JP2001305653A

JP2001305653A - 画像投影装置

Info

Publication number: JP2001305653A
Application number: JP2000125966A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tsuchikawa; 清次土川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2001-11-02
Anticipated expiration: 2020-04-26
Also published as: JP3512368B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光源の出射光の利用効率が高く、高輝度の画
像投影装置を実現する。【解決手段】光源部１１，レンズアレイ１３，コンデ
ンサレンズ１６，色分解手段１７および画素形状が矩形
状の光変調手段１８を備えた画像投影装置において、光
変調手段１８の画素の短辺方向の光束幅を縮小させるビ
ーム縮小手段１４と、画素の長辺方向に光束幅を規制す
る絞り１５とを設けた。また、レンズアレイ１３を構成
する各レンズセルの形状を正方形とする。さらに、光源
部１１とビーム縮小手段１４との間に、光変調手段１８
の画素の長辺方向に光束幅を広げる偏光変換手段１２を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像投影装置に関
し、特に液晶プロジェクタ等に使用する照明光の高利用
効率化を実現する画像投影装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶パネルを使用するカラー画像投影装
置には、大別して、３枚の液晶パネルを用いる３板式と
１枚しか用いない単板式とがある。３板式は、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色（以降、Ｒ，Ｇ，
Ｂと記す）それぞれの色光の光束に分離して照射する光
学系と、その色光をカラー画像信号に応じて光変調して
出射する画素からなる液晶パネルをそれぞれの色光対応
に独立して３枚設け、液晶パネルから変調されて出射さ
れる各色光を光学的に重ね合わせてフルカラー合成画像
を得るものである。

【０００３】一方、単板式は１枚の液晶パネルを用いて
フルカラー表示を行なうものであり、たとえば、モザイ
ク状の３原色カラーフィルタパターンを備えた１枚の液
晶パネルにより、各色光の光変調をしてカラー画像を合
成するものである。単板式は、３板式に比べて液晶パネ
ルが１枚で済むので、小型化、低コスト化が図れるが、
光源からの出射光を液晶パネルへ照射される光束として
十分利用できなく、画面の明るさが低下する欠点があ
る。

【０００４】この単板式の画面の明るさを向上させるも
のとして、たとえば、特開平４−６０５３８号公報「カ
ラー液晶表示装置」がある。すなわち、異なる波長域を
有する複数枚のダイクロイックミラーを互いに微小の角
度ずつ異ならせて配置させて、入射する白色光束をＲ，
Ｇ，Ｂの各色光に色分解させるとともにＲ，Ｇ，Ｂの各
色光をそれぞれ異なる入射角度から１枚の液晶パネルに
照射させ、各色光の偏光方向をカラー画像信号に応じて
画素ドット毎に光変調させる液晶駆動手段を液晶パネル
に備えることにより、液晶パネルに照射された全光束を
ほとんどカットすることなく、表示に寄与せしめること
を可能とするものである。

【０００５】図８は、従来の技術として開示されている
画像投影装置の照明系の要部を説明するための光路図で
ある。図８（Ａ）は装置を真上から見下ろした場合の光
路図すなわち水平方向の光路図であり、図８（Ｂ）は垂
直方向の光路図である。また、図９は、図８に示す第１
のレンズアレイ４３ａの全体の形状を概念的に示した正
面図すなわち光軸と沿った方向からみた図であり、図１
０は、図８に示す液晶パネル４８のＲ，Ｇ，Ｂの各画素
を１組とするセルの形状を概念的に示す図である。図８
において、４１はメタルハライドランプ等を用いた光源
４１ａと、光照射方向に開口部を有する回転対称形状の
反射鏡４１ｂとからなる光源部であり、４３は光源部４
１からの光を拡散させて液晶パネル４８全面に対して面
内照度分布を均一化させるためのレンズアレイであり、
第１のレンズアレイ４３ａと第２のレンズアレイ４３ｂ
とからなる。第１のレンズアレイ４３ａは、図９に示す
ように、液晶パネル４８の面と相似形である矩形状のレ
ンズセルを２次元的に多数配設したものであり、各レン
ズセル毎に小光束に分割してそれぞれ集光するものであ
る。また、第２のレンズアレイ４３ｂの各レンズセルは
第１のレンズアレイ４３ａの各レンズセルの焦点距離付
近に１対１に対応して配置され、第１のレンズアレイ４
３ａで集光された各小光束を互いに重ね合わせるように
してコンデンサレンズ４６の方向に向かわせるためのも
のである。

【０００６】コンデンサレンズ４６は入射光をダイクロ
イックミラー４７を介して液晶パネル４８に集光させる
ためのものである。ダイクロイックミラー４７は入射光
をＲ，Ｇ，Ｂの各色光に分離するものであり、３枚のミ
ラーで構成し、それぞれがＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの波長
帯の光のみを選択的に反射し、他の光は透過する特性を
有する。分離された各色光が相互に異なる入射角度で液
晶パネル４８に入射されるように、各ダイクロイックミ
ラー４７は入射光軸に対し相互に異なる角度に配置され
ている。

【０００７】液晶パネル４８はカラーフィルターなしの
マイクロレンズ方式であり、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素に対応
して規則的に２次元配置された画素電極（図示していな
い）と、液晶層（図示していない）を挟んで、Ｒ，Ｇ，
Ｂ３つの各画素電極１組のセル毎に１つずつ対向配置さ
れた集光用のマイクロレンズ（図示していない）とを含
んで構成されている。マイクロレンズはダイクロイック
ミラーで反射されて互いに異なる角度で入射されてくる
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光をそれぞれ集光して、Ｒ，Ｇ，Ｂの
各対応画素に入射させる。Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素電極に画
像信号が選択的に印加されることによって液晶層を通過
する光の偏光方向を変調させて出射させる。出射側に偏
光板を付設することによって、出射光を選択的に透過さ
せて、投影レンズを通して、スクリーン上に各色光を合
成させたカラー画像を表示させる。

【０００８】上述したように、光源部４１で生成され、
レンズアレイ４３へ出射された光束は第１のレンズアレ
イ４３ａの個々のレンズセルによって液晶パネル４８の
全面に均一に照射されるように小光束に細分化され、第
２のレンズアレイ４３ｂの対応するレンズセル位置に集
光される。第２のレンズアレイ４３ｂにより、小光束を
重なり合わせるように出射された小光束はコンデンサレ
ンズ４６に導かれ、ダイクロイックミラー４７を経由し
て液晶パネル４８上において重畳結像される。このよう
に、レンズアレイ４３およびコンデンサレンズ４６を用
いることによって、液晶パネル４８に入射される照明光
すなわち入射光を液晶パネル４８の画面全体にわたって
均一にすることができ、画面の隅々まで明るい画像を得
ることができる。

【０００９】また、コンデンサレンズ４６と液晶パネル
４８との間に設けられたダイクロイックミラー４７は、
コンデンサレンズ４６から入射する光束すなわち照明光
をＲ，Ｇ，Ｂの各色光毎に分離させ、各色光を異なる角
度で反射させる。液晶パネル４８上には、Ｒ，Ｇ，Ｂの
画素一組からなる各セルに対して１個のマイクロレンズ
が設けられており、上述したように前記の異なる角度で
入射した各色光が、Ｒ，Ｇ，Ｂの各々に対応する画素に
集光されるが、液晶パネル４８への入射色光の平行度
は、画素の形状に対応して決められる。図１０に示すよ
うに、縦長の矩形状を有するＲ，Ｇ，Ｂの画素を一組に
したセルの形状が正方ピクセルである場合、前記入射色
光の水平平行度と垂直平行度との比は、約１：３とする
必要がある。このため、レンズアレイ４３全体の形状
は、図９に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの画素の縦長の形状
と相似な縦長矩形状のものとしている。この形状とする
ことにより、１枚の液晶パネルでありながら、Ｒ，Ｇ，
Ｂの各画素に適切な各色光の入射光すなわち照射光が集
光され、むらがないフルカラーの画像を得ることができ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示す従来技術による画像投影装置においては、以下に
述べるごとく、光源部４１から出射された光がレンズア
レイ４３の部位において、一部の光束を失う集光ロスを
生じるという問題がある。

【００１１】第一の問題は、レンズアレイ４３全体の形
状は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各画素の開口部の形状に対応して、第
１，第２のレンズアレイ４３ａ，４３ｂともに、図９に
示すごとく、水平方向と垂直方向の辺の長さの比が１：
３の矩形状になっていることに起因する。光源部４１か
らの光束は円形形状で出射しているにもかかわらず、第
１のレンズアレイ４３ａにおいて、その短辺方向すなわ
ち水平方向の光束が遮断されてしまうため、著しく光源
部４１からの光束を取りこぼしてしまう。

【００１２】第二の問題は、第１のレンズアレイ４３ａ
の各レンズセルの形状が、液晶パネル４８の画面のアス
ペクト比に対応して、水平方向の辺の長さと垂直方向の
辺の長さの比が１６：９の矩形状になっていることによ
っている。第２のレンズアレイ４３ｂの位置において、
第１のレンズアレイ４３ａによって２次光源像が生成さ
れるが、第２のレンズアレイ４３ｂに入射される２次光
源像の小光束は、各レンズセルの短辺方向すなわち垂直
方向の光束に集光ロスが生じてしまう。また、光源部４
１の光源ランプの光軸ずれ等が生じた場合の誤差感度の
面に関しても、各レンズセルの短辺方向すなわち垂直方
向の誤差に対して非常に敏感になってしまう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題に
鑑みてなされたものであり、水平方向と垂直方向との光
の平行度が異なる比率となることを要求される液晶パネ
ルすなわち光変調手段を用いる場合においても、画像投
影装置の照明系の集光ロスを減らして、集光性能を高め
ることにより、投影画像の高輝度化を達成することを目
的としたものである。すなわち、本発明においては、下
記の解決手段を有する画像投影装置としている。

【００１４】第１の解決手段は、光源からの照射光を結
像させる複数個の結像素子を配設する結像素子アレイを
介して、画像信号に対応して透過光を制御する画素を２
次元状に配設した光変調手段に前記光源からの照射光を
投射して、画像表示を行なう画像投影装置において、前
記光変調手段の画素形状が矩形状である場合、該画素の
短辺方向に入射する光束幅を縮小させるビーム縮小手段
を有することである。

【００１５】第２の解決手段は、光源部、レンズアレ
イ、コンデンサレンズ、色分解手段および画素形状が矩
形状である光変調手段を備えた画像投影装置において、
前記レンズアレイと前記光変調素子との間の光路中に、
前記光変調手段の画素の短辺方向に入射する光束幅を縮
小させるビーム縮小手段を有することである。

【００１６】第３の解決手段は、第１または第２の解決
手段において、前記ビーム縮小手段が前記光変調手段の
画素の短辺方向に曲率を有するシリンドリカル凸レンズ
およびシリンドリカル凹レンズからなることである。

【００１７】第４の解決手段は、第３の解決手段におい
て、前記レンズアレイが第１のレンズアレイと第２のレ
ンズアレイとから構成されている場合、前記シリンドリ
カル凸レンズと前記レンズアレイにおける前記第２のレ
ンズアレイ部とを一体のレンズとしたシリンドリカル凸
状レンズアレイとすることである。

【００１８】第５の解決手段は、第１の解決手段乃至第
４の解決手段のいずれかにおいて、前記ビーム縮小手段
による光束幅の前記短辺方向の縮小率を前記光変調手段
の外形のアスペクト比とすることである。

【００１９】第６の解決手段は、第１の解決手段乃至第
５の解決手段のいずれかにおいて、前記レンズアレイを
構成する各レンズセルの形状が正方形状であることであ
る。

【００２０】第７の解決手段は、第１の解決手段乃至第
６の解決手段のいずれかにおいて、前記コンデンサレン
ズのレンズアレイ側の焦点位置に前記光変調手段の画素
の長辺方向に拡散する光束を遮断する絞りを有すること
である。

【００２１】第８の解決手段は、第１の解決手段乃至第
７の解決手段のいずれかにおいて、前記光源部と前記ビ
ーム縮小器との間の光路中に前記光変調手段の画素の長
辺方向に相当する光束幅のみを広げる偏光変換手段を有
することである。

【００２２】第９の解決手段は、第８の解決手段におい
て、前記偏光変換手段が不定偏光光を互いに直交する２
つの直線偏光光に分離する偏光分離手段と、前記偏光分
離手段で分離された片方の偏光光を反射する光束反射手
段と偏光方向を９０°回転させる位相回転手段とからな
ることである。

【００２３】第１０の解決手段は、第９の解決手段にお
いて、前記偏光分離手段がプリズムによる偏光ビームス
プリッタであり、前記光束反射手段が斜面を反射面とす
る直角プリズムであり、前記位相回転手段が半波長板で
あることである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像投影装置
の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明に係る画像投影装置の一実施形態である照
明系の要部を説明するための光路図を示したものであ
り、図１（Ａ）は装置を真上から見下した場合の光路図
すなわち水平方向の光路図、図１（Ｂ）は垂直方向の光
路図である。図２は図１における偏光変換手段１２を偏
光ビームスプリッタと、斜面を反射面とする直角プリズ
ムすなわち全反射プリズムおよび半波長板によって構成
した一実施例を説明するための光路を示す斜視図であ
り、図３は図１におけるレンズアレイ１３の形状を模式
的に示す正面図すなわち光軸と沿った方向から見た図で
ある。

【００２５】図１において、１１はメタルハライドラン
プ等を用いた光源１１ａと、光照射方向に開口部を有す
る回転対称形状の反射鏡１１ｂとからなる光源部であ
り、１２は光源部１１からの不定偏光光を特定の偏光方
向に揃える偏光変換手段であり、図２にその構成の一例
を斜視図として示している。図２では、偏光変換手段１
２は、偏光分離手段であるプリズム状の偏光ビームスプ
リッタ１２ａと光束反射手段である全反射プリズム１２
ｂおよび位相回転手段である半波長光学位相差板すなわ
ち半波長板１２ｃとで構成されている。

【００２６】図２において、偏光ビームスプリッタ１２
ａは２つの直角プリズムのうちの一方の斜面に誘電体多
層膜を蒸着して、斜面同士を透明接着剤で貼付したもの
であり、光源部１１からの入射光を偏光方向が互いに直
交する２つのＰ偏光波とＳ偏光波とに分離させる。たと
えば、Ｐ偏光波は前記斜面を透過させて、レンズアレイ
１３に向けて出射させ、もう一方のＳ偏光波は前記斜面
で直角に反射させて、全反射プリズム１２ｂ方向に出射
させる。ここで、Ｐ偏光波とは入射面内で振動する直線
偏光であり、Ｓ偏光とは入射面と直交する面で振動する
直線偏光である。全反射プリズム１２ｂは、Ｓ偏光波が
反射されて出射される偏光ビームスプリッタ１２ａの側
面に付設されており、Ｓ偏光波を直角に反射して、レン
ズアレイ１３方向に出射させる。また、半波長板１２ｃ
は全反射プリズム１２ｂの出射側面に付設されており、
全反射プリズム１２ｂから出射されたＳ偏光波を、９０
度回転させて、Ｐ偏光波に変換させて出射させる。した
がって、偏光ビームスプリッタ１２ａを透過したＰ偏光
波と同じＰ偏光波に揃えられて、レンズアレイ１３に出
射させることになる。

【００２７】なお、半波長板１２ｃは、全反射プリズム
１２ｂ側でなく偏光ビームスプリッタ１２ａ側に設けて
もよく、この場合、偏光変換手段１２からの出射光はＳ
偏光波に揃えられる。また、偏光ビームスプリッタ１２
ａと全反射プリズム１２ｂは、接着により一体化した
り、一体のガラスで作製してもよい。また、偏光分離手
段としては、誘電体多層膜による干渉を利用した偏光ビ
ームスプリッタ以外にも、光学的異方性を有するガラス
材料や高分子材料を利用したものや、回析格子などの回
析現象を応用したものを使用することもできる。

【００２８】１３は偏光変換手段１２から偏光ビームス
プリッタ１２ａおよび半波長板１２ｃを経由して入射さ
れる偏光光束を液晶パネル１８の全面に対して均一に照
射させるためのレンズアレイであり、第１のレンズアレ
イ１３ａと第２のレンズアレイ１３ｂとからなる。第１
のレンズアレイ１３ａは、図３に示すように、開口形状
が正方形の凸レンズをレンズセルとして２次元状に多数
配設したものであり、各レンズセル毎に小光束に分割し
て、それぞれを対応して配置されている第２のレンズア
レイ１３ｂの各対応レンズセル近傍に集光させる。ま
た、第２のレンズアレイ１３ｂの各レンズセルは第１の
レンズアレイ１３ａの各レンズセルの焦点距離付近に１
対１に対応して多数配置された凸レンズであり、第１の
レンズアレイ１３ａで集光された各小光束を互いに重ね
合わせるようにして液晶パネル１８の全面を均一に照射
させるようにビーム縮小器１４の方向に出射させる。

【００２９】１４はビーム縮小器であり、図４の斜視図
に示すように垂直方向に円柱面形状、すなわち、水平方
向である画素の短辺方向に曲率を有するシリンドリカル
凸レンズ１４ａとシリンドリカル凹レンズ１４ｂとを順
に配置して構成される。シリンドリカル凸レンズ１４ａ
はレンズアレイ１３の各レンズセルから出射される平行
光を液晶パネルの画素の短辺方向すなわち水平方向のみ
について、液晶パネル１８の画面のアスペクト比に応じ
て、たとえば９／１６に縮小させるものであり、この縮
小された出射光はシリンドリカル凹レンズ１４ｂによっ
て平行光にされてコンデンサレンズ１６に向かって出射
される。

【００３０】１５は垂直方向に拡散する光束を規制する
絞りであり、コンデンサレンズのレンズアレイ側焦点位
置に配置されており、ビーム縮小器１４の挿入に伴って
照明系が非テレセントリックとなることを防止する働き
を有している。１６は入射光をダイクロイックミラー１
７を介して、液晶パネル１８に集光させるためのコンデ
ンサである。

【００３１】ダイクロイックミラー１７は入射光をＲ，
Ｇ，Ｂの各色光に分離するものであり、３枚のミラーで
構成し、それぞれがＲ，Ｇ，Ｂのいずれかの波長帯の光
のみを選択的に反射し、他の光を透過する特性を有す
る。分離された各色光が相互に異なる入射角度で液晶パ
ネル１８に入射されるように、各ダイクロイックミラー
１７は入射光軸に対し相互に少しずつ異なる角度に配置
されている。１８は光変調手段であり、たとえば、入射
された各色光の偏光方向をカラー画像信号に応じて画素
ドット毎に光変調させて出射させるマイクロレンズ方式
の液晶パネルである。以下、光変調手段として、前述し
たマイクロレンズ方式の液晶パネルを用いている場合に
ついて説明する。

【００３２】液晶パネル１８によって、入射色光に対し
て画素毎に光変調された各色光は、液晶パネル１８の出
射光側に付設している図示していない出射側偏光板によ
って検光されて、選択的に透過され、画素毎に強度変調
された光学画像が形成されて、投影レンズにより、画像
スクリーン上に到着し合成カラー画像を表示させる。

【００３３】上述した構成の画像投影装置の動作につい
てさらに詳しく説明する。本実施例では、光変調手段と
しての液晶パネル１８は、従来例で示した液晶パネルと
同様に、画面のアスペクト比が１６：９の液晶パネルで
あり、液晶パネル１８への入射光すなわち照明光の水平
平行度と垂直平行度との比が画素の形状に対応して１：
３とすることが要求される例を示している。しかし、液
晶パネル１８の画面のアスペクト比や入射光の水平平行
度と垂直平行度の比が、上述した場合以外であっても、
本発明の考え方が適用可能であることは言うまでもな
い。また、光変調手段は、透過型の液晶パネルに限ら
ず、反射型の液晶パネル等を使用してもよい。

【００３４】また、本実施例では、ダイクロイックミラ
ー１７によってＲ，Ｇ，Ｂの各色光に分解して異なる方
向から入射される光束を、対応する液晶パネル上のＲ，
Ｇ，Ｂの各画素に集光させるために、マイクロレンズア
レイをＲ，Ｇ，Ｂ画素を１組としたセルと１対１に対応
させて液晶パネル面に付設している。しかし、色光分解
・集光手段としては、本実施例の他に、ホログラムなど
の光の回折や干渉等を利用したものを使用してもよい。

【００３５】光源部１１で生成された光束は、偏光変換
手段１２に入射される。偏光変換手段１２への入射光は
前述したごとく偏光ビームスプリッタ１２ａによってＰ
偏光波とＳ偏光波の２つの偏光成分に分離され、一方の
偏光波（本実施例においてはＰ偏光波）は偏光ビームス
プリッタ１２ａを透過して、レンズアレイ１３方向に出
射される。もう一方の偏光波（本実施例においては、Ｓ
偏光波）は偏光ビームスプリッタ１２ａで直角に反射さ
れ、さらに全反射プリズム１２ｂにより半波長板１２ｃ
方向に反射された後、半波長板１２ｃによって偏光方向
を９０度回転され、Ｐ偏光波に変換されて、レンズアレ
イ１３方向に出射される。これによって、偏光ビームス
プリッタ１２ａを透過したＰ偏光波と偏光方向が揃えら
れると同時に、入射光束に比し、出射光束全体の幅が液
晶パネル１８のＲ，Ｇ，Ｂ画素の長辺方向すなわち垂直
方向に約２倍に広げることができる。

【００３６】偏光変換手段１２を経由して第１のレンズ
アレイ１３ａに入射した光束は、第１のレンズアレイ１
３ａの各レンズセルによって、液晶パネル１８の画面全
面を均一に照射できるように小光束に分割され、第２の
レンズアレイ１３ｂの対応するレンズセルにそれぞれ集
光され、２次光源像が結像される。第２のレンズアレイ
１３ｂの対応レンズセルは集光された小光束を液晶パネ
ル全面を重ね合わせて照射されるようにしてビーム縮小
器１４の方向に出射させる。ここでレンズアレイ１３
は、図３に示したように正方形状の凸レンズセルを２次
元的に多数配列したものであり、２次光源像が正方形状
のレンズセルによって取り込まれるため、従来の矩形状
のレンズセルに比べて、集光効率が改善されるととも
に、光源部１１の光源ランプ１１ａの光軸ずれ等が生じ
た場合の誤差感度に関しても、水平方向と垂直方向のい
ずれの誤差も同一の感度水準に保つことができるため、
誤差感度を適切な水準に抑えることが可能になる。

【００３７】ビーム縮小器１４は、垂直方向に円柱面形
状のシリンドリカル凸レンズ１４ａ、シリンドリカル凹
レンズ１４ｂを順に並べたものであって、平行光が入射
したとき、ビーム幅を液晶パネルのＲ，Ｇ，Ｂの画素の
短辺方向すなわち水平方向のみを液晶パネル画面のアス
ペクト比に応じて９／１６に縮小させるものである。図
５は、ビーム縮小器１４の前後にある第２のレンズアレ
イ１３ｂとコンデンサレンズ１６のレンズ系の位置関係
を示す配置図である。ビーム縮小器１４による第２のレ
ンズアレイ１３ｂの縮小像（虚像）の形成位置１５ａと
コンデンサレンズ１６の焦点距離とをほぼ一致させて配
置している。このとき、ビーム縮小器１４の角倍率は、
ビーム幅の縮小比の逆数となり、図５（Ａ）に示される
ように１６／９倍である。したがって、第２のレンズア
レイ１３ｂ，ビーム縮小器１４，コンデンサレンズ１６
からなるレンズ群は、第１のレンズアレイ１３ａのレン
ズセルの形状を水平方向のみ１６／９倍に引き延ばして
重畳結像させ、アスペクト比が１６：９の液晶パネル面
１８を均一に照射させることが可能となる。

【００３８】液晶パネル面に入射する照明光の平行度
は、レンズアレイ１３の外形形状とビーム縮小器１４の
倍率によって概略決定される。前記照明光の水平平行度
と垂直平行度の比として、１：３が要求される場合、ビ
ーム縮小器１４を用いなければ、この平行度の比が、レ
ンズアレイ１３の外形形状の水平方向の辺の長さと垂直
方向の辺の長さの比であり、レンズアレイ１３の外形形
状は１：３の比の矩形となる。しかし、本実施例に示す
ように、ビーム縮小器１４を挿入すると、ビーム縮小器
１４の倍率分すなわち１６／９倍だけ、レンズアレイ１
３の外形形状の水平方向の辺の長さと垂直方向の辺の長
さの比は圧縮され、約１：２の比となる。したがって、
本実施例におけるレンズアレイ１３の外形形状は図３に
示すように水平方向の辺の長さと垂直方向の辺の長さの
比が１：２と、より正方形状に近づけることが可能とな
る。この結果、光源部１１から円形状の光束が出射され
ているにもかかわらず、第１のレンズアレイ１３ａにお
いて、その短辺方向の光束が遮断されて生じる集光ロス
を低減することができる。

【００３９】なお、ビーム縮小器１４のシリンドリカル
凸レンズ１４ａに関しては、図６に示すように、第２の
レンズアレイ１３ｂと一体に形成して全体としてシリン
ドリカルな凸状を有するレンズアレイ１３ｃとしてもよ
い。また、コンデンサレンズ１６は、単純に一枚のレン
ズで構成するのでなく、レンズアレイの近傍と、液晶パ
ネルの近傍の２群に分けて配置する方式としてもよい。
さらに、本実施例では偏光変換手段１２を光源部１１と
レンズアレイ１３との間に配置した例を示しているが、
レンズアレイ１３の後に配置しても同様の効果が得られ
る。また、図７に示すように、レンズアレイ１３の第１
のレンズアレイ１３ａの全体形状を凸状とするレンズア
レイ１３ａ′とし、第２のレンズアレイ１３ｂの全体形
状を凹状とするレンズアレイ１３ｂ′とすることによ
り、第２のレンズアレイ１３ｂ′を含むレンズ系の大き
さを小さくすることも可能である。

【００４０】また、図５に示すように、ビーム縮小器１
４による第２のレンズアレイ１３ｂの縮小像（虚像）の
形成位置１５ａの近傍に、液晶パネル１８の画素の長辺
方向すなわち垂直方向に拡散する光束のみを遮断し、垂
直方向の光束幅を規制する絞り１５を設けている。そし
て、この絞り１５の位置はコンデンサレンズ１６のレン
ズアレイ側の焦点位置にも一致させている。したがっ
て、液晶パネル１８に入射する照明光の垂直方向の平行
度がこの絞り１５によって決定されると同時に、絞り１
５の中心を通る主光線は完全な平行光になる。一方、水
平方向の平行度に関しては、第２のレンズアレイ１３ｂ
の横幅とビーム縮小器１４の倍率によって決まるが、第
２のレンズアレイ１３ｂのビーム縮小器１４による像点
１５ａにコンデンサレンズの焦点位置を一致させている
ので水平方向の主光線も同じく完全な平行光となる。し
たがって、ビーム縮小器を用いた光学系でありながら、
水平方向・垂直方向ともに光軸に平行な光束すなわち平
行光が得られる完全にテレセントリックな照明系を実現
することができ、液晶パネル面全面にわたり大幅に明る
さを改善した最適な照明状態を確保できる。

【００４１】

【発明の効果】請求項１乃至５のいずれかに記載の発明
によれば、レンズアレイの外形形状および各レンズセル
の形状をともに正方形の形状に近づけることが可能にな
るので、レンズアレイにおける集光効率が改善し、投影
画像の輝度を高めることができる。

【００４２】請求項６に記載の発明によれば、第２のレ
ンズアレイにおける２次光源像の取り込みアスペクト比
が１：１となり、光源ランプの光軸ずれ等が生じた場合
の誤差感度を水平方向と垂直方向のいずれに対しても同
一の水準に保つことができるため、誤差感度を適切な水
準に抑えることが可能になる。

【００４３】請求項７に記載の発明によれば、水平方
向、垂直方向ともに平行光が得られる完全にテレセント
リックな照明系が実現できるので、液晶パネルすなわち
光変調手段の全面にわたって効率的で、最適な照明状態
を確保することができる。

【００４４】請求項８乃至１０のいずれかに記載の発明
によれば、偏光変換手段によって液晶パネルの照明に好
適な偏向照射光が実現されると同時に、出射光束幅を液
晶パネルの画素の長辺方向に広げることができるので、
光の利用効率を更に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像投影装置の一実施形態である
照明系の要部を説明するための光路図である。

【図２】図１における偏光変換手段の一実施例を説明す
るための斜視図である。

【図３】図１におけるレンズアレイの形状を模式的に示
す正面図である。

【図４】図１におけるビーム縮小器の斜視図である。

【図５】図１における第２レンズアレイ、ビーム縮小
器、絞り、コンデンサレンズの位置関係を示す配置図で
ある。

【図６】本発明に係る画像投影装置の別の実施例を示す
光路図である。

【図７】本発明に係る画像投影装置のレンズアレイ部を
第１の凸レンズ形状レンズアレイ、第２の凹レンズ形状
レンズアレイにより構成した実施例を示す光路図であ
る。

【図８】従来技術による画像投影装置の実施形態を示す
光路図である。

【図９】図８におけるレンズアレイの形状を模式的に示
す正面図である。

【図１０】光変調素子である液晶パネルのＲ，Ｇ，Ｂの
各画素を１組とするセル形状を模式的に示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１１，４１…光源部、１２…偏光変換手段、１２ａ…偏
光ビームスプリッタ、１２ｂ…全反射プリズム、１２ｃ
…半波長板、１３，４３…レンズアレイ、１３ａ，４３
ａ…第１のレンズアレイ、１３ａ′…第１の凸レンズ形
状レンズアレイ、１３ｂ，４３ｂ…第２のレンズアレ
イ、１３ｂ′…第２の凹レンズ形状レンズアレイ、１３
ｃ…第２のシリンドリカル凸レンズ形状レンズアレイ、
１４…ビーム縮小器、１４ａ…シリンドリカル凸レン
ズ、１４ｂ…シリンドリカル凹レンズ、１５…絞り、１
５ａ…コンデンサレンズ焦点位置、１６，４６…コンデ
ンサレンズ、１７，４７…ダイクロイックミラー、１
８，４８…液晶パネル。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５３０Ｆターム(参考） 2H088 EA13 EA15 MA06 2H091 FA05Z FA07Z FA10Z FA11Z FA14X FA21Z FA26Z FA29Z FA41Z FD04 LA03 2H099 AA12 BA09 CA02 CA08 DA00 5C060 AA00 BA04 BA09 BB01 BC01 EA02 EA10 GA02 HC04 HC10 HC24 JA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの照射光を結像させる複数個の
結像素子を配設する結像素子アレイを介して、画像信号
に対応して透過光を制御する画素を２次元状に配設した
光変調手段に前記光源からの照射光を投射して、画像表
示を行なう画像投影装置において、前記光変調手段の画
素形状が矩形状である場合、該画素の短辺方向に入射す
る光束幅を縮小させるビーム縮小手段を有することを特
徴とする画像投影装置。
【請求項２】光源部、レンズアレイ、コンデンサレン
ズ、色分解手段および画素形状が矩形状である光変調手
段を備えた画像投影装置において、前記レンズアレイと
前記光変調素子との間の光路中に、前記光変調手段の画
素の短辺方向に入射する光束幅を縮小させるビーム縮小
手段を有することを特徴とする画像投影装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の画像投影装置
において、前記ビーム縮小手段が前記光変調手段の画素
の短辺方向に曲率を有するシリンドリカル凸レンズおよ
びシリンドリカル凹レンズからなることを特徴とする画
像投影装置。
【請求項４】請求項３に記載の画像投影装置におい
て、前記レンズアレイが第１のレンズアレイと第２のレ
ンズアレイとから構成されている場合、前記シリンドリ
カル凸レンズと前記レンズアレイにおける前記第２のレ
ンズアレイ部とを一体のレンズとしたシリンドリカル凸
状レンズアレイとすることを特徴とする画像投影装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の画像
投影装置において、前記ビーム縮小手段による光束幅の
前記短辺方向の縮小率を前記光変調手段の外形のアスペ
クト比とすることを特徴とする画像投影装置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載の画像
投影装置において、前記レンズアレイを構成する各レン
ズセルの形状が正方形状であることを特徴とする画像投
影装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載の画像
投影装置において、前記コンデンサレンズのレンズアレ
イ側の焦点位置に前記光変調手段の画素の長辺方向に拡
散する光束を遮断する絞りを有することを特徴とする画
像投影装置。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれかに記載の画像
投影装置において、前記光源部と前記ビーム縮小器との
間の光路中に前記光変調手段の画素の長辺方向に相当す
る光束幅のみを広げる偏光変換手段を有することを特徴
とする画像投影装置。
【請求項９】請求項８に記載の画像投影装置におい
て、前記偏光変換手段が不定偏光光を互いに直交する２
つの直線偏光光に分離する偏光分離手段と、前記偏光分
離手段で分離された片方の偏光光を反射する光束反射手
段と偏光方向を９０°回転させる位相回転手段とからな
ることを特徴とする画像投影装置。
【請求項１０】請求項９に記載の画像投影装置におい
て、前記偏光分離手段がプリズムによる偏光ビームスプ
リッタであり、前記光束反射手段が斜面を反射面とする
直角プリズムであり、前記位相回転手段が半波長板であ
ることを特徴とする画像投影装置。