JPH1152899A - 投写型表示装置 - Google Patents

投写型表示装置

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JPH1152899A
JPH1152899A JP9203478A JP20347897A JPH1152899A JP H1152899 A JPH1152899 A JP H1152899A JP 9203478 A JP9203478 A JP 9203478A JP 20347897 A JP20347897 A JP 20347897A JP H1152899 A JPH1152899 A JP H1152899A
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mirror
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light source
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Masato Hatanaka
正斗 畠中
Yusaku Tagawa
雄策 田川
Hideki Katsuragawa
英樹 桂川
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Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価でしかも小型化を図ることができる投写
型表示装置を提供すること。 【解決手段】 映像表示素子45,49,53に表示さ
れる映像を、光源3の光LPを用いてスクリーンに投写
する投写型表示装置1であり、光源3の光軸OPに対し
て、面の傾きが10度乃至30度に設定された板型の偏
光分離ミラー63,63が、映像表示素子45,49,
53と光源3の間に配置された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、映像表示素子に表
示される映像を、光源の光を用いてスクリーンに投写す
る投写型表示装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】映像表示素子に表示されている映像が、
光源の光を用いて投写される形式のいわゆる投写型表示
装置が、特開平2−253247号公報や、特開平5−
19209号公報に開示されている。特開平2−253
247号公報に開示されている投写型表示装置は、プリ
ズム型の偏光素子を用いている。また特開平5−192
09号公報に開示されている偏光素子は、複数枚のブリ
ュースター角を利用したものである。このようなプリズ
ム型偏光素子や偏光装置は、投写型表示装置の吸収成分
光を除去して光源の光による光学系に与えられる熱負荷
を低減する。さらに、偏光変換により、必要な偏光波の
光効率を増加させることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前者のプリ
ズム型の偏光素子を用いる投写型表示装置の場合には、
プリズム型偏光素子が大型でありしかも高価であるとい
う問題がある。また後者の板ガラスを用いた投写型表示
装置では、分離特性がブリュースター角で物理的に制限
され、分離特性が必ずしも良好でない。よって、複数枚
の使用で良好な特性を出さなければならなくなる。そこ
で本発明は上記課題を解消し、安価でしかも小型化を図
ることができる投写型表示装置を提供することを目的と
している。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、映像表示素子に表示される映像を、光源の光を
用いてスクリーンに投写する投写型表示装置において、
光源の光軸に対して、面の傾きが10度乃至30度に設
定された板型の偏光分離ミラーが、映像表示素子と光源
の間に配置されたことを特徴とする投写型表示装置によ
り、達成される。
【0005】本発明では、映像表示素子に表示される映
像を、光源の光を用いてスクリーンに投写する際に、板
型の偏光分離ミラーが、光源の光軸に対して面の傾きが
10度乃至30度に設定された状態で、映像表示素子と
光源の間に配置されている。これにより、板型の偏光分
離ミラーは、投写型表示装置の吸収成分光を除去して、
光源の光による光学系に与えられる熱負荷の低減を行う
ことができる。板型の偏光分離ミラーは、プリズム型の
偏光素子に比べて安価であり、板型の偏光分離ミラーの
面の傾きが光源の光軸に対して10度乃至30度と比較
的狭い角で設定されているので、小型化を図ることがで
きる。もし、面の傾きが10度より小さいと、第1の偏
光と第2の偏光を十分に分離できない。また、面の傾き
が30度よりも大きいと、やはり第1の偏光と第2の偏
光を十分に分離できない。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。
【0007】図1は、本発明の投写型表示装置の好まし
い実施の形態を示す外観図であり、図2は、図1の投写
型表示装置1を備える液晶方式の背面投写型テレビジョ
ンセット100を示しており、図2は図1のA−A線で
見たテレビジョンセット100の内部構造を示してい
る。まずこのテレビジョンセット100の概略の構造に
ついて説明すると、図1及び図2において、テレビジョ
ンセット100はキャビネット101、スクリーン10
2、ミラー103、そして投写型表示装置1を内蔵して
いる。投写型表示装置1が光源3の光を用いて投写しよ
うとする投写光5は、ミラー103で反射して、スクリ
ーン102の背面104から投写するようになってい
る。なお、以下の説明において、投写は、投射と同様の
意味である。スクリーン102に投写された映像は、ユ
ーザUがスクリーン102においてカラー映像あるいは
白黒映像として見ることができる。以下の実施の形態の
説明においては、スクリーン102においてカラー映像
が表示できるものについて説明する。
【0008】次に図3乃至図5を参照して、図1及び図
2に示す投写型表示装置1の好ましい実施の形態につい
て説明する。図3はこの投写型表示装置1の外観を概略
的に示しており、図4は図3の投写型表示装置1をA1
方向から見た側面図であり、図5は、図4の投写型表示
装置1の内部構造例を示している。図6は図5の光学系
をとり出して示している。
【0009】図3及び図4に示すように、投写型表示装
置1は、本体11、投写レンズ鏡筒部13、PS変換ユ
ニット15及び光源3等を有している。本体11は、投
写レンズ鏡筒部13と一体になっており、投写レンズ鏡
筒部13は、図5に示す投写レンズ群17を備えてい
る。投写レンズ群17は、各種のレンズ17a乃至17
iを備えている。この投写レンズ鏡筒部13は、投影光
(画像光)5を図1及び図2のスクリーン102の背面
104に対してフォーカスできる機構を有している。
【0010】次に、本体11は、PS変換ユニット15
を着脱可能に保持することができる。この本体11は、
次のような構成要素を有している。第1フライアイレン
ズ21と第2フライアイレンズ23が、PS変換ユニッ
ト15の近くに間隔をおいて平行に配置されている。こ
の第2フライアイレンズ23と、投写レンズ群17に至
る光軸OPに沿って、次のような光学素子が配列されて
いる。第2フライアイレンズ23の次にはダイクロイッ
クミラー25,27、リレーレンズ29、ミラー31、
リレーレンズ33、ミラー35が配置されている。
【0011】ダイクロイックミラー25の近くには、光
軸OPと直交する光軸OP1に沿って別のミラー37が
配置されている。ダイクロイックミラー27、ミラー3
7及びミラー35に囲まれる領域には、ダイクロイック
キューブ41が配置されている。このダイクロイックキ
ューブ41とコンデンサーレンズ43の間には、青色
(B)用の液晶表示装置(LCD:映像表示素子)45
が配置されている。同様にダイクロイックキューブ41
とコンデンサーレンズ47の間にはグリーン(G)用の
液晶表示装置(LCD:映像表示素子)49が配置され
ている。ダイクロイックキューブ41とコンデンサーレ
ンズ51の間には赤色(R)用の液晶表示装置(LC
D:映像表示素子)53が配置されている。ダイクロイ
ックミラーは、波長に応じて光を反射するミラーであ
る。
【0012】本体11に対して、図6と図5と図4に示
すように光源3が取り付けられている。この光源3は、
図5に示すように反射鏡55と、ランプ57を有してい
る。このランプ57は、例えばメタルハライドランプを
用いることができる。このランプ57が発生する光L
は、放物面鏡である反射鏡55により、ほぼ平行光LP
となって、PS変換ユニット15側に送られる。
【0013】次に、PS変換ユニット15について図6
乃至図9を参照して説明する。PS変換ユニット15
は、光源3の反射鏡55により得られる平行光LPを取
り込んで、図8に示すように例えばS波(S偏光:第1
の偏光)のみを取り出すPS偏光器である。この平行光
LPは、P波(P偏光:第2の偏光)とS波(第1の偏
光)を含んでおり、このP波とS波がPS変換ユニット
15を通ると、例えばS波のみとなって、図5の第1フ
ライアイレンズ21側に送られることになる。PS変換
ユニット15は、図7及び図8に示すように、ケース6
1と2枚の板型の偏光分離ミラー部63,63(第1板
型の偏光分離ミラー、第2板型の偏光分離ミラー)、2
枚のλ/4板ミラー65,65及び1枚のλ/2板67
を有している。
【0014】2枚の偏光分離ミラー63,63は、図5
の光軸OP2に対して、図5の矢印A2から見て、すな
わち図5と図6の投写レンズ鏡筒部13の光軸OP2方
向と平行方向に見て、所定の角度θ分だけ面が傾斜して
配置されている。すなわち2枚の偏光分離ミラー63,
63は、光軸OPを中心として、線対称に角度θを設定
して傾けて配置されている。この角度θは、10度乃至
30度に設定するのが好ましい。特にこの角度θはほぼ
20度が最も好ましい値である。もしこの偏光分離ミラ
ー部63の角度θが10度より小さい角度であると、図
8の偏光分離ミラー63,63におけるS波の透過率が
増大してしまい、必要とするP波の透過量が低下してし
まい、P波とS波を十分に分離できないので好ましくな
い。また角度θが30度を超えると、逆にS波の透過率
が増大してしまいP波の透過量が低下するので好ましく
ない。λ/2板67は、偏光分離ミラー63,63の開
いている先端側に対して取り付けられており、光軸OP
に対して直交した方向に配置されている。
【0015】図8に示すPS変換ユニット15は、平行
光LP(P波とS波を含む)から、所望の例えばS波の
みを取り出そうとする場合に用いる、いわゆる分離した
光の内の一方の光を偏光変換する。図8の例では、ほぼ
平行光LPが2つの偏光分離ミラー63,63に入射す
る(その時の入射角は(90度−θ)、例えば70度)
と、P波は偏光分離ミラー63,63を通過するが、S
波はこの偏光分離ミラー63,63で反射して、λ/4
板ミラー65,65に達する。そしてλ/4板ミラー6
5,65は、S波を反射して、このS波を光軸OPに平
行に送り出す。これに対して偏光分離ミラー63,63
を通過したP波は、λ/2板によりS波に偏光変換され
て、光軸OPに平行にS波を送り出す。このようにし
て、平行光LPからS波のみを偏光分離して図5に示す
次段の第1フライアイレンズ21側に送り出す。この例
では不要偏光(P波)を除去して、S波のみを利用する
ことにより光源3からの光による、入射側偏光板の熱的
な負荷の低減を図ることができ、又S波の光の照明効率
を増加させることができる。すなわち、光源3のランプ
の光量が倍であっても、PS変換ユニット15の偏光分
離ミラー63,63、λ/4板ミラー65,65及びλ
/2板67及び後段のフライアイレンズから投写レンズ
系までの温度を低く保つことができる。偏光分離ミラー
63,63は、好ましくはTiO2 膜(一層)を形成す
ることで得られ、このようにすることで偏光分離ミラー
63,63は、プリズム型の偏光分離素子に比べて、低
コストでしかも入射角(90度−θ)が、例えば70度
程度と大きく設定することができる。
【0016】次に、図5に示すオプティカルインテグレ
ータとしての第1フライアイレンズ21と第2フライア
イレンズ23について説明する。図11は第1フライア
イレンズ21を示し、図12は第2フライアイレンズ2
3を示している。第1フライアイレンズ21は、長方形
状の多数のレンズ21aが平面的に集合したものであ
り、第2フライアイレンズ23は中央の4つの大きなレ
ンズ23aとその中央の大きなレンズ23aとは異なる
大きさの各種のレンズ23b,23c,23d等が平面
的に集められたレンズである。このような第1フライア
イレンズ21と第2フライアイレンズ23を、図5のP
S変換ユニット15の後に配置するのは、PS変換ユニ
ット15により形成された例えばS波の強度分布を均等
化するためであり、このように均等化された光は、図5
のダイクロイックミラー25側以降に送られる。
【0017】第2フライアイレンズ23は、中央部に位
置している4つの大きなレンズ23aが、他の周囲のレ
ンズに比べて大きさ設定されている。これは、光源3か
らのランプアーク像を最も効率よく取り込む位置に配置
されており、好ましくは中央部が4つの大きなレンズ2
3aで分割されている。すなわち大きなレンズ23a
は、光源3からの平行光LPが例えば角度x2で入射す
る場合に、つまり平行光LPの結像の大きさが大きい場
合にこの大きなレンズ23aが取り込むことができるよ
うになっている。これに対して周囲の平行光LPは、そ
の角度が比較的小さいので、例えば小さなレンズ23
c,23d,23eを用いれば済む。
【0018】図13は、図11及び図12の第1フライ
アイレンズ21、第2フライアイレンズ23に代わる別
の実施の形態を示しており、このような均等な大きさの
レンズ121aを有するフライアイレンズ121を用い
るようにしても勿論構わない。
【0019】図10は、光源3のランプから得られる平
行光LPの波長について、PS変換ユニット15の板型
の偏光分離ミラー63,63の透過率の変化を示してい
る。P波及びS波に関して、図9に示す入射角90度
(90度−θ)の値における透過率の例を示している。
図10に示すような偏光分離ミラーの分離特性から、偏
光分離ミラー63の面の光軸OPに対する角度θは、上
述したように10度乃至30度の範囲であることが望ま
しい。この偏光分離ミラーの分離特性は、好ましくは偏
光分離ミラー63に形成されているTiO2 膜が採用さ
れている場合である。
【0020】次に、上述したテレビジョンセットにおけ
る投写型表示装置1の動作例について説明する。まず図
5において、光源3のランプ57が発光してほぼ平行な
平行光LPが形成され、この平行光LPは図8に示すP
S変換ユニット15の偏光分離ミラー63,63に入射
する。これにより平行光LPのP波は偏光分離ミラー6
3,63を透過するが、S波は偏光分離ミラー63,6
3で反射してλ/4板ミラー65,65に達し、このλ
/4板ミラー65で反射してS波として光軸OPに平行
に導かれる。これに対して、偏光分離ミラー63を通過
したP波は、λ/2板67を通過することでS波に変換
される。従って、PS変換器として作用するPS変換ユ
ニット15は、平行光LP(P波とS波を含む)から、
S波のみを取り出し、不要偏光であるP波を除去する。
これにより光源3の光量が多くても、その熱量を下げる
ことができるので、偏光分離ミラー63やそれ以降の光
学要素等の温度を比較的低く位置することができる。
又、S波の光の照明効率を増加させることができる。ま
た、図8のように偏光分離ミラー63,63は光軸OP
に対して比較的小さい角度θで傾けて配置できるので、
図7のPS変換ユニット15のケース61の大きさを小
さく設定できるとともに、板型の偏光分離ミラー63,
63は、プリズム型の偏光分離素子に比べて非常に安価
であるのでコストダウンを図ることができる。
【0021】次に、図8のようにして得られたS波は、
第1フライアイレンズ21と第2フライアイレンズ23
を通って均等化されて図5のダイクロイックミラー25
に達して、その光の一部は次のダイクロイックミラー2
7に導かれるとともに、その光の残部は普通のミラー3
7に導かれる。ミラー37で反射した光は、コンデンサ
ーレンズ51を通り赤(R)用の液晶表示装置53に達
する。液晶表示装置53に表示されている映像は、この
ミラー37からの光により、ダイクロイックキューブ4
1の半透過膜41aで反射されて、投写レンズ群17に
導かれる。一方、ダイクロイックミラー27に達した光
は、一部がリレーレンズ29に送られ、残部はコンデン
サーレンズ47を介してグリーン(G)用の液晶表示装
置49に達する。液晶表示装置49に表示されている映
像は、この光により投影されてダイクロイックキューブ
41の半透過膜41aを通り投写レンズ群17に導かれ
る。
【0022】リレーレンズ29を通った光は、ミラー3
1で反射し、リレーレンズ33を通りミラー35により
再び光軸OP3にそって反射される。これにより光は光
軸OPから光軸OP3にほぼ180度折り曲げられた後
に、コンデンサーレンズ43を介して青(B)用の液晶
表示装置45に導かれる。液晶表示装置45が表示して
いる映像は、この光により投影されてダイクロイックキ
ューブ41の半透過膜41bにより反射されて投写レン
ズ群17に導かれる。このようにしてR,G,Bの各色
の映像が投写レンズ群17によりスーパーインポーズさ
れて投写光5が形成され、この投写光5は図2のミラー
103により反射されて、スクリーン102の背面10
4に投写されることになる。この投写されたカラー映像
は、ユーザUがスクリーン102の前面側から楽しむこ
とができる。
【0023】次に、本発明の別の実施の形態について説
明する。図15は、本発明の投写型表示装置の別の実施
の形態を示しており、この投写型表示装置101では、
PS変換ユニット115の構成が異なるが、その他の点
については図8に示す投写型表示装置1と同様であるの
でその説明を省略する。図15の投写型表示装置のPS
変換ユニット115は、2枚の板型の偏光分離ミラー1
63,163、2枚のλ/4板ミラー165,165及
び2枚のλ/2板167,167を有している。そして
偏光分離ミラー163,163は、光軸OPに対して図
8の実施の形態と同様にθの角度で傾いてしかも光軸O
Pに対して線対称に配置されている。λ/4板ミラー1
65,165も、偏光分離ミラー163,163にほぼ
平行に配置されている。偏光分離ミラー163とλ/4
板ミラー165の間にはλ/2板167が各々取り付け
られている。
【0024】光源3からほぼ平行光LPが偏光分離ミラ
ー163,163に入射されると、P波が透過し、S波
が反射してλ/4板ミラー165,165に達する。そ
してS波はλ/4板ミラー165で反射した後に、λ/
2板167でP波に変換される。すなわちこのPS変換
ユニット115は、平行光LPからP波のみを偏光分離
して取り出すことができる。このようにP波を用いて
も、図8と同様にしてPS変換ユニット115の偏光分
離ミラー163における熱量をほぼ半分にして光学要素
の温度を低く保つことができる。使用される偏光波の利
用効率を上げることができる。この場合の角度θも、図
8の例の場合と同様の理由から好ましくは10度乃至3
0度であり、最も好ましくは20度である。なお、偏光
分離ミラー163,163の配置方向(図15において
紙面垂直方向)は、投写レンズ群17の光軸OPと直交
する方向である。
【0025】次に図16の実施の形態では、PS変換ユ
ニット115が、第1フライアイレンズ21と第2フラ
イアイレンズ23の間に位置されている例を示してい
る。図17の別の実施の形態では、PS変換ユニット1
15が、第2フライアイレンズ23の後段側に位置して
いる。図16及び図17の配置例は、図8のPS変換ユ
ニット15の場合にも適用することができる。
【0026】図14に示す投写型表示装置201は、さ
らに別の実施の形態でありこの場合には液晶表示装置2
49がダイクロイックキューブ241とコンデンサーレ
ンズ247の間に配置されている。この液晶表示装置2
49は、三原色(R,G,B)を同時に投影するための
映像表示素子である。このようにすることで、光学系の
構成要素の数を大幅に減らすことができる。また、この
1つの液晶表示装置249を用いる投写型表示装置20
1は、モノクロ表示する際にも用いることができる。
【0027】ところで本発明は上記実施の形態に限定さ
れるものではない。上述した実施の形態では液晶表示装
置の種類は特に限定していないが、例えば多結晶のSi
−TFT(薄膜トランジスタ)を用いた液晶表示パネル
を用いることができる。また図8等に示す板型の偏光分
離ミラー63等には、TiO2 膜を形成しているが、こ
れに限らず、その他の種類の膜、例えばZrO2 やTa
2 5 、屈折率nd≧2.0以上の材料でも可能であ
る。また映像表示素子としては液晶表示装置に限らず、
他の種類の表示素子でもよいが、反射型液晶表示装置を
採用することも勿論可能である。光源としてはメタルハ
ライドランプを用いた光源に限らず、他の種類の光源、
ハロゲンランプ、水銀及びキセノンランプを採用するこ
ともできる。
【0028】また本発明の投写型表示装置は、図1のス
クリーンの背面から表示する形式以外のもの、例えば、
スクリーンの前面に直接投影する方式のものにも適用す
ることができる。また投写型表示装置を適用する装置と
しては、テレビジョンセットに限らず他の種類のモニタ
ー等にも適用できる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の投写型表
示装置は、安価でしかも小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投写型表示装置の好ましい実施の形態
を備えるテレビジョンセットの例を示す斜視図。
【図2】図1のテレビジョンセットのA−A線における
断面図。
【図3】図2に示す本発明の投写型表示装置の一例を示
す好ましい実施の形態を示す斜視図。
【図4】図3のA1方向から見た投写型表示装置を示す
平面図。
【図5】図4の投写型表示装置の内部構造を示す図。
【図6】図5の投写型表示装置の光学系のみを簡略的に
表示する図。
【図7】図5及び図6に表示されているPS変換ユニッ
トの一例を示す斜視図。
【図8】図7のPS変換ユニットの光学系及び光源との
位置関係を示す図。
【図9】偏光分離ミラーと光源の位置関係を示す図。
【図10】偏光分離ミラーの分離特性の一例を示す図。
【図11】第1フライアイレンズの一例を示す図。
【図12】第2フライアイレンズの一例を示す図。
【図13】フライアイレンズの別の形態を示す図。
【図14】本発明の投写型表示装置の別の実施の形態を
示す図。
【図15】本発明の投写型表示装置のさらに別の実施の
形態を示す図。
【図16】本発明の投写型表示装置のさらに別の実施の
形態を示す図。
【図17】本発明の投写型表示装置のさらに別の実施の
形態を示す図。
【符号の説明】
1・・・投写型表示装置、3・・・光源、5・・・投写
光、15・・・PS変換ユニット、17・・・投写レン
ズ群、21・・・第1フライアイレンズ(オプティカル
インテグレータ)、23・・・第2フライアイレンズ
(オプティカルインテグレータ)、45,49,53・
・・液晶表示装置(映像表示素子)、63・・・板型の
偏光分離ミラー(第1板型の偏光分離ミラーと第2板型
の偏光分離ミラー)、102・・・スクリーン、θ・・
・板型の偏光分離ミラーの面の傾き角度、OP,OP
1,OP2,OP3・・・光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04N 5/74 H04N 5/74 A

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像表示素子に表示される映像を、光源
    の光を用いてスクリーンに投写する投写型表示装置にお
    いて、 光源の光軸に対して、面の傾きが10度乃至30度に設
    定された板型の偏光分離ミラーが、第1の偏光と第2の
    偏光に分離して、第1の偏光と第2の偏光のうちのいず
    れかを変換して、第1の偏光あるいは第2の偏光に統一
    するために、映像表示素子と光源の間に配置されたこと
    を特徴とする投写型表示装置。
  2. 【請求項2】 板型の偏光分離ミラーには、TiO2
    が単層でコーティングされている請求項1に記載の投写
    型表示装置。
  3. 【請求項3】 光源はほぼ平行光を発光し、偏光分離ミ
    ラーは光源とオプティカルインテグレータの間に配置さ
    れている請求項1に記載の投写型表示装置。
  4. 【請求項4】 板型の偏光分離ミラーは、第1板型の偏
    光分離ミラーと第2板型の偏光分離ミラーを有し、第1
    板型の偏光分離ミラーと第2板型の偏光分離ミラーが、
    光源の光軸に関して対称位置に配置されている請求項1
    に記載の投写型表示装置。
  5. 【請求項5】 映像表示素子は、液晶表示装置である請
    求項1に記載の投写型表示装置。
  6. 【請求項6】 映像表示素子により表示される映像は、
    ミラーにより反射したのちにスクリーンの背面に投写す
    る請求項1に記載の投写型表示装置。
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