JPH0648335B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は複数枚の像形成用の透過型ライトバルブを用い
した投射型表示装置に関する。

［従来の技術］ 従来の投射型表示装置として例えば特開昭５８−１５０
９３７号公報に開示されているものがあるが、これは３
個の反射型ライトバルブで形成される画像を偏光ビーム
スプリッタ及びダイクロイックミラーによって合成し、
スクリーン上に投射するものであった。また、本発明の
出願前に出願されその後出願公開された特開昭６０−１
７９７２３号公報に開示されているものがあるが、これ
は３個の透過型ライトバルブで形成される画像をダイク
ロイックミラーによって合成し、スクリーン上に投射す
るものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、特開昭５８−１５０９３７号公報に開示されて
いるものは、ライトバルブが反射型であるために、第１
にライトバルブ表面における非変調光の反射がコントラ
ストの低下を招き、第２に入射光と出射光の分離のため
偏光ビームスプリッタが必要不可欠であり、光学系が複
雑であった。また、ライトバルブが陰極線管（ＣＲＴ）
の光によって制御されるために大がかりな装置であっ
た。

また、特開昭６０−１７９７２３号公報に開示されてい
るものは、上記問題点はないものの、色分離手段及び色
合成手段のダイクロイック光学要素はいずれも直角に配
置されているために、色分離手段のダイクロイック光学
要素で反射された後に色分離手段を出射する２つの色光
は逆方向に出射し両側にはりだした大がかりな光学系と
なってしまう。更に、光学ユニットが平面配置され、か
つ、色分離手段及び色合成手段のダイクロイック光学要
素はいずれも直角に配置されているために、光源からラ
イトバルブまでの距離及び光源から投射光学手段までの
光学的距離が各原色光で異なり、色むらが大きいという
問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決したものであり、コ
ントラストが高く、色むらの少ないコンパクトな投射型
表示装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源からの光
を三原色に分離する色分離手段と、色分離手段からの各
原色を変調する３つの透過型ライトバルブと、各透過型
ライトバルブで変調された原色光を色合成する色合成手
段と、色合成された光を投射する投射光学手段を有し、
色分離手段及び前記色合成手段は各々が異なった波長選
択特性を有する２種類のダイクロイック面からなる。そ
して、透過型ライトバルブから投射光学手段までの光学
的距離が各原色光で等しく、また、光源、色分離手段、
３つの透過型ライトバルブ、色合成手段及び投射光学手
段は相互に平面的に配置される。色分離手段の２つのダ
イクロイック面は平行に配置され、色合成手段の２つの
ダイクロイック面は平行に配置され、かつ、色分離手段
及び色合成手段の各々２つのダイクロイック面はいずれ
も相互に平行に配置され、更に、光源から３つの透過型
ライトバルブまでの光学的距離をそれぞれ等しくなるよ
うに配置される。

［作用］ 本発明において、光源光は第１のダイクロイックミラー
群で複数の色光に分離される。次に、色光に対応した透
過型ライトバルブによって画像形成が行なわれ、色光は
変調を受ける。透過型ライトバルブを用いた結果、投射
光からライトバルブ表面の反射光の影響を除くことがで
き、投射画像のコントラストが向上する。また、液晶の
電気光学効果を用いた画像表示パネルを採用し、動画表
示が可能となる。他にもＰＬＺＴのような電気光学結晶
を用いることができるが、いずれにしろＣＲＴ光書き込
み型の反射型ライトバルブに比べ、光の透過を制御する
薄板状のコンパクトな形状であり、層全体をコンパクト
に構成できる。

次に、色光は第２のダイクロイックミラー群によって合
成される。このとき第２のダイクロイックミラー群は、
第１のダイクロイックミラー群の波長分離性能とほぼ等
しい性能を有し、分離された色光を可逆的に合成する。
例えば、赤、緑、青に白色光を分離する第１のダイクロ
イックミラー群に対し、第２のダイクロイックミラー群
は、第１のダイクロイックミラー群とほぼ同等の赤、
緑、青の色光分離特性を有し、可逆的に赤、緑、青の画
像色光を合成し、ライトバルブが透過であれば合成後白
色とするものである。ダイクロイックミラーの機能とし
ては、色光の分離だけで十分であり、上述の従来技術で
必要であった偏光成分を限定する性能は不要である。

このように光源光を色光に分離し、変調、合成すること
から、各色光に対応した光源は不要であり、単一光源で
済む。

次に、合成された色光は、投射レンズによりスクリーン
に結像する。

本発明は上述のように作用するが、特に本発明の特徴点
に着目すると、第１に、色分離手段のダイクロイック面
で反射された後に色分離手段を出射する２つの色光は同
じ方向に出射し、それぞれライトバルブで変調された
後、ダイクロイック面が平行に配置された色合成手段に
入射されるので、光学系がコンパクトになる。第２に、
平面配置のコンパクトな光学系にし、かつ、光源からラ
イトバルブまでの距離及びライトバルブから投射光学手
段までの距離を各原色光で等しくしているので、ライト
バルブの位置における光束の大きさが各原色光でほぼ同
じとなり、かつ、投射光学手段の位置における光束の大
きさが各原色光でほぼ同じになるから、ライトバルブを
照射する光の面内強度分布が各原色光で一致し、投射光
学手段で投射される光の面内強度分布も各原色光で一致
し、色むらのない画像表示が可能となる。

［実施例］ 第１図は本発明によるフルカラー投射型表示装置の照明
構造を示すものである。青光を反射するダイクロイック
ミラー（Ｂミラー）１、及び赤光を反射しするダイクロ
イックミラー（Ｒミラー）２が図示のようにそれぞれ２
枚ずつ配置されており、これらは入射光束の分離及び合
成を行っている。３は光束の方向を曲げるためのミラー
である。４は赤、緑、青に対応した画像を形成する透過
型ライトバルブである。ここではアクティブマトリクス
（薄膜トランジスタマトリクス等）駆動による液晶パネ
ルに用いた。５はコンデンサーレンズ、６は投射レン
ズ、７は光源である。この第１図の実施例の照明系に
は、ケーラー照明、クリティカル照明などを採用するこ
とができる。

なお、第１図の光源７側に配置されたダイクロイックミ
ラー（Ｂミラー）１及びダイクロイックミラー（Ｒミラ
ー）２は本発明の色分離手段を構成しており、これらは
図示のように相互に平行に配置されている。また、第１
図の投射レンズ６側に配置されたダイクロイックミラー
（Ｂミラー）１及びダイクロイックミラー（Ｒミラー）
２は本発明の色合成手段を構成しており、これらも相互
に平行に配置されている。そして、色分離手段及び色合
成手段を構成しているダイクロイックミラー（Ｂミラ
ー）１及びダイクロイックミラー（Ｒミラー）２は全て
相互に平行に配置されている。また、光源７から各透過
型ライトバルブ４までの光学的な距離はそれぞれ等しく
なるように光学系が配置され、各透過型ライトバルブ４
から投射レンズ６までの光学的な距離もそれぞれ等しく
なるように光学系が配置されている。更に、第１図に示
されるように、光源７から投射レンズ６までの光学要素
は全て平面的に配置されている。

次に作用を説明する。第１図に示すように光源７は白色
光（例えばハロゲンランプ）を発し、コンナデンサーレ
ンズ５により集光される。ダイクロイックミラー２に入
射した白色光は赤（Ｒ）光とその他の色光に分解され、
赤（Ｒ）はダイクロイックミラー２で反射された後更に
ミラー３で反射されて透過型ライトバルブ４に入射す
る。また、ダイクロイックミラー２を透過したその他の
色光がダイクロイックミラー１に入射すると、青（Ｒ）
光はダイクロイックミラーｘで反射された後に更にミラ
ー３で反射されて透過型ライトバルブ４に入射する。こ
のとき、ダイクロイックミラー１からは緑（Ｇ）光が透
過し、それもミラー３で反射されて透過型ライトバルブ
４に入射する。この透過型ライトバルブ４は、投射レン
ズ６にスクリーンに結像する位置に配置されている。透
過型ライトバルブ４は各色光に対応した画像を形成す
る。この場合は赤、緑、青のビデオ信号を各液晶パネル
に供給し、単色の動画像を形成する。駆動及び液晶パネ
ルの詳細は日経エレクトロニクスNo.３５１（１９８
４）Ｐ．２１１に記載したものに準じている。また、各
色の液晶パネルは表示画像がスクリーン上て合致するよ
うに、位置合せがされている。

ダイクロイックミラー１，２は色光の分離合成機能があ
ればよいが、誘電体薄膜の反射には必ず偏光作用が生じ
る。第１図の実施例では赤光、青光は垂直方向の偏光成
分が多く、緑光は水平方向の偏光成分が多い。このた
め、偏光板を使用する電気光学効果モードでは偏光板の
方向を適宜調整する必要がある場合がある。例えばＴＮ
（９０°ツイストしたネマチック液晶）液晶表示モード
を使用した場合には、最も有効に光束を利用するために
は、第１図でＲパネルとＢパネルの入射側偏光板の透過
軸を垂直に、Ｇパネルの透過軸は水平にするとよい。ま
た、ホワイトバランス調整、つまり各色の強度調整を偏
光板の方位設定で行うこともできる。

こうして透過型ライトバルブ４によって画像変調された
色光は、再びダイクロイックミラー１，２に入射する。
第１図に示すように可逆的に赤、緑及び青光は合成さ
れ、合成された光は投射レンズ６によってスクリーン
（図示せず）上に投射され、結像する。

なお、第１図の実施例においては図示のように投射レン
ズ６が１個で済み、投射倍率や投射距離を変える場合に
は、各色画像間のコンバーゼンス調整が不要であるとい
う利点がある。

ところで、上述の実施例は透過型ライトバルブとして液
晶パネルを用いたが、電気光学効果を用いたライトバル
ブであれば、ＰＬＺＴ等の透光性セラミックなども用い
ることができる。

［発明の効果］ 以上の如く本発明の投射型表示装置は、光源と、光源か
らの光を三原色に分離してなる色分離手段と、色分離手
段からの色原色を変調する３つの透過型ライトバルブ
と、各透過型ライトバルブで変調された原色光を色合成
する色合成手段と、前記色合成された光を投射する投射
光学手段を有し、色分離手段と色合成手段は各々が異な
った波長選択特性を有する２種類のダイクロイック面か
らなり、透過型ライトバルブから投射光学手段までの光
学的距離が各原色光で等しい投射型表示装置において、
光源、色分離手段、３つの透過型ライトバルブ、色合成
手段及び投射光学手段は平画的に配置され、色分離手段
の２つのダイクロイック面は平行に配置され、色合成手
段の２つのダイクロイック面は平行に配置され、かつ、
色分離手段及び色合成手段の各々２つのダイクロイック
面はいずれも相互に平行に配置され、更に、光源から３
つの透過型ライトバルブまでの光学的距離をそれぞれ等
しくしたので、以下に示すような効果を有する。

ａ）色分離手段のダイクロイック面で反射された後に色
分離手段を出射する２つの色光は同じ方向に出射し、そ
れぞれライトバルブで変調後、ダイクロイック面が平行
に配置された色合成手段に入射されるので、光学系がコ
ンパクトになる。

ｂ）平面配置のコンパクトな光学系でありながら、光源
からライトバルブまでの距離及び光源から投射光学手段
までの距離を各原色光で等しくしたので、ライトバルブ
の位置における光束の大きさが各原色光でほぼ同じとな
り、かつ、投射光学手段の位置における光束の大きさが
各原色光でほぼ同じとなるから、ライトバルブを照射す
る光の面内強度分布が各原色光で一致し、投射光学手段
で投射される光の面内強度分布も各原色光で一致し、色
むらのない画像表示が可能となる。

ｃ）投射光からライトバルブ表面の反射光の影響を除く
ことができ、表示画像のコントラストが高い。

ｄ）ライトバルブへの入射光とライトバルブからの出射
光の光路を偏光状態の違いによって分離するための偏光
ミラーが不用であり、光学系が簡単になる。

ｅ）光源からの光が偏光であるか無偏光であるかを問わ
ず色分離と色合成を可逆的に行うことができ、例えば電
気光学効果を利用した液晶や結晶のような種々のライト
バルブを用いることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例のフルカラー投射型表示装置
の照明構造を示した図である。 （符号の説明） １……赤反射ダイクロイックミラー ２……青反射ダイクロイックミラー ３……ミラー ４……透過型ライトバルブ ５……コンデンサーレンズ ６……投射レンズ ７……光源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、前記光源からの光を三原色に分離
   する色分離手段と、該色分離手段からの各原色を変調す
   る３つの透過型ライトバルブと、該各透過型ライトバル
   ブで変調された原色光を色合成する色合成手段と、前記
   色合成された光を投射する投射光学手段とを有し、前記
   色分離手段及び前記色合成手段は各々が異なった波長選
   択特性を有する２種類のダイクロイック面からなり、前
   記透過型ライトバルブから前記投射光学手段までの光学
   的距離が各原色光で等しい投射型表示装置において、 前記光源、前記色分離手段、前記３つの透過型ライトバ
   ルブ、前記色合成手段及び前記投射光学手段は相互に平
   面的に配置され、 前記色分離手段の２つのダイクロイック面は平行に配置
   され、前記色合成手段の２つのダイクロイック面は平行
   に配置され、かつ、前記色分離手段及び前記色合成手段
   の各々２つのダイクロイック面はいずれも相互に平行に
   配置され、更に、前記光源から前記３つの透過型ライト
   バルブまでの光学的距離をそれぞれ等しくしたことを特
   徴とする投射型表示装置。