JP4335664B2 - 投射型映像表示装置、背面投射型映像表示装置、光学ユニット及びスクリーンユニット - Google Patents

Description

本発明は、光源側からの光を液晶パネル等の映像表示素子に照射し映像信号に応じた光学像を形成して拡大投射する投射型映像表示技術に関する。

本発明に関連した従来技術としては、例えば特許第２８００８１２号明細書（特許文献１）に記載されたものがある。該特許明細書には、カラー画像生成ユニットにおいて、透過型ライトバルブで変調された光を色合成するためのプリズムとして、赤色光（以下、Ｒ光という）と青色光（以下、Ｂ光という）を反射し、緑色光（以下、Ｇ光という）を透過する２種類のダイクロイック面を有する構成のものが記載されている。

特許第２８００８１２号明細書

上記特許明細書記載の従来技術においても、例えば、光源に超高圧水銀ランプ等を用い、紫外線をカットするフィルタを併用した場合には、光路上におけるＢ光の光量が他の色光に比べて少なくなり、この結果、白の色温度が下がってくすんだ白色となる。一方、Ｇ光は光量が多いために明るさは確保されるが、Ｂ光との差が増大するために、色合成された光は緑がかった光となり、映像の品位が低下する。
本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、投射型映像表示技術または背面投射型映像表示技術において、明るさを確保するとともに、白の色温度の低下を抑えて彩度を高くし映像の品位を確保できるようにすることである。
本発明の目的は、かかる課題点を解決し、明るく彩度の高い高画質画面が得られ、偏光板やパネルなどの光学部品の信頼性も確保可能な投射型映像表示技術または背面投射型映像表示技術の提供にある。

上記課題点を解決するために、本発明では、投射型映像表示技術として、映像表示素子で変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光光のうち、Ｂ光の偏光光を、内部の反射膜での反射を含めた透過率が最も高い状態または出射される光量が最も多くなる状態で通すとともに他の色光と色合成する色合成手段を備えた構成とする。また、背面投射型映像表示技術として、上記構成の色合成手段に加え、少なくともＢ光に対する透過率が７５％以上のスクリーンユニットを備えた構成とする。

本発明によれば、投射型映像表示技術または背面投射型映像表示技術において、明るく彩度の高い高画質画面が得られるとともに、偏光板やパネルなどの光学部品の信頼性の確保も可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態につき、図面を用いて説明する。
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態の説明図である。図１は、第１の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図、図２は、図１の投射型映像表示装置の色合成手段として用いるダイクロイックプリズムの説明図、図３は、図２のダイクロイックプリズムの透過率特性の説明図、図４は黒体の軌跡を示す図、図５は、光源の発光スペクトル分布例と比視感度特性例を示す図である。本第１の実施形態の投射型映像表示装置では、映像表示素子として透過型の液晶パネルを用いるとする。

図１において、１は光源ユニット、２は照明系の光軸、３は、複数の微小な集光レンズより成り、複数の２次光源を形成して光束断面における照度分布が均一になるようにするための第１のアレイレンズ、４は、同じく複数の微小な集光レンズより成り、該第１のアレイレンズ３の個々のレンズ像を結像するための第２のアレイレンズ、５は、偏光ビームスプリッタと１／２波長位相差板から成り、第２のアレイレンズ４側からの光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離後、該両偏光光のうちのＰ偏光光の偏光方向を回転しＳ偏光光に揃える偏光変換手段としての偏光変換素子、６は集光用のコンデンサレンズ、７ａ、７ｂは、該Ｓ偏光光を反射と透過により色分離する分離手段としてのダイクロイックミラーであり、うち７ａは、Ｒ光（赤色光）を反射しＢ光（青色光）とＧ光（緑色光）を透過する赤色光反射用ダイクロイックミラー、７ｂは、Ｇ光を反射しＢ光を透過する緑色光反射用ダイクロイックミラーである。９ａ、９ｂはフィールドレンズ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃは全反射ミラー、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂはそれぞれ集光レンズ、１４は、赤色光反射用ダイクロイックミラー７ａで反射されたＲ光中の黄色光を反射により除去するトリミングフィルタ、１５は、紫外線を除去するＵＶフィルタ、１９Ｒは映像表示素子としての赤色光用透過型液晶パネル、１９Ｇは同じく緑色光用透過型液晶パネル、１９Ｂは同じく青色光用透過型液晶パネル、１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂは入射側偏光板、２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは出射側偏光板、２５Ｇは１／２波長位相差板、２１は、色合成手段としてのダイクロイックプリズム、２２は、ダイクロイックプリズム２１からの色合成された光をスクリーン（図示なし）に拡大投射する投射レンズユニットである。赤色光用透過型液晶パネル１９Ｒ、緑色光用透過型液晶パネル１９Ｇ、青色光用透過型液晶パネル１９Ｂはそれぞれ、駆動回路（図示なし）により、映像信号に応じて駆動される。ダイクロイックプリズム２１は、各色光用透過型液晶パネル１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂで変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光光のうち、Ｂ光の偏光光を、内部の反射膜での反射を含む全体の透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通すとともに他の色光と色合成する。上記光源ユニット１から上記投射レンズユニット２２までの光学系は、本投射型映像表示装置における光学ユニットを構成する。

上記構成において、上記光源ユニット１から出た光は、第１のアレイレンズ３で複数の２次光源像を形成した後、第２のアレイレンズ４で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、偏光変換素子５内で偏光ビームスプリッタ（図示なし）により白色光のＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、同じく偏光変換素子５内で１／２波長位相差板（図示なし）により、該分離されたＰ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、コンデンサレンズ６を経て赤色光反射用ダイクロイックミラー７ａに入射される。該赤色光反射用ダイクロイックミラー７ａでは、その色分離膜において、白色光のＳ偏光光のうちＲ光のＳ偏光光が反射され、Ｇ光＋Ｂ光のＳ偏光光が透過される。反射されたＲ光は、全反射ミラー１０ａで反射され、トリミングフィルタ１４で黄色光成分を除去され、集光レンズ１２Ｒを通って入射側偏光板１８Ｒに入射する。入射側偏光板１８Ｒでは、所定の偏光方向の光が透過されて偏光の純度が上げられる。入射側偏光板１８Ｒを出たＲ光のＳ偏光光は、透過型液晶パネル１９Ｒに入射し、該透過型液晶パネル１９Ｒでは映像信号の振幅に応じてＴＦＴ電極に印加される電圧が変化し光のねじれ量が変わって偏光軸が動くため、出射側偏光板で吸収される。この結果、光の強度が画素への印加電圧により変調されるため、パネル全体でみた場合には、光学像が形成される。透過型液晶パネル１９Ｒで変調されたＲ光のＳ偏光光は、出射側偏光板２０Ｒを通ってダイクロイックプリズム２１に入射する。ダイクロイックプリズム２１内では、入射したＲ光のＳ偏光光は、第１の反射膜５０ａで反射され、ダイクロイックプリズム２１内を透過して出射し、投射レンズユニット２２に入る。

一方、赤色光反射用ダイクロイックミラー７ａを透過したＧ光＋Ｂ光のＳ偏光光は緑色光反射用ダイクロイックミラー７ｂに入射する。緑色光反射用ダイクロイックミラー７ｂでは、その色分離膜において、Ｇ光が反射され、Ｂ光が透過される。反射されたＧ光は、集光レンズ１２Ｇを通って入射側偏光板１８Ｇに入射する。入射側偏光板１８Ｇでは、所定の偏光方向の光が透過されて偏光の純度が上げられる。入射側偏光板１８Ｇを出たＧ光のＳ偏光光は、透過型液晶パネル１９Ｇに入射し、該透過型液晶パネル１９Ｇでは、映像信号に応じて変調され、光学像を形成する。透過型液晶パネル１９Ｇで変調されたＧ光のＳ偏光光は、出射側偏光板２０Ｇを通って１／２波長位相差板２５Ｇに入射する。１／２波長位相差板２５Ｇでは、Ｇ光のＳ偏光光はＰ偏光光に変換される。１／２波長位相差板２５Ｇから出た該Ｇ光のＰ偏光光は、ダイクロイックプリズム２１に入射する。ダイクロイックプリズム２１内では、入射したＧ光のＰ偏光光は、第１の反射膜５０ａ、第２の反射膜５０ｂを透過して、ダイクロイックプリズム２１内を透過して出射し、投射レンズユニット２２に入射する。

緑色光反射用ダイクロイックミラー７ｂを透過したＢ光のＳ偏光光は、フィールドレンズ９ａを通り、全反射ミラー１０ｂで反射されて光路方向を変更され、フィールドレンズ９ｂ、ＵＶフィルタ１５を通って、全反射ミラー１０ｃで反射される。反射されたＢ光のＳ偏光光は、集光レンズ１２Ｂを通って入射側偏光板１８Ｂに入射する。入射側偏光板１８Ｂでは、所定の偏光方向の光が透過されて偏光の純度が上げられる。入射側偏光板１８Ｂを出たＢ光のＳ偏光光は、透過型液晶パネル１９Ｂに入射し、該透過型液晶パネル１９Ｂでは映像信号に応じて変調され、光学像を形成する。透過型液晶パネル１９Ｂで変調されたＢ光のＳ偏光光は、出射側偏光板２０Ｂを通ってダイクロイックプリズム２１に入射する。ダイクロイックプリズム２１内では、該Ｂ光のＳ偏光光は、第２の反射膜５０ｂで反射され、ダイクロイックプリズム２１内を透過して出射し、投射レンズユニット２２に入る。ダイクロイックプリズム２１内では、上記第１の反射膜５０ａで反射されたＲ光のＳ偏光光と、上記第２の反射膜５０ｂで反射されたＢ光のＳ偏光光と、第１の反射膜５０ａ、第２の反射膜５０ｂを透過したＧ光のＰ偏光光とが色合成され、白色光として出射される。

上記ダイクロイックプリズム２１は、上記Ｂ光のＳ偏光光の透過率を、Ｒ光のＳ偏光光の透過率やＧ光のＰ偏光光の透過率よりも高くなるようにし、Ｂ光のＳ偏光光の該ダイクロイックプリズム２１からの出射光量が、Ｒ光のＳ偏光光の出射光量や、Ｇ光のＰ偏光光の出射光量よりも多くなるようにしてある。ダイクロイックプリズム２１の透過率は、Ｂ光のＳ偏光光の場合は、第２の反射膜５０ｂの反射率とプリズム硝材の透過率との積の関数となり、Ｒ光のＳ偏光光の場合は、第１の反射膜５０ａの反射率とプリズム硝材の透過率との積の関数となり、また、Ｇ光のＰ偏光光の場合は、第１の反射膜５０ａの透過率、第２の反射膜５０ｂの透過率とプリズム硝材の透過率との積の関数となる。このため、具体的には、例えば、該ダイクロイックプリズム２１内部の上記第２の反射膜５０ｂまたは上記第１の反射膜５０ａのいずれか一方または両方の反射特性や透過特性を変えることにより、上記第２の反射膜５０ｂにおける上記Ｂ光のＳ偏光光の反射率が、上記第１の反射膜５０ａにおける上記Ｒ光のＳ偏光光の反射率や、該第１の反射膜５０ａ、該第２の反射膜５０ｂにおける上記Ｇ光のＰ偏光光の透過率よりも高くなるようにして、上記第２の反射膜５０ｂにおける上記Ｂ光のＳ偏光光の反射量が、上記第１の反射膜５０ａにおける上記Ｒ光のＳ偏光光の反射量や、該第１の反射膜５０ａ、該第２の反射膜５０ｂにおける上記Ｇ光のＰ偏光光の透過量よりも多くなるようにし、Ｂ光のＳ偏光光のダイクロイックプリズム２１からの出射光量を他の色光の偏光光の出射光量よりも多くする。

以下、図２〜図５の説明中で用いる上記図１の投射型映像表示装置の構成要素には、図１の場合と同じ符号を付すとする。
図２は、図１の投射型映像表示装置のダイクロイックプリズムの説明図である。
図２において、透過型液晶パネル１９Ｒで変調されたＲ光のＳ偏光光Ｓ_Ｒは、出射側偏光板２０Ｒを通ってダイクロイックプリズム２１に入射し、ダイクロイックプリズム２１内では、第１の反射膜５０ａで反射され、ダイクロイックプリズム２１内を通って外部に出射される。同様に、透過型液晶パネル１９Ｂで変調されたＢ光のＳ偏光光Ｓ_Ｂは、出射側偏光板２０Ｂを通ってダイクロイックプリズム２１に入射し、ダイクロイックプリズム２１内では、第２の反射膜５０ｂで反射され、ダイクロイックプリズム２１内を通って外部に出射される。また、透過型液晶パネル１９Ｇで変調されたＧ光のＳ偏光光は、出射側偏光板２０Ｇを通って１／２波長位相差板２５Ｇに入射し、該１／２波長位相差板２５ＧでＰ偏光光Ｐ_Ｇに変換される。１／２波長位相差板２５Ｇから出た該Ｇ光のＰ偏光光Ｐ_Ｇは、ダイクロイックプリズム２１に入射し、ダイクロイックプリズム２１内では、第１の反射膜５０ａ、第２の反射膜５０ｂを透過して、ダイクロイックプリズム２１内を通って外部に出射される。第１の反射膜５０ａで反射されたＲ光のＳ偏光光Ｓ_Ｒ、第２の反射膜５０ｂで反射されたＢ光のＳ偏光光Ｓ_Ｂ、及び第１の反射膜５０ａ、第２の反射膜５０ｂを透過したＧ光のＰ偏光光Ｐ_Ｇは互いに色合成された状態で該ダイクロイックプリズム２１から出射される。本構成においては、Ｂ光のＳ偏光光Ｓ_Ｂの第２の反射膜５０ｂにおける反射率は、Ｒ光のＳ偏光光Ｓ_Ｒの第１の反射膜５０ａにおける反射率、Ｇ光のＰ偏光光Ｐ_Ｇの第１の反射膜５０ａ、第２の反射膜５０ｂにおける透過率のいずれよりも高くされ、Ｂ光のＳ偏光光Ｓ_Ｂの出射光量は、Ｒ光のＳ偏光光Ｓ_Ｒの出射光量、Ｇ光のＰ偏光光Ｐ_Ｇの出射光量のいずれよりも多くなるようにされている。

図３は、図２のダイクロイックプリズム２１における全体の透過率特性の説明図である。（ａ）、（ｂ）とも、Ｂ光の透過率１００Ｂが他の色光の透過率１００Ｒ、１００Ｇよりも高い基本特性を示すが、うち（ａ）は、Ｒ光の透過率１００ＲがＧ光の透過率１００Ｇよりも高い場合を示し、（ｂ）は、Ｇ光の透過率１００Ｇ'がＲ光の透過率１００Ｒよりも高い場合を示す。（ａ）、（ｂ）いずれの特性においても、Ｂ光の透過率１００Ｂが他の色光の透過率よりも高く、ダイクロイックプリズム２１からの出射光量を多くすることができるため、白の色温度を上昇させるとともに明るさも向上させる。

図４は、黒体の軌跡を示す図である。
図４において、Ａは黒体の軌跡を示す。上記のように、ダイクロイックプリズム２１からのＢ光の出射光量を、Ｇ光やＲ光の出射光量よりも多くすることにより、白の色温度が高くなり、黒体の軌跡Ａ上で動作点が色度座標の原点側に移動し、Ｙ値の小さい鮮やかな白色が再現される。例えばテレビセットなどにおいて１２０００°Ｋを超える高い色温度の白を用いるとした場合、ダイクロイックプリズム２１を用いることでＧ光の光量がＢ光の光量に対して抑えられるため、上記鮮やかな白色が得られると同時に、高コントラスト化が可能となる。

図５は、光源の発光スペクトル分布例と人間の目の比視感度特性を示す図である。（ａ）は超高圧水銀ランプの場合の発光スペクトル分布例、（ｂ）は比視感度特性である。超高圧水銀ランプの光エネルギーは、（ａ）に示すように、Ｂ光とＧ光で高く、Ｒ光では低い。光路上に、例えば紫外線除去用のＵＶフィルタ等を設けた場合は、該ＵＶフィルタ等によりＢ光成分も除去されるため、Ｂ光の光量は減少する。一方、人間の目の比視感度は、（ｂ）に示すように、Ｇ光に対して高く、Ｂ光とＲ光に対しては低い。従って、色度を向上させ映像の色バランスを確保するためには、Ｂ光の光量を増大させることが必要となる。増大にあたっては、偏光板や液晶パネルの温度上昇を抑えるために、該偏光板や該液晶パネルを通った後のＢ光につき、ダイクロイックプリズム２１内を透過する過程で光量を増大させる。

上記本発明の第１の実施形態によれば、偏光板や透過型液晶パネルを通った後のＢ光につき、ダイクロイックプリズム２１内での透過率を上げて光量を増大させる構成のため、偏光板や透過型液晶パネルなどの光学部品の温度上昇を抑え信頼性を確保した状態で、色温度が高く黒体の軌跡Ａに近い（＝Ｙ値が小さい）鮮やかな白色が得られ、高コントラスト性、高光量化が達成される。

図６は、本発明の第２の実施形態としての投射型映像表示装置の構成例図である。本投射型映像表示装置では、映像表示素子として反射型液晶パネルを用いる。
図６において、１は光源ユニット、２は照明系光路の光軸、３は第１のアレイレンズ、４は第２のアレイレンズ、５は、第２のアレイレンズ４側からの白色光をＰ偏光光とＳ偏光光とに分離後、該両偏光光のうち、Ｐ偏光光の偏光方向を回転してＳ偏光光に揃える偏光変換手段としての偏光変換素子、６は集光用のコンデンサレンズ、７ｃ、７ｄは、Ｓ偏光光を反射と透過により色分離する分離手段としてのダイクロイックミラーであり、うち７ｃは、Ｒ光とＧ光を反射しＢ光を透過する青色光透過用ダイクロイックミラー、７ｄは、Ｇ光を反射しＲ光を透過する赤色光透過用ダイクロイックミラーである。９ｃ、９ｄ、９ｅはフィールドレンズ、１０ｄ、１０ｅは全反射ミラー、１１９Ｒは、映像表示素子としての赤色光用反射型液晶パネル、１１９Ｇは、同じく緑色光用反射型液晶パネル、１１９Ｂは、同じく青色光用反射型液晶パネル、１３０Ｒは、Ｒ光のＳ偏光光を反射しＰ偏光光を透過させる偏光ビームスプリッタ（以下、赤色光用ＰＢＳという）、１３０Ｇは、Ｇ光のＳ偏光光を反射しＰ偏光光を透過させる偏光ビームスプリッタ（以下、緑色光用ＰＢＳという）、１３０Ｂは、Ｂ光のＳ偏光光を反射しＰ偏光光を透過させる偏光ビームスプリッタ（以下、青色光用ＰＢＳという）、１４０Ｒは、Ｒ光の色純度を上げるための赤色光用トリミングフィルタ、１４０Ｇは、Ｇ光の色純度を上げるための緑色光用トリミングフィルタ、１４０Ｂは、Ｂ光の色純度を上げるための青色光用トリミングフィルタ、１４５Ｒ、１４５Ｇ及び１４５Ｂは集光レンズ、２１'は、色合成手段としてのダイクロイックプリズム、１２５Ｒ、１２５Ｂはそれぞれ１／２波長位相差板、２２'は投射レンズユニットである。赤色光用反射型液晶パネル１１９Ｒ、緑色光用反射型液晶パネル１１９Ｇ、青色光用反射型液晶パネル１１９Ｂはそれぞれ、駆動回路（図示なし）により、映像信号に応じて駆動される。ダイクロイックプリズム２１'は、各色光用反射型液晶パネル１１９Ｒ、１１９Ｇ、１１９Ｂで変調されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光光のうち、特にＢ光の偏光光を、内部の反射膜での反射を含む全体の透過率を最も高くした状態または出射される光量が最も多くなる状態で通すとともに他の色光と色合成する。上記光源ユニット１から上記投射レンズユニット２２'までの光学系は、本投射型映像表示装置における光学ユニットを構成する。

上記構成において、上記光源ユニット１から出た光は、第１のアレイレンズ３で複数の２次光源像を形成した後、第２のアレイレンズ４で該複数の２次光源像を結像し、該結像光が、偏光変換素子５内で偏光ビームスプリッタ（図示なし）により白色光のＰ偏光光とＳ偏光光とに分離され、同じく偏光変換素子５内で１／２波長位相差板（図示なし）により、該分離されたＰ偏光光が偏光方向を回転されてＳ偏光光とされ、上記偏光ビームスプリッタで分離されたＳ偏光光と併せ、コンデンサレンズ６を経て全反射ミラー１０ｄで反射され、光路方向を変更される。全反射ミラー１０ｄで反射された白色光のＳ偏光光は、青色光透過用ダイクロイックミラー７ｃに入射される。該青色光透過用ダイクロイックミラー７ｃでは、その色分離膜において、白色光のＳ偏光光のうちＢ光のＳ偏光光が透過され、Ｇ光＋Ｒ光のＳ偏光光が反射される。反射されたＧ光＋Ｒ光のＳ偏光光は、赤色光透過用ダイクロイックミラー７ｄに入射され、該赤色光透過用ダイクロイックミラー７ｄではＲ光のＳ偏光光が透過され、Ｇ光のＳ偏光光が反射される。透過されたＲ光のＳ偏光光は、集光レンズ１４５Ｒ、赤色光用トリミングフィルタ１４０Ｒを経て、赤色光用ＰＢＳ１３０Ｒに入射して反射され、赤色光用反射型液晶パネル１１９Ｒに照射される。赤色光用反射型液晶パネル１１９Ｒでは、照射されたＲ光のＳ偏光光は、映像信号に応じて変調されかつＰ偏光光に変換された状態で光学像を形成し反射方向に出射される。出射されたＲ光のＰ偏光光は、赤色光用ＰＢＳ１３０Ｒを透過して１／２波長位相差板１２５Ｒに入射し、該１／２波長位相差板１２５Ｒで再びＳ偏光光に変換される。該変換されたＳ偏光光は、ダイクロイックプリズム２１'に入射する。ダイクロイックプリズム２１'内では、入射したＲ光のＳ偏光光は、第１の反射膜５０ａ'で反射され、該ダイクロイックプリズム２１'内を透過して出射し、投射レンズユニット２２'に入る。

一方、赤色光透過用ダイクロイックミラー７ｄで反射されたＧ光のＳ偏光光は、集光レンズ１４５Ｇ、緑色光用トリミングフィルタ１４０Ｇを経て、緑色光用ＰＢＳ１３０Ｇに入射して反射され、緑光用反射型液晶パネル１１９Ｇに照射される。緑色光用反射型液晶パネル１１９Ｇでは、照射されたＧ光のＳ偏光光は、映像信号に応じて変調されかつＰ偏光光に変換された状態で光学像を形成し反射方向に出射される。出射されたＧ光のＰ偏光光は、緑色光用ＰＢＳ１３０Ｇを透過してダイクロイックプリズム２１'に入射する。ダイクロイックプリズム２１'内ではＧ光のＰ偏光光は、第１の反射膜５０ａ'及び第２の反射膜５０ｂ'を透過し、該ダイクロイックプリズム２１'内を透過して出射し、投射レンズユニット２２'に入る。

また、青色光透過用ダイクロイックミラー７ｃを透過したＢ光のＳ偏光光は、フィールドレンズ９ｃ、９ｄを通り、全反射ミラー１０ｅで反射されて光路方向を変更され、フィールドレンズ９ｅを通り、さらに、集光レンズ１４５Ｂ、青色光用トリミングフィルタ１４０Ｂを経て、青色光用ＰＢＳ１３０Ｂに入射して反射され、青色光用反射型液晶パネル１１９Ｂに照射される。青色光用反射型液晶パネル１１９Ｂでは、照射されたＢ光のＳ偏光光は、映像信号に応じて変調されかつＰ偏光光に変換された状態で光学像を形成し反射方向に出射される。出射されたＢ光のＰ偏光光は、青色光用ＰＢＳ１３０Ｂを透過して１／２波長位相差板１２５Ｂに入射し、該１／２波長位相差板１２５Ｂで再びＳ偏光光に変換される。該変換されたＢ光のＳ偏光光は、ダイクロイックプリズム２１'に入射する。ダイクロイックプリズム２１'内では、第２の反射膜５０ｂ'で反射され、該ダイクロイックプリズム２１'内を透過して出射し、投射レンズユニット２２'に入る。

第１の反射膜５０ａ'で反射された上記Ｒ光のＳ偏光光、第１の反射膜５０ａ'、第２の反射膜５０ｂ'を透過した上記Ｇ光のＰ偏光光、及び第２の反射膜５０ｂ'で反射された上記Ｂ光のＳ偏光光は互いに色合成された状態で該ダイクロイックプリズム２１'から出射され、合成光として投射レンズユニット２２'に入る。

上記ダイクロイックプリズム２１'は、上記Ｂ光のＳ偏光光の透過率を、Ｒ光のＳ偏光光の透過率やＧ光のＰ偏光光の透過率よりも高くなるようにし、Ｂ光のＳ偏光光の該ダイクロイックプリズム２１'からの出射光量が、Ｒ光のＳ偏光光の出射光量や、Ｇ光のＰ偏光光の出射光量よりも多くなるようにしてある。該ダイクロイックプリズム２１'の透過率は、Ｂ光のＳ偏光光の場合は、第２の反射膜５０ｂ'の反射率とプリズム基材としてのプリズム硝材の透過率との積の関数となり、Ｒ光のＳ偏光光の場合は、第１の反射膜５０ａ'の反射率とプリズム硝材の透過率との積の関数となり、また、Ｇ光のＰ偏光光の場合は、第１の反射膜５０ａ'の透過率、第２の反射膜５０ｂ'の透過率とプリズム硝材の透過率との積の関数となる。このため、具体的には、例えば、該ダイクロイックプリズム２１'内部の上記第２の反射膜５０ｂ'または上記第１の反射膜５０ａ'のいずれか一方または両方の反射特性や透過特性を変えることにより、上記第２の反射膜５０ｂ'における上記Ｂ光のＳ偏光光の反射率が、上記第１の反射膜５０ａ'における上記Ｒ光のＳ偏光光の反射率や、該第１の反射膜５０ａ'、該第２の反射膜５０ｂ'における上記Ｇ光のＰ偏光光の透過率よりも高くなるようにして、上記第２の反射膜５０ｂ'における上記Ｂ光のＳ偏光光の反射量が、上記第１の反射膜５０ａ'における上記Ｒ光のＳ偏光光の反射量や、該第１の反射膜５０ａ'、該第２の反射膜５０ｂ'における上記Ｇ光のＰ偏光光の透過量よりも多くなるようにし、Ｂ光のＳ偏光光のダイクロイックプリズム２１'からの出射光量を、他の色光の偏光光における出射光量よりも多くする。

上記本発明の第２の実施形態によっても、反射型液晶パネルを通った後のＢ光につき、ダイクロイックプリズム２１'内での透過率を上げて光量を増大させる構成としているため、該反射型液晶パネルなどの光学部品の温度上昇を抑え信頼性を確保した状態で、色温度が高く黒体の軌跡Ａ（図４）に近い（＝Ｙ値が小さい）鮮やかな白色が得られ、同時に高コントラスト化、高光量化も可能となる。

図７及び図８は、本発明の第３の実施形態の説明図である。図７は、第３の実施形態としての背面投射型映像表示装置の構成例図、図８は、図７の装置に用いるスクリーンユニットの透過率の説明図である。
図７において、３１は、映像光を投射レンズユニットから出射する投射型映像表示装置、３２はミラー、３３は筐体、３４はスクリーンユニットである。投射型映像表示装置３１としては、例えば、上記第１の実施形態や第２の実施形態のような構成のものを用いる。上記構成において、投射型映像表示装置３１から投射された光（Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の合成光）は、ミラー３２で反射され、スクリーンユニット３４に照射される。スクリーンユニット３４では該照射された光は、該スクリーンユニット３４の背面側から表面側に向けて透過され、該表面側に映像を表示する。該スクリーンユニット３４は、レンチキュラーレンズ部分とフレネルレンズ部分とを備えて構成され、Ｂ光に対する透過率が７５％以上の構成とされている。

図８は、上記図７に示すスクリーンユニット３４の透過率の説明図である。（ａ）は上記第３の実施形態に用いるスクリーンユニット３４の透過率を示す図、（ｂ）は従来技術によるスクリーンユニットの透過率を示す図である。
図８において、２００ｆ、２００ｆ'はフレネルレンズの透過率、２００ｒ、２００ｒ'はレンチキュラーレンズの透過率、２００ｔ、２００ｔ'は、スクリーンユニットの透過率である。スクリーンユニットの透過率２００ｔは、フレネルレンズの透過率２００ｆとレンチキュラーレンズの透過率２００ｒの積として与えられ、スクリーンユニットの透過率２００ｔ'は、フレネルレンズの透過率２００ｆ'とレンチキュラーレンズの透過率２００ｒ'の積として与えられる。スクリーンユニット３４では、（ａ）に示すように、Ｂ光及びＧ光に対するレンチキュラーレンズの透過率２００ｒが、従来の透過率２００ｒ'に比べて大幅に改善（増加）され、スクリーンユニット３４としてＢ光に対する透過率２００ｔが７５％以上とされている。投射型映像表示装置３１に上記第１の実施形態の構成のものを用いた場合には、ダイクロイックプリズム２１内とスクリーンユニット３４内とでＢ光に対する透過率を増大させ該Ｂ光の光量を増大させるため、投射型映像表示装置３１内の偏光板や透過型液晶パネルの温度上昇を抑え信頼性を確保した状態で、スクリーンユニット３４に、コントラストと明るさの確保された映像が表示される。また、投射型映像表示装置３１に上記第２の実施形態の構成のものを用いた場合にも、ダイクロイックプリズム２１'内とスクリーンユニット３４内とでＢ光に対する透過率を増大させて該Ｂ光の光量を増大させるため、投射型映像表示装置３１内の反射型液晶パネル等の光学部品の温度上昇を抑え信頼性を確保した状態で、スクリーンユニット３４に、コントラストと明るさが確保された映像が表示される。

上記本発明の第３の実施形態によれば、背面投射型映像表示装置において、映像表示素子や偏光板等の光学部品の信頼性を確保した状態で、スクリーンユニット３４にコントラストと明るさが確保された映像を表示することができる。

なお、上記実施形態では、映像表示素子として液晶パネルを用いるとしたが、本発明はこれに限定されず、液晶パネル以外のものを用いてもよい。

本発明の第１の実施形態の投射型映像表示装置の構成例図である。 図１の投射型映像表示装置のダイクロイックプリズムの説明図である。 図２のダイクロイックプリズムの透過率特性の説明図である。 黒体の軌跡を示す図である。 光源の発光スペクトル分布例と比視感度特性例を示す図である。 本発明の第２の実施形態の投射型映像表示装置の構成例図である。 本発明の第３の実施形態の背面投射型映像表示装置の構成例図である。 図７の装置のスクリーンユニットの透過率の説明図である。

符号の説明

１…光源ユニット、
２…光軸、
３…第１のアレイレンズ、
４…第２のアレイレンズ、
５…偏光変換素子、
６…コンデンサレンズ、
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ…ダイクロイックミラー、
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ…フィールドレンズ、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ…全反射ミラー、
１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ、１４５Ｒ、１４５Ｇ、１４５Ｂ…集光レンズ、
１４、１４０Ｒ、１４０Ｇ、１４０Ｂ…トリミングフィルタ、
１５…ＵＶフィルタ、
１８Ｒ、１８Ｇ、１８Ｂ…入射側偏光板、
１９Ｒ、１９Ｇ、１９Ｂ…透過型液晶パネル、
２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ…出射側偏光板、
２５Ｇ、１２５Ｒ、１２５Ｂ…１／２波長位相差板、
２１、２１'…ダイクロイックプリズム、
２２、２２'…投射レンズユニット、
３１…投射型映像表示装置、
３２…ミラー、
３３…筐体、
３４…スクリーンユニット、
１１９Ｒ、１１９Ｇ、１１９Ｂ…反射型液晶パネル、
１３０Ｒ、１３０Ｇ、１３０Ｂ…色光用ＰＢＳ。

Claims (6)

1. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し、映像信号に応じて光学像を形成し、色合成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する映像表示素子と、
   上記映像表示素子を映像信号に応じて駆動する駆動回路と、
   上記映像表示素子で変調された上記各色光の偏光光のうち青色光の偏光光を、他の色光の偏光光に比べ、内部の反射膜での反射を含む全体の透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を互いに色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
2. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し、映像信号に応じて光学像を形成し、色合成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃えＳ偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光変換されたＳ偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光のＳ偏光光が照射され該偏光光を映像信号に基づき変調する透過型映像表示素子と、
   上記透過型映像表示素子を映像信号に応じて駆動する駆動回路と、
   上記変調された緑色光のＳ偏光光をＰ偏光光に変換して出射する１／２波長板と、
   上記映像表示素子で変調された赤色光のＳ偏光光を反射し、上記１／２波長板からの緑色光のＰ偏光光を透過させる第１の反射膜と、上記変調された青色光のＳ偏光光を反射し、上記１／２波長板からの緑色光のＰ偏光光を透過させる第２の反射膜とが略直交して形成され、該各色光の偏光光のうち青色光のＳ偏光光を、他の色光の偏光光に比べ、反射を含む全体の透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を互いに色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
3. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し、映像信号に応じて光学像を形成し、色合成して拡大投射する投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃えＳ偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光変換されたＳ偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光のＳ偏光光が照射され該偏光光を映像信号に基づき変調しＰ偏光光として出射する反射型映像表示素子と、
   上記反射型映像表示素子を映像信号に応じて駆動する駆動回路と、
   上記変調された赤色光及び青色光のＰ偏光光をＳ偏光光に変換して出射する１／２波長位相差板と、
   上記１／２波長位相差板から出射された赤色光のＳ偏光光を反射し、上記緑色光のＰ偏光光を透過させる第１の反射膜と、上記１／２波長位相差板から出射された青色光のＳ偏光光を反射し、上記緑色光のＰ偏光光を透過させる第２の反射膜とが略直交して形成され、該各色光の偏光光のうち青色光のＳ偏光光を、反射を含む透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備えた構成を特徴とする投射型映像表示装置。
4. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し映像信号に応じて形成した光学像をスクリーンユニットに拡大投射する背面投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する映像表示素子と、
   上記映像表示素子を映像信号に応じて駆動する駆動回路と、
   上記映像表示素子で変調された上記各色光の偏光光のうち青色光の偏光光を、他の色光の偏光光に比べ、内部の反射膜での反射を含む透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   上記投射レンズユニットからの投射光が背面側から照射されて透過し表面側に映像が表示されるスクリーンユニットと、
   を備えた構成を特徴とする背面投射型映像表示装置。
5. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し映像信号に応じて形成した光学像をスクリーンユニットに拡大投射する背面投射型映像表示装置であって、
   光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する映像表示素子と、
   上記映像表示素子を映像信号に応じて駆動する駆動回路と、
   上記映像表示素子で変調された上記各色光の偏光光のうち青色光の偏光光を、他の色光の偏光光に比べ、内部の反射膜での反射を含む透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   上記青色光に対する透過率が７５％以上である特性を有し、照射される上記投射レンズユニットからの投射光を背面側から透過して表面側に映像を表示するスクリーンユニットと、
   を備えた構成を特徴とする背面投射型映像表示装置。
6. 光源側からの光を偏光変換して映像表示素子に照射し、映像信号に応じて光学像を形成して拡大投射する光学ユニットであって、
   光源側からの光の偏光方向を揃え所定の偏光光として出射する偏光変換手段と、
   上記偏光光を、赤、緑、青の各色光に分離する分離手段と、
   上記分離された各色光の偏光光が照射され映像信号に基づき該偏光光を変調する映像表示素子と、
   上記映像表示素子で変調された上記各色光の偏光光のうち青色光の偏光光を、他の色光の偏光光に比べ、内部の反射膜での反射を含む透過率が最も高くなる状態または出射される光量が最も多くなる状態で通し、該各色光の偏光光を互いに色合成する色合成手段と、
   上記色合成された偏光光の光学像を拡大投射する投射レンズユニットと、
   を備えた構成を特徴とする光学ユニット。

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