図面 (/)

この項目の情報は公開日時点(2000年6月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (14)

課題

明るくむらのない画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用する投射型画像表示装置を提供する。

解決手段

投射型画像表示装置に2つの光源、2つの集光光学系、反射光学系コリメータレンズインテグレータ光学系偏光変換光学系および液晶パネルを備える。2つの集光光学系は2つの光源の光を近接した集光位置に集束させ、反射光学系は集束した光を反射してインテグレータ光学系の第1のレンズアレイ上で光軸が交差する発散光束とし、コリメータレンズは発散光束を平行光束とする。インテグレータ光学系は平行光束に含まれる2つの光源の光を分離して結像させて、光源像の対がアレイ状に配列された2次光源を形成し、2次光源の各点から液晶パネルの全面に光を導く。偏光変換光学系は分離された光をその分離方向と垂直な方向に偏光分離して、全ての光を一方向の直線偏光とする。

概要

背景

光源からの光を液晶パネルによって画像信号に応じて変調し、変調後の光をスクリーン投射して画像を表示する投射型の画像表示装置がある。このような投射型画像表示装置は、一度に多数の人に画像を提示するために利用され、近年では、データプロジェクタや比較的大画面テレビとして用いられるようになっている。

一般に、投射型画像表示装置では光源としてランプを用い、ランプの後方に2次曲面状リフレクタを配置して、ランプが発する光をできるだけ多く画像投射に利用するようにしている。液晶パネルに供給される光の強度分布および液晶パネルが利用する光束の範囲を図13(a)、(b)に示す。図13(b)において、LBは光束、LCは液晶パネルである。光の強度は光束の中心から離れるにつれて低下していき、また、中心付近はランプ自体の影となるため強度低下が生じる。このため、光の強度分布は、図13(a)に示したように、中央に窪みを有する山形となって不均一となる。

このような強度分布の光をそのまま投射に用いると、表示される画像の明るさが不均一になってしまう。表示される画像の周辺部が暗くなることを避けるためには、図13(b)に示したように中央部のみを利用する必要が生じ、周辺部の光は無駄になる。また、中央部のみを利用しても、その範囲内の強度分布が不均一であることに変わりはなく、表示される画像の明るさにむらが生じる。

液晶パネルに導く光の強度分布を均一にするための一法として、光源と液晶パネルの間に、第1のレンズアレイ、第2のレンズアレイおよび重畳レンズより成るインテグレータを配置することが行われている。リフレクタによって反射された光源からの光を第1のレンズアレイの各セルで第2のレンズアレイの対応するセルに一旦結像させることにより、光源像が2次元に配列された面状の2次光源が第2のレンズアレイ上に形成される。この2次光源の各部位からの光を重畳レンズによって液晶パネル全体に導くことで、光の強度分布の均一化がなされる。これにより、明るさにむらのない画像を表示することが可能になり、また、強度の低かった周辺部の光も有効に利用されて、より明るい画像を表示することができる。

液晶パネルは所定の振動方向の偏光を変調するものであり、その振動方向に対して垂直な振動方向の偏光成分は、液晶パネルに組み込まれたまたは液晶パネルと別に配置された偏光板によって吸収される。このため、振動方向が無秩序な光の半分は、投射に利用されることなく捨て去られることになる。

この不都合を解消して光の利用効率を向上させるために、特開平8−304739号公報や特開平9−146064号公報には、振動方向が互いに垂直な2つの直線偏光を分離する偏光ビームスプリッタPBSアレイPBSプリズムを用いて偏光変換することが提案されている。PBSによって分離した一方の直線偏光を1/2波長板を透過させることにより、その振動方向を他方の直線偏光の振動方向に一致させることができ、振動方向が無秩序な光源からの光の全てを画像投射に利用することが可能になる。

特開平6−242397号公報には、2つの光源を備えて両光源からの光を合成して液晶パネルに導くことにより、表示する画像の明るさを高めた投射型画像表示装置が開示されている。同公報の装置は、両光源からの光を近接する集光位置に集束させ、集束した2つの光をミラーによって光軸が平行な発散光束として同じ方向に反射させ、その発散光束をコリメータレンズによって平行光束として液晶パネルに導くものである。2つの光源からの光は、光軸が近接した発散光束とされることにより合成される。

概要

明るくむらのない画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用する投射型画像表示装置を提供する。

投射型画像表示装置に2つの光源、2つの集光光学系、反射光学系、コリメータレンズ、インテグレータ光学系偏光変換光学系および液晶パネルを備える。2つの集光光学系は2つの光源の光を近接した集光位置に集束させ、反射光学系は集束した光を反射してインテグレータ光学系の第1のレンズアレイ上で光軸が交差する発散光束とし、コリメータレンズは発散光束を平行光束とする。インテグレータ光学系は平行光束に含まれる2つの光源の光を分離して結像させて、光源像の対がアレイ状に配列された2次光源を形成し、2次光源の各点から液晶パネルの全面に光を導く。偏光変換光学系は分離された光をその分離方向と垂直な方向に偏光分離して、全ての光を一方向の直線偏光とする。

目的

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、2つの光源を用いて均一で高い明るさの画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用する投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
7件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

液晶パネルによって光を変調し、変調後の光を投射レンズによって投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、第1の光源と、第2の光源と、前記第1の光源からの光を第1の集光位置に集束させる第1の集光光学系と、前記第2の光源からの光を前記第1の集光位置に近接した第2の集光位置に集束させる第2の集光光学系と、前記第1の光源からの光を前記第1の集光位置で反射する反射面または前記第2の光源からの光を前記第2の集光位置で反射する反射面の少なくとも一方を有し、前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を、互いの光軸が平行なまたは平行に近い光として前記第1の集光位置と前記第2の集光位置を結ぶ方向に対して略垂直な方向に進ませる反射光学系と、前記第1の集光位置を通過して発散光束となった前記第1の光源からの光と前記第2の集光位置を通過して発散光束となった前記第2の光源からの光を平行光束とするコリメータレンズと、2次元アレイ状に配列されたレンズセルより成る第1のレンズアレイと、該第1のレンズアレイのレンズセルに対応して2次元のアレイ状に配列されたレンズセルより成る第2のレンズアレイを有し、前記コリメータレンズからの平行光束に含まれる前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を、前記第1のレンズアレイの各レンズセルによって前記第2のレンズアレイの対応するレンズセル上に結像させて分離し、前記第2のレンズアレイの各レンズセルから前記液晶パネルの全面に与えるインテグレータ光学系と、前記第1のレンズアレイの各レンズセルを透過した光を、振動方向の異なる2つの直線偏光として前記第1のレンズアレイによる分離の方向に対して垂直な方向に分離し、分離した2つの直線偏光の一方の振動方向を変換して他方の振動方向に一致させる偏光変換光学系とを備えることを特徴とする投射型画像表示装置。

請求項2

前記第1の集光位置を通過した前記第1の光源からの光の光軸と、前記第2の集光位置を通過した前記第2の光源からの光の光軸は、前記第1のレンズアレイ上で交差することを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。

請求項3

前記インテグレータ光学系からの光の略全てを前記液晶パネルを介して前記投射レンズに導くためのフィールドレンズを備え、前記第1の集光光学系と前記第2の集光光学系は前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を同等に集束させ、前記第1のレンズアレイのレンズセルは矩形であって、その長辺方向に前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を分離するように配列されており、前記第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺の長さをそれぞれCHおよびCW、前記第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺に対応する方向の前記液晶パネルの長さをそれぞれPHおよびPW、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイ間の光路長をL1、前記第2のレンズアレイと前記フィールドレンズ間の光路長をL2、前記コリメータレンズの焦点距離をfc、前記第1の集光位置と前記第2の集光位置間の距離の半分をd、前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光の前記第1の集光位置および前記第2の集光位置における光束径の半分をMで表すとき、PH/CH ≒ PW/CW ≦ L2/L1(1/8)・CW ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CW およびM・L1/fc ≦ (1/2)・CHの関係を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の投射型画像表示装置。

請求項4

前記インテグレータ光学系からの光の略全てを前記液晶パネルを介して前記投射レンズに導くためのフィールドレンズを備え、前記第1の集光光学系と前記第2の集光光学系は前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を同等に集束させ、前記第1のレンズアレイのレンズセルは矩形であって、その短辺方向に前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光を分離するように配列されており、前記第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺の長さをそれぞれCHおよびCW、前記第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺に対応する方向の前記液晶パネルの長さをそれぞれPHおよびPW、前記第1のレンズアレイと前記第2のレンズアレイ間の光路長をL1、前記第2のレンズアレイと前記フィールドレンズ間の光路長をL2、前記コリメータレンズの焦点距離をfc、前記第1の集光位置と前記第2の集光位置間の距離の半分をd、前記第1の光源からの光と前記第2の光源からの光の前記第1の集光位置および前記第2の集光位置における光束径の半分をMで表すとき、PH/CH ≒ PW/CW ≦ L2/L1(1/8)・CH ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CH およびM・L1/fc ≦ (1/2)・CWの関係を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の投射型画像表示装置。

技術分野

0001

本発明は液晶パネルを用いた投射型画像表示装置に関する。

背景技術

0002

光源からの光を液晶パネルによって画像信号に応じて変調し、変調後の光をスクリーン投射して画像を表示する投射型の画像表示装置がある。このような投射型画像表示装置は、一度に多数の人に画像を提示するために利用され、近年では、データプロジェクタや比較的大画面テレビとして用いられるようになっている。

0003

一般に、投射型画像表示装置では光源としてランプを用い、ランプの後方に2次曲面状リフレクタを配置して、ランプが発する光をできるだけ多く画像投射に利用するようにしている。液晶パネルに供給される光の強度分布および液晶パネルが利用する光束の範囲を図13(a)、(b)に示す。図13(b)において、LBは光束、LCは液晶パネルである。光の強度は光束の中心から離れるにつれて低下していき、また、中心付近はランプ自体の影となるため強度低下が生じる。このため、光の強度分布は、図13(a)に示したように、中央に窪みを有する山形となって不均一となる。

0004

このような強度分布の光をそのまま投射に用いると、表示される画像の明るさが不均一になってしまう。表示される画像の周辺部が暗くなることを避けるためには、図13(b)に示したように中央部のみを利用する必要が生じ、周辺部の光は無駄になる。また、中央部のみを利用しても、その範囲内の強度分布が不均一であることに変わりはなく、表示される画像の明るさにむらが生じる。

0005

液晶パネルに導く光の強度分布を均一にするための一法として、光源と液晶パネルの間に、第1のレンズアレイ、第2のレンズアレイおよび重畳レンズより成るインテグレータを配置することが行われている。リフレクタによって反射された光源からの光を第1のレンズアレイの各セルで第2のレンズアレイの対応するセルに一旦結像させることにより、光源像が2次元に配列された面状の2次光源が第2のレンズアレイ上に形成される。この2次光源の各部位からの光を重畳レンズによって液晶パネル全体に導くことで、光の強度分布の均一化がなされる。これにより、明るさにむらのない画像を表示することが可能になり、また、強度の低かった周辺部の光も有効に利用されて、より明るい画像を表示することができる。

0006

液晶パネルは所定の振動方向の偏光を変調するものであり、その振動方向に対して垂直な振動方向の偏光成分は、液晶パネルに組み込まれたまたは液晶パネルと別に配置された偏光板によって吸収される。このため、振動方向が無秩序な光の半分は、投射に利用されることなく捨て去られることになる。

0007

この不都合を解消して光の利用効率を向上させるために、特開平8−304739号公報や特開平9−146064号公報には、振動方向が互いに垂直な2つの直線偏光を分離する偏光ビームスプリッタPBSアレイPBSプリズムを用いて偏光変換することが提案されている。PBSによって分離した一方の直線偏光を1/2波長板を透過させることにより、その振動方向を他方の直線偏光の振動方向に一致させることができ、振動方向が無秩序な光源からの光の全てを画像投射に利用することが可能になる。

0008

特開平6−242397号公報には、2つの光源を備えて両光源からの光を合成して液晶パネルに導くことにより、表示する画像の明るさを高めた投射型画像表示装置が開示されている。同公報の装置は、両光源からの光を近接する集光位置に集束させ、集束した2つの光をミラーによって光軸が平行な発散光束として同じ方向に反射させ、その発散光束をコリメータレンズによって平行光束として液晶パネルに導くものである。2つの光源からの光は、光軸が近接した発散光束とされることにより合成される。

発明が解決しようとする課題

0009

光源からの光の強度分布を均一にすること、光源からの光を偏光変換によって一方向の直線偏光にすること、および2つの光源を備えることは、いずれも表示する画像の明るさを向上させるために有効な方法である。これら3方法を全て組み合わせれば、明るい画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用し得る投射型画像表示装置が実現されよう。しかしながら、そのような投射型画像表示装置は提案されていない。

0010

上記3方法はそれぞれ異なる原理に基づくものであり、全てを適切に組み合わせることは容易ではない。例えば、光の強度分布を均一にするためのインテグレータと偏光変換するためのPBSとは相互に悪影響を及ぼしてはならず、それらの配設方法は従来の技術からは知ることができない。また、2つの光源を用いる特開平6−242397号公報の技術では、2つの光源からの光の集光位置が接近するほどミラーによって反射されることのない光が増大するから、光の強度分布を均一にするためのインテグレータあるいは偏光変換するためのPBSとの組み合わせに際して、集光位置の設定に特別な配慮が必要となる。

0011

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、2つの光源を用いて均一で高い明るさの画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用する投射型画像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

0012

上記目的を達成するために、本発明では、液晶パネルによって光を変調し、変調後の光を投射レンズによって投射して画像を表示する投射型画像表示装置に、第1の光源と第2の光源と、以下のように構成され機能する第1の集光光学系と、第2の集光光学系と、反射光学系と、コリメータレンズと、インテグレータ光学系と、偏光変換光学系とを備える。

0013

第1の集光光学系は第1の光源からの光を第1の集光位置に集束させ、第2の集光光学系は第2の光源からの光を第1の集光位置に近接した第2の集光位置に集束させる。反射光学系は、第1の光源からの光を第1の集光位置で反射する反射面または第2の光源からの光を第2の集光位置で反射する反射面の少なくとも一方を有し、第1の光源からの光と第2の光源からの光を、互いの光軸が平行なまたは平行に近い光として第1の集光位置と第2の集光位置を結ぶ方向に対して略垂直な方向に進ませる。第1および第2の光源からの光は、集光位置を通過した後は発散光束となり、また第1および第2の集光位置が近接しているため、ほとんどの部分が重なり合う。コリメータレンズは、第1の集光位置を通過して発散光束となった第1の光源からの光と第2の集光位置を通過して発散光束となった第2の光源からの光、つまり重なり合った発散光束を平行光束とする。

0014

インテグレータ光学系は、2次元のアレイ状に配列されたレンズセルより成る第1のレンズアレイと、第1のレンズアレイのレンズセルに対応して2次元のアレイ状に配列されたレンズセルより成る第2のレンズアレイを有し、コリメータレンズからの平行光束に含まれる第1の光源からの光と第2の光源からの光を、第1のレンズアレイの各レンズセルによって第2のレンズアレイの対応するレンズセル上に結像させて分離し、第2のレンズアレイの各レンズセルから液晶パネルの全面に与える。

0015

重なり合った第1および第2の光源からの光は第1のレンズアレイの各レンズセルに入射するが、光軸が完全には一致していないため、各レンズセルが対応する第2のレンズアレイのレンズセルに入射光を結像させることにより、第2のレンズアレイの各レンズセル上で分離する。第2のレンズアレイ上には、第1の光源および第2の光源の像が交互に2次元に形成されることになり、これらの光源像の光の集合は面状の2次光源となる。インテグレータ光学系はこの2次光源の光を液晶パネルに与えるが、第2のレンズアレイのどのレンズセルからも光を液晶パネルの全面に導いて、全てのレンズセルからの光を液晶パネル上で重ね合わせる。したがって、液晶パネルのどの部位にも、第1の光源および第2の光源からの光の双方が与えられることになる。また、液晶パネルのどの部位に与えられる光も、インテグレータ光学系に入射する前の強度差のある中央部の光と周辺部の光が均一に混じり合ったものとなる。

0016

偏光変換光学系は、第1のレンズアレイの各レンズセルを透過した光を、振動方向の異なる2つの直線偏光として第1のレンズアレイによる分離の方向に対して垂直な方向に分離し、分離した2つの直線偏光の一方の振動方向を変換して他方の振動方向に一致させる。これにより、液晶パネルに与えられる光は、液晶パネルによる変調に適した一方向に振動する直線偏光となる。

0017

インテグレータ光学系の第1のレンズアレイが第1および第2の光源からの光を分離する方向と偏光変換光学系が直線偏光を分離する方向とが垂直であることにより、第1の光源からの光に含まれる一方向の直線偏光と第2の光源からの光に含まれる別方向の直線偏光とが重なることが避けられる。したがって、2つの直線偏光の一方のみについて振動方向を変換して、液晶パネルに与える直線偏光の振動方向を一方向とすることが容易にできる。

0018

本発明では、上記の投射型画像表示装置の一設定として、第1の集光位置を通過した第1の光源からの光の光軸と、第2の集光位置を通過した第2の光源からの光の光軸が、第1のレンズアレイ上で交差するものとする。このようにすると、第1のレンズアレイ上における第1の光源からの光の強度分布と第2の光源からの光の強度分布のどちらも、両光の光軸の交点を中心として対称になり、重なり合った光だけでなく一方だけの光についても、第1のレンズアレイ上での強度分布の対称性が保たれる。これにより、第1および第2の光源の両方を点灯するときもいずれか一方のみを点灯するときも、第2のレンズアレイ上の光源像の輝度をレンズセル間で対称にすることが可能になり、液晶パネルを均一に照明することができる。

0019

本発明ではまた、インテグレータ光学系からの光の略全てを液晶パネルを介して投射レンズに導くためのフィールドレンズを備え、第1の集光光学系と第2の集光光学系は第1の光源からの光と第2の光源からの光を同等に集束させるものとする。そして、第1のレンズアレイのレンズセルを矩形として、その長辺方向に第1の光源からの光と第2の光源からの光を分離するように配列し、各構成要素を、
PH/CH ≒ PW/CW ≦ L2/L1
(1/8)・CW ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CW
M・L1/fc ≦ (1/2)・CH
の関係を満たすように設定する。

0020

ここで、CHおよびCWはそれぞれ第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺の長さ、PHおよびPWはそれぞれ第1のレンズアレイのレンズセルの短辺および長辺に対応する方向の液晶パネルの長さ、L1は第1のレンズアレイと第2のレンズアレイ間の光路長、L2は第2のレンズアレイとフィールドレンズ間の光路長、fcはコリメータレンズの焦点距離、dは第1の集光位置と第2の集光位置間の距離の半分、Mは第1の光源からの光と第2の光源からの光の第1の集光位置および第2の集光位置における光束径の半分である。

0021

この構成では、インテグレータ光学系による第1および第2の光源からの光の分離方向が第1のレンズアレイのレンズセルの長辺方向であるから、偏光変換光学系による偏光の分離の方向は第1のレンズアレイのレンズセルの短辺方向となる。第1の式は、第1のレンズアレイのレンズセルと液晶パネルが略相似形であることを意味し、また、第1のレンズアレイのレンズセルの光が液晶パネルの全面に入射することを保証する。第2、第3の式におけるL1/fcは、第1および第2の集光位置に集束した第1および第2の光源からの光が第2のレンズアレイに結像する倍率を表す。

0022

第2の式は、第2のレンズアレイの各レンズセルにおける第1および第2の光源からの光の光軸すなわち光源像の中心の位置範囲を、第1のレンズアレイのレンズセルの長辺方向について規定するものである。この式を満たすことで、第1および第2の光源からの光をそれぞれ1/2以上液晶パネルに与えることが容易になる。特に、d・L1/fc=(1/4)・CWのとき、第2のレンズアレイのレンズセル上の第1および第2の光源像の中心は、第1のレンズアレイのレンズセルの長辺の長さの1/2だけ離間し、光源像が大きいときでも、第2のレンズアレイの各レンズセルに入る光源像の面積は最大となり、液晶パネルに与えられる光量は最多となる。

0023

第3の式は、第2のレンズアレイの各レンズセル上の第1および第2の光源像の大きさを、第1のレンズアレイのレンズセルの短辺方向について規定するものである。この式が満たされるとき、第1および第2の光源からの光の1/2以上が、第2のレンズアレイの各レンズセルを第1のレンズアレイのレンズセルの短辺方向に2等分した面積内に結像することになり、偏光変換の効率が1以上になる。特に、M・L1/fc ≦ (1/4)・CHが満たされれば、偏光変換の効率は最大値2となる。

0024

第1のレンズアレイのレンズセルを矩形として、その短辺方向に第1の光源からの光と第2の光源からの光を分離するように配列し、各構成要素を、
PH/CH ≒ PW/CW ≦ L2/L1
(1/8)・CH ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CH
M・L1/fc ≦ (1/2)・CW
の関係を満たすように設定してもよい。

0025

これらの式中の各記号が表すものは前述のとおりである。この構成では、インテグレータ光学系による第1および第2の光源からの光の分離方向が第1のレンズアレイのレンズセルの短辺方向であるから、偏光変換光学系による偏光の分離の方向は第1のレンズアレイのレンズセルの長辺方向となる。第1の式は、第1のレンズアレイのレンズセルの光がこれと略相似形の液晶パネルの全面に入射することを保証する。

0026

第2の式は、第2のレンズアレイの各レンズセルにおける第1および第2の光源からの光の光軸すなわち光源像の中心の位置範囲を、第1のレンズアレイのレンズセルの短辺方向について規定するものである。この式を満たすことで、第1および第2の光源からの光をそれぞれ1/2以上液晶パネルに与えることが容易になる。特に、d・L1/fc=(1/4)・CHのとき、第2のレンズアレイのレンズセル上の第1および第2の光源像の中心は、第1のレンズアレイのレンズセルの短辺の長さの1/2だけ離間し、光源像が大きいときでも、第2のレンズアレイの各レンズセルに入る光源像の面積は最大となり、液晶パネルに与えられる光量は最多となる。

0027

第3の式は、第2のレンズアレイの各レンズセル上の第1および第2の光源像の大きさを、第1のレンズアレイのレンズセルの長辺方向について規定するものである。この式が満たされるとき、第1および第2の光源からの光の1/2以上が、第2のレンズアレイの各レンズセルを第1のレンズアレイのレンズセルの長辺方向に2等分した面積内に結像することになり、偏光変換の効率が1以上になる。特に、M・L1/fc ≦ (1/4)・CWが満たされれば、偏光変換の効率は最大値2となる。

発明を実施するための最良の形態

0028

本発明の投射型画像表示装置(以下、単に投射表示装置ともいう)の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に、第1の実施形態の投射型画像表示装置1の光学系の構成を示す。投射表示装置1は、第1の光源11a、第2の光源11b、第1の集光光学系12a、第2の集光光学系12b、反射光学系13、コリメータレンズ14、インテグレータ光学系15、偏光変換光学系16、フィールドレンズ17、偏光板18、液晶パネル19、および投射レンズ20より成る。

0029

この投射表示装置1は、光源11a、11bが発する光を集光光学系12a、12b、反射光学系13、コリメータレンズ14、インテグレータ光学系15、偏光変換光学系16、フィールドレンズ17、および偏光板18を介して液晶パネル19に導き、その光を液晶パネル19によって画像信号に応じて変調し、変調後の光を投射レンズ20によって図外のスクリーンに投射して、スクリーン上に画像を表示するものである。液晶パネル19は不図示の駆動回路によって駆動され、駆動回路にはテレビジョン信号パーソナルコンピュータが生成した信号等の画像信号が与えられる。

0030

光源11a、11bはメタルハライドランプ等のアーク放電ランプである。集光光学系12a、12bは、楕円をその長軸の回りに回転させた2次曲面を長軸に対して垂直方向に切断した形状のリフレクタであり、内面が反射面とされている。光源11a、11bは同性能であり、集光光学系12a、12bも同性能である。第1の光源11aおよび第2の光源11bはそれぞれ発光部(アーク)が第1の集光光学系12aおよび第2の集光光学系12bの第1焦点に位置するように配置されており、集光光学系12aおよび集光光学系12bは、長軸が一致しかつ第2焦点が近接するように対向して配置されている。

0031

第1焦点にある光源11a、11bが発する光は集光光学系12a、12bによって反射され、楕円面の特性により、それぞれ集光光学系12a、12bの第2焦点に集束する。ただし、光源11a、11bの発光部はある程度の大きさをもつから、集光光学系12a、12bからの光は集光位置においても厳密に点にはならず、集光位置における光束の断面は小径の円となる。

0032

反射光学系13は、断面が直角二等辺三角形三角柱の直交する面13a、13bを反射面としたものであり、集光光学系12aおよび12bの第2焦点がそれぞれ反射面13aおよび13bの上またはごく近傍に位置し、断面の斜辺が集光光学系12a、12bの長軸と平行になるように配置されている。集光光学系12a、12bによって反射され集束した光源11a、11bからの光は、反射面13a、13bによって反射されて同一方向に進む円錐状の発散光束となる。このとき、発散光束の光軸(光束の中心軸)は、集光光学系12a、12bと反射光学系13の位置関係により、集光光学系12a、12bの長軸と反射面13a、13bとの交点の距離だけ離間し、かつ平行となる。

0033

コリメータレンズ14は、反射光学系13からの2つの発散光束の光軸の中央にその光軸が位置し、かつ、光源11a、11bからの光の集光位置すなわち集光光学系12a、12bの第2焦点を、その焦点面に含むように配置されている。したがって、反射光学系13によって反射され発散光束となった第1、第2の光源11a、11bからの光はいずれも平行光束とされる。反射光学系13によって反射された第1、第2の光源11a、11bからの光の光軸は近接しており、平行光束とされた第1、第2の光源11a、11bからの光のほとんどの部分は互いに重なり合う。

0034

インテグレータ光学系15は、第1のレンズアレイ21、第2のレンズアレイ22および重畳レンズ23を有している。第1のレンズアレイ21は、液晶パネル19と略相似な矩形のレンズセル21cを、2次元のアレイ状に配列して成る。具体的には、レンズセル21cはその長辺方向に4つ、短辺方向に5つ配列されている。レンズセル21cの長辺は、集光光学系12a、12bの長軸に平行であり、したがって、反射光学系13によって反射された光の光軸の離間方向に一致している。液晶パネル19の長辺も集光光学系12a、12bの長軸に平行である。

0035

第2のレンズアレイ22は、第1のレンズアレイ21のレンズセル21cと同じ大きさで矩形のレンズセル22cを、2次元のアレイ状に配列して成る。第2のレンズアレイ22のレンズセル22cの数および配列方向は第1のレンズアレイ21と同じである。

0036

レンズアレイ21および22はそれぞれ、コリメータレンズ14の光軸に対して垂直に、かつ、中心をコリメータレンズ14の光軸が通るように配置されている。また、レンズアレイ21、22は、レンズアレイ21のレンズセル21cの焦点距離だけ離れた位置に配置されている。第1のレンズアレイ21のレンズセル21cと第2のレンズアレイ22のレンズセル22cは1対1に対応しており、対応するレンズセル21cとレンズセル22cの光軸は一致する。

0037

第1のレンズアレイ21の各レンズセル21cに入射する平行光束は、それぞれ第2のレンズアレイ22の対応するレンズセル22c上に結像して、光源11a、11bの像を形成する。このとき、反射光学系13によって反射された光源11a、11bからの光の光軸は近接していながらもレンズセル21cの長辺方向に離間しているため、第2のレンズアレイ22の各レンズセル22c上の第1の光源11aの像と第2の光源11bの像は、レンズセル21cの長辺方向に分離して形成される。

0038

第2のレンズアレイ22に形成される光源像の例を図2に示す。図2において、左右方向がレンズセル21cおよびレンズセル22cの長辺方向である。下向きの矢印で示した列に含まれる像が第1の光源11aのものであり、上向きの矢印で示した列に含まれる像が第2の光源11bのものである。光源11a、11bの像は、レンズセル21cの長辺方向に交互に現れる。

0039

このように、レンズアレイ22上には、第1のレンズアレイ21のレンズセル21cの2倍の数の光源像が2次元に形成される。これらの像の集合は画像投射用の面状の2次光源となり、その光は偏光変換光学系16を経て重畳レンズ23によって液晶パネル19に導かれる。

0040

重畳レンズ23は、第2のレンズアレイ22を透過した光を、第2のレンズアレイ22のあらゆる部位から液晶パネル19の全面に導く。したがって、液晶パネル19上のあらゆる部位には、レンズセル22cのうち中央に配置されているものを透過した光と周辺に配置されているものを透過した光が与えられ、また、第1の光源11aからの光と第2の光源11bからの光が与えられる。

0041

これにより、液晶パネル19には強度が均一な光が入射することになり、投射レンズ20によって投射される画像の明るさが均一になる。また、光源11a、11bからの光の周辺部も液晶パネル19に入射して、画像投射への光の利用効率が向上する。

0042

なお、ここでは第2のレンズアレイ22と重畳レンズ23を個別に備えているが、重畳レンズ23の機能を第2のレンズアレイ22にもたせて、重畳レンズ23を省略することも可能である。

0043

偏光変換光学系16は、インテグレータ光学系15の第2のレンズアレイ22と重畳レンズ23の間に配置されており、レンズアレイ22を透過した振動方向が無秩序な光を、所定の振動方向の直線偏光とこれに対して垂直な振動方向の直線偏光とに分離して、一方の振動方向を変換して他方の振動方向に一致させることにより、液晶パネル19に与えられる光を一方向の直線偏光とする。集光光学系12a、12bの長軸方向から見た偏光変換光学系16とインテグレータ光学系15を図3に示す。

0044

偏光変換光学系16は、PBSアレイ板24と1/2波長板25より成る。PBSアレイ板24には、S偏光を反射してP偏光を透過させる反射膜24a、24bの組が形成されている。反射膜24a、24bはレンズセル21c、22cの長辺方向に延びる帯状であり、レンズアレイ21、22の両端に達する長さを有する。反射膜24a、24bの組は、レンズセル21c、22cの短辺方向に、その方向のレンズセル21c、22cの数と同数すなわち5組形成されている。

0045

反射膜24a、24bは互いに平行であり、レンズセル21c、22cの光軸に対して45°傾いている。反射膜24a、24bの幅は、レンズセル21c、22cの1/2に対応するように、レンズセル21c、22cの短辺の1/√2に設定されている。また、反射膜24a、24bは、レンズセル21c、22cの短辺の1/2の等間隔で、レンズセル21c、22cの光軸が各組の一方の反射膜24aの中央を通るように配列されている。

0046

1/2波長板25も、レンズセル21c、22cの長辺方向に延び、レンズアレイ21、22の両端に達する長さを有する帯状である。1/2波長板25の幅はレンズセル21c、22cの短辺の1/2である。1/2波長板25は、PBSアレイ板24の重畳レンズ23側の面に、反射膜24bに対向するように等間隔で設けられている。

0047

第2のレンズアレイ22のレンズセル22cの中央部を透過した光は反射膜24aに入射し、そのうちP偏光は反射膜24aを透過して直接重畳レンズ23に至る。S偏光は反射膜24aによって反射され、隣の反射膜24bで再度反射されて1/2波長板25に入射し、これを透過することによってP偏光に変換されて重畳レンズ23に至る。したがって、レンズセル22cの中央部を透過した光は、全てP偏光に揃えられることになる。

0048

一方、各レンズセル22cの周辺部を透過した光は反射膜24bに入射し、そのうちP偏光は反射膜24bを透過して1/2波長板25に入射し、S偏光に変換されて重畳レンズ23に至る。また、S偏光は反射膜24bによって反射され、隣の反射膜24aで再度反射されて、S偏光のまま重畳レンズ23に至る。したがって、レンズセル22cの周辺部を透過した光は、全てS偏光となる。しかしながら、後に述べるように、各レンズセル22cの周辺部を透過する光が僅かになるようにレンズアレイ21は設定されており、レンズアレイ22を透過する光の大部分はP偏光となる。

0049

フィールドレンズ17は、インテグレータ光学系15の重畳レンズ23からの光を、液晶パネル19に対して略垂直な光とする。液晶パネル19はP偏光を変調するものであり、このため、偏光板18はP偏光を透過させるように設定されている。投射レンズ20は、液晶パネル19によって変調された光をスクリーンに投射して、スクリーン上に画像を表示する。投射レンズ20は焦点調節機構ズーム機構を備えており、投射距離投射倍率可変である。フィールドレンズ17が光を液晶パネル19に対して略垂直にすることにより、液晶パネル19の透過特性角度依存性による光の損失が避けられ、略全ての光が投射レンズ20に導かれる。

0050

レンズセル22cの中央部を透過した光はP偏光に揃えられており、偏光板18はP偏光を透過させるから、レンズセル22cの中央部を透過した光は全て液晶パネル19に与えられ、投射に利用される。一方、レンズセル22cの周辺部を透過した光は全てS偏光となるため、偏光板18を透過し得ない。

0051

仮に、レンズセル21cからの光がレンズセル22cの全面に均等に入射してそのままレンズセル22cを透過するとすると、偏光板18に導かれる光の半分はP偏光、残りの半分はS偏光となって、偏光変換光学系16を投射表示装置1に備える意味は失われる。このため、レンズセル21cからの光のできるだけ多くの部分が、レンズセル22cの短辺方向の中央部の1/2の範囲内に入るようにインテグレータ光学系15は設定されている。

0052

以下、光源11a、11bからの光をできるだけ多く投射に利用して、明るい画像を表示するための投射表示装置1の光学系の設定条件について説明する。これに関連する光学系の諸パラメータを次のように定義する。
CH:レンズセル21cの短辺の長さ
CW:レンズセル21cの長辺の長さ
PH:液晶パネル19の短辺の長さ
PW:液晶パネル19の長辺の長さ
L1:第1のレンズアレイ21と第2のレンズアレイ22間の光路長
L2:第2のレンズアレイ22とフィールドレンズ17間の光路長
fc:コリメータレンズ14の焦点距離
d :第1の集光光学系12aによる第1の集光位置と第2の集光光学系12bによる第2の集光位置間の距離の1/2
M :第1の光源11aからの光と第2の光源11bからの光の第1の集光位置および第2の集光位置における光束径の1/2

0053

光路長は光路上の媒質が空気であるとしたときの光学素子配設間隔である。本実施形態の投射表示装置1では、光路長L1は第1のレンズアレイ21と第2のレンズアレイ22の距離に等しく、光路長L2は、偏光変換光学系16が介在する分だけ、第2のレンズアレイ22とフィールドレンズ17の距離よりも長い。

0054

まず、インテグレータ光学系15の第1のレンズアレイ21に入射した光を全て液晶パネル19に導く必要がある。また、光が入射しない部位が生じないように、液晶パネル19の全面に光を導く必要がある。前述のように、第1のレンズアレイ21と液晶パネル19は略相似形であり、それぞれの長辺同士、短辺同士が対応している。したがって、レンズアレイ21の光を全て液晶パネル19に、かつ液晶パネル19の全面に導くためには
PH/CH ≒ PW/CW = L2/L1 ・・・(1)
が、必須の条件である。

0055

次に、光源11a、11bからの光ができるだけ多く第1のレンズアレイ21に入射する必要がある。このためには、集光光学系12a、12bにより集束する光源11a、11bからの光が全て反射光学系13の反射面13a、13bに入射することが望ましい。これは、集光光学系12a、12bの長軸と反射面13a、13bとの2つの交点すなわち第1、第2の集光位置の距離を、集光位置における光束の直径以上とすることにより達成される。したがって、
M ≦ d ・・・(2)
である。

0056

仮に、第1および第2の集光位置を一致させてd=0とすると、光源11a、11bからの光はそれぞれ半分ずつ反射光学系13の傍らを通過することになって、光源を2つ備えることの意味が失われる。

0057

液晶パネル19には第2のレンズアレイ22を透過した光が与えられる。したがって、第1のレンズアレイ21の各レンズセル21cは入射する光を、第2のレンズアレイ22の対応するレンズセル22c内にできるだけ多く結像させる必要がある。

0058

第2のレンズアレイ22の1つのレンズセル22c上の光源像の例を図4に示す。第1の光源11aの像Saと第2の光源11bの像Sbは、レンズセル22cの長辺方向に対称に形成される。長辺方向の中央の短辺に平行な線すなわち光源像Sa、Sbの対称軸は、反射光学系13の反射面13aと反射面13bの交線に対応する。以下に述べるように、光源像Sa、Sbのうち光が画像投射に利用されるのは、レンズセル22cの短辺方向中央部の斜線を付していない矩形の部分Aである。部分Aの周りの斜線を付した部分B1、B2の光を画像投射に利用することはできない。

0059

コリメータレンズ14の焦点距離がfcで第1のレンズアレイ21のレンズセル21cの焦点距離がL1であることから、第1、第2の集光位置に対する第2のレンズアレイ22における拡大倍率はL1/fcとなる。したがって、レンズアレイ22cの長辺方向の中心から光源像Sa、Sbの中心までの距離はd・L1/fcとなり、光源像Sa、Sbの半径はM・L1/fcとなる。

0060

図4の例は、式(2)が満たされず、光源11a、11bからの光の一部が反射光学系13によって反射されないときのものであり、本来円形である光源像Sa、Sbのそれぞれの一部が対称軸を境に欠落している。また、この例では、光源像Sa、Sbのそれぞれの別の一部B1が、短辺を超えて隣のレンズセルに形成されている。この部分B1の光は重畳レンズ23への入射角不適切になって、液晶パネル19に向けて射出しなくなる。

0061

光源像Sa、Sbがレンズセル22cの短辺を超えて隣のレンズセルに形成されることによる光の損失を防止するためには、
d・L1/fc+M・L1/fc ≦ (1/2)・CW ・・・(3)
が成り立つ必要がある。

0062

前述のように、偏光変換光学系16では、レンズセル22cの中央部の短辺の1/2の長さの範囲内の部分Aの光が所望のP偏光に全て揃えられ、この範囲外の部分B2の光は逆のS偏光となる。したがって、全ての光を所望のP偏光に変換して画像投射に利用するためには、レンズセル22c上の光源像Sa、Sbの直径はレンズセル22cの短辺の長さの半分以下でなければならない。これを光源像Sa、Sbの半径で表せば、
M・L1/fc ≦ (1/4)・CH ・・・(4)
となる。このとき偏光変換の効率は理論上の最大値2となる。

0063

式(1)〜(4)が全て満たされるとき、2つの光源11a、11bが発して集光光学系12a、12bにより集束させられた光は、全てインテグレータ光学系15に導かれ、S偏光が偏光変換光学系16によって全てP偏光に変換されて、インテグレータ光学系15から損失なく液晶パネル19に与えられる。図2の光源像はこの理想の状態を表している。このとき画像投射に利用される光の量は、1つの光源からの光を集光してそのまま液晶パネルに導く場合の4倍となる。しかも、インテグレータ光学系15によって光は均一な強度分布とされるから、図13(b)に示したように光束の周辺部を捨てる必要がなくなり、光の利用効率はさらに高くなる。

0064

しかしながら、式(2)〜(4)には、第1、第2の集光位置における光源11a、11bからの光の光束の半径Mが含まれている。光源11a、11bの発光部はある程度の大きさをもつため、光束の半径Mを小さくするには限界がある。また、光源11a、11bであるランプは消耗品であり、交換の必要が生じる。交換ランプには種々の規格のものがあり、規格ごとに発光量や発光部の大きさが相違する。光束の半径Mに式(2)〜(4)の厳密な制限を加えると、投射表示装置1で使用し得る交換ランプが限定されることになり、実用上好ましくないといえる。

0065

また、式(1)を厳密に満たすようにすると、外部からの衝撃や組立誤差によってインテグレータ光学系15と液晶パネル19の相対位置にずれが生じた場合に、液晶パネル19の周辺部に光が入射しない部位が生じる。その場合、表示する画像の周辺部が欠落することになる。

0066

このように、表示する画像の明るさに関しては理想的な条件である式(1)〜(4)を満たすことが、他の面で得策となるとは限らない。そこで、投射表示装置1では、これらの式の意味を考慮しつつ、より緩やかな制限の式(5)、(6)、(7)を満たすように設定している。
PH/CH ≒ PW/CW ≦ L2/L1 ・・・(5)
(1/8)・CW ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CW ・・・(6)
M・L1/fc ≦ (1/2)・CH ・・・(7)

0067

式(5)は、液晶パネル19がインテグレータ光学系15の光束の中に収まることを保証するものである。式(6)は、レンズセル22c上の光源像Sa、Sbが短辺を超えて隣のレンズセルに少し入ることを許容している。特に、d・L1/fc=(1/4)・CWのときは、第2のレンズアレイ22のレンズセル22c上の第1、第2の光源像Sa、Sbの中心は、レンズセル22cの長辺の長さの1/2だけ離間し、レンズセル22cに入る光源像Sa、Sbの面積は、光源像Sa、Sbの大小にかかわらず最大となる。

0068

式(7)は、レンズセル22c上の光源像Sa、Sbがレンズセル22cの中央部の短辺の1/2の範囲Aから出ることを許容するものであるが、等号が成り立つ場合でも、光源像Sa、Sbの外縁の円周がレンズセル22cの長辺に接するに過ぎず、光源像Sa、Sbのうちレンズセル22cの中央部の短辺の1/2の範囲Aに入る部分の方が、この範囲A外に出る部分よりも大きい。したがって、偏光変換効率は1を超え、確実に偏光変換の効果が得られる。

0069

集光光学系12a、12bが、光源11a、11bの光をどれだけ反射するかも光の利用効率に関係する。本投射表示装置1の集光光学系12a、12bのような楕円面のリフレクタの光の利用効率を図12に示す。図12において、横軸は、光源が配置される第1焦点と周上の点を結ぶ直線と長軸とのなす角で定義される放射角(長軸と周の第1焦点側の交点を0とする)であり、縦軸は、光源が発した全ての光に対するリフレクタによって反射され利用される光の割合である。放射角が大きいほどリフレクタによって反射される光は多いが、あまり放射角が大きくなると光源自体が大きさをもつことにより集光精度が低下するため、放射角は75%程度以上の光を反射して精度よく集光することができる110゜〜130°程度とするのがよい。

0070

なお、投射表示装置1では楕円面のリフレクタを集光光学系12a、12bとして使用しているが、集光光学系はこれに限られるものではない。例えば、放物面のリフレクタと集光レンズを用い、リフレクタの焦点に配置した光源の光をリフレクタで平行光束とし、これを集光レンズで集束させるようにすることができる。

0071

第2の実施形態の投射型画像表示装置2の光学系の構成を図5に示す。投射表示装置2は、第1の光源31a、第2の光源31b、第1の集光光学系32a、第2の集光光学系32b、反射光学系33、コリメータレンズ34、インテグレータ光学系35、偏光変換光学系36、3つの液晶パネル39R、39G、39B、および投射レンズ40を有する。

0072

この投射表示装置2は光源31a、31bからの光をR(赤)、G(緑)、B(青)の3色の光に分解して液晶パネル39R、39G、39Bに導き、3色の光をR、G、Bの画像信号に応じて個別に変調し、変調後の光を合成して投射することにより、スクリーン上にカラー画像を表示するものである。

0073

投射表示装置2は、光を色分解して液晶パネル39R、39G、39Bに導くために、2つのダイクロイックミラー51R、51B、3つの全反射ミラー52a、52b、52c、および2つのリレーレンズ53a、53bを備え、変調後の光を合成して投射レンズ40に導くためにクロスダイクロイックプリズム54を備えている。また、液晶パネル39R、39G、39Bのそれぞれに対して、フィールドレンズ37R、37G、37B、および偏光板38R、38G、38Bが設けられている。

0074

光源31a、31bおよび集光光学系32a、32bは第1の実施形態の投射表示装置1のものと同じである。光源31a、31bは発光部が集光光学系32a、32bの第1焦点に位置するように配置されている。集光光学系32a、32bは、互いの長軸が一致し第2焦点も一致している状態から、長軸に対して垂直な方向(図5紙面に対して垂直な方向)に僅かにずらして配置されている。

0075

斜方から見た反射光学系33を図6に示す。反射光学系33は2枚の平板状の全反射ミラーを、反射面33a、33bが直交するように、側面の中央近傍接合したものである。反射光学系33は、集光光学系32aおよび32bの第2焦点がそれぞれ反射面33aおよび33b上に位置し、反射面33a、33bが集光光学系32a、32bの長軸に対して45°傾くように配置されている。集光光学系32a、32bによって反射され集束した光源31a、31bからの光は、反射面33a、33bによって反射されて同一方向に進む円錐状の発散光束となる。このとき、発散光束の光軸は、集光光学系32a、32bと反射光学系33の位置関係により、集光光学系32aの第2焦点と集光光学系32bの第2焦点の距離だけ離間し、かつ平行となる。

0076

コリメータレンズ34は、反射光学系33からの2つの発散光束の光軸の中央にその光軸が位置し、かつ、光源31a、31bからの光の集光位置すなわち集光光学系32a、32bの第2焦点をその焦点面に含むように配置されている。したがって、反射光学系33によって反射され発散光束となった第1、第2の光源31a、31bからの光はいずれも平行光束とされる。反射光学系33によって反射された第1、第2の光源31a、31bからの光の光軸は近接しており、平行光束とされた第1、第2の光源31a、31bからの光のほとんどの部分は互いに重なり合う。

0077

インテグレータ光学系35は、第1のレンズアレイ41、第2のレンズアレイ42および重畳レンズ43を有している。第1のレンズアレイ41は、液晶パネル39R、39G、39Bと略相似な矩形のレンズセル41cを、2次元のアレイ状に配列して成る。レンズセル41cはその長辺方向に4つ、短辺方向に5つ配列されている。レンズセル41cの長辺は、第1の実施形態と同様に、集光光学系32a、32bの長軸に平行である。しかしながら、集光光学系32a、32cの第2焦点の離間方向が第1の実施形態の集光光学系12a、12bの第2焦点の離間方向と垂直になっているため、レンズセル41cの長辺ではなく短辺が反射光学系33によって反射された光の光軸の離間方向に一致している。

0078

第2のレンズアレイ42は、第1のレンズアレイ41のレンズセル41cを長辺方向に2等分した大きさの矩形のレンズセル42cを、隣合う2つのレンズセル42cが1つのレンズセル41cに対応するように、2次元のアレイ状に配列して成る。レンズセル42cの一辺はレンズセル41cの短辺に等しく、その隣の辺はレンズセル41cの長辺の1/2に等しい。

0079

レンズアレイ41はコリメータレンズ34の光軸に対して垂直に、かつ、中心をコリメータレンズ34の光軸が通るように配置されている。第1のレンズアレイ41と第2のレンズアレイ42の間には、直角プリズム44を含む偏光変換光学系36の一部が配設されているため、レンズアレイ42はコリメータレンズ34の光軸に対して平行に配置されており、直角プリズム44で折曲げられたコリメータレンズ34の光軸が中心を通る。また、レンズアレイ41、42は、レンズアレイ41のレンズセル41cの焦点が直角プリズム44を介して第2のレンズアレイ42のレンズセル42c上に位置する距離だけ離れて配置されている。

0080

偏光変換光学系36は、断面が直角二等辺三角形の直角プリズム44、1/2波長板45、および平行平板46より成る。直角プリズム44は直交する2面がレンズアレイ41、42に平行に対面するように配置されている。1/2波長板45は帯状であり、第2のレンズアレイ42の直角プリズム44側の面に、第1のレンズアレイ41のレンズセル41cの短辺方向に沿って設けられている。1/2波長板45はレンズセル41cの長辺の1/2の幅を有し、レンズセル41cに対応する2つのレンズセル42cのうちレンズアレイ41に近い側の列に対面している。

0081

平行平板46は直角プリズム44と同じ材質であり、直角プリズム44の斜面に接合されて、第1のレンズアレイ41のレンズセル41cの長辺の長さの1/2√2の厚さに設定されている。直角プリズム44と平行平板46の接合面46aはS偏光を反射しP偏光を透過させる反射膜とされており、平行平板46の他方の面46bは全反射ミラーとされている。したがって、直角プリズム44と平行平板46はPBSプリズムとして機能する。

0082

コリメータレンズ34からインテグレータ光学系35の第1のレンズアレイ41の各レンズセル41cに入射する平行光束は、それぞれ第2のレンズアレイ42の対応するレンズセル42c上に結像して、光源31a、31bの像を形成する。このとき、反射光学系33によって反射された光源31a、31bからの光の光軸は近接していながらもレンズセル41cの短辺方向に離間しているため、第2のレンズアレイ42の各レンズセル42c上の第1の光源31aの像と第2の光源31bの像は、レンズセル41cの短辺方向に分離して形成される。

0083

さらに、各レンズセル41cを出た光のうちS偏光は、反射膜46aによって反射されて、レンズセル41cに対応する2つのレンズセル42cのうち、レンズアレイ41に近い方のレンズセルに結像する。このレンズセルの入射面には1/2波長板45が設けられているため、これを透過することにより、S偏光であった光は結像したときにはP偏光に変換されている。

0084

一方、レンズセル41cを出たP偏光は反射膜46aを透過して反射面46bによって反射され、レンズセル41cに対応する2つのレンズセル42cのうち、レンズアレイ41から遠い方のレンズセルに結像する。このレンズセルの入射面には1/2波長板は設けられておらず、結像した光はP偏光のままである。こうして、光源31a、31bからの光はP偏光に揃えられる。

0085

第2のレンズアレイ42に形成される光源像の例を図7に示す。図7において、左右方向がレンズセル41cの長辺に対応する方向である。右向きの矢印で示した列に含まれる像が第1の光源31aのものであり、左向きの矢印で示した列に含まれる像が第2の光源31bのものである。また、下向きの矢印で示した列に含まれる像が元々P偏光の像であり、上向きの矢印で示した列に含まれる像がS偏光からP偏光に変換された像である。光源31a、31bの像はレンズセル41cの短辺方向に交互に現れ、偏光の振動方向が違っていた像はレンズセル41cの長辺方向に交互に現れる。

0086

このように、レンズアレイ42上には、第1のレンズアレイ41のレンズセル41cの4倍の数の光源像が2次元に形成される。これらの像の集合は画像投射用の面状の2次光源となり、その光は重畳レンズ43によって液晶パネル39R、39G、39Bに導かれる。

0087

重畳レンズ43は、第2のレンズアレイ42を透過した光を、第2のレンズアレイ42のあらゆる部位から液晶パネル39R、39G、39Bそれぞれの全面に導く。したがって、液晶パネル39R、39G、39B上のあらゆる部位には、レンズセル42cのうち中央に配置されているものを透過した光と周辺に配置されているものを透過した光が与えられ、また、第1の光源31aからの光と第2の光源31bからの光が与えられる。

0088

これにより、各液晶パネルには強度が均一な光が入射することになり、投射レンズ40によって投射される画像の明るさが均一になる。また、光源31a、31bからの光の周辺部も各液晶パネルに入射して、画像投射への光の利用効率が向上する。しかも、S偏光であった光が各液晶パネルに適合するP偏光に変換されるため、光の利用効率は一層高くなる。なお、重畳レンズ43の機能を第2のレンズアレイ42にもたせて、重畳レンズ43を省略するようにしてもよい。

0089

ダイクロイックミラー51R、51Bおよび全反射ミラー52a、52b、52cはいずれも入射する光の光軸に対して45゜傾けて配置されており、リレーレンズ53a、53b、フィールドレンズ37R、37G、37B、偏光板38R、38G、38B、および液晶パネル39R、39G、39Bは入射する光の光軸に対して垂直に配置されている。ダイクロイックミラー51RはR光を透過させ他の色の光を反射する。ダイクロイックミラー51BはB光を透過させ他の色の光を反射する。

0090

ダイクロイックミラー51R、51Bおよび全反射ミラー52a、52b、52cの隣合うもの間の距離は全て等しく設定されており、ダイクロイックミラー51Rからフィールドレンズ37Rおよび37Gに至る光路長は等しい。リレーレンズ53a、53bは、ダイクロイックミラー51Rからフィールドレンズ37Bに至る光路長と、ダイクロイックミラー51Rからフィールドレンズ37R、37Gに至る光路長の差を補正するために備えられている。

0091

フィールドレンズ37R、37G、37Bおよび偏光板38R、38G、38Bは第1の実施形態のフィールドレンズ17および偏光板18と同じものである。液晶パネル39R、39G、39Bはそれぞれ、個別に設けられた不図示の駆動回路によって駆動される。各駆動回路には、画像のR成分を表すR信号、G成分を表すG信号、B成分を表すB信号が与えられる。

0092

クロスダイクロイックプリズム54は4つの直角プリズムを接合して成り、接合面にはR光を反射し他の色の光を透過させる反射膜54Rと、B光を反射し他の色の光を透過させる反射膜54Bが設けられている。反射膜54Rと反射膜54Bは直交しており、また、液晶パネル39R、39G、39Bに対して45゜傾けて配置されている。

0093

インテグレータ光学系35の第2のレンズアレイ42の光源像の光は、重畳レンズ43を透過してダイクロイックミラー51Rに入射する。ダイクロイックミラー51Rに入射した光のうちR光は、このミラーを透過し、全反射ミラー52aによって反射されて、フィールドレンズ37Rおよび偏光板38Rを経て液晶パネル39Rに入射する。ダイクロイックミラー51Rに入射した光のうちG光およびB光は、このミラーによって反射されてダイクロイックミラー51Bに入射する。

0094

ダイクロイックミラー51Bに入射した光のうちG光は、このミラーによって反射されて、フィールドレンズ37Gおよび偏光板38Gを経て液晶パネル39Gに入射する。ダイクロイックミラー51Bに入射した光のうちB光は、このミラーを透過し、リレーレンズ53aを経て全反射ミラー52bによって反射され、さらにリレーレンズ53bを経て全反射ミラー52cによって反射され、フィールドレンズ37Bおよび偏光板38Bを経て液晶パネル39Bに入射する。

0095

液晶パネル39R、39G、39Bに入射したR光、G光、B光は、それぞれ対応する画像信号に応じて変調され、液晶パネル39R、39G、39Bを透過してクロスダイクロイックプリズム54に入射する。クロスダイクロイックプリズム54に入射したR光およびB光は、それぞれ反射膜54Rおよび54Bによって投射レンズ40に向けて反射される。クロスダイクロイックプリズム54に入射したG光はそのまま投射レンズ40に入射する。

0096

こうして変調後の3色の光が合成され、投射レンズ40によってスクリーンに投射される。これにより、カラー画像がスクリーン上に表示される。投射レンズ40は焦点調節機構とズーム機構を備えており、投射距離や投射倍率は可変である。なお、フィールドレンズ37R、37G、37Bが光を液晶パネル39R、39G、39Bに対して略垂直にすることにより、各液晶パネルおよびクロスダイクロイックプリズム54の角度依存性による光の損失が避けられ、略全ての光が投射レンズ40に導かれる。

0097

光源31a、31bからの光をできるだけ多く投射に利用して、明るい画像を表示するための投射表示装置2の光学系の設定条件は第1の実施形態の条件に類似する。相違は、投射表示装置1では、インテグレータ光学系15の第1のレンズアレイ21のレンズセル21cがその長辺方向に光源11a、11bからの光を分離し、偏光変換光学系16がレンズセル21cの短辺方向に偏光を分離するのに対し、投射表示装置2では、インテグレータ光学系35の第1のレンズアレイ41のレンズセル41cがその短辺方向に光源31a、31bからの光を分離し、偏光変換光学系36がレンズセル41cの長辺方向に偏光を分離する点にある。重畳レンズ43とフィールドレンズ37R、37G、37Bの間に配設されているダイクロイックミラー51R等の光学系は、光の利用効率には関与しない。

0098

本実施形態の光学系の諸パラメータを次のように定義する。
CH:レンズセル41cの短辺の長さ
CW:レンズセル41cの長辺の長さ
PH:液晶パネル39R、39G、39Bの短辺の長さ
PW:液晶パネル39R、39G、39Bの長辺の長さ
L1:第1のレンズアレイ41と第2のレンズアレイ42間の光路長
L2:第2のレンズアレイ42とフィールドレンズ37R、37G間の光路長
fc:コリメータレンズ34の焦点距離
d :第1の集光光学系32aによる第1の集光位置と第2の集光光学系32bによる第2の集光位置間の距離の1/2
M :第1の光源31aからの光と第2の光源31bからの光の第1の集光位置および第2の集光位置における光束径の1/2

0099

インテグレータ光学系35の第1のレンズアレイ41に入射した光を全て液晶パネル39R、39G、39Bに、かつその全面に導く条件は、前掲の式(1)のとおりである。また、光源31a、31bからの光を全てインテグレータ光学系35に入射させる条件は式(2)のとおりである。

0100

第1のレンズアレイ41の各レンズセル41cが、入射する光を第2のレンズアレイ42の対応するレンズセル42c内にできるだけ多く結像させる条件を、図8を参照して説明する。図8は、レンズセル41cに対応する2つのレンズセル42cのうちの一方に形成される光源31a、31bの元々P偏光の像を示したものである。他方に形成されるS偏光からP偏光に変換された光源像も図示した像と同じになる。図8において、左右方向が第1のレンズアレイ41のレンズセル41cの長辺方向に、上下方向が短辺方向に相当する。

0101

第1の光源31aの像Saと第2の光源31bの像Sbは、レンズセル42c上にレンズセル41cの短辺方向に対称に形成される。レンズセル41cの短辺方向中央の長辺方向の線すなわち光源像Sa、Sbの対称軸は、反射光学系33の反射面33aと反射面33bの境界線に対応する。以下に述べるように、光源像Sa、Sbのうち光が画像投射に利用されるのは、中央部の斜線を付していない矩形の部分Aである。部分Aの周りの斜線を付した部分B1、B2の光を画像投射に利用することはできない。

0102

コリメータレンズ34の焦点距離がfcで第1のレンズアレイ41のレンズセル41cの焦点距離がL1であることから、第1、第2の集光位置に対する第2のレンズアレイ42における拡大倍率はL1/fcとなる。したがって、対称軸から光源像Sa、Sbの中心までの距離はd・L1/fcとなり、光源像Sa、Sbの半径はM・L1/fcとなる。

0103

図8の例は、式(2)が満たされず、光源31a、31bからの光の一部が反射光学系33によって反射されないときのものであり、本来円形である光源像Sa、Sbのそれぞれの一部が対称軸を境に欠落している。また、この例では、光源像Sa、Sbのそれぞれの別の一部B1が、レンズセル41cの短辺方向の隣のレンズセルに入射している。この部分B1の光は重畳レンズ43への入射角が不適切になって、液晶パネル39R、39G、39Bに向けて射出しなくなる。

0104

光源像Sa、Sbがレンズセル41cの短辺方向の隣のレンズセルに入射することによる光の損失を防止するためには、
d・L1/fc+M・L1/fc ≦ (1/2)・CH ・・・(8)
が成り立つ必要がある。

0105

偏光変換光学系36では、レンズセル41cの長辺方向にP偏光とS偏光を分離し、図示したレンズセル42cの左右に位置する隣のレンズセルに対向して1/2波長板45が設けられているから、光源像Sa、Sbのうちこれら隣のレンズセル上の部分B2は利用し得ないS偏光となる。したがって、全ての光を所望のP偏光に変換して画像投射に利用するためには、レンズセル42c上の光源像Sa、Sbの直径はレンズセル41cの長辺の長さの半分以下でなければならない。この条件は、
M・L1/fc ≦ (1/4)・CW ・・・(9)
となる。このとき偏光変換の効率は理論上の最大値2となる。

0106

式(1)、(2)、(8)、(9)が全て満たされるとき、2つの光源31a、31bが発して集光光学系32a、32bにより集束させられた光は、全てインテグレータ光学系35に導かれ、S偏光が偏光変換光学系36によって全てP偏光に変換されて、インテグレータ光学系35から損失なく各液晶パネルに与えられる。図7の光源像はこの理想の状態を表している。このとき画像投射に利用される光の量は、1つの光源からの光を集束してそのまま液晶パネルに導く場合の4倍となる。しかも、インテグレータ光学系35によって光は均一な強度分布とされるから、図13(b)に示したように光束の周辺部を捨てる必要がなくなり、光の利用効率はさらに高くなる。

0107

しかしながら、第1の実施形態で述べた理由により、表示する画像の明るさに関しては理想的な条件である式(1)、(2)、(8)、(9)を満たすことは、必ずしも他の面で得策にはならない。そこで、投射表示装置2では、これらの式の意味を考慮しつつ、より緩やかな制限の式(10)、(11)を前掲の式(5)とともに満たすように設定している。
(1/8)・CH ≦ d・L1/fc ≦ (3/8)・CH ・・・(10)
M・L1/fc ≦ (1/2)・CW ・・・(11)

0108

式(5)により、液晶パネル39R、39G、39Bがインテグレータ光学系35の光束の中に収まることが保証される。式(10)は、レンズセル42c上の光源像Sa、Sbがレンズセル41cの短辺方向の隣のレンズセルに少し入ることを許容している。特に、d・L1/fc=(1/4)・CHのときは、第2のレンズアレイ42のレンズセル42c上の第1、第2の光源像Sa、Sbの中心は、レンズセル41cの短辺の長さの1/2だけ離間し、レンズセル42cに入る光源像Sa、Sbの面積は、光源像Sa、Sbの大小にかかわらず最大となる。

0109

式(11)は、レンズセル42cに入るべき光源像Sa、Sbがレンズセル41cの長辺方向の隣のレンズセルに入ることを許容するものであるが、等号が成り立つ場合でも、光源像Sa、Sbの外縁の円周が隣のレンズセルの中央に達するに過ぎず、光源像Sa、Sbのうちレンズセル42cに入る部分の方が、隣のレンズセルに入る部分よりも大きい。したがって、偏光変換効率は1を超え、確実に偏光変換の効果が得られる。

0110

本実施形態の集光光学系32a、32bも放射角を110゜〜130°程度とするのがよい。また、他の集光光学系を用いてもよい。

0111

なお、第1の実施形態の投射表示装置1はカラー画像を表示するものではないが、重畳レンズ23以降を第2の実施形態のように構成することで、カラー画像を表示することも容易である。液晶パネル19として、R光、G光、B光のいずれかを選択的に透過させるカラーフィルターを各画素に備えたものを使用することにより、カラー画像を表示することも可能である。

0112

第1の実施形態ではPBSアレイ方式で、第2の実施形態ではPBSプリズム方式で偏光変換を行っているが、偏光変換の方式は2つの光源からの光を分離する方向に依存するものではない。いずれの偏光変換方式を採用する場合でも、偏光変換のための偏光分離の方向と光源からの光の分離方向が垂直であればよい。

0113

第1、第2の実施形態の投射型画像表示装置1、2では、2つの光源を用いて均一で高い明るさの画像を表示し、しかも光源からの光を無駄なく利用するという本発明の目的が、十分に達成される。ところで、実用上は、明るい画像を表示することが常に要求されるとは限らず、むしろ、表示する画像の明るさを環境の明るさに応じて切り換え得るようにする方が好ましいといえる。画像の明るさの切り換えは、2つの光源を共に点灯するか一方のみを点灯するかによって行うことが可能である。

0114

投射表示装置1、2においては、反射光学系によって、第1の光源からの光と第2の光源からの光の光軸を平行にしている。このため、次の理由により、一方の光源のみを点灯するときに、液晶パネルに導かれる光の強度が僅かながら不均一になる。

0115

集光光学系によって集束された光源からの光の強度分布は、図13(a)に示したように不均一であり、インテグレータ光学系の第1のレンズアレイにはこの不均一な強度分布の光が入射する。また、第1のレンズアレイは、その中心を第1の光源からの光と第2の光源からの光の平行な光軸の中央が通るように設定されている。このため、第1のレンズアレイ上での第1の光源からの光の強度分布は、第1のレンズアレイの中心に関して、第1、第2の光源からの光の光軸の離間方向に非対称になり、第2の光源からの光の強度分布も同様に非対称になる。

0116

第2のレンズアレイの各レンズセルには第1のレンズアレイの対応するレンズセルから光が導かれるが、第1のレンズアレイ上での光の強度分布が非対称であれば、第2のレンズアレイ上での光の強度分布も非対称になる。すなわち、第2のレンズアレイの中心から光軸の離間方向について等しい距離に位置する2つのレンズセル上の光源像の輝度が、互いに対称でなくなる。第2のレンズアレイの各レンズセルからの光は液晶パネル上で重ね合わせられるものの、第2のレンズアレイの光源像の輝度が系統的に非対称になることにより、液晶パネルに導かれる光の強度も光軸の離間方向について対称でなくなる。

0117

液晶パネルに導かれる光の強度が不均一になると、表示される画像の明るさも不均一になる。ただし、この状況でも、明るさは画像の一端から他端に向かって徐々に変化するから、明るさの不均一さがむらとして明瞭に認識されることはない。しかし、第2の実施形態の投射表示装置2のように、光を3色光に分解してそのうちの1色の光をリレーレンズによって液晶パネルに導く構成では、その1色の光については強度分布が他の2色の逆になるため、色むらとして認識されることがある。B光をリレーレンズで導く投射表示装置2の例では、青の色成分が強い領域と弱い領域が生じることになる。

0118

以下、第1の光源と第2の光源の一方のみを点灯する場合でも、液晶パネルに均一な強度の光を導くことが可能な第3、第4の実施形態の投射型画像表示装置3、4について説明する。

0119

第3の実施形態の投射型画像表示装置3の光学系の構成を図9に示す。この投射表示装置3は、第1の実施形態の投射表示装置1の反射光学系13に代えて、反射光学系63を備えたものである。他の構成要素は投射表示装置1のものと同じである。

0120

反射光学系63は断面が二等辺三角形の三角柱の2つの面63a、63bを反射面としたものであるが、反射光学系13と異なり、反射面63a、63bのなす角度は90゜よりもやや大きく設定されている。第1、第2の集光光学系12a、12bに対する反射光学系63の位置関係は投射表示装置1と同じであり、反射光学系63は、反射面63aによって第1の光源11aからの光をその集光位置で反射し、反射面63bによって第2の光源11bからの光をその集光位置で反射する。反射後の光源11a、11bからの光は発散光束となる。

0121

反射面63a、63bの角度は、反射後の第1の光源11aからの光の光軸と、第2の光源11bからの光の光軸が、それぞれインテグレータ光学系15の第1のレンズアレイ21の中心を通るように設定されている。すなわち、本実施形態の投射表示装置3では、反射光学系63によって反射された光源11a、11bからの光の光軸を、平行に近いながらも平行とはせず、第1のレンズアレイ21上で交差させる。

0122

第1のレンズアレイ21の各レンズセル21cから第2のレンズアレイ22に導かれる第1の光源11aからの光と第2の光源1bからの光は、互いの光軸に角度差があることにより、第2のレンズアレイ22の各レンズセル22c上で分離する。したがって、投射表示装置1と同様に、レンズセル22c上には光源11a、11bの2つの像が形成される。

0123

第1の光源11aからの光の第1のレンズアレイ21上での強度分布は、光軸がレンズアレイ21の中心を通るように設定されているため、レンズアレイ21の中心に関して対称になる。第2の光源11bからの光のレンズアレイ21上での強度分布も、光軸がレンズアレイ21の中心を通るように設定されているため、レンズアレイ21の中心に関して対称になる。

0124

したがって、光源11a、11bの双方を点灯するときのみならず、一方のみを点灯するときでも、第2のレンズアレイ22上に形成される光源像の輝度がレンズセル22c間で対称になり、インテグレータ光学系15は強度の均一な光を液晶パネル19に与えることできる。つまり、投射表示装置3によって表示される画像の明るさは常に均一である。

0125

集光光学系12a、12bの長軸と反射面63a、63bの2つの交点の距離の半分、すなわち第1の光源11aからの光の第1の集光位置と第2の光源11bからの光の第2の集光位置の距離の半分をdで表すとき、この距離d、第1のレンズアレイ21のレンズセル21cの長辺の長さCW、コリメータレンズ14の焦点距離fc、第1のレンズアレイ21と第2のレンズアレイ22間の光路長L1の関係は、式(6)を満たすように設定されている。また、他の諸パラメータも式(5)、(7)を満たすように設定されている。したがって、投射表示装置3は、光源11a、11bからの光を画像投射に効率よく利用することができる。

0126

なお、ここでは、反射面63a、63bが鈍角の反射光学系63を用いたが、反射面が垂直な反射光学系13を使用し、その反射面13a、13bに対する集光光学系12a、12bの角度を変えることで、光源11a、11bからの光の光軸をレンズアレイ21上で交差させるようにしてもよい。

0127

第4の実施形態の投射型画像表示装置4の光学系の構成を図10に示す。この投射表示装置4は、上記第3の実施形態の投射表示装置3の光源11a、11bからインテグレータ光学系15までの構成と、第2の実施形態の投射表示装置2のダイクロイックミラー51Rから投射レンズ40までの構成を組み合わせたものである。また、インテグレータ光学系15とダイクロイックミラー51Rの間に全反射ミラー52dを配置して、装置構成コンパクトにしている。

0128

上述のように、光源11a、11bの一方のみを点灯するときでも、インテグレータ光学系15は強度が均一な光を液晶パネル39R、39G、39Bに与えることができる。したがって、色分解後のR光、G光、B光はどれも強度分布が対称であり、B光が途中でリレーレンズ53bによって反転させられても、その強度分布は変化しない。このため、リレーレンズ53a、53bを介して液晶パネル39Bに導かれるB光と、リレーレンズを介することなく液晶パネル39R、39Gに導かれるR光、G光に強度差は発生せず、常に色むらのない画像を表示することができる。

0129

なお、投射表示装置4も、諸パラメータが式(5)、(6)、(7)の関係を満たすように設定されており、光源11a、11bからの光が画像投射に効率よく利用される。

0130

上記の各実施形態においては、第1、第2の光源からの光を重ね合わせてコリメータレンズに導くための反射光学系として反射面を2つ有するものを使用し、第1、第2の光源からの光を共に反射するようにしたが、一方の光源からの光だけを反射する反射光学系を使用することも可能である。

0131

このような反射光学系を備えた第5の実施形態の投射型画像表示装置5の、光源からインテグレータ光学系の第1のレンズアレイまでの光学系の構成を図11に示す。この投射表示装置5は、第3の実施形態の投射表示装置3に、反射面73aのみを有する平面ミラーを反射光学系73として備えたものである。反射面73aは反射光学系13の反射面13aと等価なものであり、反射面73aと第1の集光光学系12aの位置関係は投射表示装置3と同じである。第2の集光光学系12bの集光位置は第1の集光光学系12aの集光位置に近接するが、第2の集光光学系12bの長軸は、直接第1のレンズアレイ21の中心を通るように配置されており、また、反射面73aとは交わらない。

0132

第1の光源11aからの光は反射面73aによって反射され、第2の光源11bからの光は反射面73aの傍らを直進する。反射面73a上および反射面73aに近接した集光位置をそれぞれ通過した第1、第2の光源11a、11bからの光は発散光束となり、重なり合ってコリメータレンズ14に入射して、平行光束とされる。

発明の効果

0133

本発明の投射型画像表示装置によると、2つの光源を備えたことおよび偏光変換光学系を備えて一方向の直線偏光に変換するようにしたことで、画像投射に用いる光の量が増大して明るい画像を表示することが可能である上、インテグレータ光学系を備えて光の強度分布を均一にしたことで明るさにむらのない画像を表示することができる。しかも、インテグレータ光学系による光源からの光の分離と偏光変換光学系による偏光の分離の方向は垂直であるから、偏光分離を確実に行うことができて、明るさの均一化を図ることによって明るさの向上が図り難くなるというおそれがない。さらに、液晶パネルに導かれる光の大部分は一方向の直線偏光であり、振動方向の異なる偏光成分は僅かであるから、液晶パネルの入射側に配置する偏光板の負担が軽減し、高性能の偏光板を備える必要がなくなる。

0134

2つの光源からの光の光軸を第1のレンズアレイ上で交差せる構成では、光源の一方を点灯しないときでも、あるいは2つの光源の発光量が異なるときでも、均一な明るさの画像を表示することができる。また、インテグレータ光学系からの光を色分解し、分解後のいずれかの色光をリレーレンズを介して液晶パネルに導くときでも、表示する画像に色むらが生じない。

0135

インテグレータ光学系を構成する第1のレンズアレイのレンズセルを矩形としてその長辺方向に第1および第2の光源からの光を分離するように配列して、式(5)、(6)および(7)の関係を満たすようにした構成では、各光源からの光の大部分を液晶パネルに与えることができ、かつ液晶パネルに与える光の多くを一方向の直線偏光とすることができる。したがって、画像投射への光の利用効率が高くなり、明るさが均一で、1つの光源からの光をそのまま画像投射に用いる場合に比べて確実に明るい画像を表示することができる。各式の範囲内において条件を最適化することも可能であり、その場合は、2つの光源からの光を全て画像投射に利用することができ、表示される画像の明るさは最高になる。

0136

第1および第2の光源からの光を短辺方向に分離するように第1のレンズアレイのレンズセルを配列して、式(5)、(10)および(11)を満たすようにした構成でも同様である。

図面の簡単な説明

0137

図1第1の実施形態の投射型画像表示装置の光学系の全体構成を示す図。
図2第1の実施形態の投射型画像表示装置の第2のレンズアレイに形成される光源像の例を示す図。
図3第1の実施形態の投射型画像表示装置の偏光変換光学系とインテグレータ光学系を集光光学系の長軸方向から見た図。
図4第1の実施形態の投射型画像表示装置の第2のレンズアレイの1つのレンズセル上の光源像の例を示す図。
図5第2の実施形態の投射型画像表示装置の光学系の全体構成を示す図。
図6第2の実施形態の投射型画像表示装置の反射光学系の斜視図。
図7第2の実施形態の投射型画像表示装置の第2のレンズアレイに形成される光源像の例を示す図。
図8第2の実施形態の投射型画像表示装置の第2のレンズアレイの1つのレンズセル上の光源像の例を示す図。
図9第3の実施形態の投射型画像表示装置の光学系の全体構成を示す図。
図10第4の実施形態の投射型画像表示装置の光学系の全体構成を示す図。
図11第5の実施形態の投射型画像表示装置の光学系の一部の構成を示す図。
図12楕円面リフレクタの光の利用効率を示す図。
図13従来の投射型画像表示装置の液晶パネルに供給される光の強度分布および液晶パネルが利用する光束の範囲を示す図。

--

0138

1投射型画像表示装置
11a、11b光源
12a、12b集光光学系
13反射光学系
14コリメータレンズ
15インテグレータ光学系
16偏光変換光学系
17フィールドレンズ
18偏光板
19液晶パネル
20投射レンズ
21レンズアレイ
21cレンズセル
22 レンズアレイ
22c レンズセル
23重畳レンズ
24PBSアレイ板
24a、24b S偏光反射膜
25 1/2波長板
2 投射型画像表示装置
31a、31b 光源
32a、32b 集光光学系
33 反射光学系
34 コリメータレンズ
35 インテグレータ光学系
36 偏光変換光学系
37R、37G、37B フィールドレンズ
38R、38G、38B 偏光板
39R、39G、39B 液晶パネル
40 投射レンズ
41 レンズアレイ
41c レンズセル
42 レンズアレイ
42c レンズセル
43 重畳レンズ
44直角プリズム
45 1/2波長板
46 平行平板
46a S偏光反射膜
46b全反射
51R、51Bダイクロイックミラー
52a、52b、52c全反射ミラー
53a、53bリレーレンズ
54クロスダイクロイックプリズム
3 投射型画像表示装置
63 反射光学系
4 投射型画像表示装置
52d 全反射ミラー
5 投射型画像表示装置
73 反射光学系

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 京セラ株式会社の「 表示装置、表示システム、移動体、および表示方法」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題・解決手段】表示装置10は、画像投影部11と、制御部15と、を備える。画像投影部11は、被投影面に画像を投影する画像投影光を射出する。制御部15は、画像投影部11が射出する画像投影光の出射方向を... 詳細

  • 株式会社デンソーの「 虚像表示装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】虚像の視認性が良好な虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのHUD装置は、投影部へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する。HUD装置は、第1方向の偏光を反射する... 詳細

  • パナソニック液晶ディスプレイ株式会社の「 液晶表示装置」が 公開されました。( 2019/05/23)

    【課題】斜め混色を低減することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板に対して第1方向に配置され、カラーフィルタを含む第2基板と、前記第1基板と前記第2基板... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ