JP2003279888A - 光学ユニットおよびそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高輝度かつ小型である光学ユニットおよび投
写型映像表示装置を実現する。 【解決手段】 光学ユニット或いは投写型映像表示装置
を構成する照明光学系は、映像表示素子に光源からの光
を集光して照射する集光用レンズと映像表示素子に入射
する光線の角度を補正する光線角度補正用レンズとを有
し、集光用レンズは、投射レンズとは逆方向に偏芯さ
せ、光線角度補正用レンズは集光用レンズの偏芯方向に
対し逆方向に偏芯させるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を液
晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバル
ブ素子を使用して光強度変調し、スクリーン上に映像を
投影する光学ユニット、およびそれを用いた、例えば、
液晶プロジェクタ装置や、反射型映像表示プロジェクタ
装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の
投写型映像表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平１０−１７１０４５号
公報に開示されているように、光源からの光を液晶パネ
ルなどのライトバルブ素子（映像表示素子ともいう）で
映像信号に応じて光強度変調し形成した映像光を、投射
レンズによりスクリ−ンなどに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】ライトバルブ素子（映像表示素子）として
液晶パネルを用いた投写型映像表示装置の概略構成図を
図３に示す。図３を用いて、光源から投射レンズまでの
光学系（以下、光学ユニットと称す）およびそれを用い
た投写型映像表示装置について説明する。

【０００４】図３において、光源１から出射した光束は
第1レンズアレイ３に入射する。第1レンズアレイ３は、
入射した光束をマトリックス状に配置された複数のレン
ズセルで複数の光束に分割して、効率よく第２レンズア
レイ４と偏光変換素子５を通過するように導く。第１レ
ンズアレイ３と同様に、マトリックス状に配置された複
数のレンズセルを持つ第２レンズアレイ４は、構成する
レンズセルそれぞれが対応する第１レンズアレイ３のレ
ンズセルの形状を液晶表示素子２１，２２，２３側に投
影する。この時、偏光変換素子５は第２レンズアレイ４
からの光束を所定の偏光方向に揃える。そして、これら
第１レンズアレイ３の各レンズセルの投影像を集光用レ
ンズ６、及びコンデンサレンズ１３，１４，１５、第１
リレ−レンズ１９、第２リレ−レンズ２０により各液晶
表示素子２１，２２，２３上に重ね合わせる。なお、２
は光源１からの光線を示す。

【０００５】その過程で、集光用レンズ６の出射光束
は、赤反射緑青透過ダイクロイックミラ−８，緑反射青
透過ダイクロイックミラ−９により、赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の３原色に分離される。赤反射緑青透
過ダイクロイックミラ−８で分離された赤光束は全反射
ミラ−１１で反射されて液晶表示素子２１に照射され、
緑反射青透過ダイクロイックミラ−９で分離された緑光
束は液晶表示素子２２に照射され、緑反射青透過ダイク
ロイックミラ−９を透過した青光束は全反射ミラ−１０
と全反射ミラ−１２で反射されて液晶表示素子２３に照
射される。

【０００６】各液晶表示素子２１，２２，２３は入射側
に入射側偏光板（図示せず）を、出射側に出射側偏光板
（図示せず）を有し、所定の偏光方向の光を通すように
なっている。そして、図示しない映像信号駆動回路によ
り液晶表示素子を透過する光量を制御して画素ごとに濃
淡を変える光強度変調を行う。

【０００７】光強度変調で形成された液晶表示素子２
１，２２，２３上の映像は、色合成プリズム２４によっ
て色合成され、さらに、投射手段である投射レンズ２５
によってスクリ−ン（図示せず）上へと投射され、大画
面映像を得ることができる。なお、第１リレ−レンズ１
９と第２リレ−レンズ２０は、液晶表示素子２１，２２
に対して青色の液晶表示素子２３の、光源１から液晶表
示素子面までの光路長が長くなっていることを補うもの
である。また、コンデンサレンズ１３，１４，１５は液
晶表示素子２１，２２，２３へ入射する光線が入射角度
が垂直であるものが最も多くなるように光線角度を補正
するレンズであり、投射レンズ２５によって効率のよい
投射を実現する。コンデンサレンズ１５は光路長補正の
ため第１リレ−レンズ１９と第２リレ−レンズ２０と組
合せて用いられるので、広い意味で、第１リレ−レンズ
１９と第２リレ−レンズ２０とコンデンサレンズ１５で
光線角度補正をしていると考えることができる。本発明
では、以下このように考えるものとする。

【０００８】このように構成された投写型映像表示装置
の光学ユニットが筐体３０に格納されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この種の投写型映像表
示装置に求められる主な要求としては、高輝度でかつ装
置サイズが小さいことである。このため、図３で述べた
ように、光源１から投射レンズ２５までの光路を、ダイ
クロイックミラ−や反射ミラ−を用いて折り曲げ、装置
サイズを小さくしている。

【００１０】図４は、図３の投写型映像表示装置に用い
られる光学ユニットの概略構成の一部を光路の折り曲げ
を省略して示した光路説明図である。図４では、偏光変
換素子、色合成プリズム、投射レンズは省略し、光源１
から液晶表示素子２１、２２、２３までの光路を示して
いる。図４において、図３に同一な部分には同一符号を
付して、その説明を省略する。

【００１１】図４において、各光学部品は、その中心が
主光軸４０に略一致するように配置されおり、従って、
各光学部品は主光軸４０に対して上下左右が対称であ
る。また、図４で集光用レンズ６から出射する周辺光の
光線径φは、集光用レンズの作用により集光されるた
め、液晶表示素子側に近い程小さくなっている。

【００１２】このため、図３で斜線部で示すデッドスペ
−ス２６が生じており、スペ−スが有効利用されていな
い。

【００１３】本発明の目的は、上記課題を解決し、デッ
ドスペ−スを低減する光学ユニットおよびこれを用いた
投写型映像表示装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、画素ごとに光強度変調をして映像光を
生成する映像表示素子と、光源からの光を前記映像表示
素子に照射する照明光学系と、前記映像光を拡大して投
射する投射レンズとを有する光学ユニットであって、前
記照明光学系は、前記映像表示素子に前記光源からの光
を集光して照射する集光用レンズと前記映像表示素子に
入射する光線の角度を補正する光線角度補正用レンズと
を有し、前記集光用レンズは、前記投射レンズとは逆方
向に偏芯するように構成する。

【００１５】この構成により、前記光源からの光線は前
記集光用レンズの偏芯した方向にシフトするので、前記
光学ユニットの周辺部の光線高さを略揃えることがで
き、従来問題となっていたデッドスペ−スを低減するこ
とができる。これにともない、光学ユニットの外形サイ
ズを小さくすることができる。

【００１６】さらに、前記集光用レンズの偏芯方向に対
し前記光線角度補正用レンズを逆方向に偏芯させるよう
に構成する。

【００１７】このように構成することにより、偏芯した
前記集光用レンズでシフトした光線を補正し、前記映像
表示素子に略平行に照射することができる。

【００１８】また、以上のように構成した光学ユニット
を投写型映像表示装置に用いることにより、投写型映像
表示装置の外形サイズを小さくできる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。

【００２０】図１は本発明による１実施の形態の光学ユ
ニットの概略構成の一部を光路の折り曲げを省略して示
した光路説明図である。偏光変換素子、色合成プリズ
ム、投射レンズは省略している。図１において、７は偏
芯した集光用レンズで、１６と１７は集光用レンズ７の
偏芯方向とは逆側に偏芯したコンデンサレンズで、１８
はコンデンサレンズ１６，１７と同一方向に偏芯した第
１リレ−レンズである。コンデンサレンズ１６，１７、
および、第１リレ−レンズ１８と第２リレ−レンズ２０
（図示せず）とコンデンサレンズ１５（図示せず）は光
線角度補正を行ない、液晶表示素子２１，２２，２３通
過後の光線の広がりを押さえる。液晶表示素子２１，２
２，２３では、入力映像信号に基づいて駆動回路(図示
せず)により光強度変調されて映像光を生成し、生成し
た映像光を投射レンズ２５（図示せず）によって効率の
よい投射を実現する。図１において、図３、図４に同一
な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００２１】図４の従来技術においては、各光学部品は
その中心が主光軸４０に略一致するように配置されお
り、各光学部品は主光軸に対して上下左右が対称であ
る。これに対して、図１においては、集光用レンズ７を
所定方向（図２では紙面に対し上方向）に偏芯させ、か
つ、コンデンサレンズ１６、１７および第１リレ−レン
ズ１８を集光用レンズ７とは反対方向に偏芯させる。こ
れにより、図１で示すように、光源１からの各光線２は
集光用レンズ７で偏芯した方向に屈折するので、液晶表
示素子２１、２２、２３の中心は光源１などの中心から
シフトする。なお、コンデンサレンズ１６、１７および
第１リレ−レンズ１８を集光用レンズ７とは反対方向に
偏芯させるのは、集光用レンズ７でシフトした光線を補
正し、液晶表示素子２１、２２、２３に略平行に照射す
るようにするものである。このようにすることにより、
光学ユニットの周辺部の光線高さを略揃えることができ
る。図２は、図１の構成の光学ユニットを液晶パネルを
用いた投写型表示装置に適用したものである。図２にお
いて、図１，図３，図４に同一な部分には同一符号を付
して、その説明を省略する。

【００２２】図２において、集光用レンズ７の偏芯方向
は筐体３１の近接する壁側方向である。これにともな
い、図２から明らかなように、光学ユニットの周辺部の
光線高さを筐体３１に近接するように略揃えることがで
きる。これにより、図３の斜線部で示すデッドスペ−ス
２６を低減することができる。即ち、図２の筐体サイズ
Ａ（横）×Ｃ（縦）、図３の筐体サイズをＡ（横）×Ｂ
（縦）とするとき、Ｃ寸法をＢ寸法より小さくすること
ができる。

【００２３】一般に、投写型映像表示装置の装置サイズ
は光学ユニットの最大縦寸法と最大横寸法に若干の構造
部品サイズを足したサイズとなる。従来からの構成の図
３の光学ユニットサイズは最大横寸法Ａ×最大縦寸法Ｂ
であり、本発明を適用した図２の構成の光学ユニットサ
イズは最大横寸法Ａ×最大縦寸法Ｃである。図２の構成
は図３の構成に対してデッドスペース２６が無くなるた
め縦寸法が短くなり、即ちＣ寸法をＢ寸法より小さくす
ることができるので、その分だけ光学ユニットが小型と
なる。したがって、装置サイズも同じ分だけ小さくする
ことができる。

【００２４】なお、上記では、映像表示素子として透過
型の液晶パネルを用いて説明したが、これに限定される
ものではなく、反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital
Micro Mirror Device）を用いても同様の効果を得るこ
とができる。また、上記では、液晶パネルを３枚用いた
が、液晶パネルを１枚だけ用いる投写型映像表示装置に
も本発明を適用できることは明らかである。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の光学ユニ
ットおよびそれを用いた投写型映像表示装置は、偏芯し
た集光用レンズおよび光線角度補正用レンズを用いるこ
とにより、高輝度を維持したまま装置の小型化が実現可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による１実施形態を示す光学ユニットの
概略構成の一部を示す光路説明図である。

【図２】本発明の−実施形態を示す投写型映像表示装置
の概略構成図である。

【図３】従来の投写型映像表示装置の概略構成図であ
る。

【図４】従来の投写型映像表示装置に用いられる光学ユ
ニットの概略構成の一部を示す光路説明図である。

【符号の説明】

１…光源、２…光線、３…第１レンズアレイ、４…第２
レンズアレイ、５…偏光変換素子、６…集光用レンズ、
７…集光用レンズ、８…赤反射緑青透過ダイクロイック
ミラー、９…緑反射青透過ダイクロイックミラー、１
０、１１、１２…全反射ミラー、１３、１４、１５、１
６、１７…コンデンサレンズ、１８…第１リレーレン
ズ、１９…第１リレーレンズ、２０…第２リレーレン
ズ、２１、２２、２３…液晶表示素子、２４…色合成プ
リズム、２５…投射レンズ、２６…デッドスペース、３
０…筐体、３１…筐体、４０…主光軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 福億 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 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 (72)発明者 谷津 雅彦 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） 2H052 BA02 BA07 BA14 2H088 EA14 EA15 HA13 HA21 HA24 HA25 MA06 MA20 2K103 AA05 AB04 AB07 BC22 CA17 CA26 CA46 5C058 EA12 EA26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画素ごとに光強度変調をして映像光を生成
   する映像表示素子と、光源からの光を前記映像表示素子
   に照射する照明光学系と、前記映像光を拡大して投射す
   る投射レンズとを有する光学ユニットであって、 前記照明光学系は、前記映像表示素子に前記光源からの
   光を集光して照射する集光用レンズと前記映像表示素子
   に入射する光線の角度を補正する光線角度補正用レンズ
   とを有し、 前記集光用レンズは、前記投射レンズとは逆方向に偏芯
   していることを特徴とする光学ユニット。
2. 【請求項２】前記光線角度補正用レンズは、前記集光用
   レンズの偏芯方向に対し逆方向に偏芯させたことを特徴
   とする請求項１に記載の光学ユニット。
3. 【請求項３】請求項１乃至請求項２の何れかに記載の光
   学ユニットと、 映像表示素子を駆動する駆動回路と、 前記光学ユニットと前記駆動回路とを囲う筐体とを有す
   ることを特徴とする投写型映像表示装置。
4. 【請求項４】光源からの光を照明光学系で映像表示素子
   に照射し、前記映像表示素子で画素ごとに光強度変調を
   して映像光を生成し、該映像光を投射レンズで拡大して
   投射する光学ユニットと、前記映像表示素子を駆動する
   映像信号駆動回路と、外殻をなす筐体とを備えた投写型
   映像表示装置であって、 前記照明光学系は、前記映像表示素子に前記光源からの
   光を集光して照射する集光用レンズと前記映像表示素子
   に入射する光線の角度を補正する光線角度補正用レンズ
   とを有し、 前記集光用レンズは前記筐体の最も近接する壁側方向に
   偏芯していることを特徴とする投写型映像表示装置。