JP2006215127A - 投射型映像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コントラストが高く、黒むらが少なく、黒表示性能が高い投射型映像表示装置を小型化する。
【解決手段】 投射型映像表示装置に用いられる液晶表示素子の液晶分子による光学的位相差を補償する光学補償素子を投射型映像表示装置に固定する際に、外部調整装置によって液晶表示素子との相対的な位置を調整したのち、固定する。これにより、黒表示性能の高い投射型映像表示装置を提供できる。光学補償素子の有効範囲の形状を一般的な長方形でなく、多角形にすることにより、投射型映像表示装置を小型化することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、映像表示素子として液晶表示素子を用い、該液晶表示素子で映像信号に応じた光学像を形成し、その光学像をスクリーンなどに投射する投射型映像表示装置に関する。

従来からの投射型映像表示装置の光学系においては、液晶表示素子を構成する２枚の透明基板付近の液晶分子による複屈折によって、入射光線に対し、入射光の振動方向を変えてしまう現象が発生する。この現象により、黒表示時のスクリーン上での照度が上がってしまい、映像のコントラストが低下するという問題がある。また、ツイステッド・ネマティック（ＴＮ）型液晶表示素子では、原理上、この入射光の振動方向が変化してしまう現象の発生量が光線の入射角度によって異なる。すなわち液晶表示素子によって構成されるライトバルブのコントラストは入射光線角度に対して分布を持っている。また実際の投射型映像表示装置の光学系においては、一般的に液晶表示素子に対する照明光学系による入射光線束は角度分布を持っており、その分布は一般的に液晶表示素子の面内において不均一である。そこで、液晶表示素子の透明基板付近の液晶分子による複屈折によって生じる入射光の振動方向が変化する現象を防ぐ手段として、特許文献１、特許文献２等に記載の、液晶表示素子で生じる入射光の振動方向の変化とは逆方向にその変化が生じるような光学異方素子を用いた光学補償素子により、液晶表示素子で生じる入射光の振動方向の変化を光学補償素子で生じる逆方向の振動で相殺する手段がある。

また、液晶表示素子に入射する光の光軸に垂直な面内に配置された光学補償素子の位置をこの面内で調節する調節手段を有する投射型映像表示装置が特許文献３に開示されている。

特開平６−１７４９２０号公報 特開平６−２６５７２８号公報 特開２００２−１８２２１３号公報

黒表示時の性能を向上し、高いコントラストと、照度が均一で色むらを低減させ、良好な黒表示性能を有する投射型映像表示装置を安定して提供する為には、映像表示素子の製造上のばらつきによる複屈折の発生を相殺する為の光学補償素子の回転調整量（即ち調整範囲）を極力大きくできるようにする必要がある。しかし、特許文献３に記載されているような一般的な略長方形の有効範囲を有する光学補償素子では、実用上問題のないレベルのコントラスト及び黒表示性能を維持する為の光学補償素子の必要調整回転量が大きくなるに伴ない、光学補償素子を含む平面において、回転に必要な範囲の寸法が大きくなり、最終的には投射型映像表示装置自体が大きくなるというデメリットがあった。

本発明は、上記した課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、これらの課題を解決し、より小型で黒表示時の性能を向上し、高いコントラストと、照度が均一で色むらの良好な黒表示性能を有する投射型映像表示装置を提供することにある。

本発明の投射型映像表示装置は特許文献３に記載されているような一般的な略長方形の有効範囲を有する光学補償素子ではなく、長方形から少なくとも一つ以上の頂点を切断した形状の有効範囲を有する光学補償素子を用いる。

実用上問題のないレベルのコントラスト及び黒表示性能を維持する為の光学補償素子の必要調整回転量を一定に維持したとき、光学補償素子を含む平面において、回転に必要な範囲（回転で描かれる領域）の寸法は、長方形の有効範囲を有する光学補償素子を用いた場合より、長方形から頂点を先切断した形状を有する光学補償素子を用いた場合の方が、有効範囲の内の回転中心からはなれた部位が描く領域の大きさを小さくできる。

一般的に光学補償素子の回転調整機構を有する投射型映像表示装置の場合、光学補償素子の回転に必要な範囲の確保を考慮し、投射型映像表示装置の光学系、光学系を含む光学ユニット及び投射型映像表示装置そのものの最小の大きさが定まる。よって光学補償素子の回転に必要な範囲を小さくすることにより、投射型映像表示装置の小型化が可能となる。

また光学補償素子の有効範囲の形状を特定の式で規定される形状とすることにより、投射型映像表示装置の大きさを特定の方向で小型化することが可能となる。

本発明によれば、高いコントラストと、照度が均一で色むらを低減させ、良好な黒表示性能を維持しながら、投射型映像表示装置を小型化することが可能となる。

以下本発明の最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において、同一な部分には同一符号を付して、一度説明したものについては、その説明を省略する。また、符号のあとにＲまたはＧまたはＢを添えて示す構成要素は、色によって分離された複数の光路で区別する必要があるものである。説明上特に支障がない場合には、添字を省略する。また符号のあとにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを添えて示す構成要素は、符号の示す構成要素の一部分もしくは、符号の示す構成要素に係る光軸、光学的方向を示したものである。

図１は本発明による投射型液晶表示装置の第１の一実施例を示す図である。図１の３板式の投射型液晶表示装置において、１は光源であり、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である。光源１は、円形ないし、多角形の出射開口を持つ少なくとも１つの反射鏡２を有し、この光源１から出射される光は液晶表示素子からなるライトバルブ１４を通過して投射レンズ２００に向かい、スクリーン１００へ投影される。

光源１のランプから放射される光は例えば放物面の反射鏡２で反射されて光軸に平行となり、第１のアレイレンズ３に入射される。第１のアレイレンズ３は、入射した光をマトリックス状に配設された複数のレンズセルで複数の光に分割して、効率よく第２のアレイレンズ４と偏光変換素子５を通過するように導く。即ち、第１のアレイレンズ３は光源１と第２のアレイレンズ４の各レンズセルとが互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されている。第１のアレイレンズ３と同様に、マトリックス状に配設された複数のレンズセルを持つ第２のアレイレンズ４は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第１のアレイレンズ３のレンズセルの形状をライトバルブ１４内の液晶表示素子１８に投影する。この時、偏光変換素子５で第２のアレイレンズ４からの光は所定の偏光方向に揃えられ、そして、第１のアレイレンズ３の各レンズセルの投影像は、それぞれ集光レンズ６、およびコンデンサレンズ１３、第１のリレーレンズ１５，第２のリレーレンズ１６，第３のリレーレンズ１７によりライトバルブ１４内の液晶表示素子１８上に重ね合わせられる。なお集光レンズ６は光軸３００を有する。

第２のアレイレンズ４とこれに近接して配設される集光レンズ６とは、第１のアレイレンズ３と液晶表示素子１８とが、互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設計されているので、第１のアレイレンズ３で複数に分割された光束は、第２のアレイレンズ４と集光レンズ６によって、ライトバルブ１４内の液晶表示素子１８上に重畳して投影され、実用上問題のないレベルの均一性の高い照度分布の照明が可能となる。

その過程で、反射ミラー７で反射された光は、ダイクロイックミラー１１により、例えばＢ光（青色帯域の光）は反射され、Ｇ光（緑色帯域の光）およびＲ光（赤色帯域の光）は透過されて２色の光に分離され、更に、Ｇ光とＲ光はダイクロイックミラー１２によりＧ光とＲ光に分離される。例えば、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射され、Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過する。このようにして３色の光に分離される。この光の分離の仕方は種々考えられ、ダイクロイックミラー１１でＲ光を反射させ、Ｇ光及びＢ光を透過させてもよいし、Ｇ光を反射させ、Ｒ光及びＢ光を透過させてもよい。本実施例では、Ｂ光はダイクロイックミラー１１を反射して、反射ミラー１０で反射され、コンデンサレンズ１３Ｂを通してＢ光用のライトバルブ１４Ｂを透過して光合成プリズム２１に入射される。ここでコンデンサレンズ１３Ｂを透過し、ライトバルブ１４Ｂに入射するＢ光をＬＢと呼ぶことにする。ダイクロイックミラー１１で透過されたＧ光及びＲ光の内、Ｇ光はダイクロイックミラー１２で反射され、コンデンサレンズ１３Ｇを通してＧ光用ライトバルブ１４Ｇに入射され、このライトバルブ１４Ｇを透過して光合成プリズム２１に入射される。ここでコンデンサレンズ１３Ｇを透過し、ライトバルブ１４Ｇに入射するＧ光をＬＧと呼ぶことにする。Ｒ光はダイクロイックミラー１２を透過し、第１のリレーレンズ１５で集光され、更に反射ミラー８で反射され、第２のリレーレンズ１６で更に集光され、反射ミラー９で反射された後、第３のリレーレンズ１７で更に集光されてＲ光用のライトバルブ１４Ｒに入射される。ライトバルブ１４Ｒを透過したＲ光は光合成プリズム２１に入射される。ここでリレーレンズ１７を透過し、ライトバルブ１４Ｒに入射するＲ光をＬＲと呼ぶことにする。各液晶表示素子１８を透過したＢ光，Ｇ光，Ｒ光は、光合成プリズム２１によってカラー映像として合成された後、例えばズームレンズであるような投射レンズ２００を通過し、スクリーン１００に到達する。ライトバルブ１４内の液晶表示素子１８で図示しない映像信号に応じて光強度変調されて形成された光学像は、投射レンズ２００によりスクリーン１００上に拡大投影され、表示装置として機能するものである。

図２はライトバルブの光軸３００を含む図１紙面に垂直な断面における構成図を示すものである。ライトバルブ１４Ｂ，１４Ｇ，１４Ｒは光強度変調の対象のとなる光の分光特性が異なるのみであり、その機能及び構成は図２に示したライトバルブ１４と実質的には同じものである。

図２において、ライトバルブ１４に入射する入射光Ｌは、前述したＬＢ、ＬＧ、ＬＲの総称である。以下、ライトバルブ１４Ｂ，１４Ｇ，１４Ｒをライトバルブ１４、液晶表示素子１８Ｂ，１８Ｇ，１８Ｒを液晶表示素子１８、またＬＢ，ＬＧ，ＬＲを入射光Ｌとし、纏めて説明する。

図２に示すように、ライトバルブ１４は入射光側から順に入射偏光板２２、光学補償素子２３、液晶表示素子１８、光学補償素子２４、出射偏光板２５を有している。光学補償素子２３，２４は、液晶表示素子１８の液晶層（図示せず）の入出射側近傍で生じる複屈折による振動方向の変化を相殺して低減するためのものである。本実施例の配置順では、光学補償素子２３，２４はそれぞれ入射偏光板２２と液晶表示素子１８の間、および液晶表示素子１８と出射偏光板２５の間に配置されるが、これに限定されるものではなく、ともに入射偏光板２２と液晶表示素子１８の間、もしくはともに液晶表示素子１８と出射偏光板２５の間に配置しても構わない。また表示をわかり易くする為、入射偏光板２２，光学補償素子２３，液晶表示素子１８，光学補償素子２４，出射偏光板２５は離れた状態で示されている。

なお、ライトバルブ１４に属する各光学素子の入射面及び出射面はすべて光軸３００に直交している。

図３はライトバルブを構成する各光学素子の軸方向について示した構成図で、その図３(ａ)は第１の構成図、図３(ｂ)は別の第２の構成図である。図３(ａ)において、光軸３００に平行な方向をＺ方向とする。入射偏光板２２は入射光Ｌのうち、第１の方向（Ｘ方向とする）に振動する光成分を吸収する吸収軸２２Ａを有している。一方、出射偏光板２５は第１の方向（Ｘ方向）に直交する第２の方向（Ｙ方向とする）に振動する光成分を吸収する吸収軸２５Ａを有しており、入射偏光板２２及び出射偏光板２５はいわゆるクロスニコル状態に配置されている。

液晶表示素子１８は図示しない２枚の基板の内側に液晶層２８を有している。液晶層２８の入射側面，出射側面にはそれぞれ、配向膜２６，２７が形成され、これら配向膜２６，２７はラビング処理により、図示しない微細な溝が同一方向に形成されている。このラビング処理により形成される溝の方向をラビング方向とする。また配向膜２６のラビング方向を２６Ａ、配向膜２７のラビング方向を２７Ａとする。

光学補償素子２３，２４は、互いに交差するように配置した光学軸２３Ａ，２４Ａを有する。光学軸２３Ａ，２４Ａはそれぞれ、光軸３００に垂直な平面内において、矢印２３０，２４０に示されるような方向に角度調整され、ラビング方向２６Ａ，２７Ａと略平行な方向に配置される。図３(ａ)では、配向膜２６のラビング方向２６ＡをＹ方向に平行、配向膜２７のラビング方向２７ＡをＸ方向に平行に配置しているが、図３(ｂ)のように、配向膜２６のラビング方向２６ＡをＸ方向に平行、配向膜２７のラビング方向２７ＡをＹ方向に平行に配置しても構わない。光学補償素子２３，２４としては、例えば、富士写真フィルム株式会社製の「Fuji WV Film ワイドビューＡ（商品名）」を用いることができる。

光学補償素子とその光学補償素子の有効範囲の一例を図９に示す。光学補償素子は、例えば図９(ａ)に示されるような一枚構成の板状の光学補償素子５０１、或いは例えば図９(ｂ)に示されるように、例えばガラス基板や光学レンズなどの光学素子５０４に光学補償素子５０３が装着されて構成された光学補償ユニット５０２の何れであってもよい。勿論、光学素子５０４の両面に光学補償素子５０３が装着されたものでも構わない。また、本発明でいう光学補償素子の有効範囲とは、例えば光学補償素子５０１のような一枚構成の板状の素子では、形状そのものの輪郭を有効範囲とする。図９(ａ)の例では、有効範囲は外形形状と一致する５０５Ａのように示される。また、例えば光学補償ユニット５０２のような光学補償素子が光学素子に装着されたものでは、光学補償素子に垂直に入射した光が装着された光学素子を通過することができる最大の範囲を有効範囲とし、図９(ｂ)の例では、有効範囲は光学補償素子５０３の外形形状と一致する５０５Ｂのように示される。

また、図１０に本発明における光学補償素子の保持方法の一実施例を示す。図１０において、光学補償素子２３(２４)は、例えば光学補償素子の外形に対応した開口５０７を有する保持部材５０６に、例えば矢印５１０のような方向に組み込まれ、保持される。光学補償素子２３(２４)と保持部材５０６は例えば化学反応による接着、化学反応、熱反応による溶着、構造的な嵌合、例えばネジのような係合部品による係合といった手段にて接合もしくは保持される。

光学補償素子の回転調整は、保持部材５０６の有する例えば円弧形状の摺動部位５０８を、図示しない投射型映像表示装置の構造部品の有する面に摺動させて、回転方向５０９のような回転調整を実施することができる。

保持部品５０６の調整後の固定は、例えば化学反応による接着、化学反応、熱反応による溶着、構造的な嵌合、例えばネジのような係合部品による係合手段をもって実施する。

本発明の光学補償素子の有効範囲は、例えば、長方形などの矩形形状から４つの頂点を切断した形状の８角形を有している。図４は光学補償素子の有効範囲を示すもので、その図４(ａ)に本実施例に係る光学補償素子の有効範囲の一例を、図４(ｂ)に従来の長方形の有効範囲の一例を示す。図４は光学補償素子の有効範囲を照明光束が入射する方向から見た図である。

図４(ａ)には光学補償素子の有効範囲の形状４０８Ａ（太い実線で図示）、光学補償素子の左回りの最大回転調整量４０４、光学補償素子の右回りの最大回転調整量４０５、光学補償素子の有効投射領域である光学補償素子を通過する照明光束通過範囲４０６、光学補償素子を左右に回転できる最大回転調整量まで回転させた時に有効範囲の形状４０８Ａが描く最大領域範囲（つまり回転させた時に形成される必要なすべての有効範囲、以下ではこの範囲を「必要有効範囲」と称する）の形状４０７Ａが示されている。回転調整量が０°となる基準の角度（図示せず）は、本実施例を説明するにあたっては、回転調整可能範囲のうちであれば、どのようにとっても構わない。なお光学補償素子の回転調整可能範囲は映像表示素子の製造ばらつきを性能上問題ないレベルまで補償できる範囲に設定される。

本発明による光学補償素子の有効範囲の形状４０８Ａの８角形に対し、４つの角を切断する以前の従来の長方形の有効範囲の形状４０８Ｂを持つ光学補償素子を示した図が図４(ｂ)である。

図４(ｂ)において、光学補償素子の左回りの最大回転調整量４０４、光学補償素子の右回りの最大回転調整量４０５、光学補償素子を通過する照明光束通過範囲(有効投射領域)４０６、回転調整量が０°となる基準の角度（図示せず）は図４(ａ)と同じであるとすると、必要有効範囲の形状４０７Ｂは必要有効範囲の形状４０７Ａに対し、図４(ａ)の範囲４０９，４１０，４１１，４１２の分（斜線で図示）だけ、大きくなってしまう。

逆にいえば、本実施例では、光学補償素子の有効範囲を一般的な長方形形状から、例えば８角形にすることにより、光学補償素子を回転調整する場合に必要な空間範囲を小さくすることが可能である。

なお、本実施例では、光学補償素子の有効範囲の形状は、図５に示されるように、図５(ａ)に示されるような長方形から４頂点を各々含む、有効投射領域の外側を直線４１３にて切断した８角形に限定されるものではなく、長方形から少なくとも一つの頂点を直線にて切り落とした形状であれば、その分光学補償素子を回転調整する場合に必要な空間範囲を小さくすることができる。例えば、図５(ｂ)に示されるような長方形から３頂点を切断した７角形、図５(ｃ)に示されるような長方形から２頂点を直線にて切断した６角形、図５(ｄ)に示されるような長方形から１頂点を直線にて切断した５角形、図５(ｅ)に示されるような長方形から４頂点を直線にて切断した６角形、図５(ｆ)に示されるような長方形から２頂点を直線にて切断した５角形でも構わない。

以上述べたように、本実施例によれば、光学補償素子の有効範囲の形状を、該有効範囲の４頂点の少なくとも一つの頂点を含み、有効投射領域の外側を切り落とした形状とするので、切り落とした辺の回転中心からの距離を短くでき、液晶表示素子の偏光方向の乱れを、光学補償素子を回転させて補正する際、必要な回転調整の空間を小さくできる。従って、十分な回転調整量を確保して、高いコントラストと、照度が均一で色むらの良好な黒表示性能を維持しながら、投射型映像表示装置を小型化することが可能となる。

次に、第２の実施例について説明する。上記した第１の実施例では、光学補償素子の有効範囲の形状を、長方形から少なくとも一つの頂点を直線にて切断して形成したが、本実施例では角の切断形状を直線に代えて円弧にて形成する点で第１の実施例と異なる。

図６に第２の一実施例である光学補償素子の有効範囲の形状を示す。図６(ａ)，図６(ｂ)，図６(ｃ)，図６(ｄ)，図６(ｅ)，図６(ｆ)はそれぞれ、図５(ａ)，図５(ｂ)，図５(ｃ)，図５(ｄ)，図５(ｅ)，図５(ｆ)の長方形切断形状を直線４１３から円弧４１４にしたものである。小型化の効果は図４の第１の一実施例の有効範囲の形状４０８Ａを例えば図６のひとつに置き換えたものに準ずる（図示せず）。

次に、第３の実施例について述べる。本発明による第３の実施例は、第１の実施例が、光学補償素子の有効範囲の形状を、長方形から少なくとも一つの頂点を直線にて切断するのに対し、頂点の切断形状を直線に代えて自由曲線にて形成する点で第１の実施例と異なる。自由曲線には例えば楕円の一部、多次曲線、もしくはこれらと円弧、直線を組み合わせた曲線等が含まれる。

図７に第３の一実施例である光学補償素子の有効範囲の形状を示す。図７(ａ)，図７(ｂ)，図７(ｃ)，図７(ｄ)，図７(ｅ)，図７(ｆ)はそれぞれ、図５(ａ)，図５(ｂ)，図５(ｃ)，図５(ｄ)，図５(ｅ)，図５(ｆ)の長方形切断形状を直線４１３から自由曲線４１５にしたものである。小型化の効果は図４の第１の一実施例の有効範囲の形状４０８Ａを例えば図７のひとつに置き換えたものに準ずる（図示せず）。

本発明による第４の実施例は、第１の実施例において、光学補償素子の最大回転調整角度に対して光学補償素子の有効範囲の形状を特定の条件を満たすようにすることにより、効率よく光学系を小型化するものである。

図８を用いて、本実施例における光学補償素子の形状の一例を説明する。図８は光学補償素子を含む平面に垂直な方向から光学補償素子を見た図で、図８(ａ)，図８(ｂ)，図８(ｃ)には従来の略長方形形状の光学補償素子の有効範囲の一部分が図示され、図８(ｄ)，図８(ｅ)には本実施例による光学補償素子の有効範囲形状の一部分が図示されている。なお、図８の各図において、同一な要素には同一符号を付して示し、一度述べたものについては、図ごとの詳細な説明を省略する。また、図８(ｆ)は後述する第５の実施例に関するものである。

図８には、光学補償素子を含む平面内にて回転中心Ｏを原点に取り、第１の実施例における光学補償素子を通過する照明光束通過範囲(有効投射領域)４０６が成す略長方形の長辺に平行な方向をｘ軸、短辺に平行な方向をｙ軸としたｘｙ座標の第１象現が示してある。

図８(ａ)において、４１６は光学補償素子を通過する照明光束通過範囲(有効投射領域)４０６が成す長方形の輪郭、Ｃは輪郭４１６に含まれる頂点、Ｈは頂点Ｃのｙ軸との距離、Ｖは頂点Ｃのｘ軸との距離、Ｒは回転中心Ｏと頂点Ｃを結んだ直線の長さ、αはこの直線とｘ軸の成す角度、４１７は略長方形の有効範囲を有する光学補償素子の有効範囲形状の輪郭を示している。輪郭４１７は長辺がｘ軸に平行に、短辺がｙ軸に平行に配置されている。Ｄは輪郭４１７に含まれる頂点、Ｒｅは輪郭４１７に含まれる頂点Ｄと回転中心Ｏを結んだ直線の長さ、βはこの直線とｘ軸の成す角度、Ｈｅは頂点Ｄのｙ軸との距離、Ｖｅは頂点Ｄのｘ軸との距離である。

図８(ｂ)において、θｖは頂点Ｄがｙ軸に近づく方向に光学補償素子を回転させるときの最大回転調整角度（以下、「最大調整角度」と省略する）を示している。４１８は輪郭４１７を回転中心Ｏを中心に図８(ｂ)に示す方向に最大調整角度θｖだけ回転させた輪郭（即ち、光学補償素子を回転させた後の有効範囲の輪郭）であり、Ｖｅ’は輪郭４１８に含まれる頂点Ｄｖ（輪郭４１７の頂点Ｄに対応）のｘ軸との距離である。

上記最大調整角度θｖは、輪郭４１７を回転させた時にその輪郭（輪郭４１８）が照明光束通過範囲の輪郭４１６の頂点Ｃにかかるときの角度である。従って、最大調整角度θｖが定められている場合、Ｈｅは光学補償素子を図８(b)に示す方向に最大調整角度θｖだけ回転させたときに、映像を過不足無く投影することができる最小のＨｅであるといえる。

また、図８(ｃ)において、θｈは頂点Ｄがｘ軸に近づく方向に光学補償素子を回転させるときの最大調整角度を示している。４１９は輪郭４１７を回転中心Ｏを中心に図８(ｃ)に示す方向にθｈだけ回転させた輪郭（即ち、光学補償素子を回転させた後の有効範囲の輪郭）であり、Ｈｅ’は輪郭４１９に含まれる頂点Ｄｈ（輪郭４１７の頂点Ｄに対応）のｙ軸との距離である。

上記最大調整角度θｈは、輪郭４１７を回転させた時にその輪郭（輪郭４１９）が照明光束通過範囲の輪郭４１６の頂点Ｃにかかるときの角度である。従って、最大調整角度θｈが定められている場合、Ｖｅは光学補償素子を図８(ｃ)に示す方向にθｈだけ回転させたときに、映像を過不足無く投影することができる最小のＶｅであるといえる。

従来例の図８(ａ)，図８(ｂ)にそれぞれ対応する図８(ｄ)，図８(ｅ)に示される本実施例では、第１の実施例のように、光学補償素子の有効範囲は、長方形から少なくともひとつの頂点において、頂点を直線にて切断した形状を有している。

図８(ｄ)において、４２０は頂点を切断する前の長方形の長辺方向をｘ軸に平行に、短辺方向をｙ軸に平行に配置した光学補償素子の有効範囲の輪郭である。輪郭４２０には切断されて新たに作られた頂点が二つあり、そのうちｘ軸に近い頂点Ａのｙ軸との距離をＨａ、ｘ軸との距離をＶａ、ｙ軸に近い頂点Ｂのｙ軸との距離をＨｂ、ｘ軸との距離をＶｂとする。また、Ｒａは頂点Ａと回転中心Ｏを結ぶ直線の長さ、γａはこの直線とｘ軸の成す角、Ｒｂは頂点Ｂと回転中心Ｏを結ぶ直線の長さ、γｂはこの直線とｙ軸の成す角を示している。

図８(ｅ)は図８(ｄ)の輪郭４２０をｘｙ平面で第２象現方向（反時計方向）に最大調整角度θｖだけ回転させたものである。図８(ｅ)において、４２１は輪郭４２０を回転中心Ｏを中心に回転させた輪郭（即ち、光学補償素子を回転させた後の有効範囲の輪郭）であり、輪郭４２１に含まれる２つの頂点のうち、輪郭４２０の頂点Ａに対応するものをＡｖ、頂点Ｂに対応するものをＢｖとし、Ａｖ及びＢｖのｘ軸との距離をそれぞれＶａ’，Ｖｂ’として示してある。

本実施例では、光学補償素子の有効範囲の形状を定めるパラメータＨａ，Ｖａ、Ｈｂ，Ｖｂが数１の条件を満たすように定めることによって、図８(ｄ)の状態から図８(ｅ)に示される方向に光学補償素子を最大調整角度θｖまで回転（調整）させた時に、光学補償素子の有効範囲（即ち、輪郭４２０）が描く（通過する）ｙ方向の最大座標Ｙｍａｘ（図示せず）を、従来の一般的な長方形の有効範囲（例えばその輪郭４１７）を有する光学補償素子を用いた場合に同様の回転で描く図８(ｂ)のｙ方向の最大座標の値、Ｖｅ’よりも小さくすることが可能となり、光学系および映像表示装置を図８の座標のｙ方向にて小型化することが可能である。以下にこれを、図８(ａ)〜図８(ｅ)を用いて説明する。

まず、図８の座標のｙ方向にて小型化が可能な条件は、下式数３にて与えられる。
(数３) Ｙmax ＜ Ｖe’ ・・・ 数３
このときＹｍａｘはθｖ，γａ，γｂの関係により、Ｖａ’，Ｖｂ’，Ｒａ，Ｒｂのいずれかによって与えられる。すなわち、θｖ<γｂではＹｍａｘはＶｂ’もしくはＶａ’の大きい方、γｂ≦θｖ＜π/２−γａではＹｍａｘはＲｂもしくはＶａ’の大きい方、π/２−γａ≦θｖではＹｍａｘはＲａもしくはＲｂの大きい方にて与えられる。よって数３を満たすＶａ’，Ｖｂ’，Ｒａ，Ｒｂの必要条件は下式数４にて与えられる。

ここで、図８(ｄ)，図８(ｅ)より、Ｒａ，Ｒｂ，Ｖａ’，Ｖｂ’は、下式数５に示すように、Ｈａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂ，θｖのみの数式で表すことができる。

また、同様に、図８(ａ)，図８(ｂ)，図８(ｃ)より、Ｖｅ，Ｈｅは下式数６、Ｖｅ’は下式数７、γａ，γｂは下式数８に示すように、Ｖ，Ｈ，θｖ，θｈのみの数式で表すことができる。

ここで上記数４に数５、数７、数８を代入することにより、下式数１を得ることができる。

すなわち、Ｖ，Ｈ，θｖ，θｈの初期条件に対し、Ｈａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂが数１の条件を満たすような有効範囲の形状を有した光学補償素子を用いることにより、ｙ軸方向に小型化した投射型映像表示装置を得ることができる。

第４の実施例では、ｙ軸方向に小型化できるパラメータ条件を提示したが、本発明による第５の実施例では、ｘ軸方向に小型化できるパラメータ条件を提示する。

図８(ｄ)，図８(ｆ)は本発明による第５の一実施例を示す図である。以下に本実施例について説明するが、図８(ｄ)，図８(ｆ)において、既に述べた図８の各図に同一な要素には同一符号を付して示し、その説明を省略する。

図８(ｆ)は図８(ｄ)の輪郭４２０をｘｙ平面で第４象現方向（時計方向）に最大調整角度θｈだけ回転させたものである。図８(ｆ)において、４２２は輪郭４２０を回転中心Ｏを中心に回転させた輪郭（即ち、光学補償素子を回転させた後の有効範囲の輪郭）であり、輪郭４２２に含まれる２つの頂点のうち、輪郭４２０の頂点Ａに対応するものをＡｈ、頂点Ｂに対応するものをＢｈとし、Ａｈ及びＢｈのｙ軸との距離をそれぞれＨａ’，Ｈｂ’として示してある。

本実施例では、光学補償素子の有効範囲の形状を定めるパラメータＨａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂが数２の条件を満たすように定めることによって、図８(ｄ)の状態から図８(ｆ)に示される方向に光学補償素子を最大調整角度θｈまで回転（調整）させた時に、光学補償素子の有効範囲（即ち、輪郭４２０）が描く（通過する）ｘ方向の最大座標Ｘｍａｘ（図示せず）を、従来の一般的な長方形の有効範囲（例えばその輪郭４１７）を有する光学補償素子を用いた場合に同様の回転で描く図８(ｂ)のｘ方向の最大座標の値、Ｈｅ’よりも小さくすることが可能となり、光学系および映像表示装置を図８の座標のｘ方向にて小型化することが可能である。以下にこれを説明する。

まず、図８の座標のｘ方向にて小型化が可能な条件は、下式数９にて与えられる。
(数９) Ｘmax ＜ Ｈe’ ・・・ 数９
このときＸｍａｘはθｈ，γａ，γｂの関係により、Ｈａ’，Ｈｂ’，Ｒａ，Ｒｂのいずれかによって与えられる。すなわち、θｈ<γａではＸｍａｘはＨｂ’もしくはＨａ’の大きい方、γａ≦θｈ＜π/２−γｂではＸｍａｘはＲａもしくはＨｂ’の大きい方、π/２−γｂ≦θｈではＸｍａｘはＲａもしくはＲｂの大きい方にて与えられる。よって数９を満たすＨａ’，Ｈｂ’，Ｒａ，Ｒｂの必要条件は下式数１０にて与えられる。

ここで、Ｒａ，Ｒｂは既に上記数５にてＨａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂのみの式で表わされており、また図８(ｄ)，図８(ｆ)より、Ｈａ’，Ｈｂ’は、下式数１１に示すように、Ｈａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂ，θｈのみの数式で表すことができる。

Ｖｅ，Ｈｅはすでに上記数６にてＶ，Ｈ，θｖ，θｈのみの数式にて表されており、これによりＨｅ’は下式数１２に示すようにＶ，Ｈ，θｖ，θｈのみの数式で表すことができる。

ここで上記数１０に数１１、数１２、数８を代入することにより、下式数２を得ることができる。

すなわち、Ｖ，Ｈ，θｖ，θｈの初期条件に対し、Ｈａ，Ｖａ，Ｈｂ，Ｖｂが数２の条件を満たすような有効範囲の形状を有した光学補償素子を用いることにより、ｘ軸方向に小型化した投射型映像表示装置を得ることができる。

本発明の投射型液晶表示装置の第１の一実施例を示す光学系の構成図である。 光軸を含む図１紙面に垂直な断面におけるライトバルブの構成図である。 ライトバルブを構成する各光学素子の軸角度を示した構成図である。 本発明の第１の実施例に係る光学補償素子の有効範囲の回転調整に必要な範囲と、一般的な略長方形の有効範囲を有する光学補償素子の有効範囲の回転調整に必要な範囲を示した図である。 本発明の第１の実施例に係る光学補償素子の有効範囲形状の一例を示した図である。 本発明の第２の実施例に係る光学補償素子の有効範囲形状の一例を示した図である。 本発明の第３の実施例に係る光学補償素子の有効範囲形状の一例を示した図である。 本発明の第４、第５の実施例に係る光学補償素子の有効範囲形状の一部分と、最大回転時の状態の一部分の一例を示した図である。 光学補償素子の有効範囲を示す図である。 光学補償素子の保持方法の一実施例を示す図である。

符号の説明

１…光源、２…反射鏡、３…第１のアレイレンズ、４…第２のアレイレンズ、５…偏光変換素子、６…集光レンズ、７…反射ミラー、８…反射ミラー、９…反射ミラー、１０…反射ミラー、１１…ダイクロイックミラー、１２…ダイクロイックミラー、１３…コンデンサレンズ、１４…ライトバルブ、１５…第１のリレーレンズ、１６…第２のリレーレンズ、１７…第３のリレーレンズ、１８…液晶表示素子、２１…光合成プリズム、２２…入射偏光板、２２Ａ…吸収軸、２３…光学補償素子、２３Ａ…光学軸、２４…光学補償素子、２４Ａ…光学軸、２５…出射偏光板、２５Ａ…吸収軸、２６…配向膜、２６Ａ…ラビング方向、２７…配向膜、２７Ａ…ラビング方向、２８…液晶層、１００…スクリーン、２００…投射レンズ、２３０…回転調整方向、２４０…回転調整方向、３００…光軸、４０４…最大回転調整量、４０５…最大回転調整量、４０６…照明光束通過範囲、４０７Ａ…必要有効範囲、４０７Ｂ…必要有効範囲、４０８Ａ…光学補償素子の有効範囲の形状、４０８Ｂ…光学補償素子の有効範囲の形状、４０９…範囲、４１０…範囲、４１１…範囲、４１２…範囲、４１３…直線、４１４…円弧、４１５…自由曲線、４１６…照明光束通過範囲の輪郭、４１７…光学補償素子の有効範囲の輪郭、４１８…光学補償素子の有効範囲の輪郭、４１９…光学補償素子の有効範囲の輪郭、４２０…光学補償素子の有効範囲の輪郭、４２１…光学補償素子の有効範囲の輪郭、４２２…光学補償素子の有効範囲の輪郭、５０１…光学補償素子、５０２…光学補償ユニット、５０３…光学補償素子、５０４…光学素子、５０５Ａ…光学補償素子の有効範囲、５０５Ｂ…光学補償素子の有効範囲、５０６…保持部材、５０７…開口、５０８…摺動部位、５０９…回転方向、５１０…矢印、ＬＢ…Ｂ光、ＬＧ…Ｇ光、ＬＲ…Ｒ光、Ｖ…距離、Ｈ…距離、Ｖｅ…距離、Ｈｅ…距離、Ｒ…距離、Ｒｅ…距離、Ｏ…回転中心、Ｃ…頂点、Ｄ…頂点、α…角度、β…角度、Ｄｖ…頂点、Ｄｈ…頂点、θｖ…最大調整角度、θｈ…最大調整角度、Ｖｅ’…距離、Ｈｅ’…距離、Ｖａ…距離、Ｈａ…距離、Ｖｂ…距離、Ｈｂ…距離、Ｒａ…距離、Ｒｂ…距離、γａ…角度、γｂ…角度、Ａ…頂点、Ｂ…頂点、Ａｖ…頂点、Ｂｖ…頂点、Ａｈ…頂点、Ｂｈ…頂点、Ｖａ’…距離、Ｈａ’…距離、Ｖｂ’…距離、Ｈｂ’…距離。

Claims (6)

1. 光源と、
   複数の液晶分子を配列した液晶層を有し前記光源から発せられた光を変調する液晶表示素子と、
   該液晶表示素子の入射側と出射側の少なくとも何れか一方に設けられ、前記液晶層の液晶分子によって生じる光学的な位相差を補償する光学補償素子と、
   前記液晶表示素子により変調された光を投射する投射レンズと、
   前記光学補償素子を回転調整する保持機構とを有し、
   少なくとも一つの前記光学補償素子は、第１の略矩形形状の４つの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を含む、有効投射領域の外側の所定領域を切断した形状を有することを特徴とする投射型映像表示装置。
2. 前記液晶表示素子は第２の略矩形形状の有効表示領域を有し、前記有効投射領域は前記第２の矩形形状と略相似形の形状であることを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表示装置。
3. 前記光学補償素子は、前記矩形形状の４つの頂点の各々の頂点を含む略同形状の４つの所定領域を切断した形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の投射型映像表示装置。
4. 前記所定領域の形状は、略３角形形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の投射型映像表示装置。
5. 前記第２の略矩形形状は第１の長方形形状であり、
   前記第１の矩形形状の前記頂点を成す２辺の内の前記第１の長方形形状の長辺に近い辺を第１の辺、短辺に近い辺を第２の辺とし、
   前記略３角形形状の前記頂点以外の２つ点のうち、前記第１の辺上の点を第１の点、前記第２の辺上の点を第２の点とし、
   前記保持機構の回転中心を通り前記第１の長方形形状の長辺に平行な直線を第１の軸、前記回転中心を通り前記第１の長方形形状の短辺に平行な直線を第２の軸とし、
   前記第１の点と前記回転中心を結んだ直線を前記第１の辺に投影して得られる直線の長さをHb、前記第２の点と前記回転中心を結んだ直線を前記第１の辺に投影して得られる直線の長さをHa、前記第１の点と前記回転中心を結んだ直線を前記第２の辺に投影して得られる直線の長さをVb、前記第２の点と前記回転中心を結んだ直線を前記第２の辺に投影して得られる直線の長さをVaとし、
   前記光学補償素子を前記第１の辺が前記第１の軸に平行な状態から、前記第１の点が第１の軸から遠くなる方向に回転できる最大の調整調整量をθvとし、
   前記第２の点が前記第２の軸から遠くなる方向に回転できる最大の調整調整量をθhとし、
   前記有効投射領域の成す第２の長方形形状の辺のうち、前記第１の長方形形状の長辺に近い辺を第３の辺とし、前記第３の辺を前記回転中心から第３の辺上へ伸ばした垂線との交点で分割しできる線分のうち、前記第２の長方形の前記頂点に近い方の線分の長さをH、前記第２の長方形の辺のうち、前記第１の長方形の短辺に近い辺を第４の辺とし、前記第４の辺を前記回転中心から第４の辺上へ伸ばした垂線との交点で分割しできる線分のうち、前記第１の矩形形状の前記頂点に近い方の線分の長さをVとしたとき、
   前記θv、前記θh、前記Ha、前記Hb、前記Va、前記Vb、前記H、前記Vが下式数１を満足することを特徴とする請求項４に記載の投射型映像表示装置。
   

   
6. 前記θv、前記θh、前記Ha、前記Hb、前記Va、前記Vb、前記H、前記Vが下式数２を満足することを特徴とする請求項５に記載の投射型映像表示装置。
   

   

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