JPH01227185A - 投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はライトパルプに形成される光学像を照明光で照
射するとともに投写レンズによりスクリーン上に投写す
る投写型表示装置に関するものである。

従来の技術 大画面の映像表示を行なうために、比較的小さなライト
パルプに光学的特性の変化として映像信号に応じた光学
像を形成し、この光学像を照明光で照射するとともに投
写レンズによりスクリーン上に拡大投写する方法が従来
からよ（知られている。この種の投写型表示装置は、投
写画像の解像度がライトパルプの解像度でほぼ決まり、
光源を強くすれば光出力が大きくなるので、高解像度の
ライトパルプを用いればその表示面積が小さくても高解
像度で光出力の大きい投写型表示装置を実現することが
できる。また、最近では、ライトパルプとして液晶パネ
ルを用いる方法が注目されている（例えば、５ＩＤ８７
ダイジエスト第７５ページ）。このような投写型表示装
置の従来の構成の一例を第５図に示す。

ランプ１は赤、緑、青の色成分を含む光を放射し、ラン
プ１から放射される光は集光レンズ２と凹面鏡３とによ
り平行に近い光に変換され、熱線吸収フィルタ４を透過
した後、色分解手段５に入射する。色分解手段５は平板
型の青反射ダイクロイックミラー６と平板型の緑反射ダ
イクロイックミラー７とを平行に配置したもので、それ
らの法線８，９が入力光光軸１０に対して４５度となる
ように配置されている。色分解手段５を出た赤の光は平
面ミラー１）．１２を介して、緑の光はそのまま直進し
て、青の光は平面ミラー１３を介して、それぞれ対応す
る液晶パネル１４．１５．１６に入射する。液晶パネル
１４，１５．１６にはそれぞれの映像信号に応じて透過
率の変化として光学像が形成される。液晶パネル１４，
１５．１６からの出力光は光合成手段１７により１つに
合成されて実質的に緑の液晶パネル１５の位置にカラー
画像が形成される。このカラー画像はテレセンドリンク
の投写レン、ズ１８によりスクリーン（図示せず）上に
拡大投写される。光合成手段１７は４つの直角プリズム
１９，２０．２１．２２を接合したプリズム型のダイク
ロイックミラーであり、接合面２３．２４に赤反射グイ
クロイック多層膜が、接合面２５．２６に青反射グイク
ロイック多層膜が蒸着されている。多層膜の交差部２７
はその影響がスクリーン上に現れないように非常に細く
している。

第５図に示した投写型表示装置は、投写レンズが１本で
あるので画面サイズまたは投写レンズ１８からスクリー
ンまでの距離を容易に変えられるという特徴がある。

発明が解決しようとする課題 第５図に示した構成では、集光レンズ２から各液晶パネ
ル１４．１５．１６までの光路長が、青と緑の光は短く
、赤の光は長い、一般に、集光しンズ２から出る光は光
路が長くなるに従って光が拡がるので、青と緑の光は光
利用率が高いが、赤の光は光路長が長い分だけ光利用効
率が低（なる。

投写画像の白バランスを考えると、例えば青と緑の光の
光路に減衰フィルタを挿入して、最適な赤。

緑、青の照度比にする必要がある。装置全体の光利用効
率は最適な赤、緑、青の照度比に最も不足する色の光で
決定されるので、第５図に示した構成では装置全体の光
利用効率が低く、光出力が小さいという問題がある。ま
た、光源の光出力を大きくすれば装置の光出力を太き（
できるが、それだけ装置全体が大きくなるという問題が
ある９本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、光学
系の光利用効率を向上させて、コンパクトでしかも光出
力の大きい投写型表示装置を提供することを目的として
いる。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明の投写型表示装置は、
３原色の色成分を含む光を放射する光源と、前記光源の
出力光を３原色の光に分解するために２枚の平板型ダイ
クロイックミラーを入射光光軸に対して約４５度傾けて
略平行に配置した色分解手段と、映像信号に応じた光学
像が形成され前記色分解手段からの各出力光がそれぞれ
照射される３つのライトパルプと、前記各ライトパルプ
からの出力光を１つに合成する多層膜面をＸ字状に交差
させた光合成手段と、前記光合成手段からの出力光を受
け前記ライトパルプの光学像をスクリーン上に投写する
投写レンズと、前記色分解手段を直進して出射する光を
対応するライトパルプに導く光伝達手段と、前記色分解
手段の第１の平板型ダイクロイックミラーにより折り曲
げられて出射する光を対応するライトパルプに導く平面
ミラーとを備え、前記色分解手段の第２の平板型ダイク
ロイックミラーにより折り曲げられて出射する光は前記
光合成手段を直進するようにし、前記光伝達手段は入力
端に配置される入力部収束レンズと、出力端に配置され
る出力部収束レンズと、前記入力部収束レンズと前記出
力部収束レンズとの間の光路中に配置される中央部収束
レンズと、前記入力部収束レンズと前記中央部収束レン
ズとの間の光路を折り曲げる入力側平面ミラーと、前記
中央部収束レンズと前記出力部収束レンズとの間の光路
を折り曲げる出力側平面ミラーとを備え、前記光伝達手
段の光路中に前記光源内の発光体の実像が形成されるよ
うにしたものである。

作用 上記構成によれば、集光レンズと光伝達手段の入力部収
束レンズとにより中央部収束レンズ付近に光源内の発光
体の実像を形成し、中央部収束レンズにより入力部収束
レンズ付近の物体の実像を″出力部収束レンズ付近に形
成するようにしているので、入力部収束レンズに入射し
て中央部収束レンズに到達するような光はすべて出力部
収束レンズを通過して出力される。入力側平面ミラーと
出力側平面ミラーとは、光伝達手段内の光路を折り曲げ
るだけである。こうして、入力部収束レンズと中央部収
束レンズとが発散しようとする光を収束光に変換し、光
伝達手段の内部で光が拡がることによる光利用効率の低
下を防ぐので、光利用効率を向上させた投写型表示装置
を実現できる。

実施例 以下・本発明の一実施例の投写型表示装置について、図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における光学系の構成を
示したもので、３０は光源、３８は色分解手段、３９は
光伝達手段、４０は平面ミラー、４１．４２．４３はラ
イトパルプ、４４は光合成手段、４５ぽ投写レンズであ
る。３８の色分解手段において、４６は青反射の平板型
ダイクロイックミラー、４７は緑反射の平板型ダイクロ
イックミラーであり、それらの法線、４８．４９が光軸
３７と４５度の角度をなすように配宜しである。

３９の光伝達手段において、５０は入力部収束レンズ、
５１は入力側平面ミラー、５２は中央部収束レンズ、５
３は出力側平面ミラー、５４は出力部収束レンズである
。なお、第１図に示した構成は、光伝達手段３９を除け
ば、第５図に示した従来例の構成と同一である。

光′ａ３０はランプ３１と、集光レンズ３２と、凹面鏡
３３と、熱線吸収フィルタ３４とから構成され、ランプ
３１は赤、緑、青の３原色の色成分を含む光を放射する
。ランプ３１から放射される光は集光レンズ３２と凹面
鏡３３とにより平行に近い光に変換される。厳密には、
ランプ３１の発光体３５の中心３６から出る光線が集光
レンズ３２から光軸３７と平行に出射するようにしであ
る。

集光レンズ３２から出た光は熱線吸収フィルタ３４によ
り赤外線が除去される。光源３０の出力光は色分解手段
３８に入射し、赤、緑、青の光に分解される。色分解手
段３８を出た赤の光は光伝達手段３９を介して、緑の光
は直進して、青の光は平面ミラー４０を介して、それぞ
れ対応するライトバルブ４１，４２．４３に入射する。

ライトバルブ４１．４２．４３は透過型の液晶パネルで
あって、映像信号に応じて透過率の変化として光学像が
形成される。ライトバルブ４１．４２．４３からの出力
光は光合成手段４４により１つに合成されて、実質的に
ライトバルブ４２の位置にカラー画像が合成される。こ
のカラー画像は投写レンズ４５によりスクリーン（図示
せず）上に拡大投写される。

投写レンズ４５はテレセントリックレンズであり、投写
レンズ４５のライトパルプ側の主光線がすべて光軸３７
と平行になるようにしている。これは、次のような理由
による。一般に、ライトバルブには入射光線の入射角に
より光学的特性が異なるという性質があり、通常の投写
レンズを用いるとライトバルブの中心から離れるほどラ
イトバルブへの主光線の入射角が大きくなるので、スク
リーン上の中心と周辺で画質が異なる場合がある。

これを避けるにはテレセントリックの投写レンズを用い
、投写レンズに入射するすべての主光線を平行にするの
がよい。

第２図は光伝達手段３９の構成を示したもので、色分解
手段３８側から順に、入力部収束レンズ５０と、入力側
平面ミラー５１と、中央部収束レンズ５２と、出力側平
面ミラー５３と、出力部収束レンズ５４とで構成されて
いる。入力部収束レンズ５０と出力部収束レンズ５４と
は同一であり、それらの焦点距離は中央部収束レンズ５
２の焦点距離の２倍となっている。入力部収束レンズ５
０と出力部収束レンズ５４とはそれらの焦点がともに中
央部収束レンズ５２の中心にくるように配置されている
。光路を直角に折り曲げるために、入力部収束レンズ５
０と中央部収束レンズ５２との間に入力側平面ミラー５
１が配置され、中央部収束レンズ５２と出力部収束レン
ズ５４との間に出力側平面ミラー５３が配置されている
。入力部収束レンズ５０と出力部収束レンズ５４とを平
凸レンズとし、平面５５．５６を中央部収束レンズ５２
に向けているのは、球面収差を大きくしないためと、平
面研磨が比較的安価なためである。また、中央部収束レ
ンズ５２を両面５７．５８の曲率半径が等しい両凸レン
ズとするのも中央部収束レンズ５２で発生する収差を大
きくしないためである。

以下に、第２図に示した光伝達手段３９の作用について
説明する。第３図はランプ３１から投写レンズ４５まで
の光学系を示したもので、説明を簡単にするために関係
する光学部品のみ示している。光伝達手段３９には次の
ような性質がある・第１に、収束レンズ５２の焦点距離
と収束レンズ５０，５２．５４の位置の関係から、中央
部収束レンズ５２により入力部収束レンズ５ｏの中心付
近５９にある物体６０の実像６１が出力部収束レンズ５
４の中心付近６２にでき、この物体６゜と実像６１とは
同じ大きさである。このため、入力部収束レンズ５０の
任意の位置がら中央部収束レンズ５２の任意の位置に入
射する光線は必ず出力部収束レンズ５４に入射する。し
がも、ライトバルブ４１．４２．４３への入射光の光束
径がほぼ同一となる。

第２に、入力部収束レンズ５０の焦点と出力部収束レン
ズ５４の焦点とがともに中央部収束レンズ５２の中心６
３の近傍にあり、中央部収束レンズ５２の中心付近は屈
折力がないので、光軸３７と平行に入力部収束レンズ５
０の周辺に入射した光線６４は中央部収束レンズ５２の
中心６３をそのまま通過し、出力部収束レンズ５４の周
辺を通過して、光軸３７と平行に出射する。このため、
ランプ３１の発光体３５の中心３６から出た光線が集光
レンズ３２で屈折して光軸３７と平行に出射する場合、
集光レンズ３２と入力部収束レンズ５０とにより、ラン
プ３１の発光体３５の実像６５が中央部収束レンズ５２
の中心６３に形成される。

第３図かられかるように、ランプ３１の発光体３５の中
心３６から出て集光レンズ３２がら出射する光線と、出
力部収束レンズ５４から出射する光線とは光軸３７と平
行であるので、投写レンズ４５の入力光例の主光線は赤
、緑、青の光のいずれも光軸３７と平行となる。投写レ
ンズ４５がテレセンドリンクレンズであるので、ライト
バルブ４１．４２．４３から出射した光は効率良くスク
リーン上に到達する。なお、第２図に示した構成では、
入力部収束レンズ５０から出力部収束レンズ５４までの
光路長を自由に選べるので、光路を折り曲げるための平
面ミラー５１．５３を配置する空間は十分に確保できる
。

次に具体的な数値例を用いて説明する。

ライトバルブの表示寸法が４０ｔｓＸ６０ｎ、投写レン
ズ４５が焦点距離１５Ｑｆ１．明るさＦ２．５、入力部
収束レンズ５０と出力部収束レンズ５４とが焦点路Ｍ　
１３０　ａｍ、中央部収束レンズ５２が焦点距離６５．
１である。第５図に示した構成の場合、赤のライトバル
ブ１４の直前の照度は色分解手段５の直後の照度の約５
０％であったが、第１図に示した構成では、赤のライト
バルブ４１の直前の照度は色分解手段３８の直後の照度
の約７５％となり、明らかに光利用効率の向上が認めら
れた。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２図に示した光伝達手段３９の入力部収束レンズ５０
と出力部収束レンズ５４とは平凸レンズでなくてもよい
、第４図はこの場合の例を示したもので、入力部収束レ
ンズ６６と出力部収束レンズ６７とは同一の両凸レンズ
であり、ともに曲率の小さい面６８．６９を中央部収束
レンズ５２に向けている。一般に、球面レンズは、Ｆ数
が小さいと球面収差が大きくなり光の拡がりを無視でき
なくなる。この場合、平凸レンズよりも、中央部収束レ
ンズ５２に向いた面６８．６９の曲率半径が他方の面の
曲率半径の約２倍である両凸レンズを用いる方が球面収
差が少ない。なお、量産時のコストを考えると、入力部
収束レンズ６６と出力部収束レンズ６７とを同一のレン
ズにするのがよい。また、第２図に示した入力部収束レ
ンズ５０と、中央部収束レンズ５２と、出力部収束レン
ズ５４との少な（とも１つのレンズに少な（とも１つの
非球面を含むようにして光伝達手段３９の諸収差の発生
を抑制すれば、光伝達手段３９内で光が拡がることによ
る損失をさらに小さくすることができる。これは、第４
圓に示した光伝達手段の場合も同様である。

第２図に示した構成では、入力部収束レンズ５０と出力
部収束レンズ５４とを同一の平凸レンズとし、３種の収
束レンズ５０．５２．５４の焦点距離の関係と位置の関
係とを規定したが、これにこだわる必要はな（、多少変
更することにより、スクリーン上の中心部に対する周辺
部の照度比や、赤、緑、青の照度比などの最適化を図る
こともできる。

第１図では、ライトバルブ４１．４２．４３として液晶
パネルを用いた例を示したが、電気光学結晶など光学的
特性の変化として映像信号に応じた光学像を形成できる
ものならライトバルブとして用いることができる。また
、第１図では光合成手段としてプリズム型のダイクロイ
ックミラーを用いた例を示したが、高い解像度が要求さ
れない場合には、平板型のダイクロイックミラーをＸ字
状に交差させたものを用いることができる。いずれも、
上述の実施例と同様の作用と効果を得ることができる。

発明の効果 以上述べたごとく本発明によれば、光路の長い部分に収
束レンズを組合わせた光伝達手段を用いてその部分での
光利用効率の低下を防いでいるので、装置全体の光利用
効率を向上させることができ、それによりコンパクトで
しかも光出力の大きい投写型表示装置を提供することが
でき、非常に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例における投写型表示装
置の構成を示す略構成図、第２図は第１図に示した投写
型表示装置に用いる光伝達手段の略構成図、第３図は第
１図に示した光伝達手段の作用を説明するための路線図
、第４図は本発明の第２の実施例における投写型表示装
置の構成を示す略構成図、第５図は従来の投写型表示装
置の構成を示す略構成図である。 ３０・・・・・・光源、３８・・・・・・色分解手段、
３９・・・・・・光伝達手段、４１，４２．４３・・・
・・・ライトバルブ、４４・・・・・・光合成手段、４
５・・・・・・投写レンズ、５０・・・・・・入力部収
束レンズ、５１・・・・・・入力側平面ミラー、５２・
・・・・・中央部収束レンズ、５３・・・・・・出力側
平面ミラー、５４・・・・・・出力部収束レンズ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第４図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）３原色の色成分を含む光を放射する光源と、前記
   光源の出力光を３原色の光に分解するための第１および
   第２の平板型ダイクロイックミラーを略平行に配置した
   色分解手段と、映像信号に応じて光学像が形成され前記
   色分解手段からの各出力光がそれぞれ照射される３つの
   ライトバルブと、前記各ライトバルブからの出力光を１
   つに合成する多層膜面をＸ字状に交差させた光合成手段
   と、前記光合成手段からの出力光を受け前記ライトバル
   ブの光学像をスクリーン上に投写する投写レンズと、前
   記色分解手段の第１の平板型ダイクロイックミラーによ
   って反射される第１の色の光を前記ライトバルブに導く
   ための平面ミラーと、前記色分解手段を直進して出る第
   ３の色の光を対応するライトバルブに導く光伝達手段と
   を備え、前記色分解手段の第２の平板型ダイクロイック
   ミラーにおいて反射される第２の色の光は前記光合成手
   段を直進するようにし、前記光伝達手段は入力端に配置
   される入力部収束レンズと、出力端に配置される出力部
   収束レンズと、前記入力部収束レンズと前記出力部収束
   レンズとの間の光路中に配置される中央部収束レンズと
   、前記入力部収束レンズと前記中央部収束レンズとの間
   の光路を折り曲げる入力側平面ミラーと、前記中央部収
   束レンズと前記出力部収束レンズとの間の光路を折り曲
   げる出力側平面ミラーとを備え、前記光伝達手段の光路
   中に前記光源内の発光体の実像が形成されるようにした
   ことを特徴とする投写型表示装置。
2. （２）光源から出射する光と光伝達手段から出射する光
   とは平行光に近く、投写レンズはテレセントリックレン
   ズであることを特徴とする請求項第（１）項記載の投写
   型表示装置。
3. （３）光伝達手段を構成する入力部収束レンズの焦点距
   離と出力部収束レンズの焦点距離とは、中央部収束レン
   ズの焦点距離の略２倍であり、前記入力部収束レンズと
   前記出力部収束レンズとは、それらの焦点がともに前記
   中央部収束レンズの略中心にくるように配置したことを
   特徴とする請求項第（１）項記載の投写型表示装置。
4. （４）中央部収束レンズは両面の曲率半径が等しい両凸
   レンズであることを特徴とする請求項第（１）項記載の
   投写型表示装置。
5. （５）入力部収束レンズと出力部収束レンズとは同一の
   レンズであることを特徴とする請求項第（１）項記載の
   投写型表示装置。
6. （６）入力部収束レンズと出力部収束レンズとはともに
   曲率の小さい面を中央部収束レンズに向けて配置したこ
   とを特徴とする請求項第（１）項記載の投写型表示装置
   。
7. （７）入力部収束レンズと出力部収束レンズとはともに
   平面を中央部収束レンズに向けた同一の平凸レンズであ
   ることを特徴とする請求項第（１）項記載の投写型表示
   装置。
8. （８）入力部収束レンズと中央部収束レンズと出力部収
   束レンズの少なくとも１つのレンズに、少なくとも１つ
   の非球面を含むことを特徴とする請求項第（１）項記載
   の投写型表示装置。