JPH02163730A

JPH02163730A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH02163730A
Application number: JP63319045A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Masumoto; 吉弘枡本; Yoshito Miyatake; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-06-25
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JP2608946B2

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バルブに形成される光学像を照明光で照
射すると共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うために、比較的小さなライトバ
ルブ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よ
りよく知られている。

この種の投写型表示装置は、投写画像の解像度がライト
バルブ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、高解像度のライトバルブを用いれば
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
射型表示装置を実現することができる。また、最近では
、ライトバルブ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０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０色分解手段５を出た赤の光は平
面ミラー１１．１２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１
９．２０．２１．２２を接合したプリズム型のグイクロ
イックミラーであり、接合面２３．２４に赤反射ダイク
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かく
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、集光レンズ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
利用効率が高いが、赤の光は光路長が長い分だけ光利用
効率が低くなる。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課題があ
る。また、光源の光出力を大きくすれば装置の光出力を
大きくできるが、それだけ装置全体が大きくなるという
課題がある。

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原色の色光に分解するための第１及び第２の
平板型ダイクロイックミラーを平行に配置した色分解手
段と、第１の平板型ダイクロインクミラーによって反射
される第１の色光及び第２の平板型ダイクロ・イックミ
ラーによって反射される第２の色光が入射する２つのフ
ィールドレンズと、前記第１の色光を対応するフィール
ドレンズに導く折り返しミラーと、前記色分解手段を直
進する第３の色光が入射する光伝達手段と、前記２つの
フィールドレンズから出射する第１及び第２の各色光と
前記光伝達手段から出射する第３の色光が照射され映像
信号に応じた光学像が形成される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を備え、前記色分解
手段から出射する第２の色光は前記光合成手段を直進す
るようにし、３つの前記フィールドレンズはその出射光
が前記投写レンズに到達するようにし、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、前記入力部
収束レンズは前記中央部収束レンズの付近に前記光源内
の発光体の実像を形成し、前記中央部収束レンズは前記
出力部収束レンズ付近に前記入力部収束レンズ付近の物
体の実像を形成し、前記出力部収束レンズはその出力光
が前記投写レンズに到達す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の付近に光源内の発
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
伝達手段内で光が拡がらないようにするので、光路の長
い部分の光利用効率の低下を防ぐことができる。次に、
フィールドレンズまたは出力部収束レンズのいずれかの
出射光が投写レンズに到達するようにしているので、こ
の部分の光利用効率は従来と同等である。従って、収束
レンズを組み合わせた光伝達手段を用いることにより、
光利用効率を向上させた投写型表示装置を実現すること
ができる。

実施例本発明による投写型表示装置の一実施例について添付図
面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の一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は折り返しミラー、４１．４２はフィール
ドレンズ、４３．４４．４５はライトバルブ、４６は光
合成手段、４７は投写レンズである。３８の色分解手段
において、４８は青反射の平板型ダイクロイックミラー
、４９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５０．５１が光軸３７と４５度の角度をな
すように配置しである３９の光伝達手段において、５２
は入力部収束レンズ、５３は入力側平面ミラー、５４は
中央部収束レンズ、５５は出力側平面ミラー、５６は出
力部収束レンズである。なお、色分解手段３８と光合成
手段４６とは第５図に示した従来例で用いているものと
同一である。

光源３０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０色分解手段３８を出た赤の光は光伝達手段３９を
介して、緑の光は直進してフィールドレンズ４１を介し
て、青の光は平面ミラー４０で光路が折り曲げられた後
にフィールドレンズ４２を介して、それぞれ対応する赤
、緑、青のライトバルブ４３．４４．４５に入射する。

ライトバルブ４３．４４゜４５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４３．４４．４５の出力光は
、フィールドレンズ４１．４２及び出力部収束レンズ５
６により投写レンズ４７に入射する。このとき、各出力
光は光合成手段４６により１つに合成されて、実質的に
ライトバルブ４４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４７によりスクリーン（図示
せず）上に拡大投写される。

フィールドレンズ４１．４２は平面５７．５８をライト
バルブ４４．４５に向けた平凸レンズであり、光軸３７
に平行な光線が、フィールドレンズ４１．４２に入射し
た場合にその出力光線が投写レンズ４７の瞳５９の中心
６０の近傍に到達するようにしている。フィールドレン
ズ４１．４２の形状と向きをこのようにするのは、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。

投写レンズ４７はライトバルブ４３．４４．４５側の画
角が小さい投写レンズとなっている。これは次のような
理由による。−船に、ライトバルブには入射光線の入射
角により光学的な特性が異なるという性質があり、通常
の広角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。

これを避けるにはライトバルブ側の半画角を１０度ある
いはそれ以下にするとよい。

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５２と、入力側
平面ミラー５３と、中央部収束レンズ５４と、出力側平
面ミラー５５と、出力部収束レンズ５６とで構成されて
いる。入力部収束レンズ５２は平面６１を中央部収束レ
ンズ５４に向けた平凸レンズ、中央部収束レンズ５４は
画面６２．６３の曲率半径が等しい両凸レンズ、出力部
収束レンズ５６は両凸レンズであり、収束レンズ５２．
５４．５６は等光路間隔で配置されている。光路を直角
に折り曲げるために、入力部収束レンズ５２と中央部収
束レンズ５４との間に入力側平面ミラー５３が配置され
、中央部収束レンズ５４と出力収束レンズ５６との間に
出力側平面ミラー５５が配置されている。入力部収束レ
ンズ５２の焦点距離は中央部収束レンズ５４の焦点距離
の２倍で、入力部収束レンズ５２の焦点が中央部収束レ
ンズ５４の中心６４の近傍にくるようにしである。出力
部収束レンズ５６は、中央部収束レンズ５４の中心から
出る光線が屈折して投写レンズ４７の瞳５９の中心６０
の近傍に到達するようにしである。入力部収束レンズ５
２を平凸レンズとし、平面６１を中央部収束レンズ５４
に向けるのは、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。中央部収束レンズ５４を
画面６２．６３の曲率半径が等しい両凸レンズとするの
も球面収差を大きくしないためである。

以下に、第２図に示した赤の光伝達手段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４７
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、中央部収束レンズ５４の焦点距離と収束レンズ
５２．５４．５６の位置関係から、中央部収束レンズ５
４により入力部収束レンズ５２の中心６５付近にある物
体６６の実像６７は出力部収束レンズ５６の中心６８付
近に形成され、この物体６６と実像６７とは同じ大きさ
である。このため、入力部収束レンズ５２の任意の位置
から中央部収束レンズ５４の任意の位置に入力する光線
は必ず出力部収束レンズ５６に入射する。しかも、ライ
トバルブ４３．４４．４５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５２の焦点が中央部収束レン
ズ５４の中心６４の近傍にあり、中央部収束レンズ５４
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５２の周辺に入射した光線は中央部収束レ
ンズ５４の中心６４をそのまま通過し、出力部収束レン
ズ５６の周辺を通過する。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には、集光レンズ３
２と入力部収束レンズ５２とにより、ランプ３１の発光
体３５の実像７０が中央部収束レンズ５４の中心６４付
近に形成される。

以上の事から、中央部収束レンズ５４の有効領域が実像
７０よりも大きければ、入力部収束レンズ５２に入射し
た光はすべて出力部収束レンズ５６から出射し、光伝達
手段３９の内部では光が拡がることによる損失のないこ
とがわかる。このため第５図に示した従来の構成に比べ
て赤の光の利用効率が高くなり、その結果として装置全
体の光利用効率が高くなる。

ランプ３工の発光体３５の中心３６からでた光線は、緑
と青の光がフィールドレンズ４１．４２を通過して、赤
の光が光伝達手段３９を通過して、投写レンズ４７の瞳
５９の中心６０付近に到達する。つまり、ランプ３１の
発光体３５の赤、緑、青に分かれた実像が、投写レンズ
４７の瞳５９の近傍に形成される。従って、ライトバル
ブ４３．４４．４５から出射した光は効率よくスクリー
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５２から出力部収束レンズ５６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５３．５５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４３．４４．４５の表示寸法が４０ｍｍＸ
６０閣、投写レンズ４７が焦点路９１５０閣、明るさＦ
２．５、フィールドレンズ４１．４２が焦点路Ｍ　１７
０ｍｍ、入力部収束レンズ５２が焦点路Ｍ　１３０ｍｍ
、中央部収束レンズ５４が焦点距離６５＋＋ｍ、出力部
収束レンズ５６が焦点距離８０ｍである。第５図に示し
た構成の場合、赤のライトバルブエ４の直前の照度は色
分解手段５の直後の照度の約５０％であったが、第１図
に示した構成では、赤のライトバルブ４３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、本発明の他の一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５２
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７１を曲率の小さい面
７２が中央部収束レンズ５４に向いた両凸レンズとして
いる。一般に、球面Ｉ／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５４に向いた
面７２の曲率半径が他方の面の曲率半径の約２倍の両凸
レンズの方が球面収差が少ない。また、第２図に示した
入力部収束レンズ５２、中央部収束レンズ５４、出力部
収束しンズ５６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内の光が拡がる事
による損失を更に小さくすることができる。

これは、第４図に示した光伝達手段の場合も同様である
。

また、光伝達手段３９において、入力側平面ミラー５３
もしくは出力側平面ミラーの少なくともいずれか一方は
赤反射の平板型ダイクロイックミラーであっても構わな
い。この場合、赤反射平板型ダイクロイックミラーの分
光反射特性を適当に選択することにより、平面ミラーを
用いる場合に比べて色純度の高い赤の色光を得ることが
できる。その結果、光合成手段４６により合成されたカ
ラー画像において高い色再現性が実現できる。

第１図に示した構成では、フィールドレンズ４１゜４２
を平凸レンズとしたが、他の形状の球面レンズや少なく
とも一方の面に非球面を含むレンズを用いて、スクリー
ン上の中心部に対する周辺部の照度比の最適化を図るこ
とができる。この場合、曲率の小さい面をライトバルブ
４４．４５に向ける方が収差の点で有利である。

第２図に示した構成では、入力部収束レンズ５２を平凸
レンズとし、中央部収束レンズ５４の焦点距離と収束レ
ンズ５２．５４．５６の位置関係を規定したが、これに
こだわる必要はなく、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４３．４４．４５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４６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、色分解手段３日と同様に平板型の
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
束レンズを組み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
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図の本発明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
装置で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だめの路線図、第４
図は本発明の他の実施例における光伝達手段の構成を示
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、４０・・・・・・折り返
しミラー、４１．、４２・・・・・・フィールドレンズ
、４３．４４．、４５・・・・・・ライトバルブ、４６
・・・・・・光合成手段、４７・・・・・・投写レンズ
、５２・・・・・・入力部収束レンズ、５３・・・・・
・入力側平面ミラー、５４・・・・・・中央部収束レン
ズ、５５・・・・・・出力側平面ミラー、５６・・・・
・・出力部収束レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

（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原色の色光に分解するための第１及び
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、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の色光及び第２の平板型ダイクロイ
ックミラーによって反射される第２の色光が入射する２
つのフィールドレンズと、前記第１の色光を対応するフ
ィールドレンズに導く折り返しミラーと、前記色分解手
段を直進する第３の色光が入射する光伝達手段と、前記
２つのフィールドレンズから出射する第１及び第２の各
色光と前記光伝達手段から出射する第３の色光が照射さ
れ映像信号に応じた光学像が形成される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を備え、前記
色分解手段から出射する第２の色光は前記光合成手段を
直進するようにし、２つの前記フィールドレンズはその
出射光が前記投写レンズに到達するようにし、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
入力部収束レンズは前記中央部収束レンズの付近に前記
光源内の発光体の実像を形成し、前記中央部収束レンズ
は前記出力部収束レンズ付近に前記入力部収束レンズ付
近の物体の実像を形成し、前記出力部収束レンズはその
出力光が前記投写レンズに到達するようにしたことを特
徴とする投写型表示装置。
（２）光源からの出射する光が平行光に近いことを特徴
とする請求項（１）記載の投写型表示装置。
（３）入力部収束レンズと中央部収束レンズとは略等光
路間隔で配置され、前記入力部収束レンズの焦点距離は
前記中央部収束レンズの焦点距離の略２倍であり、前記
入力部収束レンズの焦点が前記中央部収束レンズの略中
心にくることを特徴とする請求項（１）記載の投写型表
示装置。
（４）入力部収束レンズは曲率の小さい面を中央部収束
レンズに向けたレンズであることを特徴とする請求項（
１）記載の投写型表示装置。
（５）入力部収束レンズは平面を中央部収束レンズに向
けた平凸レンズであることを特徴とする請求項（１）記
載の投写型表示装置。
（６）出力部収束レンズは両凸レンズであることを特徴
とする請求項（１）記載の投写型表示装置。
（７）フィールドレンズは曲率の大さい面を色分解手段
に向けたレンズであることを特徴とする請求項（１）記
載の投写型表示装置。
（８）フィールドレンズは凸面を色分解手段に向けて配
置した平凸レンズであることを特徴とする請求項（１）
記載の投写型表示装置。
（９）中央部収束レンズは画面の曲率半径が等しい両凸
レンズであることをを特徴とする請求項（１）記載の投
写型表示装置。
（１０）入力側平面ミラーまたは出力側平面ミラーの少
なくともいずれか１つは平板型ダイクロイックミラーで
あることを特徴とする請求項（１）記載の投写型表示装
置。
（１１）フィールドレンズと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（１）記載の投写型表示装置。