(57)【要約】【課題】主光源と補助光源を備えても、従来の遮光による調光手段を用いて主光源と補助光源の光束を同時に遮光することを可能にし、調光してもホワイトバランスを一定に保つことが出来る投射型表示装置を提供する。【解決手段】  主光源と補助光源、分割反射手段、第１インテグレータ、第２インテグレータ、調光装置、コンデンサーレンズ、光学変調素子、投射レンズを備えた投射型表示装置において、  前記分割反射手段は、前記主光源と前記第１インテグレータの間に配置され、前記補助光源の光軸上に離散的に配置された複数の反射膜から成り、前記補助光源の光を前記第１インテグレータ側に前記第１インテグレータの小レンズの1列以上に分割して反射することにより、前記補助光源と前記主光源の光を合成することで解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
白色である所定の発光スペクトルにより、主の照明光を出射する主光源と、前記主の照明光とは異なる発光スペクトルにより、前記主の照明光の発光スペクトルにて光量的に不足している波長領域を補う為の副の照明光を出射する補助光源と、前記２つの光源から出射された光を略均一に照明するための第１インテグレータ、第２インテグレータと、略均一にされた照明光を光学変調素子に重積するためのコンデンサーレンズと、機械的に光量を絞る調光装置と、映像信号に基づいて変調する光学変調素子と、前記光学変調素子によって変調された光を拡大投影する投射レンズと、
前記主光源と前記第１インテグレータの間に配置され、前記補助光源の光軸上に離散的に配置された複数の反射膜から成り、前記補助光源の光を前記第１インテグレータ側に前記第１インテグレータの小レンズの1列以上に分割して反射することにより、前記補助光源と前記主光源の光を合成する分割反射手段と、を備えた投射型表示装置。
【請求項２】
前記調光装置が前記第１インテグレータと前記第２インテグレータとの間に配置されることを特徴とした請求項1に記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記調光装置が前記投射レンズの瞳位置近傍に配置されることを特徴とした請求項1に記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記分割反射手段は平行四辺形プリズムが短冊状に接合されたプリズムアレイからなり、前記平行四辺形プリズムの接合面には所定の反射率の反射膜が施され、前記反射膜の反射光幅は前記第１インテグレータ部の小レンズ幅と一致していることを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記分割反射手段の反射膜は前記補助光源の波長域のみ反射し、前記補助光源以外の前記主光源の波長に対しては透過する特性を有することを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記反射膜の反射率Ｒｎは、次式を満たすことを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
Ｎ：反射面の総数  ｎ：反射面ナンバー（補助光源に近い方から１，２，３・・・)
Ｒｎ＝ １／（Ｎ−（ｎ−１））＊１００（%）
【請求項７】
前記分割反射手段から出射される補助光源の光強度分布は、主光源と同様な光強度分布で出射されることを特徴とする請求項５に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射型表示装置に関し、特に液晶表示素子を用いた投射型表示装置の照明光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の投射型表示装置においては、主光源の不足する波長域の光強度を、補助光源を用いてインテグレータ光学系から補足する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)
一方、コントラストの向上のために光路中の光量を絞る調光装置を設ける方法が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００４−１３３１９５号公報
【特許文献２】特開２００４−６９９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成で補助光源をインテグレータ光学系から合成した場合、前記調光装置により光を遮ると、主光源の光束は遮光されるが補助光源の光束は遮光されないため、主光源と補助光源の光量の差が発生し、ホワイトバランス崩れるという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、従来の課題を解決するもので、従来の遮光による調光装置を用いても主光源と補助光源の光を同時に遮光することを可能にし、調光してもホワイトバランスを一定に保つことができる、投射型表示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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の投射型表示装置は、白色である所定の発光スペクトルにより、主の照明光を出射する主光源と、前記主の照明光とは異なる発光スペクトルにより、前記主の照明光の発光スペクトルにて光量的に不足している波長領域を補う為の副の照明光を出射する補助光源と、前記補助光源の光を主光源と合成するための分割反射手段と、前記２つの光源から出射された光を略均一に照明するための第１インテグレータ、第２インテグレータと、略均一にされた照明光を光学変調素子に重積するためのコンデンサーレンズと、機械的に光量を絞る調光装置と、映像信号に基づいて変調する光学変調素子と、前記光学変調素子によって変調された光を拡大投影する投射レンズを備える。
【０００６】
さらには、前記主光源と前記第１インテグレータの間に配置され、前記補助光源の光軸上に離散的に配置された複数の反射膜から成り、前記第１インテグレータ側に前記第１インテグレータの小レンズの1列以上に分割して反射することにより、前記補助光源と前記主光源の光を合成する分割反射手段とを備えたことを特徴としたものである。
【０００７】
また、本発明の請求項２の投射型表示装置において、前記調光装置が前記第１インテグレータと前記第２インテグレータとの間に配置されることを特徴としたものである。
【０００８】
また、本発明の請求項３の投射型表示装置において、前記調光装置が前記投射レンズの瞳位置近傍に配置されることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本発明の請求項４の投射型表示装置において、前記分割反射手段は平行四辺形プリズムが短冊状に接合されたプリズムアレイからなり、前記平行四辺形プリズムの接合面には所定の反射率の反射膜が施され、前記反射膜の反射光幅は前記第１インテグレータ部の小レンズ幅と一致していることを特徴としたものである。
【００１０】
また、本発明の請求項５の投射型表示装置において、前記分割反射手段の反射膜は前記補助光源の波長域のみ反射し、前記補助光源以外の前記主光源の波長に対しては透過する特性を有することを特徴としたものである。
【００１１】
また、本発明の請求項６の前記反射膜の反射率Ｒｎは、下記の式１を満たすことを特徴としたものである。
Ｎ：反射面の総数  ｎ：反射面ナンバー（光源に近い方から１，２，３・・・)
Ｒｎ＝ １／（Ｎ−（ｎ−１））＊１００（%）        式１
また、本発明の請求項７の前記分割反射手段から出射される補助光源の光強度分布は、主光源と同様な光強度分布で出射されることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の投射型表示装置によれば、従来の調光装置を用いても主光源と補助光源の光を同時に遮光することを可能にし、ホワイトバランスを一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の投射型表示装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
プロジェクタの主な構成を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態１における投射型表示装置の平面図を示す、投射型表示装置は無電極ランプ１とコリメータレンズ２から構成される主光源部と、レーザ３とコリメータレンズ４から構成される補助光源部（図２参照）、主光源と補助光源の光を合成する分割反射手段５と、液晶表示素子１５を照明するための照明光を形成する照明光学系１００と、照明光を赤色、緑色、青色に分離する色分離光学系２００と、映像信号に応じて変調する液晶表示素子１５R、１５G、１５Bと、分離された光を合成する色合成系３０と、液晶表示素子１５R、１５G、１５Bで変調された光を拡大投影する投射レンズ３１備える投射型表示装置である。
【００１６】
次に照明光学系の主な構成を説明する。
【００１７】
図２は本発明の実施の形態１における投射型表示装置の照明光学系の側面図を示す。
【００１８】
図３は本発明の実施の形態１における照明光学系の第１インテグレータ６の正面図を示す。
【００１９】
前記照明光学系は第１インテグレータ６、調光装置７、第２インテグレータ８、偏光変換素子９、コンデンサーレンズ１０から構成される。第１インテグレータ６は、主光源１からの光を複数の部分光束に分割する光束分割光学素子としての機能を有し、複数のマトリクス状に配列された小レンズから構成される。第２インテグレータ８は、コンデンサーレンズ１０とともに、第１インテグレータ６の小レンズの像を液晶表示装置の画像形成領域近傍に結像させる機能を有し、第１インテグレータと同様にマトリクス状に配列された小レンズから構成されている。
【００２０】
調光装置７は第２インテグレータ上に形成される二次光源を部分的に遮光するシャッタ羽根により調光する装置である。入力画像信号に応じて光量調整をすることで、明るい画像のシーンでは、光量を絞らないことで画像をより明るくし、暗い画像のシーンでは、光量を絞ることで、画像をより暗くすることができる。
【００２１】
偏光変換素子９は、第１インテグレータ６により分割された各部分光束の偏光方向を、偏光方向の揃った略１種類の直線偏光として射出する素子である。 
【００２２】
コンデンサーレンズ１０は、第１インテグレータ６、第２インテグレータ８及び偏光変換素子９を経た複数の部分光束を集光して液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂの画像形成領域近傍に重畳させるための光学素子である。
【００２３】
次に色分離光学系の主な構成を説明する。
【００２４】
図１において、色分離光学系２００は、ダイクロイックミラー１１、１７と、反射ミラー１２、２３、２５と、第１リレーレンズ２２と、第２リレーレンズ２４とを有している。
【００２５】
色分離光学系２００は、コンデンサーレンズ１０から射出される照明光束を、赤色光、緑色光及び青色光の３つの色光に分離して、それぞれの色光を照明対象となる３つの液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに導く機能を有している。
【００２６】
ダイクロイックミラー１１、１７は、基板上に所定の波長領域の光束を反射し、他の波長領域の光束を透過する波長選択膜が形成された光学素子である。光路前段に配置されるダイクロイックミラー１１は、青色光成分を反射し、その他の色光成分を透過させるミラーである。光路後段に配置されるダイクロイックミラー１７は、緑色光成分を反射し、赤色光成分を透過させるミラーである。ダイクロイックミラー１１で反射された青色光成分は、反射ミラー１２により曲折され、集光レンズ１３Ｂを介して青色光用の液晶表示装置１５Ｂの画像形成領域に入射する。集光レンズ１３Ｂは、コンデンサーレンズ１０からの各部分光束を各主光線に対して略平行な光束に変換するために設けられている。他の液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇの光路前段に 配置された集光レンズ１３Ｇ 、１３Ｂも、集光レンズ１３Ｂと同様に構成されている。
【００２７】
ダイクロイックミラー１１を透過した緑色光成分及び赤色光成分のうち緑色光成分は、ダイクロイックミラー１７で反射され、集光レンズ１３Ｇを通過して緑色光用の液晶表示装置１５Ｇの画像形成領域に入射する。一方、赤色光成分は、ダイクロイックミラー１７を透過し、第１リレーレンズ２２、入射側の反射ミラー２３、第２リレーレンズ２４、射出側の反射ミラー２５及び集光レンズ１３Ｒを通過して赤色光用の液晶表示装置１５Ｒの画像形成領域に入射する。第１リレーレンズ２２、第２リレーレンズ２４及び反射ミラー２３，２５は、ダイクロイックミラー１７を透過した赤色光成分を液晶表示装置１５Ｒまで導く機能を有している。
【００２８】
次に液晶表示装置について説明する。
【００２９】
図１において、液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、照明光束を画像情報に応じて変調するものであり、照明光学系１００の照明対象となる。液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂは、一対の透明なガラス基板に電気光学物質である液晶を密閉封入したものであり、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として、与えられた画像情報に従って、入射側偏光板１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂから射出された１種類の直線偏光の偏光方向を変調する。
【００３０】
なお、各集光レンズ１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂと各液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂとの間には、それぞれ入射側偏光板１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂが介在配置され、各液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂとクロスダイクロイックプリズム３０との間には、 それぞれ射出側偏光板１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂが介在配置されている。これら入射側偏光板１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ、各液晶表示装置１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ及び射出側偏光板１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂによって入射する各色光の光変調が行われる。
【００３１】
次に色合成系について説明する。
【００３２】
図１において、色合成系はクロスダイクロイックプリズム３０で構成されている。クロスダイクロイックプリズム３０は、射出側偏光板１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂから射出された色光毎に変調された光学像を合成してカラー画像を形成する光学素子である。このクロスダイクロイックプリズム３０は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた略Ｘ字状の界面には、誘電体多層膜が形成されている。
【００３３】
略Ｘ字状の一方の界面に形成された誘電体多層膜は、赤色光を反射するものであり、他方の界面に形成された誘電体多層膜は、青色光を反射するものである。これらの誘電体多層膜によって赤色光及び青色光は曲折され、緑色光の進行方向と揃えられることにより、３つの色光が合成される。クロスダイクロイックプリズム３０から射出されたカラー画像は、投写レンズ３１によって拡大投写され、スクリーン上で大画面画像を形成する。
【００３４】
次に反射分割手段について説明する。
【００３５】
まず、反射分割手段について詳しく述べる。
【００３６】
図４は本発明の実施の形態１における反射分割手段の側面図と光路図を示す。
【００３７】
図４において、分割反射手段は平行四辺形プリズムが短冊状に接合され、その接合面３２には反射膜が施されたプリズムアレイから構成される分割反射プリズム５である。
【００３８】
分割反射プリズム５は、図２に示すようにコリメートレンズ２と第１インテグレータ６の間に配置される。主光源の光はコリメートレンズ２によってコリメートされ、第１インテグレータ６全域に照射される。そのため、主光源の光は分割反射プリズム５にも照射され、反射分割プリズムを通過し、第１インテグレータ６に入射する。
【００３９】
補助光源３の光はコリメートレンズ４によってコリメートされ、分割反射プリズム５に入射する。そして、図３の斜線で示す第１インテグレータ６の中心の小レンズ１列すべてに光が入射するように、第１インテグレータ６の小レンズ毎に設けられた反射膜によって、順次第１インテグレータ６側に反射される。出射された光は、主光源の光と合成され、主光源と同様の光路を通る。よって分割反射プリズムの平行四辺形プリズムの大きさ、プリズム数は第１インテグレータ６の小レンズの大きさと配列されている小レンズの数によって決まる。
【００４０】
接合面３２の反射膜は補助光源３の波長成分のみ反射し、補助光源３の波長成分以外の主光源の波長成分は透過する特性を有している。その反射膜の反射率は反射面ごとに異なり、分割反射プリズム５から出射される光強度が均一になるようなに各反射膜の反射率Ｒｎは、Ｎ：反射面の総数  ｎ：反射膜ナンバー（光源に近い方から１，２，３・・・)とした場合、Ｒｎ＝１／（Ｎ−（ｎ−１））＊１００（%）を満たす。
【００４１】
以上のように、実施の形態1においては、分割反射手段は、主光源１と第１インテグレータ６の間に配置され、補助光源の光軸上に離散的に配置された複数の反射膜から成り、第１インテグレータ６側に第１インテグレータ６の小レンズの1列以上に分割して反射することにより、補助光源３と主光源１の光は合成され、主光源１と補助光源３とも第１インテグレータ６から出射される光の幅が分割反射手段により同じとなり、前記調光装置７で主光源１と補助光源３の光を同時に遮光することが可能になり、補助光源３の調光を行わないでもホワイトバランスを一定に保つことができる。
【００４２】
また、実施形態１では、調光装置７が第１インテグレータ６と第２インテグレータ８との間に配置されることにより、照明光学系１００の調光装置７において遮光可能になり、ホワイトバランスを一定に保つことができる。
【００４３】
また、実施形態１では、分割反射手段は平行四辺形プリズムが短冊状に接合されたプリズムアレイがからなり、平行四辺形プリズムの接合面には所定の反射率の反射膜が施され、反射膜の反射光幅は第１インテグレータ６の小レンズ幅と一致していることにより、反射膜の配置が容易になり、小レンズ毎に補助光源３の光が入射することで、液晶表示素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂに入射する光の均一度を高めることができる。
【００４４】
また、実施形態１では、反射膜の反射率Ｒｎは、前記式１を満たすことにより、補助光源３の分割反射手段から出射される光を均一にすることで、調光装置７の遮光羽根を上下左右対称にすることができ、液晶表示素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂでの光強度むらを低減することができる。
【００４５】
また、実施形態１では、前記分割反射手段から出射される補助光源３の光強度分布を、主光源１と同様な光強度分布で出射させる反射膜を施すことでも、調光装置７の遮光羽根を上下左右対称にすることが出来き、液晶表示素子１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂでの光強度むらを低減することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２の投射型表示装置の平面図を示す。実施の形態１の構成と異なるところは、調光装置３８が前記投射レンズ３１の瞳位置近傍に配置されることである。
【００４７】
前記投射レンズ３１の瞳位置近傍に第２インテグレータ８面の像が形成されるので、前記投射レンズの瞳位置近傍を遮光することでも、第１インテグレータ６、第２インテグレータ８の間に調光装置７を配置するのと同様な効果が得られる。
【００４８】
その他の形態は、実施の形態１の記載方法と同様である。
【００４９】
以上のように、実施形態２では、前記調光装置が前記投射レンズの瞳位置近傍に配置されることにより、投射レンズの調光装置において遮光可能になり、ホワイトバランスを一定に保つことができる。
【００５０】
なお、本実施形においては第１インテグレータ６の中心の１列のみ入射する構成だが、本発明はこれに限定するものではなく、変形例１として例えば、図６に示す第１インテグレータ６の斜線で示される３列に入射するように、複数のレンズ列に入射させる分割反射プリズム５でもよい。
【００５１】
また、本実施形においては1つの小レンズ毎に反射膜を設けたが、変形例２として例えば図７示されるように複数のレンズ毎に入射させる分割反射プリズム５でもよい。
【００５２】
また、本実施形においては主光源１が無電極ランプ、補助光源３がレーザだが、本発明はこれに限定するものではなく、変形例３として図８に示されるように主光源にはリフレクタ４０を備えた超高圧水銀ランプ３９等の白色光源、補助光源３には発光ダイオード(ＬＥＤ)などの波長領域が狭い光源でもよい。
【００５３】
図９は本発明の実施の形態における投影型表示装置を利用した、リアプロジェクションディスプレイを示す。
【００５４】
背面投射型表示装置３３から出射された光は背面ミラー３４で反射され、透過型スクリーン３５に照射される。
【００５５】
図１０は本発明の実施の形態における投影型表示装置を利用した、フロントプロジェクタを示す。
【００５６】
投射型表示装置３６から出射された光は、反射型スクリーン３７に照射される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかる投射型表示装置は、従来の遮光を用いた調光装置を用いても主光源と補助光源の調光を同時に遮光することを可能にし、ホワイトバランスを一定に保つことができる特徴を有し、フロントプロジェクタやリアプロジェクションテレビなどの投射型表示装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１における投射型表示装置の平面図
【図２】本発明の実施の形態１における投射型表示装置の照明光学系の側面図
【図３】本発明の実施の形態１における第１インテグレータの正面図
【図４】本発明の実施の形態１における反射分割手段の側面図と光路図
【図５】本発明の実施の形態２の投射型表示装置の平面図
【図６】本発明の実施の形態における変形例１の図
【図７】本発明の実施の形態における変形例２の図
【図８】本発明の実施の形態における変形例３の図
【図９】本発明の実施の形態における投射型表示装置を利用した、リアプロジェクションディスプレイの図
【図１０】本発明の実施の形態における投射型表示装置を利用した、フロントプロジェクタの図
【符号の説明】
【００５９】
１  無電極ランプ
２  コリメータレンズ
３  レーザ
４  コリメータレンズ
５  分割反射プリズム
６  第１インテグレータ
７  調光装置
８  第２インテグレータ
９  偏光変換素子
１０  コンデンサーレンズ
１１、１７  ダイクロイックミラー
１２、２３、２５  反射ミラー
１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂ  集光レンズ
１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ  入射側偏光板
１５Ｒ、１５Ｇ、１５Ｂ  光学変調素子
１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ  出射側偏光板
２２  第１リレーレンズ
２４  第２リレーレンズ
３０  クロスダイクロイックプリズム
３１  投射レンズ
３２  接合面
３３  背面投射型画像投影装置
３４  背面ミラー
３５  透過型スクリーン
３６  投射型表示装置
３７  反射型スクリーン
３８  調光装置
３９  超高圧水銀ランプ
４０  リフレクタ
１００  照明光学系
２００  色分離光学系
【図１】
2009288387.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009288387.tif 000011
【図１０】
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