JP2006178349A - 背面投写型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 ダイクロイックプリズムを必要とせず、且つ各色映像光の生成系を独立化して各生成系の最適化や組立性の向上等を図ることができる照明装置及び投写型映像表示装置を提供する。
【構成】 各映像光投写ユニット１０は、ＬＥＤアレイ１１とロッドインテグレータ１２と液晶表示パネル１３と投写レンズ１４とから成る。各映像光投写ユニット１０における投写レンズ１４の投写光軸は互いに平行である。赤色映像光投写ユニット１０Ｒは赤色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｒを備え、緑色映像光投写ユニット１０Ｂは緑色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｇを備え、青色映像光投写ユニット１０Ｂは青色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｂを備える。液晶表示パネル１３を透過することで得られた各色映像光は、投写レンズ１４によって拡大投写され、スクリーン６上に投影され、各色映像光がスクリーン６上で重畳されてフルカラー映像が表示される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、背面投写型映像表示装置に関する。

３原色のそれぞれの光を出射する３つの色光源を備え、各色光源からの各色光をそれぞれライトバルブにて光変調し、この光変調により得られた各色映像光をダイクロイックプリズムにて合成し、この合成によって得られたフルカラー映像光を投写レンズによって投写する投写型映像表示装置が提案されている（特許文献１参照）。また、一つの光源からの白色光を色分離して得た各色光を液晶表示パネルにて光変調し、この光変調により得られた各色映像光を３つの投写レンズにて投写して各色映像光をスクリーン上で重畳させる液晶リアプロジェクションテレビが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−２２００１５号公報 特開平５−３３３３０４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ダイクロイックプリズムにて各色映像光を合成するため、或る波長帯の映像光がカットされて高輝度化が図れない等、様々な不利な点がある。一方、特許文献２記載の技術は、一つの光源からの白色光を色分離する必要があり、また、この色分離において、全ての色光について光源から液晶表示パネルまでの距離を等しくすることができないといった欠点がある。更に、各色映像光の投写系は光源を含めたかたちで独立したものではなく、各色映像光の投写系を光源を含めたかたちでユニット化（アセンブリ化）するといったことはできず、また、各色映像光の投写系ごとに光源を最適設計或いは最適制御するといったことは困難である。

この発明は、上記の事情に鑑み、ダイクロイックプリズムを必要とせず、且つ各色映像光の生成系を独立化して各投写光学系の最適化や組立性の向上等を図ることができる背面投写型映像表示装置を提供することを目的とする。

この発明の背面投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、色光を出射する光源と、前記光源からの色光を透過又は反射して色映像光を生成するライトバルブと、前記ライトバルブを経て得られた色映像光を拡大投写する投写部と、から成る色映像光投写光学系を複数有して成り、各色映像光投写光学系からの各色映像光がスクリーンの背面側で重畳されることによってフルカラー映像が表示されるように構成されたことを特徴とする。

上記の構成であれば、ダイクロイックプリズムを用いる場合の不利や様々な制約から解放される。そして、前記複数の色映像光投写光学系は、光源を含めて独立して存在することが可能であり、例えば、各ライトバルブと各光源とのユニット化、或いは、各投写部と各ライトバルブと各光源とのユニット化、などユニット化が図りやすくなり、組立性や組立精度が向上する。また、各色映像光投写光学系ごとに光源の設計や制御を独立して最適化することも可能となる。

上記構成の背面投写型映像表示装置において、各色映像光投写光学系は、前記光源からの色光の強度を面内で均一化して前記ライトバルブに導く光インテグレータを備えているのがよい。

また、これら背面投写型映像表示装置において、各色映像光投写光学系は、偏光方向を同一方向に揃えた色光を前記ライトバルブに供給する偏光変換装置を備えているのがよい。

また、これら背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系における投写部の投写光軸が互いに平行とされ、幾つかの色映像光投写光学系におけるライトバルブ又はライトバルブを含む構成部分は投写部の投写光軸に対して軸シフトして配置されているのがよい。また、かかる構成において、前記色映像光投写光学系の全部又は一部は、ライトバルブ又はライトバルブを含む構成部分を光軸に直交する面内で移動させる光軸シフト機構を備えているのがよい。或いは、前記色映像光投写光学系の全部又は一部は、その投写部を投写光軸に直交する面内で移動させる光軸シフト機構を備えているのがよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、他の色映像光投写光学系の光源よりも光量が少ない光源を備える色映像光投写光学系は、他のライトバルブよりもサイズが大であるライトバルブを備えるのがよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、赤色映像光を投写する赤色映像光投写光学系と、緑色映像光を投写する緑色映像光投写光学系と、青色映像光を投写する青色映像光投写光学系と、を備えていてもよい。かかる構成において、、前記複数の色映像光投写光学系は、その光軸中心を結ぶ線が三角形を成すように配置されていてもよい。

また、これら構成の背面投写型映像表示装置において、赤色映像光を投写する赤色映像光投写光学系と、緑色波長帯域を含む色映像光を投写する緑色映像光投写光学系と、青色映像光を投写する青色映像光投写光学系と、前記各色とは異なる中心波長を有する他の色映像光を投写する他の色映像光投写光学系と、を備えていてもよい。かかる構成において、前記複数の色映像光投写光学系は、その光軸中心を結ぶ線が四角形を成すように２行２列に配置されていてもよい。

上述した三角形又は四角形に限らず、前記複数の色映像光投写光学系は、その投写光軸が同一平面内に存在するように横並びに配置されていてもよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系は、前記光源は一つ又は複数の固体発光素子から成っていてもよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、前記ライトバルブとしてマイクロレンズアレイを備えない透過型の液晶表示パネルを備えていてもよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系の色映像光の投写側にそれぞれ曲面ミラーが配置されていてもよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系の光源は同一平面上に配置されており、これら光源は共通の冷却装置にて冷却されるように構成されていてもよい。また、かかる構成において、前記冷却装置は液冷装置であってもよい。

また、これらの背面投写型映像表示装置において、取り入れた空気から塵埃を除去して清浄空気を生成し、この清浄空気を送風して前記複数の色映像光投写光学系のライトバルブを冷却するように構成されていてもよい。

この発明によれば、ダイクロイックプリズムを用いる場合の不利や様々な制約から解放される。そして、前記複数の色映像光投写光学系は、光源を含めて独立して存在することが可能であり、ユニット化が図りやすくなり、組立性や組立精度が向上する。また、各色映像光投写光学系ごとに光源の設計や制御を独立して行うことも可能となる。

以下、この発明の実施形態の背面投写型映像表示装置を図１乃至図６に基づいて説明する。

図１は、この実施形態の背面投写型映像表示装置の内部構造（光学系）を示した側面図である。背面投写型映像表示装置のシャーシ２における下側構造部には位置調整機構（図示せず）が設けられており、この位置調整機構上に映像光生成光学ユニットＵが装着されている。映像光生成光学ユニットＵは映像光生成光学系１及び３つの非球面ミラー３から成る。映像光生成光学系１から出射される各色映像光はそれぞれ非球面ミラー３にて反射される。そして、非球面ミラー３にて反射される色映像光を受ける位置には、折り返しミラー４が配置されている。この折り返しミラー４は、調整ねじ（図示せず）にて角度調節自在にシャーシ２に装着されている。前記折り返しミラー４にて反射された映像光は、背面ミラー５に導かれ、この背面ミラー５にて反射されることでスクリーン６の背面側に至り、このスクリーン６上に映し出される映像をユーザが見ることになる。勿論、このような反射光学系にてスクリーンに映像光を導くことに限定されない。

例えば、非球面ミラー３を用いずに平面ミラーを配置する構成を採用してもよい。具体的には、図７に示すように、映像光生成光学ユニットＵから直接に背面ミラー５に映像投写を行い、映像光を背面ミラー５にて折り曲げてスクリーン６に導く。更に、他の光路形態（例えば、偏光を利用して長い光路長を確保する光路系、スクリーン６の上方側から映像光を反射光学系に導き、この反射光学系にて映像光をスクリーンに導く光路系等）を用いることができる。

図２は映像光生成光学系１を示した説明図である。この映像光生成光学系１は、赤色映像光投写ユニット１０Ｒと、緑色映像光投写ユニット１０Ｇと、青色映像光投写ユニット１０Ｂとを備える（以下、個々の映像光投写ユニットを特定しないで示すときには、符号”１０”を用いる）。これら映像光投写ユニット１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは、その投写光軸が同一平面内に存在するように横並びに配置されている。映像光投写ユニット１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにおける並びの方向は、この実施形態では、背面投写型映像表示装置の幅方向（図１の紙面垂直方向）としているが、これに限らず、背面投写型映像表示装置の高さ方向等としてもよい。

各映像光投写ユニット１０は、ＬＥＤアレイ１１と、ロッドインテグレータ１２と、液晶表示パネル１３と、投写レンズ１４と、から成る。赤色映像光投写ユニット１０Ｒは赤色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｒを備え、緑色映像光投写ユニット１０Ｇは緑色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｇを備え、青色映像光投写ユニット１０Ｂは青色波長帯の光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｂを備える。各ＬＥＤアレイ１１は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）が同一平面内に配置されたものであり、平板形状を有している。各ＬＥＤの出射光軸（主光線）は前記平面（ＬＥＤ配置平面）に対して直交するように設定されている。各ＬＥＤアレイ１１から出射された色光は、ロッドインテグレータ１２に入射し、このロッドインテグレータ１２によって光強度が均一化され、ロッドインテグレータ１２の光出射面から出射される。

前記ロッドインテグレータ１２は内面がミラー面とされた四角筒構造（中空構造）、或いは、四角柱構造（ガラスロッド）を有している。ロッドインテグレータ１２は光の入口（光入射面）よりも出口（光出射面）の方が大きな断面四角形状を有し、前記出口の形状及び大きさは液晶表示パネル１３の形状及び大きさに一致又は略一致している。勿論、ロッドインテグレータ１２における光の入口と出口の大きさが同じでもよいし、入口の方が大きくてもよい。ロッドインテグレータ１２の光出射側に設けられた液晶表示パネル１３は、入射した光を映像信号に基づいて変調し、この光変調によって各色映像光を生成する。液晶表示パネル１３は透過型であり、カラーフィルタ（各画素に対応して形成された色フィルム）を備えない。液晶表示パネル１３としてマイクロレンズアレイ（各画素に対応して形成された微少凸レンズ）を有しないものを用いてもよい。また、液晶表示パネル１３は、投写レンズ１４の光入射側のレンズに近接して設けられている（すなわち、投写レンズ１４のバックフォーカスは短い）。液晶表示パネル１３を透過することで得られた各色映像光は、投写レンズ１４によって拡大投写され、ミラー３、４、５を経てスクリーン６上に投影され、各色映像光がスクリーン６上で重畳されてフルカラー映像が表示される。

各映像光投写ユニット１０における投写レンズ１４の投写光軸は互いに平行になっている。ここで、或る仕様（或るスクリーンサイズ等）において、３つの投写レンズ１４の投写光軸がスクリーン６上で交わるように設計した場合、そのユニットＵは他の仕様ではそのまま用いることはできない。これに対し、３つの投写レンズ１４の投写光軸が互いに平行であれば、複数の仕様において共通のユニットＵを使うことが可能となる。

液晶表示パネル１３…のうち、緑色用の液晶表示パネル１３Ｇは固定的に設けられており、赤色用の液晶表示パネル１３Ｒ及び青色用の液晶表示パネル１３Ｂは、光軸に垂直な平面内において回転及び平行移動が可能となるように、姿勢調整機構（シフト機構）に支持されている。この姿勢調整機構は、例えば、液晶表示パネルと同程度の大きさの開口を有するベース、このベースにて支持されると共に液晶表示パネルを支持する支持プレート、この支持プレートをガイドするガイド機構、支持プレートに移動力を付与する調整ねじ等から成る。姿勢調整機構の構成について何ら限定されるものではなく、既存の機構（例えば、特開平８−１２２５９９号公報等参照）を用いることができる。３つの投写レンズ１４の投写光軸が互いに平行であっても、前記姿勢調整機構によって液晶表示パネル１３Ｒ及び液晶表示パネル１３Ｂの光軸シフトを行うことにより、スクリーン６上の緑色投写映像に赤色投写映像及び青色投写映像を正確に重ねることができる。

ところで、各映像光投写ユニット１０において、投写レンズ１４、液晶表示パネル１３、ロッドインテグレータ１２、光源１１の全ての中心が揃えられた状態で液晶表示パネル１３のみシフトさせることとすると、そのシフト範囲に合わせてロッドインテグレータ１２の光の出口面積を大きくしなければならない。液晶表示パネル１３のみシフトさせるのではなく、液晶表示パネル１３とロッドインテグレータ１２と光源１１とをユニット化して、当該ユニット単位で光軸シフトが行われるように構成してもよい。投写レンズ１４の投写光軸に対して液晶表示パネル１３の光軸を設計段階で所定位置（例えば、或るスクリーンサイズと他の或るスクリーンサイズとの中間に対応する位置）に予めシフトさせておき、この位置を初期位置として液晶表示パネル１３のシフト量調整を行うこととしてもよい。また、投写レンズ１４をその投写光軸に対して垂直な面内で移動させるべく、レンズシフト機構を設けてもよい。また、先の説明では、緑色用の液晶表示パネル１３Ｇは固定的に設けることとしたが、緑色用の液晶表示パネル１３Ｇ又はこれを含む構成部分についても姿勢調整機構（シフト機構）を設けてもよい。

図３（ａ）に投写レンズ１４，１４，１４と液晶表示パネル１３Ｒ、１３Ｇ、１３Ｂとの位置関係（光軸シフト）を示している。なお、この図に示す構成例では、緑色用の液晶表示パネル１３Ｇは、赤色用の液晶表示パネル１３Ｒ及び青色用の液晶表示パネル１３Ｂよりもパネルサイズを大としている（各表示パネルの解像度は同じである）。一般に、緑色光を出射するＬＥＤアレイ１１Ｂの光量は、他のＬＥＤアレイ１１Ｒ、１１Ｂよりも少ないことが多い。そこで、このような場合には、緑色用の液晶表示パネル１３Ｇのパネルサイズを他のパネルのサイズよりも大きくし、スクリーン６上での緑色投写映像の明るさを増大させる。なお、液晶表示パネル１３Ｇのパネルサイズを大としたことに合わせて、緑色映像光投写ユニット１０Ｇのロッドインテグレータ１２の光出口面積及び投写レンズ１４の投写倍率を変更する。

図３（ｂ）に示すように、投写レンズ１４の光軸を結ぶ線が３角形をなすように、３つの映像光投写ユニット１０を配置してもよい。この場合も、３つの投写レンズ１４の投写光軸を互いに平行にするのが望ましい。また、光軸シフト等のために姿勢調整機構を設けておく。この場合に用いる姿勢調整機構においては、液晶表示パネル１３等のシフト量を少なくできるという利点がある。これら構成において、全て若しくは一部のユニットに姿勢調整機構を設けておく。

図２に示すように、ＬＥＤアレイ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、同一平面上に位置している。そして、これらＬＥＤアレイ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂは、それらが発する熱を冷却用液体に熱伝導させるための熱伝導部３１に接して設けられている。熱伝導部３１は配管３２によってラジエータ（熱交換部）３３に連結されている。ラジエータ３３の近傍にはファン（軸流ファン等）３４が設けられており、ファン３４によって送風された空気はラジエータ３３から熱を奪い、ユニットＵの外部に排出される。そして、このラジエータ３３を通って冷却された冷却用液体はポンプ３５によって再び熱伝導部３１に循環される。なお、このような液冷式に限らず、例えば、下面にフィンが形成された金属板の上面（平坦面）に前記ＬＥＤアレイ１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂを配置し、前記フィンに冷却用の空気をファンによって送風する構成等を採用してもよい。ユニットＵの光学系部分がケース内に収容される構成の場合、ラジエータ３３は前記ケース外に設けられるのがよい。そして、前記ファン３４はケース内に設けてもよい。この場合、ファン３４はケース内の空気を吸気してケース外に排気を行うことになる。この排気のために、背面投写型映像表示装置の筐体の外側（装置外）に通じる排気ダクトを設けることとしてもよい。

各液晶表示パネル１３とロッドインテグレータ１２の光出口面との間、及び各液晶表示パネル１３と投写レンズ１４との間には、冷却用の空隙が形成されている。この空隙に冷却風が送風されるように、送風ファン（軸流ファン、シロッコファン等）４０を設けている。送風ファン４０の送風口にダクトを設け、このダクトを通じて各液晶表示パネル１３…に冷却風を供給するようにしてもよい。送風ファン４０の空気吸い込み側には、集塵装置４１が設けられている。この集塵装置４１は、図示しない角状筒体内に、針状電極４１ａ…、導電性の第１メッシュフィルタ４１ｂ、ハニカム状フィルタ４１ｃ、及び導電性の第２メッシュフィルタ４１ｄをこの順序で空気流方向に配置して成る。第１メッシュフィルタ４１ｂ及び第２メッシュフィルタ４１ｄはハニカム状フィルタ４１ｃを挟み込むように配置される。ハニカム状フィルタ４１ｃは平面内に多数のハニカム筒状部が配置されたものであり、例えば、数ｃｍの厚みに設定される。また、この実施形態ではハニカム状フィルタ４１ｃは紙を基台とし、オゾン分解触媒フィルタとしての機能も持たせている。具体的には、二酸化マンガン、酸化ニッケル、活性炭などの触媒を、ハニカム筒状部の内壁に添着して成る。勿論、ハニカム状フィルタ４１ｃは紙から成るものに限らず、導電性材料、樹脂材料、セラミック材料などを用いて構成することもできる。

上記集塵装置４１においては、マイナス側となる多数の針状電極４１ａ…でコロナ放電によって空気や塵埃等をマイナスイオン化し、このマイナスイオン化した空気や塵埃等をアース側電極となる第１，第２メッシュフィルタ４１ｂ，４１ｄにより引き寄せて空気移動を生じさせると共に、前記ハニカム状フィルタ４１ｃ及び第１，第２メッシュフィルタ４１ｂ，４１ｄによって塵埃を吸着するようになっている。この実施形態では、前記ハニカム状フィルタ４１ｃをアースに接続している。高電圧発生回路４２は、図示しない電源部から電圧供給を受け、マイナス数ｋＶ乃至マイナス十数ｋＶ程度の高電圧を発生させてこれを針状電極４１ａ…に印加する。

第１，第２メッシュフィルタ４１ｂ，４１ｄのメッシュ開口の直径（円形の場合）或いは一辺の長さ（方形の場合）は、例えば、液晶表示パネル１３の画素の大きさ（１０μｍ〜２０μｍ）の約１０倍程度に設定されている。また、ハニカム状フィルタ４１ｃの開口の大きさは、例えば数ｍｍ程度に設定されている。これらハニカム状フィルタ４１ｃ及び第１，第２メッシュフィルタ４１ｂ，４１ｄは取り外し可能に設けられていてもよい。なお、このようなイオン風を利用する集塵装置に限らず、他のメカニズムの集塵装置を用いてもよい。

上記の例では、映像光生成光学系１は、３つの映像光投写ユニット１０（３系統独立投写系）、すなわち、赤色映像光投写ユニット１０Ｒと、緑色映像光投写ユニット１０Ｇと、青色映像光投写ユニット１０Ｂと、を備えたが、これに限るものではなく、４つの映像光投写ユニット１０（４系統独立投写系）、例えば、赤色映像光投写ユニット１０Ｒと、第１緑色映像光投写ユニット１０Ｇ₁ と、第２緑色映像光投写ユニット１０Ｇ₂ と、青色映像光投写ユニット１０Ｂと、を備える構成としてもよい。第１緑色映像光投写ユニット１０Ｇ₁ と、第２緑色映像光投写ユニット１０Ｇ₂ とは、緑色光の中心波長を幾分異ならせたものであり（イエローがかった色でもよい）、そのような波長の光を出射するＬＥＤが用いられる。また、赤色映像光と緑色映像光と青色映像光とオレンジ色映像光とを生成するように、前記４つの映像光投写ユニット１０を構成してもよい。各映像光投写ユニット１０の液晶表示パネル１３には、それが担う色用の映像信号が供給される。４つの映像信号は、元々の信号である例えば輝度信号と色差信号（Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙ）を用いて生成することができる（例えば、特開平１０−１４８８８５号公報参照）。

図３（ａ）（ｂ）に４つの映像光投写ユニット１０…の配置例を示している。図３（ａ）では、４つの映像光投写ユニット１０…は、その光軸が同一平面内に位置するように横並びに配置されている。また、図３（ｂ）では、４つの映像光投写ユニット１０…は、その光軸を結ぶ線が正方形をなすように、２×２の配列で配置されている。これらの構成においても、４つの映像光投写ユニット１０…の全て又は一部について、光軸シフト等のための姿勢調整機構を設けておく。

上述した３系統独立投写系及び４系統独立投写系のいずれの構成においても、映像光合成のためのダイクロイックプリズムは不要になる。従って、以下に述べるように、ダイクロイックプリズムを用いる場合の欠点を解消できる。例えば、ダイクロイックプリズムのカトッオフ特性による光量のロスといった欠点を解消することができる。

また、ダイクロイックプリズムを用いる構成では、当該プリズムの特性に鑑みて緑色光についてはＳ偏光とし、他の色光はＰ偏光とし、ダイクロイックプリズムの光出射側に狭帯域位相差板（緑色光の帯域のみＳ偏光をＰ偏光に変換する）を設けているが、独立投写系としたことにより、緑色映像光についてもＰ偏光映像光とすることができる。

また、ダイクロイックプリズムを用いた場合、その分だけ各液晶表示パネルは投写レンズから遠ざかる。これに対して、独立投写系であれば、液晶表示パネル１３を投写レンズ１４の光入射側のレンズに近接させて配置することができる。すなわち、投写レンズ１４のバックフォーカスが短く、Ｆナンバーが小さい投写レンズ１４を用いることができる。液晶表示パネル１３を経て得られる映像光の照射角が多少大きくても、Ｆナンバーが小さい投写レンズ１４を用いることができることにより、光の利用効率を高めて明るい映像光を投写することができる。ここで、ＬＥＤアレイ又はＬＥＤが出射する光の平行度は低いため、マイクロレンズアレイを備えない液晶表示パネル１３を用いる方が望ましく、また、このようにマイクロレンズアレイを備えない液晶表示パネル１３を用いる場合においては、Ｆナンバーが小さい投写レンズ１４を用いると、光利用効率が一層向上するものとなる。勿論、マイクロレンズアレイを備える液晶表示パネルを用いることを排除するものではない。

また、ダイクロイックプリズムを用いた場合、全ての色映像光を一つの投写レンズで投写することになり、この場合の投写レンズには色消しレンズが必要となる。これに対して、独立投写系であれば、各色映像光を各投写レンズで投写するので、投写レンズ１４には色消しレンズが不要になる。色消しレンズは分散の異なるガラスレンズの組み合わせからなっており、この色消しレンズが不要になると、投写レンズ１４をプラスチック（樹脂）のレンズで構成することができ、ガラス材では容易でない非球面化が容易になるという利点が得られる。また、レンズ枚数を削減することにより、投写レンズ１４のコストも低減できるようになる。

また、前記複数の映像光投写ユニット１０…は、ＬＥＤアレイ１１を含めたかたちで独立して存在することが可能であり、例えば、各液晶表示パネル１３と各ＬＥＤアレイ１１とのユニット化、或いは、各液晶表示パネル１３とロッドインテグレータ１２と各ＬＥＤアレイ１１とのユニット化、或いは、各液晶表示パネル１３とロッドインテグレータ１２と後述する偏光変換装置と各ＬＥＤアレイ１１とのユニット化、或いは、各投写レンズ１４と各液晶表示パネル１３とロッドインテグレータ１２と後述する偏光変換装置と各ＬＥＤアレイ１１とのユニット化、などユニット化が図りやすくなり、組立性や組立精度が向上する。また、各映像光投写ユニット１０ごとにＬＥＤアレイ１１の設計や制御（各ＬＥＤアレイにおけるＬＥＤの個数、アレイサイズ、ＬＥＤへの供給電力制御、ＬＥＤのパルス発光の駆動制御、ＬＥＤ出射光を合成するための光学系の有無等）を独立して行うことも可能となる。また、ダイクロイックプリズムを用いない独立投写系であれば、図３（ａ）に示したように、各投写系で異なるサイズの液晶表示パネル１３を使用することが容易になり、光量不足となる色映像光の液晶表示パネル１３のみパネルサイズを大きするといったことが簡単に行える。

また、独立投写系ではあれば、各投写系の配置の自由度が高く、また、前述した短いバックフォーカスが実現できるといった点により、映像光生成光学系１のの部品配置の自由度が増えることになり、小型化も容易になる。

以上説明した例では、各投写系はロッドインテグレータ１２を備えたが、このロッドインテグレータ１２に代えて、一対のフライアイレンズから成る光インテグレータを用いてもよい。また、この一対のフライアイレンズから成る光インテグレータを用いる場合、偏光ビームスプリッタアレイから成る偏光変換装置を設け、液晶表示パネル１３に導く光をＳ偏光又はＰ偏光に揃えるのがよい。また、前記ロッドインテグレータ１２を採用する場合も、このロッドインテグレータ１２の光出射側に偏光変換装置を設けてもよい。この場合には、偏光変換装置の光出射部の大きさはロッドインテグレータ１２の光出射部の大きさの２倍になる。従って、偏光変換装置の光出射部の全体形状が液晶表示パネル１３の縦横比に略一致させるのが望ましい。この場合、液晶パネルの縦横比をＡ：Ｂとすると、ロッドインテグレータ１２の光出射部の縦横比は例えばＡ：Ｂ／２となる。

また、図５に示すように、ＬＥＤアレイ１１の光出射側に偏光変換装置７０を設けてもよい。偏光変換装置７０の基本ユニット（各ＬＥＤの光出射部の大きさに対応している）は、二つの偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７１・７１と、そのうちの一つの偏光ビームスプリッタ７１の光出射側に配置された位相差板（１／２λ板）７２とから成る。各偏光ビームスプリッタ７１の偏光分離膜は、Ｐ偏光を通過させ、Ｓ偏光を９０°光路変更する。光路変更されたＳ偏光は隣接の偏光分離膜にて反射され、位相差板７２を通って出射される。Ｓ偏光は、前記位相差板７２によってＰ偏光に変換されて出射されるので、この場合には光はほぼＰ偏光に揃えられる。なお、位相差板７２に対面する偏光分離膜に代えてミラー面を形成してもよい。

また、図６に示すように、反射型の液晶表示パネル１３′を用いる場合には、例えば、ロッドインテグレータ１２と反射型の液晶表示パネル１３′との間に偏光ビームスプリッタ１６を配置する構成を採用できる。かかる構成においては、偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離膜を透過した光源光（Ｐ偏光）が液晶表示パネル１３′によって反射されて映像光（Ｓ偏光）となり、この映像光は偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離膜によって反射して投写レンズに導かれる。また、図示はしないが、ＬＥＤアレイ１１及びロッドインテグレータ１２の光軸に対して反射型の液晶表示パネル１３′を４５°傾けて配置し、この反射型の液晶表示パネル１３′にて反射して得られる映像光を受ける位置に投写レンズを設ける構成を採用することができる。なお、反射型の液晶表示パネル１３′の他、多数の微少ミラーを配置し、各ミラーを通電により個別に駆動できるマイクロミラーデバイスを用いることができる。

また、以上説明した構成例において、ＬＥＤアレイ１１は、平行光化用のレンズを備えていてもよい。また、ＬＥＤアレイ１１は、例えば、ＬＥＤチップがアレイ状に配置され且つ各ＬＥＤチップの光出射側にレンズセル（例えば、平行光化用）をモールド等により配置して成るものを用いることができる。また、各色光源は一つのＬＥＤから成るものでもよい。また、固体発光素子はＬＥＤに限るものではなく、有機／無機のエレクトロルミネッセンスなどを用いることができる。また、固体発光素子に限らず、色光を出射する放電ランプなどを光源としてもよい。

また、上記実施例では、複数の色映像光投写ユニット１０の投写光軸を互いに平行としたが、複数の色映像光投写ユニット１０の投写光軸がスクリーン６上で交わる構成を排除するものではない。また、投写レンズ１４に代えて投写用のミラーを用いる構成を採用できる。

この発明の実施形態の背面投写型映像表示装置の内部構造（光学系）を示した側面図である。 図１の背面投写型映像表示装置に設けられた映像光生成光学ユニットの内部構成を示した説明図である。 同図（ａ）（ｂ）は投写レンズ（３本）の配置例を示した説明図である。 同図（ａ）（ｂ）は投写レンズ（４本）の配置例を示した説明図である。 偏光変換装置を備えたＬＥＤアレイの説明図である。 反射型液晶表示パネルを用いた場合の映像光投写ユニットの構成例を示した説明図である。 この発明の他の実施形態の背面投写型映像表示装置の内部構造（光学系）を示した側面図である。

符号の説明

１０ 映像光投写ユニット
１１ ＬＥＤアレイ
１２ ロッドインテグレータ
１３ 液晶表示パネル
１４ 投写レンズ

Claims (18)

1. 色光を出射する光源と、前記光源からの色光を透過又は反射して色映像光を生成するライトバルブと、前記ライトバルブを経て得られた色映像光を拡大投写する投写部と、から成る色映像光投写光学系を複数有して成り、各色映像光投写光学系からの各色映像光がスクリーンの背面側で重畳されることによってフルカラー映像が表示されるように構成されたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
2. 請求項１に記載の背面投写型映像表示装置において、各色映像光投写光学系は、前記光源からの色光の強度を面内で均一化して前記ライトバルブに導く光インテグレータを備えていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の背面投写型映像表示装置において、各色映像光投写光学系は、偏光方向を同一方向に揃えた色光を前記ライトバルブに供給する偏光変換装置を備えたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系における投写部の投写光軸が互いに平行とされ、幾つかの色映像光投写光学系におけるライトバルブ又はライトバルブを含む構成部分は投写部の投写光軸に対して軸シフトして配置されていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
5. 請求項４に記載の背面投写型映像表示装置において、前記色映像光投写光学系の全部又は一部は、ライトバルブ又はライトバルブを含む構成部分を光軸に直交する面内で移動させる光軸シフト機構を備えていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
6. 請求項４に記載の背面投写型映像表示装置において、前記色映像光投写光学系の全部又は一部は、その投写部を投写光軸に直交する面内で移動させる光軸シフト機構を備えていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、他の色映像光投写光学系の光源よりも光量が少ない光源を備える色映像光投写光学系は、他のライトバルブよりもサイズが大であるライトバルブを備えることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、赤色映像光を投写する赤色映像光投写光学系と、緑色映像光を投写する緑色映像光投写光学系と、青色映像光を投写する青色映像光投写光学系と、を備えたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
9. 請求項８に記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系は、その光軸中心を結ぶ線が三角形を成すように配置されていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
10. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、赤色映像光を投写する赤色映像光投写光学系と、緑色波長帯域を含む色映像光を投写する緑色映像光投写光学系と、青色映像光を投写する青色映像光投写光学系と、前記各色とは異なる中心波長を有する他の色映像光を投写する他の色映像光投写光学系と、を備えたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
11. 請求項１０に記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系は、その光軸中心を結ぶ線が四角形を成すように２行２列に配置されていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
12. 請求項１乃至請求項８のいずれか又は請求項１０に記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系は、その投写光軸が同一平面内に存在するように横並びに配置されていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
13. 請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系は、前記光源は一つ又は複数の固体発光素子から成ることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
14. 請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、前記ライトバルブとしてマイクロレンズアレイを備えない透過型の液晶表示パネルを備えたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
15. 請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系の色映像光の投写側にそれぞれ曲面ミラーが配置されていることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
16. 請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、前記複数の色映像光投写光学系の光源は同一平面上に配置されており、これら光源は共通の冷却装置にて冷却されるように構成されたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。
17. 請求項１６に記載の背面投写型映像表示装置において、前記冷却装置は液冷装置であることを特徴とする背面投写型映像表示装置。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の背面投写型映像表示装置において、取り入れた空気から塵埃を除去して清浄空気を生成し、この清浄空気を送風して前記複数の色映像光投写光学系のライトバルブを冷却するように構成されたことを特徴とする背面投写型映像表示装置。

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