JPH09185017A

JPH09185017A - カラー画像生成ユニット

Info

Publication number: JPH09185017A
Application number: JP8342225A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamakura; 弘鎌倉; Tomio Sonehara; 富雄曽根原; Shuji Ariga; 修二有賀; Takeshi Ono; 武志小野; Fumitaka Yajima; 章隆矢島; Junichi Nakamura; 旬一中村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1997-07-15
Anticipated expiration: 2013-09-21
Also published as: JP2800812B2

Abstract

(57)【要約】【課題】コントラストに優れ、光源光の利用効率の高い
コンパクトなカラー画像生成ユニットを提供すること。【解決手段】光源４０から出射された光はコンデンサレ
ンズ４１によりコリメートされ、ミラー４２により反射
され、赤色フィルタ４３、緑色フィルタ４４、青色フィ
ルタ４５により３原色に分離される。それぞれのライト
バルブの両側には偏光板がそれぞれ設けられており、赤
色、青色のライトバルブの偏光板の偏光軸は紙面に対し
垂直となる方向に合わせてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、復数枚の像形成用
のライトバルブを用いたカラー画像生成ユニットに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の投写型カラー表示装置は、特開昭
５８−１５０９３７に開示されているように、反射型ラ
イトバルブと、ダイクロイックミラーによって単色の画
像を合成するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術では
以下の問題点を有する。第１に反射型ライトバルブであ
り、ライトバルブ表面の反射がコントラストの低下を招
く。第２にライトバルブが陰極配管の光によって制御さ
れるため大がかりな装置となる。第３にダイクロイック
ミラーは優れた偏光分離性能を持たなくてはならなかっ
た。

【０００４】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、コントラストに優
れ、光源光の利用効率の高いコンパクトなカラー画像生
成ユニットを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像生成ユ
ニットは、３つの色光をそれぞれ変調する３枚の透過型
のライトバルブと、このライトバルブの出射側にそれぞ
れ設けられた特定の偏光軸の光を透過させる透過軸を有
する偏光手段と、変調された３つの色光を入射してそれ
らを合成するプリズムとを有し、プリズムは異なった波
長選択特性を有し、且つ互いに直交する２種類のダイク
ロイック面を有し、プリズムの２種類のダイクロイック
面でそれぞれ反射される２種類の色光を赤色光と青色光
とし、プリズムの２種類のダイクロイック面をそれぞれ
透過する色光を緑色光としてなり、少なくとも赤色光及
び青色光をそれぞれ変調するライトバルブの出射側に設
けられた偏光手段の透過軸は、プリズムに入射する３つ
の色光の光軸により規定される平面に対してほぼ垂直と
なるように配置される。

【０００６】

【作用】本発明の構成によれば、光の三原色の色光に対
応した透過型ライトバルブによって画像を形成し色光は
変調される。透過型ライトを用いた投写光からライトバ
ルブ表面の反射光の影響は除くことができ、画像のコン
トラストが向上する。又、ライトバルブは液晶の電気光
学効果を用いた画像表示パネルを採用し、特にアクティ
ブマトリクスパネルを用い、赤色ライトバルブと青色ラ
イトバルブのそれぞれを選択反射特性の赤色・青色の有
する反射面に対し、Ｓ偏光入射し、他の一方の緑色光を
Ｐ偏光で入射し、画像を合成することにより、色分離が
急峻で、彩度の優れた画像が得られ、コントラストも
１：３０位は容易に得られる。同様にライトバルブをＰ
ＬＺＴ、電気泳動等の光スイッチ素子を用いても良い。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のカラー画像生成
ユニットが適用される投写型表示装置の原理図を示した
ものである。

【０００８】光源１から発散した光はコンデンサレンズ
２によりコリメートされ、ライトバルブ３に光を照射
し、投写レンズ４により拡大投写し、スクリーン５上に
画像を結像する。

【０００９】図２は、図１の装置の光源についての詳細
図であり、（ａ）が照明系の構成図で、（ｂ）がリフレ
クタの分光特性を示すグラフである。

【００１０】ランプ１０は、ハロゲンランプもしくは、
メタルハライドランプ、キセノンランプ等の高演色性ラ
ンプで、楕円ミラー１１は、点発光部１２を第１焦点Ｆ
１に重なるように合せ、第２焦点下２に集光させ、コン
デンサレンズ１３により光束１４はコリメートされる。
楕円ミラー１１は、コールドミラーで作られ、グラフ
（ｂ）に示す如く、赤外光線を透過させるために、照明
系の前面には、熱が伝わりにくく構成してある。

【００１１】図３は、本発明のカラー画像表示ユニット
が適用される投写型カラー表示装置に用いられる、３原
色を生成するためのキューブプリズムの構成図で、
（ａ）が、直角プリズムの斜視図、（ｂ）が、キューブ
プリズムの組立方法を表わした図である。

【００１２】直角プリズム２０は、直角を挟む２辺にそ
れぞれダイクロイックミラーの赤反射、青反射の層を蒸
着、もしくはスパッタで作成し、４個のプリズムを
（ｂ）のように組み合せ、それぞれのプリズムの接着に
は、バルサム及び合成接着剤の屈折率がｎ＝１．５２〜
１．５４程度の接着剤により、光学的接着を行い、キュ
ーブプリズムを組立てる。

【００１３】図４は、上記キューブプリズムの色分離を
示す図である。

【００１４】キューブプリズム３０に白色光３１をプリ
ズム面にほぼ垂直に入射させると、それぞれの選択反射
膜により、赤、青、緑の３原色に色分離が行われる。

【００１５】図５は上記キューブプリズムの色分離のラ
ンダム光入射光における分光特性を示した図で、（ａ）
は、ランダム偏光の入射光に対する青色反射の分光特性
を、（ｂ）は、ランダム偏光の人射光に対する赤色反射
の分光特性を示すグラフである。

【００１６】キューブプリズム３０に入射する入射光
を、赤反射面３２に対し、±６°光軸がシフトした場合
バンド巾のシフト量が中心値で、５０ｎｍ位シフトす
る。青色反射面３３も、入射光が±６°光軸がシフトす
ると中心値で１００ｎｍ位シフトする。

【００１７】図６は、上記キューブプリズムの色分離の
Ｓ偏光入射における分光特性を示した図で（ａ）はＳ偏
光入射の時の赤色反射の分光特性を（ｂ）はＳ偏光入射
の時の青色反射の分光特性を示すグラフである。入射光
をＳ偏光成分に限定すると、入射光が±６°光軸がシフ
トしても、バンド巾は、２５ｎｍ以下であった。

【００１８】なお、上記のキューブプリズムは単一光源
からの入射光を３原色に分離するものであるが、後述す
る実施例の色合成のクロスプリズムとしてのキューブプ
リズムもその基本原理は上記と同様である。

【００１９】図７は本発明の一実施例のカラー画像生成
ユニットを適用した投写型カラー表示装置の全体の構成
図を表わしたものである。光源４０から出射された白色
光はコンデンサレンズ４１によりコリメートされ、ミラ
ー４２により反射され、赤色フィルタ４３、緑色フィル
タ４４、青色フィルタ４５により光の３原色に分離され
る。それぞれの色光は、赤色ライトバルブ４６、縁色ラ
イトバルブ４７、青色ライトバルブ４８にほぼ垂直に入
射し、それぞれのライトバルブの両側には図示のように
偏光板がそれぞれ設けられており、その偏光軸を赤色、
青色のライトバルブは紙面に対し垂直となる方向とし緑
色のライトバルブは紙面と水平となる偏光軸に合わせて
ある。キューブプリズム４９は、選択反射面の赤選択と
青選択の反射面に対し、ほぼ４５°の入射角により、画
像データに変調された光が入射し緑色は、透過光により
それぞれの加法混色で色合成され、投写レンズ５０によ
り拡大投写される。ライトバルブの駆動方式は、日経エ
レクトロニクスＮｏ．３５（１９８４）Ｐ２１１に記載
したものに準じている。

【００２０】

【発明の効果】

（１）以上のように本発明によれば、３つの色光をそれ
ぞれ変調する３枚の透過型のライトバルブと、ライトバ
ルブの出射側にそれぞれ設けられ特定の偏光軸の光を透
過させる透過軸を有する偏光手段とを備えているので、
次のａ）〜ｃ）に掲げる効果が得られる。

【００２１】ａ）投写光からライトバルブ表面における
非変調光の反射の影響を除去することができ、画像のコ
ントラストが高い。

【００２２】ｂ）フルカラー表示が可能となる。

【００２３】ｃ）偏光ビームスプリッタが不要であり、
光学系が簡単で、装置もコンパクトにできる。

【００２４】（２）また、本発明によれば、色合成手段
を、異なった波長選択特性を有する２種類のダイクロイ
ック面を有するプリズムにより構成したので、次の
ｄ），ｅ）に掲げる効果が得られる。

【００２５】ｄ）プリズムにおいては、その反射面を精
度よく形成することができる。即ち、プリズムは、ミラ
ーのように薄くなく、治具に固定したときにも剛性があ
るため、平面度がでる。また、ミラーのように十文宇に
形成するときのミラーの分割がないため、面のつながり
がでる。従って、この点からも解像度が向上し、色むら
がでず、画質が向上する。

【００２６】ｅ）プリズムは屈折率が大きいので、焦点
距離が短くなる。従って、色合成手段にプリズムを採用
したことにより投写距離が短くなり、装置の小形化が可
能になっている。

【００２７】（３）また、本発明によれば、像形成用ラ
イトバルブで変調された色光のうち、ダイクロイック面
で反射される色光は、ダイクロイック面に対してＳ偏光
で入射するから、以下のｆ）〜ｉ）に掲げる効果を有す
る。

【００２８】ｆ）プリズムはＳ反射特性が良く（ミラー
に比べて）、ダイクロイック面で反射される色光はＳ偏
光されて入射するので、従って、この点からも光の利用
効率が向上する。

【００２９】ｇ）反射すべき波長域ではフラットで高い
反射率が得られる。

【００３０】ｈ）入射光の平行度が悪くとも色選択波長
特性の劣化が少なく、良好な色合成を行なうことができ
る。

【００３１】ｉ）従って、色合成の性能がよく、色再現
性も高く、光の利用効率も高く、画面も明るい。

【００３２】（４）更に、本発明によれば、プリズムに
より反射される色光をＲ（赤），Ｂ（青）とし、透過す
る色光をＧ（緑）としたことにより次のｊ），ｋ）の効
果を有する。

【００３３】ｊ）上述の図６（ａ），（ｂ）に示される
ように、ＲとＢは可視光波長領域における波長遷移領域
がそれぞれ１箇所であり、そして、ライトバルブから出
射されたＲ光及びＢ光も、それぞれ同様な箇所で遷移領
域をもっている。従って、元々遷移している色光のスぺ
クトルは、プリズムのダイクロイック面の波長選択特性
によりさらに減衰されることになるが、Ｒ光及びＢ光に
とっては、遷移領域は１箇所であり、スぺクトルの減衰
箇所は１箇所で済む。一方、Ｇ光は遷移領域は２箇所で
あるが、プリズムを透過するため、遷移領域の減衰はな
い。従って、プリズムを透過するため、遷移領域の減衰
はない。従って、合成光のスペクトルでみると、２箇所
で減衰することになる。

【００３４】これに対して、例えば、Ｇ光を波長選択
し、更にＲ光とＢ光の一方を波長選択し、他方を透過と
した場合には、Ｇ光は２箇所の遷移領域がそれぞれ波長
選択されるため、遷移領域のスぺクトルが減衰し、Ｒ光
とＢ光の一方は波長選択により遷移領域の１箇所が減衰
する。このため、合成光では減衰箇所が３箇所できてし
まうことになる。

【００３５】ところが、本発明においては、上述のよう
に、減衰箇所が２箇所で済んでいるので、合成光のスぺ
クトルの減衰量が少ないものとなっている。

【００３６】ｋ）また、ダイクロイック面は、図６に示
されるように、光軸のシフトに対するバンドのシフト特
性があり、Ｒ光とＢ光を反射する構成であれば、上記
ｊ）の場合と同様に、本発明の場合には合成光としては
シフト特性を受ける遷移領域は２箇所であり、後者の場
合には３箇所となる。

【００３７】従って、本発明は合成光のスぺクトルのシ
フト量も少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー画像生成ユ二ットが適用される
投写型表示装置の原理図である。

【図２】（ａ）は投写型表示装置の光源の構成図であ
り、（ｂ）はそのリフレクタの分光特性図である。

【図３】本発明のカラー画像生成ユニットを投写型カラ
一表示装置に適用される際に用いられる、３原色を生成
するためのキューブプリズムの構成図であり、（ａ）は
斜視図、（ｂ）は組立て方法を示した説明図である。

【図４】上記キューブプリズムの色分離の概念図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）は上記キューブプリズムのラン
ダム光入射における分光特性図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は上記キューブプリズムの色分
離のＳ偏光入射における分光特性図である。

【図７】本発明の一実施例のカラー画像生成ユニットを
適用した投写型カラー表示装置の全体構成を示した図で
ある。

【符号の説明】

１・・・光源２・・・コンデンサレンズ３・・・ライトバルブ４・・・投写レンズ５・・・スクリーン１０・・・ランプ１１・・・ミラー１２・・・点発光部１３・・・コンデンサレンズ１４・・・光束

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る画像生成ユ
ニットは、３つの色光をそれぞれ変調する３枚の透過型
のライトバルブと、前記ライトバルブの出射側にそれぞ
れ設けられた特定の偏光軸の光を透過させる透過軸を有
する偏光板と、前記変調された３つの色光を入射してそ
れらを合成するプリズムとを有し、前記プリズムは異な
った波長選択特性を有し、且つ互いに直交する２種類の
ダイクロイック面を有し、前記プリズムの２種類のダイ
クロイック面でそれぞれ反射される２種類の色光を赤色
光と青色光とし、前記プリズムの２種類のダイクロイッ
ク面をそれぞれ透過する色光を緑色光としてなり、少な
くとも赤色光及び青色光をそれぞれ変調する前記ライト
バルブの出射側に設けられた前記偏光手段の透過軸は、
前記プリズムに入射する３つの色光の光軸により規定さ
れる平面に対してほぼ垂直となるように配置され、前記
偏光板を透過した光は、前記ダイクロイック面に対して
ほぼ４５度に入射されてなることを特徴とする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】従って、本発明は合成光のスペクトルのシ
フト量も少ない。さらに、偏光板を透過した光がダイク
ロイック面に対してほぼ４５度に入射されることによ
り、ダイクロイック面の波長選択特性のシフトが少な
く、画像品質の良いカラー画像生成ユニットを得ること
が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小野武志長野県諏訪市大和３丁目３番５号株式会社諏訪精工舎内 (72)発明者矢島章隆長野県諏訪市大和３丁目３番５号株式会社諏訪精工舎内 (72)発明者中村旬一長野県諏訪市大和３丁目３番５号株式会社諏訪精工舎内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３つの色光をそれぞれ変調する３枚の透過
型のライトバルブと、該ライトバルブの出射側にそれぞ
れ設けられた特定の偏光軸の光を透過させる透過軸を有
する偏光手段と、前記変調された３つの色光を入射して
それらを合成するプリズムとを有し、前記プリズムは異なった波長選択特性を有し、且つ互い
に直交する２種類のダイクロイック面を有し、前記プリズムの２種類のダイクロイック面でそれぞれ反
射される２種類の色光を赤色光と青色光とし、前記プリ
ズムの２種類のダイクロイック面をそれぞれ透過する色
光を緑色光としてなり、少なくとも前記赤色光及び前記
青色光をそれぞれ変調するライトの出射側に設けられた
前記偏光手段の透過軸は、前記プリズムに入射する３つ
の色光の光軸により規定される平面に対してほぼ垂直と
なるように配置されてなることを特徴とするカラ一画像
生成ユニット。