JP2001103400A

JP2001103400A - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP2001103400A
Application number: JP27391999A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Sasagawa; 智広笹川; Akira Sekiguchi; 暁関口; Junichi Fujino; 順一藤野; Junichi Nishimae; 順一西前; Kyoichiro Oda; 恭一郎小田; Mitsuo Inoue; 満夫井上; Hidekazu Tode; 英一都出; Yoshiyuki Goto; 令幸後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】色分離による光のロスを減らして、明るく小
型・低コストの投射型表示装置を得る。【解決手段】各画素で反射された光を出射する複数の
マイクロレンズが、それぞれの外周を６等分する外周上
の位置で互いに近接して形成されたマイクロレンズアレ
イ５０と、これと対向配置され、各マイクロレンズの外
周を６等分するマイクロレンズ外周上の位置と対向する
位置に赤、緑、青の画素が向かい合って２個づつ形成さ
れ、互いに近接する赤、緑、青の１組の画素を１絵素と
する反射型液晶表示素子６０と、分離した赤、緑、青の
光を互いに近接するマイクロレンズに入射させて、１絵
素を構成する赤、緑、青の画素にそれぞれ集光させると
共に、各画素で反射された３色の光は入射時の３つのマ
イクロレンズと近接する別のマイクロレンズより出射す
るように構成した色光分離手段４０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、単板のみでカラ
ー表示可能な反射型表示素子を用い、この反射型表示素
子の画素面に形成される画像情報を投影して表示する投
射型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、大画面のカラー画像を表示する装
置として、液晶パネル（液晶表示素子）のような空間光
変調素子を用いた投射型表示装置がある。このような表
示装置でカラー画像表示を行う場合、ダイクロイックミ
ラーにより色分離合成を行い、赤（Ｒ）、緑（Ｇ），青
（Ｂ）に対応した３枚の表示素子を用いる３板式の投射
表示装置と、マイクロカラーフィルタを表示素子の画素
に配置した１板式（単板式とも称す）の投射表示装置、
さらに１枚の表示素子を用いて時分割でカラー表示を行
うフィールド順次１板式の表示装置の３つの方式が知ら
れている。またさらに、用いる表示素子が光を透過させ
て用いるものであるか、あるいは反射させて用いるもの
であるかによる違いにより、透過型と反射型の２つにも
分類されている。

【０００３】３板式の投射型表示装置は、色分離合成に
よる光の損失が小さいため、明るい画像の表示が可能で
あるが、３枚の表示素子を用いるので、コストが高く大
型になる。また、１板式の投射表示装置はカラーフィル
タを用いたり、時分割により時間を区切っているので、
２/３の光を無駄にしてしまうことになり、光り利用効
率が低いものとなっている。

【０００４】これに対し、たとえば特開平４−６０５３
８号公報に示されるように、ダイクロイックミラーとマ
イクロレンズを用いた色分離方式による１板式の透過型
投射型表示装置が提案されている。図１４は、特開平４
−６０５３８号公報に示された従来の透過型の投射表示
装置の構成を示す図であり、また、図１５は、図１４に
示された装置のマイクロレンズと画素との関係を示す要
部拡大図である。

【０００５】図１４において、１は光源（白色ランプ）
であり、この光源１の背面には球面鏡からなる反射鏡２
が配置され、前面にコンデンサレンズ３が配置されてい
る。球面形状をした反射鏡（球面鏡）２の中心は光源１
の発光部の中心と一致するように配置され、更に、光源
１の発光部中心とコンデンサレンズ３の焦点と一致する
ように配置されている。このように構成された照明光学
系１００からの出射光（即ち、コンデンサレンズ３から
の出射光）は、ほぼ平行な光束となっている。

【０００６】コンデンサレンズ３の前方には３種のダイ
クロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂで構成されている色
光分離（分光反射とも称す）手段４が配置されている。
各ダイクロイックミラー４Ｒ、４Ｇ、４Ｂは、それぞれ
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各波長帯の光を選択的
に反射し、他は透過する特性を有している。図１４に示
すように、光源１からの光は平行光束に変換された後
に、色光分離手段４の各ダイクロイックミラー４Ｒ、４
Ｇ、４Ｂにより３色の光（即ち、Ｒ，Ｇ，Ｂ）に分離さ
れ、それぞれ異なった角度で透過型液晶表示素子２１の
前面に配置されたマイクロレンズアレイ１０に入射す
る。

【０００７】図１５は、マイクロレンズアレイ１０およ
び透過型液晶表示素子２１の要部拡大図である。透過型
液晶表示素子２１は、図１５に示すように２枚のガラス
基板２４と２５の間に液晶層２３が封入され、この液晶
層２３を駆動するためのマトリックス状の電極構成を有
する信号電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと走査電極２２が
ガラス基板２４と２５の内面に配列されている。また、
信号電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと走査電極２２はとも
に透明導電材で形成されており、信号電極２１Ｒ、２１
Ｇ、２１ＢにはそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの信号が入力され
る。即ち、信号電極２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂはそれぞれ
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各画素に対応してい
る。

【０００８】そして、透過型液晶表示素子２１の前面に
配置されているマイクロレンズアレイ１０には、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３画素により構成される
１絵素（即ち、１絵素を構成する１組の信号電極２１
Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ）毎に１つのマイクロレンズ１０ａ
がマトリックス状に多数配置されている。そして、マイ
クロレンズ１０ａは、それぞれ別の画素（即ち、各信号
電極）上に到達するよう調整された異なる角度で入射す
る、赤、緑、青の３つの光をそれぞれの画素上に分離し
て集光する。各画素（即ち、各信号電極）で液晶により
変調された光は、偏光板を透過して画像となり、フィー
ルドレンズ３０や投射レンズ６によって構成される投射
光学系３００によってスクリーン７に投射される。

【０００９】このような構成により、カラーフィルタ用
いず、明るい表示を行うことが可能となるが、透過型表
示素子を用いる場合、画素数が増えて画素の密度が高ま
ると、画素を駆動するためのスイッチ素子や配線などに
より、開口率が極めて低下し、十分な明るさを得ること
が難しくなる。一方、配線やスイッチ素子などを反射板
の下に配置することのできる反射型の表示素子を用いれ
ば、開口率の低下がなく、明るい画像表示を実現するこ
とができる。

【００１０】しかし、図１４に示したようなダイクロイ
ックミラーとマイクロレンズアレイによる、カラーフィ
ルタを用いない１板式透過型投射型表示装置と同様な色
分離方式は、従来は反射型表示素子を用いた投射型表示
装置には適用できないとされていた。たとえば、特開平
１０−１０４６１８号公報においては、図１６のように
入射した光は反射電極（画素電極とも称す）で反射後、
入射時のマイクロレンズと異なった複数のマイクロレン
ズに光が再入射することによって光が曲げられ、投射レ
ンズを透過できなくなるため、効率が向上されないこと
が記載されている。尚、図１６において、１００は照明
光学系、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂはダイクロイックミラー、１
０１は入射側偏光板、２０は反射型液晶表示素子、２０
Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂは反射型液晶表示素子の赤、緑、青
の画素である反射電極（画素電極）、１０は１絵素（即
ち、１組の反射電極２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂ）毎に対応
して配置させる多数のマイクロレンズ１０ａからなるマ
イクロレンズアレイ、１０２は出射側偏光板、６は投射
レンズである。

【００１１】そのため、たとえば特開平１０−１０４６
１８号公報では、図１７に示されたように、ダイクロイ
ックミラーとマイクロレンズの効果を併せ持った透過型
ホログラム素子２００を用い、入射時には透過型ホログ
ラム素子２００によって色分離と集光が行われるが、光
の入射角度によって特性が大きく変化する透過型ホログ
ラム素子の性質によって、出射時には透過型ホログラム
素子２００の影響は受けず、光が屈折されて投射レンズ
６を透過できないという問題を回避できる光学系が提案
されている。尚、図１７において、１００は照明光学
系、１０１は入射側偏光板、２００は透過型ホログラム
素子、２０は反射型液晶表示素子、２０Ｒ、２０Ｇ、２
０Ｂは反射型液晶表示素子２０の各反射電極（画素）、
１０２は出射側偏光板、６は投射レンズである。この光
学系では、透過型ホログラム素子２００に入射する光は
透過型ホログラム素子２００の色分散効果により、色に
応じた異なる方向に色分離されて出射されるとともに、
透過型ホログラム素２００の集光レンズ効果により画素
の上に集光されるので、画素上ではカラーフィルタを用
いることなく、異なる色の光を異なる画素上に分離でき
る。

【００１２】しかし、この方法では、照明光を斜めに入
射するため、均一な光照射が難しく、画面に大きな明る
さの分布が生じ、表示画像の明るさは不均一なものとな
る。また、反射光も斜めに出射されるため、表示素子の
中心線上に同軸で投射レンズを配置していた従来の構成
では、きわめて大きな有効径をもつ投射レンズが必要と
なり、軸外し投射レンズなど、複雑な光学系が必要とな
る。さらに、ホログラム素子の回折効率を赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）のすべての光の波長に対して高く維持
することが難しいため、十分に効率良く色分離が行えな
いといった問題点があった。

【００１３】次に、図１８は、特開平１０―２２１６８
１号公報に示された反射型液晶表示素子の反射電極（画
素）の構成とマイクロレンズの配置を表す要部の平面図
であり、図１９は図１６のＸーＸ´線に沿った断面構成
を示す断面図である。特開平１０―２２１６８１号公報
に示された反射型液晶表示素子では、図１８および図１
９に示すように１つの色の光（ここでは緑（Ｇ）の場合
を示している）はマイクロレンズ１０ａの光軸と平行に
入射し、反射電極２０Ｇで反射されそのまま元のマイク
ロレンズ１０ａを通ってほぼ平行な光に戻されて出射さ
れるが、その他の２色の光は、それぞれ、マイクロレン
ズ境界線上に中心軸をもつ画素（反射電極）上に集光さ
れ隣接するマイクロレンズを通って出射される。

【００１４】例えば、図１９に示すように、青（Ｂ）の
光は、マイクロレンズ境界線上に中心軸をもつ画素（反
射電極２０Ｂ）上に集光され、隣接するマイクロレンズ
１０ａを通って出射される様子を表している。このよう
な画素とマイクロレンズの配置では、入射マイクロレン
ズの中心を通った光はマイクロレンズ境界線上で反射さ
れ出射マイクロレンズを通過するときにも出射マイクロ
レンズの中心を通過する光路をとる。さらに、入射時の
マイクロレンズで集光された光が出射時のマイクロレン
ズで再びほぼ平行光線に戻される効果も光軸と平行な光
と同様である。これによって、３色の光はいずれも、画
素上ではそれぞれ分離された位置に集光されているにも
かかわらず、マイクロレンズの影響をほとんど受けず、
ただ、ミラーによって反射されただけであるかのような
光路をとり、特にマイクロレンズによって散乱されるこ
となく色分離ができる。

【００１５】しかし、このような構成の反射型表示素子
を用い、従来のように画素面を投射レンズによって投射
する投射型表示装置を構成すると、出射時にマイクロレ
ンズを通過することにより、画素がぼけて、解像度の低
い画像になってしまう。図２０は、解像度が低下する理
由を説明するための図であり、図２０（ａ）に示すよう
に、反射型表示素子からマイクロレンズを通過して出射
された光は、ほぼ平行光となっているため、投射レンズ
側から画素面を見ると、図２０（ｂ）に示した１絵素を
構成する１つ１つの画素（画素電極）２０Ｒ、２０Ｇ、
２０Ｂが、図２０（ｃ）に示すようにマイクロレンズ１
０ａの口径の大きさにまで拡大されて見える。そのた
め、３色の画素２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂから構成される
１絵素は、実際に画素面に構成された１絵素よりも大き
なものとして見え、隣りの絵素と重なり合って、解像度
が低下してしまう。

【００１６】また、反射型空間光変調素子として液晶パ
ネル（液晶表示素子）を用いる場合、往復の光路を分離
し反射光を投射レンズに導くために偏光ビームスプリッ
ターを用いるのが一般的である図２１は、従来の隣接す
るマイクロレンズから反射光を出射させる方式の反射型
の投射型表示装置における偏光ビームスプリッター（Ｐ
ＢＳ）５への光の入射角を示す図であり、また、図２２
は偏光ビームスプリッターを通過することによる光の広
がりを説明するための図である。図２１に示すように、
反射表示素子２０に入射角θで入射する光は、反射表示
素子２０に対して光の入射傾き角と同じ向きに傾き角α
だけ傾いた偏光ビームスプリッター５には、入射時には
α―θの角度で入射し、反射表示素子に反射した後の出
射時には、偏光ビームスプリッター５に対して、α＋θ
の角度で入射することになる。

【００１７】そのため、図２２に示したように、画素面
においてマイクロレンズの光軸に平行に入射しない２色
（例えば、Ｂ，Ｒ）が、マイクロレンズ光軸上に配置さ
れる残り１色（例えば、Ｇ）の画素に対してそれぞれ垂
直な方向に分離される構成の場合、偏光ビームスプリッ
ター５を通過する光の角度は往復の通過を考えると、縦
横どちらの方向についても、“ ２×色分離に必要な角
度＋照明光の発散角 ”だけの広がりを持つことにな
る。一方、偏光ビームスプリッター５は多層膜で構成さ
れているので、光の入射角度によって大きく特性が変化
し、広い角度範囲にわたって良好な特性を得ることが難
しく、効率よく往復の光路を分離することができず、表
示が暗くなったりコントラストが低下するなどの問題が
生じる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】従来の反射型表示素子
を用いた投射型表示装置は以上のように構成されていた
ので、高い色分離効率を得るために、複数の液晶パネル
（液晶表示素子）を用いたり、あるいは画像の解像度や
コントラスト、明るさ均一性が不十分なものとなってい
た。この発明は、上記のような問題点を解消するための
もので、光の利用効率が高く、かつ、解像度、コントラ
ストあるいは明るさ均一性の優れた高品質な反射型表示
素子を用いた投射型表示装置を実現することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る投射型表
示装置は、反射型液晶表示素子を用い、反射型液晶表示
素子の画素面に形成される画像情報をスクリーンに投影
して表示する投射型表示装置であって、平行な白色光を
出射する照明光学系と、照明光学系から出射された白色
光をそれぞれ所定の方向と角度を有した赤、緑、青の光
に分離する色光分離手段と、色光分離反射手段からの
赤、緑、青の光を透過させて反射型表示素子に形成され
た赤、緑、青の各光に対応する画素にそれぞれ集光する
と共に、各画素で反射された光を透過して出射する複数
のマイクロレンズが、各マイクロレンズの外周を略６等
分する外周上の位置で互いに近接するように形成された
マイクロレンズアレイと、マイクロレンズアレイと対向
して配置され、各マイクロレンズの外周を略６等分する
マイクロレンズ外周上の位置と対向する位置に赤、緑、
青の画素がそれぞれ向かい合って２個づつ形成され、互
いに近接する赤、緑、青の１組の画素を１絵素とする反
射型液晶表示素子と、反射型液晶表示素子へ入射される
光と反射型液晶表示素子で反射された光の光路を分離す
る偏光ビームスプリッタと、反射型液晶表示素子の各画
素で反射され、マイクロレンズを透過し、偏光ビームス
プリッタを通過した光をスクリーンに画像として表示す
る投射光学系とを備え、色光分離手段は、白色光から分
離した赤、緑、青の各光を、互いに近接する３つの別々
のマイクロレンズに透過させて、１絵素を構成する赤の
画素、緑の画素、青の画素にそれぞれ集光させると共
に、１絵素を構成する赤の画素、緑の画素、青の画素で
それぞれ反射された３色の光は、互いに近接する３つの
マイクロレンズと共通に近接する１つのマイクロレンズ
を透過して出射するように構成されたものである。

【００２０】また、この発明に係る投射型表示装置はの
投射光学系は、その焦点位置をマイクロレンズが形成さ
れたマイクロレンズアレイの底面近傍に一致させるよう
に構成したものである。

【００２１】また、この発明に係る投射型表示装置の反
射型液晶表示素子は、マイクロレンズ外周上の位置と対
向する位置に形成された画素群の中央に白色光に対応す
る画素が更に形成され、上記白色光に対応する画素に画
像の輝度分布に対応する信号を与えるように構成したも
のである。

【００２２】また、この発明に係る投射型表示装置の色
光分離手段は、透過型ホログラム素子であることを特徴
とするものである。

【００２３】また、この発明に係る投射型表示装置の透
過型ホログラム素子は、偏光ビームスプリッタとマイク
ロレンズアレイの間に配置されていることを特徴とする
ものである。

【００２４】また、この発明に係る投射型表示装置は、
色光分離手段として反射型ホログラム素子を用いると共
に、偏光ビームスプリッタを省略したことを特徴とする
ものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
一実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、従来と同
一符合は従来のものと同一あるいは相当のものを表す。
図１は、この発明の実施の形態１による反射型液晶表示
素子を用いた投射型表示装置の構成を示す概念図であ
る。図１において、１００は光源であるランプ１および
反射鏡２等からなり、平行光束を出射する照明光学系、
４０は３枚のダイクロイックミラー４０Ｒ、４０Ｇ、４
０Ｂにより赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光を
それぞれ異なる方向と角度で反射する色光分離手段、５
は往路と復路の光を分離する偏光ビームスプリッター、
５０はマイクロレンズアレイ、６０は反射型の空間光変
調素子である反射型液晶パネル（反射型液晶表示素
子）、６は投射光学系の主要部材である投射レンズであ
る。尚、図１に示した照明光学系１００は、平行な出射
光束を得るために反射鏡２として放物面鏡を用いたこと
によりコンデンサレンズを不要とした場合を示している
が、従来装置の図１４に示したように、反射鏡２として
球面鏡を用い、さらにコンデンサレンズを配置した構成
としてもよいことは言うまでもない。

【００２６】図２は、実施の形態１における反射型液晶
表示素子６０に形成された各画素の配置と反射型液晶表
示素子６０と対向して設けられるマイクロレンズアレイ
５０に形成されている各マイクロレンズとの関係を示す
要部拡大図である。図に示したように、反射型液晶表示
素子６０は、例えば、赤６１Ｒ、６６Ｒ、青６１Ｂ、６
７Ｂ、緑６１Ｇ、６５Ｇの６つの画素がマイクロレンズ
５１の境界線上に中心を持ち、マイクロレンズ５１の光
軸に対して対称となるように配置されている。そして、
画素により反射された赤、緑、青の３色の光はそれぞれ
入射時に通過（透過とも言う）したマイクロレンズ５
３、５２、５４と近接するマイクロレンズ５１を通っ
て、出射される。反射型液晶表示装置６０の絵素は、出
射時に同一のマイクロレンズ５１を通って出射する３色
の光がそれぞれ反射した３つの画素６１Ｒ、６１Ｇ、６
１Ｂによって構成されている。

【００２７】光源１から出射した光は、照明光学系１０
０においてほぼ平行な光束となり、色光分離手段４０を
構成する赤、緑、青の３枚のダイクロイックミラ４０
Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂによって赤、緑、青の３色の光に分
離され、偏光ビームスプリッタ５をそのまま通過（透
過）して、マイクロレンズアレイ５０にそれぞれ異なっ
た角度で入射する。図３は、色光分離手段４により分光
された赤、緑、青の各光がそれぞれ別のマイクロレンズ
を透過して対応する画素へ入射され、各画素で反射され
た後、再び入射したときとは異なるマイクロレンズを透
過して出射されるときの、赤、緑、青の各光の光面を説
明するための図である。

【００２８】図に示すように、マイクロレンズ５１の境
界線（外周）に対応する画素面上の位置には、赤６１
Ｒ、６６Ｒ、青６１Ｂ、６７Ｂ、緑６１Ｇ、６５Ｇの６
つの画素が配置されており、図３のように、緑６１Ｇ、
６５Ｇの画素の中心を通り、マイクロレンズ５１の光軸
を含む面をＧ光面、赤６１Ｒ、６６Ｒの画素の中心を通
り、マイクロレンズ５１の光軸を含む面をＲ光面、青６
１Ｂ、６７Ｂの画素の中心を通り、マイクロレンズ５１
の光軸を含む面をＢ光面としたとき、それぞれの光面は
互いに６０度の角度で交差している。即ち、本実施の形
態における色光分離手段４の各ダイクロイックミラー
は、上述のＲ光面、Ｇ光面、Ｂ光面がそれぞれ互いに６
０度の角度で交差するように配置されている。

【００２９】以上説明および図２とから明らかなよう
に、本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ５０に
は、色光分離反射手段４０からの赤、緑、青の光を透過
させて反射型表示素子６０に形成された赤、緑、青の各
光に対応する画素にそれぞれ集光すると共に、各画素で
反射された光を透過して出射する複数の円形状のマイク
ロレンズが、各マイクロレンズの外周を略６等分する外
周上の位置で互いに隣接あるいは近接するように形成さ
れている。また、反射型液晶表示素子６０は、マイクロ
レンズアレイ５０と対向して配置され、マイクロレンズ
アレイ５０に形成された各マイクロレンズの外周を略６
等分するマイクロレンズ外周上の位置と対向する位置に
赤、緑、青の画素がそれぞれ向かい合って２個づつ形成
され、互いに隣接あるいは近接する赤、緑、青の１組の
画素を１絵素としている。以下、本実施の形態では、隣
接（互いに接触）している場合も含めて、近接という表
現を用いることとする。

【００３０】また、図４は、赤、緑、青の光のマイクロ
レンズおよび画素への入射光路あるいは反射光路を説明
するための図であり、図２のＸーＸ´線上の断面の一部
を示している。例えば、緑の光はＧ光面内で、マイクロ
レンズの光軸から傾いて、図４のようにマイクロレンズ
５２に斜めに入射し、入射したマイクロレンズ５２と近
接するマイクロレンズ５１の境界線上に中心を持つ画素
６１Ｇに集光され、反射されたのち共に入射したマイク
ロレンズ５２に近接するマイクロレンズ５１を通って出
射される。青、赤の光も同様にそれぞれＢ光面、Ｒ光面
内で、マイクロレンズ光軸から傾いて入射する。反射す
る際に、液晶により偏光に変調を受け、画像を形成した
光は、偏光ビームスプリッター５によって、投射レンズ
６に導かれ投射される。

【００３１】図５は、マイクロレンズアレイおよび画素
への各色の入射光および反射光の光路と投射レンズ焦点
位置における画素重なりの様子（見かけ上の画素）を説
明するための図である。図５（ａ）に示すように、マイ
クロレンズアレイ５０と反射型液晶表示素子６０におけ
る各色の光の光路を示す。赤（Ｒ）の光は、マイクロレ
ンズ５４を通って赤の画素６１Ｒに入射され、赤の画素
６１Ｒで反射されてマイクロレンズ５４に近接するマイ
クロレンズ５１を通過して出射される。同様に、青
（Ｂ）の光は、マイクロレンズ５３を通って青の画素６
１Ｂに入射され、青の画素６１Ｂで反射されてマイクロ
レンズ５３に近接するマイクロレンズ５１を通過（透
過）して出射され、緑（Ｇ）の光は、マイクロレンズ５
２を通って緑の画素６１Ｇに入射され、緑の画素６１Ｇ
で反射されてマイクロレンズ５２に近接するマイクロレ
ンズ５１を通過（透過）して出射される。

【００３２】このように、赤、青、緑のそれぞれの光
は、入射したマイクロレンズ５４、５３、５２と共通に
近接するレンズ５１の境界線上にある対応する色の画素
に集光され、各画素で反射された後、近接する共通のマ
イクロレンズ５１を通って出射する。このような配置で
は、入射レンズ５４、５３、５２の中心を通った光はマ
イクロレンズ境界線上の画素で反射され、出射レンズ５
１を通過するときにも出射レンズ５１の中心を通過する
光路をとる。更に、図５（ｂ）に示すように入射時のマ
イクロメレンズ５３、５４、５２で集光された光が出射
時のマイクロレンズ５１で再びほぼ平行光線に戻され
る。また、投射レンズ６の焦点は、マイクロレンズアレ
イ５０の底面（５０ａで図示されるマイクロレンズが形
成されている面のこと）近傍の位置に一致するように投
射レンズ６の位置を調整されており、マイクロレンズ表
面の光強度分布を投射スクリーン上に投射するようにな
っている。

【００３３】これによって、緑、赤，青の光はいずれ
も、画素上ではそれぞれ分離された位置に集光されてい
るにもかかわらず、マイクロレンズアレイ５０の影響を
ほとんど受けず、ただミラーによって反射されただけで
あるかのような光路をとることが分かる。この出射光
は、マイクロレンズアレイ５０による散乱効果などは特
になく、高い効率で投射レンズ６に入射し、反射型液晶
表示素子１枚のみを用いた小型、低コストの光学系で、
カラーフィルタによるロス（利用する光の損失）もなく
高い効率で画像を表示することができる。

【００３４】ここで、赤、青、緑のそれぞれの光に対応
するダイクロイックミラー４０Ｒ、４０Ｂ、４０Ｇによ
って構成されている色光分離手段４０により、照明光学
系１００からの白色光はそれぞれ別の方向と角度へ進む
赤、青、緑の３色の光に分離されている。従って、偏光
ビームスプリッター５では、分離される以前の白色光と
比べると、分離角によって発散角が広がった光が入射さ
れることになる。しかし、偏光ビームスプリッター５は
入射光の入射角に対してＰ／Ｓ分離特性が強い依存性を
持つ。図６は、４５度入射用の偏光ビームスプリッター
の、偏光分離コントラスト（Ｓ偏光反射率／Ｐ偏光反射
率）を、入射角をパラメータとして、横軸を波長として
あらわしたものである。

【００３５】ここで用いているような、４５度入射の偏
光ビームスプリッターの場合、±５度の変化で、Ｐ・Ｓ
分離コントラストは１０以下となり、通常表示装置とし
て許容される１００以上のコントラストを達成するため
には、さらに偏光板を用いてコントラストを高める必要
があるため光のロスが生じる。±５度傾いた光の場合、
偏光ビームスプリッターの分離コントラストは１０程度
であるので、コントラスト１００に高めるためには、１
０％の光を偏光板によって吸収する必要があり、また、
±１０度傾いた光の場合では、偏光ビームスプリッター
の分離コントラストは５程度になるので、２０％程度の
光を偏光板により吸収しなければならない。吸収ロスを
考えると、±１０度以上傾いた光では効率がきわめて悪
くなる。

【００３６】しかし、偏光ビームスプリッター５の４５
度に傾いた面に光を入射させるため、面の傾きと同じ方
向（図７のｙ方向）よりも面の傾きと垂直な方向（図７
のｘ方向）の方が、光線の傾きに対する偏光ビームスプ
リッター面への入射角の変化が小さくなる。尚、図７
は、偏光ビームスプリッターへの光入射角を示す図であ
る。図８は、ｘ方向・ｙ方向に光線が傾いた場合の偏光
ビームスプリッター面への入射角の変化を示す図であ
り、図８のｘ軸は、図７のｘ方向における、垂直軸に対
する入射光の傾き角であり、ｙ軸は同様にｙ方向におけ
る入射光の傾き角である。

【００３７】図８は、ｘ方向、ｙ方向の入射光の傾き角
に対して、実際に４５度傾いた偏光ビームスプリッター
面にたいする入射角を、等高線として表したものであ
る。等高線は、ｘ方向角度に対しては緩やかな変化とな
っており、ｘ方向に対しては、入射角の傾きに対する偏
光ビームスプリッターのＰ・Ｓ偏光分離効率等の特性変
化がｙ方向の入射光傾きに対して、鈍感であることが解
る。このため、３色の光を分離する場合にも、なるべく
ｙ方向の発散角が小さくなるように分離すれば、偏光ビ
ームスプリッターのＰ・Ｓ偏光分離特性の劣化を防ぎ、
高い効率でコントラストのよい表示を行うことが可能と
なる。

【００３８】偏光ビームスプリッターの面は、小型化・
光路の複雑さを防ぐため、表示パネルの１辺（画素の並
ぶ方向）と垂直な方向に傾けられるため、従来装置のよ
うに、表示パネルの縦横の辺にそれぞれ一致する方向に
光を分離した場合、図２２に示したようにｘ方向・ｙ方
向ともに“２×色分離に必要な角度＋照明光の発散角”
の発散角を持つ。これに対して、本実施の形態で示すよ
うな画素配置や光分離方法を用いれば、図９のようにｘ
方向は“ ２×色分離に必要な角度＋照明光の発散角
”の発散角になるが、ｙ方向では光分離方向がｙ軸に
対して３０°傾いているために、“ ２×色分離に必要
な角度×Ｃｏｓ（３０）＋照明光の発散角 ”の発散
角となり、分離に対しては同じ効果を持ちながら、ｙ方
向の発散角を小さく抑え、偏光ビームスプリッターのＰ
・Ｓ偏光分離特性劣化を緩和することができる。

【００３９】透過型表示素子では、特に出射側に別のマ
イクロレンズアレイを設けていない場合は、入射マイク
ロレンズによって集光される事により発散角の大きくな
った出射光を透過させるため、きわめて大きな開口を持
つ投射レンズが必要となっていた。しかし、反射型表示
素子の場合、画素電極で反射された反射光が再度マイク
ロレンズアレイを透過することにより、集光された光が
元のほぼ平行な光に戻され、より小さな開口の投射レン
ズを用いることが可能となって、さらに装置の小型化が
可能となる。

【００４０】また、図５（ａ）に示したように、同一の
マイクロレンズ５１を通って出射する３色の光が反射す
る３つの画素６１Ｒ、６１Ｇ、６１Ｂで１絵素を構成し
ているので、１絵素の３色の光は、出射マイクロレンズ
５１の表面では、同じ位置に重なっている。投射レンズ
６はマイクロレンズ表面の光強度分布を投射するよう
に、焦点位置をマイクロレンズ上に調整されているた
め、一般的な画素面を投射する構成をとった場合のよう
な、色ずれがなく、またマイクロレンズ５１の外径（外
周部）がアパーチャーとして働くため、画素サイズも規
定され解像度の低下も防ぐことができる。

【００４１】このように、投射レンズの焦点位置をマイ
クロレンズ表面と一致させることにより、色ずれ・解像
度低下を防ぐ効果は、本実施の形態のように、３色の光
がすべて、マイクロレンズの光軸に対して傾いて入射す
る光学系だけでなく、２色の光はマイクロレンズの光軸
に対して傾いているが、残る１色の光は、マイクロレン
ズに垂直に入射し、入射時と同じマイクロレンズを通っ
て出射する光学系に対しても有効である。

【００４２】実施の形態２．図１０は、この発明の実施
の形態２による反射型液晶表示素子を用いた投射型表示
装置を示す概念図である。図１０において、１００は光
源であるランプ１および反射鏡２等からなり、平行光束
を出射する照明光学系、２０１は赤、緑、青の３色の透
過する光をそれぞれ異なる方向へ回折により分離する透
過型ホログラム素子、５は往路と復路の光を分離する偏
光ビームスプリッター、５０はマイクロレンズアレイ、
６０は反射型液晶表示素子、６は投射光学系を構成する
投射レンズ、９は偏光板である。反射型液晶表示素子６
０の画素配置やマイクロレンズアレイ５０上のマイクロ
レンズの配置、照明光学系１００、投射レンズ６の構成
等は実施の形態１と同様である。

【００４３】照明光学系１００から出射したほぼ平行な
光は、ホログラム素子２０１により、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の光に分離され、偏光ビームス
プリッター５をそのまま通過（透過）して、マイクロレ
ンズアレイ５０にそれぞれ異なった角度で入射する。透
過型ホログラム素子２０１は、例えば、フォトポリマー
を感光させることによって製作する高効率の体積ホログ
ラムを用いることができる。また、透過型ホログラム素
子２０１は所定の波長の光のみを任意の効率で回折させ
ることが可能であり、ここでは、３色の光を完全に回折
せず、一部を白色光のまま透過させる構成としている。

【００４４】次に、図１１は、実施の形態２におけるマ
イクロレンズと画素の配置および光路を説明するための
要部拡大図である。図１１（ａ）は、画素およびマイク
ロレンズの配置を示したものであり、これは実施の形態
１における図２の一部を示したものである。実施の形態
１の場合と同様に、赤、青、緑の光はマイクロレンズ５
４、５３、５２にマイクロレンズの光軸から傾いた角度
で入射し、それぞれ入射したマイクロレンズ５４、５
３、５２と近接するマイクロレンズ５１の境界線上に中
心を持つ画素６１Ｒ，６１Ｇ、６１Ｂに集光され、各画
素で反射されたのち、共にマイクロレンズ５１を通って
出射される。この様子を概念的に示したのが図１１
（ｂ）である。反射する際に、液晶により偏光に変調を
受け画像を形成した光は、偏光ビームスプリッター５に
よって、投射レンズ６に導かれ投射される。

【００４５】本実施の形態では、透過型ホログラム素子
２０１で分離されなかった白色（Ｗ）の光が、これまで
使われていなかったマイクロレンズ光軸上に位置する画
素６１Ｗの上に集光され、この画素６１Ｗで反射された
後は、もとのマイクロレンズ５１を再度通過して、平行
光となり投射レンズ６に導かれる。この様子を概念的に
示したのが図１１（ｃ）である。そこで、このマイクロ
レンズ光軸上の画素６１Ｗに画像の輝度分布に対応した
信号を与えることにより変調すれば、スクリーン上にお
いて、３色の光で構成されたカラー画像の上に、白色光
による白黒画像を重ねることができる。尚、実施の形態
１では説明しなかったが、実施の形態１においても色光
分離手段４０に色分離されない白色光もマイクロレンズ
光軸上に位置する画素６１Ｗの上に集光させ、この画素
６１Ｗに画像の輝度分布に対応した信号を与えることに
より変調すれば、スクリーン上において、３色の光で構
成されたカラー画像の上に、白色光による白黒画像を重
ねることができる。

【００４６】この場合、表示画像は、人の目では比較的
鈍感な彩度は若干低下するが、人の目が敏感に感じる輝
度分布は劣化しない。色分離の際には、なるべく多くの
色を表現できるように分離する色のスペクトルを狭くし
たり、色のバランスをあわせることにより、元の白色光
をロスなく完全に３色の光に分離することは難しくロス
が生じる。１部の光を色分離せずそのまま用いることに
より、色分離に伴うロスを減らすことができ、明るさを
向上できる。

【００４７】光の色分離に際しては、３色の光を１方向
だけでなく３次元的に向きを変えて分離しなければなら
ないため、実施の形態１のように３枚Ｋダイクロイック
ミラーを組み合わせて、光分離機能を実現すると、ミラ
ーの配置が複雑になる。透過型ホログラム素子は、たと
えばフォトポリマー等の感光性材料に、露光によって、
回折格子のような屈折率の分布を作り出し、その回折効
果によって光を任意の向きに曲げることができる素子で
ある。回折効果を用いて光を曲げるため、効率は入射す
る光の波長に大きく依存し、例えば、緑の波長を持つ光
に対しては高い効率で回折させ、他の波長の光はほとん
ど回折させないといった、波長選択性を持たせることが
可能である。そこで、赤、緑、青のそれぞれの光のみを
それぞれ異なった方向に回折させる透過型ホログラムを
３枚積層することにより透過型ホログラム素子２０１を
得ることができ、光軸上にこの透過型ホログラム素子２
０１を挿入するだけで、第１の実施の形態で示したよう
な、３次元的な色分離を容易に行うことができる。

【００４８】即ち、本実施の形態でも、ホログラム素子
２０１で色分離（分光）された光は、図３に示したのと
同様に、６１Ｇ、６５Ｇの画素の中心を通り、マイクロ
レンズ５１の光軸を含む面をＧ光面、赤６１Ｒ、６６Ｒ
の画素の中心を通り、マイクロレンズ５１の光軸を含む
面をＲ光面、青６１Ｂ、６７Ｂの画素の中心を通り、マ
イクロレンズ５１の光軸を含む面をＢ光面としたとき、
それぞれの光面は互いに６０度の角度で交差している。
従って、本実施の形態２によれば、３枚のダイクロイッ
クミラーを用いることなく、光軸上に透過型ホログラム
素子２０１を挿入するだけで実施の形態１と同様に３次
元的に色分離することができ、装置の構成が簡単にな
り、小型化・軽量化が可能となる。

【００４９】実施の形態３．図１２は、この発明の実施
の形態３による反射型液晶表示素子を用いた投射型表示
装置の構成を示す概念図である。図１２において、１０
０は光源であるランプ１および反射鏡２等からなり、平
行光束を出射する照明光学系、５は往路と復路の光を分
離する偏光ビームスプリッター、２０２は赤、緑、青の
３色の光をそれぞれ異なる方向へ回折により分離する透
過型ホログラム素子、５０はマイクロレンズアレイ、６
０は反射型液晶表示素子、６は投射レンズ、９は偏光板
である。本実施の形態では、透過型ホログラム素子２０
２を偏光ビームスプリッター５とマイクロレンズアレイ
５０の間に配置したことを特徴とする。尚、反射型液晶
表示素子６０の画素配置やマイクロレンズアレイ５０上
のマイクロレンズの配置、照明光学系１００、投射レン
ズ６の構成等は実施の形態１あるいは実施の形態２と同
様である。

【００５０】照明光学系１００から出射したほぼ平行な
光は、そのまま偏光ビームスプリッター５を通過して、
透過型ホログラム素子２０２により赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の３色の光に分離され、マイクロレン
ズアレイ５０にそれぞれ異なった方向と角度で入射す
る。尚、本実施の形態でも、ホログラム素子２０２で色
分離（分光）された光は、図３に示したのと同様に、６
１Ｇ、６５Ｇの画素の中心を通り、マイクロレンズ５１
の光軸を含む面をＧ光面、赤６１Ｒ、６６Ｒの画素の中
心を通り、マイクロレンズ５１の光軸を含む面をＲ光
面、青６１Ｂ、６７Ｂの画素の中心を通り、マイクロレ
ンズ５１の光軸を含む面をＢ光面としたとき、それぞれ
の光面は互いに６０度の角度で交差している。透過型ホ
ログラム素子２０２は、例えば、フォトポリマーを感光
させることによって製作する高効率の体積ホログラムを
用いることができる。また、所定の波長・入射角度の光
のみを効率よく回折し、角度や波長の異なる光はそのま
ま透過させるといった、波長、角度選択性を持たせるこ
とも可能であり、ここでは、ほぼ垂直入射の光のみを回
折させるように構成している。

【００５１】赤、青、緑の光は、実施の形態１の場合と
同様に、マイクロレンズ５４、５３、５２にマイクロレ
ンズの光軸から傾いた角度で入射し、それぞれ入射した
マイクロレンズと近接するマイクロレンズ５１の境界線
上に中心を持つ画素６１Ｒ，６１Ｇ、６１Ｂに集光さ
れ、各画素で反射されたのちに、共に入射したマイクロ
レンズ５２に近接するマイクロレンズ５１を通って出射
される。反射する際に、液晶により偏光に変調を受け画
像を形成した光は、偏光ビームスプリッター５によっ
て、投射レンズ６に導かれ投射される。

【００５２】透過型ホログラム素子２０２は、角度選択
性を持つため、図１２に示したように偏光ビームスプリ
ッター５と反射型液晶表示素子６０の間に配置すること
ができる。一般的に、偏光ビームスプリッター５の分離
特性が低下するとコントラストや明るさが低下するが、
本実施の形態では偏光ビームスプリッター５通過時にお
いて、特に角度依存性が大きなＰ偏光透過時に色分離前
の発散角の小さな状態で偏光ビームスプリッター５に入
射させることができるので、偏光ビームスプリッター５
の角度依存性による分離特性の劣化をさらに抑えること
ができ、高いコントラストで明るい表示が可能となる。
尚、本実施の形態においても前述の実施の形態２で述べ
たように、マイクロレンズ光軸上の画素６１Ｗに画像の
輝度分布に対応した信号を与えることにより変調すれ
ば、スクリーン上において、３色の光で構成されたカラ
ー画像の上に、白色光による白黒画像を重ねることがで
きる。

【００５３】実施の形態４．図１３は、実施の形態４に
よる反射型液晶表示素子を用いた投射型表示装置の構成
を示す概念図である。図において、１００は光源である
ランプ１および反射鏡２からなり、平行光束を出射する
照明光学系、２０３は赤、緑、青の３色の光をそれぞれ
異なる方向へ回折により分離する反射型ホログラム素
子、５０はマイクロレンズアレイ、６０は反射型の液晶
表示素子、６は投射レンズ、９は偏光板である。反射型
の液晶表示素子６０、マイクロレンズ５０、照明光学系
１００、投射レンズ６の構成は実施の形態１乃至３と同
様である。

【００５４】照明光学系１００から出射したほぼ平行な
光は、反射型ホログラム素子２０３により３色の光がそ
れぞれ異なる方向へ回折反射されて分離され、マイクロ
レンズアレイ５０にそれぞれ異なった角度で入射する。
反射型ホログラム素子２０３は、所定の波長・入射角度
の光のみを効率よく回折反射し、角度や波長の異なる光
はそのまま透過させる。また、反射型ホログラム素子２
０３は、波長、角度選択性を持たせることも透過型と同
様に可能であり、ここでは、４５度入射の光のみを回折
反射させるように構成している。

【００５５】赤、青、緑の光は、実施の形態１の場合と
同様に、マイクロレンズ５４、５３、５２にマイクロレ
ンズの光軸から傾いた角度で入射し、それぞれ入射した
マイクロレンズと近接するマイクロレンズ５１の境界線
上に中心を持つ画素６１Ｒ，６１Ｇ、６１Ｂに集光さ
れ、各画素で反射されたのちに、共に入射したマイクロ
レンズ５２に近接するマイクロレンズ５１を通って出射
される。反射する際に、液晶により偏光に変調を受け画
像を形成した光は、再度反射型ホログラム素子２０３を
通過するが、入射時とは光の入射角が異なるため、回折
反射せずにそのまま透過し、直接投射レンズ６に導かれ
投射される。即ち、本実施の形態では反射型ホログラム
素子を用いることにより、偏光ビームスプリッタを不要
とすることができる。尚、本実施の形態でも、ホログラ
ム素子２０３で分離・反射された光は、図３に示したの
と同様に、６１Ｇ、６５Ｇの画素の中心を通り、マイク
ロレンズ５１の光軸を含む面をＧ光面、赤６１Ｒ、６６
Ｒの画素の中心を通り、マイクロレンズ５１の光軸を含
む面をＲ光面、青６１Ｂ、６７Ｂの画素の中心を通り、
マイクロレンズ５１の光軸を含む面をＢ光面としたと
き、それぞれの光面は互いに６０度の角度で交差してい
る。

【００５６】このような構成をとることにより、往路と
復路の光の分離を反射型ホログラム素子２０３の角度選
択性を用いて実現できるので、偏光ビームスプリッター
が不用となり、装置が簡単になり、更に小型・軽量・低
コスト化が可能となる。尚、上述した実施の形態１乃至
４では、反射型液晶表示素子に形成される画素は円形の
場合を図示して説明しているが、各画素は円形にこだわ
るものではなく四角形、六角形、八角形あるいはそれ以
上の多角形あるいはそれに近い形状のものであってもよ
い。また、上述した実施の形態１乃至４では、マイクロ
レンズの形状を円形状の場合を示しているが、マイクロ
レンズの形状を六角形、八角形あるいはそれ以上の多角
形あるいはそれに近い形状としてもよい。

【００５７】

【発明の効果】この発明に係る投射型表示装置によれ
ば、反射型液晶表示素子を用い、反射型液晶表示素子の
画素面に形成される画像情報をスクリーンに投影して表
示する投射型表示装置であって、平行な白色光を出射す
る照明光学系と、照明光学系から出射された白色光をそ
れぞれ所定の方向と角度を有した赤、緑、青の光に分離
する色光分離手段と、色光分離反射手段からの赤、緑、
青の光を透過させて反射型表示素子に形成された赤、
緑、青の各光に対応する画素にそれぞれ集光すると共
に、各画素で反射された光を透過して出射する複数のマ
イクロレンズが、各マイクロレンズの外周を略６等分す
る外周上の位置で互いに近接するように形成されたマイ
クロレンズアレイと、マイクロレンズアレイと対向して
配置され、各マイクロレンズの外周を略６等分するマイ
クロレンズ外周上の位置と対向する位置に赤、緑、青の
画素がそれぞれ向かい合って２個づつ形成され、互いに
近接する赤、緑、青の１組の画素を１絵素とする反射型
液晶表示素子と、反射型液晶表示素子へ入射される光と
反射型液晶表示素子で反射された光の光路を分離する偏
光ビームスプリッタと、反射型液晶表示素子の各画素で
反射され、マイクロレンズを透過し、偏光ビームスプリ
ッタを通過した光を上記スクリーンに画像として表示す
る投射光学系とを備え、色光分離手段は、白色光から分
離した赤、緑、青の各光を、互いに近接する３つの別々
のマイクロレンズに透過させて、１絵素を構成する赤の
画素、緑の画素、青の画素にそれぞれ集光させると共
に、１絵素を構成する赤の画素、緑の画素、青の画素で
それぞれ反射された３色の光は、互いに近接する３つの
マイクロレンズと共通に近接する１つのマイクロレンズ
を透過して出射するように構成されているので、互いに
異なる３のマイクロレンズを透過して反射型液晶表示装
置の１絵素を構成する３つの画素で反射された３色の光
が、すべて近接する１つのマイクロレンズを透過して出
射するので、偏光ビームスプリッターなどによる光のロ
スを増やすことなく、高効率の色分離を行うことが可能
となり、明るいカラー画像表示が可能となる。

【００５８】この発明に係る投射型表示装置によれば、
投射光学系は、その焦点位置をマイクロレンズが形成さ
れたマイクロレンズアレイの底面近傍に一致させたの
で、緑、赤、青の光はいずれも、１絵素を構成する３つ
の画素上のそれぞれ分離された位置に集光されているに
もかかわらず、マイクロレンズアレイの散乱効果などの
影響をほとんど受けず、画素像のずれや、画素像のボケ
をなくし、高い効率で投射レンズに入射させることが可
能となり、明るく高コントラストでかつ、高解像度のカ
ラー画像表示が可能となる。

【００５９】この発明に係る投射型表示装置によれば、
反射型液晶表示素子は、マイクロレンズ外周上の位置と
対向する位置に形成された画素群の中央に白色光に対応
する画素が更に形成され、上記白色光に対応する画素に
画像の輝度分布に対応する信号を与えるようにしたの
で、色分離されなかった白色光についても有効に利し
て、色分離に伴うロスなく形成できる白黒画像を重ねる
ことが可能となり、さらに明るい表示を行うことができ
る。

【００６０】この発明に係る投射型表示装置によれば、
色光分離手段として透過型ホログラム素子を採用したの
で、複雑な構成が要求されるダイクロイックミラーから
なる色光分離手段を用いて場合よりも小型で軽量な投射
型表示装置を実現できる。

【００６１】この発明に係る投射型表示装置によれば、
透過型ホログラム素子は偏光ビームスプリッタとマイク
ロレンズアレイの間に配置されているので、色分離前の
発散角の小さな状態で偏光ビームスプリッターに入射さ
せることができるので、偏光ビームスプリッターの角度
依存性による分離特性の劣化をさらに抑えることがで
き、高いコントラストで明るい表示が可能となる。

【００６２】この発明に係る投射型表示装置によれば、
色光分離手段として反射型ホログラム素子を用いたの
で、往路と復路の光の分離を反射型ホログラム素子２０
３の角度選択性を用いて実現することが可能となり、偏
光ビームスプリッターが不用となり、装置が簡単にな
り、更に小型・軽量・低コスト化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１による反射型液晶表示素子を用
いた投射型表示装置の構成を示す概念図である。

【図２】反射型液晶表示素子の画素とマイクロレンズ
の配置関係を示す要部拡大図である。

【図３】マイクロレンズを透過して画素へ入射したの
ち反射される各光の光面を説明するための図である。

【図４】各光のマイクロレンズおよび画素への入射光
路および反射光路を説明するための図である。

【図５】投射レンズ焦点位置における画素重なりの様
子と光路を説明するための要部拡大図である。

【図６】偏光ビームスプリッターの特性を示す図であ
る。

【図７】偏光ビームスプリッターへの光入射角を示す
図である。

【図８】光の光軸からの傾きと偏光ビームスプリッタ
ー面への入射角の関係を示す図である。

【図９】実施の形態１による光の広がりを説明するた
めの図である。

【図１０】実施の形態２による反射型液晶表示素子を
用いた投射型表示装置の構成を示す概念図である。

【図１１】実施の形態２におけるマイクロレンズと画
素の配置および光路を説明するための図である。

【図１２】実施の形態３による反射型液晶表示素子を
用いた投射型表示装置の構成を示す概念図である。

【図１３】実施の形態４による反射型液晶表示素子を
用いた投射型表示装置の構成を示す概念図である。

【図１４】従来の透過型の投射型表示装置を示す構成
図である。

【図１５】従来の透過型の投射型表示装置のマイクロ
レンズと画素の関係を示す要部拡大図である。

【図１６】反射型の投射型表示装置にマイクロレンズ
による色分離光学系を用いる際の問題点を示す図であ
る。

【図１７】従来の透過型ホログラム素子を用いた反射
型の投射型表示装置を示す構成図である。

【図１８】従来の隣接するマイクロレンズから反射光
を出射させる方式の反射型の投射型表示装置の画素構成
とマイクロレンズの配置を示す要部平面図である。

【図１９】図１８のＸーＸ´線に沿った断面構成を示
す断面図であって、入射光および反射光の光路を説明す
るための図である。

【図２０】従来の隣接するマイクロレンズから反射光
を出射させる方式の反射型の投射型表示装置において、
解像度が低下する理由を説明するための図である。

【図２１】従来の近接するマイクロレンズから反射光
を出射させる方式の反射型の投射型表示装置における偏
光ビームスプリッターへの光の入射角を示す図である。

【図２２】偏光ビームスプリッターを通過することに
よる光の広がりを説明するための図である。

【符号の説明】

１光源（ランプ）２反射鏡３コンデンサ
レンズ５偏光ビームスプリッター６投射レンズ７スクリーン９偏光板３０フィールド
レンズ４０色光分離手段４０Ｒ、４０Ｇ，４０Ｂダイクロイックミラー５０マイクロレンズアレイ６０反射型液
晶表示素子１００照明光学系２０１透過型ホログラム素子２０２透過型
ホログラム素子２０３反射型ホログラム素子３００投射光学系

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 33/12 Ｈ０４Ｎ 9/31 ＣＨ０４Ｎ 9/31 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者藤野順一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者西前順一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者小田恭一郎東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者井上満夫東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者都出英一東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者後藤令幸東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 2H088 EA15 EA16 EA18 HA12 HA13 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 MA04 MA16 MA20 2H091 FA10Z FA14Z FA26Z FA29Z FA41Z FA50Z LA17 LA18 MA07 5C058 AB06 BA06 EA11 EA12 EA26 5C060 BA03 BC01 DA03 DA04 HC01 HC04 HC16 HC24 JA11 JA17 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射型液晶表示素子を用い、上記反射型
液晶表示素子の画素面に形成される画像情報をスクリー
ンに投影して表示する投射型表示装置であって、平行な白色光を出射する照明光学系と、上記照明光学系から出射された白色光をそれぞれ所定の
方向と角度を有した赤、緑、青の光に分離する色光分離
手段と、上記色光分離反射手段からの赤、緑、青の光を透過させ
て上記反射型表示素子に形成された上記赤、緑、青の各
光に対応する画素にそれぞれ集光すると共に、各画素で反射された光を透過して出射する複数のマイク
ロレンズが、各マイクロレンズの外周を略６等分する外
周上の位置で互いに近接するように形成されたマイクロ
レンズアレイと、上記マイクロレンズアレイと対向して配置され、上記各
マイクロレンズの外周を略６等分するマイクロレンズ外
周上の位置と対向する位置に赤、緑、青の画素がそれぞ
れ向かい合って２個づつ形成され、互いに近接する赤、
緑、青の１組の画素を１絵素とする反射型液晶表示素子
と、上記反射型液晶表示素子へ入射される光と上記反射型液
晶表示素子で反射された光の光路を分離する偏光ビーム
スプリッタと、上記反射型液晶表示素子の各画素で反射され、マイクロ
レンズを透過し、上記偏光ビームスプリッタを通過した
光を上記スクリーンに画像として表示する投射光学系と
を備え、上記色光分離手段は、白色光から分離した赤、緑、青の
各光を、互いに近接する３つの別々のマイクロレンズに
透過させて、上記１絵素を構成する赤の画素、緑の画
素、青の画素にそれぞれ集光させると共に、上記１絵素
を構成する赤の画素、緑の画素、青の画素でそれぞれ反
射された３色の光は、上記互いに近接する３つのマイク
ロレンズと共通に近接する１つのマイクロレンズを透過
して出射するように構成されていることを特徴とする投
射型表示装置。
【請求項２】投射光学系は、その焦点位置をマイクロ
レンズが形成されたマイクロレンズアレイの底面近傍に
一致させたことを特徴とする請求項１に記載の反射型の
投射型表示装置。
【請求項３】反射型液晶表示素子は、マイクロレンズ
外周上の位置と対向する位置に形成された画素群の中央
に白色光に対応する画素が更に形成され、上記白色光に
対応する画素に画像の輝度分布に対応する信号を与える
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記
載の投射型表示装置。
【請求項４】色光分離手段は、透過型ホログラム素子
であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の投射型表示装置。
【請求項５】透過型ホログラム素子は、偏光ビームス
プリッタとマイクロレンズアレイの間に配置されている
ことを特徴とする請求項４に記載の反射型の液晶投射型
表示装置。
【請求項６】色光分離手段として反射型ホログラム素
子を用いると共に、偏光ビームスプリッタを省略したこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
投射型表示装置。