JPH10142712A

JPH10142712A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH10142712A
Application number: JP8301481A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Nakakita; 朋喜中北; Yoshito Miyatake; 義人宮武; Shinya Mito; 真也三戸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-11-13
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】色分離光学系における直線偏光を有効に利用
して光利用効率が高い投写型表示装置を実現する。【解決手段】光源８の光を３原色に分離する色分離光
学手段１３と、色分離光学手段１３からの光から直線偏
光を選択する３つの偏光子１５と、直線偏光の偏波面を
回転させる機能をもち色分離光学手段１３と前記偏光子
１５との間に配置された偏波面回転手段１４と、偏光子
１５で選択された光が入射し複屈折性の変化として光学
像を形成する画像形成手段１８と、画像形成手段１８で
形成された光学像を投写する投写手段１９とを備え、色
分離光学手段１３は光軸に対して所定の角度で斜めに配
置された波長選択性ミラー１０、１１と平面ミラー１２
で構成され、偏波面回転手段１４は波長選択性ミラーで
反射されたｓ偏光をｐ偏光に変換し、偏波面回転手段１
４によって回転した直線偏光の偏波面と偏光子１５の偏
光透過軸が実質上一致する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ライトバルブ上に
形成された光学像をスクリーン上に拡大投写する投写型
表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大画面映像を得るために、映像信号に対
応した光学像を形成する小型ライトバルブに光源からの
光を照射して、投写レンズによってスクリーン上に拡大
投写する方法が従来より知られている。

【０００３】最近では、小型ライトバルブとして液晶パ
ネルを用いた投写型表示装置が注目されており、反射型
ライトバルブと透過型ライトバルブとがある。反射型ラ
イトバルブは、画素電極のスイッチング素子がない分、
画素ピッチをより細かくすることが出来、高密度の向上
が可能である。従って、反射型ライトバルブは、液晶パ
ネルの画素開口率を低下させずに画素数の増大を可能と
するデバイスとして有用であり、透過型ライトバルブよ
り明るくかつ高解像な画像を実現することができる。

【０００４】反射型ライトバルブを用いた投写光学シス
テムの概略構成を図５に示す。反射型ライトバルブを用
いた従来の投写型表示装置は、光源とその光源からの放
射光を集光する凹面鏡と複数のリレーレンズと複数のダ
イクロイックミラーや平面ミラーからなる色分解光学系
を含む照明光学系２８と、複数のダイクロイックミラー
で形成される色分解光学系２８と、偏光子２９と、反射
型ライトバルブ３１と、偏光ビームスプリッタ３０と、
３本の投写レンズからなる投写光学系または色合成光学
系と１本の投写レンズからなる投写光学系３２とで構成
されている。照明光学系２８から出射した光は偏光子２
９を介して実質上直線偏光になり、偏光ビームスプリッ
タ３０に入射する。偏光ビームスプリッタ３０では反射
型ライトバルブ３１で変調された偏光は透過するが、変
調されない偏光は反射し投写レンズ３２に到達しない。
偏光子２９は偏光ビームスプリッタ３０への入射光を実
質上直線偏光にして、コントラストを確保するために用
いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光源から出射する光は
自然光であるが、偏光子により直線偏光化して反射型ラ
イトバルブに照射するように用いる。その過程で、自然
光中の直線偏光成分の選択の仕方によって投写画像が暗
くなるという問題がある。

【０００６】本発明は上記従来の装置の課題を解決し、
光利用効率の高い投写型表示装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、３
原色の色成分を含む光を放射する光源と、光源からの出
射光を３原色に分離する色分離光学手段と、色分離され
た光を実質上直線偏光に変換する３つの偏光子と、直線
偏光の偏波面を回転させる機能をもち、偏光子と色分離
光学手段との間に少なくとも１つ配置された偏波面回転
手段と、偏光子からの出射光が入射し複屈折性の変化と
して光学像を形成する３つの画像形成手段と、それぞれ
の画像形成手段で形成された光学像を投写する３つの投
写手段とを具備することを特徴とするものである。

【０００８】請求項５の本発明は、３原色の色成分を含
む光を放射する光源と、光源からの出射光を３原色に分
離する色分離光学手段と、色分離された光を実質上直線
偏光に変換する３つの偏光子と、偏光子と色分離光学手
段との間に配置された直線偏光の偏波面を回転させる偏
波面回転手段と、偏光子からの出射光が入射し複屈折性
の変化として光学像を形成する３つの画像形成手段と、
それぞれの画像形成手段で形成された光学像を１つに合
成する色合成光学手段と、色合成光学手段で合成された
光学像を投写する投写手段とを具備することを特徴とす
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１０】図１は、ダイクロイックミラーにおける偏
光透過と偏光反射の分光特性について示している。分光
特性図の縦軸は透過率または反射率、横軸は波長であ
る。１は赤反射ダイクロイックミラー、２は青反射ダイ
クロイックミラーである。また、実線はｓ偏光で、破線
はｐ偏光を示している。Ａ、Ｂは１／２波長板である。

【００１１】ダイクロイックミラーは色分解光学系の主
な構成要素であり、ダイクロイックミラーで透過または
反射する面の法線ベクトルと光の進行方向ベクトルを含
む面を入射面とすると、入射面に対して平行な振動方向
をもつｐ偏光と、入射面に対して垂直な振動方向をもつ
ｓ偏光とでは、透過または反射する光のカットオフ波長
が異なり、波長帯域に差が出る。透過光では３ａ、３ｂ
のように、ｐ偏光が透過帯域が広く、また透過率も高
い。反対に反射光では４ａ、５ａのように、ｓ偏光が反
射帯域が広く、反射率も大きい。

【００１２】偏光子に到達するまでは、様々な偏光成分
を含んだ自然光がダイクロイックミラーで透過・反射さ
れる。ｐ偏光は透過光としては有効に利用できるが、反
射光の場合、波長帯域の狭く反射率の低いｐ偏光を用い
ることになる。反対に、反射光において広帯域で反射率
の高いｓ偏光が偏光子でカットされ、光源からの光を十
分に利用していない。

【００１３】以下に、本発明の投写型表示装置の具体的
な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。（第１の実施の形態）図２は、本発明の一実施の形態の
投写型表示装置の構成を示している。６はランプ、７は
凹面鏡、８はランプ６と凹面鏡７で構成される光源、９
は赤外線をカットするコールドミラー、１０は赤反射ダ
イクロイックミラー、１１は青反射ダイクロイックミラ
ー、１２は平面ミラー、１３は１０、１１、１２で構成
される色分離光学系、１４ａ、１４ｂは１／２波長板、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃは偏光子、１６ａ、１６ｂ、１
６ｃは平面ミラー、１７ａ、１７ｂ、１７ｃはｐ偏光と
ｓ偏光を分離する偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、１
８ａ、１８ｂ、１８ｃは反射型液晶ライトバルブ、１９
ａ、１９ｂ、１９ｃは投写レンズである。

【００１４】本実施の形態は、以上のような構成要素か
らなり、次に、その相互の関連と動作について説明す
る。

【００１５】ランプ６から出射された光は凹面鏡７で集
光され、その光源８から出射された光はコールドミラー
９で反射された後、緑・赤・青の３原色成分を含んだ光
に変換される。そしてその反射光のうち赤反射ダイクロ
イックミラー１０で赤光だけが反射され、残光（緑光、
青光）は青反射ダイクロイックミラー１１に入射する。
そして、青反射ダイクロイックミラー１１で青光が反射
される。緑光だけが平面ミラー１２で反射して偏光子１
５ｃに入射し、ｐ偏光成分が選択される。赤光、青光は
それぞれ１／２波長板１４ａ，１４ｂに入射し、赤光、
青光のｓ偏光成分は偏光軸が９０゜回転し、透過帯域の
広いｐ偏光に変換され、それぞれ偏光子１５ａ、１５ｂ
に入射する。

【００１６】一般に、１／２波長板は、円偏光、楕円偏
光の位相反転や直線偏光の振動軸の回転に用いられる。
１／２波長板には無機光学単結晶板や延伸樹脂フィルム
波長板、薄膜波長板などがある。延伸樹脂フィルム性の
１／２波長板は粘着剤でガラス平板に貼り付けられる。
無機光学単結晶板の１／２波長板は製造の際コストが高
いので、比較的安価な延伸樹脂フィルム性のものが実用
的である。しかし，光源からのエネルギーの高い光が１
／２波長板に入射し、延伸樹脂フィルムが熱により劣化
するため冷却手段が必要となる。斜方蒸着した薄膜に膜
面に垂直入射する光線が複屈折する現象を利用した耐熱
性が高く、薄膜波長板は、蒸着膜の蒸着時間によって任
意のリタデーションを実現することが出来る。また、成
膜方法も他の光学多層膜と同じなので、サイズを大きく
することも容易である。１／２波長板の波長設定は各色
とも同じもの（５５０ｎｍ付近）を用いてもいいが、本
来は、緑、赤，青の色度の主波長に応じて設定するのが
望ましい。

【００１７】ここで、図３を参照しながら、色分解光学
系における１／２波長板の作用についてさらに詳しく説
明する。図３は１／２波長板による入射光の電界ベクト
ルの振動方向の回転作用を示す。直線偏光化された入射
光線の偏光面の電界ベクトルの振動方向２４と１／２波
長板２５の進相軸２６とのなす角をθ（鋭角）とする
と、波長板の進相軸２６に関して入射光線と反対側から
出射される直線偏光の電界ベクトルの振動方向２７は、
１／２波長板２５の進相軸２６に対して鋭角θをなす。
ゆえに１／２波長板２５は入射された直線偏光の電界ベ
クトルの振動方向２４を２θだけ回転させる機能をも
つ。

【００１８】つまり、θ＝４５゜に設定した１／２波長
板２５は入射直線偏光の偏光軸を９０゜回転させる。こ
の実施の形態の場合、１／２波長板２５に入射する光は
様々な偏光成分を含んだ光となっているが、１／２波長
板２５透過後の光を偏光子に入射させてｐ偏光成分を抽
出するので、ダイクロイックミラーで反射し、ｐ偏光よ
りも波長帯域が広く絶対値も大きいｓ偏光をこの１／２
波長板２５でｐ偏光に変換し、より明るさ的に有利な直
線偏光成分を選択する。図１では、１／２波長板Ａ，Ｂ
によって、４ａが４ｂに、５ａが５ｂにそれぞれ変換さ
れる様子も示している。

【００１９】偏光子１５ａ、１５ｂ、１５ｃから出射し
た緑・赤・青の実質上直線偏光は、それぞれ平面ミラー
１６ａ、１６ｂ、１６ｃにより進路変更し、それぞれＰ
ＢＳ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに入射する。ＰＢＳ１７
ａ、１７ｂ、１７ｃはｓ偏光入射型とし、入射光はＰＢ
Ｓ内の光学多層膜で反射する。光学多層膜は、屈折率の
異なる２種類の薄膜を交互に積層されている構成で、そ
れぞれ２種類の膜厚は、ある特定の波長においてｐ偏光
成分の透過率がほぼ１００％となるように設計されてい
る。ＰＢＳからの出射光は、反射型ライトバルブ１８
ａ、１８ｂ、１８ｃに入射し、画像信号に応じて変調さ
れた光はｐ偏光となって反射し、変調されない光はｓ偏
光のままで反射する。

【００２０】再度ＰＢＳ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに入射
したｐ偏光はＰＢＳ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを透過し、
ｓ偏光は再度ＰＢＳで反射して光源側に戻る。ＰＢＳ１
７ａ、１７ｂ、１７ｃを透過したｐ偏光は、投写レンズ
１９ａ、１９ｂ、１９ｃでそれぞれ拡大投写され、スク
リーン上で画像を形成する。（第２の実施の形態）第１の実施の形態の構成に色合成
光学系が加わり投写レンズを１本とした構成である。そ
の構成を図４に示す。２０は青反射ダイクロイックミラ
ー、２１は緑反射ダイクロイックミラー、２２ａ、２２
ｂは平面ミラー、２３は青反射ダイクロイックミラー２
０と緑反射ダイクロイックミラー２１と平面ミラー２２
ａ、２２ｂとで形成される色合成光学系、２４は投写レ
ンズである。ＰＢＳ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを透過した
ｐ偏光は、色合成光学系２３で合成された後、投写レン
ズ２４で拡大投写される。

【００２１】また、この実施の形態に示す光学系で得ら
れた広帯域の波長分布をもつ光で合成される投写画像
は、各色とも広い波長帯域をもち、中間色調の波長帯域
を十分に確保できるため、ダイクロイックフィルターの
波長設定条件を変えることで、色むらを低減することも
可能となる。

【００２２】なお、１／４波長板を２枚重ねても、１／
２波長板と同様の効果を実現できる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明の投写型表示装置
は、色分解光学系の狭い波長帯域の直線偏光を広い波長
帯域の直線偏光に変換し、従来よりも明るい投写画像を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１／２波長板透過前後のダイクロイックミラー
における透過光、反射光の分光特性を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態１の投写型表示装置の構成
を示した斜視図である。

【図３】１／２波長板の直線偏光の振動軸回転作用を示
した斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態２の投写型表示装置の構成
を示した斜視図である。

【図５】従来の反射型ライトバルブを用いた投写光学シ
ステムの概略構成である。

【符号の説明】

６ランプ７凹面鏡８光源９コールドミラー１０赤反射ダイクロイックミラー１１青反射ダイクロイックミラー１２平面ミラー１３色分離光学系１４ａ、１４ｂ１／２波長板１５ａ、１５ｂ、１５ｃ偏光子１６ａ、１６ｂ、１６ｃ平面ミラー１７ａ、１７ｂ、１７ｃ偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ）１８ａ、１８ｂ、１８ｃ反射型ライトバルブ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ投写レンズ２０青反射ダイクロイックミラー２１緑反射ダイクロイックミラー２２ａ、２２ｂ平面ミラー２３色合成光学系２４投写レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３原色の色成分を含む光を放射する光源
と、前記光源からの出射光を３原色に分離する色分離光
学手段と、前記色分離光学手段から出射される光から実
質上直線偏光を選択する３つの偏光子と、実質上直線偏
光の偏波面を回転させる機能をもち前記色分離光学手段
と前記偏光子との間に少なくとも１つ配置された偏波面
回転手段と、前記偏光子で選択された光が入射し複屈折
性の変化として光学像を形成する３つの画像形成手段
と、前記画像形成手段で形成された光学像を投写する３
つの投写手段とを備え、前記色分離光学手段は、光軸に対して所定の角度をもっ
て斜めに配置された複数の波長選択性ミラーと平面ミラ
ーで構成され、前記偏波面回転手段は、前記波長選択性ミラーで反射さ
れたｓ偏光をｐ偏光に変換し、前記偏波面回転手段によって回転した直線偏光の偏波面
と前記偏光子の偏光透過軸が実質上一致することを特徴
とする投写型表示装置。
【請求項２】前記偏波面回転手段は１／２波長板であ
り、その進相軸と入射直線偏光偏波面とがなす角度が実
質上４５°である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】前記画像形成手段は、反射型ライトバルブ
である請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項４】前記色分解光学手段は、赤反射ダイクロイ
ックミラーと青反射ダイクロイックミラーと平面ミラー
で構成される請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項５】３原色の色成分を含む光を放射する光源
と、前記光源からの出射光を３原色に分離する色分離光
学手段と、前記色分離光学手段から出射される光から実
質上直線偏光を選択する３つの偏光子と、直線偏光の偏
波面を回転させる機能をもち前記色分離手段と前記偏光
子との間に少なくとも１つ配置された偏波面回転手段
と、前記偏光子で選択された光が入射し複屈折性の変化
として光学像を形成する３つの画像形成手段と、前記画
像形成手段からの出射光を１つの光に合成する色合成光
学手段と、前記色合成光学手段で合成された光を投写す
る投写手段とを備え、前記色分離光学手段及び前記色合成光学手段は、光軸に
対して所定の角度をもって斜めに配置された、複数の波
長選択性ミラーと複数の平面ミラーで構成され、前記偏波面回転手段は、前記波長選択性ミラーで反射さ
れたｓ偏光をｐ偏光に変換し、前記偏波面回転手段によって回転した直線偏光の偏波面
と前記偏光子の偏光透過軸が実質上一致することを特徴
とする投写型表示装置。
【請求項６】前記偏波面回転手段は１／２波長板であ
り、その進相軸と入射直線偏光偏波面とがなす角度が実
質上４５°である請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項７】前記画像形成手段は、反射型ライトバルブ
である請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項８】前記色分解光学手段は、赤反射ダイクロイ
ックミラーと青反射ダイクロイックミラーと平面ミラー
で構成される請求項５記載の投写型表示装置。
【請求項９】前記色合成光学手段は、青反射ダイクロイ
ックミラーと緑反射ダイクロイックミラーと平面ミラー
で構成される請求項５記載の投写型表示装置。