JPH068985B2

JPH068985B2 - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH068985B2
Application number: JP63133259A
Authority: JP
Inventors: 吉弘枡本; 義人宮武
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH01302385A

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か
らよく知られている。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、ＳＩＤ86ダイジ
ェスト第375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６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
型の赤反射ダイクロイックミラー６と２分割された平板
型の青反射ダイクロイックミラー７、８とを90度交差さ
せて配置したものである。

色分解手段５を出た赤の光は平面ミラー９、10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1
1、12を介して、それぞれ対応する液晶パネル13、14、15に
入射する。液晶パネル13、14、15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13、14、15からの出力光は光合成手段16により１つ
に合成されて実質的に緑の液晶パネル14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トリック
の投写レンズ17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16は４つの直角プリズム18、19、
20、21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22、23に赤反射多層膜が、接合面24、25に青
反射多層膜が蒸着されている。

第６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17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６図に示した構成において、光合成手段16の多層膜2
2、23、24、25の分光特性は、反射率が高レベルにある反射
帯域と透過率が高レベルにある透過帯域とを持つ。上記
両帯域間で反射率及び透過率が50%となる波長をカット
オフ波長と表現する。ただし、上記多層膜の内部損失は
ほとんどないと見なしてよい。

上記カットオフ波長付近の数十nmの波長範囲において
は、反射率及び透過率が連続的に増加又は減少している
ので、赤及び青のライトバルブ13、15から出射する光が
入射してもその一部は効率よく反射されずに透過してし
まう。同様に、緑のライトバルブ14から出射する光の一
部も効率よく透過せずに反射されてしまう。よって、光
合成手段16において各色光を効率よく合成する有効帯域
は、それぞれ多層膜22、23、24、25のカットオフ波長で決
まる帯域より狭帯域となる。この時、カットオフ波長付
近の光は有効に利用されておらず、光合成手段16の光利
用効率が低くなるという問題がある。

また、ランプ１において発光体が完全な点光源ではなく
有限の大きさを持っているため、集光レンズ２からの出
射光は拡がりながら進行し、多層膜22、23、24、25へ入射
する光はある範囲の入射角を持つ。一般に、多層膜はカ
ットオフ波長が入射角に応じてシフトする性質があるた
めに、光合成手段の各色光に対する帯域がより狭帯域と
なり、投写画像の明るさ及び色の均一性が低下するとい
う問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、光合成手段
の光利用効率を向上させ、それによって光出力が大き
く、明るさ及び色の均一性の良好な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、
映像信号に応じて光学像が形成され空間的に変調された
直線偏光の光が出射する赤、緑、青のライトバルブと、
対応する各色光を前記赤、緑、青のライトバルブに照射
する照明手段と、赤反射及び青反射多層膜をＸ字状に交
差させたプリズム型のダイクロイックミラーであって前
記各ライトバルブから出射する光を１つに合成する光合
成手段と、前記光合成手段から出射する光を受け前記ラ
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、前記緑のライトバルブから出射する光は前
記光合成手段を直進して前記投写レンズに入射し、前記
赤反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波長が540nm以上560
nm以下であり、前記青反射多層膜はＳ偏光のカットオフ
波長が510nm以上540nm以下であり、前記緑のライトバル
ブから出射する光はＰ偏光で前記赤反射及び青反射多層
膜に入射し、前記赤及び青のライトバルブから出射する
光はＳ偏光で前記赤反射及び青反射多層膜に入射するよ
うにしたものである。なお、照明手段の光源にはメタル
ハライドランプを用いたほうが好ましい。

作用上記構成によれば、光合成手段の赤、緑、青の光に対す
る有効帯域が入射する各色光の帯域に比べ十分広いの
で、各ライトバルブから出射する光が効率良く合成され
る。更に、カットオフ波長が各多層膜への光の入射角に
依存してシフトし光合成手段の有効帯域が狭帯域となっ
ても、シフトしない場合の有効帯域が入射色光の帯域に
比べ広帯域となっているので光利用効率の低下及び投写
画像における色及び明るさの均一性の低下を改善でき
る。

また、上記効果により光源としてキセノンランプやハロ
ゲンランプに比べて発光体長の長いメタルハライドラン
プを用いても、色及び明るさの均一性の高い投写画像が
得られる。

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、40、41、42は
平面ミラー、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。光源30及び色分解手段38及
び平面ミラー39、40、41、42が照明手段を構成している。
なお、第１図に示した構成は光源30のランプ31を除けば
第６図に示した従来例の構成と同一の構成である。だた
し、光合成手段46の赤反射多層膜51、52の特性、青反射
多層膜53、54の特性はそれぞれ同一である。理想的に光
源30から出射する光束が光軸37に完全に平行であった場
合、多層膜51、52、53、54へ入射する光の入射角は45度と
なる。

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はメタルハ
ライドランプを用い、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てあ
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、90度に交差し
た赤反射ダイクロイックミラー48及び青反射ダイクロイ
ックミラー49、50により、赤、緑、青の光に分解され
る。分解された各色光の分光エネルギー分布はランプ31
から出射する光束の分光エネルギー分布と、赤反射及び
青反射ダイクロイックミラー48、49、50の分光特性により
決定される。色分解手段38を出た赤の光は平面ミラー3
9、40を介して、緑の光は直進して、青の光は平面ミラー
41、42を介して、それぞれ対応するライトバルブ43、44、4
5に入射する。

ライトバルブ43、44、45からの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。

ライトバルブ43、44、45は透過型の液晶パネルであって、
入射側と出射側に偏光板を有し、映像信号に応じて透過
率の変化として光学像を形成する。赤及び青のライトバ
ルブ43、45の出射側偏光板の偏光軸は紙面に対して垂直
に、緑のライトバルブ44の出射側偏光板の偏光軸は紙面
に対して平行に設定している。よって、各ライトバルブ
の出射光は直線偏光であり、多層膜51、52、53、54に対し
て、赤及び青のライトバルブ43、45から出射する光はＳ
偏光で入射し、緑のライトバルブ44から出射する光はＰ
偏光で入射する。各ライトバルブの入射側偏光板の偏光
軸は、液晶パネルの特性に応じてそれぞれ任意の方向が
とられる。第２図に緑のライトバルブ44から出射する光
の分光エネルギー分布の一例を、第３図に赤及び青のラ
イトバルブ43、45から出射する光の分光エネルギー分布
の一例をそれぞれ示す。これらの構成によると、ライト
バルブ43、44、45から出射し光合成手段46に入射する各色
光の帯域は、赤の光が580nmから700nm、緑の光が500nm
から580nm、青の光が400nmから500nmの範囲となる。

光合成手段46は、赤反射及び青反射多層膜51、52、53、54
のＳ偏光のカットオフ波長が緑の波長帯域で非常に近接
していることを特徴とするプリズム型ダイクロイックミ
ラーで構成されている。一般にプリズム型のダイクロイ
ックミラーにおいて、プリズムを構成する材質、多層膜
の材質及び構成を適当に選択すれば、赤反射多層膜のＰ
偏光入射のカットオフ波長がＳ偏光入射のカットオフ波
長から長波長側に約80nmずれる。同様に青反射多層膜の
Ｐ偏光入射のカットオフ波長がＳ偏光入射のカットオフ
波長から短波長側に約70nmずれる。第４図に光合成手段
46の赤反射多層膜51、52の分光反射率特性を示す。実線
がＰ偏光入射の特性を、破線がＳ偏光入射の特性であ
る。カットオフ波長はＳ偏光入射が540nm、Ｐ偏光入射
が620nmである。同様に第５図に青反射多層膜53、54の分
光反射率特性を示す。カットオフ波長はＳ偏光入射が53
0nm、Ｐ偏光入射が460nmである。ここで、100%から反射
率を引いた値を透過率と考えてよく、入射角はどちらも
45度である。

以上の構成から、光合成手段46はカットオフ波長を用い
て表現すると、Ｓ偏光入射の赤の光について540nmから7
00nmの波長範囲の光を反射させ、Ｐ偏光入射の緑の光に
ついて460nmから620nmの波長範囲の光を透過させ、Ｓ偏
光入射の青の光について400nmから530nmの波長範囲の光
を反射させる。従って、光合成手段46の有効帯域は入射
する各色光の帯域に比べて十分広く、各色光を効率良く
合成することができ、高い光利用効率が得られる。

また、多層膜51、52、53、54は、光の入射角が45度から±
５度変化した時カットオフ波長が±25nm程度シフトす
る。その結果、光合成手段46の各色光に対する有効帯域
が狭くなる場合が発生するが、シフトしない場合の有効
帯域が入射する各色光の帯域に比べて十分広いので、光
利用効率の低下や投写画像の明るさ及び色の均一性の低
下は非常に少ない。以上のことは、光源30にメタルハラ
イドランプのように発光体長の長いランプを用いた場合
に顕著に発生し、上記効果により投写画像の画質劣化が
低減でき、光利用効率の向上がはかれる。更に、メタル
ハライドランプは、キセノンランプやハロゲンランプに
比較して長寿命であり効率も高いので都合がよい。

次に、本発明の他の一実施例について説明する。第１図
に示す構成においては、光源30と色分解手段38と平面ミ
ラー39、40、41、42を用いて照明手段を構成したが、赤、
緑、青のライトバルブ43、44、45に三原色の色光を照射す
る構成であればどのような構成であってもよい。例え
ば、光源を複数用いることも可能である。また、三原色
の色光を得る手段として、ダイクロイックフィルタ等の
カラーフィルタを用いることも可能である。照明手段を
どのような構成にしても、緑のライトバルブ44の出射光
は光合成手段46を直進して、赤及び青のライトバルブ4
3、45の出射光は光合成手段46において折り曲げられて、
投写レンズ47に各色光が入射する構成にすれば、第１図
に示した構成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、光合成手段を構成す
るプリズム型のダイクロイックミラーの分光特性を最適
に設定し、ライトバルブから出射する光の偏光方向を適
当に選択し、光合成手段の各多層膜のカットオフ波長
が、赤、緑、青の各ライトバルブから出射する光の帯域
より十分離れるようにしているので、各色光を効率良く
１つに合成することができ、投写画像の画質の劣化を低
減させることが可能となる。それにより投写画像の明る
さ及び色の均一性が良好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図は緑のライトバルブから出射
する光の分光エネルギー分布の一例を示すグラフ、第３
図は赤及び青のライトバルブから出射する光の分光エネ
ルギー分布の一例を示すグラフ、第４図は第１図に示し
た光合成手段の赤反射多層膜の分光特性を示すグラフ、
第５図は第１図に示した光合成手段の青反射多層膜の分
光特性を示すグラフ、第６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、40、41、42……折り
返しミラー、43、44、45……ライトバルブ、46……光合成
手段、47……投写レンズ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号に応じて光学像が形成され空間的
に変調された直線偏光の光が出射する赤、緑、青のライ
トバルブと、対応する各色光を前記赤、緑、青のライト
バルブに照射する照明手段と、赤反射及び青反射多層膜
をＸ字状に交差させたプリズム型のダイクロイックミラ
ーであって前記各ライトバルブから出射する光を１つに
合成する光合成手段と、前記光合成手段から出射する光
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、前記緑のライトバルブから出
射する光は前記光合成手段を直進して前記投写レンズに
入射し、前記赤反射多層膜はＳ偏光のカットオフ波長が
540nm以上560nm以下であり、前記青反射多層膜はＳ偏光
のカットオフ波長が510nm以上540nm以下であり、前記緑
のライトバルブから出射する光はＰ偏光で前記赤反射及
び青反射多層膜に入射し、前記赤及び青のライトバルブ
から出射する光はＳ偏光で前記赤反射及び青反射多層膜
に入射するようにした投写型表示装置。
【請求項２】光源にメタルハライドランプを用いた請求
項(1)記載の投写型表示装置。