(57)【要約】【課題】明るさを高めるとコントラストが劣下し、コントラストを高めるには明るさを低くすることが必要なプロジェクタにおいて、明るさと高コントラストを両立させる。【解決手段】主光線の偏光ビームスプリッタへの入射方向と反射方向を含む平面上の偏光ビームスプリッタに入射される光の広がり角を、主光線を含む前記平面に垂直な平面上の前記偏光ビームスプリッタに照射される光の広がり角より狭くなるように構成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を照射する光源ユニットと、該光源ユニットにより照射された光を入力画像信号に基づいて光変調して映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、前記光源ユニットにより照射された光を色分離し前記映像表示素子からの各色の光学像を合成する色分離合成手段と、合成された光学像を投写する投写手段とを有する画像表示装置であって、
前記色分離合成手段は偏光ビームスプリッタを含んで構成され、主光線の前記偏光ビームスプリッタへの入射方向と反射方向を含む平面上での前記偏光ビームスプリッタに入射される光の広がり角を、前記平面に垂直で且つ主光線を含む平面上での前記偏光ビームスプリッタに照射される光の広がり角より狭くなるように構成したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記光源ユニットは、前記偏光ビームスプリッタに照射する光の広がり角を制限する絞り手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光源ユニットからの光を前記映像表示素子に照射する複数のレンズから構成される照明光学系を有し、
主光線の前記偏光ビームスプリッタへの入射方向と反射方向を含む平面と、該平面に垂直な平面とで、前記複数のレンズの主点位置が異なることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記複数のレンズは、シリンドリカルレンズを含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型ディスプレイ装置等の投写型の画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平１１−２７１６８３号公報に記載されているように、白色光源とリフレクタから成る光源ユニットと、入射された光を入力映像信号に基づいて光変調して映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、前記光源ユニットにより照射された光を色分離し前記映像表示素子からの各色の光学像を合成する色分離合成手段と、合成された光学像を投写する投写手段映像表示素子を出射する映像光を表示する投写手段で構成される画像表示装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
投写型画像表示装置において、明るさとコントラストは重要な性能であるが、明るさとコントラストの両立は難しい課題である。
【０００４】
明るさを得るためには光の利用効率を高める必要が有り、照明光のＦ値を小さくする方法がある。しかし、Ｆ値を小さくすると、明るくなるがコントラストが劣下し、明るさとコントラストの両立は困難であった。
【０００５】
コントラストを劣化させるのは、色分離合成手段に用いる偏光ビームスプリッタ（以下ＰＢＳと称す）の入射角が大きくなると急激に反射性能が劣下することに起因することが判った。これは反射面への入射角度の大きさと関係があり、Ｆ値を小さくして明るさを得ようとするとＰＢＳへの光の入射角が大きくなって反射特性すなわち反射してはいけない偏光光が反射する。そして、反射すべき偏光光が反射せず透過する現象が生じる。その結果、黒の表示画面に本来ＰＢＳで反射させて画面に至らせないようにすべき光が、ＰＢＳを透過してしまい、黒画面に光を漏れさせコントラストを悪化させる現象である。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、明るさとコントラストを両立する画像表示装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明は、光源からの光を照射する光源ユニットと、該光源ユニットにより照射された光を入力画像信号に基づいて光変調して映像信号に応じた光学像を形成する映像表示素子と、前記光源ユニットにより照射された光を色分離し前記映像表示素子からの各色の光学像を合成する色分離合成手段と、合成された光学像を投写する投写手段とを有する画像表示装置であって、前記色分離合成手段は偏光ビームスプリッタを含んで構成され、主光線の前記偏光ビームスプリッタへの入射方向と反射方向を含む平面上での前記偏光ビームスプリッタに入射される光の広がり角を、前記平面に垂直で且つ主光線を含む平面上での前記偏光ビームスプリッタに照射される光の広がり角より狭くなるように構成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、本発明における一実施の形態を示す光学構成図であり、ライトバルブとして反射型映像表示素子１３を３枚用いた画像表示装置２１を示している。
【００１０】
画像表示装置２１には光源２を有する光源ユニット１があり、光源２は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、ハロゲンランプ等の白色ランプである。
【００１１】
光源２の電球から放射される光は楕円面または放物面または非球面のリフレクタ３にて集光されて反射される。
【００１２】
光源ユニット１から出射した光は、リフレクタ３の出射開口と略同等サイズの矩形枠に設けられた複数の集光レンズにより構成された、複数の２次光源像を形成するための第一のアレイレンズ４に入射する。更に、複数の集光レンズにより構成され、前記複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子１３に第一のアレイレンズ４の個々のレンズ像を結像させる第二のアレイレンズ５を通過する。この出射光は第二のアレイレンズ５の各々のレンズ光軸の横方向のピッチに適合するように配置された各々のレンズ幅の略１／２サイズの菱形プリズムの列により構成される偏光変換素子６へ入射する。このプリズム面には偏光分離膜が施されており、入射光は、この偏光分離膜にてＰ偏光光とＳ偏光光に分離される。Ｐ偏光光は、そのまま偏光分離膜を直行し、このプリズムの出射面に設けられたλ／２位相差板７により、偏光方向が９０°回転され、Ｓ偏光光に変換され出射される。一方、Ｓ偏光光は、偏光分離膜により反射され、隣接する菱形プリズム内で本来の光軸方向にもう一度反射してから出射される。
【００１３】
絞り８は、穴を有する遮光板で、穴は縦を１にして、横０．７の比率で開口し、偏光変換素子３から出射する光の縦の広がり角と横の広がり角を制限する。
【００１４】
コリメータレンズ９ａ、９ｂは正の屈折力を有し、このＳ偏光光をさらに集光させる作用を持ち、ミラー１０を介してコンデンサレンズ１１を通過して、各色ＲＧＢ３枚の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを照射するために、まず色分離ミラー１２あるいは図示していないが、色分離プリズムにより、ＧＢ光とＲ光とに２分割され、各波長域専用にコントラストが良くなるように膜を設計したＰＢＳであるＰＢＳ１４、１５に入射する。
【００１５】
すなわち、Ｒ光は、色分離ミラー１２を透過後、Ｒ専用ＰＢＳ１４に入射、その後Ｓ偏光光なのでＲ用反射型液晶表示素子１３ｒ側へ反射され、これを照射する。
【００１６】
また、Ｂ光とＧ光は、色分離ミラー１２で反射し、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長選択波長板１６ａを通過してＢ光の偏光をＳ偏光光からＰ偏光光に変換して、偏光を変換されたＰ偏光光であるＢ光は、ＧＢ専用ＰＢＳ１５を通過してＢ専用反射型液晶表示素子１３ｂを照射する。一方、Ｇ光は特定波長選択波長板１６ａを通過した後もＳ偏光光なのでＧＢ専用ＰＢＳ１５にて反射された後、Ｇ専用反射型液晶表示素子１３ｇを照射する。もちろん、上記例はひとつの具体例であり、実施例はこれに限定するものではない。
【００１７】
その後、各色専用の反射型映像表示素子１３で偏光を変換され、光は再び各色専用ＰＢＳ１４、１５に入射し、Ｓ偏光光は反射され、Ｐ偏光光は透過する。
【００１８】
この反射型映像表示素子１３は、表示する画素に対応する（例えば横１３６５画素縦７６８画素各３色など）数の液晶表示部が設けてある。そして、外部より駆動される信号に従って、表示素子１３の各画素の偏光角度が変わり、偏光方向の一致した光がＧ光とＢ光はＰＢＳ１５にて、Ｒ光はＰＢＳ１４にて検光される。この途中の角度の偏光を持った光は、ＰＢＳ１５及び１４の偏光度との関係で、ＰＢＳを通る光の量と検光される量とが決まる。このようにして、外部より入力する信号に従った画像を投影する。この時、反射型映像表示素子１３が黒表示を行う場合に、偏光方向は入射光と同等であり、そのまま入射光路に沿って光源側に戻される。
【００１９】
ところで、各色の反射型液晶表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの直前に配置したλ／４位相差板１７ｒ、１７ｇ、１７ｂを回転調整して、コントラストを向上させることができる。
【００２０】
その後、特定波長域のみ偏光方向を変換する特定波長選択波長板１６ｂを通過してＧ光の偏光をＰ偏光光からＳ偏光光に変換する。特定波長選択波長板１６ｂに入射する光は、Ｇ光がＰ偏光光、Ｂ光がＳ偏光光であり、ここでは、Ｇ光のみ偏光変換されるので、Ｇ光とＢ光は共にＳ偏光光として、ＰＢＳ１８に入射する。Ｒ光のＲ専用ＰＢＳ１４を透過した光は、Ｐ偏光光としてＰＢＳ１８に入射する。ＰＢＳ１８にて、Ｒ光とＧＢ光は、再び色合成されて、光は、例えばズームレンズであるような投射レンズ１９を通過し、スクリーンに到達する。前記投射レンズ１９により、反射型映像表示素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに形成された画像は、スクリーン上に拡大投影され表示装置として機能するものである。電源２０により、光源２および映像表示素子１３に電力を供給し、各々の駆動回路（図示せず）にて駆動している。また、ＲＧＢ光の色純度を改善するための色フィルター（図示せず）や一定の偏光光を得るための偏光フィルタ（図示せず）を光路中に介在させている。
【００２１】
ここで、図２に、Ｓ偏光光を反射させ、Ｐ偏光光を透過させることを目的とするＰＢＳへＰ偏光光を入射した場合のＰ偏光光の反射率を示す。同図において、横軸はＰＢＳへの入射角度を、縦軸はＰ偏光光の反射率である。横方向は、主光線のＰＢＳへの入射方向と反射方向を含む平面上でのＰ偏光光を入射した場合の入射角度に対するＰ偏光光の反射率を示す。また、縦方向は、主光線のＰＢＳへの入射方向と反射方向を含む平面に垂直で且つ主光線を含む平面でのＰ偏光光を入射した場合の入射角度に対するＰ偏光光の反射率を示す。理想的にはＰ偏光光を入射した場合、Ｐ偏光光の反射率は０となる。
【００２２】
図２から、主光線の入射方向と反射方向を含む平面でのＰ偏光光を入射したときの反射特性と、主光線を含み該平面に垂直な平面でのＰ偏光光を入射したときの反射特性は異なり、主光線の入射方向と反射方向を含む平面での場合の反射特性の劣化が著しいことが明らかである。
【００２３】
これは、反射面への入射角度により偏光軸が回転したり、反射膜が薄膜を多数積層して成るため入射角によって反射性能がシフトするなどで反射特性が変わるためである。特に主光線の入射方向と反射方向を含む平面での入射の場合、反射面が４５°傾いているため、入射の向きにより反射面への入射角が大きくことなるため反射特性がより顕著に変わる。
【００２４】
そこで本実施の形態では、縦を１として横を０．７と成るように光の広がり角を制限する絞り８を設けている。これにより、Ｇ光とＢ光はＰＢＳ１５にて、Ｒ光はＰＢＳ１４にて検光されるとき、前記した主光線の入射方向と反射方向を含む平面での反射特性が顕著に劣下する角度の光が少ないため、反射すべきでない偏光光が反射し、反射すべき偏光光が反射しない現象が生じにくくなる。従って、ＰＢＳの光の漏れによるコントラストの著しい劣下を防止でき、絞りのない従来技術による場合に比べ、明るさは絞りによって約１５％劣下したが、コントラストは倍以上に良好になった。なお、光源の光の角度分布は角度が広がるほど明るさが落ちるため、絞りの大きさに比べて明るさの低下は少なく抑えることができ、結果的に明るさを著しく低下させずにコントラストを改善できた。
【００２５】
上記の実施の形態の場合には、光の広がり角を制限するのに絞りを設けたが、本発明はそれに限るものではない。縦と横の光の広がり角を異なる大きさに制限する方法、すなわち照明光学系の映像表示素子側のコリメータレンズ群の主点位置を縦と横で異なるようにすればよく、従来の光学設計で容易に実現できる。例えば、照明光学系のコリメータレンズ群内にシリンドリカルレンズを１個以上設ければよいが、具体的には、設計的な事項なので省略する。このような構成は、先の実施の形態に示した絞りとは違って、光源の光を制限していないため明るく、コントラストの良い画像表示装置を実現できる。
【００２６】
上記各実施の形態は、映像表示素子を３枚使用する３板式の画像表示装置について説明したが、本発明は３板式に限るものではなく、映像表示素子を１枚使用する単板式、映像表示素子を２枚使用する２板式の場合に於いても適用可能であることは言うまでも無く、本発明はこれら実施の形態に限定するものではない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、コントラスト劣下の要因となる横方向のＰＢＳへの入射角度を小とすることにより、明るさ、コントラストを維持した画像表示装置を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す画像表示装置のブロック図である。
【図２】本発明を説明するためのＰＢＳへのＰ偏光光の入射角度に対するＰ偏光光の反射率を示す特性図である。
【符号の説明】
１…光源ユニット、２…光源、３…リフレクタ、４…第一アレイレンズ、　５…第二アレイレンズ、６…偏光変換素子、７…１／２波長位相差板、８…絞り、９ａ、９ｂ…コリメータレンズ、１０…ミラー、１１…コンデンサレンズ、１２…ダイクロミラー、１３…映像表示素子、１３ｒ…反射型映像表示素子、１３ｂ…青色光用反射型映像表示素子、１３ｇ…緑色光用反射型映像表示素子、１４、１５、１８…偏光ビームスプリッタ、１６ａ、１６ｂ…特定波長選択波長板、１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ…λ／４位相差板、１９…投射レンズ、２０…電源、２１…画像表示装置。
【図１】
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【図２】
2004045907.tif 000004