JP2011221303A - 投写型映像表示装置及び光変調素子 - Google Patents

Abstract

【課題】映像において光合成部材の中心接合部の影が生じないようにすることができ、かつ、光合成部材における光の利用効率の低下を抑制することができる投写型映像表示装置及び光変調素子を提供する。
【解決手段】投写型映像表示装置である液晶プロジェクタ１は、映像表示用の光を合成するクロスダイクロイックプリズム３と、クロスダイクロイックプリズム３により合成された光を投射する投射レンズ１６とを備え、クロスダイクロイックプリズム３は、このクロスダイクロイックプリズム３の内部において複数の三角プリズムの角が接合された中心接合部３ａを有する。そして、液晶プロジェクタ１は、クロスダイクロイックプリズム３に入射する光が中心接合部３ａを回避するように光路を変更する光路変更部材としてのレンズアレイ４を備えている。
【選択図】図１

Description

本願発明は、投写型映像表示装置及びこれに用いられる光変調素子に関するものである。

従来から、スクリーンや壁等の平面上に映像を表示する装置として投写型映像表示装置が知られている。投写型映像表示装置は、光源から出射された光を用いて映像を生成して、その映像の光を投射することにより、映像を投写して表示することが可能である。このような投写型映像表示装置として、光を合成する光合成部材を備える表示装置が知られている。

具体的には、光合成部材を備える投写型映像表示装置として、光の３原色に対応した３つの液晶ライトバルブを用いて映像を表示する液晶プロジェクタが知られている。液晶ライトバルブは、映像信号に基づいて光を変調する液晶パネル（光変調素子）等により構成されている。光の３原色に対応した各液晶ライトバルブを光が透過することにより、赤色の映像、緑色の映像、青色の映像が個別に生成される。これら各色の映像の光が光合成部材によって合成されることにより、３色以上のフルカラーの映像が生成される。液晶プロジェクタは、このように合成されて生成された映像の光を投射することにより、スクリーンや壁等にフルカラーの映像を表示する。

ところで、上述の光合成部材としては、図８に示すようなクロスダイクロイックプリズム１０３（以下、「プリズム１０３」）が一般的に用いられている。図８に示すプリズム１０３は、液晶ライトバルブ１０２ｒ，１０２ｇ，１０２ｂを透過した光を合成する色合成部材である。プリズム１０３は、４つの三角プリズム（光学部品）１３１，１３２，１３３，１３４を接合させて形成される。このように複数の光学部品が接合される光合成部材は、その中心の接合の精度が低くなり易い。具体的には、プリズム１０３は、４つの三角プリズム１３１，１３２，１３３，１３４の角が接合された中心接合部１０３ａを有している。この中心接合部１０３ａにおいては微小な隙間や段差が発生し易い。このため、プリズム１０３に入射した光が、中心接合部１０３ａにおいて乱反射するおそれや、中心接合部１０３ａを透過しないというおそれがある。このように中心接合部１０３ａにおいて光が乱反射すること等に起因して、図９に示すように映像において中心接合部１０３ａの影Ｓが生じるという問題がある。

光が中心接合部で乱反射することに起因する不都合を解消するための手段としては、中心接合部に光吸収部材を設けたクロスダイクロイックプリズムが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００８−９６７６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるクロスダイクロイックプリズムにおいては、中心接合部を透過しようとする光が、光吸収部材により吸収されてしまうため、映像を表示するために利用される光の利用効率が低下するという不都合がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、映像において光合成部材の中心接合部の影が生じることを抑制することができ、かつ、光合成部材における光の利用効率の低下を抑制することができる投写型映像表示装置及び光変調素子を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、映像表示用の光を合成する光合成部材と、光合成部材により合成された光を投射する投射部とを備え、光合成部材は、この光合成部材の内部において複数の光学部品の角が接合された中心接合部を有する投写型映像表示装置であって、光合成部材に入射する光が中心接合部を回避するように光路を変更する光路変更部材を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、光合成部材に入射する光が中心接合部を回避するように、その光の光路が光路変更部材によって変更される。このため、光合成部材に入射する光が、その中心接合部において乱反射すること等を抑制することができる。また、光合成部材に入射して中心接合部を回避した光は映像の表示に供することができるため、光合成部材に入射した光が中心接合部において吸収される構成に比べて、映像の表示に利用される光の利用効率が高い。よって、上記構成によれば、映像において光合成部材の中心接合部の影が生じることを抑制することができ、かつ、光合成部材における光の利用効率の低下を抑制することができることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投写型映像表示装置であって、光路変更部材は、複数のレンズを有するレンズアレイにより構成されていることを特徴とする。
上記構成によれば、光路変更部材が複数のレンズを有するレンズアレイにより構成されているため、各レンズにより光路を細かく変更することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の投写型映像表示装置であって、レンズの曲面が円柱状であることを特徴とする。
上記構成によれば、レンズアレイを構成するレンズの曲面が円柱状であるため、例えばレンズの曲面が球面状である場合に比べて、レンズアレイの断面形状を簡素化することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の投写型映像表示装置であって、映像を生成するために光を変調する複数の光変調素子を備え、光合成部材は、映像表示用の光として光変調素子の各々により変調された光を合成し、光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、開口部の各々に対応させてレンズが設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、開口部の各々に対応させてレンズアレイを構成するレンズが設けられているため、開口部毎に光路を変更することができる。また、請求項３に記載されるようにレンズアレイを構成するレンズの曲面が円柱状である場合には、所定の方向（例えば、横方向）において配列された開口部毎に光路を変更することができ、かつ、他の方向（例えば、縦方向）において配列された開口部の各々に対応させるレンズを１つのレンズで構成することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の投写型映像表示装置であって、光路変更部材は、複数のプリズム要素を有するプリズムアレイにより構成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、光路変更部材が複数のプリズム要素を有するプリズムアレイにより構成されているため、各プリズム要素により光路を細かく変更することができる。また、例えば光路変更部材が球面状のレンズを有するレンズアレイである場合に比べて、光路変更部材の断面形状を簡素化することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の投写型映像表示装置であって、映像を生成するために光を変調する複数の光変調素子を備え、光合成部材は、映像表示用の光として光変調素子の各々により変調された光を合成し、光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、開口部の各々に対応させてプリズム要素が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、開口部の各々に対応させてプリズムアレイを構成するプリズム要素が設けられているため、開口部毎に光路を変更することができる。また、プリズムアレイを構成するプリズム要素が角柱状である場合には、所定の方向（例えば、横方向）において配列された開口部毎に光路を変更することができ、かつ、他の方向（例えば、縦方向）において配列された開口部の各々に対応させるプリズム要素を１つのプリズム要素で構成することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項４または６に記載の投写型映像表示装置であって、光変調素子は変調された光が出射される出射面を有し、光路変更部材は、出射面の中央部から出射される光を出射面の端部側に屈折させることを特徴とする。

上記構成によれば、光路変更部材は、光変調素子の出射面の中央部から出射される光を、その端部側（即ち、光軸から遠ざかる方向）に屈折させる。このため、従来において光変調素子の中央部から出射されて中心接合部に向けて光合成部材に入射していた光を、出射面の端部側に屈折させることにより、光が中心接合部を回避する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の投写型映像表示装置であって、光路変更部材は、出射面の端部から出射される光を出射面の中央部側に屈折させることを特徴とする。

上記構成によれば、光路変更部材は、光変調素子の出射面の端部から出射される光を、その中央部側（即ち、光軸に近づく方向）に屈折させる。このため、従来において光変調素子の出射面の端部から出射されて光合成部材の壁面に向けて光合成部材に入射していた光を、出射面の中央部側に屈折させることにより、光合成部材の壁面において光が反射することを抑制することができる。従って、光合成部材の壁面における光の反射に起因して発生する映像の端部の光量低下を抑制することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項４，６，７，８のいずれか一項に記載の投写型映像表示装置であって、光変調素子として光の３原色に対応した３つの液晶パネルを備え、液晶パネルの各々を透過した光は光合成部材に入射して合成され、液晶パネルの各々に光路変更部材が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、光路変更部材は、光の３原色に対応した３つの液晶パネルの各々に設けられている。従って、各液晶パネルを透過した光は、それぞれ、光合成部材が有する中心接合部を回避するように光路が変更されるため、いわゆる３板方式の液晶プロジェクタにおいて、映像において光合成部材の中心接合部の影が生じることを効果的に抑制することができる。

請求項１０に記載の発明は、映像を生成するために光を変調するとともに、変調された光が出射される出射面を有する光変調素子であって、その出射面に、出射面の中央部から出射される光を出射面の端部側に屈折させる光路変更部材が設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、光変調素子の出射面の中央部から出射される光が、光路変更部材によって、その端部側（即ち、光軸から遠ざかる方向）に屈折される。このため、光変調素子の出射面の中央部と光合成部材の中心接合部とを同じ光軸上に設ける場合であっても、従来において中央部から出射されて中心接合部に向けて光合成部材に入射していた光を、出射面の端部側に屈折させることにより、光が中心接合部を回避する。従って、光合成部材に入射する光が、光合成部材の中心接合部において乱反射すること等を抑制することができる。また、光合成部材に入射して中心接合部を回避した光は映像の表示に供することができるため、光合成部材に入射した光が中心接合部において吸収される構成に比べて、映像の表示に利用される光の利用効率が高い。よって、上記構成によれば、映像において光合成部材の中心接合部の影が生じることを抑制することができ、かつ、光合成部材における光の利用効率の低下を抑制することができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光変調素子であって、光路変更部材は、さらに、出射面の端部から出射される光を出射面の中央部側に屈折させることを特徴とする。

上記構成によれば、光路変更部材は、光変調素子の出射面の端部から出射される光を、その中央部側（即ち、光軸に近づく方向）に屈折させる。このため、従来において光変調素子の出射面の端部から出射されて光合成部材の壁面に向けて光合成部材に入射していた光を、出射面の中央部側に屈折させることにより、光合成部材の壁面において光が反射することを抑制することができる。従って、光合成部材の壁面における光の反射に起因して発生する映像の端部の光量低下を抑制することができる。

本発明によれば、映像において光合成部材の中心接合部の影が生じることを抑制することができ、かつ、光合成部材における光の利用効率の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る投写型映像表示装置の概略構成を示す構成図。 同実施形態に係る投写型映像表示装置が備える光合成部材を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 同実施形態に係る投写型映像表示装置が備える光路変更部材を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 （ａ）〜（ｃ）光路変更部材を構成するレンズの光軸と、そのレンズに対応する開口部の中心軸との関係を示す光路変更部材の断面図。 （ａ）、（ｂ）光路変更部材により変更される光路を説明するための光路変更部材の断面図。 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態に係る液晶ライトバルブを透過する光が、光合成部材を透過するまでの光路を示す模式図。 本発明の実施形態の変形例に係る光路変更部材を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 従来の液晶ライトバルブを透過する光が、光合成部材を透過するまでの光路を示す模式図。 映像において発生する中心接合部の影を説明するための模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本発明に係る投写型映像表示装置は、いわゆる３板方式の液晶プロジェクタ１（以下、「プロジェクタ１」）であって、プロジェクタ１は、映像をスクリーンや壁等の平面上に投写して表示する。なお、図１中の一点鎖線は光軸を示している。

プロジェクタ１は、映像を表示するための光学部品として、光源１１と、インテグレータレンズ１２と、偏光変換素子１３と、集光レンズ１４と、ダイクロイックミラー１５ｒ，１５ｂと、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂと、クロスダイクロイックプリズム３（以下、「ダイクロイックプリズム３」）と、投射レンズ１６とを備えている。また、プロジェクタ１は、光源１１から出射された光が上記光学部品に導かれるように光路を形成するために、光を全反射する反射ミラー１７を備えている。

なお、プロジェクタ１は、上記の光学部品の他に、光源１１から出射された光を伝達するリレーレンズや、各液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂにおいて設けられる光学補償板等を備えているが、これらの光学部品の図示及び説明は省略する。

超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等により構成される光源１１から出射された光は、インテグレータレンズ１２、偏光変換素子１３、集光レンズ１４を経てダイクロイックミラー１５ｒへ入射する。光源１１から出射された光は、一対のフライアイレンズにより構成されるインテグレータレンズ１２によって光量の分布が均一化されるとともに、偏光変換素子１３によって偏光方向が一方向に揃えられる。また、光源１１から出射された光は、集光レンズ１４によって収束されて集光される。

そして、光源１１から出射された光はダイクロイックミラー１５ｒで分離される。具体的には、光源１１により出射された光である白色光のうち、緑色及び青色の波長の光はダイクロイックミラー１５ｒで反射され、赤色の波長の光はダイクロイックミラー１５ｒを透過する。赤色の波長の光（以下、「赤色光」）は、液晶ライトバルブ２ｒに入射するとともに、緑色及び青色の波長の光は、ダイクロイックミラー１５ｂに入射する。

さらに、光源１１から出射された光はダイクロイックミラー１５ｂで分離される。具体的には、光源１１により出射された光であってダイクロイックミラー１５ｒで反射した光のうち、緑色の波長の光はダイクロイックミラー１５ｂで反射され、青色の波長の光はダイクロイックミラー１５ｂを透過する。緑色の波長の光（以下、「緑色光」）は、液晶ライトバルブ２ｇに入射するとともに、青色の波長の光（以下、「青色光」）は、液晶ライトバルブ２ｂに入射する。

液晶ライトバルブ２ｒは、円偏光及び楕円偏光を直線偏光に変換（変調）する変調素子である偏光子としての入射側偏光板２１ｒ、入射側偏光板２１ｒを透過した赤色光が入射する液晶パネル２３ｒ、及び液晶パネル２３ｒを透過した赤色光が入射する検光子としての出射側偏光板２５ｒ等により構成されている。液晶ライトバルブ２ｒに入射した赤色光は、入射側偏光板２１ｒを透過することによって、直線偏光として液晶パネル２３ｒに入射する。

また、液晶ライトバルブ２ｇは、液晶ライトバルブ２ｒと同様に、偏光子としての入射側偏光板２１ｇ、入射側偏光板２１ｇを透過した緑色光が入射する液晶パネル２３ｇ、及び液晶パネル２３ｇを透過した緑色光が入射する検光子としての出射側偏光板２５ｇ等により構成されている。液晶ライトバルブ２ｇに入射した緑色光は、入射側偏光板２１ｇを透過することによって、直線偏光として液晶パネル２３ｒに入射する。

また、液晶ライトバルブ２ｂは、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇと同様に、偏光子としての入射側偏光板２１ｂ、入射側偏光板２１ｂを透過した青色光が入射する液晶パネル２３ｂ、及び液晶パネル２３ｂを透過した青色光が入射する検光子としての出射側偏光板２５ｂ等により構成されている。液晶ライトバルブ２ｂに入射した青色光は、入射側偏光板２１ｂを透過することによって、直線偏光として液晶パネル２３ｂに入射する。

各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、電気的信号である映像信号に基づいて光を変調する光変調素子である。具体的には、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、直線偏光の偏光軸を変化させる光変調素子であって、流動性のある液晶材料、この液晶材料を挟む２枚のガラス基板、及び映像信号に基づいて液晶材料に電圧を印加するための透明電極等により構成されている。透明電極は映像を構成する画素数に応じて複数設けられている。

各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、映像を生成するための光が入射する入射面２０ａと、この入射面２０ａに入射して変調された光が出射される出射面２０ｂとを有している（図４参照）。入射面２０ａ及び出射面２０ｂは、液晶材料を挟むガラス基板により構成される。

そして、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂには、各透明電極に対応する、即ち、映像を構成する画素の各々に対応する開口部２０（図４参照）が複数設けられている。開口部２０は、透明電極に接続された配線やトランジスターを除いた部分であって、光が通過する部分である。開口部２０は、互いに直交する縦方向及び横方向において、格子状に配列されている。即ち、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにおいて、開口部２０は横方向にｍ列設けられるとともに縦方向にｎ列設けられている。なお、ここでいう「ｍ」及び「ｎ」は任意の自然数である。

以上のように構成された液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、入射面２０ａに入射した直線偏光の偏光軸を、開口部２０毎に変化させることが可能な光変調素子である。液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにおいて、偏光軸は液晶材料に印加される電圧に応じて変化する。具体的には、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、それを構成する液晶材料に印加される電圧が低いほど、直線偏光の偏光軸を、光軸を中心にして大きく回転するように変化させる。このようにして、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、その入射面２０ａに入射した直線偏光の偏光軸を、開口部２０毎に制御する。

液晶パネル２３ｒは、その入射面２０ａに入射した赤色光の偏光軸を開口部２０毎に制御して、液晶パネル２３ｒの出射面２０ｂから赤色光が出射されることにより、液晶パネル２３ｒを赤色光が透過する。このようにして液晶パネル２３ｒを透過した赤色光は、偏光子と同様に構成された光変調素子である出射側偏光板２５ｒに入射して、赤色光が出射側偏光板２５ｒを透過することによって、赤色の映像が生成される。

また、液晶パネル２３ｇは、その入射面２０ａに入射した緑色光の偏光軸を開口部２０毎に制御して、液晶パネル２３ｇの出射面２０ｂから緑色光が出射されることにより、液晶パネル２３ｇを緑色光が透過する。このようにして液晶パネル２３ｇを透過した緑色光は、偏光子と同様に構成された光変調素子である出射側偏光板２５ｇに入射して、緑色光が出射側偏光板２５ｇを透過することによって、緑色の映像が生成される。

また、液晶パネル２３ｂは、その入射面２０ａに入射した青色光の偏光軸を開口部２０毎に制御して、液晶パネル２３ｂの出射面２０ｂから青色光が出射されることにより、液晶パネル２３ｂを青色光が透過する。このようにして液晶パネル２３ｂを透過した青色光は、偏光子と同様に構成された光変調素子である出射側偏光板２５ｂに入射して、青色光が出射側偏光板２５ｂを透過することによって、青色の映像が生成される。

以上のように、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂが直線偏光の偏光軸を変化させる変調を行うことによって、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂにおいて各色の映像が生成され、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂから各色の映像の光が出射される。そして、各色の映像の光（即ち、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂを透過した赤色光、緑色光、及び青色光）は、ダイクロイックプリズム３に入射する。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、略立方体形状のダイクロイックプリズム３は、複数の光学部品を貼り合わせて形成された色合成プリズムであって、赤色光、緑色光、及び青色光を合成する光合成部材である。

具体的には、ダイクロイックプリズム３は、４つの光学部品である三角プリズム３１，３２，３３，３４により構成されている。三角プリズム３１，３２，３３，３４は、直角二等辺三角形の形状を底面として、その底面から縦方向（直線方向）に延びた三角柱状のプリズムであって、それぞれ、縦方向からの平面視において直角となる１つの角３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂを有している。

そして、三角プリズム３１，３２，３３は、それぞれ、角３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを頂角として、この頂角に対向する平面である１つの入射面３１ａ，３２ａ，３３ａを有している。また、三角プリズム３４は、角３４ｂを頂角として、この頂角に対向する平面である１つの出射面３４ａを有している。

ダイクロイックプリズム３は、同プリズム３の内部（即ち中心部）において三角プリズム３１，３２，３３，３４の４つの角３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂが接合された中心接合部３ａを有している。縦方向に直交する平面において、ダイクロイックプリズム３が有する入射面３１ａ，３２ａ，３３ａの中央部は、それぞれ、液晶パネル２３ｇ，２３ｒ，２３ｂの出射面２０ｂの中央部と対向するように設けられている。即ち、縦方向に直交する平面において、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの中央部と、ダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａとは、同じ光軸上に設けられている。

角３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂが接合されることにより、入射面３１ａ，３２ａ，３３ａ及び出射面３４ａは、縦方向に延びて設けられるダイクロイックプリズム３の壁面を構成している。入射面３１ａには、液晶ライトバルブ２ｇを透過した緑色光が入射し、入射面３２ａには、液晶ライトバルブ２ｒを透過した赤色光が入射する。また、入射面３３ａには、液晶ライトバルブ２ｂを透過した青色光が入射する。

３方向からダイクロイックプリズム３に入射した各色の光は、同じ一方向に導かれて合成される。即ち、図示しない透明な接着剤層を介して４つの三角プリズム３１，３２，３３，３４が接合されたダイクロイックプリズム３において、その接合部分に、出射面３４ａに対して垂直な入射面３２ａ，３３ａに入射した赤色光及び青色光を出射面３４ａに向けて反射するダイクロイック膜（図示略）が設けられている。

このようにして、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂを透過した赤色光、緑色光、及び青色光がダイクロイックプリズム３で合成されることによって、３色以上のフルカラーの映像が生成される。

ダイクロイックプリズム３で合成された光であるフルカラーの映像の光は、出射面３４ａから出射されて投射部としての投射レンズ１６に入射する。そして、投射レンズ１６が映像の光をスクリーンや壁等の平面上に投射することによって、プロジェクタ１は映像を表示する。

以上のように、プロジェクタ１は、映像を生成するために光を変調する複数の光変調素子として液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂと、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂによって変調された映像表示用の光を合成するダイクロイックプリズム３と、ダイクロイックプリズム３により合成された光を投射する投射レンズ１６とを備えている。

ここで、本実施形態に係るプロジェクタ１は、ダイクロイックプリズム３に入射する光がその中心接合部３ａを回避するように光路を変更する光路変更部材としてレンズアレイ４（図１参照）を備えている。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、薄板状のレンズアレイ４は、変調された光（具体的には、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂを透過した光）が入射する入射面である平面４０ａと、平面４０ａに入射した光が出射される出射面である曲面４０ｂとを有するマイクロレンズアレイである。曲面４０ｂは、レンズアレイ４が有するレンズ４１の凸面である。即ち、レンズアレイ４は、縦方向に直交する横方向において並べられて設けられたレンズ４１を複数有している。そして、各レンズ４１は、光を透過させる方向に突出した凸面である曲面４０ｂを有し、これらの曲面４０ｂがレンズアレイ４から光を出射させる出射面として構成されている。

レンズアレイ４は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにおいて横方向に並べられて設けられた開口部２０毎に光路を変更するために、ｍ個のレンズ４１を有することが好ましい。なお、レンズアレイ４の図示の簡略化の観点から、図面においては、横方向において１２個のレンズ４１が並べられて設けられたレンズアレイ４が図示されている。

本実施形態においては、レンズ４１は縦方向に延びて設けられ、レンズ４１の断面形状は縦方向において変化しないように構成されている。即ち、図３（ａ）に示すように、１つのレンズ４１は円柱の一部となる形状であって、レンズ４１の曲面４０ｂは円柱状である。

図４に示すように、レンズアレイ４は出射面２０ｂに設けられている。なお、図４は、液晶パネル２３ｇの出射面２０ｂに設けられたレンズアレイ４を図示しているが、液晶パネル２３ｒ，２３ｂの出射面２０ｂにも、レンズアレイ４が同様に構成されている。即ち、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂにレンズアレイ４が設けられている。レンズアレイ４は、例えば、透明な接着剤層（図示略）を介してレンズアレイ４の平面４０ａが貼り付けられることによって、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂに対して固定されている。

以上のようにして各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂに設けられたレンズアレイ４において、開口部２０の各々に対応させてレンズ４１が設けられている。即ち、１つの開口部２０を通過した光が、１つのレンズ４１を透過するように構成されている。なお、１つのレンズ４１が、２つ以上の開口部２０に対応するように構成してもよい。

そして、縦方向に垂直な断面において、開口部２０の中心軸Ａに対して、その開口部２０に対応させたレンズ４１の光軸Ｂが、出射面２０ｂにおけるその開口部２０の位置に応じて偏芯の度合いが異なるように構成されている。以下、開口部２０の中心軸Ａと、その開口部２０を通過した光が透過するレンズ４１の光軸Ｂとの関係を、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。なお、ここでいう「光軸Ｂ」とは、縦方向に直交する断面において対称性を有するレンズ４１の対称軸（即ち、中心軸）である。

図４（ａ）〜（ｃ）は縦方向に直交する断面を示し、図４（ａ）は、複数のレンズ４１のうち出射面２０ｂの中央部に設けられたレンズ４１ａの光軸Ｂと、そのレンズ４１ａに対応する開口部２０の中心軸Ａとの関係を示している。また、図４（ｃ）は、複数のレンズ４１のうち出射面２０ｂの端部に設けられたレンズ４１ｃの光軸Ｂと、そのレンズ４１ｃに対応する開口部２０の中心軸Ａとの関係を示している。また、図４（ｂ）は、レンズ４１ａよりも出射面２０ｂの端部側に設けられ、かつ、レンズ４１ｃよりも出射面２０ｂの中央部側に設けられたレンズ４１ｂの光軸Ｂと、そのレンズ４１ｂに対応する開口部２０の中心軸Ａとの関係を示している。

図４（ａ）に示すように、出射面２０ｂの中央部に設けられたレンズ４１ａの光軸Ｂは、そのレンズ４１ａを透過する光が通過する開口部２０の中心軸Ａに対して、出射面２０ｂの端部側に偏芯している。レンズ４１ａの光軸Ｂとレンズ４１ａに対応する開口部２０の中心軸Ａの間隔は、レンズ４１ｂの光軸Ｂとレンズ４１ｂに対応する開口部２０の中心軸Ａの間隔に比べて大きい。本実施形態においては、レンズ４１ａからレンズ４１ｂに向かうにつれて、レンズ４１の光軸Ｂと、そのレンズ４１に対応する開口部２０の中心軸Ａとの間隔は小さくなり、図４（ｂ）に示すように、レンズ４１ｂの光軸Ｂとレンズ４１ｂに対応する開口部２０の中心軸Ａは同じである。

また、図４（ｃ）に示すように、出射面２０ｂの端部に設けられたレンズ４１ｃの光軸Ｂは、そのレンズ４１ｃを透過する光が通過する開口部２０の中心軸Ａに対して、出射面２０ｂの中央部側に偏芯している。即ち、本実施形態においては、レンズ４１ｂからレンズ４１ｃに向かうにつれて、レンズ４１の光軸Ｂと、そのレンズ４１に対応する開口部２０の中心軸Ａとの間隔は大きくなる。従って、出射面２０ｂの中央部側と端部側においては、開口部２０の中心軸Ａに対して、その開口部２０を通過した光が透過するレンズ４１の光軸Ｂが個別の方向に偏芯している。

以上のような構成を備えたレンズアレイ４は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂから出射される光を屈折させて光路を変更する。以下、模式図である図５（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、レンズアレイ４により変更される光路を具体的に説明する。なお、縦方向に直交する断面図である図５は、液晶パネル２３ｇに設けられたレンズアレイ４により屈折された光を図示しているが、液晶パネル２３ｒ，２３ｂに設けられたレンズアレイ４によっても同様に光が屈折される。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、光源１１からの光は集光レンズ１４により集光されながら液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂに入射するため、所定範囲の角度から液晶パネル２３ｇに光が入射する。図５（ａ）は、横方向の一方から液晶パネル２３ｇに斜めに入射する光Ｌ１の光路を示す図であって、図５（ｂ）は、横方向の他方から液晶パネル２３ｇに斜めに入射する光Ｌ２の光路を示す図である。

図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズアレイ４は、液晶パネル２３ｇの出射面２０ｂの中央部から出射される光Ｌ１，Ｌ２を、出射面２０ｂの端部側に屈折させる。具体的には、レンズアレイ４が、出射面２０ｂの中央部に設けられたレンズ４１ａにおいて、出射面２０ｂから出射される光を出射面２０ｂの横方向における端部側に屈折させる。従って、図６（ａ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｇを透過した緑色光は、ダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａを回避して、ダイクロイックプリズム３の出射面３４ａから出射される。また、図６（ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｒを透過した赤色光は、ダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａを回避して、ダイクロイックプリズム３の出射面３４ａから出射される。また、図６（ｃ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｂを透過した青色光は、ダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａを回避して、ダイクロイックプリズム３の出射面３４ａから出射される。

さらに、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズアレイ４は、液晶パネル２３ｇの出射面２０ｂの端部から出射される光Ｌ１，Ｌ２を、出射面２０ｂの中央部側に屈折させる。具体的には、レンズアレイ４が、出射面２０ｂの端部に設けられたレンズ４１ｃにおいて、出射面２０ｂから出射される光を出射面２０ｂの横方向における中央部側に屈折させる。従って、図６（ａ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｇを透過してダイクロイックプリズム３に入射した緑色光が、ダイクロイックプリズム３の壁面である入射面３２ａ，３３ａにおいて反射することが抑制される。また、図６（ｂ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｒを透過してダイクロイックプリズム３に入射した赤色光が、ダイクロイックプリズム３の壁面である入射面３２ａ及び出射面３４ａにおいて反射することが抑制される。図６（ｃ）に示すように、液晶ライトバルブ２ｂを透過してダイクロイックプリズム３に入射した青色光が、ダイクロイックプリズム３の壁面である入射面３３ａ及び出射面３４ａにおいて反射することが抑制される。

従来のプロジェクタにおいては、図８に示すように、液晶ライトバルブ１０２ｇの端部を透過した光は、プリズム１０３の壁面１３２ａ，１３３ａに向けてプリズム１０３に入射していた。このように入射した光が、プリズム１０３の壁面１３２ａ，１３３ａにおいて反射することにより、図９に示すように映像の端部が暗くなったり、光漏れが発生したりするというおそれがあった。従って、本実施形態においては、ダイクロイックプリズム３（光合成部材）に入射した光がその壁面である入射面３２ａ，３３ａ及び出射面３４ａにおいて反射することに起因して発生する光の利用効率の低下が抑制される。

本実施形態のプロジェクタ１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）プロジェクタ１は、ダイクロイックプリズム３に入射する光が中心接合部３ａを回避するように光路を変更する光路変更部材としてレンズアレイ４を備える。従って、ダイクロイックプリズム３に入射する光が中心接合部３ａを回避するように、その光の光路がレンズアレイ４によって変更される。このため、ダイクロイックプリズム３に入射する光が、中心接合部３ａにおいて乱反射すること等を抑制することができる。また、ダイクロイックプリズム３に入射して中心接合部３ａを回避した光は映像の表示に供することができるため、ダイクロイックプリズム３に入射した光が中心接合部３ａにおいて吸収される構成に比べて、映像の表示に利用される光の利用効率が高い。よって、上記構成によれば、ダイクロイックプリズム３における光の利用効率の低下を抑制することができ、かつ、映像においてダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａの影が生じないようにすることができる。

（２）ダイクロイックプリズム３に入射する光が中心接合部３ａを回避するように光路を変更する光路変更部材は、複数のレンズ４１を有するレンズアレイ４により構成されている。このため、各レンズ４１により光路を細かく変更することができる。

（３）レンズアレイ４を構成するレンズ４１の曲面４０ｂが円柱状である。このため、レンズ４１の曲面４０ｂが球面状である場合に比べて、レンズアレイ４の断面形状を簡素化することができる。

（４）液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂには映像を構成する画素の各々に対応する開口部２０が設けられ、開口部２０の各々に対応させてレンズ４１が設けられている。このため、開口部２０毎に光路を変更することができる。また、レンズアレイ４を構成するレンズ４１の曲面４０ｂが円柱状である場合には、横方向において配列された開口部２０毎に光路を変更することができ、かつ、縦方向において配列された開口部２０の各々に対応させるレンズを１つのレンズ４１で構成することができる。

（５）液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂは、変調された光（即ち、偏光軸が制御された光）が出射される出射面２０ｂを有し、レンズアレイ４は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂの中央部から出射される光を、その出射面２０ｂの端部側（即ち、光軸から遠ざかる方向）に屈折させる。このため、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの中央部と中心接合部３ａが同じ光軸上に設けられている場合であっても、出射面２０ｂの端部側に光を屈折させることにより、光は中心接合部３ａを回避する。

（６）レンズアレイ４は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂの端部から出射される光を、その出射面２０ｂの中央部側（即ち、光軸に近づく方向）に屈折させる。このため、ダイクロイックプリズム３に入射した光が、ダイクロイックプリズム３の壁面（入射面３２ａ，３３ａ及び出射面３４ａ）において反射することを抑制することができる。従って、ダイクロイックプリズム３の壁面における光の反射に起因して発生する映像の端部の光量低下を抑制することができる。

（７）プロジェクタ１は、光変調素子として光の３原色に対応した３つの液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂを備え、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの各々にレンズアレイ４が設けられている。従って、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂを透過した光は、それぞれ、ダイクロイックプリズム３が有する中心接合部３ａを回避するように光路が変更されるため、いわゆる３板方式の液晶プロジェクタ１において、映像においてダイクロイックプリズム３の中心接合部３ａの影が生じることを効果的に抑制することができる。

また、本実施形態の液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂによれば、以下の効果を得ることができる。
（８）映像を生成するために光を変調する光変調素子である液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにおいて、出射面２０ｂに、この出射面２０ｂの中央部から出射される光を出射面２０ｂの端部側に屈折させるレンズアレイ４が設けられている。このため、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの中央部と中心接合部３ａとを同じ光軸上に設けることにより、光は中心接合部３ａを回避する。その結果、上記（１）の効果を得ることができる。また、上記（６）の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよく、以下の変更を組み合わせて実施してもよい。

・上記実施形態において、球面状のレンズを有するレンズアレイ（不図示）により光路変更部材を構成してもよい。即ち、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂと同様に、球面状のレンズが横方向にｍ列設けられるとともに縦方向にｎ列設けられているレンズアレイにより光路変更部材を構成してもよく、このように構成しても、開口部２０の各々に対応させてレンズを設けることができる。

・上記実施形態において、光路変更部材が、図７に示すような複数のプリズム要素５１を有するプリズムアレイ５により構成されていてもよい。以下、図７に示すプリズムアレイ５を詳しく説明する。

図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、薄板状のプリズムアレイ５は、変調された光が入射する入射面である平面５０ａと、平面５０ａに入射した光が出射される出射面である平面５０ｂとを有するマイクロプリズムアレイである。平面５０ｂは、プリズムアレイ５が有するプリズム要素５１の壁面である。即ち、プリズムアレイ５は、横方向において並べられて設けられたプリズム要素５１を複数有している。そして、各プリズム要素５１は、横方向に対して０度以上の所定の角度をなす壁面である平面５０ｂを有し、これらの平面５０ｂがプリズムアレイ５から光を出射させる出射面として構成されている。

プリズムアレイ５は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂにおいて横方向に並べられて設けられた開口部２０毎に光路を変更するために、ｍ個のプリズム要素５１を有することが好ましい。なお、プリズムアレイ５の図示の簡略化の観点から、図面においては、横方向において１０個のプリズム要素５１が並べられて設けられたプリズムアレイ５が図示されている。また、図７に示すプリズム要素５１は縦方向に延びて設けられ、プリズム要素５１の断面形状は縦方向において変化しないように構成されている。即ち、プリズム要素５１は角柱状である。

プリズムアレイ５は、レンズアレイ４と同様にして、各液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂに設けられる。このように液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂに設けられたプリズムアレイ５は、レンズアレイ４と同様に、１つの開口部２０を通過した光が１つのプリズム要素５１を透過するように、開口部２０の各々に対応させてプリズム要素５１が設けられる。なお、１つのプリズム要素５１が、２つ以上の開口部２０に対応するように構成してもよく、図７に示すプリズム要素５１ｂは、２つの開口部２０に対応している。

そして、縦方向に垂直な断面において、プリズム要素５１が有する平面５０ｂの横方向に対する傾斜が、そのプリズム要素５１を透過する光が通過する開口部２０の出射面２０ｂにおける位置に応じた度合いとなるように構成されている。従って、出射面２０ｂの中央部に設けられるプリズム要素５１ａと、出射面２０ｂの端部に設けられるプリズム要素５１ｃと、プリズム要素５１ａよりも出射面２０ｂの端部側に設けられ、かつ、プリズム要素５１ｃよりも出射面２０ｂの中央部側に設けられたプリズム要素５１ｂとにおいて、それらの平面５０ｂの傾斜態様は異なっている。

具体的には、複数のプリズム要素５１のうち出射面２０ｂの中央部に設けられるプリズム要素５１ａの平面５０ｂは、出射面２０ｂの端部側に向かうにつれてプリズム要素５１が厚くなるように、横方向に対して傾斜している。そして、プリズム要素５１ａからプリズム要素５１ｂに向かうにつれて、プリズム要素５１が有する平面５０ｂの横方向に対する傾斜度合いは小さくなり、プリズム要素５１ｂの平面５０ｂは、横方向に対して平行になる。

また、複数のプリズム要素５１のうち出射面２０ｂの端部に設けられるプリズム要素５１ｃの平面５０ｂは、中央部側に向かうにつれてプリズム要素５１が厚くなるように、横方向に対して傾斜している。図７に示すプリズムアレイ５においては、プリズム要素５１ａとプリズム要素５１ｃとが有する平面５０ｂは、互いに異なる方向に傾斜し、プリズム要素５１ｂからプリズム要素５１ｃに向かうにつれて、プリズム要素５１が有する平面５０ｂの横方向に対する傾斜度合いは大きくなっている。

プリズムアレイ５は、レンズアレイ４と同様に、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂの中央部から出射される光Ｌ１，Ｌ２を、出射面２０ｂの端部側に屈折させる。具体的には、プリズムアレイ５が、出射面２０ｂの中央部に設けられたプリズム要素５１ａにおいて、出射面２０ｂから出射される光を出射面２０ｂの横方向における端部側に屈折させる。

さらに、プリズムアレイ５は、レンズアレイ４と同様に、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂの端部から出射される光Ｌ１，Ｌ２を、出射面２０ｂの中央部側に屈折させる。具体的には、プリズムアレイ５が、出射面２０ｂの端部に設けられたプリズム要素５１ａにおいて、出射面２０ｂから出射される光を出射面２０ｂの横方向における中央部側に屈折させる。

以上のように、光路変更部材が、複数のプリズム要素５１を有するプリズムアレイ５であっても、上記（１）〜（８）に準じた効果を得ることができる。具体的には、各プリズム要素５１により光路を細かく変更することができ、また、光路変更部材が球面状のレンズを有するレンズアレイである場合に比べて光路変更部材の断面形状を簡素化することができる。また、画素に対応する開口部２０毎に光路を変更することができる。さらに、横方向において配列された開口部２０毎に光路を変更することができ、かつ、縦方向において配列された開口部２０の各々に対応させるプリズム要素を１つのプリズム要素５１で構成することができる。

・光路変更部材は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂに設けられていなくてもよい。例えば、液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂを構成する出射側偏光板２５ｒ，２５ｇ，２５ｂ等の他の光変調素子に光路変更部材が設けられていてもよい。また、光変調素子とは別個に光路変更部材が設けられていてもよい。

・光路変更部材が設けられる光変調素子は、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂでなくてもよく、光路変更部材が液晶ライトバルブ２ｒ，２ｇ，２ｂに設けられていなくてもよい。例えば、光の３原色に対応した３つのＬＥＤ（Light Emitting Diode）から出射された赤色光、緑色光、及び青色光を、クロスダイクロイックプリズムにより合成して光源の白色光を生成する投写型映像表示装置（不図示）において、上記光路変更部材を備える構成としてもよい。

なお、上記実施形態においては、液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂの出射面２０ｂにレンズアレイ４が貼り付けて固定されていたが、レンズアレイ４を液晶パネル２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ内に組み込んだ構成にしてもよい。

・複数の光学部品の角が接合された中心接合部を内部に有するのであれば、クロスダイクロイックプリズム以外の光合成部材についても、本発明を適用して上述の効果を得ることができる。

１…液晶プロジェクタ（投写型映像表示装置）、２ｒ，２ｇ，２ｂ…液晶ライトバルブ、３…クロスダイクロイックプリズム（光合成部材）、３ａ…中心接合部、４…レンズアレイ（光路変更部材）、５…プリズムアレイ（光路変更部材）、１１…光源、１２…インテグレータレンズ、１３…偏光変換素子、１４…集光レンズ、１５ｒ，１５ｂ…ダイクロイックミラー、１６…投射レンズ（投射部）、１７…反射ミラー、２０…開口部、２０ａ…入射面、２０ｂ…出射面、２１ｒ，２１ｇ，２１ｂ…入射側偏光板、２３ｒ，２３ｇ，２３ｂ…液晶パネル（光変調素子）、２５ｒ，２５ｇ，２５ｂ…出射側偏光板、３１，３２，３３，３４…三角プリズム（光学部品）、３１ａ，３２ａ，３３ａ…入射面（壁面）、３４ａ…出射面（壁面）、３１ｂ，３２ｂ，３３ｂ，３４ｂ…角、４０ａ…平面（入射面）、４０ｂ…曲面（出射面）、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ…レンズ、５０ａ…平面（入射面）、５０ｂ…平面（出射面）、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ…プリズム要素、Ａ…開口部の中心軸、Ｂ…レンズの光軸、Ｌ１，Ｌ２…光。

Claims (11)

1. 映像表示用の光を合成する光合成部材と、前記光合成部材により合成された光を投射する投射部とを備え、前記光合成部材は、該光合成部材の内部において複数の光学部品の角が接合された中心接合部を有する投写型映像表示装置であって、
   前記光合成部材に入射する光が前記中心接合部を回避するように光路を変更する光路変更部材を備える
   ことを特徴とする投写型映像表示装置。
2. 前記光路変更部材は、複数のレンズを有するレンズアレイにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
3. 前記レンズの曲面が円柱状であることを特徴とする請求項２に記載の投写型映像表示装置。
4. 映像を生成するために光を変調する複数の光変調素子を備え、前記光合成部材は、映像表示用の光として前記光変調素子の各々により変調された光を合成し、
   前記光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、前記開口部の各々に対応させて前記レンズが設けられている
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の投写型映像表示装置。
5. 前記光路変更部材は、複数のプリズム要素を有するプリズムアレイにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
6. 映像を生成するために光を変調する複数の光変調素子を備え、前記光合成部材は、映像表示用の光として前記光変調素子の各々により変調された光を合成し、
   前記光変調素子には映像を構成する画素の各々に対応する開口部が設けられ、前記開口部の各々に対応させて前記プリズム要素が設けられている
   ことを特徴とする請求項５に記載の投写型映像表示装置。
7. 前記光変調素子は変調された光が出射される出射面を有し、
   前記光路変更部材は、前記出射面の中央部から出射される光を該出射面の端部側に屈折させる
   ことを特徴とする請求項４または６に記載の投写型映像表示装置。
8. 前記光路変更部材は、前記出射面の端部から出射される光を該出射面の中央部側に屈折させることを特徴とする請求項７に記載の投写型映像表示装置。
9. 前記光変調素子として光の３原色に対応した３つの液晶パネルを備え、前記液晶パネルの各々を透過した光は前記光合成部材に入射して合成され、前記液晶パネルの各々に前記光路変更部材が設けられていることを特徴とする請求項４，６，７，８のいずれか一項に記載の投写型映像表示装置。
10. 映像を生成するために光を変調するとともに、変調された光が出射される出射面を有する光変調素子であって、
    前記出射面に、該出射面の中央部から出射される光を該出射面の端部側に屈折させる光路変更部材が設けられている
    ことを特徴とする光変調素子。
11. 前記光路変更部材は、さらに、前記出射面の端部から出射される光を該出射面の中央部側に屈折させることを特徴とする請求項１０に記載の光変調素子。

Images