JPH0743658A

JPH0743658A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH0743658A
Application number: JP5184138A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Nakayama; 唯哲中山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1995-02-14

Abstract

(57)【要約】【構成】光源ランプ１００から放射された白色光束は
曲面反射鏡１０１で反射され、ほぼ平行な光束となって
出射する。光分離手段は、光源からの白色光束を赤色光
Ｒ，第１の緑色光Ｇ’，第２の緑色光Ｇ”，青色光Ｂの
４つの色光に分離する。液晶パネル１１４，１１５，１
１６，１１７は、各色光に対応して４枚配置され、変調
された各色光は光合成手段で合成され、投写レンズ１２
１で光学像が拡大投写される。【効果】緑色の画素数が従来の２倍になるので、表示
の解像度が約２倍となり、従って低解像度の液晶パネル
で高解像度の表示が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光束変調を行なうライ
トバルブの映像をスクリーン上に拡大表示する投写型表
示装置の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】投写型表示装置の一つに、ライトバルブ
として透過型の液晶パネルを用いた液晶プロジェクター
があり、小型軽量であることからおもに家庭用として実
用化されている。

【０００３】従来の液晶プロジェクターの一般的な光学
系の構成は、図６に示される。光源ランプ１００と曲面
反射鏡１０１、２枚のレンズ板１０２，１０４によるイ
ンテグレータなどで構成される光源装置から出射する白
色光束は、波長分離を行うダイクロイックミラー１０
７，６００と反射鏡１０９で構成される光分離手段によ
って、ＲＧＢの３原色光に分離される。分離された各色
光は、集光レンズ１１１，１１２，１１３を経て液晶パ
ネル１１５，１１６，１１７に入射し、入力される画像
情報に応じて変調される。この液晶パネルは、一般に各
画素にスイッチングトランジスタを有するアクティブマ
トリックスパネルと前後に配置された２枚の偏光板で構
成される。変調された各原色光は、波長合成を行うダイ
クロイックミラー１２０，６０２と反射鏡６０１で構成
される光合成手段で合成されてカラーの光学像が形成さ
れ、投写レンズ１２１によって反射型または透過型のス
クリーン上に拡大表示される。

【０００４】つまり従来の方法では、光源の白色光を３
原色に分離後それぞれ液晶パネルで変調し、変調した各
原色像を合成して投写表示していた。

【０００５】液晶パネルのサイズとしては、一般に対角
３インチ程度のものが使用されているが、最近では、液
晶プロジェクターの低コスト化と装置の小型化の目的
で、液晶パネルの小型化が進められており、例えば対角
０．７インチの液晶パネルが開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが液晶パネルの
サイズが小さくなると、それに伴って画素数が減少する
ため、画素の荒さが目だちやすくなり、投写拡大率を大
きくできないという問題点がある。

【０００７】また投写表示する映像の明るさは、概ね液
晶パネルの面積に比例し、さらに液晶パネルの開口率
は、パネルサイズの低下に伴って小さくなる傾向がある
ため、パネルサイズが小さくなると、非常に暗い表示と
なってしまう。

【０００８】従って、液晶パネルの小型化は、低コスト
で装置全体が小さくなるという利点がある反面、画質が
非常に悪くなってしまうという難点があった。

【０００９】そこで本発明はこのような問題点を解決す
るもので、その目的とするところは、小型の液晶パネル
を用いた液晶プロジェクターであっても解像度が高くて
明るく高画質な投写型表示装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の投写型表示装置
は、３原色の色成分を含む光を出射する照明装置と、前
記照明装置の出力光を複数の色光に分離するための光分
離手段と、前記光分離手段から出射する各色光を変調し
映像情報に応じた光学像を形成する複数のライトバルブ
と、前記複数のライトバルブからの出力光を１つに合成
する光合成手段と、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表示す
る投写レンズとを備え、前記光分離手段は、前記照明装
置の出力光を波長分離によって４つの色光に分離し、前
記ライトバルブは各色光に対応して４枚配置されている
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を含む光を出射する照明装置と、前記照明装置の出力
光を複数の色光に分離するための光分離手段と、前記光
分離手段から出射する各色光を変調し映像情報に応じた
光学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数のラ
イトバルブからの出力光を１つに合成する光合成手段
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表示する投写レンズと
を備え、前記光分離手段は、前記照明装置の出力光を互
いに直交する偏光成分に分離する光学素子と、波長分離
によって色光に分離する光学素子を含んで構成され、前
記照明装置の出力光を４つの色光に分離し、前記ライト
バルブは各色光に対応して４枚配置されていることを特
徴とする。

【００１２】本発明の投写型表示装置は、３原色の色成
分を含む光を出射する照明装置と、前記照明装置の出力
光を複数の色光に分離するための光分離手段と、前記光
分離手段から出射する各色光を変調し映像情報に応じた
光学像を形成する複数のライトバルブと、前記複数のラ
イトバルブからの出力光を１つに合成する光合成手段
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表示する投写レンズと
を備え、前記光分離手段は、前記照明装置の出力光を互
いに直交する偏光成分に分離する光学素子と、分離され
た各偏光光をそれぞれ２つの色光に波長分離する光学素
子を含んで構成され、前記ライトバルブは各色光に対応
して４枚配置され、そのうち２枚のライトバルブには、
色光を平面的に２色分離するカラーフィルターが設けら
れていることを特徴とする。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による投写型表示装置について
図面に基づき詳細に説明する。

【００１４】本発明の投写型表示装置の構成を図１に示
す。光源ランプ１００は、ハロゲンランプ、メタルハラ
イドランプ、キセノンランプなどが用いられる。この光
源ランプ１００と曲面反射鏡１０１で構成される照明装
置を出射した光束は、ほぼ平行な光束となって光分離手
段の方向へ向かう。第１レンズ板１０２と第２レンズ板
１０３，１０４はインテグレータを形成し、液晶パネル
を均一に照明するために配置されているが、省略しても
よい。照明装置を出射した光束は、はじめに青反射のダ
イクロイックミラー１０５に４５度の角度で入射し、反
射する青色光と透過する黄色光に分離される。色分離の
境界波長は、例えば５００ｎｍとする。反射された青色
光Ｂは、アルミ蒸着膜による反射鏡１０６で反射され、
集光レンズ１１０および液晶パネル１１４に入射する。
この液晶パネル１１４には、青色光に対応する画像情報
が入力され、変調によって青色の光学像が形成される。
一方黄色光は、緑反射のダイクロイックミラー１０７に
入射し、反射する緑色光Ｇと透過する赤色光Ｒに分離さ
れる。分離される境界波長は、例えば５８０ｎｍであ
る。透過した赤色光Ｒは、青色光と同様に集光レンズ１
１３及び液晶パネル１１７に入射し、赤色光の光学像が
形成される。反射した緑色光Ｇは、さらにダイクロイッ
クミラー１０８によって第１の緑色光Ｇ’と第２の緑色
光Ｇ”に分離され、それぞれが集光レンズ１１１，１１
２及び液晶パネル１１５，１１６に入射し変調される。
ダイクロイックミラー１０８の分離波長は、例えば５４
０ｎｍとし、なるべく分離後の各緑色光の光束量が等し
くなるように分離される。液晶パネル１１５，１１６に
は、緑色光に対応する映像情報が入力され、それぞれほ
ぼ同じ光学像が形成される。４つの色光Ｒ，Ｇ’，
Ｇ”，Ｂは、４枚の液晶パネル１１４，１１５，１１
６，１１７を経た後、光合成手段によって一つに合成さ
れ、投写レンズ１２１を通過して投射され、各光学像は
スクリーン上で合成表示される。なお光合成手段は、５
００ｎｍに境界波長を有するダイクロイックミラー１１
８と５８０ｎｍに境界波長を有するダイクロイックミラ
ー１２０と５４０ｎｍに境界波長を有するダイクロイッ
クミラー１１９で構成されている。

【００１５】光分離手段におけるダイクロイックミラー
の配置や構成は、この他様々なものが考えられ、例えば
ダイクロイックミラー１０８の特性を透過と反射に関し
て本実施例と反対の特性とし、第１の緑色光Ｇ’を反
射、第２の緑色光Ｇ”を透過とすれば、色合成手段に於
けるダイクロイックミラー１１８，１２０における色合
成損失が比較的少なくなるという利点がある。また、光
合成手段のダイクロイックミラーによって発生する光学
像の非点収差を減少させるためには、ダイクロイックミ
ラー１１９をプリズムタイプのダイクロイックミラーと
すればよい。

【００１６】スクリーン上の投写画像における、各液晶
パネルの画素の配列の一例を図２（Ａ）に示す。液晶パ
ネルの各画素には、通常スイッチングトランジスタが形
成されており、このトランジスタが照明光に晒されるの
を防ぐために、ブラックストライプが形成されており、
液晶パネルに於ける画素の開口率は、２０〜４０％程度
と小さい。従って、スクリーン上で各液晶パネルの画素
を各画素が重ならないようにずらして配置することがで
きる。図２（Ａ）では、赤色の画素Ｒ，第１の緑画素
Ｇ’，第２の緑画素Ｇ”，青色の画素Ｂの４種類の画素
を四角く配置した例である。各画素には、その平面的な
位置に対応した信号を入力することによって、表示の解
像度を高くすることができる。表示の解像度は、表示全
体の輝度の解像度によって決まり、輝度は緑色成分がそ
の７割程度を占めているため、緑色の解像度が全体の解
像度に強く影響する。従って本方式では、緑色の画素数
が従来方式の２倍あるため緑色の解像度が２倍あり、輝
度の解像度も従来方法に比べて約２倍となる。

【００１７】画素の配置は、これに限定されるものでは
なく、第１の緑色画素Ｇ’と第２の緑色画素Ｇ”を水平
方向に配列すれば水平方向の解像度を約２倍にすること
ができ、また垂直方向に第１の緑色画素Ｇ’と第２の緑
色画素Ｇ”を配列すれば垂直方向の解像度を２倍にする
ことができる。また、赤色画素Ｒや青色画素Ｂは、緑色
の画素に重ねて配置されてもよい。

【００１８】図２（Ｂ）は、各色画素の色度座標上での
位置を示したものである。青色画素Ｂは、通常の青色で
ある例えばＮＴＳＣ規格上の点２００にほぼ一致してい
る。同様に赤色画素Ｒも規格点２０２の近くにある。一
方緑色に関しては、第１の緑色画素Ｇ’の色度点２０３
と第２の緑色画素Ｇ”の色度点２０４は、色度図上でか
なり離れた位置にあり、両者の合成の色光Ｇが規格上の
緑色点２０１に近くなっている。従って、緑色に関して
は、色の異なる画素が交互に配置されることになる。た
だし、緑色の領域では、他の領域に比べて色の弁別がし
にくいため、実際の表示画面では平均の緑色光Ｇとして
均一に認識される。

【００１９】次に、解像度を増大させるだけでなく、明
るさも増加させる方法について説明する。図３は、本発
明の投写型表示装置の実施例を示す光学系の構成図であ
る。

【００２０】光源装置の構成は、前述の実施例と同じで
ある。光源装置を出射した白色光束は、はじめに偏光ビ
ームスプリッター３００に入射し、透過するｐ偏光と反
射するｓ偏光に分割される。反射したｓ偏光は、黄色反
射のダイクロイックミラー３０１に入射し、透過する青
色光Ｂと反射する黄色光に分割される。透過した青色光
Ｂは、反射鏡１０６で反射されてから集光レンズ１１０
及び液晶パネル１１４に入射し、変調される。反射した
黄色光（赤及び緑色）は、このうち緑色光のみ必要とな
るので、図では省略されているが、光路中に緑透過のフ
ィルターを挿入して、赤色光をカットするようにすれば
よい。そうして取り出された緑色光は両面反射鏡３０２
で反射され、集光レンズ１１１及び液晶パネル１１５に
入射する。偏光ビームスプリッター３００を透過したｐ
偏光は、シアン色反射のダイクロイックミラー１０７に
よってシアン色光が反射し、赤色光Ｒが透過する。反射
したシアン色光からはフィルターによって緑色光Ｇが取
り出され、両面反射鏡３０２で反射されて集光レンズ１
１２及び液晶パネル１１６に入射する。ダイクロイック
ミラー１０７を透過した赤色光Ｒは、反射鏡１０９で反
射され集光レンズ１１３及び液晶パネル１１７に入射す
る。従って、緑色用の液晶パネルが２枚、赤色及び青色
用の液晶パネルがそれぞれ１枚配置されている。それぞ
れの液晶パネルを通過した変調光束は、黄色光反射のダ
イクロイックミラー１１８とシアン色光反射のダイクロ
イックミラー１２０と偏光ビームスプリッター３０３で
構成される光合成手段で合成され、投写レンズ１２１に
よって液晶パネル上の光学像が拡大投写される。

【００２１】本構成では、緑色光に２枚の液晶パネルを
用い、それぞれに入射する緑色光の波長範囲は同じで、
偏光方向が異なっている。従って、先に述べた方法に比
べて緑色の光束量が２倍となり、全体の明るさも約２倍
になる。また、前述の方法と同様に各液晶パネルの画素
の配列が交互になるように配置されるので、解像度はや
はり従来方式の２倍程度となる。また本方式では、投写
レンズ１２１の直前にプリズムタイプの偏光ビームスプ
リッター３０３が配置されているので、投写レンズ１２
１のバックフォーカスが比較的小さくなり、また光合成
手段によって生じる投写像の非点収差による画像のぼけ
が比較的少なくなるという利点がある。

【００２２】次に、さらに改変した構成によって立体映
像の表示を可能とする投写型表示装置の例について説明
する。図４は、本発明の投写型表示装置の実施例を示す
光学系の構成断面図である。

【００２３】光源装置は、光源ランプ１００と曲面反射
鏡１０１で構成される。光源装置を出射した白色光束
は、はじめに偏光ビームスプリッター３００に入射し、
透過するｐ偏光と反射するｓ偏光に分割される。反射し
たｓ偏光は、緑色反射のダイクロイックミラー４００に
入射し、透過するマゼンダ色光ＲＢと反射する緑色光Ｇ
に分割される。透過したマゼンダ色光ＲＢは、反射鏡１
０６で反射されてから集光レンズ１１０及び液晶パネル
４０５に入射し、変調される。反射した緑色光Ｇは両面
反射鏡３０２で反射され、集光レンズ１１１及び液晶パ
ネル１１５に入射する。偏光ビームスプリッター３００
を透過したｐ偏光は、緑色反射のダイクロイックミラー
４０１によって緑色光が反射し、マゼンダ色光が透過す
る。反射した緑色光Ｇは、両面反射鏡３０２で反射され
て後集光レンズ１１２及び液晶パネル１１６に入射す
る。ダイクロイックミラー４０１を透過したマゼンダ光
ＲＢは、反射鏡１０９で反射され集光レンズ１１３及び
液晶パネル４０６に入射する。従って、緑色の液晶パネ
ルが２枚、マゼンダ色（赤及び青色）用の液晶パネルが
２枚配置されている。それぞれの液晶パネルを通過した
変調光束は、緑色光反射のダイクロイックミラー４０２
と緑色光反射のダイクロイックミラー４０３と偏光ビー
ムスプリッター３０３で構成される光合成手段で合成さ
れ、１／４波長板４０４を通過し、投写レンズ１２１に
よって、液晶パネル上の光学像が拡大投写される。

【００２４】マゼンダ色光に対応する液晶パネル４０
５，４０６には、パネル面に入射するマゼンダ光を平面
的に青色光と赤色光に分離するモザイク状のカラーフィ
ルターが設置されている。その構成を、図５（Ａ）に示
す。赤色透過のカラーフィルターＲと青色透過のカラー
フィルターＢは交互に配置され、斜めモザイク状の配置
となっている。カラーフィルターとしては、染色法や分
散法による有機フィルターや誘電体多層膜によるダイク
ロイックフィルターを用いることができ、特にダイクロ
イックフィルターを用いる方法は、不用な光束を吸収せ
ずに反射させるため、発熱防止のために有効な方法であ
る。

【００２５】立体映像表示の原理について説明する。図
４において、照明装置からの光束が偏光ビームスプリッ
ター３００で分割されたｓ偏光とｐ偏光それぞれには、
緑色光用の液晶パネルとマゼンダ色光用の液晶パネルの
２枚が配置されており、各偏光光に対して異なる変調を
行う。例えば、ｓ偏光に対しては、右目用の光学像を生
成し、ｐ偏光に対しては左目用の光学像を生成する。そ
うすると、光合成手段を通過した光束は、右目用と左目
用の光束が互いに垂直な偏光光束として出射し、次に１
／４波長板４０４を通過すると、それぞれの偏光光束が
互いに逆回りの円偏光光となって出射する。投写された
光束はスクリーン上で結像して散乱されるが、偏光の方
向が変化しないような特別なスクリーンを用いる。投写
映像の環視者は、右目用の映像と左目用の映像をそれぞ
れの目に対して選択的に観察するために、図５（Ｂ）に
示されるような立体眼鏡を装着する。

【００２６】フィルター５０１，５０２は、入射側の１
／４波長板と出射側の偏光板を重ね合わせた構成の検光
素子となっており、左右それぞれの目に入射する左目用
の円偏光５０３と右目用の円偏光５０２を直線偏光に変
えて通過させる。左目側に入射する右目用の円偏光ある
いは右目側に入射する左目用の円偏光は、フィルター５
０１あるいはフィルター５０２で遮られるため、クロス
トークは発生しない。

【００２７】本方式では、立体映像の表示をしない場合
において高精細な表示を行うことが可能である。２枚の
緑色用の液晶パネルは、それぞれの画素が互いに重なら
ないように配置し、２枚のマゼンダ色用の液晶パネル
は、それぞれの液晶パネル上の赤色の画素あるいは青色
の画素が重ならないように配列する。このとき、各画素
の平面的な位置に対応する映像信号が入力されるように
すれば、すでに述べたような方式の投写型表示装置と同
様に高解像度で明るい表示を行うことが可能である。

【００２８】なお、図４における１／４波長板４０４を
省略し、図５（Ｂ）に於けるフィルター５０１，５０２
を単なる偏光板に置き換えても立体映像の表示を行うこ
とができる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、液晶
パネルを４枚使用し、そのうち２枚に緑色用の映像信号
を入力することにより、従来より約２倍解像度の高い投
写型表示装置を比較的容易に実現することができる。

【００３０】また、光分離手段と光合成手段に対して偏
光ビームスプリッターを使用し、２枚の緑色用の液晶パ
ネルに、異なる偏光方向の光束を入射させることによ
り、従来の約２倍の明るさで、約２倍の解像度を有する
投写型表示装置を実現することができる。

【００３１】また、光分離手段と光合成手段に対して偏
光ビームスプリッターを使用し、分離された各偏光光そ
れぞれを、視差のある映像情報で変調し、検光機能を有
する立体眼鏡で観察することによって、比較的簡易な構
成の立体視可能な投写型表示装置を実現することができ
る。この方法では、通常の表示に対しては高精細で明る
い表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投写型表示装置の光学系の構成例を示
す図。

【図２】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置における画
素の配列を示す図。（Ｂ）は、本発明の投写型表示装置
における各画素の色度点を示す図。

【図３】本発明の投写型表示装置の光学系の構成例を示
す図。

【図４】本発明の投写型表示装置の光学系の構成例を示
す図。

【図５】（Ａ）は、本発明の投写型表示装置のマゼンダ
色用液晶パネルにおける画素の配列を示す図。（Ｂ）
は、本発明の投写型表示装置に用いる立体眼鏡の構成例
を示す図。

【図６】従来の投写型表示装置の光学系の構成例を示す
図。

【符号の説明】

１００光源ランプ１０１曲面反射鏡１０５青反射ダイクロイックミラー１１０，１１１，１１２，１１３集光レンズ１１４，１１５，１１６，１１７液晶パネル１２１投写レンズ３００，３０３偏光ビームスプリッター４０４１／４波長板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を複数の色光に分離する
ための光分離手段と、前記光分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する複数のラ
イトバルブと、前記複数のライトバルブからの出力光を
１つに合成する光合成手段と、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
投写表示する投写レンズとを備える投写型表示装置にお
いて、前記光分離手段は、前記照明装置の出力光を波長分離に
よって４つの色光に分離し、前記ライトバルブは各色光
に対応して４枚配置されていることを特徴とする投写型
表示装置。
【請求項２】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を複数の色光に分離する
ための光分離手段と、前記光分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する複数のラ
イトバルブと、前記複数のライトバルブからの出力光を
１つに合成する光合成手段と、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
投写表示する投写レンズとを備える投写型表示装置にお
いて、前記光分離手段は、前記照明装置の出力光を互いに直交
する偏光成分に分離する光学素子と、波長分離によって
色光に分離する光学素子を含んで構成され、前記照明装
置の出力光を４つの色光に分離し、前記ライトバルブは
各色光に対応して４枚配置されていることを特徴とする
投写型表示装置。
【請求項３】３原色の色成分を含む光を出射する照明
装置と、前記照明装置の出力光を複数の色光に分離する
ための光分離手段と、前記光分離手段から出射する各色
光を変調し映像情報に応じた光学像を形成する複数のラ
イトバルブと、前記複数のライトバルブからの出力光を
１つに合成する光合成手段と、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
投写表示する投写レンズとを備える投写型表示装置にお
いて、前記光分離手段は、前記照明装置の出力光を互いに直交
する偏光成分に分離する光学素子と、分離された各偏光
光をそれぞれ２つの色光に波長分離する光学素子を含ん
で構成され、前記ライトバルブは各色光に対応して４枚
配置され、そのうち２枚のライトバルブには、色光を平
面的に２色分離するカラーフィルターが設けられている
ことを特徴とする投写型表示装置。