(57)【要約】【課題】  液晶パネルなどの光学素子の劣化を防止しつつ、色再現性が高く、明るく高品質の投射をすることが可能な投射装置を提供する。【解決手段】  主光源１０は、主照明光を出力する。この主光源１０における主照明光の出口にはＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３が設けられている。副光源２０Ａおよび２０Ｂは、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域の短波長側の遮断波長λｃ１付近において大きな強度となる強度特性を持った副照明光と、同通過波長帯域の長波長側の遮断波長λｃ２付近において大きな強度となる強度特性を持った副照明光を出力する。主照明光と副照明光は、加算均一化され、かつ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分に分離され、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇ、４５Ｂに到達する。従って、λ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂへの紫外線、赤外線の照射を防止しつつ十分な色再現性を得ることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主照明光を出力する主光源と、
副照明光を出力する副光源と、
前記主照明光と前記副照明光とを加算均質化して照明光を出力する光加算手段と、
前記光加算手段から出力される照明光を用いて投射画像を形成する投射手段と、
前記主照明光における一部の波長帯域の光の前記光加算手段への供給を遮断するフィルタとを具備し、
前記副光源は、前記フィルタの通過波長帯域と遮断波長帯域との境界の遮断波長の近傍において大きな強度となる強度特性を有する副照明光を出力する光源であることを特徴とする投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンに画像を投射する投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源より出射される照明光を赤色、青色、緑色の波長帯域に分離して液晶表示パネル等の光学素子によりそれぞれ変調した後、これら空間変調素子の出射光を合成光学系により合成し、スクリーンに投射し、カラーの表示画像を形成する投射装置が知られている。このような投射装置用の光源として、可視光の波長帯域で発光効率の高い超高圧水銀ランプがある。しかしながら、超高圧水銀ランプの出力光は、紫外線や赤外線を含むため、液晶表示パネル等の光学素子を劣化させるという問題がある。そこで、従来の投射装置においては、ＵＶ／ＩＲカットフィルタにより超高圧水銀ランプの出力光から紫外線や赤外線を除去し、照明光として利用していた。なお、この種の投射装置は、例えば特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平９−１４６０６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した従来の投射装置において、光学素子に供給する照明光から紫外線や赤外線を完全に除去するためにＵＶ／ＩＲカットフィルタの通過波長帯域を狭めると、照明光の青色波長帯域および赤色波長帯域の強度が不足し、十分な色再現性が得られないという問題があった。このため、従来の投射装置は、紫外線や赤外線を十分に除去できるＵＶ／ＩＲカットフィルタを用いることができず、液晶パネルなどの光学素子の劣化を招いていた。
【０００４】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、液晶パネルなどの光学素子の劣化を防止しつつ、色再現性が高く、明るく、高品質の投射をすることが可能な投射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】
【０００５】
この発明は、主照明光を出力する主光源と、副照明光を出力する副光源と、前記主照明光と前記副照明光とを加算均質化して照明光を出力する光加算手段と、前記光加算手段から出力される照明光を用いて投射画像を形成する投射手段と、前記主照明光における一部の波長帯域の光の前記光加算手段への供給を遮断するフィルタとを具備し、前記副光源は、前記フィルタの通過波長帯域と遮断波長帯域との境界の遮断波長の近傍において大きな強度となる強度特性を有する副照明光を出力する光源であることを特徴とする投射装置を提供する。
かかる発明によれば、フィルタにより投射手段が照明光の一部の波長帯域の光の悪影響を受けるのを防止することができる。また、この投射装置では、フィルタの遮断波長帯域と通過波長帯域の境界付近の波長の光もフィルタにより通過が制限されることとなるが、その光を副光源からの副照明光により補強することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態である３ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式の投射装置の構成を示す側面図である。図１において、主光源１０は、主照明光を出力する装置であり、放物線状の断面形状を有するリフレクタ１１と、このリフレクタ１１の焦点に発光部を位置させた状態で固定されている超高圧水銀ランプ１２と、リフレクタ１１の開口部を塞ぐように配置されたＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３とにより構成されている。この主光源１０は、超高圧水銀ランプ１２より出射されるほぼ白色光による照明光を直接にまたはリフレクタ１１により反射し、平行光としてリフレクタ１１の開口部から出力する。ここで、リフレクタ１１の内表面には、超高圧水銀ランプ１２からの入射光を反射する際に、反射光における赤外線帯域の波長成分を減衰させるＩＲカットフィルタが設けられている。ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３は、リフレクタ１１の開口部から出力される光の成分のうち紫外線帯域の波長の成分および赤外線帯域の波長の成分を遮断し、他の波長帯域の成分のみを通過させるフィルタである。このＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３を通過する光が、主光源１０の出力光たる主照明光となる。
【０００７】
副光源２０Ａおよび２０Ｂは、主照明光と平行な向きの副照明光を出力する装置である。ここで、副光源２０Ａは、放物線状の断面形状を有するリフレクタ２１Ａと、このリフレクタ２１Ａの焦点に発光部を位置させた状態で固定されているＬＥＤ２２Ａとを有している。また、副光源２０Ｂは、リフレクタ２１Ａと同様なリフレクタ２１Ｂと、このリフレクタ２１Ｂの焦点に発光部を位置させた状態で固定されているＬＥＤ２２Ｂとを有している。図２は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の帯域通過特性（波長対透過率特性）に対し、ＬＥＤ２２Ａおよび２２Ｂの出力光の波長対強度特性を重ねて図示したものである。この図に示すように、ＬＥＤ２２Ａは、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域５００と短波長側の遮断波長帯域との境界である遮断波長λｃ１の近傍において強度が最大となる強度特性５０１を持った光を出力する。また、ＬＥＤ２２Ｂは、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域５００と長波長側の遮断波長帯域との境界である遮断波長λｃ２の近傍において強度が最大となる強度特性５０２を持った光を出力する。図２に示す例では、副光源２０Ａおよび２０Ｂの強度特性５０１および５０２は、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域５００に内包されているが、副光源２０Ａとして遮断波長λｃ１を内包するような強度特性５０１を持った副光源を用い、副光源５０２として遮断波長λｃ２を内包するような強度特性５０２を持った副光源を用いてもよい。あるいは、遮断波長λｃ１よりもやや短い波長において強度が最大となる強度特性５０１を持った副光源２０Ａを用い、遮断波長λｃ２よりもやや長い波長において強度が最大となる強度特性５０２を持った副光源２０Ｂを用いてもよい。リフレクタ２１Ａおよび２１Ｂは、ＬＥＤ２２Ａおよび２２Ｂの各出力光を各々反射し、平行光である副照明光として各々の開口部から出力する。副光源２０Ａおよび２０Ｂは、各々１個ずつ設けてもよいし、複数設けてもよい。
【０００８】
主光源１０、副光源２０Ａおよび２０Ｂの各出力光の光路上には、第１レンズアレイ３１、第２レンズアレイ３２、偏光ビームスプリッタ３３、平面状に配置された複数のλ／２板３４およびリレーレンズ３５が順次配置されている。第１レンズアレイ３１における各レンズには、主照明光または副照明光が入射する。これらの各レンズは、入射光を収束性の光束とし、第２レンズアレイ３２の各レンズのうち各々の前方にある１個のレンズに向けて出力する。第２レンズアレイ３２の各レンズを通過した光束は、偏光ビームスプリッタ３３に入射し、同偏光ビームスプリッタ３３内においてＰ偏光波（横偏光波）とＳ偏光波（縦偏光波）に分離される。そして、Ｐ偏光波は、偏光ビームスプリッタ３３から出射された後、λ／２板３４により偏光面が９０度回転され、Ｓ偏光波となってリレーレンズ３５を通過する。また、Ｓ偏光波は、偏光ビームスプリッタ３３から出射された後、λ／２板３４の横を素通りしてリレーレンズ３５を通過する。このようにして主照明光および副照明光は、偏光ビームスプリッタ３３およびλ／２板３４の作用により、Ｓ偏光波のみの光とされ、リレーレンズ３５から出力される。
【０００９】
リレーレンズ３５の前方には、同リレーレンズ３５の光軸に対して４５度傾いたダイクロイックミラー４１Ｒ、４１Ｇおよびミラー４２が順次配置されている。ここで、ダイクロイックミラー４１Ｒは、リレーレンズ３５を通過した光のうちＲ色波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過させる。ダイクロイックミラー４１Ｒによって反射されたＲ波長帯域の光は、コールドミラー４３Ｒによって反射され、コンデンサレンズ４４Ｒを通過し、入射側偏光板４５１Ｒ、透過型液晶パネル４５２Ｒおよび出射側偏光板４５３Ｒからなる透過型液晶ライトバルブ４５Ｒに供給される。ダイクロイックミラー４１Ｇは、ダイクロイックミラー４１Ｒを透過した光のうちＧ色波長帯域の光を反射し、他の波長帯域の光を透過させる。ダイクロイックミラー４１Ｇによって反射されたＧ波長帯域の光は、コンデンサレンズ４４Ｇを通過し、入射側偏光板４５１Ｇ、透過型液晶パネル４５２Ｇおよび出射側偏光板４５３Ｇからなる透過型液晶ライトバルブ４５Ｇに供給される。ミラー４２は、ダイクロイックミラー４１Ｇを透過した光、すなわち、Ｂ色波長帯域の光を反射する。この反射光は、レンズ４６を通過後、コールドミラー４３Ｂによって反射され、さらにコンデンサレンズ４４Ｂを通過し、入射側偏光板４５１Ｂ、透過型液晶パネル４５２Ｂおよび出射側偏光板４５３Ｂからなる透過型液晶ライトバルブ４５Ｂに供給される。
【００１０】
透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂは、上述した第１レンズアレイ３１の個々のレンズと光学的に共役の関係にあり、第１レンズアレイ３１の各レンズを通過した主照明光または副照明光の各光束は、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇまたは４５Ｂの入射面（より正確には透過型液晶パネル４５２Ｒ、４５２Ｇおよび４５２Ｂの入射面）において重ね合わされる。さらに詳述すると、第１レンズアレイ３１を通過した段階において、主照明光と副照明光は別々の光束であるが、これらの光束の例えばＲ色波長帯域の成分は、ダイクロイックミラー４１Ｒ等を介して進む過程において各々の幅が広がり、各光束は透過型液晶パネル４５２Ｒの入射面全面を均一の光量で照らす光束となって透過型液晶ライトバルブ４５Ｒに到達する。主照明光と副照明光の他の色成分についても同様である。すなわち、第１レンズアレイ３１から透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂに至るまでの光学系は、主照明光と副照明光とを加算均質化し、Ｒ、Ｇ、Ｂの照明光を透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂに供給する光加算手段として機能するものである。
【００１１】
透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂと、クロスダイクロイックプリズム５０と、投射レンズ６０は、光加算手段から出力される照明光を用いて投射画像を形成する投射手段を構成している。さらに詳述すると、透過型液晶パネル４５２Ｒ、４５２Ｇおよび４５２Ｂは、入射側偏光板４５１Ｒ、４５１Ｇおよび４５１Ｂを介して供給されるＲ、Ｇ、Ｂの各波長帯域の照明光（Ｓ偏光波）の偏光面を、画素単位で、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像信号に応じて回転させ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の投射画像を出射側偏光板４５３Ｒ、４５３Ｇおよび４５３Ｂから出力する。このＲ、Ｇ、Ｂ各色の投射画像は、クロスダイクロイックプリズム５０を介することにより色合成され、投射レンズ６０により、図示しないスクリーンに投射される。
【００１２】
以上説明した構成において、λ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂは、紫外線や赤外線の照射により劣化しやすい素子である。しかしながら、本実施形態では、主光源１０にＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３が設けられており、これにより主照明光における紫外線帯域の光および赤外線帯域の光が除去されるので、これらの素子の劣化が防止される。
【００１３】
本実施形態では、λ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｒへの紫外線や赤外線の放射を完全に防ぐために、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３により、主照明光における紫外線帯域よび赤外線帯域の成分のみならず、これらの帯域の近傍の可視光波長帯域の成分をも減衰させる。従って、この主照明光のみを利用するものとすると、透過型液晶パネル４５２Ｒに供給される照明光については赤外線波長帯域近傍の可視光波長帯域の強度が不足し、透過型液晶パネル４５２Ｂに供給される照明光については紫外線波長帯域近傍の可視光波長帯域の強度が不足するため、十分な色再現性が得られない。
【００１４】
しかしながら、本実施形態においては、副光源２０Ａおよび２０Ｂが設けられており、これらはＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域の短波長側の遮断波長λｃ１付近において大きな強度となる強度特性を持った副照明光と、同通過波長帯域の長波長側の遮断波長λｃ２付近において大きな強度となる強度特性を持った副照明光を出力する。そして、透過型液晶パネル４５２Ｒに対する照明光には後者の副照明光が補充され、透過型液晶パネル４５２Ｂに対する照明光には前者の副照明光が補充される。このため、λ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂへの紫外線、赤外線の照射を防止しつつ十分な色再現性を得ることができる。
【００１５】
副光源２０Ａおよび２０Ｂを用いない従来の技術の下では、必要な色再現性を得るためには、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３の通過波長帯域をあまりに狭めることができないため、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３により除去しきれない紫外線や赤外線がλ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂに照射され、これらの素子の劣化を招いてしまう。このような事態を防ぐためには、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３として急峻なカットオフ特性を持った高価なフィルタを用いるか、それでも十分でない場合にはダイクロイックミラー４１Ｇによって分離されたＢ色波長帯域の光束の光路上に紫外線長波長帯域の光を除去するカットオフ特性の急峻なフィルタを設ける必要があり、投射装置が高価なものとなってしまう。
【００１６】
しかしながら、本実施形態においては、ＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３は、カットオフ特性がそれほど急峻なものなくても、紫外線や赤外線を十分に除去可能なものであればよく、安価のフィルタを用いることができる。また、このようなＵＶ／ＩＲカットフィルタ１３を使用することによって損なわれる照明光の青色波長帯域の強度および赤色波長帯域の強度は、副光源２０Ａおよび２０Ｂからの副照明光によって補われる。従って、本実施形態によれば、安価な構成で、λ／２板３４、透過型液晶ライトバルブ４５Ｒ、４５Ｇおよび４５Ｂの劣化を防止しつつ、色再現性が高く、明るく、高品質の投射を行うことができる。
【００１７】
なお、上記実施形態では、ＵＶ波長帯域およびＩＲ波長帯域の両方の光をカットするフィルタを主光源１０に設けたが、一方の波長帯域の光のみをカットするフィルタを主光源１０に設け、そのフィルタの遮断波長付近において大きな強度となる強度特性を持った副照明光を出力する副光源のみを主光源１０の周囲に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の一実施形態である投射装置の構成を示す側面図である。
【図２】同実施形態におけるＵＶ／ＩＲカットフィルタの通過波長帯域と副光源の出力光の強度特性との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０……主光源、２０Ａ，２０Ｂ……副光源、１３……ＩＲ／ＵＶカットフィルタ、３１……第１レンズアレイ、３２……第２レンズアレイ、３３……偏光ビームスプリッタ、３４……λ／２板、３５……リレーレンズ、４１Ｒ，４１Ｇ……ダイクロイックレンズ、４２……ミラー、４３Ｒ，４３Ｂ……コールドミラー、４４Ｒ，４４Ｇ，４４Ｂ……コンデンサレンズ、４５Ｒ，４５Ｇ，４５Ｂ……透過型液晶ライトバルブ、５０……ダイクロイックプリズム、６０……投影レンズ。
【図１】
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【図２】
2007047269.tif 000004