JPH11142803A - 投写型カラー表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の大型化を招くことなく、高画質な投写
型カラー表示装置を提供する。 【解決手段】 液晶ライトバルブ１４ａ〜１４ｃはラン
プ１１からの光路長が等しくなるように配置され、同じ
濃度の画像を形成する。画像合成器２０は、ダイクロイ
ック面２１ｃ，２２ｃが形成された合成プリズム２１，
２２とガラスブロック２３とから構成される。合成プリ
ズム２１とガラスブロック２３とは屈折率および大きさ
が近似しており、通過光路長が等しい。ダイクロイック
面２１ｃ，２２ｃは単一面により構成されるので精度良
く形成され、光路ズレを生じることなく画像光を透過ま
たは反射する。合成プリズム２１，２２とガラスブロッ
ク２３の射出面には遮光性を有するマスク部２４〜２６
が設けられており、画像合成器２０内で生じた内面反射
光が画像光の光路内に侵入することを阻止する。画像合
成器２０を特別に大きくしなくても内面反射光による画
像の乱れが防止されるので、カラー表示装置１０の大型
化が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３つの液晶ライト
バルブ上に形成された画像を合成してスクリーン上に投
映する投写型カラー表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】投写型のカラー表示装置には様々な方式
のものがあるが、一般的に実用されているものとして
は、光源から放出された白色光を赤色光，青色光，緑色
光の３色光に分解して３つの液晶ライトバルブに入射さ
せ、それぞれの液晶ライトバルブ上に赤色画像，青色画
像，緑色画像を形成するとともに、これらの３色の画像
を光学的に合成してスクリーンに投映するようにしたも
のが挙げられる。液晶ライトバルブは、画素ごとに液晶
セグメントを配列して入射光の強度に応じて透過光濃度
をコントロールできるようにしたもので、解像度の高い
画像を形成することができる。

【０００３】図３は、投写型カラー表示装置の一般的な
光学的構成を示すものである。カラー表示装置５は、光
源用のランプ１１から放出された白色光を赤色光，青色
光，緑色光の３色光に分解する２つのダイクロイックミ
ラー１２，１３と、３つの液晶ライトバルブ１４ａ，１
４ｂ，１４ｃと、液晶ライトバルブ１４ａ〜１４ｃ上に
形成された３つの画像を合成する画像合成器１５と、合
成画像をスクリーン（図示せず）上に投映するための投
写レンズ１６と、反射鏡１７とから構成されている。第
１ダイクロイックミラー１２は、白色光中の赤色光を透
過させ、青色光と緑色光とを垂直な方向に反射する。ま
た、第２ダイクロイックミラー１３は、青色光と緑色光
との合成光の光路上に配置され、緑色光を透過させて青
色光を垂直な方向に反射する。３つの液晶ライトバルブ
１４ａ〜１４ｃは、ダイクロイックミラー１２，１３に
よって分解された３色光の光路上に１つずつ配置され、
入射光を変調して赤色画像，青色画像，緑色画像を形成
する。

【０００４】画像合成器１５は、４つの直角プリズム１
５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを組み合わせて構成され
ている。直角プリズム１５ａ〜１５ｄのそれぞれの側面
にはダイクロイックコーティングが施されており、これ
により画像合成器１５には、交叉した２面のダイクロイ
ック面１５ｅ，１５ｆが形成される。

【０００５】反射鏡１７は、赤色光および緑色光の光路
内に合計３個配置され、液晶ライトバルブ１４ａ〜１４
ｃが画像合成器１５の３方の面と対峙するように光路を
折り曲げている。液晶ライトバルブ１４ａ〜１４ｃ上に
形成された３色の画像は、画像合成器１５を通過するこ
とによって合成され、この合成画像が投写レンズ１６側
に射出される。

【０００６】上記構成のカラー表示装置５では、ランプ
１１から緑色用の液晶ライトバルブ１４ｃまでの光路長
が、赤色用および青色用の液晶ライトバルブ１４ａ，１
４ｂまでの光路長に比較して長く構成される。このた
め、３つの液晶ライトバルブ１４ａ〜１４ｃ上に形成さ
れる３色の画像の濃度に差異が生じ、これら３色の画像
を合成して得られる合成画像に色ムラが発生する。ま
た、画像合成器１５のダイクロイック面１５ｅ，１５ｆ
は、直角プリズム１５ａ〜１５ｄの２組の接合面を並設
して構成されるので、これらの面１５ｅ，１５ｆを精度
良く構成することは難しい。しかも、２つのダイクロイ
ック面１５ｅ，１５ｆが交叉しているので、各画像光
は、直角プリズム１５ａ〜１５ｄの接合面を２回ずつ通
過することになり、画像合成器１５を通過した際に光路
ズレや像の歪みを生じやすい。

【０００７】このような問題を解決するために、例えば
図４に示した構成のカラー表示装置がある。カラー表示
装置６では、画像合成器１８は、直角プリズム１８ａ
と、２組の平行面を有する２つのプリズム１８ｂ，１８
ｃとを接合して構成される。直角プリズム１８ａとプリ
ズム１８ｂ，１８ｃとの接合面にはダイクロイック層が
設けられ、ダイクロイック面１８ｄ，１８ｅが形成され
ている。また、プリズム１８ｃのダイクロイック面１８
ｅとの対向面には、全反射面１８ｆが形成されている。
これにより、画像合成器１８には、ダイクロイック面１
８ｄ，１８ｅと全反射面１８ｆとが平行に形成される。

【０００８】第１ダイクロイックミラー１２によって分
光された赤色光の光路内には反射鏡１７が配置され、赤
色用の液晶ライトバルブ１４ａが直角プリズム１８ａの
側面に対峙するように光路が折り曲げられている。ま
た、青色用および緑色用の液晶ライトバルブ１４ｂ，１
４ｃは、プリズム１８ｂ，１８ｃに対峙するように配置
される。これにより、ダイクロイックミラー１２，１３
によって分解された３色の光の、ランプ１１から液晶ラ
イトバルブ１４ａ〜１４ｃまでの光路長が等しくなって
いる。

【０００９】このカラー表示装置６によれば、全反射面
１８ｆが単独に形成されるとともに、ダイクロイック面
１８ｄ，１８ｅがただ１つの接合面から構成されるの
で、各面を精度良く形成することができる。これによ
り、３色の画像光は光路ズレを生じることなく画像合成
器１８を通過し、良好な合成画像を得ることができる。
また、ランプ１１から液晶ライトバルブ１４ａ〜１４ｃ
までの各光路長が等しいので、色ムラの発生も抑えられ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このカラー
表示装置６の画像合成器１８は、ダイクロイック面１８
ｄ，１８ｅ、および全反射面１８ｆが全て平行に配置さ
れるため、図３に示した画像合成器１５に比較して外形
が大きくなる。しかも、画像合成器１８内での内面反射
を抑えるためには、内周面と画像光の光路とを遠ざける
必要があるので、画像合成器１８がさらに大型化しやす
い。また、画像合成器１８の大型化によって投写レンズ
１６のバックフォーカスも長くなるので、投写レンズ１
６の明るさを十分に得ようとすると、Ｆ_Noが小さくなる
ように、投写レンズ１６を大型化して有効口径を大きく
しなくてはならない。

【００１１】本発明は上記の事情を考慮してなされたも
ので、装置の大型化を招くことなく、高画質な投写型カ
ラー表示装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の投写型カラー表示装置は、３つの液晶ライ
トバルブを、光源からの光路長がほぼ等しくなるように
配置するとともに、合成光学部材を、３色の画像のうち
第１の色の画像光と第２の色の画像光とを合成する第１
の合成プリズムと、この第１の合成プリズムによる合成
画像光と第３の色の画像光とを合成する第２の合成プリ
ズムと、第３の色の画像光の光路上に配置され、屈折率
および大きさが第１の合成プリズムと近似するガラスブ
ロックとから構成し、さらに第１および第２の合成プリ
ズムを、２つの直角プリズムの斜面を接合するととも
に、接合面にダイクロイック層を形成して構成するもの
である。

【００１３】第２の合成プリズムには、投写レンズと対
向する射出面の周縁部に、遮光性を有し、第２の合成プ
リズムの内周面で反射した光の光路を遮るためのマスク
部を設けておくのが好ましい。また、第１の合成プリズ
ムおよびガラスブロックについても、第２の合成プリズ
ムと対峙する射出面の周縁部に、遮光性を有し、第１の
合成プリズムまたはガラスブロックの内周面で反射した
光の光路を遮るためのマスク部を設けるのが好ましい。

【００１４】また、第１の合成プリズムと第２の合成プ
リズムとを、屈折率が第１の合成プリズムと近似する接
着剤で接着しておくのが好ましい。また、ガラスブロッ
クと第２の合成プリズムとを、屈折率がガラスブロック
と近似する接着剤で接着するのがよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の投写型カラー表
示装置の光学的構成を示すもので、図３および図４に示
したカラー表示装置５，６と同じ部材には共通の符号を
付してある。投写型カラー表示装置（以下、単にカラー
表示装置とする）１０は、白色光を放出する光源用のラ
ンプ１１と、２つのダイクロイックミラー１２，１３
と、３つの液晶ライトバルブ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
と、投写レンズ１６と、光路折り曲げ用の反射鏡１７
と、画像合成器２０とから構成されている。

【００１６】第１ダイクロイックミラー１２は、ランプ
１１から放たれる白色光中の赤色光のみを透過させ、赤
色以外の光、すなわち青色光と緑色光との合成光を垂直
な方向に反射する。また、第２ダイクロイックミラー１
３は、青色光と緑色光との合成光の光路上に配置され、
緑色光を透過させるとともに、青色光を垂直な方向に反
射する。３つの液晶ライトバルブ１４ａ，１４ｂ，１４
ｃは、２つのダイクロイックミラー１２，１３によって
分解された赤色光，青色光，緑色光の各光路上に配置さ
れ、入射光を変調して赤色画像，青色画像，緑色画像を
形成する。

【００１７】反射鏡１７は、第１ダイクロイックミラー
１２によって分光された赤色光の光路内、および第２ダ
イクロイックミラー１３によって分光された緑色光の光
路内に１つずつ配置され、ランプ１１から液晶ライトバ
ルブ１４ａ〜１４ｃまでの各光路長が等しくなるように
調整されている。これにより、液晶ライトバルブ１４ａ
〜１４ｃに入射される赤色光，青色光，緑色光の強度が
等しくなり、赤色画像，青色画像，緑色画像の濃度が等
しくなる。

【００１８】画像合成器２０は、液晶ライトバルブ１４
ａ〜１４ｃに形成される赤色画像，青色画像，緑色画像
を合成し、この合成画像光を投写レンズ１６側に射出す
る。図２に拡大して示すように、画像合成器２０は、２
つの合成プリズム２１，２２と、１つのガラスブロック
２３とから構成され、第２合成プリズム２２を中心とし
て鉤状に配置される。前述した赤色用および青色用の液
晶ライトバルブ１４ａ，１４ｂは第１合成プリズム２１
に、また緑色用の液晶ライトバルブ１４ｃはガラスブロ
ック２３に対峙させて配置される。

【００１９】第１合成プリズム２１は、２つの直角プリ
ズム２１ａ，２１ｂの斜面を接合して構成される。直角
プリズム２１ａ，２１ｂの接合面にはダイクロイックコ
ーティングが施されており、これらの接合面によって合
成プリズム２１内にダイクロイック面２１ｃが形成され
る。なお、第２合成プリズム２２も第１合成プリズム２
１と同じ構成であるので、符号のみを付してある。本実
施形態においては、第１合成プリズム２１のダイクロイ
ック面２１ｃは、赤色光を透過させ、赤色以外の光を反
射するように構成してある。また第２合成プリズム２２
のダイクロイック面２２ｃは、緑色光を透過させ、緑色
以外の光を反射する。

【００２０】ガラスブロック２３は、屈折率や分散等の
光学特性値、および大きさが第１合成プリズム２１と近
似するように構成されている。

【００２１】第１合成プリズム２１およびガラスブロッ
ク２３には、第２合成プリズム２２と対峙する射出面の
周縁部に、遮光性を有するマスク部２４，２５が設けら
れている。また、第２合成プリズム２２の投写レンズ１
６と対向する射出面の周縁部にも、遮光性を有するマス
ク部２６が設けられている。マスク部２４〜２６は、画
像合成器２０内で生じた内面反射光の光路を遮り、画像
光の光路内に侵入することを防止するためのもので、例
えば遮光性を有する物質を塗布して形成したり、あるい
は遮光性を有する材料で作製したマスク部材を配置して
もよい。

【００２２】第１合成プリズム２１と第２合成プリズム
２２とは、屈折率が第１合成プリズム２１と近似する接
着剤によって接着されている。また、ガラスブロック２
３と第２合成プリズム２２とは、屈折率がガラスブロッ
ク２３と近似する接着剤によって接着されている。

【００２３】液晶ライトバルブ１４ａ上に形成された赤
色画像の光は、第１合成プリズム２１のダイクロイック
面２１ｃを透過して第２合成プリズム２２側に直進す
る。また液晶ライトバルブ１４ｂ上に形成された青色画
像の光は、ダイクロイック面２１ｃで反射されて第２合
成プリズム２２側に向かう。赤色画像光と青色画像光と
は、ダイクロイック面２１ｃを透過または反射する際に
合成され、この合成画像光が第２合成プリズム２２に向
かう。

【００２４】この際、ダイクロイック面２１ｃがただ１
つの接合面により構成されるので、このダイクロイック
面２１ｃは精度良く形成され、光路ズレや像の歪みを生
じることなく、画像光を透過または反射させる。また、
第１合成プリズム２１と第２合成プリズム２２とが、第
１合成プリズム２１と近似する屈折率の接着剤により接
着されているので、合成画像光の光路が接着剤層で変化
してズレを生じることはない。

【００２５】ダイクロイック面２１ｃで合成された赤色
画像光と青色画像光との合成画像光は、第２合成プリズ
ム２２のダイクロイック面２２ｃで反射され、投写レン
ズ１６側に向かう。

【００２６】一方、液晶ライトバルブ１４ｃ上に形成さ
れた緑色画像の光は、ガラスブロック２３および第２合
成プリズム２２のダイクロイック面２２ｃを透過して、
投写レンズ１６側に向かう。この場合においても、ガラ
スブロック２３と第２合成プリズム２２との接着面の屈
折率がガラスブロック２３と近似するので、緑色画像光
の光路が接着剤層で変化してズレを生じることはない。
この緑色画像光は、ダイクロイック面２２ｃを透過する
際に赤色画像光と青色画像光との合成画像光と合成さ
れ、赤色画像，青色画像，および緑色画像の合成画像光
が投写レンズ１６に入射される。

【００２７】この際、第１合成プリズム２１とガラスブ
ロック２３とは、屈折率および大きさが近似するように
構成され、それぞれの通過光路長が等しくなっているの
で、第１合成プリズム２１を通過した赤色画像光と青色
画像光との合成画像光と、ガラスブロック２３を透過し
た緑色画像光とは、第２の合成プリズム２２に入射され
る時点で像の濃度および大きさが等しくなる。これによ
り、ダイクロイック面２２ｃで合成された画像は、赤
色，青色，緑色のバランスが良好な状態に保たれたもの
となる。また、第２合成プリズム２２のダイクロイック
面２２ｃがただ１つの接合面により構成されるので、こ
のダイクロイック面２２ｃは精度良く形成され、ダイク
ロイック面２２ｃを透過または反射した画像光に光路ズ
レや像の歪みが生じることはない。

【００２８】ここで、合成プリズム２１，２２およびガ
ラスブロック２３の各射出面に、遮光性を有するマスク
部２４〜２６が設けられているので、合成プリズム２
１，２２およびガラスブロック２３内で内面反射が生じ
たとしても、内面反射光の進路がマスク部２４〜２６に
よって遮られ、画像光の光路内に侵入することが阻止さ
れる。これにより、画像合成器２０を特別に大きく形成
しなくても内面反射光による画像の乱れを防止でき、カ
ラー表示装置１０の大型化が抑えられる。

【００２９】また、第１合成プリズム２１およびガラス
ブロック２３は、第２合成プリズム２２よりも液晶ライ
トバルブ１４ａ〜１４ｃ側に配置されるので、これらを
通過する画像光の大きさは第２合成プリズム２２内での
大きさに比較して小さくなる。したがって、第１合成プ
リズム２１およびガラスブロック２３を第２合成プリズ
ム２２よりも小さくすることが可能となり、画像合成器
２０を、図４に示した画像合成器１８に比較して小型に
構成することができる。

【００３０】さらに、画像合成器２０の小型化によって
投写レンズ１６のバックフォーカスが短かくなり、Ｆ_No
が小さくなる。したがって、投写レンズ１６は、有効口
径が大きくなるように外径を特別に大きくしなくても明
るく構成される。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の投写型カラー表
示装置によれば、赤色用，青色用，緑色用の３つの液晶
ライトバルブは、光源からの光路長がほぼ等しくなるよ
うに配置されるので、液晶ライトバルブ上に形成される
３色の画像の濃度が均一になる。これにより、３色の画
像を合成して得られる合成画像は、３色のバランスが良
好な状態に保たれたものとなり、色ムラが生じることは
ない。

【００３２】また、画像合成器用の合成プリズムは、２
つの直角プリズムの斜面を接合するとともに、接合面に
ダイクロイック層を形成して構成されるので、ダイクロ
イック面がただ１つの接合面により構成され、高い精度
で形成される。したがって、画像光は、光路ズレや像の
歪みを生じることなくダイクロイック面を透過または反
射するようになり、良好な画質の合成画像を得ることが
できる。

【００３３】屈折率および大きさが第１の合成プリズム
と近似するガラスブロックが、第３の色の画像の光路中
に配置されるので、このガラスブロックを透過した第３
の色の画像光と、第１の合成プリズムによって合成され
た合成画像光とは、第２の合成プリズムに入射される時
点で濃度および大きさがほぼ同じになる。これにより、
第２の合成プリズムによって合成された画像は、赤色，
青色，緑色のバランスが良好な状態に保たれた鮮明な像
となる。

【００３４】さらに、２つの合成プリズムおよびガラス
ブロックの各射出面に遮光性を有するマスク部を設け、
内面反射光が画像光の光路内に侵入することを阻止する
ので、従来のカラー表示装置のように画像合成器の外形
を特別に大きく形成しなくても内面反射光による画像の
乱れを防止できる。しかも、画像合成器の小型化によっ
て投写レンズのバックフォーカスが短かくなり、Ｆ_Noが
小さくなるので、投写レンズは特別に大径化しなくても
十分に明るく構成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射型カラー表示装置の光学的構成を
示す概略図である。

【図２】図１に示した画像合成器の拡大図である。

【図３】従来の投写型カラー表示装置の光学的構成を示
す概略図である。

【図４】従来の投射型カラー表示装置の別の光学的構成
を示す概略図である。

【符号の説明】

５，６，１０ カラー表示装置 １１ ランプ １２，１３ ダイクロイックミラー １４ａ，１４ｂ，１４ｃ 液晶ライトバルブ １５，１８，２０ 画像合成器 １５ｅ，１５ｆ，１８ｄ，１８ｅ，２１ｃ，２２ｃ ダ
イクロイック面 １６ 投写レンズ １７ 反射鏡 １８ｆ 全反射面 ２１，２２ 合成プリズム ２３ ガラスブロック ２４，２５，２６ マスク部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｆ 1/1347 Ｇ０２Ｆ 1/1347 Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｇ０３Ｂ 33/12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から放出される白色光を赤色成分，
   緑色成分，青色成分の３色光に分解する分光部材と、分
   解された３色光の光路上に１つずつ配置され、色光ごと
   に画像を形成する３つの液晶ライトバルブと、これら３
   つの液晶ライトバルブ上に形成された３色の画像を合成
   する合成光学部材と、合成された画像を投映する投写レ
   ンズとからなる投写型カラー表示装置において、 前記３つの液晶ライトバルブは、前記光源からの光路長
   がほぼ等しくなるように配置されており、前記合成光学
   部材は、前記３色の画像のうち第１の色の画像光と第２
   の色の画像光とを合成する第１の合成プリズムと、この
   第１の合成プリズムによる合成画像光と第３の色の画像
   光とを合成する第２の合成プリズムと、第３の色の画像
   光の光路上に配置され、屈折率および大きさが前記第１
   の合成プリズムと近似するガラスブロックとから構成さ
   れ、前記第１および第２の合成プリズムは、２つの直角
   プリズムの斜面を接合してなるとともに、接合面にはダ
   イクロイック層が形成されていることを特徴とする投写
   型カラー表示装置。
2. 【請求項２】 前記第２の合成プリズムには、前記投写
   レンズと対向する射出面の周縁部に、遮光性を有し、第
   ２の合成プリズムの内周面で反射した光の光路を遮るた
   めのマスク部が設けられていることを特徴とする請求項
   １記載の投写型カラー表示装置。
3. 【請求項３】 前記第１の合成プリズムには、前記第２
   の合成プリズムと対峙する射出面の周縁部に、遮光性を
   有し、第１の合成プリズムの内周面で反射した光の光路
   を遮るためのマスク部が設けられていることを特徴とす
   る請求項１または２記載の投写型カラー表示装置。
4. 【請求項４】 前記ガラスブロックには、前記第２の合
   成プリズムと対峙する射出面の周縁部に、遮光性を有
   し、ガラスブロックの内周面で反射した光の光路を遮る
   ためのマスク部が設けられていることを特徴とする請求
   項１ないし３記載の投写型カラー表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１の合成プリズムと第２の合成プ
   リズムとは、屈折率が第１の合成プリズムと近似する接
   着剤で接着されていることを特徴とする請求項１ないし
   ４記載の投写型カラー表示装置。
6. 【請求項６】 前記ガラスブロックと第２の合成プリズ
   ムとは、屈折率がガラスブロックと近似する接着剤で接
   着されていることを特徴とする請求項１ないし５記載の
   投写型カラー表示装置。