JP2008176083A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、白色光源に例えば超高圧水銀ランプを用いたプロジェクタに適用して好適な画像表示装置に関し、更に詳しくは、白色光源の光に補助光源の光を合成して特定波長帯域の出射光量を増加させる構成の画像表示装置に関する。 The present invention relates to an image display device suitable for application to a projector using, for example, an ultra-high pressure mercury lamp as a white light source. More specifically, the light from an auxiliary light source is combined with the light from a white light source to emit light in a specific wavelength band. The present invention relates to an image display device having a configuration for increasing the number of images.
従来、画像表示装置であるプロジェクタは、所定の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空間変調素子によりそれぞれ変調した後、これらの空間変調素子の出射光をスクリーンに投射して重ね合わせることにより、カラーの表示画像を形成している。このようなプロジェクタにおいては、可視光の波長帯域で発光効率の高い超高圧水銀ランプ(以下「UHPランプ」ともいう。)で光源を構成することにより、効率よく照明光を出射することができるようになされている。 Conventionally, a projector as an image display device separates illumination light emitted from a predetermined light source into red, blue, and green wavelength bands and modulates each of them with a spatial modulation element such as a liquid crystal display panel. A color display image is formed by projecting and superimposing the light emitted from the element on a screen. In such a projector, it is possible to efficiently emit illumination light by configuring the light source with an ultra-high pressure mercury lamp (hereinafter also referred to as “UHP lamp”) having high luminous efficiency in the visible light wavelength band. Has been made.
図13はUHPランプの発光スペクトルを示している。縦軸は強度で、[a.u.]は「任意単位」の意味である。UHPランプは、緑色の波長帯域である550nm近辺の波長帯域においては十分な光量を確保でき、また、青色に関しても440nm近辺の波長帯域において大きなスペクトルを持っている。それに対し、赤色の波長帯域である600nm以上の波長帯域においては、青色、緑色の波長帯域に比して、十分な光量を確保できない。 FIG. 13 shows the emission spectrum of the UHP lamp. The vertical axis is intensity, [a. u. ] Means “arbitrary unit”. The UHP lamp can secure a sufficient amount of light in the wavelength band near 550 nm, which is the green wavelength band, and has a large spectrum in the wavelength band near 440 nm for blue. On the other hand, in the wavelength band of 600 nm or more, which is the red wavelength band, a sufficient amount of light cannot be secured as compared with the blue and green wavelength bands.
このため、従来のプロジェクタにおいては、青色、緑色の波長帯域の出射光量を抑圧することで、赤色の波長帯域の出射光量とのバランスを図り、十分な色再現性を確保するようにしている。特に、緑色に関してはホワイトバランスをとるために大きく抑圧され、相当の犠牲を払って赤色、青色の波長帯域の出射光量とのバランスが図られている。 For this reason, in a conventional projector, by suppressing the amount of emitted light in the blue and green wavelength bands, a balance with the amount of emitted light in the red wavelength band is achieved, and sufficient color reproducibility is ensured. In particular, the green color is largely suppressed to achieve white balance, and the light quantity emitted from the red and blue wavelength bands is balanced at a considerable cost.
上述のように、青色、緑色の波長帯域の出射光量を抑圧して赤色の波長帯域の出射光量とバランスを図る場合、結局、光源から出射される照明光の一部が無駄に消費されることになるという問題があり、その分、表示画面が暗くなることを避け得ない。特に、明るさは緑色の波長帯域の出射光量に大きく依存するので、これを抑圧することは、ルーメンを特に低減させる。 As described above, when the amount of emitted light in the blue and green wavelength bands is suppressed to balance the amount of emitted light in the red wavelength band, in the end, part of the illumination light emitted from the light source is wasted. It is inevitable that the display screen will darken accordingly. In particular, since the brightness greatly depends on the amount of emitted light in the green wavelength band, suppressing this particularly reduces the lumen.
この問題を解決する一つの方法として、UHPランプに比して発光スペクトルのバランスのとれたキセノンランプ等を用いて光源を構成することが考えられる。しかし、キセノンランプ等は、UHPランプに比して発光効率が劣るという欠点がある。このため、キセノンランプ等により光源を構成してUHPランプにより光源を構成した場合と同程度の明るさを確保しようとすると、消費電力が格段に大きくなるという問題がある。 As one method for solving this problem, it is conceivable to configure a light source using a xenon lamp or the like having a balanced emission spectrum as compared with a UHP lamp. However, a xenon lamp or the like has a disadvantage that its luminous efficiency is inferior to that of a UHP lamp. For this reason, there is a problem that the power consumption is remarkably increased if an attempt is made to secure the same level of brightness as when the light source is configured by a xenon lamp or the like and the light source is configured by a UHP lamp.
これに対して、例えば下記特許文献1に開示されているように、それぞれ赤色、青色、緑色の波長帯域の光を個別に出射する光源により照明光を生成する方法も考えられる。しかしながら、このような個別の単色光源は、現在のところ、固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザ、発光ダイオード等があり、これらのうち緑色の波長帯域の光を出射する素子にあっては、高出力でかつ汎用性の高いものを入手することが困難であるという欠点がある。
On the other hand, for example, as disclosed in
因みに、低出力の素子を複数個使用して高出力を得る方法も考えられるが、この場合、光源のetendue(光源の面積と放射立体角の積)が大きくなり、対角1インチ程度の大きさによる空間変調素子をこのような光源より照明しても照明効率が飽和し、結局、この飽和レベル以上の明るい画像を表示することが困難となる。 Incidentally, a method of obtaining a high output by using a plurality of low output elements is also conceivable, but in this case, the etendue of the light source (the product of the area of the light source and the radiation solid angle) becomes large and the size is about 1 inch diagonal. Even if the spatial modulation element is illuminated from such a light source, the illumination efficiency is saturated, and eventually it is difficult to display a bright image above the saturation level.
一方、ランプ等の白色光源のほかに、特定波長帯域の光を発生させる補助光源を追加して、照明光を効率よく利用し、高い色再現性とより明るい画像を得るようにした画像表示装置の構成が種々提案されている。 On the other hand, in addition to a white light source such as a lamp, an auxiliary light source that generates light in a specific wavelength band is added to efficiently use illumination light to obtain a high color reproducibility and a brighter image. Various configurations have been proposed.
例えば、下記特許文献2〜6には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と副の照明光とを合成し、副の照明光の発光スペクトラムを強調して照明光を生成することにより、ランプ等の光源より出射される照明光を効率良く利用して、高い色再現性により明るい画像を表示することができるようにしている。ここで、副の照明光とは、赤色レーザあるいは赤色の発光ダイオードを含み、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と合成されて使用される。合成方法は、いずれもランプ等による主の照明光と初段の光学系で行われ、合成後に各色の空間変調素子へ照射するために色分離を行う構成となっている。
For example, in the following
なお、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と副の照明光との合成には、様々な方法がとられているが、副の照明光の波長帯域は反射、それ以外の主の照明光の波長帯域は透過するようなダイクロイックミラー(あるいはその逆)が多く使用される。この場合、副の照明光のもつ色については、それだけの色再現しか表現できず、かつその色については副の照明光の出力しか使用できない。それ故に明るい画像を得ようとした場合、副の照明光の出力は、相当の負荷がかかることになる。 Various methods are used to combine the main illumination light and the sub-illumination light by a lamp that is almost white, etc., but the wavelength band of the sub-illumination light is reflected and other main illuminations are used. A dichroic mirror (or vice versa) that transmits the light wavelength band is often used. In this case, for the color of the secondary illumination light, only that much color reproduction can be expressed, and only the output of the secondary illumination light can be used for that color. Therefore, when trying to obtain a bright image, the output of the secondary illumination light is subjected to a considerable load.
また、下記特許文献7には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光と、副の照明光との合成に、反射型ホログラム素子を使用した画像表示装置が記載されている。この画像表示装置は、副の照明光のスペクトル付近は反射、それ以外の波長帯域は透過させ、広い色再現を保持し、かつ副の照明光の出力負荷を緩和するような構成をとっている。 Patent Document 7 below describes an image display device that uses a reflection type hologram element to synthesize main illumination light and sub-illumination light from a substantially white lamp or the like. This image display apparatus is configured to reflect the vicinity of the spectrum of the secondary illumination light, transmit the other wavelength bands, maintain a wide color reproduction, and reduce the output load of the secondary illumination light. .
さらに、下記特許文献8には、ほぼ白色であるランプ等による主の照明光を青色、緑色、赤色に分離した後、赤色の副の照明光と合成し、空間変調素子へ照射することによって、赤色の光量を増加させる画像表示装置の構成が開示されている。図14は、この画像表示装置の概略構成図である。図中、101は白色光を発生する主光源、102は、主光源101で発生した白色光を赤色帯域、緑色帯域、青色帯域の光に色分離するためのダイクロイックミラー102G,102Bを含む色分離光学系、103R,103G,103Bはそれぞれ赤色用、緑色用、青色用の空間変調素子としての透過型液晶表示パネル、104は、各色用の空間変調素子103R,103G,103Bからの出射光を合成する合成プリズム、105は合成プリズム104からの出射光をスクリーン(図示略)に拡大投射する投影レンズである。
Furthermore, in
図14に示す画像表示装置100においては、図15に示すような発光強度分布をもつ発光ダイオード(半導体発光素子)106を具備しており、色分離光学系102で色分離された赤色光と発光ダイオード106で発生した赤色単色光を合成して空間変調素子103Rへ入射させるようにしている。色分離光学系102で色分離された赤色光と発光ダイオード106で発生した赤色単色光の合成には、分離された赤色光は反射し、発光ダイオード106で発生した赤色単色光は透過するダイクロイックミラー107が用いられている。このダイクロイックミラー107のミラー反射特性は、図15に示すように、発光ダイオード106のもつ半導体発光強度分布よりも短波長側に設計されているとともに、半導体発光強度分布の裾にかかっており、これにより、深みのある赤色の再現を図るようにしている。
The
上記特許文献2〜6に開示されている画像表示装置においては、主光源の照明光と副光源の照明光の合成を、主光源の照明光の色分離前に行うようにしているので、合成される色光については副光源の照明光のもつ波長帯域の色再現しか得ることができないという問題がある。また、合成される色光の出射光量は副光源の照明光の出力が支配的となるため、明るい画像を得ようとした場合、副光源の照明光の出力を大きくする必要があるため、消費電力の低減を図ることができなくなる。
In the image display devices disclosed in
また、上記特許文献7に開示されているような反射型ホログラム素子を使用する画像表示装置においては、反射型ホログラム素子の部材費コスト、光学的な位置精度が厳しいなどの問題があり、実用的ではない。 In addition, the image display device using the reflection type hologram element as disclosed in Patent Document 7 has problems such as the material cost of the reflection type hologram element and severe optical position accuracy. is not.
更に、上記特許文献8に開示されている画像表示装置においては、合成に使用するダイクロイックミラー107のミラー反射特性が、半導体発光強度分布よりも短波長側であって半導体発光強度分布の裾にかかるように設計されている。このため、実際には赤色の光量は増加するが、半導体発光スペクトルの赤色は短波長側の赤色に引っ張られて期待されるような深い赤色の再現は得られず、かえって発光ダイオード106の色度点よりも浅い橙色へシフトしてしまう。
Further, in the image display device disclosed in
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、より広色域の色再現を可能にし、レーザの出力負荷を減らして消費電力の低減を図ることができる画像表示装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an image display apparatus that enables color reproduction with a wider color gamut and can reduce power consumption by reducing the output load of the laser.
以上の課題を解決するに当たり、本発明の画像表示装置は、白色光を発生する光源と、上記白色光を赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の3つの波長帯域に分離する色分離光学系と、上記3つの波長帯域の光を変調して画像を形成する空間変調素子と、を備えた画像表示装置において、赤色単色光を発生する赤色用補助光源と、上記色分離光学系で分離された赤色帯域の光と上記赤色単色光を合成する赤色用合成素子とを有し、この赤色用合成素子は、上記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を上記空間変調素子側へ出射することを特徴とする。 In solving the above problems, an image display device of the present invention includes a light source that generates white light, a color separation optical system that separates the white light into three wavelength bands of a red band, a green band, and a blue band, An image display apparatus comprising: a spatial modulation element that modulates light in the three wavelength bands to form an image; a red auxiliary light source that generates red monochromatic light; and a red color separated by the color separation optical system A red light combining element for combining the light of the band and the red monochromatic light. The red light combining element is configured to combine the wavelength band in the emission spectral line width of the red monochromatic light and the light of a longer wavelength band. The light is emitted to the spatial modulation element side.
本発明の画像表示装置においては、光源の白色光を色分離光学系で色分離した後、当該色分離した赤色帯域の光に赤色用合成素子を介して赤色単色光を合成するようにしているので、主の照明光で不足する赤色波長帯域の光量が補われ、かつ、主の照明光の赤色も利用できる。これにより、赤色用補助光源の出力負荷を抑えて、消費電力の低減を図ることが可能となる。 In the image display device of the present invention, the white light of the light source is color-separated by the color separation optical system, and then the red monochromatic light is synthesized with the color-separated red band light via the red synthesizing element. Therefore, the amount of light in the red wavelength band that is insufficient with the main illumination light is compensated, and the red color of the main illumination light can also be used. As a result, the output load of the red auxiliary light source can be suppressed, and the power consumption can be reduced.
また、本発明の画像表示装置において、赤色用合成素子は、赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を空間変調素子側へ出射するようにしているので、赤の色度を赤色単色光のそれよりも深くすることができる。これにより、より広い色域での赤色表現が可能になる。 Further, in the image display device of the present invention, the red combining element emits light in the wavelength band in the emission spectral line width of red monochromatic light and a longer wavelength band to the spatial modulation element side. The chromaticity of red can be deeper than that of red monochromatic light. Thereby, it is possible to express red in a wider color gamut.
更に、分離された赤色光のうち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも長波長側の波長成分を赤色表現に用いているので、取り出した赤色光の色度が赤色レーザ光の色度点よりも短波長側へシフトすることがなくなり、深みのある赤色表現が確実に得られるようになる。 Furthermore, among the separated red light, the wavelength component longer than the wavelength band in the emission spectral line width of the red laser light is used for red expression, so the chromaticity of the extracted red light is the red laser light There is no shift to the shorter wavelength side than the chromaticity point, and a deep red expression is surely obtained.
ここで、赤色単色光を発生する赤色用補助光源は、半導体レーザや発光ダイオード等の半導体発光素子が好適に用いられるが、これ以外に、有機あるいは無機エレクトロルミネッセンス(EL)素子等の発光素子を用いても構わない。また、赤色単色光の波長も特に制限されず、仕様に応じて適宜設定することができる。 Here, as the auxiliary light source for red that generates red monochromatic light, a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser or a light emitting diode is preferably used. In addition, a light emitting element such as an organic or inorganic electroluminescence (EL) element is used. You may use. Further, the wavelength of the red monochromatic light is not particularly limited, and can be appropriately set according to the specification.
赤色用合成素子は、ダイクロイックミラーで構成することができる。このダイクロイックミラーは、補助光源からの赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域を透過し、それよりも長い波長帯域を反射する光学特性とすることができる。あるいは、その逆の光学特性を利用しても構わない。 The red synthesizing element can be composed of a dichroic mirror. This dichroic mirror can have an optical characteristic of transmitting a wavelength band in the emission spectral line width of the red monochromatic light from the auxiliary light source and reflecting a longer wavelength band. Alternatively, the opposite optical characteristics may be used.
一方、本発明の画像表示装置においては、更に、青色単色光を発生する青色用補助光源と、色分離光学系で分離された青色帯域の光と青色単色光を合成する青色用合成素子とを有し、青色用合成素子は、青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも短い波長帯域の光を空間変調素子側へ出射する構成とすることができる。これにより、青色用補助光源の出力負荷を抑えて消費電力の低減を図ることが可能となる。また、青の色度を青色単色光のそれよりも深くすることができるので、より広い色域での青色表現が可能になる。 On the other hand, in the image display device of the present invention, a blue auxiliary light source for generating blue monochromatic light, and a blue color synthesizing element for synthesizing the blue band light and the blue monochromatic light separated by the color separation optical system are provided. The blue combining element can be configured to emit light of a wavelength band in the emission spectral line width of blue monochromatic light and a shorter wavelength band to the spatial modulation element side. As a result, it is possible to reduce the power consumption by suppressing the output load of the blue auxiliary light source. Further, since the chromaticity of blue can be made deeper than that of blue monochromatic light, blue can be expressed in a wider color gamut.
以上述べたように、本発明の画像表示装置によれば、より広色域の色再現を可能とし、補助光源の出力負荷を抑えて消費電力の低減を図ることができる。 As described above, according to the image display device of the present invention, a wider color gamut can be reproduced, and the output load of the auxiliary light source can be suppressed to reduce power consumption.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態による画像表示装置1の概略構成図である。本実施形態の画像表示装置1は、プロジェクタ装置のような投射型画像表示装置として構成され、光源2より出射される照明光を色分解光学系(16,17,23)によって赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の3つの波長帯域の光に分離した後、分離した各色の光を空間変調素子である反射型液晶表示パネル3R,3G,3Bにより変調して、所望のカラー画像をスクリーン4に表示する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
ここで、光源2は、UHPランプ(超高圧水銀ランプ)5からなる主光源6と、赤色単色光として所定波長の赤色レーザ光を発生する半導体レーザ素子7を含む赤色用補助光源(副の光源)8と、青色単色光として所定波長の青色レーザ光を発生する半導体レーザ素子9を含む青色用補助光源(副の光源)10とにより構成されている。なお、UHPランプ5の照射面には、図示せずとも、UV/IR(紫外線/赤外線)カットフィルタが設けられており、照明光学系には可視波長の光だけが照射されるようになっている。
Here, the
主光源6は、UHPランプ5より出射されるほぼ白色の照明光を直接またはリフレクタ6aにより反射して、インテグレータレンズ11に入射させる。インテグレータレンズ11は、一対のフライアイレンズ11A,11Bを用いて構成され、主光源6による主の照明光について、光量分布を均一化して偏光変換素子12へ入射させる。偏光変換素子12は、インテグレータレンズ11から出射した主の照明光についてP偏光成分をS偏光成分に変換してコンデンサーレンズ13へ入射させる。コンデンサーレンズ13は、偏光変換素子12の出射光を光学系の光路長に合わせた光線に変換して出射する。
The main
赤色用補助光源8は、ヒートシンク8aと、この上に搭載された半導体レーザ素子7で構成されている。半導体レーザ素子7は、図2に発光スペクトラムを示すように、赤色の波長帯域である波長約643nmのレーザビームを出射する。出射された赤色レーザ光は、コリメータレンズ14によりほぼ平行光線に変換され、一対のフライアイレンズ18A,18Bからなるインテグレータレンズ18に入射し、主光源6の場合と同様に、コンデンサーレンズ31により光学系の光路長に合わせた光線に変換された後、後述する赤色用合成ダイクロイックミラー17へ入射する。
The red auxiliary
青色用補助光源10は、ヒートシンク10aと、この上に搭載された半導体レーザ素子9で構成されている。半導体レーザ素子9は、図3に発光スペクトラムを示すように、青色の波長帯域である波長約442nmのレーザビームを出射する。出射された青色レーザ光は、コリメータレンズ15によりほぼ平行光線に変換され、一対のフライアイレンズ19A,19Bからなるインテグレータレンズ19に入射し、主光源6の場合と同様に、コンデンサーレンズ32により光学系の光路長に合わせた光線に変換された後、後述する青色用合成ダイクロイックミラー23へ入射する。
The blue auxiliary
なお、赤色レーザ光及び青色レーザ光が半導体レーザである本実施形態では、レーザ光の発散角は縦方向に関して大きいので、コリメータレンズ14,15はシリンドリカルレンズを用いて平行光線に変換する。横方向に対しては、フライアイレンズの入射角と比較しても発散角が十分小さいので平行光線にする必要はない。なお、赤色用及び青色用補助光源8,10は、主の照明光の偏光面と対応する偏光面となるように、赤色レーザ光及び青色レーザ光の傾きが設定されている。
In the present embodiment in which the red laser beam and the blue laser beam are semiconductor lasers, the divergence angle of the laser beam is large in the vertical direction, so that the
コンデンサーレンズ13を透過し、ほぼ均一な光量分布となった主の照明光は、クロスダイクロイックミラー16に入射する。クロスダイクロイックミラー16は、45°入射時に例えば図4及び図5に示す光学特性を有する第1の面16A及び第2の面16Bを組み合わせて構成され、波長570nmを中心に50%の透過率が得られるように設計されている。従って、クロスダイクロイックミラー16に入射した主の照明光は、波長570nm近辺を境に赤色光とシアン(青色、緑色)光に分離される。
The main illumination light that has passed through the
分離された主の照明光の赤色光は、赤色用合成ダイクロイックミラー17へ入射する。この赤色用合成ダイクロイックミラー17は、本発明の「赤色用合成素子」に対応し、分離された主の照明光の赤色光と、赤色用補助光源8より発生した赤色レーザ光とを合成して、赤色用反射型液晶表示パネル3R側へ出射する。
The separated red light of the main illumination light enters the red composite dichroic mirror 17. The red composite dichroic mirror 17 corresponds to the “red composite element” of the present invention, and combines the separated red light of the main illumination light and the red laser light generated from the red auxiliary
ここで、赤色用合成ダイクロイックミラー17は、クロスダイクロイックミラー16で分離された主の照明光の赤色光の出射経路と、赤色用補助光源8から出射した赤色レーザ光の出射経路に対してそれぞれ45°の傾斜角をもって設置されている。赤色用合成ダイクロイックミラー17の光学特性は、図6に示すように45°入射時において波長648nmを中心に50%の透過率が得られるように設計されており、それより短波長側の光は透過し、長波長側の光は反射する。従って、赤色レーザ光の中心波長643nmの発光スペクトル線幅における波長帯域の光は透過し、それより長い波長帯域の光は反射することにより、赤色用合成ダイクロイックミラー17の出射側で、主の照明光の赤色光と赤色レーザ光とが合成される。
Here, the red composite dichroic mirror 17 is respectively 45 with respect to the red light emission path of the main illumination light separated by the cross
赤色用合成ダイクロイックミラー17で合成された赤色光は、レンズ20を介して、赤色用反射型液晶表示パネル3Rが固着された偏光ビームスプリッタ21に入射する。偏光ビームスプリッタ21は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面21Aは、入射するS偏光の赤色光を選択的に反射する。反射された赤色光は、液晶表示パネル3Rに照射され空間変調される。空間変調された赤色光はP偏光になるため、液晶表示パネル3Rで反射された赤色光は、偏光ビームスプリッタ21の検光面21Aを透過した後、色合成プリズム29へ入射する。
The red light synthesized by the red synthesizing dichroic mirror 17 enters the
一方、分離された主の照明光のシアン(青色、緑色)光は、光路を90度折り曲げるミラー22で全反射した後、青色用合成ダイクロイックミラー23へ入射する。この青色用合成ダイクロイックミラー23は、本発明の「青色用合成素子」に対応し、分離された主の照明光の青色光と、青色用補助光源10より発生した青色レーザ光とを合成して、青色用反射型液晶表示パネル3B側へ出射する。
On the other hand, the separated main illumination light cyan (blue, green) light is totally reflected by the
ここで、青色用合成ダイクロイックミラー23は、ミラー22で全反射された主の照明光のシアン光の出射経路と、青色用補助光源10から出射した青色レーザ光の出射経路に対してそれぞれ45°の傾斜角をもって設置されている。青色用合成ダイクロイックミラー23の光学特性は、図7に示すように45°入射時において波長437nmを中心に50%の透過率が得られるように設計されており、それより長波長側の光は透過し、短波長側の光は反射する。従って、青色レーザ光の中心波長442nmの発光スペクトル線幅における波長帯域を含む光と緑色帯域の光は透過し、それより短い波長帯域の光は反射する。これにより、青色用合成ダイクロイックミラー23において、主の照明光のシアン光は青色帯域の光と緑色帯域の光に分離されるとともに、分離された青色帯域の光は青色補助光源10から出射した青色レーザ光と合成される。
Here, the blue composite
青色用合成ダイクロイックミラー23で合成された青色光は、レンズ24を介して、青色用反射型液晶表示パネル3Bが固着された偏光ビームスプリッタ25に入射する。偏光ビームスプリッタ25は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面25Aは、入射するS偏光の青色光を選択的に反射する。反射された青色光は、液晶表示パネル3Bに照射され空間変調される。空間変調された青色光はP偏光になるため、液晶表示パネル3Bで反射された青色光は、偏光ビームスプリッタ25の検光面25Aを透過した後、色合成プリズム29へ入射する。
The blue light synthesized by the blue synthetic
また、青色用合成ダイクロイックミラー23で分離された主の照明光の緑色(一部青色を含む)光は、トリミングフィルタ26を通過し、所望の色度が得られるようなスペクトル帯域の緑色光が選択的に取り出され、レンズ27を介して、緑色用反射型液晶表示パネル3Gが固着された偏光ビームスプリッタ28へ入射する。
Further, the green light (including part of the blue light) of the main illumination light separated by the blue composite
ここで、トリミングフィルタ26の光学特性は、図8に示すように、0°入射時において波長510nmを中心に50%の透過率が得られるように設計されており、それより長波長側の光は透過し、短波長側の光は反射する。従って、クロスダイクロイックミラー16(第2の面16B)及びトリミングフィルタ26の光学特性によって、波長510nm〜570nmの光が分離された緑色光となる。
Here, as shown in FIG. 8, the optical characteristics of the trimming
偏光ビームスプリッタ28は、プリズムを貼り合わせて形成されており、その貼り合わせ面に形成された検光面28Aは、入射するS偏光の緑色光を選択的に反射する。反射された緑色光は、反射型緑色用液晶表示パネル3Gに照射され空間変調される。空間変調された緑色光はP偏光になるため、液晶表示パネル3Gで反射された緑色光は、偏光ビームスプリッタ28の検光面28Aを透過した後、色合成プリズム29へ入射する。
The
空間変調素子である反射型液晶表示パネル3R,3G,3Bによって変調された赤、緑、青色の光は、色合成プリズム29に入射し、画像として重ね合わせられ、投影レンズ30に入射し透過する映像光をスクリーン4に投射する。
Red, green, and blue light modulated by the reflective liquid
次に、以上のように構成される本実施形態の画像表示装置1の動作について説明する。
Next, the operation of the
主光源6より出射された主の照明光は、インテグレータレンズ11により光量分布が均一化された後、偏光変換素子12によりP偏光成分がS偏光成分に変換される。そして、PS変換された主の照明光は、クロスダイクロイックミラー16により、赤色光とシアン(青色、緑色)光に分離される。
The main illumination light emitted from the main
一方、赤色用補助光源8より発生した中心波長643nmの赤色レーザ光と、青色用補助光源10より発生した中心波長442nmの青色レーザ光は、コリメータレンズ14,15により、ほぼ平行光線に変換され、インテグレータレンズ18,19及びコンデンサーレンズ31,32を介して赤色用合成ダイクロイックミラー17、青色用合成ダイクロイックミラー23にそれぞれ入射する。
On the other hand, the red laser light having a center wavelength of 643 nm generated from the red auxiliary
クロスダイクロイックミラー16により分離された主の照明光の赤色光は、赤色用合成ダイクロイックミラー17において赤色用補助光源8から出射した赤色レーザ光と合成される。合成された赤色光は、赤色用反射型液晶表示パネル3Rへ入射する。
The red light of the main illumination light separated by the cross
ここで、赤色用合成ダイクロイックミラー17は、図6に示したように、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域では反射するように設計されているため、赤の色度は、赤色レーザ光のそれよりも深くなる。即ち、より広い色域での赤色表現が可能になる。 Here, as shown in FIG. 6, the red composite dichroic mirror 17 is designed to transmit the wavelength band in the emission spectral line width of the red laser light and reflect in the longer wavelength band. The chromaticity of red is deeper than that of red laser light. That is, it is possible to express red in a wider color gamut.
特に、分離された赤色光のうち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも長波長側の波長成分を赤色表現に用いているので、取り出した赤色光の色度が赤色レーザ光の色度点よりも短波長側へシフトすることがなくなり、深みのある赤色表現が確実に得られるようになる。 In particular, among the separated red light, the wavelength component longer than the wavelength band in the emission spectral line width of the red laser light is used for red expression, so the chromaticity of the extracted red light is the red laser light There is no shift to the shorter wavelength side than the chromaticity point, and a deep red expression is surely obtained.
また、赤色光に分離された主の照明光は、赤色用補助光源8で発生した赤色レーザ光と合成されるため、主の照明光で不足する赤色波長帯域の光量が適切に補われて、色再現性に優れた明るい画像を表示することができる。更に、主の照明光の赤色も利用できるため、赤色用補助光源8の出力負荷が抑えられて、消費電力の低減を図れるようになる。
Further, since the main illumination light separated into red light is combined with the red laser light generated by the red auxiliary
一方、クロスダイクロイックミラー16により分離された主の照明光のシアン(青色、緑色)光は、青色用合成ダイクロイックミラー23において青色光と緑色光に分離されるとともに、分離された青色光に青色用補助光源10から出射した青色レーザ光が合成される。合成された青色光は、青色用反射型液晶表示パネル3Bへ入射する。
On the other hand, the cyan (blue, green) light of the main illumination light separated by the cross
ここで、青色用合成ダイクロイックミラー23は、図7に示したように、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも短い波長帯域では反射するように設計されているため、青の色度は、青色レーザ光のそれよりも深くなる。即ち、より広い色域での青色表現が可能になる。
Here, as shown in FIG. 7, the blue synthetic
特に、分離された青色光のうち、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域よりも短波長側の波長成分を青色表現に用いているので、取り出した青色光の色度が青色レーザ光の色度点よりも長波長側へシフトすることがなくなり、深みのある青色表現が確実に得られるようになる。 In particular, among the separated blue light, the wavelength component shorter than the wavelength band in the emission spectral line width of the blue laser light is used for blue expression. There is no longer a shift to the longer wavelength side than the chromaticity point, and a deep blue expression is reliably obtained.
また、青色光に分離された主の照明光は、青色用補助光源10で発生した青色レーザ光と合成されるため、主の照明光で不足する青色波長帯域の光量が適切に補われて、色再現性に優れた明るい画像を表示することができる。更に、主の照明光の青色も利用できるため、青色用補助光源10の出力負荷が抑えられて、消費電力の低減を図れるようになる。
Further, since the main illumination light separated into blue light is combined with the blue laser light generated by the blue auxiliary
本実施形態においては、主の照明光より分離された赤色光及び青色光と補助光源からの赤色及び青色レーザ光との合成にダイクロイックミラー17,23を用いているので、部材費コストの低減と部品設置精度の緩和を図ることができる。
In the present embodiment, since the
なお、青色用合成ダイクロイックミラー23において分離された主の照明光の緑色光は、トリミングフィルタ26を介して緑色用反射型液晶表示パネル3Gへ入射する。本実施形態によれば、主の照明光より分離された赤色光及び青色光をそれぞれ補助光源のレーザ光で補うようにしているので、ホワイトバランスをとるために抑圧していた緑色光を効率良く利用することが可能となり、より明るい画像を得ることができるようになる。
The green light of the main illumination light separated by the blue composite
そして、液晶表示パネル3R,3G,3Bで空間変調された各色の画像光は、合成プリズム29で合成された後、投影レンズ30を介してスクリーン4上に投影される。本実施形態によれば、赤色及び青色が広色域化された画像を表示することができるので、色再現性に優れた高画質の表示画像を得ることができる。また、各色光の出射光量を大きくでき、ホワイトバランスをとるための緑色光の抑圧量を低減できるので、高輝度、高コントラストの表示画像を得ることができる。更に、補助光源8,10の出力負荷を抑えることができるので、消費電力に優れた画像表示装置を構成することができる。
Then, the image light of each color spatially modulated by the liquid
図9は、赤色光及び青色光を、主の照明光より分離された643nmよりも長い波長の光、442nmより短い波長の光を混ぜ込まずに、中心波長643nmの赤色レーザ光、中心波長442nmの青色レーザ光のみを用いた場合の照明光の発光スペクトルを示している。この場合の色度を計算すると、赤色:R(x=0.721、y=0.278)、緑色:G(x=0.289、y=0.697)、青色:B(x=0.163、y=0.012)となり、NTSC面積比では約110.3%になる。 FIG. 9 shows that red light and blue light are separated from main illumination light, light having a wavelength longer than 643 nm, light having a wavelength shorter than 442 nm, red laser light having a center wavelength of 643 nm, and center wavelength of 442 nm. The emission spectrum of the illumination light in the case of using only the blue laser beam is shown. When the chromaticity in this case is calculated, red: R (x = 0.721, y = 0.278), green: G (x = 0.289, y = 0.697), blue: B (x = 0) .163, y = 0.012), and the NTSC area ratio is about 110.3%.
また、図9の例において、各色の照明効率を15%と仮定し、白の色度点を10000Kとすると、それぞれの光源の光出力は、赤色:R=4[W]、緑色:G=4.2[W]、青色:B=4[W]において全光束は約480[lm(ルーメン)]になる。即ち、赤色レーザ及び青色レーザの出力はいずれも4[W]必要になる。 In the example of FIG. 9, assuming that the illumination efficiency of each color is 15% and the chromaticity point of white is 10000K, the light output of each light source is red: R = 4 [W], green: G = 4.2 [W], blue: When B = 4 [W], the total luminous flux is about 480 [lm (lumen)]. That is, the output of both the red laser and the blue laser needs 4 [W].
これに対して、上述した本発明の実施形態における照明光の発光スペクトルを図10に示す。また、図11は色度図、図12はUHPランプ5、赤色レーザ光及び青色レーザ光の発光スペクトルであって、ダイクロイックミラー16,17,23及びトリミングフィルタ26の光学特性を併せて示している。
On the other hand, the emission spectrum of the illumination light in the embodiment of the present invention described above is shown in FIG. 11 is a chromaticity diagram, and FIG. 12 is an emission spectrum of the
図10の例において、照明光の色度を計算した。計算に際しては、赤色光として、中心波長643nmの赤色レーザ光及び、UHPランプ5より出射された主の照明光より分離された少なくとも波長643nmよりも長い波長の光、青色光として、中心波長442nmの青色レーザ光及び、UHPランプ5より出射された主の照明光より分離された少なくとも波長442nmよりも短い波長の光、そして、緑色光として、UHPランプ5より出射された主の照明光においてクロスダイクロイックミラー16及びトリミングフィルタ26の光学特性によって波長510〜570nmに分離された光をそれぞれ用いた。計算の結果、赤色:R(x=0.722、y=0.278)、緑色:G(x=0.289、y=0.697)、青色:B(x=0.164、y=0.011)となった。また、NTSC面積比では約110.5%となり、図9の例に比べて0.2%色域が広がることが確認された。
In the example of FIG. 10, the chromaticity of the illumination light was calculated. In the calculation, red laser light having a center wavelength of 643 nm and light having a wavelength longer than at least 643 nm separated from the main illumination light emitted from the
また、図10の例において、各色の照明効率を15%と仮定し、白の色度点を10000Kとすると、それぞれの光源は、赤色:R=4[W]、緑色:G=4.2[W]、青色:B=4[W]において全光束は約480[lm(ルーメン)]になる。このときの赤色レーザ光及び青色レーザ光の出力は、主の光源であるUHPランプより分離された643nmよりも長い波長の光、442nmよりも短い波長の光の分だけ差し引かれるので、赤色レーザ光の出力は3.48[W]、青色レーザ光の出力は2.96[W]になり、赤色に関しては0.52[W]、青色に関しては1.04[W]分、レーザに係る負荷をそれぞれ低減することが可能となる。 In the example of FIG. 10, assuming that the illumination efficiency of each color is 15% and the white chromaticity point is 10000K, the respective light sources are red: R = 4 [W], green: G = 4.2. [W], blue: When B = 4 [W], the total luminous flux is about 480 [lm (lumen)]. At this time, the output of the red laser light and the blue laser light is subtracted by the light having a wavelength longer than 643 nm and the light having a wavelength shorter than 442 nm separated from the UHP lamp as the main light source. Output is 3.48 [W], the output of blue laser light is 2.96 [W], 0.52 [W] for red, and 1.04 [W] for blue, the load on the laser Can be reduced respectively.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば以上の実施形態では、赤色用合成素子として、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は透過し、それよりも長い波長帯域は反射するダイクロイックミラー17を用いたが、照明光学系の構成に応じて、上記と逆の光学特性、即ち、赤色レーザ光の発光スペクトル線幅にける波長帯域は反射し、それよりも長い波長帯域は透過するダイクロイックミラーを用いてもよい。同様に、青色用合成素子として、青色レーザ光の発光スペクトル線幅における波長帯域は反射し、それよりも短い波長帯域は透過するダイクロイックミラーを用いてもよい。 For example, in the above embodiment, the dichroic mirror 17 that transmits the wavelength band in the emission spectral line width of the red laser light and reflects the longer wavelength band is used as the red combining element. Accordingly, a dichroic mirror that reflects the opposite optical characteristics, that is, the wavelength band in the emission spectral line width of the red laser light and transmits the longer wavelength band may be used. Similarly, a dichroic mirror that reflects a wavelength band in the emission spectral line width of blue laser light and transmits a shorter wavelength band may be used as the blue combining element.
また、以上の実施形態では、赤色及び青色に関して、赤色用補助光源8及び青色用補助光源10による副の照明光を合成したが、赤色に関してのみ副の照明光と合成して出射光量の増大を図るようにしてもよい。
In the above embodiment, the secondary illumination light from the red auxiliary
また、以上の実施形態では、緑色の色度及び光量を調整するためにトリミングフィルタ26を用いたが、緑色光に限ることなく、青色及び赤色についても同様なトリミングフィルタを用いてホワイトバランスの調整を行うようにしてもよい。
In the above embodiment, the trimming
また、以上の実施形態では、偏光ビームスプリッタ21,25,28を用いたが、これに代えて、ワイヤーグリッド偏光子を用いてもよい。また、空間変調素子は、反射型液晶表示パネル3R,3G,3Bに限らず、透過型液晶表示パネルやDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いた光学系であってもよい。
In the above embodiment, the
1…画像表示装置、2…光源、3R,3G,3B…反射型液晶表示パネル(空間変調素子)、4…スクリーン、5…UHPランプ、6…主光源、8…赤色用補助光源、10…青色用補助光源、16…クロスダイクロイックミラー、17…赤色用合成ダイクロイックミラー(赤色用合成素子)、23…青色用合成ダイクロイックミラー(青色用合成素子)、29…色合成プリズム、30…投影レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記白色光を赤色帯域、緑色帯域及び青色帯域の3つの波長帯域に分離する色分離光学系と、
前記3つの波長帯域の光を変調して画像を形成する空間変調素子と、を備えた画像表示装置において、
赤色単色光を発生する赤色用補助光源と、
前記色分離光学系で分離された赤色帯域の光と前記赤色単色光を合成する赤色用合成素子とを有し、
前記赤色用合成素子は、前記赤色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも長い波長帯域の光を前記空間変調素子側へ出射する
ことを特徴とする画像表示装置。 A light source that generates white light;
A color separation optical system that separates the white light into three wavelength bands, a red band, a green band, and a blue band;
An image display device comprising: a spatial modulation element that modulates light of the three wavelength bands to form an image;
An auxiliary light source for red that emits red monochromatic light;
A red combining element that combines the red band light separated by the color separation optical system and the red monochromatic light;
The image display device, wherein the red combining element emits light having a wavelength band in an emission spectrum line width of the red monochromatic light and a wavelength band longer than the wavelength band to the spatial modulation element side.
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 2. The image display device according to claim 1, wherein the red combining element is a dichroic mirror that transmits a wavelength band in an emission spectral line width of the red monochromatic light and reflects a longer wavelength band. .
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 2. The image display device according to claim 1, wherein the red synthesizing element is a dichroic mirror that reflects a wavelength band in an emission spectral line width of the red monochromatic light and transmits a longer wavelength band. .
前記色分離光学系で分離された青色帯域の光と前記青色単色光を合成する青色用合成素子とを更に有し、
前記青色用合成素子は、前記青色単色光の発光スペクトル線幅における波長帯域と、それよりも短い波長帯域の光を前記空間変調素子側へ出射する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像表示装置。 A blue auxiliary light source for generating blue monochromatic light;
Further comprising a blue combining element that combines the blue band light separated by the color separation optical system and the blue monochromatic light,
2. The image according to claim 1, wherein the blue combining element emits light having a wavelength band in an emission spectrum line width of the blue monochromatic light and a wavelength band shorter than the wavelength band to the spatial modulation element side. Display device.
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 4, wherein the blue combining element is a dichroic mirror that transmits a wavelength band in an emission spectrum line width of the blue monochromatic light and reflects a shorter wavelength band. .
ことを特徴とする請求項4に記載の画像表示装置。 The image display device according to claim 4, wherein the blue combining element is a dichroic mirror that reflects a wavelength band in an emission spectral line width of the blue monochromatic light and transmits a shorter wavelength band. .
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