JPH06202066A

JPH06202066A - 色分解装置を有する画像表示装置及び投射表示装置

Info

Publication number: JPH06202066A
Application number: JP34741592A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yokota; 秀夫横田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】光利用効率が高く、特に色純度の高い色分解
または色合成を可能とした系を有する画像表示装置及び
投射表示装置を提供する。【構成】ダイクロイック膜に入射する光の偏光状態に
係わらず、液晶ライトバルブに入射する偏光光を所定の
波長で分離するように前記ダイクロイック膜を構成する
ことにより、波長カット領域での分光特性をシャープに
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は色分解装置又は色合成装
置を有する画像表示装置及び投射表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に、複数の液晶パネルを用いてカラ
ーの画像を投影する液晶プロジェクターの従来例を示
す。

【０００３】９はＲＧＢの各色に対応した画像光を形成
するＴＮ型などの液晶パネル、１はメタルハライドラン
プなどの白色光源、２は白色光源１から発した光を効果
的に液晶パネル９の方へ導くための放物面形状のリフレ
クタ、１２は白色光に含まれる紫外光及び赤外光をカッ
トするフィルターである。

【０００４】光源１からの白色光は第１のダイクロイッ
クミラー４で第１の色光（例えばＧ）と、第２、第３の
色光（例えばＲ・Ｂ）に分離され、更に第２のダイクロ
イックミラー５で第２の色光と第３の色光に分離され
る。８は第１の色光を反射する全反射ミラーである。夫
々の色光は各々液晶パネル９によって変調され、第３の
ダイクロイックミラー６及び第４のダイクロイックミラ
ー７によって色合成され、スクリーン１５に投影レンズ
１４によって投影される。８は第３の色光を反射する全
反射ミラーであり、１３は各液晶パネルに至る照明光を
投影レンズの液晶パネル側の瞳上に集光するコンデンサ
レンズである。

【０００５】ここで、図示していないが各液晶パネル９
の前後には、互いに偏光方向の直交する偏光フィルター
が置かれている。パネルの入射側の偏光フィルターは光
源１からの照明光を偏光光とするための偏光子で、出射
側の偏光フィルターは液晶パネルを通過しても偏光方向
が旋回しなかった光をカットする検光子である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来は光
源１からの無偏光状態の光が各ダイクロイックミラーに
入射するので、ダイクロイックミラーの色分離特性がＰ
偏光成分とＳ偏光成分に対して異なる為に、ダイクロイ
ックミラーを介した後の偏光状態が波長によって異なる
という欠点があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する為に成されたものであり、本発明は、光源と、該光
源からの光を複数の色光に分離するダイクロイック面
と、該複数の色光の光路に設けられる、所定の偏光光を
変調することによって画像を形成する色画像形成手段と
を有する画像表示装置において、前記ダイクロイック面
は前記所定の偏光光を前記色光に分離するよう設計した
ことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す図で、９はＲＧ
Ｂ各色に対応したモノクローム画像を表示するＴＮ型な
どの液晶パネル、１はメタルハライドランプなどの白色
光源、２は白色光源１から発した光を効果的に液晶パネ
ル９へ導く為の、例えば放物面形状をしたリフレクタ
ー、３は白色光源１からの光を互いに偏光状態の異なる
一対の偏光光に分離する偏光ビームスプリッタ、１２は
白色光に含まれる紫外線及び赤外線をカットする為のフ
ィルター、４は白色光を第１の色光（例えばＲ）と第
２、３（例えばＧ・Ｂ）の色光に分離する為の第１のダ
イクロイックミラーで、５は第２の色光と第３の色光に
分離する為の第２のダイクロイックミラー、８は第１、
第３の色光を反射する全反射ミラー、６は第１の色光と
第２の色光を合成する為の第３のダイクロイックミラ
ー、７は第１、第２の色光と第３の色光を合成する為の
第４のダイクロイックミラー、１４は合成された液晶パ
ネルの画像をスクリーンに投影する投影レンズ、１３は
各液晶パネルに至る照明光を投影レンズのパネル側瞳上
に集光する為のコンデンサレンズ、１０は偏光フィルタ
ー、１１は位相板である。

【０００９】偏光フィルター１０は各液晶パネル９の前
後に透過する偏光方向が直交するように置かれ、液晶パ
ネル９の入射側の偏光フィルターは照明光を偏光とする
偏光子で、液晶パネル９の出射側の偏光フィルターは液
晶パネル９を通過しても偏光方向が旋回しなかった光を
カットする検光子である。本実施例の場合、偏光ビーム
スプリッタ３を設けているので、入射側の偏光フィルタ
ーは、偏光ビームスプリッタ３によってほぼ偏光した光
の偏光比を更にアップさせる効果を有する。

【００１０】投影レンズ１４の光軸は液晶パネル９の表
示面に垂直で且つ液晶パネル９の中心に対して上下方向
にシフトして配置されている。これにより投影画像は投
影レンズ１４の光軸よりも上方に投影される。図２に示
すように本実施例の液晶パネル９は液晶分子の配向方向
が液晶パネル９の縁に対して４５度方向に配向している
タイプと仮定し、液晶パネルの前後に偏光光の偏光方向
を調整する位相板１１が配されている。

【００１１】偏光ビームスプリッタ３は、屈折率の異な
る媒質に角度をもって入射する光の反射率が偏光方向に
よって異なるという公知の原理を用いて、硝子の平行平
板を複数枚間隔を開けて配置して、Ｐ成分（紙面内の方
向に振動する光成分）を多く含む光とＳ成分（紙面に対
して垂直な方向に振動する光成分）を多く含む光とに分
離している。また、必要に応じて前記平行平板の表面に
誘電体の膜を蒸着してもよい。

【００１２】本実施例は、各ダイクロイックミラーに入
射する光を全てＳ偏光光に設定した構成例で、図３と図
４を用いて光源１から投影レンズ１４までの光の偏光状
態を説明する。

【００１３】白色光源１からリフレクター２を介して出
射した光は無偏光光の状態で、図では螺旋状の矢印で示
している。次に偏光ビームスプリッタ３によりＰ偏光成
分を多く含む光と、Ｓ偏光成分を多く含む光（図では２
重丸で示している）とに分離されＳ偏光成分を多く含む
光が色分解系に導かれる。色分解系のダイクロイックミ
ラー４及び５で色光成分に分離されるがそのとき偏光面
はＳ偏光成分に保たれたまま液晶パネル９へと導かれ
る。全反射ミラー８を介した光についても同様に偏光状
態は保たれる。

【００１４】図４は液晶パネル９の前後での偏光状態を
表した図で、ほぼＳ偏光光で入射した光はλ／２光学位
相板１１で液晶パネル９の入射側の配向方向とほぼ一致
する、液晶パネル９の縁に対して４５度の方向（図では
下向き矢印で示しており、以下第１の４５度方向とい
う）に振動する直線偏光光に変換され偏光フィルター１
０に入射する。偏光フィルター１０は液晶パネル９の入
射側の配向方向と一致する第１の４５度方向の光のみが
透過するように構成されており、ここで入射光の第１の
４５度方向の偏光成分以外の偏光成分が存在するときは
カットされる。液晶パネル９において、前記光は画像信
号に応じて偏光方向がほぼ９０度回転した偏光光（図で
は上向き矢印で示しており、以下第２の４５度方向とい
う）と偏光方向が変化しない第１の４５度方向の偏光光
に選択される。液晶パネル９の出射側に置かれた偏光フ
ィルター１０は透過方向が第２の４５度方向に合わせて
あり、液晶により偏光方向が回転した光のみが透過し、
他の偏光成分は吸収される。

【００１５】前記透過光は、液晶パネル９の出射側にお
かれたλ／２光学位相板１１により再びＳ偏光光に変換
されて色合成系に導かれる。色合成系のダイクロイック
ミラー６、７で色光成分が合成されるが、その際偏光方
向はＳ偏光成分に保たれたままである。全反射ミラー８
を介した光についても同様に偏光状態は保たれる。これ
によりカラー画像を作る光は合成後全てＳ偏光方向にな
って投影レンズ１４より出射する。

【００１６】本実施例では、偏光ビームスプリッタ３に
おける反射光を使用したが、透過光を色分解系に導くよ
うにしてもよい。この場合透過光はＰ偏光成分を多く含
む光であるので、偏光ビームスプリッタ３を介した後に
λ／２光学位相板を配してＳ偏光成分を多く含む光に変
換するか、図５に示すようにダイクロイックミラーに全
てＰ偏光光が入射するようにして同様の構成が実現でき
る。また色合成系で光を合成した後にλ／２光学位相板
を配し、出射光つまり画像光を全てＰ偏光光に揃えるこ
とも可能である。

【００１７】但し、ダイクロイックミラーは色分離する
境界の波長がＰ偏光光とＳ偏光光とでは違ってくるの
で、その分を加味してダイクロイック膜を設計すること
が重要である。

【００１８】偏光ビームスプリッタ３はプリズム型のも
のを用いてもよい。また、図１では、投影レンズ光軸
は、液晶パネルの中心を通り、リフレクタ２の光軸と一
致しているが、液晶パネルを投影レンズの光軸に対して
シフトさせ、リフレクタの光軸を液晶パネルに対して傾
けて設定してもよい。

【００１９】図６に更なる実施例を示す。

【００２０】２９はＲＧＢ各色に対応したモノクローム
画像を表示するＴＮ型などの液晶パネル、２１はメタル
ハライドランプなどの白色光源、２２は白色光源１から
発した光を効果的に液晶パネル２９へ導く為の、例えば
放物面形状をしたリフレクター、２３は白色光源１から
の光を互いに偏光状態の異なる一対の偏光光に分離する
偏光ビームスプリッタ、３２は白色光に含まれる紫外線
及び赤外線をカットする為のフィルター、２４は白色光
を第１の色光（例えばＲ）と第２、３（例えばＧ・Ｂ）
の色光に分離する為の第１のダイクロイックミラーで、
２５は第２の色光と第３の色光に分離する為の第２のダ
イクロイックミラー、２８は第１、第３の色光を反射す
る全反射ミラー、２６は第１の色光と第２の色光を合成
する為の第３のダイクロイックミラー、２７は第１、第
２の色光と第３の色光を合成する為の第４のダイクロイ
ックミラー、３４は合成された液晶パネルの画像をスク
リーンに投影する投影レンズ、３３は各液晶パネルに至
る照明光を投影レンズのパネル側瞳上に集光する為のコ
ンデンサレンズ、３０は偏光フィルター、３１は位相
板、３５は偏光ビームスプリッタ２３により分離された
光のうち色分解系に導かれない光を再びランプの方向に
戻す作用のあるば凹面鏡などの反射ミラーである。

【００２１】偏光フィルター３０は各液晶パネル２９の
前後に透過する偏光方向が直交するように置かれ、液晶
パネル２９の入射側の偏光フィルターは照明光を偏光と
する偏光子で、液晶パネル２９の出射側の偏光フィルタ
ーは液晶パネル２９を通過しても偏光方向が旋回しなか
った光をカットする検光子である。本実施例の場合、偏
光ビームスプリッタ２３を設けているので、入射側の偏
光フィルターは、偏光ビームスプリッタ２３によってほ
ぼ偏光した光の偏光比を更にアップさせる効果を有す
る。

【００２２】投影レンズ３４の光軸は液晶パネル２９の
表示面に垂直で且つ液晶パネル２９の中心に対して上下
方向にシフトして配置されている。これにより投影画像
は投影レンズ３４の光軸よりも上方に投影される。図７
に示すように本実施例の液晶パネル２９は液晶分子の配
向方向が液晶パネル２９の縁と平行な方向に配向してい
るタイプと仮定する。

【００２３】偏光ビームスプリッタ２３は、角度をもっ
て入射する光の反射率が偏光方向によって異なる特性の
蒸着膜を有する硝子板を複数枚間隔を開けて配置し、Ｐ
成分（紙面内の方向に振動する光成分）を多く含む光と
Ｓ成分（紙面に対して垂直な方向に振動する光成分）を
多く含む光とに分離している。

【００２４】本実施例の機能を簡単に説明する。偏光ビ
ームスプリッタ２３を反射したＳ偏光光は、ダイクロイ
ックミラー２４で第１の色光は透過、第２、第３の色光
は反射され、第１の色光は全反射ミラー２８、偏光フィ
ルター３０を介して液晶パネル２９に入射する。そして
検光子である偏光フィルター３０を介して色合成系へと
向かう。

【００２５】第２、第３の色光はλ／２光学位相板３１
でＰ偏光光に変換され、ダイクロイックミラー２５で第
２の色光は反射、第３の色光は透過される。そして第２
の色光はλ／２光学位相板３１でＳ偏光光に変換され、
偏光フィルター３０、液晶ライトバルブ２９、偏光フィ
ルター３０を介して色合成系へと向かう。一方第３の色
光はλ／２光学位相板３１を介してＳ偏光光に変換さ
れ、偏光フィルター３０、液晶ライトバルブ２９、偏光
フィルター３０を介し、画像情報を有するＰ偏光光とな
り、λ／２光学位相板３１によってＳ偏光光に変換され
色合成系へと向かう。

【００２６】第１、第２の色画像光はダイクロイックミ
ラー２６で合成された後、λ／２光学位相板３１によっ
てＳ偏光光に変換され、更にダイクロイックミラー２７
で第３の色画像光と合成された後投影レンズによって投
影される。

【００２７】偏光ビームスプリッタ２３によって光はほ
ぼ偏光光となっているが、各液晶ライトバルブの入射側
に設けられた偏光フィルターによって更に偏光比をアッ
プすることができる。

【００２８】本実施例は各ダイクロイック面において、
ＲＧＢのうちの２つの色光を反射させ１つの色光を透過
させる、つまり広帯域の光を反射するダイクロイックミ
ラーに対してはＳ偏光光を入射させ、１つの色光を反射
させるダイクロイックミラーに対してはＰ偏光光を入射
させるように構成したことを更なる特徴としている。

【００２９】これはダイクロイック面において、より広
帯域の光を反射させたいときはＰ偏光光よりＳ偏光光の
方が効率がよく、設計もしやすいということと、ＲＧＢ
のうちの２色の光を分解又は合成する時は反射させる光
は比較的狭帯域であるので反射させるのは容易である
為、Ｓ偏光光にする必要はなく寧ろ透過させる光の透過
率を優先するとＰ偏光光の方が効率が高いということに
基づいている。

【００３０】つまり本実施例は、ダイクロイック面で反
射させる光の帯域、ダイクロイック面を透過させる光の
透過特性（効率）、偏光方向に対するダイクロイック特
性などを考慮すると、もっとも効率がよく、純度の高い
色分解ができる構成である。本実施例では、液晶パネル
に対して光が入射する時には、使用する液晶パネルの配
向方向に合わせてＳ偏光光になるように設定している
が、図２の実施例に示したような４５度方向の配向方向
を有する液晶パネルも用いる事ができるのはいうまでも
ない。

【００３１】また、反射ミラー３５は平面ミラーでもコ
ーナーキューブのようなものでもかまわない。

【００３２】以上各実施例においては単一の光源と単一
の投影レンズを有する装置の例で説明したが、複数の光
源で単一の投影レンズのときでも、単一の光源と複数の
投影レンズの組み合わせの時でも、さらには複数の光源
と複数の投影レンズの組み合わせの時でも、色分解系ま
たは色合成系を有する装置であれば本発明は実施可能で
ある。

【００３３】本発明は色分解系のダイクロイックミラー
に必ずしも偏光光を入射させる必要はなく、無偏光のま
ま入射させて液晶ライトバルブの手前の偏光フィルター
で偏光光としてもよい。図８は青反射用ダイクロイック
ミラーに光を入射させた時の特性を表すグラフである。
実線は無偏光光を入射させた場合、長破線はＰ偏光光を
入射させた場合、短破線はＳ偏光光を入射させた場合で
ある。ダイクロイック面での分光カット特性が鋭く色光
の純度を上げる為には、ダイクロイック面に対してＰ又
はＳ偏光光で入射させるのが好ましいことがわかる。し
かしながら無偏光光を入射させ分光カット特性が鋭くな
いつまり色純度が余りよくない色光でも、液晶ライトバ
ルブの手前の偏光フィルターによってＰまたはＳ偏光光
のみを取り出すようにすれば、ダイクロイック面にＰま
たはＳ偏光光を入射させた時と同様になる。但し、Ｐ偏
光光とＳ偏光光とでは色分離する境界の波長がシフトし
ている。

【００３４】よってダイクロイック膜を設計する時に
は、例えダイクロイックミラーに入射させるのが無偏光
光であっても、液晶ライトバルブに入射させる偏光方向
に対して、好ましい波長が境界になるように設計すれば
よいことになる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、光源と、該光源か
らの光を複数の色光に分離するダイクロイック面と、該
複数の色光の光路に設けられる、所定の偏光光を変調す
ることによって画像を形成する色画像形成手段とを有す
る画像表示装置において、前記ダイクロイック面は前記
所定の偏光光を前記色光に分離するよう設計したので、
前記ダイクロイック面に入射する光の偏光状態に係わら
ず、前記色画像形成手段に入射せしめる色光は非常に色
純度が高くなり、光利用効率の高い画像表示装置が実現
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の投射表示装置の実施例。

【図２】図１の実施例で使用する液晶パネルの配向方向
を表す図。

【図３】図１の実施例に於ける光の偏光方向を示す図。

【図４】図１の実施例の液晶パネル近傍での光の偏光方
向を示す図。

【図５】本発明の投射表示装置の他の実施例。

【図６】本発明の投射表示装置の他の実施例。

【図７】図６の実施例で使用する液晶パネルの配向方向
を表す図。

【図８】青反射ダイクロイックミラーに光を入射させた
時の特性を表す。

【図９】従来の投射表示装置。

【符号の説明】

１、２１白色光源２、２２リフレクター３、２３偏光ビームスプリッタ４、５、６、７、２４、２５、２６、２７ダイクロイ
ックミラー８、２８全反射ミラー９、２９液晶パネル１０、３０偏光フィルター１１、３１位相板１２、３２紫外赤外カットフィルター１３、３３コンデンサーレンズ１４、３４投影レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源からの光を複数の色光に
分離する、前記光の偏光状態によって分離する波長の異
なるダイクロイック面と、該複数の色光の光路に設けら
れる、所定の偏光光を変調することによって画像を形成
する色画像形成手段とを有する画像表示装置において、
前記ダイクロイック面は前記所定の偏光光を前記色光に
分離するよう設計したことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】前記ダイクロイック面に入射する光は前
記所定の偏光光を多く含む楕円偏光光であり、前記色画
像形成手段の光入射側に偏光板を有することを特徴とす
る請求項１記載の画像表示装置。
【請求項３】前記ダイクロイック面に入射する光は無
偏光光であり、前記色画像形成手段の光入射側に偏光板
を有することを特徴とする請求項１記載の画像表示装
置。
【請求項４】光源と、該光源からの光を複数の色光に
分離する、前記光の偏光状態によって分離する波長の異
なるダイクロイック面と、該複数の色光の光路に設けら
れる、所定の偏光光を変調することによって画像を形成
する色画像形成手段と、該色画像形成手段を介した色画
像を投射する投射手段とを有する投射表示装置におい
て、前記ダイクロイック面は前記所定の偏光光を前記色
光に分離するよう設計したことを特徴とする投射表示装
置。
【請求項５】前記投射手段は、単一の投射レンズを有
し、該投射レンズと前記色画像形成手段との間に、前記
各色画像を合成するダイクロイック面を有しており、該
ダイクロイック面は前記所定の偏光光を色合成するよう
設計したことを特徴とする請求項４記載の投射表示装
置。
【請求項６】前記色画像形成手段は、前記偏光光の偏
光方向とは異なる方向に配向方向を有する液晶パネルで
あり、該液晶パネルの入射側と出射側の少なくとも一方
に光学位相板を配する事を特徴とする請求項４記載の投
射表示装置。
【請求項７】所定の波長を境界として色分解するため
のダイクロイック面を有する色分解装置において、偏光
光が入射した時に、夫々前記偏光光に対して前記所定の
波長を境界として色分解するように設計することを特徴
とする色分解装置。
【請求項８】光源からの光を、３原色である赤・緑・
青のうち１色を透過し他の２色を反射する第１のダイク
ロイック面と、該反射した２色のうち１色を透過し他の
１色を反射する第２のダイクロイック面とを有する色分
解装置において、前記第１ダイクロイック面にはＳ偏
光、前記第２ダイクロイック面にはＰ偏光で光を入射せ
しめることを特徴とする色分解装置。
【請求項９】前記第１ダイクロイック面と前記第２ダ
イクロイック面との間に、前記第１ダイクロイック面で
反射した前記Ｓ偏光光をＰ偏光光に変換する位相板を設
けたことを特徴とする請求項８記載の色分解装置。
【請求項１０】３原色である赤・緑・青の各色光を、
該３原色のうち第１色光を反射し第２色光を透過して色
合成する第１のダイクロイック面と、前記第１及び第２
色光を反射し第３色光を透過して色合成する第２のダイ
クロイック面とを有する色合成装置において、前記第１
ダイクロイック面にはＰ偏光、前記第２ダイクロイック
面にはＳ偏光で光を入射せしめることを特徴とする色合
成装置。
【請求項１１】前記第１ダイクロイック面と前記第２
ダイクロイック面との間に、前記第１ダイクロイック面
を介した前記Ｐ偏光光をＳ偏光光に変換する位相板を設
けたことを特徴とする請求項１０記載の色分解装置。