JPH10206792A - 色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置 - Google Patents
色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置Info
- Publication number
- JPH10206792A JPH10206792A JP9009351A JP935197A JPH10206792A JP H10206792 A JPH10206792 A JP H10206792A JP 9009351 A JP9009351 A JP 9009351A JP 935197 A JP935197 A JP 935197A JP H10206792 A JPH10206792 A JP H10206792A
- Authority
- JP
- Japan
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- lens array
- color separation
- diffraction grating
- separation element
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レンズアレイ（１）とレンズアレイ（２）に
挟まれて回折格子を配置し、レンズアレイ（１）から入
射する白色光を青、緑、赤の３色のストライプ状の光に
変換する色分離素子と、それを用いた投写装置を提供す
る。 【解決手段】 レンズアレイ１とレンズアレイ２と回折
格子３からなり、回折格子３がレンズアレイ１とレンズ
アレイ２の間に配置してなり、レンズアレイ１により入
射光を絞り、回折格子３により波長に対して光軸を変化
し、レンズアレイ２により少なくとも３つの波長群に分
離して出力する構成により、小型簡便に３色の色分離を
行う素子を実現し、投写装置に応用する。
挟まれて回折格子を配置し、レンズアレイ（１）から入
射する白色光を青、緑、赤の３色のストライプ状の光に
変換する色分離素子と、それを用いた投写装置を提供す
る。 【解決手段】 レンズアレイ１とレンズアレイ２と回折
格子３からなり、回折格子３がレンズアレイ１とレンズ
アレイ２の間に配置してなり、レンズアレイ１により入
射光を絞り、回折格子３により波長に対して光軸を変化
し、レンズアレイ２により少なくとも３つの波長群に分
離して出力する構成により、小型簡便に３色の色分離を
行う素子を実現し、投写装置に応用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、白色光を光の３原
色光に分離する色分離素子と色分離素子を用いた液晶表
示デバイスおよび投写装置に関するものである。
色光に分離する色分離素子と色分離素子を用いた液晶表
示デバイスおよび投写装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】透過型液晶を用いるカラー投写装置は大
きく分けて２種類ある。第１は透過型液晶デバイスの各
画素ごとに３種類のカラーフィルタを配してなる液晶デ
バイスを用いる投写装置である。この装置では、光源か
らの白色光をそのまま液晶デバイスに照射することによ
り、１枚の液晶デバイスにより簡単にカラーフィルタを
透過した色に分離できる。しかしながら、一般的なカラ
ーフィルタは吸収型であるため、例えば光の３原色であ
る緑を透過させるには、他の赤と青は吸収によりカット
する必要があり、元の光源からの光量を低下させてしま
う。
きく分けて２種類ある。第１は透過型液晶デバイスの各
画素ごとに３種類のカラーフィルタを配してなる液晶デ
バイスを用いる投写装置である。この装置では、光源か
らの白色光をそのまま液晶デバイスに照射することによ
り、１枚の液晶デバイスにより簡単にカラーフィルタを
透過した色に分離できる。しかしながら、一般的なカラ
ーフィルタは吸収型であるため、例えば光の３原色であ
る緑を透過させるには、他の赤と青は吸収によりカット
する必要があり、元の光源からの光量を低下させてしま
う。
【０００３】また、ダイクロイックミラーを用いて、予
め光を３つの波長領域に分離し、それぞれの波長領域に
対応したカラーフィルタの無い液晶デバイスに照射し、
透過光を合成することによりカラー画像を得る装置があ
る。この方法によれば、予め波長を分離するため、吸収
によるロスが無く、光源からの光を効率よく利用するこ
とができる。また、液晶デバイスもカラーフィルタのな
い液晶デバイスを使用することができる。しかし、色分
離光学系、色合成光学系を必要とし、光学系に大きな空
間を必要とする。
め光を３つの波長領域に分離し、それぞれの波長領域に
対応したカラーフィルタの無い液晶デバイスに照射し、
透過光を合成することによりカラー画像を得る装置があ
る。この方法によれば、予め波長を分離するため、吸収
によるロスが無く、光源からの光を効率よく利用するこ
とができる。また、液晶デバイスもカラーフィルタのな
い液晶デバイスを使用することができる。しかし、色分
離光学系、色合成光学系を必要とし、光学系に大きな空
間を必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】カラーフィルタのない
液晶デバイスを使用するには、色分離光学系、色合成光
学系を必要とし、光学系に大きな空間を必要とする。
液晶デバイスを使用するには、色分離光学系、色合成光
学系を必要とし、光学系に大きな空間を必要とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の色分離素子は、
レンズアレイ１とレンズアレイ２と回折格子を有し、前
記回折格子が前記レンズアレイ１とレンズアレイ２の間
に配置してなり、前記レンズアレイ１により入射光を絞
り、前記回折格子により波長に対して光軸を変化し、レ
ンズアレイ２により少なくとも３つの波長群に分離して
出力する素子である。
レンズアレイ１とレンズアレイ２と回折格子を有し、前
記回折格子が前記レンズアレイ１とレンズアレイ２の間
に配置してなり、前記レンズアレイ１により入射光を絞
り、前記回折格子により波長に対して光軸を変化し、レ
ンズアレイ２により少なくとも３つの波長群に分離して
出力する素子である。
【０００６】上記のような色分離素子を用いることによ
り、色分離光学系、色合成光学系を必要とせず非常に小
さな空間で、色分離を行うことができ、カラーフィルタ
のない液晶デバイスを使用して、非常に単純な光学系
で、カラー投写を行うことができる。
り、色分離光学系、色合成光学系を必要とせず非常に小
さな空間で、色分離を行うことができ、カラーフィルタ
のない液晶デバイスを使用して、非常に単純な光学系
で、カラー投写を行うことができる。
【０００７】
【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。
て、図面を参照しながら説明する。
【０００８】（実施の形態１）図１に本発明の第１の実
施の形態における色分離素子の断面図を示す。円筒状の
レンズアレイ（１）１は厚さ５００μｍのガラス板によ
り形成され、１方の側にピッチ３００μｍの円筒状レン
ズアレイが形成されている。もう１方のレンズアレイ
（２）２は厚さ２mmのガラス板により形成され、１方の
側にピッチ１００μｍで３種類のレンズアレイが１組と
なり、繰り返し形成されている。このレンズアレイ
（１）１とレンズアレイ（２）２の平面側に回折格子３
が設置されて色分離素子を形成している。
施の形態における色分離素子の断面図を示す。円筒状の
レンズアレイ（１）１は厚さ５００μｍのガラス板によ
り形成され、１方の側にピッチ３００μｍの円筒状レン
ズアレイが形成されている。もう１方のレンズアレイ
（２）２は厚さ２mmのガラス板により形成され、１方の
側にピッチ１００μｍで３種類のレンズアレイが１組と
なり、繰り返し形成されている。このレンズアレイ
（１）１とレンズアレイ（２）２の平面側に回折格子３
が設置されて色分離素子を形成している。
【０００９】レンズアレイ（１）１に平行または平行に
近い白色光が入射されるとレンズアレイ（１）により集
光されるが、回折格子３が無い場合、焦点位置をレンズ
アレイ（１）とレンズアレイ（２）の中間かつレンズア
レイ（２）のレンズ面寄り約３：１の位置に集光するよ
うにレンズを設計すれば、レンズアレイ（２）のレンズ
面におけるビーム幅は入射ビーム幅の約１／３になる。
このような位置関係における回折格子の設計について述
べる。回折格子の役割は入射光の波長により偏向角を変
えることにある。画像に必要な光は、青（４４０〜５１
０nm程度）、緑（５１０〜５９０nm程度）、赤（５９０
〜６６０nm程度）の３種類である。青の中心波長を４８
０nm、緑の中心波長を５５０nm、赤の中心波長を６２０
nmとすると、図１に示すように、白色光の入射の中心軸
に対し、回折格子により偏向される中心角が、青が−ｘ
度、緑が０度、赤がｘ度（ｘは所定の値）となり、それ
ぞれの中心軸がレンズアレイ（２）の３種類のレンズの
中心に入射するように回折格子を設計する。
近い白色光が入射されるとレンズアレイ（１）により集
光されるが、回折格子３が無い場合、焦点位置をレンズ
アレイ（１）とレンズアレイ（２）の中間かつレンズア
レイ（２）のレンズ面寄り約３：１の位置に集光するよ
うにレンズを設計すれば、レンズアレイ（２）のレンズ
面におけるビーム幅は入射ビーム幅の約１／３になる。
このような位置関係における回折格子の設計について述
べる。回折格子の役割は入射光の波長により偏向角を変
えることにある。画像に必要な光は、青（４４０〜５１
０nm程度）、緑（５１０〜５９０nm程度）、赤（５９０
〜６６０nm程度）の３種類である。青の中心波長を４８
０nm、緑の中心波長を５５０nm、赤の中心波長を６２０
nmとすると、図１に示すように、白色光の入射の中心軸
に対し、回折格子により偏向される中心角が、青が−ｘ
度、緑が０度、赤がｘ度（ｘは所定の値）となり、それ
ぞれの中心軸がレンズアレイ（２）の３種類のレンズの
中心に入射するように回折格子を設計する。
【００１０】レンズアレイ（２）の３種類のレンズは偏
向された青、緑、赤のそれぞれの波長の光が入射する白
色光と同じ方向になるように設計する。以上の構成によ
り、入射白色光はレンズアレイ（１）１のピッチで青、
緑、赤に分離された光に変換された。
向された青、緑、赤のそれぞれの波長の光が入射する白
色光と同じ方向になるように設計する。以上の構成によ
り、入射白色光はレンズアレイ（１）１のピッチで青、
緑、赤に分離された光に変換された。
【００１１】しかし、白色光は本来連続的な波長のスペ
クトルを有しており、青、緑、赤の３色ではないので、
各３色の中心波長でない波長の光は、前述の光軸からず
れているために、得られる青、緑、赤の光は場所により
連続したスペクトルを有している。また、レンズアレイ
（２）２の各レンズは３色の中心波長に対して設計を行
っているために、中心波長からずれた波長の光は、一部
中心軸とずれた方向に拡散する場合が生じる。この拡散
した光が、使用する装置に対して悪い影響を与える場
合、シュリーレン光学系を用いて、一度絞って小さなホ
ールを通過させることにより、拡散した光をカットする
ことができる。
クトルを有しており、青、緑、赤の３色ではないので、
各３色の中心波長でない波長の光は、前述の光軸からず
れているために、得られる青、緑、赤の光は場所により
連続したスペクトルを有している。また、レンズアレイ
（２）２の各レンズは３色の中心波長に対して設計を行
っているために、中心波長からずれた波長の光は、一部
中心軸とずれた方向に拡散する場合が生じる。この拡散
した光が、使用する装置に対して悪い影響を与える場
合、シュリーレン光学系を用いて、一度絞って小さなホ
ールを通過させることにより、拡散した光をカットする
ことができる。
【００１２】又、青、緑、赤の３色の中心波長からずれ
た波長で、一部中心軸とずれた方向に拡散する光は色の
クロストーク場合が生じる。この場合、レンズアレイ
（２）２の境界に光を吸収する材料、例えばブラックマ
トリクスなどの塗料を格子状に形成することによって、
色のクロストークに対して大きな改善効果が得られる。
た波長で、一部中心軸とずれた方向に拡散する光は色の
クロストーク場合が生じる。この場合、レンズアレイ
（２）２の境界に光を吸収する材料、例えばブラックマ
トリクスなどの塗料を格子状に形成することによって、
色のクロストークに対して大きな改善効果が得られる。
【００１３】（実施の形態２）次に本発明の第２の実施
の形態の色分離素子について図２を用いて説明する。レ
ンズアレイ（１）１１はアフォーカルレンズアレイと呼
ばれ、凸レンズと凹レンズの組み合わせからなり、入射
光のビーム幅を小さくすることができる。またレンズア
レイ（１）１１は厚さ５００μｍのガラスの片面が凸レ
ンズ、片面が凹レンズで、レンズアレイは３００μｍピ
ッチであり、通過した光は、幅を１／３に縮小されて出
射される。
の形態の色分離素子について図２を用いて説明する。レ
ンズアレイ（１）１１はアフォーカルレンズアレイと呼
ばれ、凸レンズと凹レンズの組み合わせからなり、入射
光のビーム幅を小さくすることができる。またレンズア
レイ（１）１１は厚さ５００μｍのガラスの片面が凸レ
ンズ、片面が凹レンズで、レンズアレイは３００μｍピ
ッチであり、通過した光は、幅を１／３に縮小されて出
射される。
【００１４】１／３の幅に縮小された光は、回折格子１
３に入射し、青、緑、赤の３群に分離され、プリズムア
レイ１２を通過する。プリズムアレイ１２は厚さ２mmの
ガラス板の１方が１００μｍピッチで角度を変化してあ
り、青、緑、赤３群の光の中心軸が１００μｍ間隔にな
った位置で、中心軸を同一方向に変えることにより、入
射する白色光を青、緑、赤の３色ストライプ光を得るこ
とができる。
３に入射し、青、緑、赤の３群に分離され、プリズムア
レイ１２を通過する。プリズムアレイ１２は厚さ２mmの
ガラス板の１方が１００μｍピッチで角度を変化してあ
り、青、緑、赤３群の光の中心軸が１００μｍ間隔にな
った位置で、中心軸を同一方向に変えることにより、入
射する白色光を青、緑、赤の３色ストライプ光を得るこ
とができる。
【００１５】（実施の形態３）また、プリズムアレイは
回折格子でも置き換えることが可能である。図３に第３
の実施の形態を示す。青、緑、赤の波長を３つの方向に
分離するまでは、第２の実施の形態と同じである。プリ
ズムアレイの部分に青、緑、赤の波長の光の中心軸が平
行になるように３組の回折格子を配置することにより、
同様の効果を得ることができる。
回折格子でも置き換えることが可能である。図３に第３
の実施の形態を示す。青、緑、赤の波長を３つの方向に
分離するまでは、第２の実施の形態と同じである。プリ
ズムアレイの部分に青、緑、赤の波長の光の中心軸が平
行になるように３組の回折格子を配置することにより、
同様の効果を得ることができる。
【００１６】第２、第３の実施の形態において、緑光は
中心軸が入射方向と同軸なので、プリズム及び回折格子
は平面で代用してもかまわない。
中心軸が入射方向と同軸なので、プリズム及び回折格子
は平面で代用してもかまわない。
【００１７】図１、図２、図３に示す色分離素子を透過
型液晶素子と組み合わせることにより、色フィルタを用
いないで効率の良い液晶表示装置、液晶表示デバイスを
得ることができる。
型液晶素子と組み合わせることにより、色フィルタを用
いないで効率の良い液晶表示装置、液晶表示デバイスを
得ることができる。
【００１８】図４はレンズアレイ付き透過型液晶素子３
２と色分離素子３１を結合させた場合の模式図である。
色分離素子３１により青、緑、赤の３種の平行な光線に
分離し、レンズアレイ付きの透過型液晶素子３２に入射
することにより、開口率の低い液晶素子に対してもさら
に効率を向上することができる。色分離素子と透過型液
晶表示素子とを一体化するための手段としては、種々あ
るが、一体化できるものであればよい。
２と色分離素子３１を結合させた場合の模式図である。
色分離素子３１により青、緑、赤の３種の平行な光線に
分離し、レンズアレイ付きの透過型液晶素子３２に入射
することにより、開口率の低い液晶素子に対してもさら
に効率を向上することができる。色分離素子と透過型液
晶表示素子とを一体化するための手段としては、種々あ
るが、一体化できるものであればよい。
【００１９】図５は、色分離素子を投射装置に応用した
例を示す図である。投射装置の基本構成は、光源４３、
色分離素子４１、透過型液晶素子４２、駆動装置４５か
らなり、光源４３からの光を色分離素子４１により３つ
の波長群に分け、透過型液晶素子４２に入射させる。駆
動装置４５により透過型液晶素子４２を駆動し、透過型
液晶素子４２の各画素を透過し変調された光をレンズ４
４によりスクリーン４６に投射することにより、構成が
簡単で効率の高い投写装置を実現することができた。
例を示す図である。投射装置の基本構成は、光源４３、
色分離素子４１、透過型液晶素子４２、駆動装置４５か
らなり、光源４３からの光を色分離素子４１により３つ
の波長群に分け、透過型液晶素子４２に入射させる。駆
動装置４５により透過型液晶素子４２を駆動し、透過型
液晶素子４２の各画素を透過し変調された光をレンズ４
４によりスクリーン４６に投射することにより、構成が
簡単で効率の高い投写装置を実現することができた。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、レンズア
レイと回折格子を組み合わせた色分離素子により、容易
に色分離ができ、単板でカラーフィルタのない液晶素子
を用いて、小型かつ効率の良い投写装置を実現できる。
レイと回折格子を組み合わせた色分離素子により、容易
に色分離ができ、単板でカラーフィルタのない液晶素子
を用いて、小型かつ効率の良い投写装置を実現できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態における色分離素子
の断面を示す図
の断面を示す図
【図２】本発明の第２の実施の形態における色分離素子
の断面を示す図
の断面を示す図
【図３】本発明の第３の実施の形態における色分離素子
の断面を示す図
の断面を示す図
【図４】本発明の一実施の形態における液晶デバイスの
断面を示す図
断面を示す図
【図５】本発明の一実施の形態における投射装置の構成
を示す図
を示す図
１ レンズアレイ（１） ２ レンズアレイ（２） ３ 回折格子 ３１ 色分離素子 ３４ 透過型液晶素子 ４３ 光源 ４５ 駆動装置
Claims (7)
- 【請求項１】レンズアレイ１とレンズアレイ２と回折格
子を有し、前記回折格子が前記レンズアレイ１とレンズ
アレイ２の間に配置してなり、前記レンズアレイ１によ
り入射光を絞り、前記回折格子により波長に対して光軸
を変化し、前記レンズアレイ２により少なくとも３つの
波長群に分離して出力することを特徴とする色分離素
子。 - 【請求項２】レンズアレイ１およびレンズアレイ２が円
筒状レンズアレイからなることを特徴とする請求項１記
載の色分離素子。 - 【請求項３】レンズアレイとプリズムアレイと回折格子
を有し、前記回折格子が前記レンズアレイとプリズムア
レイの間に配置してなり、前記レンズアレイにより入射
光の幅を狭くし、前記回折格子により波長に対して光軸
を変化し、前記プリズムアレイにより少なくとも３つの
波長群に分離して出力することを特徴とする色分離素
子。 - 【請求項４】レンズアレイ１がアフォーカルレンズアレ
イであることを特徴とする請求項３記載の色分離素子。 - 【請求項５】レンズアレイと第１の回折格子と第２の回
折格子を有し、前記レンズアレイにより入射光の幅を狭
くし、前記第１の回折格子により３つの波長群に分離
し、各波長に対して光軸を変化し、前記第２の回折格子
により光軸を同一方向にして出力することを特徴とする
色分離素子。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の色分離素
子と透過型液晶表示素子とを一体化したことを特徴とす
る液晶表示デバイス。 - 【請求項７】光源と集光ミラーと請求項１〜５のいずれ
かに記載の色分離素子と透過型液晶表示素子とを備えた
投写装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9009351A JPH10206792A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9009351A JPH10206792A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10206792A true JPH10206792A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11718059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9009351A Pending JPH10206792A (ja) | 1997-01-22 | 1997-01-22 | 色分離素子及び液晶表示デバイスと投写装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10206792A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001264537A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Fujitsu Ltd | 偏光合成装置及び表示装置 |
| WO2011135755A1 (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-03 | シャープ株式会社 | バックライトシステムおよびこれを用いた液晶表示装置 |
| KR101110213B1 (ko) * | 2008-12-31 | 2012-02-17 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | 칼라 분할 광학 장치 및 그것이 적용된 이미지 장치 |
-
1997
- 1997-01-22 JP JP9009351A patent/JPH10206792A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001264537A (ja) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Fujitsu Ltd | 偏光合成装置及び表示装置 |
| KR101110213B1 (ko) * | 2008-12-31 | 2012-02-17 | 인더스트리얼 테크놀로지 리서치 인스티튜트 | 칼라 분할 광학 장치 및 그것이 적용된 이미지 장치 |
| US8189260B2 (en) | 2008-12-31 | 2012-05-29 | Industrial Technology Research Institute | Color dividing optical device and image apparatus with the application |
| WO2011135755A1 (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-03 | シャープ株式会社 | バックライトシステムおよびこれを用いた液晶表示装置 |
| US9122097B2 (en) | 2010-04-27 | 2015-09-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Backlight system and LCD device using the same |
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