JP3919463B2 - 投射型画像表示装置および画像表示システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光を色分解して複数の画像表示素子を照明し、これら画像表示素子から射出した画像光を合成して投射表示する投射型画像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、明るさを向上させ、かつコンパクトな投射型画像表示装置が求められている。
【0003】
図4には、従来の投射型画像表示装置の構成を示している。図4において、照明光源101から射出された白色照明光は、リフレクター102で反射され、フライアイレンズA103を通過し、さらにミラーM101で反射されて、フライアイレンズB104,偏光変換素子105およびコンデンサーレンズ106等を通過した後、ダイクロイックミラーDM101に入射する。
【0004】
なお、一般に、照明光源としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等が使用される。
【0005】
ダイクロイックミラーDM101は、図5(a)に示す分光透過率を有し、青色波長域の光を反射して、緑から赤色波長域の光を透過させる。また、ダイクロイックミラーDM101を透過した緑から赤色波長域の光は、ダイクロイックミラーDM102に入射する。ダイクロイックミラーDM102は、図5(b)に示す分光透過率を有し、緑色波長域の光を反射し、赤色波長域の光を透過させる。
【0006】
ダイクロイックミラーDM101で反射した青色波長域の光は、反射ミラーM102によって光路を90度変え、フィールドレンズ107Bを介して画像表示素子108Bに入射し、ここで画像表示素子108Bへの入力信号に応じて変調される。
【0007】
また、ダイクロイックミラーDM102で反射した緑色波長域の光は、フィールドレンズ107Gを介して画像表示素子108Gに入射し、ここで画像表示素子108Gへの入力信号に応じて変調される。
【0008】
さらに、ダイクロイックミラーDM102を透過した赤緑波長域の光は、図5(c)に示す分光透過率を有するトリミングフィルターTR0,コンデンサーレンズ111、リレーレンズ112,反射ミラーM103,M104およびフィールドレンズ107Rを介して画像表示素子108Rに入射し、ここで変調される。
【0009】
こうしてそれぞれ画像表示素子108R,108B,108Gで変調された各色の画像光は、クロスダイクロプリズム109に入射し、青色および赤色波長域の光はクロスダイクロプリズム109内で90度方向を変えられ、また緑色波長域の光はそのままクロスダイクロプリズム109内を透過し、全ての波長域の光が合成されて射出される。
【0010】
そして、クロスダイクロプリズム109によって色合成された画像光は、投射レンズ110によって不図示のスクリーン面上に投影表示される。
【0011】
このように構成された従来の投射型画像表示装置において、ダイクロイックミラーDM102は、画像表示素子108Gの直前に配置され、緑色波長光の光路と赤色波長光の光路とを分離するとともに、緑色波長光の光路を折り曲げる役割を有しており、このダイクロイックミラーDM102に入射する光の光軸とこのダイクロイックミラーDM102の入射面の法線とのなす角が45°になるように構成されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような装置構成では、照明光源101から反射ミラーM101に至る照明光の光軸が投射レンズ110の光軸と平行になるように配置されているため、またコンデンサーレンズ106の集光作用によって画像表示素子108R,108G,108Bに向かう光束が収束していくため、この装置を外装ボックス120等に収納する際には、図6の斜線部に示すような利用価値の少ないスペースS1,S2が生じてしまい、装置が大型化してしまうという問題がある。
【0013】
また、上記の画像表示装置では、リレーレンズ112および反射ミラーM103,M104等により赤色光用のリレー系を形成しているが、このリレー系に代えて、凹面ミラーを組み合わせたリレー系を用いることも考えられる。しかし、凹面ミラーへの光の入射角度が大きいと、収差が発生し易く、光量ロスが発生したり良好な表示画像が得られなかったりするおそれがある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の投射型画像表示装置は、複数の画像表示素子と、光源からの照明光を複数の色光に分解し、該複数の色光をそれぞれ複数の画像表示素子に導く色分解照明系と、複数の画像表示素子からの画像光を合成して投射する合成・投射光学系と、画像表示素子、色分解照明系および合成・投射光学系を収納する外装ボックスとを有する。色分解照明系は、光源からの照明光の光軸を略90度折り曲げる照明反射部材と、該照明反射部材で反射された照明光を収束させるコンデンサーレンズと、コンデンサーレンズによって収束された照明光を、該照明光のうち特定の色光を反射して他の色光を透過させることにより色分解する色分離光学部材とを有する。そして、色分離光学部材に入射する光の光軸と該色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度が45度よりも小さく、かつ収束された照明光の外周部分が、外装ボックスにおける該照明光の光軸に対して傾きを有する面と平行であることを特徴とする。
【0015】
これにより、色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度が45度に設定されていた従来の投射型画像表示装置に比べて、画像光の合成・投射光学系に対する色分解照明系の配置自由度が大きくなる。
【0016】
このため、光源から照明反射部材に至る照明光の光軸が画像光の投射光軸に対して投射光軸側に傾くように色分解照明系を配置することが可能となる。
【0017】
したがって、例えば図6に斜線部として示した従来無駄なスペースS1,S2をほとんど生じさせないようにすることが可能となり、装置全体のコンパクト化を図ることが可能になる。
【0018】
なお、照明光源から各画像表示素子に至る複数色光の光路のうち、光路長が他の色光の光路長より長い光路に凹面反射部材を含むリレー系を配置する場合において、凹面反射部材に入射する光の光軸と凹面反射部材の反射面における前記光軸との交点を通る法線とのなす角度を45度よりも小さく(さらには、色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度よりも小さく)することで、リレー系における収差の発生を小さく抑えることが可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1には、本発明の第1実施形態である投射型画像表示装置の構成を示している。また、図2には、ダイクロイックミラーDM1、DM2、トリミングフィルターTRの分光透過率を示している。なお、これらの分光透過率は、超高圧水銀ランプを照明光源として使用した場合の設計例である。但し、これらの数値は一例に過ぎず、これらの値に限定されるものではい。すなわち、照明光源の種類に応じて種々の値を設定することができる。
【0020】
図1において、照明光源1から射出された白色光の一部は、そのままフライアイレンズA3に入射し、残りはリフレクター2で反射されてフライアイレンズA3に入射する。
【0021】
フライアイレンズA3を通過した照明光は、ミラー(照明反射部材)M1で略90度光路が折り曲げられ、フライアイレンズB4,偏光変換素子5,コンデンサーレンズ(集光素子)6等を通過した後、ダイクロイックミラーDM1に入射する。
【0022】
ここで、照明光はコンデンサーレンズ6を通過する際に収束(集光)作用を受け、照明光の射出方向に向かって収束する。
【0023】
ダイクロイックミラーDM1は、図2(a)に示す分光透過率を有しており、このダイクロイックミラーDM1において、青色波長域の光は反射し、緑から赤色波長域の光は透過する。
【0024】
また、ダイクロイックミラーDM1を透過した緑から赤色波長域の光は、ダイクロイックミラーDM2に入射する。ダイクロイックミラーDM2は、図2(b)に示す分光透過率を有し、緑色波長域の光を反射し、赤色波長域の光を透過させる。
【0025】
ダイクロイックミラーDM1で反射した青色波長域の光は、反射ミラー(導光反射部材)M2によって光路を折り曲げられ、フィールドレンズ7Bを介して画像表示素子8Bに入射し、ここで画像表示素子8Bへの入力信号に応じて変調される。
【0026】
また、ダイクロイックミラーDM2で反射した緑色波長域の光は、フィールドレンズ7Gを介して画像表示素子8Gに入射し、ここで画像表示素子8Gへの入力信号に応じて変調される。
【0027】
さらに、ダイクロイックミラーDM2を透過した赤緑波長域の光は、図2(c)に示す分光透過率を有するトリミングフィルターTR,凹面ミラーM3,反射ミラーM4および凹面ミラーM5により構成されるリレー系を介して画像表示素子8Rに入射し、ここで入力信号に応じて光変調される。なお、反射ミラーM4は、凹面、凸面および平面ミラーのいずれでも構わない。
【0028】
なお、画像表示素子8R,8G,8Bは液晶ディスプレイパネル等により構成され、不図示の駆動回路は、同じく不図示のパーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、テレビおよびビデオ等の画像情報供給装置から入力された画像情報に応じて画像表示素子8R,8G,8Bに駆動信号を入力する。これにより、画像表示素子8R,8G,8Bが駆動され、画像情報に対応した各色用画像が形成される。
【0029】
こうしてそれぞれ画像表示素子8R,8B,8Gで変調された各色の画像光は、色合成プリズム9に入射する。この色合成プリズム9は、4つのプリズムが一体的に組み合わされて作られたものであり、二対のプリズム間にはダイクロイック膜DM3,DM4が形成されている。
【0030】
色合成プリズム9に入射した青色波長域の画像光は、色合成プリズム9内のダイクロイック膜DM3で反射して90度方向を変えられ、投射レンズ10側に射出する。
【0031】
また、色合成プリズム9に入射した緑色波長域の画像光は、そのまま色合成プリズム9内を透過して投射レンズ10側に射出する。
【0032】
さらに色合成プリズム9に入射した赤色波長域の画像光は、色合成プリズム9内の1つの面で全反射し、さらにダイクロイック膜DM4で反射して投射レンズ10側に射出する。
【0033】
この際の各色画像光の射出光軸は互いに略一致しており、これにより各色画像光が合成されて投射レンズ10によって不図示のスクリーン面上に投影表示される。
【0034】
ここで、本実施形態では、ダイクロイックミラーDM2は、画像表示素子8Gの直前に配置され、緑色波長光の光路と赤色波長光の光路とを分離するとともに、緑色波長光の光路を折り曲げる役割を有している。そして、このダイクロイックミラーDM2に入射する光の光軸とこのダイクロイックミラーDM2の入射面の法線とのなす角が、42.5°(<45°)になるように構成されている。
【0035】
より詳しく説明すると、本実施形態の色分解照明系は、照明光源1からの照明光の光軸を略90度折り曲げる反射ミラーM1と、この反射ミラーM1で反射した光に収束作用を及ぼしてダイクロイックミラーDM1,DM2に入射させるコンデンサーレンズ6とを有し、照明光源1から反射ミラーM1に至る照明光の光軸が、画像光の投射光軸(投射レンズ10の光軸)に対してこの投射光軸側に傾くように配置されている。
【0036】
これにより、照明光源1およびリフレクター2が反射ミラーM2に接近し、図6に示した斜線部スペースS1が小さくなる。
【0037】
また、コンデンサーレンズ6から射出される照明光の外周部分Lが、コンデンサーレンズ6の外周近傍から図中ほぼ水平に(投射光軸方向に略直交する方向に、つまりは外装ボックス20において照明光の光軸に対して傾きを有する図中下側の面に平行に)射出する。このような構成とすることによって、この表示装置を、通常は略直方体に形成されることが多い外装ボックス20に収納する際に、外装ボックス20と照明光の外周部分Lとの間にある、図6に示した斜線スペース部S2をほぼなくすることができる。
【0038】
このように、本実施形態によれば、従来無駄となっていたスペースS1,S2を小さく又はなくすることができるので、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【0039】
なお、ダイクロイックミラーDM2に入射する光の光軸とダイクロイックミラーDM2の入射面の法線とのなす角が42.5°に設定されていることに伴い、これと対称配置される反射ミラーM2に入射する光の光軸と反射ミラーM2の反射面の法線とのなす角も42.5°に設定されている。
【0040】
また、本実施形態では、赤色波長域の照明光の光路長が他の光路長より長くなっており、この赤色光路内に少なくとも2つの凹面ミラーM3,M5を含むリレー系を配置しているが、前述したように、ダイクロイックミラーDM2への入射光軸とダイクロイックミラーDM2の法線とのなす角が45°より小さく設定されることにより、凹面ミラーM3への赤色波長域の照明光の入射角度(凹面ミラーM3に入射する光の光軸と、凹面ミラーM3の反射面における上記光軸との交点を通る法線とのなす角度)θが小さくなり、凹面ミラーM3での収差が発生しにくくなり、光量ロスを減らしたり画質のよい表示画像を得たりすることができる。
【0041】
なお、ダイクロイックミラーDM2への入射光の光軸とダイクロイックミラーDM2の法線とのなす角が45°以上であると、図6に示すように、利用価値の少ないスペースS1,S2が大きくなり、また凹面ミラーに入射する光の角度も大きくなるため凹面ミラーでの収差が発生し、光量ロスが増大してしまう。
【0042】
また、本実施形態において、凹面ミラーM3への入射角度θとしては、ダイクロイックミラーDM2への入射光軸とダイクロイックミラーDM2の法線とのなす角よりも小さくすることも可能である。
【0043】
なお、本実施形態では、ダイクロイックミラーDM2に入射する光の光軸とダイクロイックミラーDM2の入射面の法線とのなす角を42.5°に設定した場合について説明したが、本発明においては、45度よりも小さければこの角度に限られるものではない。
【0044】
また、本実施形態では、赤色波長域光の光路にリレー系を設けた場合について説明したが、他の波長域光の光路にリレー系を設けてもよい。
【0045】
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、光路長が他の光路長より長い光路に、少なくとも2つの凹面ミラーM3,M5を含むリレー系を配置した場合について説明したが、図3に示すように、レンズ12とミラーM6,M7によってリレー系を構成してもよく、この場合も、第1実施形態と同様に、無駄なスペースを小さくして装置のコンパクト化を図ることができる。
【0046】
なお、本実施形態において、第1実施形態と共通する構成要素には、第1実施形態と同符号を付している。
【0047】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度を45度よりも小さくなるように設定しているので、色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度が45度に設定されていた従来の投射型画像表示装置に比べて、画像光の合成・投射光学系に対する色分解照明系の配置自由度を大きくすることができる。
【0048】
しかも、色分解照明系が、照明光を収束させて色分離光学部材に入射させるコンデンサーレンズを有し、該収束された照明光の外周部分が、外装ボックスにおける該照明光の光軸に対して傾きを有する面と平行となっている。
【0049】
したがって、外装ボックス内において従来無駄となっていたスペースをほとんど生じさせないようにすることが可能となり、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
【0050】
また、光路長が他の色光の光路長より長い色光用の光路に凹面反射部材を含むリレー系を配置する場合において、凹面反射部材に入射する光の光軸と凹面反射部材の反射面における前記光軸との交点を通る法線とのなす角度を45度よりも小さく(さらには、色分離光学部材に入射する光の光軸とこの色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度よりも小さく)することで、リレー系における収差の発生を小さく抑えることができ、光量ロスの発生を抑え、良好な表示画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である投射型画像表示装置の構成を示す断面図である。
【図2】上記画像表示装置に用いられるダイクロイックミラーおよびトリミングフィルターの分光特性を示す概略図である。
【図3】本発明の第2実施形態である投射型画像表示装置の構成を示す断面図である。
【図4】従来の投射型画像表示装置の構成を示す断面図である。
【図5】従来の画像表示装置に用いられるダイクロイックミラーおよびトリミングフィルターの分光特性を示す概略図である。
【図6】従来の画像表示装置における利用されていないスペースを示した図である。
【符号の説明】
1 照明光源
2 リフレクター
3,4 フライアイレンズ
5 偏光変換素子
6 コンデンサーレンズ
7R,7G,7B フィールドレンズ
8R,8G,8B 画像表示素子
9 色合成プリズム
10 投射レンズ
20 外装ボックス
M1,M2,M4,M6,M7 反射ミラー
M3,M5 凹面ミラー
DM1,DM2 ダイクロイックミラー
DM3,DM4 ダイクロイック膜
Claims (8)
- 複数の画像表示素子と、
光源からの照明光を前記複数の色光に分解し、該複数の色光をそれぞれ前記複数の画像表示素子に導く色分解照明系と、
前記複数の画像表示素子からの画像光を合成して投射する合成・投射光学系と、
前記画像表示素子、前記色分解照明系、及び前記合成・投射光学系を収納する外装ボックスとを有し、
前記色分解照明系は、
前記光源からの照明光の光軸を略90度折り曲げる照明反射部材と、
前記照明反射部材で反射された前記照明光を収束させるコンデンサーレンズと、
前記コンデンサーレンズによって収束された前記照明光を、該照明光のうち特定の色光を反射して他の色光を透過させることにより色分解する色分離光学部材とを有し、
前記色分離光学部材に入射する光の光軸と該色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度が45度よりも小さく、
前記収束された照明光の外周部分が、前記外装ボックスにおける該照明光の光軸に対して傾きを有する面と平行であることを特徴とする投射型画像表示装置。 - 前記光源から前記照明反射部材に至る照明光の光軸が、画像光の投射光軸に対して該投射光軸側に傾いていることを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。
- 前記色分離光学部材として、互いに異なる特定の色光を反射する複数の色分離光学部材を有しており、
これら複数の色分離光学部材のそれぞれについて、該色分離光学部材に入射する光の光軸と該色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度が45度よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の投射型画像表示装置。 - 前記色分解照明系は、前記色分離光学部材により分離された色光を前記画像表示素子に導く導光反射部材を有しており、
前記導光反射部材に入射する色光の光軸と該導光反射部材の反射面の法線とのなす角度が45度よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の投射型画像表示装置。 - 前記光源から前記複数の画像表示素子に至る複数の色光の光路のうち、光路長が他の色光の光路長より長い光路に凹面反射部材を含むリレー系が配置されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の投射型画像表示装置。
- 前記凹面反射部材に入射する光の光軸と、前記凹面反射部材の凹面反射面における前記光軸との交点を通る法線とのなす角度が45度よりも小さいことを特徴とする請求項5に記載の投射型画像表示装置。
- 前記凹面反射部材に入射する光の光軸と、前記凹面反射部材の反射面における前記光軸との交点を通る法線とのなす角度が、前記色分離光学部材に入射する光の光軸と該色分離光学部材の光入射面の法線とのなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項5又は6に記載の投射型画像表示装置。
- 請求項1から7のいずれか1つに記載の投射型画像表示装置と、該投射型画像表示装置に画像情報を供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
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