(57)【要約】【課題】本発明の目的は、光変調素子を多重に配置する多重光変調方式において、大型化を改善し、コントラスト性能に優れた投写型表示装置を提供する。【解決手段】緑色の光路を他の色光の光路よりも長いリレーレンズを有する光路とし、且つ、その緑色の光路に第２光変調素子を配置する。上記に示すような構成を用い、照明系リレーレンズと結像系リレーレンズの２つのリレーレンズを必要とせずに、多重光方式を実現し、コントラスト性能に優れ、且つ、小形な投写型表示装置を提供するようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
前記光源部から出射した白色光を第１色光と第２色光と第３色光に色分解する色分解光学系と、
当該色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ光変調する光変調素子である３枚の第１光変調素子と、
当該第１光変調素子によって変調された各色光を合成する色合成光学系と
当該色合成光学系によって合成された色光を投写する投写レンズと、
を有し、
前記光源部と第１光変調素子との間の光路にリレーレンズを有する第３色光の光路の長さが他の第１色光または第２色光の前記光路よりも長い光路長とする投写型表示装置において、
第３色光の光路中に当該第３色光を光変調する光変調素子である第２光変調素子を配置した
ことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】
光源部と、
前記光源部から出射した白色光を第１色光と第２色光と第３色光に色分解する色分解光学系と、
当該色分解光学系によって色分解された各色光をそれぞれ光変調する光変調素子である３枚の第１光変調素子と、
当該第１光変調素子によって変調された各色光を合成する色合成光学系と、
当該色合成光学系によって合成された色光を投写する投写レンズと、
を有し
前記光源部と第１光変調素子との間の光路の長さが第１色光、第２色光、または第３色光で略等しい光路長とする投写型表示装置において、
第３色光の光路中の第１光変調素子と前記色合成光学系との間に、当該第３色光を光変調する光変調素子である第２光変調素子を配置した
ことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項３】
請求項１に記載の投写型表示装置において、
第３色光の前記光源部と前記第２光変調素子と間の光路の長さが、第１色光または第２色光の前記光路の長さと略等しい
ことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の投写型表示装置において、
第３色光の前記第１光変調素子と第２光変調素子との間に、リレーレンズを設けた
ことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の投写型表示装置において、  前記第３色光が緑色である
ことを特徴とする投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶等の映像表示素子を使用して、スクリーン等の像面上に映像を投影する投写型表示装置を提供する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型表示装置において、光変調素子で多重変調することで、コントラスト性能を改善する技術が知られている。例えば、特許文献１にその技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２６２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、各色光に対応した第１光変調素子でそれぞれ光変調した色光を、色合成光学系で色合成した後で、別の第２光変調素子で再び光変調する構成である。即ち、それぞれの色光を２つの光変調素子で多重に光変調することで、コントラスト性能を改善させた内容である。
【０００５】
最初の各色光に対して第１光変調素子で各色光に特有の光変調を行い、後続した各色光に共通な第２光変調素子で映像全体の光変調を行っている。
【０００６】
仮に、第１光変調素子のコントラスト性能を２００、第２光変調素子のコントラスト性能を２００とすると、第１光変調素子と第２光変調素子で多重光変調を行うことで、２００×２００＝４０、０００のコントラスト性能が期待される。
【０００７】
多重光変調方式は、その名の通り、１度光変調した光を再度、光変調する方式である。図７は、特許文献１の多重光変調方式の構成図である。
【０００８】
図７で、光源部１０１を構成するランプ１０１ａから出射した光束はリフレクタ１０１ｂで反射され、光軸１１０と平行方向に偏向された光束となる。光源部１０１から出射した光束は、光量分布の一様化機能を有するインテグレータを構成する第１マルチレンズ１０３ａと第２マルチレンズ１０３ｂにより部分光束に分割され、合焦レンズ１０５によって、それぞれの部分光束は、第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂ上に重畳されて照射される。第２マルチレンズ１０３ｂと合焦レンズ１０５の間には、偏光変換素子１０４を配置し、ランプ１０１ａからの自然光を、振動方向が揃った直線偏光に変換している。
【０００９】
そして、合焦レンズ１０５と第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの間には、それぞれ所定の半値波長を有するダイクロイックミラー１０７ａ・１０７ｃで、白色光を赤色・緑色・青色に分離している。具体的には、赤色と緑色の帯域の間に半値波長（透過率・反射率が５０％となる波長）を有するダイクロイックミラー１０７ａで、赤色の帯域の光束を透過し、緑色の帯域の光束と青色の帯域の光束を反射する。赤色の帯域の光束は、光路折り曲げミラー１０６ｂで偏向され、赤色に対応した第１光変調素子３Ｒに照射される。
【００１０】
次に、緑色と青色の帯域の間に半値波長を有するダイクロイックミラー１０７ｃで、青色の帯域の光束を透過し、緑色の帯域の光束を反射する。緑色の帯域の光束は、そのまま、緑色に対応した第１光変調素子３Ｇに照射される。最後に、青色の帯域の光束は、照明系リレーレンズ１０９ａ・１０９ｂと、偏向ミラー１０６ｃ・１０６ｄにより、青色に対応した第１光変調素子３Ｂに照射される。第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂでそれぞれ光変調された各色光は、クロスプリズム２で色合成された後、結像系リレーレンズ７により、再度、変調を行う第２光変調素子６に照射される。第２光変調素子６で再び変調された変調光は、投写レンズ１で像面上に投写される。
【００１１】
このように、図７の多重光変調方式では、各色光に対応した第１光変調素子でそれぞれ光変調した色光を、色合成光学系としてのクロスプリズム２で色合成した後で、後続の第２光変調素子で再び光変調を行っている。従って、最初の第１光変調素子を物体として、後続の第２光変調素子上に写像関係を形成する写像光学系としての結像系リレーレンズ７が必要となる。
【００１２】
即ち、結像系リレーレンズ７としてのレンズ枚数とその空間が必要となり、その分、大きく、且つ、重くなることが分かる。
【００１３】
本発明は、上記の事情に鑑み、光変調素子を多重に配置する多重光変調方式において、大型化を改善した投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明は、光源部と、光源から出射した白色光を第１色光と第２色光と第３色光に色分解する色分解光学系と、色分解された各色光をそれぞれ光変調する３枚の第１光変調素子と、変調された各色光を合成する色合成光学系と、合成された色光を投写する投写レンズと、光源部から第１光変調素子までの光路長が略等しい第１色光・第２色光の光路と、リレーレンズを有し他の色光の光路長より長い第３色光の光路を有する投写型表示装置において、第３色光の光路中にコントラスト調整素子としての第２光変調素子を配置する。
【００１５】
光源部から第１光変調素子までの第３色光の光路長が、他の第１各色と第２色光の光路長に略等しい、又は、光源部から第２光変調素子までの光路長が、光源から第１光変調素子までの第１各色と第２色光の光路長に略等しくする。
【００１６】
さらには、第３色光を緑色とする。
【００１７】
上記構成とすることで、各色光の光路を直線状に並べた従来の多重光変調方式（図８）での照明系リレーレンズ１０９と結像系リレーレンズ７という２つのリレーレンズを、１つのリレーレンズで実現できるので、コントラスト性能に優れ、且つ、小形な投写型表示装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、照明系リレーレンズと結像系リレーレンズの２つのリレーレンズを必要とせずに、多重光方式を実現できるので、コントラスト性能に優れ、且つ、小形な投写型表示装置を提供できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
先ず、本発明の実施例について、本発明のコントラスト調整素子としての第２光変調素子を配置した投写型表示装置について説明する。次に、第２光変調素子の効果としての投写型表示装置のコントラスト性能について説明する。
【００２１】
図１から図３を用いて、実施例１について説明する。
【００２２】
図１で、光源部１０１を構成するランプ１０１ａから出射した光束はリフレクタ１０１ｂで反射される。このリフレクタ１０１ｂの反射面形状は楕円形状なので、凹レンズ１０２を配置し、光束を光軸１１０と平行化している。
【００２３】
凹レンズ１０２から出射した光束は、光量分布の一様化機能を有するインテグレータを構成する第１マルチレンズ１０３ａと第２マルチレンズ１０３ｂによって部分光束に分割され、合焦レンズ１０５によって、第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂ上に重畳されて照射される。第２マルチレンズ１０３ｂと合焦レンズ１０５の間には、偏光変換素子１０４を配置し、ランプ１０１ａからの自然光を、振動方向が揃った直線偏光に変換している。
【００２４】
そして、合焦レンズ１０５と第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの帯域の間には、それぞれ所定の半値波長を有するダイクロイックミラー１０７ａ・１０７ｂで、白色光を赤色・緑色・青色に分離している。具体的には、赤色と緑色の帯域の間に半値波長（透過率・反射率が５０％となる波長）を有するダイクロイックミラー１０７ａで、赤色の帯域の光束を透過し、緑色の帯域の光束と青色の帯域の光束を反射する。赤色の帯域の光束は、光路折り曲げミラー１０６ｂで偏向され、赤色に対応した第１光変調素子３Ｒに照射される。
【００２５】
次に、緑色と青色の間に半値波長を有するダイクロイックミラー１０７ｂで、緑色の帯域の光束を透過し、青色の帯域の光束を反射する。青色の帯域の光束は、そのまま、青色に対応した第１光変調素子３Ｂに照射される。最後に、緑色の帯域の光束は、緑色に対応した第１光変調素子３Ｇで光変調されてから、結像系リレーレンズ５ａ・５ｂと、偏向ミラー１０６ｃ・１０６ｄにより、緑色に対応した第２光変調素子４に照射される。第１光変調素子３Ｒ・３Ｂと第２光変調素子４でそれぞれ光変調された後の各色光は、クロスプリズム２で色合成され、投写レンズ１で像面上に投写される。
【００２６】
図２は、各色光で光路長が異なる二種類の光路を直線状に並べた説明図である。第１色光と第２色光としての赤色と青色の光路にそれぞれ配置した第１光変調素子３Ｒ・３Ｂと光学的に略同じ配置位置となるように、第３色光としての緑色の光路にも第１光変調素子３Ｇを配置している。
【００２７】
そして、緑色の光路では、第１光変調素子３Ｇを物体としたときの像を形成する結像系リレーレンズ５と、その像位置にコントラスト調整素子としての第２光変調素子４を配置している。第１光変調素子３Ｒ・３Ｂと第２光変調素子４から出射したそれぞれの色光は、色合成光学系としてのクロスプリズム２によって色合成され、投写レンズ１で像面へ投写される。
【００２８】
緑色の光路にコントラスト調整素子としての第２光変調素子４を配置する理由について図３を用いて説明する。
【００２９】
図３は、三原色の加法混色の原理に基づき定義されているＸＹＺ表色系で、赤色・緑色・青色と白色を計算した結果である。ＸＹＺ表示系は、光源からの出射光が光学要素を透過／反射して得られた赤色・緑色・青色のエネルギー量に、赤色・緑色・青色に対する人間の目の波長感度特性を掛けて得られる「３刺激値ＸＹＺ」である。そして、ｘｙ色度値は相対的な値であり、ｘ＝Ｘ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）、ｙ＝Ｙ／（Ｘ＋Ｙ＋Ｚ）で定義される。
【００３０】
ところで、光変調素子による光変調での、白表示でのＹ値（光束量に相当）と、黒表示でのＹ値の比でコントラスト性能が定義される。このコントラスト性能は、各色の光路に配置した光学要素での透過率や反射率の値も影響するが、基本的には、光変調素子の各色光に対するコントラスト性能が支配的となっている。
【００３１】
そこで、緑色光を第３色光に割り当てることについての説明においては、第１光変調素子３Ｒ・３Ｇ・３Ｂの各色光に対するコントラスト性能を同じとして説明する。
【００３２】
図３（１）の投写型表示装置は、Ｘ＝１１１．３とＹ＝５８．５とＺ＝０．１の赤色と、Ｘ＝８７．８とＹ＝２００．２とＺ＝３．１の緑色と、Ｘ＝９２．３とＹ＝４３．３とＺ＝５２３．７の青色で構成されている。白色は、赤色と緑色と青色の三色加算で得られる。赤色５８．５ルーメンと緑色２００．２ルーメンと青色４３．３ルーメンを加算して、白表示の光束量は３０１．９ルーメンと得られる。
【００３３】
ここで、コントラスト性能２００：１を適用して、１／２００にした赤色０．２９ルーメンと緑色１．００ルーメンと青色０．２２ルーメンを加算して、黒表示での光束量１．５１ルーメンが得られる。
【００３４】
緑色の光束量の割合が大きいのは、人間の目の視感度のためだが、図３（１）では、白色の光束量に対する緑色の光束量の比率は、約６６％と大きな割合となっている。
【００３５】
そこで、黒表示の場合に、緑色の光束量を小さくできれば、赤色・緑色の光束量が一定のままでも、白色のコントラスト性能を改善できることが、期待できる。
【００３６】
そこで、図３（２）を用いて、緑色の光路中にコントラスト調整素子としての第２光変調素子４を配置した場合での、コントラスト性能について説明する。
【００３７】
第１光変調素子３の消光比を２００、第２光変調素子４の消光比を２とする。緑色の光束に対しては、２つの消光比が適用されるので、黒表示での緑色の光束量は、４００（＝２００×２）分の１で、０．５０ルーメンとなる。従って、黒表示全体では１．０１ルーメンとなり、コントラスト性能２９９（＝３０１．９／１．０１）が得られる。
【００３８】
比較のために、赤色の光路に第２光変調素子４を配置した場合のコントラスト性能が２２１、青色の光路に第２光変調素子４を配置した場合でのコントラスト性能が２１５となり、緑色の光路に第２光変調素子４を配置することがコントラスト性能の改善に効果的であることが分かる。
【００３９】
なお、第２光変調素子４の消光比を大きくすることで、さらに、白色のコントラスト性能を改善できるが、本発明を適用する投写型表示装置のコントラスト性能が、あまり大きくない場合は、黒表示において緑色を減らした色、即ち、緑色の補色のマゼンダ色に見えてしまうので好ましくない。
【実施例２】
【００４０】
次に、図４から図６を用いて、実施例２について説明する。
【００４１】
図４が、本発明の実施例２の投写型表示装置の光学系の構成図であり、図５が、本発明の実施例２の投写型表示装置の各色の光路長に関する説明図である。図４と図５で分かるように、実施例１での、緑色の第１光変調素子３Ｇと、コントラスト調整素子としての第２光変調素子４の位置を入れ替えた構成が、実施例２の構成である。図４と図５においても、緑色の第１光変調素子３Ｇと、第２光変調素子４の間に、写像関係を満足させる結像系リレーレンズ５を配置している。
【００４２】
図６は、実施例２でのコントラスト性能の改善効果についての説明図である。ここでは、コントラスト性能４００：１として、１／４００にした赤色０．１５ルーメンと緑色０．５０ルーメンと青色０．１１ルーメンを加算して、黒表示での光束量０．７５ルーメンが得られる。
【００４３】
同様に、図６（２）を用いて、緑色の光路中にコントラスト調整素子としての第２光変調素子４を配置した場合での、コントラスト性能について説明する。
【００４４】
第１光変調素子３の消光比を４００、第２光変調素子４の消光比を４とする。緑色の光束に対しては、２つの消光比が適用されるので、黒表示での緑色の光束量は、１６００（＝４００×４）分の１で、０．１３ルーメンとなる。従って、黒表示全体では０．３８ルーメンとなり、コントラスト性能７９６（＝３０１．９／０．３８）が得られる。
【００４５】
比較のために、赤色の光路に第２光変調素子４を配置した場合のコントラスト性能が４６８、青色の光路に第２光変調素子４を配置した場合でのコントラスト性能が４４８となり、緑色の光路に第２光変調素子４を配置することがコントラスト性能の改善に効果的であることが分かる。
【００４６】
実施例２では、第１光変調素子３での消光比が良い、即ち、コントラスト性能が大きいので、実施例１に比べて黒表示での光束量が小さいので、第２光変調素子４の消光比を４と大きくしても目立たない。
【００４７】
上述したように、緑色の光路にコントラスト調整素子としての第２光変調素子を配置し、緑色の色光について、第１光変調素子と合せて多重光変調を行い、且つ、従来の照明光学系で配置していた照明系リレーレンズを、結像系リレーレンズとして用いることで、投写型表示装置の大型化を防止しながら、コントラスト性能を改善する投写型表示装置を提供できる。
【００４８】
ここで、同様に黒表示での光束量を小さくしてコントラスト性能を改善するメカ絞り方法との比較を行う。メカ絞り方式は、新たに配置したメカ絞りで、第１光変調素子３へ照射する光束量を低減する方法であるが、この方法では、第１光変調素子３の領域（画素）ごとの光束量の調整ができない。即ち、メカ絞り方式は、像面全体が略一様に暗い場合に有効な方法であるが、像面の中に暗い領域（画素）と明るい領域（画素）が存在する場合には、その効果を発揮することができない。
【００４９】
それに対して、本発明の多重光変調方式は、像面の中に暗い領域（画素）と明るい領域（画素）が存在しても、コントラスト性能を改善することが可能な方式である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１の光学系の構成図である。
【図２】本発明の実施例１の各色の光路に関する説明図である。
【図３】本発明の実施例１のコントラスト調整素子の消光比と、コントラスト性能の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例２の光学系の構成図である。
【図５】本発明の実施例２の各色の光路に関する説明図である。
【図６】本発明の実施例２のコントラスト調整素子の消光比と、コントラスト性能の関係を示す図である。
【図７】多重光変調方式の従来例の構成図である。
【図８】多重光変調方式の説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…投写レンズ、２…クロスプリズム、３…第１光変調素子、４…第２光変調素子、５…結像系リレーレンズ、６…第２光変調素子、７…結像系リレーレンズ、１０１…光源部、１０２…凹レンズ、１０３…マルチレンズ、１０４…偏光変換素子、１０５…合焦レンズ、１０６…光路折り曲げミラー、１０７…ダイクロイックミラー、１０８…コンデンサレンズ、１０９…照明系リレーレンズ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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