となる。すなわち、本来、実線で示す
分光分布の青光が入射するものとして設計されているＢ
液晶パネル１４に対して、破線で示す分光分布の青光が
入射してしまうこととなる。

【００１８】この例では、Ｇダイクロイックミラー１７
には経時変化による波長シフトは生じないものとする。
すると、Ｇ液晶パネル１９に入射する緑光は、Ｂダイク
ロイックミラー１２の波長シフトの影響を受け、Ｒ液晶
パネル２２に入射する赤光は、コールドミラー１１によ
る波長シフトの影響を受ける。図６の緑光と赤光の分光
分布の実線と破線は、上の例と同様に、コールドミラー
１１とＢダイクロイックミラー１２に短波長側への波長
シフトがなかった場合と、あった場合とを示している。
このように、Ｂ液晶パネル１４、Ｇ液晶パネル１９、お
よびＲ液晶パネル２２に入射する光の分光分布が設計の
ものと異なると、個々の液晶パネル１４、１９、および
２２から出射する像の色が初期の色から変化し、その結
果、合成投影像の色調が変化してしまう。

【００１９】本発明によれば、この波長シフトを、補正
用コールドフィルタ３０によって補正することができ
る。補正用コールドフィルタ３０は、図３に示す本来得
たい分光分布特性を有しており、この分光分布は、コー
ルドミラー１１の分光分布より選択波長域がやや狭い。
この補正用コールドフィルタ３０は、初期状態におい
て、光軸Ｏに対して直角な状態から傾斜して挿入されて
いる。この補正用コールドフィルタ３０は、図１におい
て矢印Ａ方向に回動させて光軸Ｏと直角な方向に近付け
ると、前述のように、これを通過する光の波長を長波長
側にシフトさせる作用がある。逆に言うと、補正用コー
ルドフィルタ３０を光軸Ｏに直角な状態にセットしこれ
を傾けると選択波長が短波長側にシフトする性質があ
る。従って、補正用コールドフィルタ３０をＡ方向に回
動させると、図２ないし図５において破線で示す分光特
性が、矢印ａで示すように長波長側にシフト（補正）さ
れ、実線で示す分光特性に戻る。つまり初期の分光特性
に補正することができる。この補正用コールドフィルタ
３０は、コールドミラー１１の経時変化による波長シフ
トを補正すると同時に、自身の経時変化による波長シフ
トも補正することができる。また補正用コールドフィル
タ３０が、Ｂダイクロイックミラー１２の光源側に位置
することで、Ｂダイクロイックミラー１２の経時変化を
軽減することができる。

【００２０】補正用コールドフィルタ３０の回動操作
は、投影画像を見ながら、手動で行なうことができる。
あるいは、波長シフトの現象は、温度異存性があること
から、図６に示すように、コールドミラー１１あるいは
Ｂダイクロイックミラー１２の近傍に温度センサ３１を
設け、この温度センサ３１の出力によりパルスモータ３
２を駆動して、補正用コールドフィルタ３０を回動させ
るようにしてもよい。

【００２１】図８ないし図１２は、本発明の別の実施例
を示すもので、第一の実施例と同一の構成要素には、同
一の符号を付している。この実施例では、Ｂ液晶パネル
１４、Ｇ液晶パネル１９およびＲ液晶パネル２２の配置
位置を異ならせ、それに応じて、Ｒ、Ｂ、Ｇのダイクロ
イックミラー２５、１２、２１の配置位置を異ならせて
いる。そして、補正フィルタとして、コールドミラー１
１とＢダイクロイックミラー１２の間に、補正用コール
ドフィルタ３５を配置している。この補正用コールドフ
ィルタ３５の配置態様は、第１の実施例の補正用コール
ドフィルタ３０と同じである。

【００２２】図９ないし図１２は、第１の実施例の図２
ないし図６と対応している。いずれも実線がコールドミ
ラー１１および補正用コールドフィルタ３５に波長シフ
トがない場合の分光分布特性、破線が短波長側に波長シ
フトが生じた場合の分光特性を示している。選択波長に
破線で示すような波長シフトが生じた場合、図８に矢印
Ｃで示すように、補正用コールドフィルタ３５を光軸Ｏ
と直交する方向に近付けるべく回動調整すれば、分光特
性は、矢印ｃで示すように、長波長側にシフトされ、初
期の設計選択波長に戻る。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明の波長選択装置によ
れば、波長選択コートの経時変化により選択波長がシフ
トした場合に、補正フィルタの角度調整により、これを
補正することができる。また本発明の画像合成投影装置
の色調補正機構によれば、選択波長がシフトした場合に
これを補正して、所定波長域の光を画像パネルに入射さ
せることができる。従って、合成投影される画像の色調
を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長選択装置を有する画像合成投影装
置の第一実施例を示す光学系統図である。

【図２】図１の投影装置のコールドミラーによる分光反
射特性の例を示すグラフである。

【図３】図１の投影装置の補正用コールドフィルタによ
る分光反射特性の例を示すグラフである。

【図４】図１の青反射ダイクロイックミラーによる分光
反射特性の例を示すグラフである。

【図５】図１の緑反射ダイクロイックミラーによる分光
反射特性の例を示すグラフである。

【図６】図１のＢ液晶パネル、Ｇ液晶パネル、およびＲ
液晶パネルに入射する光束の分光分布を示すグラフであ
る。

【図７】図１の補正用フィルタの自動駆動装置の例を示
すブロック図である。

【図８】本発明の波長選択装置を有する画像合成投影装
置の第二の実施例を示す光学系統図である。

【図９】図８の投影装置のコールドミラーによる分光反
射特性の例を示すグラフである。

【図１０】図８の投影装置の補正用コールドフィルタに
よる分光反射特性の例を示すグラフである。

【図１１】図８の赤反射ダイクロイックミラーによる分
光反射特性の例を示すグラフである。

【図１２】図８の青反射ダイクロイックミラーによる分
光反射特性の例を示すグラフである。

【図１３】図８のＢ液晶パネル、Ｇ液晶パネル、および
Ｒ液晶パネルに入射する光束の分光分布を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１０ 光源 １１ コールドミラー １２ １７ ２１ ２５ ダイクロイックミラー １４ １９ ２２ 液晶パネル １６ 投影レンズ ３０ ３５ 補正用コールドフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯塚 隆之 東京都板橋区前野町２丁目36番９号 旭 光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−243015（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−205886（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−503119（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/00 - 26/08 G02F 1/13 505 G02F 1/1335 500 G03B 21/14

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源の光を、波長選択コートを有する波
   長選択素子に入射させて特定の波長領域の光を取り出す
   波長選択装置において、上記波長選択素子を、白色光源から可視光線を取り出す
   波長選択コートを有するコールドミラーから構成し、 上記光源とコールドミラーを含む光路内に、波長選択コ
   ートを有する補正用フィルタを配置し、 かつこの補正用フィルタの光路に対する角度を調整する
   調整手段を設けたことを特徴とする波長選択装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の波長選択装置において 、
   補正用フィルタは、上記コールドミラーより狭い選択波
   長域の波長選択コートを有するコールドフィルタである
   波長選択装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の波長選択装置に
   おいて 、補正用フィルタは、初期状態において、光路と
   直角をなす位置より傾けて配置されている波長選択装
   置。
4. 【請求項４】 光源の光を分光する分光手段と； この分光手段によって分光された光束がそれぞれ入射す
   る、該分光光束に対応する画像情報を有する光透過型の
   複数の画像パネルと； この複数の画像パネルを透過した光束を合成する光束合
   成手段と； を備えた画像合成投影装置において、 上記分光手段が、光源の光から特定の波長領域の光を取
   り出す波長選択コートを有する波長選択素子と；この光
   源と波長選択素子を含む光路内に、波長選択コートを有
   する補正用フィルタと；この補正用フィルタの光路に対
   する角度を調整する調整手段とを有することを特徴とす
   る画像合成投影装置の色調補正機構。
5. 【請求項５】 請求項４記載の波長選択装置において 、
   補正用フィルタは、初期状態において、光路と直角をな
   す位置より傾けて配置されている画像合成投影装置の色
   調補正機構。