(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された白色光をライトバルブにて光変調して映像投写する投写型映像表示装置において、光源から出射された光を赤色光と緑色光と青色光とに分離すると共に、所定のタイミングで赤色光と緑色光と青色光との出射箇所を順次的に切り換える時分割色分離切換手段と、この時分割色分離手段の３つの光出射箇所からの各光を前記ライトバルブの三分割された各領域に導く導光手段と、前記ライトバルブの三分割された各領域に各色用の画素駆動信号を順次切り換えて供給すると共に、この切換タイミングに応じて前記時分割色分離切換手段へ切換信号を供給する制御手段と、を備えており、
前記時分割色分離切換手段は、第１の偏光方向を有する赤色光と緑色光と青色光のうちの一色を順次選択して偏光方向を第２の偏光方向に変換する第１の光学手段と、この第１の光学手段を経た光のうち第２の偏光方向を有する光のみ光路を変更する第２の光学手段と、第２の光学手段を経た第１の偏光方向を有する赤色光、緑色光、または青色光のうちの一色を順次選択して偏光方向を第２の偏光方向に変換する第３の光学手段と、この第３の光学手段を経た光のうち第２の偏光方向を有する光のみ光路を変更する第４の光学手段と、備えて成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の投写型映像表示装置において、導光手段は光源からの光を予めライトバルブの１／３領域に対応する光束に調整して時分割色分離切換手段に導き、この時分割色分離切換手段の３つの光出射箇所からの各光を前記ライトバルブの三分割された各領域に導くことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項３】
請求項２に記載の投写型映像表示装置において、導光手段はインテグレータレンズを備えて成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の投写型映像表示装置において、導光手段は時分割色分離切換手段の３つの光出射箇所からの各光をライトバルブの１／３領域に対応する光束に調整して前記ライトバルブの三分割された各領域に導くことを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項５】
請求項４に記載の投写型映像表示装置において、導光手段はアナモフィックレンズを備えて成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、第２の光学手段及び／又は第４の光学手段は偏光ビームスプリッタから成ることを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、ライトバルブは偏光板を備えない透過型又は反射型のパネルからなることを特徴とする投写型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、液晶プロジェクタなどの投写型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の単板式液晶プロジェクタの光学系を示した模式図である。光源５０から出射された白色光（Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色を含む）は、時分割カラーフィルタ５６に入射される。時分割カラーフィルタ５６は、入射側偏光板５１と、赤色セル５２と、緑色セル５３と、青色セル５４と、出射側偏光板（入射側に対して透過軸は交差させてある）５５とから成り、入射した白色光を赤色光と緑色光と青色光に順次時分割で分離して透過させる。具体的には、赤色セル５２と、緑色セル５３と、青色セル５４への通電制御によって一色の偏光が９０°回転し、これが出射側偏光板５５を通過できることにより、一色だけが出射され、この一色出射処理が順次切り換えられて行われることで、赤色と緑色と青色が時分割で順次出力されることになる。そして、白黒の液晶表示パネル５７では、赤色光が出射されるときに、赤色用映像信号にて画素が駆動され、緑色光が出射されるときに、緑色用映像信号にて画素が駆動され、青色光が出射されるときに、青色用映像信号にて画素が駆動される。これにより、カラー映像光が液晶表示パネル５７から出力されることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の投写型映像表示装置では、選択された一色を出力しているときには、他の二色は取り除かれることになり、光利用効率が悪く、高輝度化が困難であるという欠点を有していた。
【０００４】
この発明は、上記の事情に鑑み、単板の時分割カラー方式で高輝度化が図れる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、光源から出射された光をライトバルブにて光変調して映像投写する投写型映像表示装置において、光源から出射された白色光を赤色光と緑色光と青色光とに分離すると共に、所定のタイミングで赤色光と緑色光と青色光との出射箇所を順次的に切り換える時分割色分離切換手段と、光源から出射した光を前記時分割色分離手段の３つの光出射箇所を経由させて各光を前記ライトバルブの三分割された各領域に導く導光手段と、前記ライトバルブの三分割された各領域に各色用の画素駆動信号を順次切り換えて供給すると共に、この切換タイミングに応じて前記時分割色分離切換手段へ切換信号を供給する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成であれば、光源から出射された白色光は赤色光と緑色光と青色光とに分離され、その全てが同タイミングでライトバルブの三分割された各領域に導かれて利用されるため、光利用効率が高く、画面の高輝度化が図れる。
【０００７】
導光手段は光源からの光を予めライトバルブの１／３領域に対応する光束に調整して時分割色分離切換手段に導き、この時分割色分離切換手段の３つの光出射箇所からの各光を前記ライトバルブの三分割された各領域に導くようになっていてもよい。かかる構成では、導光手段はインテグレータレンズを備えて成ることができる。
【０００８】
或いは、導光手段は時分割色分離切換手段の３つの光出射箇所からの各光をライトバルブの１／３領域に対応する光束に調整して前記ライトバルブの三分割された各領域に導くようになっていてもよい。かかる構成では、導光手段はアナモフィックレンズを備えて成ることができる。
【０００９】
時分割色分離切換手段は、第１の偏光方向を有する赤色光と緑色光と青色光のうちの一色を順次選択して偏光方向を第２の偏光方向に変換する第１の光学手段と、この第１の光学手段を経た光のうち第２の偏光方向を有する光のみ光路を変更する第２の光学手段と、第２の光学手段を経た第１の偏光方向を有する赤色光、緑色光、または青色光のうちの一色を順次選択して偏光方向を第２の偏光方向に変換する第３の光学手段と、この第３の光学手段を経た光のうち第２の偏光方向を有する光のみ光路を変更する第４の光学手段と、備えて成るのがよい。
【００１０】
また、上記構成において、第２の光学手段及び／又は第４の光学手段は偏光ビームスプリッタから成っていてもよい。また、ライトバルブは液晶表示パネルから成り、当該液晶表示パネルに導かれる光は第１の偏光方向の光又は第２の偏光方向の光に統一されていてもよい。また、ライトバルブは液晶表示パネルから成り、当該液晶表示パネルの三分割領域の各々に導かれる光は第１の偏光方向の光又は第２の偏光方向の光に統一されている構成としてもよい。また、ライトバルブは偏光板を備えない透過型又は反射型のパネルから成っていてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の液晶プロジェクタを図１及び図２に基づいて説明する。
【００１２】
図１はこの実施形態の単板式液晶プロジェクタの光学系を示した図である。光源１の発光部２は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等から成り、その照射光はパラボラリフレクタ３によって平行光となって出射され、インテグレータレンズ４へと導かれる。
【００１３】
インテグレータレンズ４は一対のレンズ群４ａ，４ｂにて構成されており、一般的には、個々のレンズ対が光源１から出射された光を後述する液晶表示パネル１７の全面へ導くようになっているが、この実施形態では、液晶表示パネル１７の縦方向に３分割した領域（横ストライプ状に３領域）の中央１／３領域に導くようになっている。インテグレータレンズ４を経た光は、偏光変換装置５へと導かれる。
【００１４】
偏光変換装置５は、偏光ビームスプリッタアレイ（以下、ＰＢＳアレイと称する）によって構成されている。ＰＢＳアレイは、偏光分離膜と位相差板（１／２λ板）とを備える。ＰＢＳアレイの各偏光分離膜は、インテグレータレンズ３からの光のうち例えばｐ偏光を通過させ、ｓ偏光を９０°光路変更する。光路偏光されたｓ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射され、前側（光出射側）に設けてある前記位相差板によってｐ偏光に変換されて出射される。一方、偏光分離膜を透過したｐ偏光はそのまま出射される。すなわち、ほぼ全ての光はｐ偏光に変換されるようになっている。偏光変換装置５を経た光は集光レンズ６を経て時分割カラーフィルタ装置７に導かれる。
【００１５】
時分割カラーフィルタ装置７は、第１の一色偏光回転部８と、第１の偏光ビームスプリッタ９と、第２の一色偏光回転部１０と、第２の偏光ビームスプリッタ１１と、位相差板１２と、を備えて成る。
【００１６】
第１の一色偏光回転部８は、入射側偏光板８ａと、赤色セル８ｂと、緑色セル８ｃと、青色セル８ｄとから成る。なお、前述のごとく、偏光変換装置５を備える構成では、入射側偏光板８ａは必ずしも必要ではない。入射側偏光板８ａはｐ偏光を透過させる。赤色セル８ｂ、緑色セル８ｃ、青色セル８ｄは、そのなかの一つが選択されて赤色光、緑色光、青色光のいずれか一色の偏光を９０°回転させ、ｓ偏光に変換する。上記赤色セル８ｂ、緑色セル８ｃ、青色セル８ｄ自体については、SID(SOCIETY FOR INFORMATION DISPLAY  INTERNATIONAL SYMPOSIOM DIGEST OF TECHNICAL PAPERS)VOLUME XXXI P.96-P.99(9.4:High Throughput Color Switch For Sequential Color Projection)に開示されており、公知のものである。
【００１７】
第１の偏光ビームスプリッタ９は、ｐ偏光は透過し、ｓ偏光を９０°光路変更してリレーレンズ１３に導く。
【００１８】
第２の一色偏光回転部１０は、入射側偏光板１０ａと、赤色セル１０ｂと、緑色セル１０ｃと、青色セル１０ｄとから成る。なお、入射側偏光板１０ａは必ずしも必要ではない。入射側偏光板１０ａはｐ偏光を透過させる。赤色セル１０ｂ、緑色セル１０ｃ、青色セル１０ｄは、そのなかの一つが選択されて一色の偏光を９０°回転させ、ｓ偏光に変換する。
【００１９】
第２の偏光ビームスプリッタ１１は、ｐ偏光は透過し、ｓ偏光を９０°光路変更してリレーレンズ１４に導く。
【００２０】
位相差板１２は、第２の偏光ビームスプリッタ１１を経たｐ偏光をｓ偏光に変換して全反射ミラー１５に導く。全反射ミラー１５は、第２の偏光ビームスプリッタ１１を経たｓ偏光をリレーレンズ１６に導く。
【００２１】
リレーレンズ１３及び反射ミラー２１から成る光学系は、第１の偏光ビームスプリッタ９から出射されるｓ偏光を液晶表示パネル１７の上部側１／３領域に集光する。リレーレンズ１４は、第２の偏光ビームスプリッタ１１から出射されるｓ偏光を液晶表示パネル１７の中央部側１／３領域に集光する。リレーレンズ１６は及び反射ミラー２１から成る光学系は、全反射ミラー１５から出射されるｓ偏光を液晶表示パネル１７の下部側１／３領域に集光する。なお、リレーレンズ及び反射ミラーから成る光学系は各光学要素における配置や個数が図に示すものに限られるものではない。また、反射ミラーに限らず、プリズムなどの光学要素を用いてもよい。
【００２２】
液晶表示パネル１７は、入射側偏光板と、一対のガラス基板（画素電極や配向膜を形成してある）間に液晶を封入して成るパネル部と、出射側偏光板とを備えて成る。前記入射側偏光板はこの実施形態ではｓ偏光について透過である。
【００２３】
映像信号供給部１８は、
ｉ．液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に赤色画素用映像を供給し（このときには、第１の一色偏光回転部８の赤色セル８ｂが選択され、赤色ｓ偏光がリレーレンズ１３等によって液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の中部側１／３画素群に緑色画素用映像を供給し（第２の一色偏光回転部１０の緑色セル１０ｃが選択され、緑色ｓ偏光がリレーレンズ１４等によって液晶表示パネル１７の中央部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に青色画素用映像を供給（青色ｓ偏光がリレーレンズ１６等によって液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に導かれる）する第１の状態と、
ii．液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に緑色画素用映像を供給し（このときには、第１の一色偏光回転部８の緑色セル８ｃが選択され、緑色ｓ偏光がリレーレンズ１３等によって液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の中部側１／３画素群に青色画素用映像を供給し（第２の一色偏光回転部１０の青色セル１０ｄが選択され、青色ｓ偏光がリレーレンズ１４等によって液晶表示パネル１７の中央部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に赤色画素用映像を供給（赤色ｓ偏光がリレーレンズ１６等によって液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に導かれる）する第２の状態と、
iii ．液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に青色画素用映像を供給し（このときには、第１の一色偏光回転部８の青色セル８ｄが選択され、青色ｓ偏光がリレーレンズ１３等によって液晶表示パネル１７の上部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の中部側１／３画素群に赤色画素用映像を供給し（第２の一色偏光回転部１０の赤色セル１０ｂが選択され、赤色ｓ偏光がリレーレンズ１４等によって液晶表示パネル１７の中央部側１／３画素群に導かれる）、液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に緑色画素用映像を供給（緑色ｓ偏光がリレーレンズ１６等によって液晶表示パネル１７の下部側１／３画素群に導かれる）する第３の状態と、
を繰り返し形成するようになっている。なお、図２は、各タイミング（ｔ１，ｔ２，ｔ３）における図１の▲１▼の光路と▲２▼の光路と▲３▼の光路での色光の切り替わりの様子を示した説明図である。
【００２４】
制御部１９は、上述した液晶表示パネル１７への映像信号切換供給制御を行うとともに、第１の一色偏光回転部８及び第２の一色偏光回転部１０のセル選択制御を行う。
【００２５】
投写レンズ２０は、液晶表示パネル１７にて変調された光（カラー映像光）を図示しないスクリーンに投射する。
【００２６】
上記の構成であれば、光源１から出射された白色光は赤色光と緑色光と青色光とに分離され、その全てが同タイミングで液晶表示パネル１７の三分割された各領域に導かれて利用されるため、光利用効率が高く、画面の高輝度化が図れることになる。
【００２７】
なお、この実施形態では、光源１からの光をインテグレータレンズ４によって予め液晶表示パネル１７の１／３領域に対応する光束に調整して時分割カラーフィルタ装置７に導き、この時分割カラーフィルタ装置７の３つの光出射箇所からの各光を前記液晶表示パネル１７の三分割された各領域に導いたが、これに限らず、時分割カラーフィルタ装置７の３つの光出射箇所からの各光を液晶表示パネル１７の１／３領域に対応する光束に調整して前記液晶表示パネル１７の三分割された各領域に導くようにしてもよい。この構成においては、アナモフィックレンズを備えればよい。また、ライトバルブとして液晶表示パネル１７を用いたが、これに限るものではなく、例えば、画素に相当する微小ミラーを多数配置してその角度を個々に変更できる光学素子等を用いてもよいものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、単板式で時分割色分離によってカラー映像を生成する投写型映像表示装置において、光利用効率を高め、画面の高輝度化を図ことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の液晶プロジェクタの説明図である。
【図２】各タイミングでの色光の導かれ方を示した説明図である。
【図３】従来の液晶プロジェクタの縦断側面図である。
【符号の説明】
１    光源
４    インテグレータレンズ
５    偏光変換装置
８    第１の一色偏光回転部
９    第１の偏光ビームスプリッタ
１０  第２の一色偏光回転部
１１  第２の偏光ビームスプリッタ
１７  液晶表示パネル
【図１】
0003957472.tif 000002
【図２】
0003957472.tif 000003
【図３】
0003957472.tif 000004