JP4079950B2 - 表示パネルの照明光学系と色分割方法、およびその照明光学系を有する投写型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示パネルの照明光学系と色分割方法、およびその照明光学系を有する投写型表示装置に関し、特にカラーホイールを用いない単一の表示パネルの照明光学系に関する。

大画面の画像を容易に表示できる装置として投写型表示装置（プロジェクタ）が知られている。投写型表示装置では、照明光を空間的に変調する小型の表示パネルに照明光を照射し、表示パネルにより照明光を変調して形成された映像を投写レンズにより投射面に拡大表示する。表示パネルとしては照明光を透過させながら変調する透過型と、照明光を反射させながら変調する反射型とがあり、前者としては液晶パネルが一般的であり、また後者としては米国テキサスインスツルメント社製のＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）が広く知られている。表示パネルとしてＤＭＤを用いる投写型表示装置は、特許文献１にも開示されているように、一般に、白色光を発する光源ランプとその光を反射して集光するリフレクタとから構成される光源と、光源からの光を均一化するためのロッドインテグレータと、白色光を時間的にＲ色、Ｇ色、Ｂ色の色光に分割するカラーホイールと、ロッドインテグレータからの光を照明光としてＤＭＤに導く照明光学系と、ＤＭＤからの映像光を拡大投写する投写レンズとから構成される。このようにカラーホイールをＲ色、Ｇ色、Ｂ色の色光の時分割に用いているため、表示パネルは１個でよいので小型の投写型表示装置を得やすいというメリットがある。

一方、近年の市場の要求として、より低コストでかつ小型な投写型表示装置の実現が求められている。特に、小型化においては装置の軽量化もさることながら、装置の薄型化が強く望まれている。従来の単一のＤＭＤを用いた投写型表示装置では、本体の厚さ（高さ）にはリフレクタを含む光源部の大きさとカラーホイールの大きさとが大きく影響している。もし、光源部が小さくなりカラーホイールが小さくなれば、非常に薄型の投写型表示装置が実現できる。また、低コスト化という面ではカラーホイールの小型化は低コスト化につながる。図９は従来技術のカラーホイール本体の模式図である。カラーホイールは、図９にしめすように、一般にはガラス製の円盤状のカラーホイール本体９１に、その円周角を３等分するように中心から扇形状に３つの領域が形成されており、各々の領域には３原色のうち各々１色の色光のみを透過させ、他の色光を反射させるダイクロイックフィルムが蒸着形成されている。そして、この円盤の中心部にモータ９２の軸部を固定して回転させるような構成になっている。ここでは、１枚のガラス円盤にＲ色、Ｇ色、Ｂ色を各々透過するダイクロイックフィルムが３領域に蒸着されてモータとアッセンプリされたものや、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色用のダイクロイックフィルムが蒸着された３つの扇形フィルタを外形が円形となるようにモータとアッセンプリされたものが知られている。いずれにしても、カラーホイールを回転させるためのモータが必要になるので、アッセンブリ状態での大きさを小型化するのは困難である。また、ダイクロイックフィルムの蒸着されているフィルタ部分の面積が小さければ小さいほどコスト的には有利になる。

一方、光源部の小型化に関しては、非特許文献１に確実に小型化するための技術が開示されている。図１０は従来技術の小型化された光源ランプとリフレクタの模式的部分断面外形図である。この周知技術では図１０に示すように光源ランプ９３の前方約半分の管壁９４に対して所定の特性のコーティングをすることにより、光源ランプ前方に発する光束をリフレクタ９６の方向に反射させ、リフレクタの小型化すなわち、光源部の小型化がはかられている。
特許第３１２１８４３号 Ｈｏｌｇｅｒ他著「Ｈｉｇｈ Ｏｕｔｐｕｔ、 Ｍｏｒｅ Ｃｏｍｐａｃｔ ＵＨＰ Ｌａｍｐ Ｓｙｓｔｅｍ」、ＳＩＤ０２、Ｐａｐｅｒ ４１．１、ｐｐ．１１６０−１１６３

しかしながら、カラーホイールに関しては小型化および低コスト化する方法がまだ開示されていない。

本発明の目的は、従来の回転円板状のカラーホイールに代わって白色光源を時分割のカラー照明光に分割する小型で低コストな表示パネルの照明光学系と色分割方法、およびその照明光学系を有する小型薄型の投写型表示装置を提供することにある。

本発明の表示パネルの照明光学系は、
光源と、相異なるスペクトルを透過する複数の領域を有する固定配置された色分割部材と、色分割部材の出射面側に入射面が設けられ、入射した光を出射面から出射する導光部材と、光源と色分割部材との間の光路上に配置されて、光源からの光を色分割部材のいずれかの領域に入射させる選択入射手段と、導光部材から出射された光束を表示パネルに結像させる結像手段とを有する。

色分割部材は、それぞれが少なくとも３種類の相異なるスペクトルのいずれかを透過する領域を有してもよく、色分割部材は、Ｇ色、Ｂ色、およびＲ色を透過する３個の領域を有してもよく、色分割部材の領域には、その領域を透過させるスペクトルを透過し、他のスペクトルを反射するダイクロイックフィルムが設けられていてもよく、色分割部材は、さらに全光線を透過する領域を有してもよく、色分割部材は、導光部材の入射面上に直接設けられていてもよい。導光部材はロッドインテグレータであってもよい。

色分割部材の各領域は長方形であって長方形の長辺が互いに接しており、選択入射手段は光源から入射した光の光束を領域の長辺に直交する方向に移動させてもよく、色分割部材の各領域上での光束の移動が、光源と色分割部材との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われてもよく、角柱プリズムと光源との間には凹レンズが設けられ、角柱プリズムと色分割部材との間には凸レンズが設けられていてもよい。導光部材の各領域上での光束の移動が、光源と導光部材との間の光路上に配置された回転多面鏡の動作によって行われてもよい。

色分割部材は円板状であり、各領域は扇形であって側辺が互いに接して円形を形成しており、選択入射手段は光源から入射した光の光束を円形に組み合わされた領域上を円方向に移動させてもよく、導光部材の各領域上での光束の移動が、光源と導光部材との間の光路上に配置された楔形の断面を有する楔形断面円板の導光部材の光軸と平行な中心軸上の回転動作によって行われてもよい。

表示パネルが、単板式の液晶デバイスであってもよく、また反射型の単板式のデバイスであってもよく、この場合反射型の単板式のデバイスが、ＤＭＤあるいはＬＣｏｓであってもよい。

本発明の投写型表示装置は、
表示パネルと、上述の表示パネルのいずれかの照明光学系とを有する。

本発明の表示パネルの照明光学系の色分割方法は、
光源部から集束点に向けて光束を出射するステップと、色分割部材に設けられたそれぞれが所定の色光のみを透過する領域上における光束の所定の経路での走査によって、時系列でそれぞれの色光を有する光束として出射するステップと、色光を有する光束の輝度分布を均一化させるステップと、輝度分布が均一化された光束を表示パネルに結像させるステップとを含む。

光源からの光を、それぞれが相異なるスペクトルを透過する複数の領域を有する固定配置された色分割部材のいずれかの領域に照射して導光部材を経由して表示パネルに照射し、各領域に照射される光束を時間と共に切り替えるので、色分割部材は導光部材の入射面と類似の大きさに収まり、選択入射手段の動作により分割後の色光が逐次時系列で表示パネルに照射される。

本発明の投写型表示装置の表示パネルの照明光学系では、従来の、カラーフィルタとモータとが組み合わされた回転式のカラーホイールではなく、固定の色分割部材であるダイクロイックフィルタと選択入射手段とによって色分割ができるので、時分割用の色分割素子を小型にできるという効果がある。また、固定のダイクロイックフィルタはロッドインテグレータの入射面の面積と大差ないほどに小型にできるのでコストダウンできるという効果がある。さらに、カラーフィルタが小型になるので照明光学系の薄型が可能になり、小型で薄型の投写型表示装置を提供できるという効果がある。

本発明は、単一の表示パネルを用いた単板型の投写型表示装置における表示パネルの照明光学系において、カラーホイールとは異なる色分割方法を実施することで装置の低コスト化および小型化を実現することに特徴がある。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の模式的構成図である。本発明の第１の実施の形態の照明光学系１は、光源１１とリフレクタ１２を有し光軸１３上の所定の位置に集束する光束１４を投射する光源部１０、選択入射手段である回転プリズム２０、入射光をＢ色、Ｇ色、Ｒ色の色光に分割する色分割部材であるダイクロイックフィルタ３０、導光部材であるロッドインテグレータ４０、およびロッドインテグレータ４０からの出射光を表示パネル６０上の表示領域全体に集光するフィールドレンズ５１とコンデンサレンズ５２とを有する。本明細書で、Ｒ色とは、赤色領域にスペクトルの重心を有する色のことをいい、Ｇ色とは、緑色領域にスペクトルの重心を有する色のことをいい、Ｂ色とは、青色領域にスペクトルの重心を有する色のことをいう。

光源１１としては白色光を発する光源ランプが使用される。ここでは高輝度の白色光を発光する高圧水銀ランプを想定しているがこれに限定されるものではなく、所望の色光に分割できる光を発光できる光源であればよい。この光源１１には楕円鏡であるリフレクタ１２が組み合わされて光源部１０として集束光が得られる構成になっている。光源１１を楕円鏡の第１焦点近傍に配置すれば、光源１１からの光束１４を第２焦点近傍に集束させることができる。なお、光源に放物面のリフレクタを使用することも可能である。この場合には、リフレクタの直後に任意の焦点距離の凸レンズを配置すれば、凸レンズの焦点近傍に集束する光束が得られる。これは、放物面鏡の焦点近傍に光源を配置することで、光源からの光は放物面鏡で反射後に略平行な光束になるからである。

この光源１１からの白色光束の集束位置に色分割部材であるダイクロイックフィルタ３０が配置されている。図２はダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）はダイクロイックフィルタの３領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示すグラフである。このダイクロイックフィルタ３０には、図２に示すように、ガラス基板上の第１の領域３１、第２の領域３２、第３の領域３３の３つの領域にそれぞれ透過特性の異なる第１のダイクロイックフィルム３４、第２のダイクロイックフィルム３５、第３ダイクロイックフィルム３６が形成されている。図２（ｂ）に示すように、第１の領域３１のダイクロイックフィルム３４の特性としてはＲ色の色光を透過し、Ｂ色およびＧ色の色光を反射させる特性、第２の領域３２のダイクロイックフィルム３５の特性としてはＧ色の色を透過しＢ色およびＲ色の色光を反射させる特性、第３の領域３３のダイクロイックフィルム３６の特性としてはＢ色の色光を透過し、Ｒ色およびＧ色の色光を反射させる特性となっている。各領域３１、３２、３３は図２では等分の面積で示されているが、必ずしも等分である必要はなく、例えば青を透過する第３の領域３３に対して緑を透過する第２の領域３２を大きく確保してもよい。それによって色調を調整することができる。また色の配置はこの順にする必要はない。また、Ｒ色、Ｇ色およびＢ色の３色に限定されるものではなく、目的に応じて異なった色の組合せとしてもよい。

ダイクロイックフィルタ３０の直後には導光部材であるロッドインテグレータ４０が設けられている。ロッドインテグレータ４０は中実のガラス製のほか、中空のライトトンネルでも構わない。導光部材としてはロッドインテグレータに限定されるものではなく輝度分布を均一化した光を出射できる部材であればよい。さらに、ダイクロイックフィルタ３０はロッドインテグレータ４０とは分離して配置されてもよいが、ロッドインテグレータ４０と一体化していてもよい。即ち、ロッドインテグレータ４０の入射面に接合してもよいし、ロッドインテグレータ４０の入射面に直接ダイクロイックフィルムを蒸着形成してもよい。

ロッドインテグレータ４０の出射側にはフィールドレンズ５１とコンデンサレンズ５２とが配置される。ロッドインテグレータ４０の出射面の照明情報を表示パネル６０面上に効率良く結像させるためにフィールドレンズ５１とコンデンサレンズ５２を使用することが好ましいが、この組合せに限定されるものではなくロッドインテグレータ４０の出射面の照明情報を表示パネル６０面上に効率良く結像させる光学系であればよい。照明光学系１のコンデンサレンズ５２から出射した色光は表示パネル６０に入射する。表示パネル６０は不図示の信号処理回路からの入射した色光に対応した入力によって駆動されて表示パネル６０に映像が形成され、形成された映像は投写レンズ７０により拡大されて投写型表示装置１００から不図示の投射面に投写される。図１においては表示パネル６０としては透過型のデバイスである液晶パネルが想定されているが、反射型の、例えばＤＭＤあるいはＬＣｏｓを使用することも可能である。

光源部１０とダイクロイックフィルタ３０との間には、光源１１からの集束光束をダイクロイックフィルタ３０の３つの領域３１、３２、３３に順次入射させる選択入射手段である四角柱状の回転プリズム２０が設けられている。本実施の形態では選択入射手段としては回転プリズム２０が使用されているが、これに限定されるものではなく光源１１からの光束１４を選択的に逐次ダイクロイックフィルタ３０の３つの領域３１、３２、３３に入射できる手段であればよく、例えば回転多面鏡であってもよい。この回転プリズム２０は立方体形状の他、多角柱状のプリズムが使用できる。材質としては、光学ガラスであることが望ましい。回転プリズム２０や回転多面鏡を用いた走査は周知の技術であり、モータ等を組み合わせて高速に回転を行うことができ、回転角度を検出することにより表示パネル６０に入力する色光に対応した映像信号を不図示の信号処理回路から表示パネル６０に出力することができる。

次に本発明の第１の実施の形態の照明光学系の動作について説明する。光源１１およびリフレクタ１２を有する光源部１０からの集束光束１４は、選択入射手段である回転プリズム２０を透過してダイクロイックフィルタ３０の３領域のダイクロイックフィルム３４、３５、３６のいずれかの上に集束する。集束光束１４が入射したダイクロイックフィルム３４、３５、３６により所定の色光が選択されて、その色光がロッドインテグレータ４０に入射し、ロッドインテグレータ４０内で内面反射しながらロッドインテグレータ４０の出射端面に到達する。この内面反射により入射面上の色光の入射位置にかかわらず出射面上の照度分布は均一なものとなる。出射面を出射後の光束がフィールドレンズ５１、コンデンサレンズ５２を介して表示パネル６０面上に照射される。その後、表示パネル６０に入射した色光に対応した不図示の信号処理回路からの入力により駆動されて表示パネル６０に映像が形成され、形成された映像が投写レンズ７０により不図示の投射面に拡大投写される。

図１と図２の構成において、回転プリズム２０の回転によりダイクロイックフィルタ３０に入力する光束１４の集束位置がダイクロイックフィルム３４、３５、３６の間で移動し、集束位置がダイクロイックフィルム３４、３５、３６の順で移動することによりロッドインテグレータ４０にはＲ→Ｇ→Ｂの繰り返しの色光が入射し、ロッドインテグレータ４０から出射後、表示パネル６０にはＲ→Ｇ→Ｂの繰り返しの色光が時分割で照射される。従って、表示パネル６０の駆動を照射される色光に対して同期させれば単一の表示パネル６０でカラー表示ができる。

次に回転プリズム２０とダイクロイックフィルタ３０のダイクロイックフィルム３４、３５、３６とにより時分割の色光が形成される仕組みについて説明する。回転プリズム２０は光源部１０とダイクロイックフィルタ３０のダイクロイックフィルム３４、３５、３６との間の光路中に配置されている。回転プリズム２０の回転軸２３は、光源１１の光軸１３上で光軸１３と直交するように配置されている。また、ダイクロイックフィルタ３０の中心と、ロッドインテグレータ４０の入射面の中心も光軸１３上になるように配置されている。

図３は回転プリズムの回転と集束光の色分割部材とロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。

図３に示すように回転プリズム２０の入射面２１と光軸１３とが垂直な場合には、光源１１の光軸１３は偏向することはなく入射した光束１４は光軸１３上に集束し、光束１４はダイクロイックフィルタ３０の中央にある第２の領域３２へと入射する（図３（ａ））。集束した光束は第２の領域３２のダイクロイックフィルム３５を通過するのでＧ色の色光の成分が透過して直ちにロッドインテグレータ４０へと入射する（第１の光束４１）。その後ロッドインテグレータ４０内で均一化され、出射後は表示パネル６０に照射されるＧ色の色光となる。この場合回転プリズム２０が回転して集束位置が移動しても集束部が第２のダイクロイックフィルム３５上に入光している間はロッドインテグレータ４０内で均一化されて均一なＧ色の色光として出射する。

次に回転プリズム２０が時計回りに少し回転した場合（図３（ｂ））には、光束１４は回転プリズム２０の入射面２１および出射面２２において屈折の影響を受けて光軸１３および光束１４全体が下方向に偏向され、これにより光束１４の集束位置は下方向に移動する。その結果、光源１１からの光束１４は第３の領域３３の第３のダイクロイックフィルム３６へと入射する（図３（ｂ））。集束した光束は第３の領域３３のダイクロイックフィルム３６を通過するのでＢ色の色光の成分が透過して直ちにロッドインテグレータ４０へと入射する（第２の光束４２）。その後ロッドインテグレータ４０内で均一化され、出射後は表示パネル６０に照射されるＢ色の色光となる。この場合回転プリズム２０が回転して集束位置が移動しても集束部が第３のダイクロイックフィルム３６上に入光している間はロッドインテグレータ４０内で均一化されて均一なＢ色の色光として出射する。

回転プリズム２０がさらに時計回りに少し回転すると、今度は光源１１からの光束１４は第１の領域３１の第１のダイクロイックフィルム３４へと入射する（図３（ｃ））。すなわち、光軸１３が上方向に偏向され、光束１４の集束位置が第１の領域３１の第１のダイクロイックフィルム３４へ移動する。集束した光束は第１の領域３１のダイクロイックフィルム３４を通過するのでＲ色の色光の成分が透過して直ちにロッドインテグレータ４０へと入射する（第３の光束４３）。その後ロッドインテグレータ４０内で均一化され、出射後は表示パネル６０に照射されるＲ色の色光となる。この場合回転プリズム２０が回転して集束位置が移動しても集束部が第１のダイクロイックフィルム３４上に入光している間はロッドインテグレータ４０内で均一化されて均一なＲ色の色光として出射する。回転プリズム２０がさらに回転すると、図３（ａ）の状態に戻る。

この一連の回転プリズム２０の回転によりロッドインテグレータ４０にはＲ→Ｇ→Ｂの色光の光が繰り返し入射するので、ロッドインテグレータ４０からはＲ→Ｇ→Ｂの繰り返しの時分割の光束が出射する。

第１の実施の形態においてダイクロイックフィルタ３０にダイクロイックフィルムが蒸着形成される領域は、図２に示した３つの領域に限定されるものでなく、例えば４つの領域で構成しても構わない。図４は第４の領域を設けたダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）はダイクロイックフィルタの４領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示すグラフである。第４の領域３７を設けて、この領域をダイクロイックフィルムを非蒸着とすれば、ロッドインテグレータへはＲ→Ｇ→Ｂ→白の繰り返し光を入射させることができ、この色光と表示パネルの駆動とを同期制御すればより明るい投写型表示装置を得ることも可能である。

図５は本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の応用例の模式的構成図である。図５に示すように、凹レンズ１５を使用して光源部１０からの集束光束を一旦平行化して、その後に回転プリズム２０を配置し、その後、凸レンズ１６によりダイクロイックフィルタ３０上に集束させるように光学系を構成することも可能である。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図６は本発明の第２の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の模式的構成図であり、図７は色分割部材を構成するダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）は色分割部材の３領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示すグラフであり、図８は色分割部材に入射する光束の集束位置の軌跡の説明図である。第２の実施の形態の照明光学系２の構成は第１の実施の形態の照明光学系１とほぼ同じ構成と動作であるが、選択入射手段と色分割部材のみが異なる。従って選択入射手段と色分割部材について詳細に説明し、その他については第１の実施の形態と同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態の選択入射手段には、第１の実施の形態の回転プリズムに代えて断面が楔形状で回転可能な楔形断面円板２４を用いている点が異なる。この楔形断面円板２４は円柱状のガラスを斜めに切断して得ることができる。この楔形断面円板２４にはモータ２５が取り付けられている。モータ２５を回転させることで光源部１０からの集束光束の集束位置を円弧状に走査できる。

また、色分割部材のダイクロイックフィルタ８０には図７に示すように円板状のガラス基板に第１の領域８１、第２の領域８２、第３の領域８３が形成されている。それぞれの領域に設けられるダイクロイックフィルム８４、８５、８６の特性は第１の実施の形態のダイクロイックフィルム３４、３５、３６と同じである。断面が楔形状の回転可能な楔形断面円板２４により色分割部材８０に入射する光束の集束位置の軌跡８７は、楔形断面円板２４の回転に伴って楔形断面円板２４の入射面と出射面の光軸１３に対する角度の変化から、例えば図８の集束位置の軌跡８７のように円周状になり、走査する領域としては第１の領域８１→第２の領域８２→第３の領域８２の繰り返しとなる。すなわち光源からの白色光はＲ→Ｇ→Ｂの順番で選択されてロッドインテグレータ４０に入射する。従って、表示パネル６０にはＲ→Ｇ→Ｂの繰り返しの色光が時分割で照射されるので、表示パネル６０の駆動を入射する色光に同期させればカラー画像を投写することができる。第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に第１の領域８１、第２の領域８２、第３の領域８３の面積の比率を変更してもよく、ダイクロイックフィルタ８０にダイクロイックフィルムを設けないで白色光を透過できる第４の領域を設けてもよい。

以上説明したように、本発明の投写型表示装置の表示パネルの照明光学系によれば、従来のカラーフィルタとモータとがアッセンブリされたカラーホイールとは異なり、光源部からの集束光束の集束位置を変動させる選択入射手段と、色分割部材である固定のダイクロイックフィルタとにより色分割を実施し、その後ロッドインテグレータにより均一化された光束として時分割の光束を表示パネルに照射する構成となっている。特にダイクロイックフィルタは、従来のカラーフィルタと異なって光源の光束の集束位置に配置されるのでロッドインテグレータの入射面の大きさと同程度の大きさで済むため、従来に比べて格段に小型な色分割素子を構成できて装置の小型化に有効であると同時に低コストが実現される。さらに色分割素子が小型になるので、装置全体の小型化、とりわけ装置の薄型化を可能にする。

次に、本発明の第３の実施の形態として本発明の照明光学系を有するプロジェクタについて図１、図６を参照して説明する。図１の投写型表示装置１００は上述の第１実施の形態の照明光学系１を備え、照明光学系１から表示パネル６０所定の全表示領域に対して逐次色分割された複数の色光の光束を切り替えながら照射し、照射される色光の時間に同期させて表示パネル６０を駆動することにより表示パネル６０をカラー表示させ、表示されたカラー画像を投写レンズ７０によってプロジェクタ１００から外部の投射面に投写する。図６の投写型表示装置２００も上述の第２の実施の形態の照明光学系２を備え、照明光学系２から表示パネル６０に対して逐次色分割された複数の色光の光束を切り替えながら照射し、照射される色光の時間に同期させて表示パネル６０を駆動することにより表示パネル６０をカラー表示させ、表示されたカラー画像を投写レンズ７０によってプロジェクタ２００から外部の投射面に投写する。

本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の模式的構成図である。 ダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）はダイクロイックフィルタの３領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示すグラフである。 回転プリズムの回転と集束光の色分割部材とロッドインテグレータへの入射の関係を示す模式図であり、（ａ）は光軸が回転プリズムの入射面に垂直な場合、（ｂ）は回転プリズムが時計回りに回転した場合、（ｃ）は回転プリズムが時計回りにさらに回転した場合である。 第４の領域を設けたダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）はダイクロイックフィルタの４領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の応用例の模式的構成図である。 本発明の第２の実施の形態の照明光学系とその照明光学系を備えた投写型表示装置の模式的構成図である。 色分割部材を構成するダイクロイックフィルタの説明図であり、（ａ）は色分割部材の３領域を示す模式図であり、（ｂ）はそれぞれの領域における波長の透過率を示グラフである。 色分割部材に入射する光束の集束位置の軌跡の説明図である。 従来技術のカラーホイール本体の模式図である。 従来技術の小型化された光源ランプとリフレクタの模式的部分断面外形図である。

符号の説明

１、２ 照明光学系
１０ 光源部
１１ 光源
１２、９６ リフレクタ
１３ 光軸
１４ 光束
１５ 凹レンズ
１６ 凸レンズ
２０ 回転プリズム
２１ 入射面
２２ 出射面
２３ 回転軸
２４ 楔形断面円板
２５、９２ モータ
３０、８０ ダイクロイックフィルタ
３１、８１ 第１の領域
３２、８２ 第２の領域
３３，８３ 第３の領域
３４、８４ 第１のダイクロイックフィルム
３５、８５ 第２のダイクロイックフィルム
３６、８６ 第３のダイクロイックフィルム
３７ 第４の領域
４０ ロッドインテグレータ
４１ 第１の光束
４２ 第２の光束
４３ 第３の光束
５１ フィールドレンズ
５２ コンデンサレンズ
６０ 表示パネル
７０ 投写レンズ
８７ 集束位置の軌跡
９１ カラーホイール本体
９３ 光源ランプ
９４ 管壁
９５ コーティング
１００、２００ 投写型表示装置

Claims (18)

1. 光源と、
   相異なるスペクトルを透過する複数の領域を有する固定配置された色分割部材と、
   前記色分割部材の出射面側に入射面が設けられ、入射した光を出射面から出射する導光部材と、
   前記光源と前記色分割部材との間の光路上に配置されて、前記光源からの前記光を前記色分割部材のいずれかの前記領域に入射させる選択入射手段と、
   前記導光部材から出射された光束を表示パネルに結像させる結像手段とを有する、表示パネルの照明光学系。
2. 前記色分割部材は、それぞれが少なくとも３種類の相異なるスペクトルのいずれかを透過する領域を有する、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
3. 前記色分割部材は、Ｇ色、Ｂ色、およびＲ色を透過する３個の領域を有する、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
4. 前記色分割部材の前記領域には、該領域を透過させるスペクトルを透過し、他のスペクトルを反射するダイクロイックフィルムが設けられている、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
5. 前記色分割部材は、さらに全光線を透過する領域を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系。
6. 前記色分割部材は、前記導光部材の入射面上に直接設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系
7. 前記導光部材はロッドインテグレータである、請求項１に記載の表示パネルの照明光学系。
8. 前記色分割部材の前記各領域は長方形であって長方形の長辺が互いに接しており、前記選択入射手段は光源から入射した光の光束を前記領域の前記長辺に直交する方向に移動させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系。
9. 前記色分割部材の前記各領域上での前記光束の移動が、前記光源と前記色分割部材との間の光路上に配置された角柱プリズムの動作によって行われる、請求項８に記載の表示パネルの照明光学系。
10. 前記角柱プリズムと前記光源との間には凹レンズが設けられ、前記角柱プリズムと前記色分割部材との間には凸レンズが設けられている、請求項９に記載の表示パネルの照明光学系。
11. 前記導光部材の前記各領域上での前記光束の移動が、前記光源と前記導光部材との間の光路上に配置された回転多面鏡の動作によって行われる、請求項８に記載の表示パネルの照明光学系。
12. 前記色分割部材は円板状であり、前記各領域は扇形であって側辺が互いに接して円形を形成しており、前記選択入射手段は光源から入射した光の光束を円形に組み合わされた前記領域上を円方向に移動させる、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系。
13. 前記導光部材の前記各領域上での前記光束の移動が、前記光源と前記導光部材との間の光路上に配置された楔形の断面を有する楔形断面円板の前記導光部材の光軸と平行な中心軸上の回転動作によって行われる、請求項１２に記載の表示パネルの照明光学系。
14. 前記表示パネルが、単板式の液晶デバイスである、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系。
15. 前記表示パネルが、反射型の単板式のデバイスである、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系。
16. 前記反射型の単板式のデバイスが、ＤＭＤあるいはＬＣｏｓである、請求項１５に記載の表示パネルの照明光学系。
17. 表示パネルと、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の表示パネルの照明光学系とを有する、投写型表示装置。
18. 光源部から集束点に向けて光束を出射するステップと、
    色分割部材に設けられたそれぞれが所定の色光のみを透過する領域上における前記光束の所定の経路での走査によって、時系列でそれぞれの色光を有する光束として出射するステップと、
    前記色光を有する光束の輝度分布を均一化させるステップと、
    輝度分布が均一化された前記光束を表示パネルに結像させるステップとを含む、表示パネルの照明光学系における色分割方法。

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