(57)【要約】【課題】  ダイクロイック面の特性による透過光及び反射光の輝度分布の差に起因する色ムラ及び輝度ムラを防いで鮮明な画像をスクリーンに投写する。【解決手段】  投写型画像表示装置１０は、照明光学系１１と、色分離プリズム１２と、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、ＮＤフイルタ１４Ｒ，１４Ｂと、色合成プリズム１５と、投映レンズ１６とからなる。照明光学系１１の光軸１１ａと、色分離プリズムのダイクロイック面１２ａ，１２ｂに対して垂直な方向とが一致しないオフアクシス光学系の配置となっている。プリズム１２は、照明光学系１１からの照明光をＲ，Ｇ，Ｂに色分離する。ＮＤフィルタ１４Ｒ，１４Ｂは、Ｒ，Ｂ光の輝度分布差を補正して均一な輝度にする。輝度分布が揃えられ、プリズム１５で合成されたＲ，Ｇ，Ｂ光がスクリーン１７に投写される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を照射する照明光学系と、異なる波長選択性を持つ２つのダイクロイック面が互いに交差するように配置され前記照明光をＲ，Ｇ，Ｂの３色光成分に分離し、この照明光から分離されたＲ，Ｇ，Ｂ光を互いに異なる３方向に射出する色分離部と、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光をそれぞれ光変調して各色の画像光を生成するＲ用，Ｇ用，Ｂ用の各液晶素子と、光変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光の画像光を合成して同一方向に出射する色合成部とを有し、前記色分離部及び前記照明光学系とが、前記２つのダイクロイック面に対して垂直な方向から傾きを持った方向に前記照明光学系の光軸が位置しているオフアクシス方式で配置された投写型画像表示装置において、
前記色分離部から前記色合成部までの間で、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光の少なくとも１つの光路上に位置し、前記画像光の面内輝度分布差を補正する輝度分布補正フイルタを備えたことを特徴とする投写型画像表示装置。
【請求項２】
前記色分離部から前記色合成部までの間で、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光の少なくと１つの光路上に位置し、特定範囲の波長を持つ色光を減じるトリミングフイルタを設けることを特徴とする請求項１記載の投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投写型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色毎の液晶素子を備え、各液晶素子によって光変調された画像光を合成してスクリーンに投映する三板式の投写型画像表示装置が知られている。このような三板式の投写型画像表示装置では、特許文献１に示すように光源から導かれた照明光をクロスダイクロイックプリズムを用いた色分離光学系でＲ，Ｇ，Ｂの３色成分に色分離するのが一般的である。さらに、この種の従来の投写型画像表示装置としては、色分離光学系の反射面への照明光の入射角度によって異なる２つの方式、すなわち、色分離光学系の反射面に対して照明光を垂直に入射させ、反射光を再び垂直に出射させる方式である「オンアクシス光学系」と、色分離光学系の反射面に対して垂直な方向からずれた角度から光を入射させ、その入射方向とは異なる方向に反射光を出射させる方式の「オフアクシス光学系」とが知られている。前者の「オンアクシス光学系」を採用した場合、入射光と反射光を分離するのに偏光ビームスプリッタなどを用いる必要があり、装置のコストが高くなるという問題があるため、現在では、後者の「オフアクシス光学系」の方が一般的となっている。
【０００３】
「オフアクシス光学系」を採用した従来の投写型画像表示装置を図５，６に示す。この投写型画像表示装置８０では、光源８３が発光する照明光は、偏光変換素子８４などを通過して、色分離プリズム８１に前面から入射する。偏光変換素子は、特定の偏波面を持たないランダム偏光を特定の偏波面を持つ直線偏光に変換する素子であり、例えば、光源８３が発する照明光の偏光状態を垂直な偏波面を持つＳ偏光に変換する。
【０００４】
色分離プリズム８１に入射した照明光は、赤色反射面８１ａ及び青色反射面８１ｂの２つのダイクロイック面によってＢ光，Ｇ光，Ｒ光の３色の色光に分離される。Ｂ光及びＲ光は、各ダイクロイック面８１ａ，８１ｂで反射して、色分離プリズム８１の右及び左の各側面から射出する。上述したように、この投写型画像表示装置８０では「オフアクシス光学系」が採用されており、照明光学系８４の光軸８４ａと、２つのダイクロイック面に対して直交する方向Ｖとが一致しない配置となっている。そして色分離プリズム８１から射出したＢ光及びＲ光は、プリズム８１の側方に配置されたＢ用及びＲ用の各反射型液晶素子８２Ｂ，８２Ｒにそれぞれ入射する。Ｇ光は、各ダイクロイック面を透過して、色分離プリズム８１の後方から射出し、プリズム８１の後方に配置されたＧ用の反射型液晶素子８２Ｇに入射する。色分離プリズム８１としてクロスダイクロイックプリズムを使用すると、１つの光学部品で３色を同時に分離することができるので、これを各色の光路長が等しくなるように配置すれば、リレーレンズなどの光学部品を用いる必要がない。各反射型液晶素子は、入射した各色の色光を変調して各色の画像光を生成する。こうして生成された３色の画像光は、色合成プリズム８６で合成され、投映光学系８７によってスクリーン８８に投映される。
【０００５】
こうしたオフアクシス光学系を採用すると、光軸８４ａや色分離プリズム８１から各液晶素子へ向かう光線の角度を傾けることができるので、色分離プリズム８１と、光源８３や液晶素子との間の横方向の距離が短縮されて、光学ユニットの横方向のサイズを小さくすることができる。また、横方向の距離を延長することなく、縦方向に距離を稼ぐことができるので、色分離プリズム８１の周辺に光学部品の配置スペースを確保できるというメリットがある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許６６１８２０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら上述した「オフアクシス光学系」では、ダイクロイックプリズムのダイクロイック面（図４の８１ａ，８１ｂ）に入射するとき、このダイクロイック面に直交する方向に対して４５°前後の傾きを持って入射するため、ダイクロイック面で反射又は透過する光量にムラが発生する。すなわち、ダイクロイック面で反射又は透過したＲ，Ｇ，Ｂ光は、画面内の一方の端部では明るく、他方の端部に向かって徐々に暗くなるような輝度分布のムラができてしまう。これにより、オフアクシス光学系が採用された投写型画像表示装置では、スクリーンに投写された画像の各色に色ムラ及び輝度ムラが発生することになる。なお、投写型画像表示装置の色ムラを防ぐ手段として周知のトリミングフィルタを使用することも考えられるが、このようなトリミングフィルタでは、特定範囲の波長を持つ不要な光を減じて色再現性を向上させることはできるが、上述したようなダイクロイック面の特性に起因する透過光及び反射光の輝度分布のムラは解消することはできない。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するためのものであり、オフアクシス光学系を採用し、ダイクロイック面の特性による透過光及び反射光の輝度分布の差に起因する色ムラ及び輝度ムラを防ぎ、鮮明な画像をスクリーンに投写することができる投写型画像表示装置をローコストに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、本発明の投写型画像表示装置は、照明光を照射する照明光学系と、異なる波長選択性を持つ２つのダイクロイック面が互いに交差するように配置され前記照明光をＲ，Ｇ，Ｂの３色光成分に分離し、この照明光から分離されたＲ，Ｇ，Ｂ光を互いに異なる３方向に射出する色分離部と、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光をそれぞれ光変調して各色の画像光を生成するＲ用，Ｇ用，Ｂ用の各液晶素子と、光変調されたＲ，Ｇ，Ｂ光の画像光を合成して同一方向に出射する色合成部とを有し、前記色分離部及び前記照明光学系とが、前記２つのダイクロイック面に対して垂直な方向から傾きを持った方向に前記照明光学系の光軸が位置しているオフアクシス方式で配置された投写型画像表示装置において、前記色分離部から前記色合成部までの間で、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光の少なくとも１つの光路上に位置し、前記画像光の面内輝度分布差を補正する輝度分布補正フイルタを備えたことを特徴とする。
【００１０】
なお、前記色分離部から前記色合成部までの間で、前記Ｒ，Ｇ，Ｂ光の少なくと１つの光路上に位置し、特定範囲の波長を持つ色光を減じるトリミングフイルタを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、色分離部から色合成部までの間で、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の少なくとも１つの光路上に位置し、画像光の面内輝度分布差を補正する輝度分布補正フイルタを備えたので、ダイクロイック面の特性による透過光及び反射光の輝度分布の差に起因する色ムラ及び輝度ムラを防ぎ、鮮明な画像をスクリーンに投写することができる投写型画像表示装置をローコストに提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の投写型画像表示装置１０の光学的構成を示す斜視図である。投写型画像表示装置１０は、ＲＧＢの各色に対応する３枚の反射型ライトバルブを備えた３板型かつ反射型の液晶プロジェクタである。この投写型画像表示装置１０は、照明光学系１１と、色分離光学系である色分離プリズム１２と、この色分離プリズム１２でＲ，Ｇ，Ｂの３色成分に分離された光束が入射する３枚の反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂと、これら反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂにて変調されたそれぞれの出射光の面内輝度分布差を補正するＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ−Ｄｅｎｓｉｔｙ）フイルタ１４Ｒ，１４Ｂと、３色成分を色合成する色合成光学系である色合成プリズム１５と、この合成された光を拡大してスクリーン１７（図２参照）に投射させる投映レンズ１６とで構成されている。
【００１３】
照明光学系１１は、図２に示すように、発光部２０が設けられ照明光を出射する発光ライト２１と、この照明光を白色光の状態で偏光変換を行う偏光変換インテグレータ光学系２２で構成されている。偏光変換インテグレータ光学系２２は、第１レンズアレイ２２ａ、第２レンズアレイ２２ｂ、１／２波長板が貼付られたＰＢＳプリズムアレイ２２ｃ等で構成されており、偏光変換インテグレータ光学系２２に入射した白色光は、直線偏光度が高められ、すべてＳ偏光の光束に変換されて出射する。
【００１４】
色分離光学系である色分離プリズム１２は、図３に示すように、４個の直角三角プリズムの直角を挟む面にダイクロイックミラーを成膜して接着剤で張り合せたクロスダイクロイックプリズムである。貼り合わせた面はレッドダイクロイック面１２ａと、ブルーダイクロイック面１２ｂとがクロス（十字形）状に形成されている。この色分離プリズム１２に入射した白色光は、赤光がレッドダイクロイック面１２ａで反射されてプリズム外に出射し、青光がブルーダイクロイック面１２ｂで反射されてプリズム外に出射し、緑光は、レッドダイクロイック面１２ａ、ブルーダイクロイック面１２ｂを透過してプリズム外に出射する。これにより、白色光がＲＧＢの各色の光束に色分離される。また、色分離にクロスダイクロイックプリズムを使用せず、２枚のダイクロイックミラーを用いて色分離を行っても良い。
【００１５】
本実施形態の投写型画像表示装置１０では「オフアクシス光学系」を採用しており、図２に示すように、照明光学系１１の光軸１１ａと、２つのダイクロイック面１２ａ，１２ｂに対して垂直な方向Ｖとが一致しない配置となっている。なお、図中の符号αは、光軸１１ａと方向Ｖとがなす角度である。
【００１６】
色分離プリズム１２によってＲ，Ｇ，Ｂの各色に分離された光束は、それぞれ反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂに入射する。これらの反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、色合成光学系の色合成プリズム１５の３つの側面に対面する位置に配置されている。なお、色合成プリズム１５はクロスダイクロイックプリズムである。図２に示すように、反射型ライトバルブ１３Ｇからの反射光が、プリズム１５の側面に対して垂直に入射するような角度に設置されており、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｂについても同様に設置されている。この反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂは、反射型液晶表示素子（ＬＣＯＳ）で構成されており、その各々には、フルカラー画像を構成する赤色画像、緑色画像、青色画像の濃度パターン画像が表示される。これにより反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂで反射したＲ，Ｇ，Ｂの各色光には、画像情報が付与されて出射される。
【００１７】
ＮＤフィルタ１４Ｒ，１４Ｂは、反射型ライトバルブ１３Ｒ，１３Ｇと、色合成プリズム１５との間で、Ｒ，Ｇ光の光路上にそれぞれ位置しており、Ｒ，Ｇの各色光の面内輝度分布を補正する。ＮＤフィルタ１４Ｒ，１４Ｂによって補正されたＲ，Ｇの輝度分布状態を図４に示す。図４（Ａ）〜（Ｃ）には、色分離プリズム１２によって色分離された直後のＲ，Ｇ，Ｂの各色光の輝度分布状態（実線）及びＮＤフイルタ１４Ｒ，１４Ｂによって補正された輝度分布状態（破線）の１例を示す。なお、この図４（Ａ）〜（Ｃ）のグラフにおいて、横軸は画像面中心からの距離を示し、縦軸は、画像面内輝度を示している。図４（Ａ）に示すように、色分離直後のＲ光の面内輝度は、一方の端部側では大きく、他方の端部側に向かって徐々に小さくなる輝度ムラが発生しており、一方、図４（Ｃ）に示すように、色分離直後のＢ光の面内輝度は、他方の端部側で大きく、一方の端部側に向かって徐々に小さくなる輝度ムラが発生している。また、この例では、図４（Ｂ）に示すように、Ｇ光の面内輝度には、ムラがなく画像面内が全て一定の輝度値となっている。
【００１８】
そして、ＮＤフィルタ１４Ｒ，１４Ｂは、Ｒ，Ｂ光の面内輝度分布差をそれぞれ相殺するように、面内に傾斜を持った透過率の分布が設定されており、Ｒ，Ｂ光の画像面内の輝度を一定にし、且つ全ての色の輝度状態を揃えるように、各色の輝度を補正する。
【００１９】
投映レンズ１６は、色合成プリズム１５で合成された合成光をスクリーン１７に結像してフルカラーの拡大画像として投射させる。
【００２０】
上記構成の作用について以下に説明する。照明光学系１１から白色光が照射されると、色分離プリズム１２によってＲ，Ｇ，Ｂ光に色分離されたのち、液晶パネル１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂによって画像情報が付与される。画像情報が付与されたＲ，Ｇ，Ｂ光のうち、Ｒ，Ｇ光は、ＮＤフィルタ１４Ｒ，１４Ｇに入射し、輝度分布が補正される。これによって、Ｒ，Ｇ，Ｂ光は、面内輝度分布が均一、かつ全ての色の輝度分布が揃えられた状態となって色合成プリズム１５に入射する。色合成プリズム１５に入射したＲ，Ｇ，Ｂ光は、同一方向に合成され、投映レンズ１６へ入射される。そして、画像情報が付与され、面内輝度分布が揃えられたＲ，Ｇ，Ｂ光がスクリーン１７上に投映される。このようにして面内輝度分布が揃えられたＲ，Ｇ，Ｂ光がスクリーン１７に投写されるので、色ムラ及び輝度ムラなどが発生せず、鮮明な画像をスクリーン２３に投写することができる。なお、上記構成では、Ｒ，Ｂ光の光路上にのみ、ＮＤフィルタを挿入し、輝度分布を揃えているが、これに限らず全ての色の光路上にＮＤフィルタを設けて輝度分布を揃えるようにしてもよい。さらに、このようにして全ての色の輝度分布を揃えるように各色の輝度を補正することによって、全ての色の輝度を同じレベルまで下げることもできるので、全画面が黒表示のときの面内輝度を下げて、コントラストの向上を図るようにすることもできる。また、上述のように各色の輝度を揃えつつ、輝度レベルを調節することができるので、ＮＤフィルタの透過率の設定によって、画面のホワイトバランスの調節を容易に行うことができる。さらにまた、ＮＤフィルタの透過率の設定という手段で、ホワイトバランスの調節を行うことができるので、従来の投写型画像表示装置のように反射型ライトバルブの電圧制御の設定を変更してホワイトバランスの調節を行う必要がないので、ローコストに調節を行うことが可能となり、且つ広いダイナミックレンジの設定が可能となる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、スクリーンに投写される画像の色ムラ及び輝度ムラ解消手段としてＮＤフィルタのみを用いているが、本発明はこれに限らず、上述したＮＤフィルタとともに、特定範囲の波長を持つ不要な色光を減じるトリミングフイルタを、ＮＤフィルタと同様に、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の光路上に配置するとよい。これによって、上記実施形態の効果に加えて、色ムラの解消、及び色再現性のさらなる向上を図ることができる。
【００２２】
また、上記実施形態においては、ＮＤフィルタの位置は、反射型ライトバルブと、色合成プリズムとの間に配置しているが、本発明はこれに限るものではなく、色分離光学系により、Ｒ，Ｇ，Ｂ光に色分離された後から、色合成光学系で同一方向に合成されるまでの間で、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の光路上の位置であればどこに設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の投写画像表示装置の構成を示す斜視図である。
【図２】投写画像表示装置の側面図である。
【図３】投写画像表示装置の平面図である。
【図４】ＮＤフィルタによって補正された色光の輝度分布の状態を示すグラフである。
【図５】従来の投写型画像表示装置を示す側面図である。
【図６】従来の投写型画像表示装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０    投写型画像表示装置
１１  照明光学系
１２  色分離ダイクロイックプリズム
１３Ｒ，１３Ｇ，１３Ｂ  液晶パネル
１４Ｒ，１４Ｂ  ＮＤフィルタ
１５  色合成ダイクロイックプリズム
１６  投映レンズ
【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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