JP2002328332A - 光学ユニット及びそれを用いた映像表示装置 - Google Patents

光学ユニット及びそれを用いた映像表示装置

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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/12—Scanning systems using multifaceted mirrors
    • G02B26/123—Multibeam scanners, e.g. using multiple light sources or beam splitters

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡単で、光の利用効率のよい単板式の
光学ユニット及び表示装置を得る。 【解決手段】 光を複数色に分離するダイクロイックミ
ラーとこのダイクロイックミラーで反射された複数色の
光を回転多面体に照射し、この回転多面体から出射され
た複数色の光を表示素子のそれぞれ異なった場所に照射
し、この回転多面体を回転させることによって、この複
数色の光を表示素子上で一方向に移動させてカラー映像
を投射レンズから投射する。

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、又は
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、投
射型リアプロジェクションテレビ等の光学エンジン、投
射型映像表示装置に係わり、特にライトバルブ素子に入
射する複数の色の光を回転多面体を用いてライトバルブ
素子の異なった場所に照射し、この場所を順次移動させ
て投射する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ランプからの光を第１及び第２の
アレイレンズ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、コリ
メータレンズを通過させた後、複数のダイクロイックミ
ラーを使用してＲ光、Ｂ光及びＧ光に分離し、各分離さ
れた光をそれぞれの回転プリズムを用いて光路を変え
て、各光がライトバルブ素子（以下単に表示素子あるい
は映像表示素子と言う）のそれぞれ異なった場所に照射
され、かつ、各光の照射される場所が順次表示素子上を
一定方向に移動（スクロール）させるようにした光学ユ
ニットが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の光学ユニッ
トは、単板の表示素子を用いた、組み立てが容易である
等の利点があるが、複数の回転プリズムを使用しなけれ
ばならないため、光学ユニットが大型となる。また、複
数の回転プリズム、多数のレンズ及び多くのダイクロイ
ックミラーを使用するために高価になると共に多くのレ
ンズを使うために光の利用効率が悪くなる。更に、Ｒ、
Ｇ、Ｂ光が照射される表示素子上の位置を合わせるため
には複数の回転プリズムの回転位相を合わせなければな
らず、この調節が困難である。また、複数のモータを使
うことによる騒音対策をしなければならない等の問題が
ある。
【０００４】本発明の目的はコンパクトで安価な光学ユ
ニット提供することにある。本発明の他の目的は表示素
子上に照射されるの複数の光の位置合わせが容易であ
り、光の利用効率がよい、新規かつ有用な映像表示技術
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、光学ユニットは、光源と、該光源の出射光から映
像信号に応じた光学像を形成する表示素子と、該光源か
ら出射された光を複数色の光に分離する色光分離手段
と、該色光分離手段から出射された各複数色の光が入射
され、光軸の方向を変えて出射して該表示素子の異なっ
た場所に該複数色の光を照射すると共に該複数色が照射
される場所を一方向に移動させることができる回転多面
体と、該表示素子から出射された光をカラー映像として
投射する投射装置とを備える。
【０００６】この光学ユニットにおいて、該色分離手段
はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズム
と反射ミラーから構成される。また、該回転多面体から
出射された該複数色の光の内、２つの光の光軸は交差し
た後、該表示素子に照射される。また、該回転多面体は
反射型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に
該複数色の光を照射し、該反射型回転多面体からの反射
光を該表示素子に照射する。また、該回転多面体は反射
型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に該複
数色の光の一つを結像させ、該反射型回転多面体からの
反射光を該表示素子に照射する。また、該回転多面体は
透過型回転多面体であり、該透過型回転多面体に該複数
色の光を照射し、該透過型回転多面体の内部を透過させ
ることによって、該複数色の光を該表示素子に照射す
る。また、該回転多面体より後の光路に結像光学系を設
けて、該表示素子に２次像を結像させる。また、該光源
からの光を第１のアレイレンズ及び第２のアレイレンズ
を透過させた後、該色分離手段に照射し、該表示素子に
照射された複数色の光の内、一つの光の形状を該第１ア
レイレンズの各レンズセルの形状と相似形とする。ま
た、光の偏光方向を揃えない場合には、マイクロミラー
型映像表示素子を用いる。該光源から出射された光の偏
光方向を揃えるための偏光ビームスプリッタを設け、光
の偏光方向が揃えられた複数色の光を透過型液晶表示素
子、反射型液晶表示素子、強誘電性液晶表示素子のいず
れかで構成される表示素子に照射する。
【０００７】本発明の映像表示装置は、上記の光学ユニ
ットと、映像処理回路と、電源とを備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。図
１は本発明による光学ユニットの第１の実施例を示す構
成図である。図において、ランプから出射された光をリ
フレクタで反射して得られる光源１からの光は複数の２
次光源像を形成するための第１のアレイレンズ２に入射
され、さらに複数の集光レンズにより構成され、複数の
２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示
素子１２に第１のアレイレンズ２の個々のレンズ像を結
像させる第２のアレイレンズ３を通過する。第２のアレ
イレンズ３を通過したＰ偏光光とＳ偏光光が混在した光
は偏光ビームスプリッタ４（以下、単にＰＢＳと言う）
及びλ／２波長板４ａで、例えばＳ偏光光に揃えられ、
第１のコリメートレンズ５ａ及び第２のコリメートレン
ズ５ｂを通して、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミ
ラー７ａ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー７
ｂ、Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラーあるいは
反射ミラー７ｃ、（以降ダイクロイックミラー群と呼称
する）によってそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射
される。各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は第３のコリメートレン
ズ５ｃを通過して、それぞれ反射型回転多面体４３の異
なる場所に照射され、反射型回転多面体４３で反射され
る。本実施例では、この反射型回転多面体４３は８面体
で構成されているが、面の数は限定されるものではな
い。また、本実施例ではダイクロイックミラー群7ａ，7
ｂ，7ｃは、赤光（Ｒ），緑光（Ｇ），青光（Ｂ）の３
色であるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ、Ｗ（白色光）の組合せ色切
替、またはＹ（黄色光）、Ｃ（シアン光）、Ｍ（マゼン
ダ光）の組合せ色切替、または、Ｒ、Ｙ、Ｇ、Ｃ、Ｍの
組合せ色切替、Ｒ、Ｏ（オレンジ光）、Ｇ、Ｂ、Ｖ（紫
光）の組合せ色切替でもよく、この場合は、色分離手段
であるダイクロイックミラー群が３枚以上の複数枚にな
ることもある。この場合は表示素子上のスクロール帯は
３種類以上になる場合がある。また、２板式（表示素子
２枚を利用しキューブ型のＰＢＳの２面にそれぞれ配置
する構成）の光学エンジンの場合は、スクロールさせる
光のみを回転ポリゴンミラーを介して第1の表示素子に
到達し、残りのスクロールしない光は、固定ミラー、レ
ンズを介して直接、第２の表示素子に到達するように構
成する構成も可能である。
【０００９】Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が反射型回転多面体４
３の１つの面で反射された場合、各光の光軸は一旦交差
される。また、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のいずれか二つの光
が反射型回転多面体４３の１つの面で反射された場合に
は、例えば、これら光の光軸は交差される（後述する図
４、５参照）。反射型回転多面体４３を出射したＲ光、
Ｇ光及びＢ光は結像レンズ６、コンデンサレンズ８、偏
光板９ａを透過し、ＰＢＳ１０で反射された後、λ／４
波長板１１を通過して表示素子１２の異なった場所に照
射される。表示素子１２から出射されＳ偏光光からＰ偏
光光に変換された光はＰＢＳ１０を透過し、更に偏光板
９ｂを透過した後、投射レンズ１３を通してスクリーン
（図示せず）に拡大投影された映像を表示する。なお、
表示素子としては、透過型液晶表示素子、反射型液晶表
示素子、強誘電性液晶表示素子及びマイクロミラー型映
像表示素子等があるが、本発明では適宜これら表示素子
のいずれかを使用することができる。本実施例では、表
示素子１２として反射型液晶表示素子または強誘電性液
晶表示素子を使用することができる。
【００１０】図１の実施例において、各ダイクロイック
ミラー群７ａ、７ｂ、７ｃによって反射されたＲ光、Ｇ
光、Ｂ光の光軸の方向は、それぞれＲ光、Ｇ光およびＢ
光が表示素子１２上で所定の場所に照射されるように調
整される。また、反射型回転多面体４３はこれを回転さ
せた時、表示素子１２上のＲ光、Ｇ光およびＢ光が略同
等速度で一方向に移動できるように、その大きさ、多面
体の数を決める。また、ダイクロイックミラー群７ａ、
７ｂ、７ｃの代わりに、ダイクロイックプリズムと反射
ミラーを組み合わせて、ダイクロイックプリズムでＲ
光、Ｇ光及びＢ光に分離し、反射ミラーで光軸の方向を
制御するようにしても良い。
【００１１】次に、ある時刻において、反射型回転多面
体４３で反射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の表示素子１２
上における照射状況について図２を用いて説明する。
【００１２】図２は表示素子上における３色の光の照射
状況を説明するための表示素子の斜視図である。図２に
おいて、１２ＲはＲ光が照射された場所を示し、１２Ｇ
はＧ光が照射された場所を示し、１２ＢはＢ光が照射さ
れた場所を示す。これらＲ光、Ｇ光およびＢ光は表示素
子１２上に同時に照射される。また、２１Ｒ、２１Ｇ、
２１Ｂはそれぞれ次にＲ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される場
所であり、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を照射するためのアドレッ
シングを行っている。この場所の大きさは表示素子１２
の書き込み時間、すなわち表示素子１２の応答時間とス
クロール速度によって決まるもので、スクロールの１ラ
インの移動時間より、応答時間が十分早い場合には１ラ
インでもよい。応答時間が遅い場合には、その応答時間
に合わせたライン数を振り分ける。
【００１３】これらの光を最初に表示素子１２上にスク
ロールにより上から照射する場合には、場所１２Ｒ、１
２Ｇ、１２Ｂにそれぞれアドレスを各色に合った情報と
して、各色は上から順に書き込み、その後に、Ｒ光、Ｇ
光、Ｂ光を表示素子１２上に各色エリアの上から順に照
射していく。その間に、場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂに
アドレス書き込みを行う。場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ
へのアドレスの書き込みが完了すると、それぞれ場所１
２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに照射されているＲ光、Ｇ光、Ｂ
光が表示素子１２の下の方向に場所２１Ｒ、２１Ｇ、２
１Ｂの分だけ移動して、この場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１
ＢにＲ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される。また、場所２１
Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂへのアドレスの書き込みが完了する
と、その下のラインに対してアドレス書き込みが行われ
る。このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される場
所は順次下方に移動される。また、各場所１２Ｒ、１２
Ｇ、１２Ｂの大きさは本実施例では略同じであるため、
第１のアレイレンズ２の各レンズの形状はＲ光、Ｇ光、
又はＢ光が照射される表示素子１２上の場所１２Ｒ、１
２Ｇ、又は１２Ｂの光の帯形状と相似形になるように構
成される。
【００１４】次に、図３〜図５を用いて、本発明の第２
の実施例について説明する。図３、図４、図５は本発明
による光学ユニットの第２の実施例を示す構成図及び表
示素子の平面図であり、図３（ａ）、図４（ａ）、図５
（ａ）はそれぞれ光学ユニットの構成図を、図３
（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）はＲ光、Ｇ光及びＢ光
が照射される表示素子上での場所を示す。図において、
反射型回転多面体４３が矢印Ａの方向に回転している場
合、図３（ａ）はダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、
７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光が反射型回転多
面体４３の一つの面に照射された場合の実施例であり、
この場合図３（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光
が照射される場所は、表示素子１２の右から左に向かっ
て順に、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとなる。図４（ａ）は
ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射された
Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の内Ｒ光及びＧ光が一つの面に照
射され、Ｂ光が次の面に照射された場合の実施例であ
り、この場合、図４（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及
びＢ光が照射される場所は、表示素子１２の右から順に
場所１２Ｂ、１２Ｒ、１２Ｇとなる。図５（ａ）はダイ
クロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射された光の
内、Ｒ光のみが一つの面に照射され、Ｇ光およびＢ光は
次の面に照射された場合の実施例を示し、この場合、図
５（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が照射され
る場所は、表示素子１２の右から順に場所１２Ｇ、１２
Ｂ、１２Ｒとなる。
【００１５】図３〜図５において、図１と同じものに対
しては同一の符号を付けてその説明を省略する。図３〜
図５において、図１と相違する点は、光源１からダイク
ロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路では、λ
／２波長板４ａ、第のコリメートレンズ５ｂは省略され
ている。ダイクロイックミラー７ａ、７ｂ、７ｃから反
射型回転多面体４３までの光路では、第３のコリメート
レンズ５ｃは省略され、その代わりに結像レンズ６ａが
使用されている。反射型回転多面体４３から投射レンズ
１３までの光路では略同じ構成である。本実施例におい
ても図１の実施例と同様に動作し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ
光をそれぞれ表示素子１２上の場所１２ａ、１２ｂ、１
２ｃに照射すると共に、その場所は表示素子１２の一方
向に順次移動され、一つの表示素子１２でカラーの映像
をスクリーン（図示せず）に表示することができる。
【００１６】図３はダイクロイックミラー群７ａ、７
ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ
反射型回転多面体４３の一つの面に合焦された場合を示
している。この場合は、反射型回転多面体４３の面から
反射された各Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の光軸は反射型回転
多面体４３とＰＢＳ１０の入射面の間で交差される。な
お、本実施例では８面体を例にとって説明するが、面の
数はこれに限定されるものではない。図４のように、反
射型回転多面体４３の一つの面にＲ光及びＢ光が照射さ
れ、次の面にＢ光が照射される場合、反射型回転多面体
４３から反射されたＲ光およびＧ光の光軸は交差された
後、ＰＢＳ１０に照射されるが、Ｂ光の光軸はＲ光及び
Ｇ光の光軸と交わることなくＰＢＳ１０に入射される。
図５に示すように、Ｒ光が反射型回転多面体４３の一面
に照射され、Ｇ光及びＢ光が回転方向に対し、次の面に
照射される場合、反射型回転多面体４３の次の面から反
射されたＧ光及びＢ光は交差した後、ＰＢＳ１０の入射
面に入射される。以上のことから、反射型回転多面体４
３の一つの面に複数の色の光が照射された場合、反射型
回転多面体４３から反射された複数色の光の光軸は一旦
交差した後、ＰＢＳ１０に入射されることが分かる。
【００１７】次に、本発明による表示装置の一実施例に
ついて、説明する。図６は本発明による表示装置の一実
施例を示す構成図である。図において、図１、図３〜図
５の各構成要素と同じものには同一の符号を付してその
説明を省略する。この実施例では、光源１からダイクロ
イックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路は図１の実
施例を同じであり、ダイクロイックミラー群７ａ、７
ｂ、７ｃから投射レンズ１３までの光路は図３〜図５の
光路と同じである。本実施例の光学ユニットにおいて
も、図１、図３〜図５と同様に動作するため、投射レン
ズ１３から照射された光によって、スクリーン（図示せ
ず）にカラーの映像を表示することができる。
【００１８】図６の実施例において、２４は電源、２５
は映像信号を処理するための映像表示回路、２６は排気
ファンであり、これに光源１から投射レンズ１３までの
光路を有する光学ユニットを搭載することによって、表
示装置が構成される。
【００１９】次に、図７を用いて、光源１からダイクロ
イックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路の方向と、
反射型回転多面体４３から投射レンズ１３までの光路の
方向が同一方向である場合の実施例のついて説明する。
図７は本発明による光学ユニットの第３の実施例を示す
構成図である。図において、図１、図３〜図５の実施例
と同じ構成要素にたいして同一の符号を付けてその説明
を省略する。図において、光源１からダイクロイックミ
ラー群７ａ、７ｂ、７ｃ間での光路は図１に示す光路に
おいて、第２のコリメートレンズ５ｂが除かれている
が、他の構成要素は同じである。また、ダイクロイック
ミラー群７ａ、７ｂ、７ｃから反射型回転多面体４３ま
での光路は図１に示す光路において、第３のコリメート
レンズ５ｃが除かれているがこのコリメートレンズ５ｃ
を用いてもよい。反射型回転多面体４３からＰＢＳ１０
までの光路には２種類の結像レンズ６ａ、６ｂが使用さ
れている。ＰＢＳ１０以降は図１と同じように構成され
ている。なお、図７で、点線はＧ光を示し、一点鎖線は
Ｇ光の光軸を示す。Ｒ光、Ｂ光の光軸については省略さ
れているが、それらの光軸は図１のように示すことがで
きる。
【００２０】本実施例において、ダイクロイックミラー
群７ａ、７ｂ、７ｃで反射された３つの光の内、真中の
光り、すなわちＧ光を反射型回転多面体４３の一つの面
に集光し結像させるようにしている。この場合、反射型
回転多面体４３上のＧ光を中心にＲ光、Ｂ光が照射され
ることになるため、Ｇ光を反射型回転多面体４３の中心
以外に結像させる場合と比較して反射型回転多面体４３
の各面を小さくすることができる。また、本実施例にお
いては、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７
ｂ、７ｃの光の光軸方向と略平行な光軸でＲ光、Ｇ光お
よびＢ光の投射光を投射レンズ１３から出射させること
ができる。
【００２１】ここで、コリメートレンズの枚数は、これ
に限定するものではなく、ダイクロイックミラー群７
ａ，7ｂ，7ｃの後ろに配置しても良い。さらにダイクロ
イックミラー群7ａ，7ｂ，7ｃの特性を入れ替えて、Ｒ
ＧＢ、ＢＧＲ，等のいずれの場合も可能であるが、光源
であるランプの出力光に従って、弱い波長の光を優先さ
せるすなわち、透過回数を減少させるため最初に反射さ
せる方法が良い。
【００２２】以下、図８を用いて光学ユニットの第４の
実施例について説明する。図８は本発明による光学ユニ
ットの第４の実施例を示す構成図である。図において、
光源１からの光は第１のコリメートレンズ５ａ、第２の
コリメートレンズ５ｂを透過した後、第１のライトパイ
プ４６に入射される。第１のライトパイプ４６の内面を
反射しながら進行した光はＰＢＳ４５ａ、ＰＢＳまたは
全反射プリズム又は全反射ミラー４５ｂ、λ／２波長板
４ｂによって偏光方向が揃えられ、たとえばＳ偏光光と
して第２のライトパイプ４４に入射される。第２のライ
トパイプ４４に入射されたＳ偏光光は第２のライトパイ
プ４４の内部を反射しながら進行してダイクロイックミ
ラー群７ａ、７ｂ、７ｃでそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光と
して反射され、反射型回転多面体４３に入射される。反
射型回転多面体４３から反射された各Ｒ光、Ｇ光および
Ｂ光は第１の結像レンズ６ａ、第２の結像レンズ６ｂ、
第３の結像レンズ６ｃ、偏光板９ａを透過してＰＢＳ１
０に入射される。それ以降の光路は図１の場合と同様で
ある。
【００２３】本実施例においても、スクリーンにカラー
の映像を表示することができる。また、本実施例では、
光源１からダイクロイックミラー７ａ、７ｂ、７ｃの光
軸に対して直角方向に、投射レンズ１３から投射光を出
射させることができる。本実施例において、光はＰＢＳ
４５ａと全反射プリズム４５ｂによってＳ偏光光となる
ため、ＰＢＳ４５ａから出射されたＳ偏光光と全反射プ
リズム４５ｂから出射されたＳ偏光光の間に筋ができ
る。この２つのＳ偏光光を光第２のライトパイプ４４を
透過させると、２つのＳ偏光光は第２のライトパイプ４
４の内部で反射することによって２つのＳ偏光光間に生
じた筋はなくなる。従って、２つのＳ偏光光間に生じた
筋をあまり気にしない場合には、すなわち、偏光方向を
揃えた光に第２のライトパイプ４４を省略してもよい。
さらに、ＰＢＳ４５ａの挿入によりライトパイプ４６の
幅の光が、一方向に略２倍の幅に拡大されるので、ライ
トパイプ４４の出射開口形状が、表示素子上のスクロー
ル帯形状と相似形状（帯状の矩形形状）とし易い。か
つ、ライトパイプ４６の入射開口形状を光のスポット形
状に適した形状（例えば、略正方形の形状）に設計でき
るので、光を無理なく、光損失を抑えて、矩形形状に引
き伸ばして成形ができるので、効率が非常に良い。さら
に、矩形アパーチャを設けることなく、上記ライトパイ
プ４４の出射開口形状を表示素子上に再度結像させるの
で、矩形アパーチャのように光をカットする必要がない
ので、効率が良い。また、本実施例において、表示素子
１２としてマイクロミラー型映像表示素子を用いる場合
には、偏光光の方向をそろえる必要はないので、ＰＢＳ
４５ａ、全反射プリズム又は全反射ミラー４５ｂ、λ／
２波長板４ｂは不要となる。
【００２４】次に、本発明による光学ユニットの第５の
実施例について説明する。図９は本発明による光学ユニ
ットの第５の実施例を示す構成図であり、図では、点線
でＧ光のみを示しており、一点鎖線はその光軸を示す。
他色光の光軸は、例えば図１の場合と同様になる。ま
た、図において、図１と同じ機能を持つ素子に対しては
同じ符号を付し、その説明を省略する。本実施例におい
ては、光源１からの光は複数の２次光源像を形成するた
めの第１のアレイレンズ２に入射され、さらに複数の集
光レンズにより構成され、複数の２次光源像が形成され
る近傍に配置され、かつ液晶表示素子１２に第１のアレ
イレンズ２の個々のレンズ像を結像させる第２のアレイ
レンズ３を通過する。第２のアレイレンズ３を通過した
Ｐ偏光光とＳ偏光光が混在した光は偏光ビームスプリッ
タ４でＳ偏光光に揃えられ、第１のコリメートレンズ５
ａを通して、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー
７ａ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー７ｂ、
Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラーあるいは反射
ミラー７ｃ（これは、ＵＶ透過ミラーでも良く、Ｒ光を
最後に反射させる構成ならば、ＩＲ光透過ミラーの場合
でも成立する。）によってそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光
として反射される。各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はそれぞれ反
射型回転多面体４３の異なる場所に照射され、反射型回
転多面体４３で反射される。反射型回転多面体４３で反
射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は第２のコリメートレンズ
５ｂを透過した後、反射ミラー１６で反射され、その光
路が略９０度変えられ、コンデンサレンズ８を透過す
る。コンデンサレンズ８を透過したＲ光、Ｇ光及びＢ光
は第１の偏光板９ａを透過してＰＢＳ１０で反射され、
λ/４波長板１１を透過して反射型の表示素子１２に入
射される。表示素子１２でＰ偏光光に変換されたＲ光、
Ｇ光及びＢ光は今度はＰＢＳ１０を透過して第２の偏光
板９ｂを通して出射される。ＰＢＳ１０から出射される
光軸は光源１からの光の方向と平行で、かつ、光源１か
らの光の向きと逆向きに出射される。本実施例では、結
像光学系を使用することなく光学ユニットを構成するこ
とができる。
【００２５】次に、光学ユニットに透過型回転多面体を
使用した場合の実施例について説明する。図１０、図１
１、図１２は本発明による光学ユニットの第６の実施例
を示す構成図及び表示素子の平面図であり、図１０
（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）はそれぞれ光学ユ
ニットの構成図を、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１
２（ｂ）はＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射される表示素子上
での場所を示す。図１０（ａ）では透過型回転多面体の
一面に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光が
照射され、その一面と対向する面からＲ光、Ｇ光及びＢ
光が出射される場合の実施例であり、表示素子１２面上
には図１０（ｂ）に示すように、上から順に、場所１２
Ｒ、１２Ｇ、１２ＢにそれぞれＲ光、Ｇ光及びＢ光が照
射されている。図１１では透過型回転多面体の２つの面
に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光を照射
し、その２つの面と対向する面からＲ光、Ｇ光及びＢ光
が出射された場合の実施例であり、表示素子１２面上に
は図１１（ｂ）に示すように、上から順に、場所１２
Ｇ、１２Ｂ、１２ＲにそれぞれＧ光、Ｂ光及びＲ光が照
射されている。図１２（ａ）では透過型回転多面体の２
つの面に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光
が照射され、その２つの面と対向する面からＲ光、Ｇ光
及びＢ光が出射された場合の実施例であり、表示素子１
２面上には図１２（ｂ）に示すように、上から順に、場
所１２Ｂ、１２Ｒ、１２ＧにそれぞれＢ光、Ｒ光及びＧ
光が照射されている。
【００２６】図１０〜図１２において、光源１からの光
は第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３を透過
し、ＰＢＳ４で光の偏光光が揃えられえ、例えばＳ偏光
光として、コリメートレンズ５を透過し、Ｒ光を反射す
るＲ用ダイクロイックミラー７ａ、Ｇ光を反射するＧ用
ダイクロイックミラー７ｂ、Ｂ光を反射するＢ用ダイク
ロイックミラーまたは反射ミラー７ｃによってそれぞ
れ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射される。ダイクロイッ
クミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光及
びＢ光は透過型回転多面体４７を透過する。透過型回転
多面体４７を透過してＲ光、Ｇ光及びＢ光はコンデンサ
レンズ８、第１の偏光板９ａを透過した後、ＰＢＳ１０
で反射されλ/４波長板１１を透過して表示素子１２に
入射される。この表示素子１２で反射され、Ｐ偏光光に
偏光された各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＰＢＳ１０を透過し
て投射レンズ１３に入射される。この実施例では光源１
から出射された光の方向と投射レンズ１３から出射され
る光の方向は略平行であり、向きは逆になる。なお、図
１０〜図１２の実施例において、この透過型回転多面体
４７は図面に向かって時計方向（矢印Ａ方向）に回転さ
れている。
【００２７】図１０ではダイクロイックミラー群７ａ、
７ｂ、７ｃで互いに光軸方向が異なるように反射された
Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は透過型回転多面体４７の一面に入
射され、透過型回転多面体４７を透過し、透過型回転多
面体４７の対向する面から出射された後、これらの光軸
は一旦交差された後、コンデンサレンズ８に入射され
る。
【００２８】図１１では、透過型回転多面体４７は図１
０の場合より時計方向に回転されており、図１１の一つ
の面にＲ光が、次の面にＧ光、Ｂ光が入射され、それぞ
れＲ光、Ｇ光及びＢ光は透過型回転多面体４７を透過
し、Ｒ光は一つの面に対向する面とは異なる前の面から
出射され、Ｇ光は次の面から入射され、この面に対向す
る面から出射され、Ｂ光は次の面から入射され、一つの
面に対向する面とは異なる前の面から出射される。本実
施例では異なった面から入射されたＧ光とＢ光は異なる
面から出射され、交差した後ＰＢＳ１０に入射される。
【００２９】図１２では、Ｒ光は透過型回転多面体４７
の一つの面に入射し、Ｇ光及びＢ光は次の面から入射さ
れ、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はそれぞれ透過型回転多面体４
７を透過する。Ｒ光は次の面に対向する面から出射さ
れ、Ｇ光は一つの面に対向する面から出射され、Ｂ光は
次の面に対向する面から出射される。次の面に対向する
面から出射されたＲ光とＢ光は交差した後、コンデンサ
レンズを透過してＰＢＳ１０に入射される。
【００３０】図１０から図１２の実施例ではＲ光、Ｇ光
及びＢ光の内、少なくとも２つの光は透過型回転多面体
４７から出射された後、交差する。また、本実施例にお
いて、透過型回転多面体４７は光を透過する材質のもの
ならば何でも適用できる。また、透過型回転多面体４７
の数は８面体に限定されるものではなく、３面以上であ
ればどのような多角形でも適用できるし、また、透過型
回転多面体４７の大きさについても限定されるものでは
ない。
【００３１】以上述べたように、本発明によれば、光を
複数色に分離して反射するダイクロイックミラー群とこ
の複数色の色の方向を変える回転多面体をもちいること
によって、１枚の表示素子上の異なった場所にそれぞれ
複数色を照射することができ、しかもこの回転多面体を
回転させることによって、表示素子上で複数色が照射さ
れる場所を順次一定方向に変化させることができるた
め、１枚の表示素子をもちい、しかも簡単な構成でカラ
ーの映像光を得ることができる。また、本発明において
は、光源からの光を複数色に分け、この分離された複数
の光を表示素子に効率良く照射することができるので、
光の利用効率が良い。
【００３２】また、本発明では、回転多面体は一つしか
使用しないので、表示素子上に照射されるの複数色の光
の位置合わせが容易である。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、構
成が簡単な単板式の光学ユニットを得ることができる。
また、光の利用効率のより光学ユニットを得ることがで
きる。また、表示素子上での複数色の位置合わせを容易
に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学ユニットの第１の実施例を示
す構成図である。
【図２】表示素子上における３色の光の照射状況を説明
するための表示素子の斜視図である。
【図３】本発明による光学ユニットの第２の実施例を示
す構成図及び表示素子の平面図である。
【図４】本発明による光学ユニットの第２の実施例を示
す構成図及び表示素子の平面図である。
【図５】本発明による光学ユニットの第２の実施例を示
す構成図及び表示素子の平面図である。
【図６】本発明による表示装置の一実施例を示す構成図
である。
【図７】本発明による光学ユニットの第３の実施例を示
す構成図である。
【図８】本発明による光学ユニットの第４の実施例を示
す構成図である。
【図９】本発明による光学ユニットの第５の実施例を示
す構成図である。
【図１０】本発明による光学ユニットの第６の実施例を
示す構成図及び表示素子の平面図である。
【図１１】本発明による光学ユニットの第６の実施例を
示す構成図及び表示素子の平面図である。
【図１２】本発明による光学ユニットの第６の実施例を
示す構成図及び表示素子の平面図である。
【符号の説明】
１…光源、２…第１のアレイレンズ、３…第２のアレイ
レンズ、４…ＰＢＳ、４ａ、４ｂ…λ?２波長板、５…
コリメートレンズ、５ａ…第１のコリメートレンズ、５
ｂ…第２のコリメートレンズ、５ｃ…第３のコリメート
レンズ、６…結像レンズ、６ａ…第１の結像レンズ、６
ｂ…第２の結像レンズ、７ａ…Ｒ光ようダイクロイック
ミラー、７ｂ…Ｇ光用ダイクロイックミラー、７ｃ…Ｂ
光用ダイクロイックミラー、４３…反射型回転多面体、
８…コンデンサレンズ、９ａ…第１のコンデンサレン
ズ、９ｂ…第２のコンデンサレンズ、１０…ＰＢＳ、１
１…λ?４波長板、１２…表示素子、１３…投射レン
ズ、１２Ｒ…表示素子上でＲ光が照射される場所、１２
Ｇ…表示素子上でＧ光が照射される場所、１２Ｂ…表示
素子上でＢ光が照射される場所、２１Ｒ…Ｒ光用のアド
レスが書き込まれている場所、１６…反射ミラー、２１
Ｇ…Ｇ用のアドレスが書き込まれている場所、２１Ｂ…
Ｂ用のアドレスが書き込まれている場所、２４…電源、
２５…映像表示回路、２６…排気ファン、４４…第２の
ライトパイプ、４６…第１のライトパイプ、４５ａ…Ｐ
ＢＳ、４５ｂ…全反射プリズムまたは全反射ミラー、４
７…透過型回転多面体。
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 3/08 Ｈ０４Ｎ 3/08 Ｆターム(参考） 2H045 AA01 BA26 2H088 EA13 EA15 EA16 HA13 HA20 HA21 HA24 HA25 HA28 HA30 JA03 JA17 MA20 2H099 AA11 BA09 CA02 CA07 CA08 DA05

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源と、該光源の出射光から映像信号に応
    じた光学像を形成する映像表示素子と、該光源から出射
    された光を複数色の光に分離する色分離手段と、該色分
    離手段から出射された各複数色の光が入射され、それぞ
    れの光軸の方向を変えて出射して該映像表示素子の異な
    った場所に該複数色の光を照射すると共に該複数色が照
    射される場所を一方向に移動させることができる回転多
    面体と、該映像表示素子から出射された光をカラー映像
    として投射する投射装置とを備え、該色分離手段は、ダ
    イクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムと反
    射ミラーから構成され、該回転多面体から出射された該
    複数色の光の内、少なくとも２つの光の光軸は交差した
    後、該映像表示素子に照射され、該回転多面体は反射型
    回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に該複数
    色の光を照射し、かつ該反射型回転多面体の表面に該複
    数色の光の一つを略結像させ、該反射型回転多面体から
    の反射光を該映像表示素子に照射し、 該光源からの光をインテグレータ素子に通過させた後、
    該色分離手段に照射し、該映像表示素子に照射された複
    数色の光の内、少なくとも一つの光の形状を該インテグ
    レータ素子の出射開口または各セルの形状と相似形と
    し、該回転多面体より後の光路に結像光学系を設けて、
    該映像表示素子に該各セルの形状と相似形である略矩形
    の光像を結像させることを特徴とする光学ユニット。
  2. 【請求項２】光源と、該光源の出射光から映像信号に応
    じた光学像を形成する映像表示素子と、該光源から出射
    された光を複数色の光に分離する色分離手段と、該色分
    離手段から出射された各複数色の光が入射され、それぞ
    れの光軸の方向を変えて出射して該映像表示素子の異な
    った場所に該複数色の光を照射すると共に該複数色が照
    射される場所を一方向に移動させることができる回転多
    面体と、該映像表示素子から出射された光をカラー映像
    として投射する投射装置とを備えることを特徴とする光
    学ユニット。
  3. 【請求項３】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    色分離手段はダイクロイックミラーまたはダイクロイッ
    クプリズムと反射ミラーから構成されることを特徴とす
    る光学ユニット。
  4. 【請求項４】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    回転多面体から出射された該複数色の光の内、少なくと
    も２つの光の光軸は交差した後、該映像表示素子に照射
    されることを特徴とする光学ユニット。
  5. 【請求項５】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多
    面体の表面に該複数色の光を照射し、該反射型回転多面
    体からの反射光を該映像表示素子に照射することを特徴
    とする光学ユニット。
  6. 【請求項６】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多
    面体の表面に該複数色の光の少なくとも一つを略結像さ
    せ、該反射型回転多面体からの反射光を該映像表示素子
    に照射することを特徴とする光学ユニット。
  7. 【請求項７】請求項２、３、４記載の光学ユニットにお
    いて、該回転多面体は透過型回転多面体であり、該透過
    型回転多面体に該複数色の光を照射し、該透過型回転多
    面体の内部を透過させることによって、該複数色の光を
    該表示素子に照射することを特徴とする光学ユニット。
  8. 【請求項８】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    回転多面体より後の光路に結像光学系を設けて、該映像
    表示素子に略矩形の光像を結像させることを特徴とする
    光学ユニット。
  9. 【請求項９】請求項２記載の光学ユニットにおいて、該
    光源からの光をインテグレータ素子、に通過させた後、
    該色分離手段に照射し、該映像表示素子に照射された複
    数色の光の内、少なくとも一つの光の形状を該インテグ
    レータ素子の出射開口または各レンズセルの形状と相似
    形とすることを特徴とする光学ユニット。
  10. 【請求項１０】請求項２記載の光学ユニットにおいて、
    マイクロミラー型映像表示素子を用いることを特徴とす
    る光学ユニット。
  11. 【請求項１１】請求項２記載の光学ユニットにおいて、
    該光源から出射された光の偏光方向を揃えるための偏光
    ビームスプリッタを設け、光の偏光方向が揃えられた複
    数色の光を透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、
    強誘電性液晶表示素子のいずれかで構成される映像表示
    素子に照射することを特徴とする光学ユニット。
  12. 【請求項１２】光源と、該光源の出射光から映像信号に
    応じた光学像を形成する映像表示素子と、該光源からの
    光の２次光源像を形成するための第１のアレイレンズ
    と、第１のアレイレンズの個々のレンズ像を結像させる
    ための第２のアレイレンズと、光の偏光方向を揃えるた
    めの偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ
    からの光の内、第１の色光を分離し、該第１の色光の光
    軸の方向を制御する第１ダイクロイックミラーと、該偏
    光ビームスプリッタからの光の内、第２の色光を分離
    し、該第２の色光の光軸の方向を制御する第２のダイク
    ロイックミラーと、該偏光ビームスプリッタからの光の
    内、第３の色光の光軸の方向を制御する第３ダイクロイ
    ックミラーまたは反射ミラーと、該第１、該第２のダイ
    クロイックミラー、該第３のダイクロイックミラーまた
    は反射ミラーからの光が照射され、各該第１、該第２、
    該第３の色光の光軸の方向を制御して反射して、該第
    １、該第２、該第３の色光を該映像表示素子の異なった
    場所に照射すると共に、該第１、該第２、該第３の色光
    が照射される場所を一方向に移動させることができる反
    射型回転多面体と、該映像表示素子から出射された光を
    カラー映像として投射する投射装置とを備えることを特
    徴とする光学ユニット。
  13. 【請求項１３】請求項１２記載の光学ユニットにおい
    て、該反射型回転多面体の表面から反射された該第１、
    該第２、該第３の色光の内、少なくとも２つの色光は交
    差した後、該映像表示素子に照射されることを特徴とす
    る光学ユニット。
  14. 【請求項１４】請求項１２記載の光学ユニットにおい
    て、該第１のアレイレンズ及び該第２のアレイレンズの
    各レンズセルの形状を該映像表示素子に照射された該第
    １、該第２、該第３の色光の形状と相似形とすることを
    特徴とする光学ユニット。
  15. 【請求項１５】請求項１２記載の光学ユニットにおい
    て、該第１、該第２のダイクロイックミラー、該第３の
    ダイクロイックミラーまたは反射ミラーから出射された
    該第１、該第２、該第３の色光の内、少なくとも一つの
    色光を結像手段で該反射型回転多面体の入射面に結像さ
    せることを特徴とする光学ユニット。
  16. 【請求項１６】請求項１５記載の光学ユニットにおい
    て、該反射型回転多面体の入射面に結像された光を該映
    像表示素子に再度結像させることを特徴とする光学ユニ
    ット。
  17. 【請求項１７】光源と、該光源の出射光から映像信号に
    応じた光学像を形成する映像表示素子と、該光源からの
    光を反射しながら透過させるライトパイプと、該ライト
    パイプからの光の内、第１の色光を分離し、該第１の色
    光の光軸の方向を制御する第１ダイクロイックミラー
    と、該ライトパイプからの光の内、第２の色光を分離
    し、該第２の色光の光軸の方向を制御する第２のダイク
    ロイックミラーと、該ライトパイプからの光の内、第３
    の色光の光軸の方向を制御する第３ダイクロイックミラ
    ーあるいは反射ミラーと、該第１、該第２、該第３のダ
    イクロイックミラーあるいは反射ミラーからの光が照射
    され、各該第１、該第２、該第３の色光の光軸の方向を
    制御して反射して、該第１、該第２、該第３の色光を該
    映像表示素子の異なった場所に照射すると共に、該第
    １、該第２、該第３の色光が照射される場所を一方向に
    移動させることができる反射型回転多面体と、該映像表
    示素子から出射された光をカラー映像として投射する投
    射装置とを備えることを特徴とする光学ユニット。
  18. 【請求項１８】請求項１７記載の光学ユニットにおい
    て、該ライトパイプからの光の偏光方向を揃えるための
    偏光ビームスプリッタを該ライトパイプの後段に備える
    ことを特徴とする光学ユニット。
  19. 【請求項１９】請求項１８記載の光学ユニットにおい
    て、該偏光ビームスプリッタの後段に他のライトパイプ
    を設けることを特徴とする光学ユニット。
  20. 【請求項２０】光源と、該光源の出射光から映像信号に
    応じた光学像を形成する映像表示素子と、該光源からの
    光の２次光源像を形成するための第１のアレイレンズ
    と、第１のアレイレンズの個々のレンズ像を結像させる
    ための第２のアレイレンズと、光の偏光方向を揃えるた
    めの偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタ
    からの光の内、第１の色光を分離し、該第１の色光の光
    軸の方向を制御する第１ダイクロイックミラーと、該偏
    光ビームスプリッタからの光の内、第２の色光を分離
    し、該第２の色光の光軸の方向を制御する第２のダイク
    ロイックミラーと、該偏光ビームスプリッタからの光の
    内、第３の色光の光軸の方向を制御する第３ダイクロイ
    ックミラーあるいは反射ミラーと、該第１、該第２、該
    第３のダイクロイックミラーからの光が照射され、各該
    第１、該第２、該第３の色光を透過して光軸の方向を制
    御して、該第１、該第２、該第３の色光を該映像表示素
    子の異なった場所に照射すると共に、該第１、該第２、
    該第３の色光が照射される場所を一方向に移動させるこ
    とができる透過型回転多面体と、該映像表示素子から出
    射された光をカラー映像として投射する投射装置とを備
    えることを特徴とする光学ユニット。
  21. 【請求項２１】請求項２０記載の光学ユニットにおい
    て、該透過型回転多面体の表面から反射された該第１、
    該第２、該第３の色光の内、少なくとも２つの色光は交
    差した後、該映像表示素子に照射されることを特徴とす
    る光学ユニット。
  22. 【請求項２２】請求項１乃至２１のいずれかに記載の光
    学ユニットと、映像処理回路と、電源とを備えることを
    特徴とする映像表示装置。
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