(57)【要約】【課題】減光フィルタ等を用いることなく、光源のＲＧＢ光強度比率の最適化を図ること。【解決手段】本発明は、光源１から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子（ＬＣＤ９〜１１）へ導く光学装置において、光源１から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光（例えば、Ｇ（緑）光）を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子（ＬＣＤ１１）へ導くものである。また、この光学装置を用いた投射型表示装置（３板式液晶プロジェクタ）でもある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子へ導く光学装置において、
前記光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より長い光路で前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記光のＲＧＢの成分のうち、Ｇの光をＲ，Ｂの光に比べて高い倍率で拡大して前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項４】
前記ＲＧＢ各色の光を各々対応する前記光変調素子へ導き、前記各光変調素子を透過したＲＧＢ各色の光を合成する合成手段を備えている
ことを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項５】
光源から照射された白色光におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれか一つを反射し、残りの二つを透過する第１のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーを透過した光のいずれか一つを反射し、残りの一つを透過する第２のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーで反射した光を第１の光変調素子へ導く第１の光路と、
前記第２のダイクロイックミラーで反射した光を第２の光変調素子へ導く第２の光路と、
前記第２のダイクロイックミラーを透過した光を第３の光変調素子へ導く第３の光路とを備える光学装置において、
前記第３の光路の倍率が、前記第１の光路および前記第２の光路の倍率より高く設定されている
ことを特徴とする光学装置。
【請求項６】
前記第３の光路は、リレーレンズ系である
ことを特徴とする請求項５記載の光学装置。
【請求項７】
前記第３の光路は、Ｇ（緑）に対応したリレーレンズ系である
ことを特徴とする請求項５記載の光学装置。
【請求項８】
光源と、
前記光源から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子へ導く光学装置と、
前記光学装置から前記３つの光変調素子へ導かれ、各光変調素子で変調されたＲＧＢの光を合成する合成手段と、
前記合成手段によって合成されたＲＧＢの光を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、
前記光学装置は、
前記光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項９】
前記光源として高圧水銀ランプを用い、
前記光のＲＧＢの成分のうち、Ｇの光をＲ，Ｂに比べて高い倍率で拡大して前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする請求項８記載の投射型表示装置。
【請求項１０】
前記光源として高圧水銀ランプを用い、
前記光のＲＧＢの成分のうち、Ｇの光をＲ，Ｂに比べて長い光路かつ高い倍率で拡大して前記光変調素子へ導く
ことを特徴とする請求項８記載の投射型表示装置。
【請求項１１】
光源と、
前記光源から照射された光を複数の色に分光して、各色に対応した光変調素子へ導く光学装置と、
前記光学装置から前記各色に対応した光変調素子へ導かれ、各光変調素子で変調された光を合成する合成手段と、
前記合成手段によって合成された光を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、
前記光学装置は、
前記光源から照射された白色光におけるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のいずれか一つを反射し、残りの二つを透過する第１のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーを透過した光のいずれか一つを反射し、残りの一つを透過する第２のダイクロイックミラーと、
前記第１のダイクロイックミラーで反射した光を第１の光変調素子へ導く第１の光路と、
前記第２のダイクロイックミラーで反射した光を第２の光変調素子へ導く第２の光路と、
前記第２のダイクロイックミラーを透過した光を第３の光変調素子へ導く第３の光路とを備えており、
前記第３の光路の倍率が、前記第１の光路および前記第２の光路の倍率より高く設定されている
ことを特徴とする投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子へ導く光学装置およびこの光学装置を用いた投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクタ等の投射型表示装置は、光源から出射した光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色に分光し、各色所定の経路で各々対応した光変調素子（液晶パネル等）に導いて変調を行い、合成プリズムで合成した後、投射光学系を介してスクリーン上に拡大投射している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ここで、このような投射型表示装置においては、光源の持つ分光特性によって３原色の強度比率が決まる。図５は、投射型表示装置に用いられる光源の発光スペクトル(分光特性)の例である。３板式液晶プロジェクタから成る投射型表示装置にこの光源を用いる場合、種々の光学フィルタまたは光学フィルタの組合せによってＲＧＢそれぞれの帯域の光に分光し、ＬＣＤを照明することになる。
【０００４】
図６は、３原色ＲＧＢの光量比率のバランスを取るための例を示す図である。一般的な投射型表示装置に用いられる光源（特に高圧水銀ランプ）では相対的にＧ（緑色）光の強度(光量)が大きいため、映像表示に用いるためのＲＧＢバランスから見るとＧ光が過多となる（左図、Ｇ光の強度Ｇinit）。そこで、Ｇ光の強度比率を下げるために光学系の中に狭帯域のフィルタを用いたり、ＮＤフィルタに代表される減光フィルタを用いたりする必要がある。例えば、ＮＤフィルタによる減光を（１−Ｄ）％とすると、Ｇ光の光量をＧinit×Ｄ％とする。あるいは、光変調素子の電気的な調整によりＧ光を下げて使用している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７４７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光源からの光をＲＧＢ３原色に分光し、各色の強度を調整するため、相対的に強度の強い色の強度比率を下げるためＮＤフィルタ等の減光フィルタを用いることは、光変調素子のダイナミックレンジを減少させてしまうという問題が生じる。また、このようなフィルタを用いることで部品点数の増加を招くとともに、減光フィルタによる発熱の問題が生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、光源から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子へ導く光学装置において、光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子へ導くものである。
【０００８】
このような本発明では、光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子へ導くことから、減光フィルタを用いることなくこの倍率に応じた光量の調整を行うことができるようになる。
【０００９】
また、本発明は、光源と、この光源から照射された光をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に分光して、各色に対応した３つの光変調素子へ導く光学装置と、光学装置から３つの光変調素子へ導かれ、各光変調素子で変調されたＲＧＢの光を合成する合成手段と、合成手段によって合成されたＲＧＢの光を投射する投射光学系とを備える投射型表示装置において、光学装置が、光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子へ導くものである。
【００１０】
このような本発明では、光源から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子へ導くことから、減光フィルタを用いることなくこの倍率に応じた光量の調整を行うことができ、ＲＧＢ各色の光の強度比率を最適にした投影画像を生成できるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、本発明によれば、狭帯域フィルタや減光フィルタといった特別な光学素子を用いることなく好適なＲＧＢ光強度比率を実現することが可能となる。これにより、光変調素子のダイナミックレンジを低下させることなく、画質良好な表示装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の光学装置を適用した投射型表示装置（３板式液晶プロジェクタ）の光学構成の一例を示す図である。また、図２は、本実施形態の光学装置を示す図である。すなわち、本実施形態の光学装置は、図１に示すような３板式液晶プロジェクタに適用され、図２に示すように、３板式液晶プロジェクタにおける図中実線で示す部分によって構成される。
【００１４】
図１において、３板式液晶プロジェクタは、図２に示す本実施形態の光学装置のほか、光源１、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２、オプティカルインテグレータ３、ＬＣＤ９〜１１、クロスプリズム１２、投射レンズ１３を備えている。
【００１５】
この３板式液晶プロジェクタにおいて、光源１から出射された光束は、不図示のレンズ系により平行光束化され、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２により可視光線領域外の光束を遮光されて、オプティカルインテグレータ３に入射する。オプティカルインテグレータ３は、光源１からの光束に基づいて、複数の光源像から成る多光源を形成する。
【００１６】
このオプティカルインテグレータ３により形成された多光源からの光束は、コンデンサレンズＬ１１を経て本実施形態の光学装置へ入射する。
【００１７】
光学装置は、光源から照射された光をＲＧＢの３原色に分光して、各色に対応した３つの光変調素子（例えば、液晶表示素子：ＬＣＤ９〜１１）へ導くもので、特に、本実施形態では、光源１から照射される光のＲＧＢの成分のうち最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大して光変調素子へ導くことを特徴としている。
【００１８】
光学装置は、Ｂ（青）色の波長範囲の光束を反射するダイクロイックミラー４、Ｒ（赤）色の波長範囲の光束を反射するダイクロイックミラー５、Ｂ（青）色の波長範囲の光束を反射するミラー６、Ｇ（緑）色の波長範囲の光束を反射するミラー７、８および各色の光束を各対応するＬＣＤ９〜１１に集光するコンデンサレンズＬ１２、Ｌ１４、Ｌ１６およびリレーレンズＬ１３、Ｌ１５から構成される。
【００１９】
この光学装置において、先ず、コンデンサレンズＬ１１を経た光は、ダイクロイックミラー４に入射する。ダイクロイックミラー４は、Ｂ（青）色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させる。ダイクロイックミラー４で反射されたＢ（青）色の波長範囲の光束は、反射ミラー６を経て、コンデンサレンズＬ１４により、被照射面に配置されるＬＣＤ９を重畳して照明する。
【００２０】
ダイクロイックミラー４を透過した光束は、ダイクロイックミラー５に入射する。ダイクロイックミラー５は、Ｒ（赤）色の波長範囲の光束を反射してその他の波長範囲の光束を透過させる。ダイクロイックミラー５で反射されたＲ（赤）色の波長範囲の光束は、コンデンサレンズＬ１２により、被照射面に配置されるＬＣＤ１０を重畳して照明する。
【００２１】
ダイクロイックミラー５を透過したＧ（緑）色の波長範囲の光束は、リレーレンズＬ１３，反射ミラー７，リレーレンズＬ１５，反射ミラー８を経て、コンデンサレンズＬ１６により、被照射面に配置されるＬＣＤ１１を重畳して照明する。なお、このようにしてＬＣＤ９乃至１１を照明するコンデンサ光学系は、入射瞳面が投射レンズ１３の入射瞳面と共役関係にある。
【００２２】
ＬＣＤ９，ＬＣＤ１０，ＬＣＤ１１では、Ｂ（青）色，Ｒ（赤）色，Ｇ（緑）色の波長範囲の光束がそれぞれの色の映像信号に応じて変調される。これらＬＣＤ９〜１１で変調されたＢ（青）色，Ｒ（赤）色，Ｇ（緑）色の波長範囲の光束は、合成手段であるクロスプリズム１２によって再び重ね合わされ、投射レンズ１３に入射してスクリーンＳ上に拡大投影される。
【００２３】
このような光学装置の構成において、本実施形態では、ダイクロイックミラー５を透過し、リレーレンズＬ１３、反射ミラー７、リレーレンズＬ１５、反射ミラー８およびコンデンサレンズＬ１６を経てＬＣＤ１１に入射するＧ（緑）色の波長範囲の光束についての光学的倍率を、Ｂ（青）色およびＲ（赤）色の波長範囲の光束についての光学的倍率より高い倍率にしている。ここで、光学的倍率とは、オプティカルインテグレータ３を構成する２枚のフライアイレンズのうち光源１に近い側のフライアイレンズを構成する各レンズエレメントを基準とした倍率をいう。
【００２４】
なお、上記構成では、ダイクロイックミラー４でＢ（青）色の波長範囲の光束を反射し、ダイクロイックミラー５でＲ（赤）色の波長範囲の光束を反射するようにしているが、反対に、ダイクロイックミラー４でＲ（赤）色の波長範囲の光束を反射し、ダイクロイックミラー５でＢ（青）色の波長範囲の光束を反射するようにしてもよい。
【００２５】
いずれにおいても、光源１から照射される光のＲＧＢ成分のうち、最も光量の大きい成分の光を他の成分の光より高い倍率で拡大してＬＣＤに導くようにする。この際、最も光量の大きい成分の光をリレー系に導くことで、他の色より倍率の高い拡大光学系を構築するためのスペースを得ることができ、必要以上に光学系の大型化を招かずにすむようになる。また、このスペースを得ることで、拡大光学系における倍率調整機構を組み込むことも可能となる。
【００２６】
図３は、このＧ（緑）光の光量調整をリレーレンズ系で実施する際のレンズの組み合わせを説明する図である。この図では、説明を分かりやすくするため、図１のプロジェクタの光学構成における、リレーレンズＬ１３以降のレンズだけを直線上に描いて示したものであり、ｚ方向（図中横方向）が光軸方向である。
【００２７】
Ｇ（緑）光のリレーレンズ系は、リレーレンズＬ１３レンズ、リレーレンズＬ１５およびコンデンサレンズＬ１６によって構成され、このリレーレンズ系によってＧ光の光量を調整する。
【００２８】
そこで、本実施形態では、このリレーレンズ系の倍率を調整することで光量の調整を実現する。例えば、（１−Ｄ）％に減光させる必要がある場合、リレーレンズ系の倍率ｍ’を、１より大きく、１／√Ｄ以下（例えば、約１／√Ｄ）とすることによって、他の２色に対するＧ（緑）光の光量比率をあらかじめ調整することが可能となる。
【００２９】
図３に示す例で、ｓはメインレンズ系（リレーレンズ系以外の２色（本実施形態ではＲ（赤）とＢ（青））に対応したレンズ系）でＬＣＤを照明する際の照明像の大きさ、ｓ’はリレーレンズ系（本実施形態ではＧ（緑）に対応したレンズ系）でＬＣＤを照明する際の照明像の大きさを示している。
【００３０】
ここで、照明像はＬＣＤの大きさよりわずかに大きくなっており、図示するｓ、ｓ’は例えば照明像の対角長さを示すものである。なお、ｓ、ｓ’は長さの代表値でよいので、照明像の矩形における短辺や長辺と定義してもよい。
【００３１】
本実施形態では、リレーレンズＬ１３、Ｌ１５によるＧ（緑）の照明像の大きさｓ’が、他の２色（Ｒ（赤）、Ｂ（青））に対応した照明像の大きさｓより大きくなるよう設定している。具体的には、リレーレンズ系の倍率ｍ’を、１／√Ｄ≧ｍ’＝ｓ’／ｓ＞１に設定している。つまり、Ｇ（緑）に対応した光のＬＣＤ位置での照明像の大きさを、他の色（Ｒ（赤）、Ｂ（青））に対応した光のＬＣＤ位置での照明像の大きさより大きくすることでＧ（緑）の光量比率をＲ（赤）、Ｂ（青）に対して下げるようにしている。
【００３２】
このようなリレーレンズ系の構成により、ＮＤフィルタ等の減光フィルタを用いたり、ＬＣＤの電気的な調整を行うことなく、リレーレンズ系のレンズおよびミラー構成のみで光量調整を行うことができる。このため、ＬＣＤのダイナミックレンジを低下させることなく、画質良好な表示装置を提供することが可能となる。
【００３３】
ここで、リレーレンズ系の倍率を調整するには、例えばリレーレンズＬ１３、Ｌ１５もしくはコンデンサレンズＬ１６の曲率を所定の値に設定したり、レンズ材料の選択によって屈折率を設定したりする。また、ミラー７やミラー８の反射面形状によって倍率調整してもよい。さらに、リレーレンズＬ１３、Ｌ１５のいずれか、もしくは両方を光軸方向に沿って移動できる機構を設けておき、各種の倍率に調整できるようにしてもよい。これにより、光源１が変更された場合でも、その光源１の特性に合わせた倍率調整を行うことが可能となる。
【００３４】
図４は、本実施形態の光学装置を組み込んだ３板式液晶プロジェクタのユニット構成の例を示す模式図である。このユニット構成は、先に説明した３板式液晶プロジェクタの光源１から先、投射レンズ１３の手前までの光学部品をユニット（１つの集約された部材）としたものである。
【００３５】
すなわち、ユニットは、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２、オプティカルインテグレータ３、本実施形態の光学装置（ダイクロイックミラー４、５、ミラー６、７、８、コンデンサレンズＬ１２、Ｌ１４、Ｌ１６およびリレーレンズＬ１３、Ｌ１５）、ＬＣＤ９〜１１、クロスプリズム１２が１つのパッケージに組み込まれており、各種光学部品の位置合わせが完了したものとなっている。
【００３６】
したがって、３板式液晶プロジェクタを構成する際は、このユニットに光源１および投射レンズ１３を取り付けることで容易に表示装置を構築することができる。例えば、投射レンズ１３が取り付けられたハウジングＨにこのユニットを取り付けるだけでユニットと投射レンズ１３との光軸が設定され、光源１を装置筐体（図示せず）に配置することで３板式液晶プロジェクタを構成することができる。
【００３７】
このようなユニット構成を用いることで、設計者の意図する光源１や投射レンズ１３を用いた表示装置を容易に構築でき、また、部品交換が必要な際も必要部分を簡単に付け替えることが可能となる。
【００３８】
そして、このユニット構成において、本実施形態の光学装置を適用すれば、特定色光の光量調整のためのＮＤフィルタ等を用いる必要がなくなるため、ユニットの小型化および表示装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００３９】
すなわち、図４に示す例では、ダイクロイックミラー４でＢ（青）色の波長範囲の光束を反射し、ダイクロイックミラー５でＲ（赤）色の波長範囲の光束を反射し、Ｇ（緑）色の波長範囲をリレーレンズ系（ミラー７、８）によって反射し、各色の光を対応するＬＣＤ９、１０、１１に入射して変調した後、これらをクロスプリズム１２で合成して出力する。
【００４０】
この際、光源１から照射される光の色成分のうち最も光量の大きいもの（ここではＧ（緑）色の波長範囲）についての倍率を他の色の倍率より高くする光学系に設定しておく。これにより、特定色光の光量調整のためのＮＤフィルタ等を用いる必要がなく、ユニットの小型化および表示装置全体の小型化を図ることが可能となる。
【００４１】
また、先に説明したように、リレーレンズ系に倍率調整を可能とする機構（例えば、リレーレンズＬ１３やＬ１５の光軸方向に沿った位置調整を可能とする機構）を設けておき、ユニット外部から調整できるようにしておくことで、３板式液晶プロジェクタを構築する際に設定される各種の光源１の特性にも迅速に対応することが可能となる。
【００４２】
なお、以上の例では、スクリーンＳの前面に映像を投影するフロント式の液晶プロジェクタに本発明を適用している。しかし、本発明は、これに限らず、スクリーンＳの背面に映像を投影して前面からその映像を見るリア式の液晶プロジェクタや、ＬＣＤ以外の変調素子（例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）やＧＬＶ（Grating Light Valve））を用いたプロジェクタなど、変調素子を照明するコンデンサ光学系を有するあらゆる画像表示装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態の光学装置を適用した投射型表示装置（３板式液晶プロジェクタ）の光学構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態の光学装置の構成を示す図である。
【図３】Ｇ（緑）光の光量調整をリレーレンズ系で実施する際のレンズの組み合わせを説明する図である。
【図４】本実施形態の光学装置を組み込んだ３板式液晶プロジェクタのユニット構成の例を示す模式図である。
【図５】投射型表示装置に用いられる光源の発光スペクトル(分光特性)の例を示す図である。
【図６】３原色ＲＧＢの光量比率のバランスを取るための例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…光源、２…ＵＶ−ＩＲカットフィルタ、３…オプティカルインテグレータ、４…ダイクロイックミラー、５…ダイクロイックミラー、６…ミラー、７…ミラー、８…ミラー、９…ＬＣＤ、１０…ＬＣＤ、１１…ＬＣＤ、１２…クロスプリズム、１３…投射レンズ、Ｌ１１…コンデンサレンズ、Ｌ１２…コンデンサレンズ、Ｌ１３…リレーレンズ、Ｌ１４…コンデンサレンズ、Ｌ１５…リレーレンズ、Ｌ１６…コンデンサレンズ、Ｓ…スクリーン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
2008185873.tif 000006
【図６】
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【図４】
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