JP2001228542A

JP2001228542A - 投射型映像表示装置及びそれに用いる光源

Info

Publication number: JP2001228542A
Application number: JP2000039736A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nakajima; 努中島; Takashi Tsunoda; 隆史角田; Futoshi Yamazaki; 太志山崎; Takuya Shiaki; 卓也仕明; Eiji Yamaguchi; 英治山口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】投射型映像表示装置の低コスト化、小型化及び
明るさ、コントラスト等の光学性能の向上。【解決手段】放電灯発光部を光源の反射面鏡の焦点位置
よりも出射側に配置しかつ光源の後側に光偏向板を配し
て該光偏向板からの出射光の光束断面積を縮小する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルあるい
は反射式映像表示素子などのライトバルブ素子を使用し
て、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、
液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ
装置、液晶テレビジョン、投射型ディスプレイ装置等の
投射型映像表示装置及びそれに用いる光源に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネル、入射側偏光板、出射側偏光
板からなる液晶ライトバルブユニットに、光源からの光
を当てて、液晶パネルの画像を投射手段により拡大投射
する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られ
ている。

【０００３】この種の映像表示装置に使用される光源か
らの出射光束面の照度分布には、光源の放電灯管球の影
あるいは光源の反射鏡の中心部の穴により光軸付近に円
状の暗い部分がある。この出射光を直接ライトバルブ素
子に入射した場合、得られる投射映像にも、光軸付近に
暗い円状のスポットが現れ、照度分布が不均一な映像と
なってしまう。従来、この影を少なくし、かつ映像周辺
部まで照度分布を均一にするために特開平３−１１１８
０６号公報に開示されているような２枚のレンズアレイ
を備えたインテグレータ照明光学系を用いることが知ら
れている。

【０００４】また、この種の映像表示装置により投射さ
れる映像を光源から放射される全光束量を増やさずにに
明るくするためには、光源から放射される全光束量に対
して投射映像に寄与する光束量の比率（以下、光利用効
率と呼ぶ）を高くする必要がある。この光利用効率を高
くするには光源ユニットの反射鏡外径を大きくする方法
がある。しかし、液晶ライトバルブユニットは、その視
野角特性により垂直な入射光に対してはコントラストが
高く、入射光角度が大きくなる程、コントラストが低下
するため、反射鏡外径を大きくした場合にはライトバル
ブ素子への入射光角度が大きくなり、コントラストが低
下する。コントラストと明るさを両立するためには、液
晶表示素子への入射光の角度を大きくせずに、反射鏡外
径を大型にすればよい。しかし、そのためには、光源か
ら液晶表示素子までの距離を長くする必要があり、光学
ユニットが大型になってしまう。そこで、特開平３−１
９６１３４号公報に開示されているような一対の略平行
な円錐面をもつ光偏向手段を用いることにより、出射光
束面の光軸付近の暗いスポット部分に周辺の光をシフト
させ、光利用効率を低くすることなく出射光束面の面積
を縮小することができる。このため、装置を大型化する
ことなく、明るさとコントラストの両立が可能となる。
しかし、実はこの方法でも光偏向手段の分だけ光学ユニ
ットが長くなるため、小型化に対してあまり有効でな
い。また、このように両面が円錐面であるレンズを作成
するには比較的高度な技術が必要であり、コストが高く
なってしまう。

【０００５】以上のように、従来技術においては低コス
ト化、光学性能の向上、光学ユニットの小型化を同時に
達成することは困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した低コスト化、
光学性能の向上、光学ユニットの小型化を同時に達成す
る対応技術が課題となっている。

【０００７】本発明ではこうした従来の問題点を解決
し、小型で低コスト、かつ、明るさやコントラスト等の
画質性能が良好な投写型映像表示装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では放物面形状の反射鏡を有し、かつ放電灯
発光部が該放物面鏡の焦点位置より出射側にある光源、
あるいは楕円面形状の反射鏡を有し、かつ放電灯発光部
が該楕円面鏡の第一焦点位置より出射側にある光源、と
入射面と出射面の少なくとも片方が錐体形状である光偏
向手段との組み合わせにより構成する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００１０】図１、図２、図３はそれぞれ、請求項１の
構成、従来構成、請求項２の構成の一実施例の光線図と
対応する照度分布図を示す。照度分布図は図中の２１光
束面におけるもので縦軸が光軸からの距離を表し、横軸
は照度を表す。図２の照度分布図に示すように従来の構
成では、光源からの出射光光束面では光軸付近に反射鏡
中心部の穴あるいは放電灯管球の影により光軸付近に暗
いスポットが生じる。これに対し、図１及び図３の構成
では、光線図に示すように該放電灯発光部から放射され
た光は該反射面鏡により反射され、光軸を含む面内にお
いて、各光線は光軸に線対称であり、それぞれの領域に
おいて同じ放電灯発光位置からの放射光のうちほとんど
の光線は略平行光のまま、光軸に近づきながらライトバ
ルブ方向に進む。そして、光軸周辺の光線により、反射
鏡中心部の穴あるいは放電灯管球の影による光軸付近の
暗いスポットが無くなる位置近傍に配置される入射面と
出射面の少なくとも片方が錐体形状である光偏向手段の
光線屈折作用によりほとんどの光は光軸に平行な光とな
る。これらの一連の作用の結果、光偏向手段からの出射
光はその発散角度の範囲が従来構成における光源出射時
の発散角度の範囲とほとんど変わることなく、光軸方向
にシフトするため、図２及び図３の照度分布図に示すよ
うに従来構成において生じていた光軸付近の暗いスポッ
トがほぼ無くなる。従って、光束量をほとんど損失する
ことなく、光偏向手段透過後の光束面面積が小さくな
り、光学ユニットを大型化せずにライトバルブ素子への
入射光角度が小さくなる。

【００１１】図４は、本発明による投写型液晶表示装置
の一実施形態を示すもので、その光学系の構成図であ
る。

【００１２】図４において、投射型液晶表示装置には、
光源１があり、光源の放電灯には超高圧水銀ランプ、メ
タルハライドランプ、キセノンランプ、水銀キセノンラ
ンプ、ハロゲンランプ等の白色ランプが使用される。ラ
ンプから出射した光は、放物面形状である反射鏡で反射
される。この放電灯と反射鏡を合わせて光源１と呼ぶこ
ととする。光源１を出射した光は、光偏向手段２、第１
アレイレンズ３、第２アレイレンズ４、偏光変換素子５
を通過して全反射ミラー６にて光線の方向を９０°曲げ
られ、ダイクロイックミラー７とダイクロイックミラー
８によってＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に分離
された後、全反射ミラー９、全反射ミラー１０、全反射
ミラー１１により光線の方向を曲げられてＲ、Ｇ、Ｂに
対応するライトバルブ素子である液晶表示素子１２、液
晶表示素子１３、液晶表示素子１４に入射する。Ｒ、
Ｇ、Ｂそれぞれの液晶表示素子を通過した光はダイクロ
イックプリズム１５によって再び合成され、投射レンズ
１６によってスクリーンに投射される。ここで、光偏向
手段は光源前面に組み込み、光源と一体化することも可
能であり、図５はその一実施例である。

【００１３】本発明の請求項１の一実施形態例を示した
光源近傍の構成を図６を用いて説明する。光源１の内部
に配置されている放電灯発光部から放射された光は反射
鏡によって出射方向に反射されライトバルブ素子方向に
進む。この反射鏡からの出射光線は光軸に線対称であ
り、それぞれの領域において同じ放電灯発光位置からの
放射光のうちほとんどの光線は略平行光であり、かつ光
軸に対して集束光になっている。そして、この反射鏡か
らの出射光線の大半は光偏向手段２を透過する際に、そ
の光線屈折作用により光軸にほぼ平行になるような光路
に変更される。このために光偏向手段２を透過した光の
光束断面は、中央部の暗部が少なくなり、光束断面積が
小さくなる。そして光偏向手段２の透過後に設置される
第１アレイレンズ３、第２アレイレンズ４からなるイン
テグレータ照明光学系によりライトバルブ素子への照射
光の照度分布が一様に近づき、その後に配置される偏光
変換素子５により出射光がＳ偏光あるいはＰ偏光に揃
う。また、このインテグレータ照明光学系及び偏光変換
素子５は用いなくてもかまわない。

【００１４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の投写型映
像表示装置は、光学ユニット長をほとんど長くすること
なく光源からの出射光束の断面積を縮小化できるので、
装置の低コスト化、小型化と併せ、液晶表示素子への光
入射角の低減によるコントラスト向上、ダイクロイック
膜やＰＢＳ膜等の光学薄膜への光入射角度の範囲低減に
よる色むらの低減、マイクロレンズ付き液晶表示素子へ
の光入射角度の範囲の低減に伴う通過率向上による明る
さの向上等の光学性能の向上を達成可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す図である。

【図２】従来の形態を示す図である。

【図３】本発明の一実施形態を示す図である。

【図４】本発明の投射型液晶表示装置の一実施形態を示
す図である。

【図５】本発明の一実施形態を示す図である。

【図６】本発明の一実施形態における光源近傍の構成図
である。

【符号の説明】

１…光源、２…光偏向手段、３…第１アレイレンズ、４…第２アレイレンズ、５…偏光変換素子、６…全反射ミラー、７…ダイクロイックミラー、８…ダイクロイックミラー、９…全反射ミラー、１０…全反射ミラー、１１…全反射ミラー、１２…液晶表示素子、１３…液晶表示素子、１４…液晶表示素子、１５…ダイクロイックプリズム、１６…投射レンズ、１７…放電灯発光部、１８…反射面鏡の（第１）焦点位置、１９…放物反射鏡、２０…楕円反射鏡、２１…光源及び光偏向手段出射直後の光束面、２２…光源、２３…光偏向手段。

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）Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ (72)発明者山崎太志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所デジタルメディアシステム事業部内 (72)発明者仕明卓也神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所デジタルメディアシステム事業部内 (72)発明者山口英治神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所デジタルメディアシステム事業部内Ｆターム(参考） 2H042 AA03 AA19 AA26 DB07 DB08 DC11 DD06 DE04 2H088 EA15 HA13 HA18 HA21 HA24 HA28 MA02 MA04 2H091 FA05X FA07Z FA17Z FA26X FA41Z FD06 LA11 LA17 LA18 MA07 5C060 GB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と照明光学系と映像表示素子と投射レ
ンズを有す投写型映像表示装置において、該光源は放物面形状の反射鏡を有し、かつ該光源の放電
灯発光部が該反射鏡の焦点位置より出射側にあり、かつ
該光源の出射側に、入射面と出射面の少なくともいずれ
か一方が錐体形状である光偏向手段が配置されることを
特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２】請求項１に記載の投写型映像表示装置用の
光源であって、上記光偏向手段が一体状にされている光源。
【請求項３】光源と照明光学系と映像表示素子と投射レ
ンズを有す投写型映像表示装置において、該光源は楕円面形状の反射鏡を有し、かつ該光源の放電
灯発光部が該反射鏡の第一焦点位置より出射側にあり、
かつ該光源の出射側に、入射面と出射面の少なくとも片
方が錐体形状である光偏向手段が配置されることを特徴
とする投写型映像表示装置。
【請求項４】請求項３に記載の投写型映像表示装置用の
光源であって、上記光偏向手段が一体状にされている光源。