JP2000347129A - 投影光学系 - Google Patents

投影光学系

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JP2000347129A
JP2000347129A JP11160664A JP16066499A JP2000347129A JP 2000347129 A JP2000347129 A JP 2000347129A JP 11160664 A JP11160664 A JP 11160664A JP 16066499 A JP16066499 A JP 16066499A JP 2000347129 A JP2000347129 A JP 2000347129A
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JP
Japan
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lens
light
light source
lens member
screen
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JP11160664A
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English (en)
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Shuichi Kikuchi
修一 菊地
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置等の透過率分布情報をスクリー
ンに投影するための投影光学系において、コントラスト
の低下が少なく、光源からスクリーンまでの距離も短く
する。 【解決手段】 面光源2と、該面光源からの光を集光す
るレンズ部材4と、上記面光源とレンズ部材との間に配
置された遮光部材3と、上記レンズ部材を通過した光に
よって照明される透過率が部分的に異なる被照明体5
と、該被照明体を透過した光を投影するスクリーンとに
よって構成される投影光学系1であって、レンズ部材
は、被照明体に比べ十分に小さい多数のレンズ素子7、
7、・・・を有すると共に、該レンズ素子を面光源側が
凹面、被照明体側が凸面にそれぞれ形成し、遮光部材に
は、レンズ部材の各レンズ素子毎に対応した筒状の透光
孔8、8、・・・を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、例えば液晶表示装
置等の透過率分布情報をスクリーンに投影するための投
影光学系に関する。
【0002】
【従来の技術】光源によって照明された、透過率分布
(透過率が部分的に異なる)を有する被照明体をレンズ
部材によってスクリーン上に結像させる投影方式があ
る。このような方式にあっては、光源からスクリーンま
での距離が大きくなってしまうという特性がある。
【0003】ところで、例えば、特開平8−20193
0号公報に開示されたように、結像レンズとして、所謂
セルフォックレンズアレイを用いることによって、被照
明体からスクリーンまでの距離を短縮する用にした投射
方式がある。上記公報に記載された方式によれば、被照
明体からスクリーンまでの距離は、前記レンス゛部材を用い
た場合よりも短くすることが可能であるが、セルフォッ
クレンズアレイで正立正像を得る必要があるときには、
被照明体からスクリーンまでは、ある程度の距離が必要
である(上記公報に記載のものの場合、50mm以上と推
測される。)。
【0004】また、結像レンズであるレンズ体を廃し、
被照明体とスクリーンとをできるだけ近づける、所謂影
絵方式が従来から公知である。しかしながら、この影絵
方式にあっては、光源から被照明体までの距離を長く取
ることによって、スクリーンに投影された像のコントラ
ストを上げることが可能であるが、光源からスクリーン
までの距離を短くできないという問題があった。
【0005】尚、上記影絵方式において、光源から被照
明体までの間にレンズ部材を設け、光源の像を見かけ上
遠距離に配置することは可能であるが、光源の像も大き
くなってしまうため、被照明体とスクリーンとを密着さ
せることができない場合には、投影像のコントラストが
低くなってしまう。更に、レンズ部材として1枚のレン
ズを使用すると、該レンズの外径が大きくなると共に、
厚みも厚くなってしまう。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、液晶表示装置等の透過率分布情報をスクリーン
に投影するための投影光学系において、コントラストの
低下が少なく、光源からスクリーンまでの距離も短くす
ることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、面光源と、該面光源からの光を集光する
レンズ部材と、上記面光源とレンズ部材との間に配置さ
れた遮光部材と、上記レンズ部材を通過した光によって
照明される透過率が部分的に異なる被照明体と、該被照
明体を透過した光を投影するスクリーンとによって構成
される投影光学系であって、レンズ部材は、被照明体に
比べ十分に小さい多数のレンズ素子を有すると共に、該
レンズ素子を面光源側が凹面、被照明体側が凸面にそれ
ぞれ形成し、遮光部材には、レンズ部材の各レンズ素子
毎に対応した筒状の透光孔を形成したものである。
【0008】従って、コントラストの低下が少なく、光
源からスクリーンまでの距離も短くすることが可能とな
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に、本発明投影光学系の実施
の形態について、添付図面を参照して説明する。
【0010】初めに本発明の概略について説明する。
【0011】本発明投影光学系は、面光源と、該面光源
からの光を集光するレンズ部材と、上記面光源とレンズ
部材との間に配置された遮光部材と、上記レンズ部材を
通過した光によって照明される透過率が部分的に異なる
被照明体と、該被照明体を透過した光を投影するスクリ
ーンとによって構成される投影光学系であって、レンズ
部材は、被照明体に比べ十分に小さい多数のレンズ素子
を有すると共に、該レンズ素子を面光源側が凹面、被照
明体側が凸面にそれぞれ形成し、遮光部材には、レンズ
部材の各レンズ素子毎に対応した筒状の透光孔を形成し
たことを特徴とする。
【0012】また、本発明投影光学系は、RCVをレンズ
素子の凸面(Convex)の曲率半径、RCCをレンズ素子の
凹面(concave)の曲率半径、Dをレンズ素子の肉厚と
すると、 |RCV|−|RCC|<D の条件を満足するようにしたことを特徴とする。
【0013】更に、本発明投影光学系は、スクリーンが
感光性を有する記録面であり、被照明体を透過した透過
光の露光時間内に、遮光部材又はレンズ部材を面光源と
平行に変位するようにしたことを特徴とする。
【0014】即ち、投影光学系1は、図1に構成の概略
を示すように、面光源(平面光源)2、遮光部材3、レ
ンズ部材(マイクロレンズアレイ)4、被照明体(液晶
表示装置=LCD)5及びスクリーン6から成るもので
ある。
【0015】上記レンズ部材4は、図2乃至図6に示す
ように、多数のレンズ素子7、7、・・・の集合体であ
り、各レンズ素子7はそれぞれ、凹面を光源側、凸面を
スクリーン側に向けたメニスカスレンズであり、前記条
件式を満足する形状に形成されている。従って、メニス
カスレンズのレンズ素子7、7、・・・によって、焦点
距離を長くしながらバックフォーカスを小さくすること
が可能となる。
【0016】上記平面光源2とレンズ部材4との間に配
置された遮光部材3には、上記レンズ素子7、7、・・
・の位置及び数に対応した多数の筒状の透光孔8、8、
・・・が形成されている。このような遮光部材3によっ
て、レンズ部材4に画角の大きな光線が入射するのを防
止している。
【0017】また、上記レンズ素子7、7、・・・の焦
点位置は、光源の近くとされている。このように、レン
ズ素子7、7、・・・の焦点距離を長くすることによっ
て、LCD5に入射する光線の角度を垂直に近くするこ
とができるので、LCD5を透過した光がスクリーン6
に投影像を作るときには、コントラストの高い像を獲る
ことが可能となる。
【0018】更に、各レンズ素子7を前記条件式を満足
するように構成することによって、更に、焦点距離を長
く保ちながらバックフォーカスを小さくすることができ
るようになって、一層、平面光源2とレンズ部材4との
間隔を小さくしながら、LCD5に表示される情報を、
より高いコントラストでスクリーンに投影することが可
能となる。
【0019】更にまた、前記したように、スクリーン6
を感光性を有する記録面とし、被照明体であるLCD5
の透過光の露光時間内に、遮光部材3又はレンズ部材4
を面光源1と平行に変位させることにより、遮光部材3
及びレンズ部材4の隣り合った透光孔8及びレンズ素子
7の繋ぎの部分での光量ムラを低減させることが可能に
なる。
【0020】以下、本発明の具体的な実施例について説
明する。
【0021】投影光学系1は、図2に示すように、図示
しない蛍光灯、反射面及び拡散板で構成される平面光源
2と、下記の表1に各数値を示す多数のレンズ素子7の
集合体であるレンズ部材4と、レンズ部材4の平面光源
2の側に配置され各レンズ素子7に入射する光線を制限
する、レンズ素子7、7、・・・と同ピッチ透光孔8が
形成された遮光部材3と、図示しない適宜なドライバ回
路によって駆動されるLCD5と、平面感光材(スクリ
ーン)6とによって構成されている。
【0022】
【表1】
【0023】尚、上記表1中において、図3及び図4に
示すように、「L」は発光面2aからレンズ素子7の凹
面の頂点までの距離、「Ca」は遮光部材3の透光孔8
の開口径、「Cb」はレンズ素子7の径、「Nd」はd
線での屈折率、「νd」はd線でのアッベ数である。
【0024】また、平面感光材6は、図示しない送り機
構によって、適宜な位置へのセッティング及び排出が行
われる。また、遮光部材3とレンズ部材4は、図示しな
いアクチュエータ等により、露光中は平面光源2の発光
面2aと平行な方向に変位するようになっている。尚、
遮光部材3とレンズ部材4と共に、平面光源2も変位さ
せるようにしてもよい。
【0025】尚、平面光源2は、上記した蛍光灯、反射
面及び拡散板で構成されるもの以外にも、例えば、多数
のLEDを平面的に並べて成る、所謂LEDアレイでも
良い。この場合、各LEDは、発光面が遮光部材3の各
透光孔8に対向するような位置に配置する。
【0026】更に、レンズ部材4を遮光部材3の側、又
は、スクリーン6の側から見た各レンズ素子7の平面形
状は、図5に示すように正方形、若しくは、図6に示す
ように円形のどちらでも良く、また、遮光部材3の透光
孔8の開口形状も、図3に示すように、正方形、又は、
円形のどちらでも良く、更に、図4に示すように、平面
光源2側の開口径をレンズ部材4の側の開口径よりも小
さくした、略漏斗状に形成しても良い。
【0027】尚、前記実施の形態において示した各部の
具体的な形状及び構造は、何れも本発明を実施するに当
たっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、こ
れらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈される
ことがあってはならないものである。
【0028】
【発明の効果】以上に説明したように本発明投影光学系
は、面光源と、該面光源からの光を集光するレンズ部材
と、上記面光源とレンズ部材との間に配置された遮光部
材と、上記レンズ部材を通過した光によって照明される
透過率が部分的に異なる被照明体と、該被照明体を透過
した光を投影するスクリーンとによって構成される投影
光学系であって、レンズ部材は、被照明体に比べ十分に
小さい多数のレンズ素子を有すると共に、該レンズ素子
を面光源側が凹面、被照明体側が凸面にそれぞれ形成
し、遮光部材には、レンズ部材の各レンズ素子毎に対応
した筒状の透光孔を形成したので、レンズ部材の焦点距
離を長くしながらバックフォーカスを小さくすることが
可能になって、スクリーンにコントラストの高い像を投
影することができると共に、光源からスクリーンまでの
距離も短くすることができる。
【0029】また、請求項2に記載した発明にあって
は、RCVをレンズ素子の凸面の曲率半径、RCCをレンズ
素子の凹面の曲率半径、Dをレンズ素子の肉厚とする
と、|R CV|−|RCC|<Dの条件を満足するようにし
たので、レンズ部材の焦点距離を長くしながらバックフ
ォーカスを小さくすることが可能になって、更に、スク
リーンにコントラストの高い像を投影することができる
ようになる。
【0030】更に、請求項3及び請求項4に記載した発
明にあっては、スクリーンを感光性を有する記録面と
し、被照明体を透過した透過光の露光時間内に、遮光部
材又はレンズ部材を面光源と平行に変位するようにした
ので、遮光部材及びレンズ部材の繋ぎ目の部分における
光量ムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明投影光学系の構成を概略的に示す図であ
る。
【図2】本発明投影光学系の構成を示す縦断面図であ
る。
【図3】要部を拡大して示す縦断面図である。
【図4】遮光部材の透光孔の形状の変形例を示す縦断面
図である。
【図5】レンズ部材のレンズ素子の形状を示す図であ
る。
【図6】レンズ部材のレンズ素子の形状の変形例を示す
図である。
【符号の説明】
1…投影光学系、2…面光源、3…遮光部材、4…レン
ズ部材、5…被照明体、6…スクリーン、7…レンズ素
子、8…透光孔

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 面光源と、該面光源からの光を集光する
    レンズ部材と、上記面光源とレンズ部材との間に配置さ
    れた遮光部材と、上記レンズ部材を通過した光によって
    照明される透過率が部分的に異なる被照明体と、該被照
    明体を透過した光を投影するスクリーンとによって構成
    される投影光学系であって、 上記レンズ部材は、被照明体に比べ十分に小さい多数の
    レンズ素子を有すると共に、該レンズ素子は面光源側が
    凹面、被照明体側が凸面にそれぞれ形成され、 上記遮光部材には、レンズ部材の各レンズ素子毎に対応
    した筒状の透光孔が形成されていることを特徴とする投
    影光学系。
  2. 【請求項2】 以下の条件を満足するようにされたこと
    を特徴とする請求項1に記載の投影光学系。 |RCV|−|RCC|<D 但し、 RCV:レンズ素子の凸面の曲率半径、 RCC:レンズ素子の凹面の曲率半径、 D:レンズ素子の肉厚、 とする。
  3. 【請求項3】 スクリーンが感光性を有する記録面であ
    り、 被照明体を透過した透過光の露光時間内に、遮光部材又
    はレンズ部材を面光源と平行に変位するようにされてい
    ることを特徴とする請求項1に記載の投影光学系。
  4. 【請求項4】 スクリーンが感光性を有する記録面であ
    り、 被照明体を透過した透過光の露光時間内に、遮光部材又
    はレンズ部材を面光源と平行に変位するようにされてい
    ることを特徴とする請求項2に記載の投影光学系。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030059420A (ko) * 2001-12-29 2003-07-10 한국과학기술연구원 3차원 mems 집광계와 제조방법 및 그 집광계를 이용한디스플레이소자
JP2006209057A (ja) * 2004-12-27 2006-08-10 Victor Co Of Japan Ltd マイクロレンズアレイシート及びその製造方法
JP2012063659A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Oki Data Corp レンズアレイ、レンズユニット、ledヘッド、露光装置、画像形成装置、読取装置、レンズアレイの製造方法および成形型

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JP2006209057A (ja) * 2004-12-27 2006-08-10 Victor Co Of Japan Ltd マイクロレンズアレイシート及びその製造方法
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