JP2001117050A - 照明装置と投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 第１及び第２のレンズアレイと偏光変換素子
を使用して同一の偏光波成分を光変調素子を照射するよ
うな光学系において、照明光として取り込む光源の発散
角が大きくなるようにする。 【解決手段】 液晶表示素子側に位置する開口の位置ｙ
に第１レンズアレイの結像位置ｆを設定すると、（ｂ）
光線（Ｂ）と、この線の延長線上にある間口位置ｙの交
点ｐＬと第１レンズアレイの中心を結んだ光線Ｌと光軸
の成す角θ２が、この場合の最大取り込み発散角θ２と
なる。（ｃ）に光線Ａと光線Ｂの交点に第１レンズアレ
イの結像位置ｆを設定すると光源の発散角を有効に取り
込むことができ、偏光換素子６０によって分離されるＰ
偏光とＳ偏光の各々の光路のうち、短いほうの光路長を
Ｓ、長いほうの光路長をＬとしたとき Ｓ＜ｆ＜Ｌの範
囲内となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶表示パ
ネル等の光変調素子（表示デバイス）に対して効率よく
光を照射することができる照明装置と、この照明装置を
備えた投射型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、例えばいわゆるライトバルブ
と言われる光変調素子である液晶表示パネル等の光学素
子を用いたプロジェクタ装置、テレビジョン受像機、コ
ンピュータ用のディスプレイ等の表示装置が、広い分野
で普及している。このような液晶表示パネル等を用いた
投射型表示装置は、光源から出射される光を３原色に分
光して、液晶表示パネルに入射し、この液晶表示パネル
において入力した映像信号によって光変調した後に合成
して、カラ一映像信号を生成している。そして、このカ
ラー映像信号は投射レンズを介してスクリ一ンに拡大投
影される。

【０００３】ところで、このような光学系では、光源と
してその演色性の良さから超高圧水銀ランプやメタルハ
ライドランプ等が多く用いられる。しかし、これらの光
源は理想的な点光源とはならないため、これらの光源か
ら射出された光束は大きな発散角を有する。一方、本発
明が適応されるような光学系に用いられる照明光学系に
は、光源から射出される光束を効率よく均一に液晶表示
パネルに対して照射できることが要求される。しかし、
前述のように一般に用いられている光源が発生する光束
は大きな発散角を有する。このため、光源から射出され
た光束を効率良く液晶表示パネルに照射することが困難
である。このように大きな発散角を有する光源から射出
される光束を、効率よく液晶表示パネルへ照射するため
の手段としては、例えば小さなレンズを多数格子状に配
置した構造を持つレンズアレイ等を用いて、液晶表示パ
ネルに到達させる光束を収束し、かつ照度の分布を均一
にしようとすることが一般に知られている。

【０００４】この種のレンズアレイを用いた一般的な投
射型表示装置の例を図１０にしたがって説明する。光源
３には放物面鏡３ａの焦点位置に例えば超高圧水銀ラン
プ３ｂが配置されており、所定の発散角を有する光束が
その開口から射出される。そして、光源３から出射され
た光束の中で、赤外領域（ＩＲ）及び紫外領域（ＵＶ）
の不要光線はＵＶ／ＩＲカットフィルタ５によって遮断
され有効な光線のみが後方の第１光学ブロック１に導か
れる。

【０００５】この第１光学ブロック１は、光変調素子
（光空間変調素子）である液晶表示パネル４５、４９、
５３の有効開口のアスペクト比に略相似な外形を持つ複
数の凸状のセルレンズ２１ａが格子状に配列されている
第１レンズアレイ２１を含む光学素子によって構成され
ている。

【０００６】第１光学ブロック１の後方に配置される第
２光学ブロック２の第２レンズアレイ２３は、入射側に
複数の凸状のセルレンズ２３ａを形成し、出射側には第
１集光成分とされている１個の凸面２３ｆを有してい
る。また、第２レンズアレイ２３と液晶表示パネル４
５、４９、５３の有効開口の間には、光源３から出射さ
れた光を赤、緑、青の各色に分解するダイクロイックミ
ラ一１４、２７が配置されている。この図に示す例で
は、まずダイクロイツクミラ一１４で赤色光Ｒを反射
し、緑色光Ｇ及び青色光Ｂを透過させている。このダイ
クロイックミラ一１４で反射された赤色光Ｒは、ミラ一
１５により進行方向を９０度曲げられてコンデンサレン
ズ５１で収束されて赤色用液晶表示パネル５３に入射す
る。

【０００７】一方、ダイクロイツクミラ一１４を透過し
た緑色光Ｇ、及び青色光Ｂはダイクロイツクミラ一２７
により分離されることになる。すなわち、緑色光Ｇは反
射されて進行方向を９０度曲げられてコンデンサレンズ
４７を介して緑色用液晶表示パネル４９に導かれる。そ
して青色光Ｂはダイクロイックミラ一２７を透過して直
進し、リレーレンズ２９，３３、コンデンサレンズ４
３、ミラ一３１、３５を介して青色用液晶表示パネル４
５に導かれる。

【０００８】液晶表示パネル４５、４９、５３の入射側
には入射した光の偏光方向を一定方向に揃えるための偏
光板（図示せず）が、また後方には出射した光の所定の
偏光面を持つ光のみ透過する偏光板（図示せず）が配置
され、液晶を駆動する回路の電圧により光の強度を変調
するように構成されている。

【０００９】そして、液晶表示パネル４５，４９，５３
で光変調された各色の光は、光合成手段としてのダイク
ロイックプリズム４１によって合成されることになる。
このダイクロイツクプリズム４１では赤色光Ｒは反射
面４１ａで、また青色光Ｂは反射面４１ｂで投写レンズ
１３が配置されている方向に反射される。そして緑色光
Ｇが反射面４１ａ、 ４１ｂを透過することで、ＲＧＢ
各光が、１つの光軸に合成され、投写レンズ１３によっ
てスクリーン１０２に拡大投影される。

【００１０】次に、第１光学ブロック１と第２光学ブロ
ック２のレンズアレイ２１、２３の構成について図１１
〜図１２にしたがい、さらに詳しく説明する。まず、図
１１は主に第１光学ブロック１の光学特性による光束の
形成例を示しており、光源から射出された光束Ｌは、第
１レンズアレイ２１の各々のセルレンズ２１ａによって
分割され、第１光学ブロック１を射出した後、第２光学
ブロック２の近傍において第１レンズアレイ２１の各々
のセルレンズ２１ａに対応した像を作る。その後、光束
は第２レンズアレイ２３の凸面２３ｆにより第２集光成
分となるコンデンサレンズ４７へ導かれる。そのコンデ
ンサレンズ４７によって図１０に示した投射レンズ１３
の瞳の近傍に光源の像が再結像される。なお、４１はダ
イクロイックプリズム、４９は液晶表示パネルを示す。

【００１１】図１２は主に第２光学ブロック２による光
束の形成例を示しており、第２レンズアレイ２３は、そ
のそれぞれのセルレンズ２３ａの外形寸法と第１レンズ
アレイ２１との間隔を適切に設定する事により、前記照
明系の取り込める発散角θをコントロールする。この取
り込まれた発散角内の光束は、第１集光成分である凸面
２３ｆで第２集光成分であるコンデンサレンズ４７へ導
かれ、前記第１集光成分と前記第２集光成分で合成した
合成集光成分により液晶表示パネル４９を効率よくかつ
均一に照射する。

【００１２】以上のように例えば光源から射出され第２
集光成分であるコンデンサレンズ４７に導かれた光束
は、前後に偏光板を有する液晶表示パネル４９で変調さ
れた後、例えばダイクロイツクプリズム４１のような色
合成素子に入射する。なお、第１集光成分である凸面２
３ｆを経由して第２集光成分であるコンデンサレンズ４
７に入射する光は、先に示したように途中で図示しない
ダイクロイックミラ一等の光学素子によって赤色光Ｒ・
緑色光Ｇ・青色光Ｂに分離された光線のうちの緑色光Ｇ
を示している。図１０に示したダイクロイツクプリズム
４１は、４個のプリズムを所定の反射特性を有している
薄膜で形成される反射面４１ａ、４１ｂを介して貼り合
わせて形成されている。

【００１３】図１０，図１１は 緑色光Ｇの光路のみを
実線で示しているが、赤色光Ｒ及び青色光Ｂは各色の液
晶表示パネルによって同様に光変調された後に、矢印で
示されているように、ダイクロイックプリズム４１に対
してそれぞれ異なる方向から入射することになる。

【００１４】液晶表示パネル４９で変調された緑色光Ｇ
は、ダイクロイツクプリズム４１をそのまま透過し、ダ
イクロイツクプリズム４１に入射した赤色光Ｒは反射面
４１ａで、入射した青色光Ｂは反射面４１ｂでそれぞれ
反射する。つまり、ダイクロイックプリズム４１によっ
てＲＧＢ各光が合成され、力ラ一映像信号が生成され、
投写レンズ１３に入射する。

【００１５】このように、凸状のセルレンズ２１ａ、
２３ａが格子状に配列された第１，及び第２のレンズア
レイ２１、２３を光源の後方に設けることにより、コン
デンサレンズのみを配置した場合よりも光源から出射さ
れた光を効率よく、かつ均一に液晶表示パネル４５（４
９，５３）の有効開口に照射することができるようにな
っている。

【００１６】図１３（ａ、ｂ）は第１レンズアレイ２１
のセルレンズ２１ａ〜２１ｄのアスペクト比（横の長さ
対縦の長さの比）と第２レンズアレイ２３のセルレンズ
２３（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の一例を示しており、例えば１
６：９に設定されている。このセルレンズ２１（ａ、
ｂ、ｃ、ｄ）のアスペクト比は、光変調素子である図１
０の液晶表示パネル４５，４９、５３のアスペクト比、
及び図１０のスクリーン１０２のアスペクト比と概略一
致させている。

【００１７】次に図１４を用いて取り込み可能な発散角
と、第１、第２レンズアレイ間隔及び第２レンズアレイ
のセルレンズサイズの関係を述べる。図１４に示すよう
に第２レンズアレイのセルレンズ２３のサイズをｙ、第
１、第２レンズアレイ間隔をｌとすると取り込み可能な
発散角θはＴａｎθ ＝ｙ／ｌとなる。このように第
１、第２レンズアレイのみで構成されている場合は、第
１、第２レンズアレイ間隔と第２レンズアレイのセルレ
ンズサイズｙのみで取り込み可能な発散角が決定され
る。

【００１８】また、光源から出射された光を効率よく液
晶表示パネル４５に照射するために一般的用いられるも
のに偏光変換素子がある。図１５は、偏光変換素子６０
を使用したときの照明光学系を示している。この図にお
いて光源３から出射された光は、第１レンズアレイで構
成される第１の光学ブロック１を通過して偏光変換素子
６０に照射され、さらに第２レンズアレイによって構成
される第２の光学ブロック２によってコンデンサレンズ
４７に向かって射出される。偏光変換素子６０は後で述
べるように、偏光ビームスプリッタと反射面、さらに偏
光方向を変換するためのλ／２板とからなり、光源から
射出されたランダムの偏光面を有する光が偏光ビームス
プリッタに所定の角で入射することによりＰ偏光波は透
過し、Ｓ偏光波は反射面によって再度光軸方向に反射さ
れ、再び光軸に沿って進行する。この分離されたＰ偏光
あるいはＳ偏光のどちらか一方の光路上にλ／２板を配
置する事により片方の偏光面のみを回転させることが出
来、全ての偏光面を一致させることが出来る。

【００１９】偏光変換素子６０から射出される偏光面の
揃った光を用い液晶表示パネル４９を照射することによ
り、従来偏光板によって吸収されてしまっていた光を有
効に利用し、光源から射出された光を効率よく液晶表示
パネルに照射することが出来るようになっている。

【００２０】このような偏光変換素子６０を配置する場
所としては、光源と前記第１光学ブロックの間、あるい
は前記第２光学ブロック２の近傍等が考えられるが、図
１５に示すように光利用効率の点から第２光学ブロック
２の近傍に配置するのが望ましい。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】前述の様な超高圧水銀
ランプやメタルハライドランプ等を光源として用いてい
る照明光学系において、前記光源３から射出される光束
を効率よく利用するためには、ランプの持つ所定の発散
角の光束を効率良く取り込むことが必要である。この発
散角の取り込みを制御しているのが前述の様に第１レン
ズアレイと第２レンズアレイの間隔と、第２レンズアレ
イのセルレンズのサイズである。

【００２２】しかしながら、光源から射出された光束を
効率良く利用するためには図１５に示すように前述の偏
光変換素子６０を第２レンズアレイの近傍に配置するこ
とが必要である。その結果図１６に示すように第２レン
ズアレイ近傍に複数の閉口制限が生じ、取り込める発散
角に制限が生じる。さらに偏光変換素子の偏光ビームス
プリツタによって反射されるＳ偏光は、偏光ビームスブ
リッタと反射面によって光路を折曲げられるため、偏光
ビームスブリッタを透過するＰ偏光の光路長に比べ長く
なる。このため、Ｐ光路とＳ光路では取り込める発散角
に差が生じる。その結果、Ｐ光路あるいはＳ光路のどち
らかの光路で充分な発散角が取り込めなくなる。このこ
とは、光学系の光利用効率の悪化を招く。

【００２３】以下、この点を図１６を参照して詳細に説
明する。第２レンズアレイの１個のセルレンズ２３ａ前
に偏光変換素子６０を配置すると、図の様にセルレンズ
のサイズが第１レンズアレイのセルレンズ２１ａの半分
になる。さらに第２レンズアレイのセルレンズ２３ａの
開口以外に偏光変換素子６０により複数の開口が生じ、
この複数の開口によって取り込み可能な発散角に制限が
生じる。例えば、最も第１レンズアレイ側にある開口上
に第１レンズアレイのセルレンズの結像位置ｆを設定す
ると、図１６（ａ）に示すように最大開口に入射する発
散角θ１のうち光学系を通過できる光束はＡの領域の光
束のみとなる。次に、最も液晶表示パネル側にある開口
上に第１レンズアレイのセルレンズの結像位置ｆを設定
すると、図１６（ｂ）に示すように最大開口に入射する
発散角θ２のうち光学系を通過できる光束はＢ、Ｃの領
域の光束のみとなる。さらに、偏光変換素子６０の光路
が短くなる図１６（ｃ）の場合でも、液晶パネル側に近
いほうに第１レンズアレイのセルレンズの結像位置を設
けると、発散角θ３以上の光では、依然として領域Ａの
光は偏光変換素子６０を通過することができないことに
なる。

【００２４】このように第１レンズアレイを通過する一
部の光束だけを用いた照明光学系では、液晶表示パネル
上での照度むらや、第１の集光成分の液晶表示パネル側
に配置されるダイクロイツクミラーへの入射光線の偏り
により、液晶表示パネル上での色むらを生じる。よって
有効に利用できる光束は第１レンズアレイ全面を通過し
偏光変換素子および第２レンズアレイを通過出来る光束
である。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点を解決するためになされたもので、例えば液晶パネル
等の表示デバイスに対して効率よく光を照射する光学系
を実現するものである。

【００２６】本発明の照明装置では、表示装置を形成す
る光変調素子には光源からの光束が照明用の光学装置を
介して照射するようになっている。この照射用の光学装
置の第１光学ブロックは、第１レンズアレイを含んでい
る。この第１のレンズアレイは光変調素子に対してほぼ
相似形状を有する複数のセルレンズを有している。第２
光学ブロックは、第２レンズアレイと偏光変換素子を有
している。この第２レンズアレイは、複数のセルレンズ
を有しており、第１光学ブロックの第１レンズアレイに
対応している。第２光学ブロックの第１集光成分は第２
レンズアレイを通った光束を光変調素子側に向けて集光
するものである。第２集光成分は、第２光学ブロックか
ら射出された光束を所定の位置に結像させるために、光
変調素子の近傍に配置されている。この場合に、第１レ
ンズアレイの結像位置ｆは前記偏光変換素子によって分
離されるｐ偏光とＳ偏光の各々の光路のうち、短いほう
の光路長をＳ長いほうの光路長をＬとしたとき Ｓ＜ｆ＜Ｌ を満足するように設定されている。これにより前記した
ような光学系において最大限の発散角の取り込みが可能
となり、Ｓ光路とＰ光路の取り込み発散角の差も小さく
することが出来、光源から射出される光束を有効に利用
出来る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００２８】図１は、本発明の光学装置の好ましい実施
の形態を有する投射型表示装置を備える投写型テレビジ
ョンセツト１００を示す外観図であり、図２は、図１の
投射型表示装置１を備える液晶方式の背面投写型テレビ
ジョンセツト内部を示しており、液晶プロジェクタ装置
ともいう。まず、このテレビジョンセット１００の概略
の構造について説明すると、図１及び図２において、テ
レビジョンセツト１００はキャビネット１０１、スクリ
ーン１０２、ミラー１０３、そして投射型表示装置１を
内蔵している。投射型表示装置１が光源３の光を用いて
投写しようとする投写光５は、ミラー１０３で反射し
て、スクリーン１０２の背面１０４から投写するように
なっている。スクリーン１０２に投写された映像は、ユ
ーザーがスクリーン１０２においてカラー映像あるいは
白黒映像として見ることができる。

【００２９】以下の実施の態様に説明においては、スク
リーン１０２においてカラー映像が表示できるものにつ
いて説明する。投射型表示装置１は図３に示すように光
源３及び投射レンズ１３を有している。光源３と投写レ
ンズ１３は、光学装置１１本体に着脱可能に取り付けら
れている。

【００３０】光源３は、例えば放物面状の反射鏡３ａと
ランプ３ｂを有している。このランプ３ｂはメタルハラ
イドランプあるいはハロゲンランプ等を用いることがで
きる。 一方投写レンズ１３は、光学装置１１から導か
れる合成光（カラー画像光）を、図２のスクリーン１０
２の背面１０４に対してフォーカス調整できる機構を有
している。

【００３１】次に、図３に従って光学装置１１の中の光
学系について説明する。光源３の近くには、フィルター
５、第１光学ブロック１と第２光学ブロック２が配置さ
れている。これらのフィルター５、第１光学ブロック１
と第２光学ブロック２は、光源３から出る光（光束）Ｌ
Ｐの光軸ＯＰに関して直交し互いに平行に配置されてい
る。

【００３２】第１光学ブロック１の第１レンズアレイ２
１と第２光学ブロック２の第２レンズアレイ２３は、例
えば長方形状の多数のレンズが平面的に集合したもので
あり、フィルター５を通ってきた光ＬＰを均等化して、
液晶表示パネル４５、４９，５３側に照明光を供給し、
投写レンズ１３に送る。第２光学ブロック２の偏光変換
素子６０は光源から射出されるランダムな偏光の光束を
単一の偏光方向の光束に変換するためのものである。フ
ィルター５、第１光学ブロック１と第２光学ブロック２
を通った光Ｌは、先にも述べたように赤色光（Ｒ）、緑
色光（Ｇ）、そして青色光（Ｂ）を含んでいるが、次に
説明する光学系により、光Ｌは、赤色光（Ｒ）、緑色光
（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分割された後に、所定の光変調
が与えられて、再びこれら三原色が構成されることによ
り、投写レンズ１３側にカラー画像光である合成光１３
Ａを合成するようになっている。

【００３３】直進する光軸ＯＰに沿って、ダイクロイツ
クミラー１４、２７、リレーレンズ２９、ミラー３１が
配列されている。この光軸ＯＰと直交する方向の別の光
軸に沿っては、ダイクロイツクミラ一１４に対応してミ
ラー１５が配列されている。そしてコンデンサレンズ
（第２集光成分）５１と、及び光変調部材としての液晶
表示パネル５３が配置されている。

【００３４】ダイクロイツクミラー２７に対応してコン
デンサレンズ（第２集光成分）４７と、光変調部材とし
ての液晶表示パネル４９が配置されている。ミラー３１
に対応してリレーレンズ３３，とミラー３５が配置され
ている。そして、コンデンサレンズ（第２集光成分）４
３、そして光変調部材としての液晶表示パネル４５が配
置されている。

【００３５】これらの液晶表示パネル５３，４９、４５
に対応して、ダイクロイツクプリズム（光合成部材、又
は合成光学素子、あるいはクロスプリズムとも呼ぶ）４
１が配置されている。このダイクロイツクプリズム４１
に対応して投写レンズ１３が位置している。ダイクロイ
ックミラー１４，２７は、波長に応じて光を反射する光
反射特性及び光を透過する光透過特性を有するミラーで
ある。

【００３６】図３の光Ｌの赤色光（Ｒ）は、ダイクロイ
ツクミラ一１４で反射されてミラー１５側に送られると
ともに、光Ｌの緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）はダイクロ
イックミラー１４を透過して、ダイクロイツクミラー２
７側に送られる。緑色光（Ｇ）は、このダイクロイツク
ミラー２７で反射されて、コンデンサレンズ４７、及び
液晶表示パネル４９に送られる。青色光（Ｂ）は、ダイ
クロイックミラ−２７を通過し、リレーレンズ２９を通
りミラー３１で反射されて、そしてリレーレンズ３３を
通ってミラー３５で反射されることにより、コンデンサ
レンズ４３と、液晶表示パネル４５を通る。ミラー１５
で反射された赤色光（Ｒ）は、コンデンサレンズ５１及
び、液晶表示パネル５３を通過ししてダイクロイックプ
リズム４１に供給される。

【００３７】次に、図３に示すダイクロイツプリズム４
１について説明する。このダイクロイツクプリズム４１
は、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）を合成
して、合成光１３Ａを作るプリズムである。このダイク
ロイツクブリズム４１は、４つの断面三角形状のプリズ
ム４１Ａ，４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄを接着剤で貼り合わ
せて形成されたプリズムである。各プリズム４１Ａ、４
１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄの１つの面あるいは２つの面に
は、光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜４１
ａ，４１ｂが形成されている。このようなあらかじめ定
められた光透過特性及び光反射特性を有する光学薄膜
（光学多層膜）４１ａと４１ｂは、プリズム４１Ａ、４
１Ｂ、４１Ｃ，４１Ｄの接着しようとする面に対して形
成されている。このダイクロイツクプリズム４１の各プ
リズム４１Ａ〜４１Ｄは、プラスチックあるいはガラス
により断面三角形状に作られている。

【００３８】次に、図３において光源３のランプ３ｂが
発生する光ＬＰがスクリーン１０２に到達するまでの経
路を簡単に説明する。ランプ３ｂが発生する光ＬＰは、
フィルター５を通って不要光線（赤外と紫外線）を除去
されて光Ｌとなる。この光Ｌの赤色光Ｒは、ダイクロイ
ックミラー１４で反射されて、ミラー１５で反射後に、
コンデンサレンズ５１，及び液晶表示パネル５３を通っ
て、ダイクロイツクプリズム４１の光学薄膜４１ａで反
射される。

【００３９】一方、光Ｌの緑色光Ｇと青色光Ｂの成分
は、ダイクロイックミラー１４を通り、そのうちの緑色
光Ｇがダイクロイツクミラ−２７で反射されてコンデン
サレンズ４７、液晶表示パネル４９を通りダイクロイツ
クプリズム４１の光学薄膜４１ａ、４１ｂを通る。ダイ
クロイツクミラー２７を通った青色光Ｂは、リレーレン
ズ２９を通りミラー３１で反射されて、リレーレンズ３
３を通りさらにミラー３５で反射する。この青色光Ｂ
は、コンデンサレンズ４３、及び液晶表示パネル４５を
通って、ダイクロイツクプリズム４１の光学薄膜４１ｂ
で反射する。

【００４０】このように、ダイクロイックプリズム４１
に集合した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは光学薄膜４
１ａ・４１ｂの光透過特性と光反射特性により合成され
て、合成光１３Ａとして液晶表示パネル５３，４９、４
５が表示している画像の情報を含むようにして、投写レ
ンズ１３の投写レンズより投写スクリーン１０２の背面
に拡大投写される。

【００４１】図４（ａ）は本発明に採用することができ
る偏光変換素子６０の概要を示したものであり、第１レ
ンズアレイの一つのセルレンズ２１ａを通過した光に対
応する部分の構成のみが示されている。この図において
偏光変換素子６０は光源から照射された無偏光の光（ラ
ンダム光）の中でＰ偏光波成分を透過し、ｓ偏光成分を
反射する偏光ビームスプリッタ６１と、反射されたｓ偏
光成分を反射する反射面６２と、この反射面６２で反射
されたｓ偏光成分をｐ偏光成分に偏光する1/2λ板６３
を備えている。なお（ｂ）の場合は偏光プリズムの代わ
りにビームスプリッタ６１、反射板６２，1/2λ板が板
状の光学素材によって幾何学的に形成されており、板状
の部材で構成されることによって、偏光素子を低コスト
化できるようにしたもので、本質的に（ａ）の場合と同
一の光偏光処理を行うものである。

【００４２】図５は本発明の照明装置において採用され
ている第１レンズアレイの一つのセルレンズの焦点位置
を説明する概要図である。この図において２１ａは第１
レンズのアレイの１個のセルレンズを示し、２３ａは第
２レンズアレイの１個のセルレンズを示す。６０は前記
図４で示したように偏光変換素子６０の各部の開口位置
を示し、入射開口位置ｘと、出射開口位置ｙと前記偏光
変換素子で述べたときの反射板６２の入射開口位置ｚを
便宜的に示している。例えば、図５（ａ）のように最も
第１レンズアレイ側にある開口ｘ上に第１レンズアレイ
２１ａの結像位置ｆを設定すると、偏光変換素子６０お
よび第２レンズアレイ２３ａを通過出来る最大発散角θ
１の光束が結像する位置は図５（ａ）に示すように第１
レンズアレイ２１ａのセルレンズ開口の最下端ｐ１と、
最も液晶表示素子側に位置する開口ｙの最上端ｐＡを結
んだ光線（Ａ）と、最も第１レンズアレイ側にある開口
位置ｘの交点ｐｓとなる。そして、この交点ｐｓと第１
レンズアレイ２１ａのセルレンズの中心を結んだ光線ｓ
と、光軸のなす角θ１がこの場合の最大取り込み発散角
θ１となる。

【００４３】さらに、最も液晶表示素子側に位置する開
口の位置ｙに第１レンズアレイの結像位置ｆを設定する
と、偏光変換素子および第２レンズアレイを通過出来る
最大発散角の光束が結像する位置は、図５（ｂ）に示す
ように第１レンズアレイのセルレンズ開口の最上端ｐ２
と最も第１レンズアレイ側にある開口の位置ｘの最上端
ｐ２を結んだ光線（Ｂ）と、この線の延長線上にある最
も液晶表示素子側に位置する間口位置ｙの交点ｐＬとな
る。そしてこの交点ｐＬと第１レンズアレイのセルレン
ズ２１ａの中心を結んだ光線Ｌと、光軸の成す角θ２が
この場合の最大取り込み発散角θ２となる。

【００４４】以上より、図５（ｃ）に示すように、この
ような構成において最も大きな発散角θ３を取り込むた
めには、前記光線Ａと光線Ｂの交点に第１レンズアレイ
のセルレンズ２１ａの結像位置ｆを設定する事が望まし
い。この第１レンズアレイの結像位置ｆは前記偏光変換
素子６０によって分離されるＰ偏光とＳ偏光の各々の光
路のうち、短いほうの光路長をＳ、長いほうの光路長を
Ｌとしたとき Ｓ＜ｆ＜Ｌ の範囲内となる。

【００４５】図６は上記実施例が偏光変換素子６０を第
２レンズアレイ２３ａの光源側に設けたのに対して、偏
光変換素子６０を光変調素子となる液晶パネル４９側に
設けた場合を示す。すなわち、第２学ブロック２が２枚
の分割されているレンズアレイ２３ａと２３ｆによって
構成されており、その中間に偏光変換素子６０が設けら
れている場合を示す。このような光学系は、図５の示す
ように第２レンズアレイを点線で示す位置に配置し、こ
のレンズアレイ２３の集光面２３ｆが偏光変換素子６０
の出口側に位置することになるが、この場合においても
光源３から出射された光は、第１光学ブロック１を形成
する第１レンズアレイ２１の結像位置が Ｓ＜ｆ＜Ｌ となるように設定されていると、図５で説明したように
第１，及び第２の光学ブロックを通過し、かつ偏光変換
素子を通過することができる光源の発散角θが最大とな
るように取り込むことができるようになる。

【００４６】図７は本発明のダイクロイックプリズム４
１の他の実施例を示したものである。この図で図３で示
したダイクロイックプリズムの部分と同一の符号は同一
の部材を有するものである。このような色合成プリズム
を使用しても本発明の本質的な効果に何らの変更を与え
るものではない。

【００４７】ところで本発明は上記実施の形態に限定さ
れない。上述した実施の形態では、液晶表示パネルを３
枚用いたいわゆる３板式と呼ばれる、特に背面投写型の
表示装置の例を示している。しかしこれに限らず、液晶
表示パネルは１枚しか用いないようないわゆる単板式の
もの等にも採用できる。またライトバルブあるいは光変
調素子は、液晶表示パネルに限らず他の種類の表示パネ
ルを用いることもできる。また、図８のようないわゆる
スクリーン１０２の前面側から投射型表示装置１で直接
スクリーンに投写するフロントプロジェクタと呼ばれる
方式のブロジェクタ等にも本発明は適用できる。

【００４８】図９は本発明の表示装置としての他の例を
示したもので、図３と同一部分は同一符号とし、その詳
細な説明を省略する。この図においては色合成プリズム
が図７で示したようなダイクロイックプリズム構成のも
のが使用されている他に、偏光変換素子６０として図４
（ｂ）に示したような板状の偏光板を使用する場合を示
している。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
偏光変換素子等を使用して効率的に液晶表示パネルに照
射される光を形成するような照明系において、光源側に
配置されている第１のレンズアレイの焦点位置をＳ＜ｆ
＜Ｌとなるように設定することによって、光源からの発
散角を大きくすることができ、光量のロスや光量のムラ
を防いで均一な結像性能を得ることができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適応可能な投写型テレビジョンセッ
トの概要を示す斜視図である。

【図２】 投写型テレビジョンセットの内部構造を示す
側面図である。

【図３】 投射型表示装置の光学素子の配置の一例を示
す図である。

【図４】 偏光変換素子の内部構造を光学路によって示
した模式図である。

【図５】 光源から第１，第２セルレンズアレイ、及び
偏光変換素子の各開口を通過することができる光束を取
り込むことができる時の発散角の説明図である。

【図６】 偏光変換素子が第２レンズアレイの液晶表パ
ネル側に位置しているときの照明装置の説明図である。

【図７】 ダイクロイックプリズムの他の実施例を示す
平面図である。

【図８】 映像を直接スクリーンに投影するフロンタイ
プの表示装置の模式図である。

【図９】 本発明の投射型表示装置となる他の実施例の
光学配置図である。

【図１０】 従来の投射型表示装置の光学素子の配置を
説明する図である。

【図１１】 光源を表示パネルに照射するときの光学素
子の配置図を示す。

【図１２】 第１，及び第２セルレンズアレイによって
制限される光束の発散角の説明図である。

【図１３】 第１，第２セルレンズの外形を示す平面図
である。

【図１４】 第１，及び第２のセルレンズによって制限
される光束の説明図である。

【図１５】 偏光変換素子と第１，お及び第２レンズア
レイの配置図を示す

【図１６】 セルレンズアレイの焦点位置によって取り
込めない光が生じることを示す説明図である。

【符号の説明】

３ 光源、２１ 第１レンズアレイ、２３ 第２レンズ
アレイ、 ６０ 偏光変換素子

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０９Ｆ 9/00 ３６０ Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０ (72)発明者 喜田 晃二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 篠田 真人 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA15 HA13 HA20 HA25 HA27 MA04 2H091 FA05X FA05Z FA10Z FA27X FA27Z FA29Z FA41Z LA18 MA07 2H099 AA12 BA09 CA01 CA06 CA11 DA00 5G435 AA02 AA03 BB12 BB17 CC12 DD02 DD03 DD07 DD09 FF03 FF05 GG01 GG02 GG03 GG04 GG08 GG11 GG28 GG46 LL04 LL15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、この光源からの光束が照射され
   る複数のセルレンズを有する第１レンズアレイと、 前記第１レンズアレイに対応し、複数のセルレンズを有
   する第２レンズアレイと、 前記第２レンズアレイの光源側に隣接して配置された偏
   光変換素子と、 前記偏光変換素子が光路を折り曲げることによって生じ
   る、前記第１レンズアレイから前記第２レンズアレイま
   での光路長のうち、長い方の光路長をＬ、短い方の光路
   長をＳ、前記第１レンズアレイのセルレンズの結像位置
   をｆとした時、 Ｓ＜ｆ＜Ｌ を満足する事を特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】光源と、この光源からの光束が照射される
   複数のセルレンズを有する第１レンズアレイと、 前記第１レンズアレイに対応し、複数のセルレンズを有
   する第２レンズアレイと、 前記第２レンズアレイの光源側と反対方向の側に隣接し
   て配置された偏光変換素子と、 前記偏光変換素子が光路を折り曲げることによって生じ
   る、前記第１のレンズアレイから前記偏光変換素子の射
   出面までの光路長のうち長い方の光路長をＬ、短い方の
   光路長をＳ、前記第１レンズアレイのセルレンズの結像
   位置をｆとした時、 Ｓ＜ｆ＜Ｌ を満足する事を特徴とする照明装置。
3. 【請求項３】 上記複数のセルレンズは光変調素子と相
   似の形状に構成されていることを特徴とする請求項１，
   または２に記載の照明装置。
4. 【請求項４】 上記請求項１または２に記載の照明装置
   から出力される光を３原色に分離し、各原色光をそれそ
   れ映像信号によって変調する光変調素子を介してスクリ
   ーンに投影することを特徴とする投射型表示装置。