JP3278084B2 - 表示装置及びそれを用いた投射装置 - Google Patents

表示装置及びそれを用いた投射装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表示装置及びそれを用い
た投射装置に関し、特に駆動信号（電気信号）によって
光学特性、例えば透過率が変化する画素をマトリックス
状に複数個配置した、例えば液晶ライトバルブ（液晶表
示パネル）に光源からの光束を入射させ、該入射光束を
該ライトバルブで光変調させて画像表示を行ない、又該
画像情報を所定面（スクリーン面）上に投影する際に好
適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より液晶ライトバルブ（液晶表示パ
ネル）を用いて画像情報の表示を行なう表示装置や、該
表示装置で形成された画像情報をスクリーン面上に投影
するようにした投射装置が種々と提案されている。
【０００３】一般に液晶ライトバルブは複数の画素をマ
トリックス状に配列して構成しており、複数の画素の透
過率を駆動電圧を印加して変化させて入射光束を光変調
させることにより画像情報の表示を行なっている。
【０００４】図８は従来の液晶ライトバルブを用いてカ
ラー画像を投影する投射装置（液晶プロジェクター）の
要部概略図である。
【０００５】図中１１１，１１２，１１３は各々青色
（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）の各色に対応したモノ
クローム画像を表示するＴＮ型などの液晶パネルであ
る。
【０００６】１０１はメタルハライドランプなどの白色
光源である。１０２は白色光源１０１から発した光束を
効果的に液晶パネル１１１，１１２，１１３の方向へ導
く為の放物面形状などのリフレクターである。１０３は
白色光に含まれる紫外線と赤外線をカットするためのフ
ィルターである。
【０００７】１０４は白色光源１０１からの光束を第１
の色光（例えばＧ）と第２，３の色光（Ｒ，Ｂ）に分離
するための第１のダイクロイックミラーである。１０５
は第２の色光（Ｒ）と第３の色光（Ｂ）に分離するため
の第２のダイクロイックミラーである。１０９は第１の
色光（Ｇ）を反射する全反射ミラーで、１０８は第３の
色光（Ｂ）を反射する全反射ミラーである。１０６は第
１の色光（Ｇ）と第２の色光（Ｒ）を合成するための第
３のダイクロイックミラーである。１０７は第１，２の
色光（Ｇ，Ｒ）と第３の色光（Ｂ）を合成するための第
４のダイクロイックミラーである。
【０００８】１１０は液晶パネル１１１，１１２，１１
３の画像をスクリーンＳに投影する投影レンズである。
１１４，１１５，１１６は各液晶パネル１１１，１１
２，１１３に至る照明光を投射レンズ１１０のパネル側
瞳上に集光するためのコンデンサーレンズである。
【０００９】尚、各液晶パネル１１１，１１２，１１３
の前後には偏光方向の直交する偏光フィルターがおか
れ、液晶パネルの入射側の偏光フィルターは照明光を偏
光とする偏光子としての作用をし、射出側の偏光フィル
ターは液晶パネルで偏光方向が旋回しない光をカットし
変調する検光子としての作用をしている。
【００１０】同図では以上のような構成により液晶パネ
ル１１１，１１２，１１３に形成された画像情報を重ね
合わせて投写レンズ１１０によりスクリーンＳ面上に投
影している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】液晶ライトバルブ（液
晶パネル）を用いた投射装置では、その液晶パネルの開
口率が数１０％しかなく、液晶パネルにより投射光量が
大幅に減少してしまう欠点があった。
【００１２】これを解決する手段として特開平２−１１
５８８９号公報では図９に示すように液晶パネルの各画
素８１ごとに微小なレンズ８２を設け、液晶パネル上に
集光するようにして、光量の損失を少なくするようにし
た投射装置を提案している。
【００１３】しかしながら同公報で提案されている投射
装置では図９に示すように液晶パネルから射出する光束
が大きく広がりＦナンバーＦＮｏの小さな明るい投射レ
ンズを用いる必要があった。
【００１４】又、特開平２−２６２１８５号公報では図
１０に示すように各画素毎の液晶素子９１をはさんで対
称な位置に液晶素子９１に焦点のある微小レンズ９２，
９３を置き、液晶パネル９１からの出射光束を平行と
し、光束の広がりを抑えた投射装置を提案している。
【００１５】しかしながら同公報で提案されている投射
装置は図１０に示すように２つの微小レンズ９２，９３
の大きさは画素の大きさより大きくできないので、第２
のレンズ９３による光束のケラレが発生し、微小レンズ
の効果を損なってしまうという欠点があった。
【００１６】本発明は複数の画素をマトリックス状に配
列した液晶ライトバルブ（液晶パネル）に対して複数の
微小レンズ（集光部材）を有した第１集光手段を適切に
配置した表示装置を用いることにより、比較的大きなＦ
ナンバーの暗い投射レンズであっても液晶パネルに表示
された画像情報を光量の損失を少なくしつつ明るく投射
することができる表示装置及びそれを用いた投射装置の
提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の表示装
置はマトリックス状の複数の画素と、該複数の画素の光
入射側に複数の集光部材をマトリックス状に配置した第
１集光手段とを有し、前記複数の画素の光学特性を変化
させることにより光変調して画像情報を形成する投射装
置用の表示装置であって、前記第1集光手段に入射した
相異なる入射角度を有する複数の光束はそれぞれ前記画
素を介して前記第1集光手段の焦点位置に集光した後、
発散光束となって前記表示装置から出射し、前記第１集
光手段の焦点距離は前記第１集光手段の後面から該画素
の光軸方向の中心までの距離の１．３倍から２．５倍の
範囲内にあることを特徴としている。
【００１８】請求項２の発明の投射装置は請求項１に記
載の投射装置用の表示装置と、該表示装置により形成し
た画像情報を投影する投影系とを有することを特徴とし
ている。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【実施例】図１は本発明の表示装置を用いた投射装置の
実施例１の要部概略図である。
【００２３】図１の実施例１は一般的なカラー液晶に形
成された投影像原画を投影するカラー液晶プロジェクタ
ーに適用した場合を示している。
【００２４】図中、３０は白色光源でコリメートされた
光束を射出している。２１，２２，２３は各々赤用、緑
用、青用の液晶表示素子（液晶ライトバルブ）を用いた
表示装置である。各表示装置２１，２２，２３は制御手
段３６からの制御信号によって光の透過率や反射率が変
化する複数の画素より成り、光源３０からの光を変調
し、画像を形成している。
【００２５】液晶ライトバルブは複数の画素をマトリッ
クス状に配列した構成より成っている。３３ａ，３３
ｂ，３３ｃは各々反射ミラー、３１は赤反射ダイクロイ
ックミラーで赤色光を反射し赤用の表示装置２１を照明
している。３２，３３は緑反射ダイクロイックミラーで
緑用の表示装置２２を照明及び反射している。
【００２６】青用の表示装置２３は赤反射ダイクロイッ
クミラー３１と緑反射ダイクロイックミラー３２を通過
した青色光で照明される。３４は青反射ダイクロイック
ミラーである。光源３０、反射ミラー３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ、ダイクロイックミラー３１，３２，３３，３４
等は照明手段の一要素を構成している。
【００２７】同図においては白色光源３０からの白色光
をダイクロイックミラー（３１，３２，３３，３４）で
赤、緑、青の各色光に色分解し、これら赤、緑、青の各
色光により各々赤、緑、青用の表示装置（２１，２２，
２３）を照明し、これらの各色光に基づく表示装置（２
１，２２，２３）の像を投影系３５によりスクリーンＳ
面上に重ねて投影し、カラー画像を得ている。
【００２８】図２は図１に用いた表示装置２１，２２，
２３の説明図である。図２では表示装置を構成する複数
の画素のうちの１つの画素近傍を示している。
【００２９】図２において１は液晶ライトバルブを構成
する複数の画素のうちの１画素である。１１は１画素１
のうちの光が透過する開口部、１２は光が遮光される遮
蔽部である。２は各画素毎に設けた照明光を集光する集
光部材であり、例えばレンズ、フレネルレンズ、回折格
子、そして表面に垂直な軸から半径方向に屈折率分布を
持つ平行平板等から成っている。同図ではレンズを用い
た場合を示している。
【００３０】本実施例では図２に示した画素１を複数
個、マトリックス状に配列して液晶ライトバルブを構成
している。又複数の画素に各々対応してレンズ２に示す
ような集光部材を複数個対向配置して第１集光手段を構
成している。１つの画素１と１つの集光部材２は１つの
画素ユニット１ａを構成している。
【００３１】本実施例ではこのような構成の液晶ライト
バルブと第１集光手段より表示装置を構成している。
【００３２】本実施例では図２に示すようにレンズ（集
光部材）２からレンズ２の集光点２ａまでの距離（即ち
レンズ２の焦点距離ｆ）が、レンズ２の後面から画素１
の光軸方向の中心（画素１の光軸方向の厚さの中心）ま
での距離Ｌの１．３倍から２．５倍の範囲内としてい
る。即ち １．３＜ｆ／Ｌ＜２．５ ‥‥‥（１） となるように各要素を設定している。
【００３３】この条件式（１）は、液晶ライトバルブの
照明光が画素１の開口部１１に集光せず、該開口部１１
を通過し、前記画素１のレンズ２を配置した側と反対側
にある集光点２aで集光状態となる、即ちレンズ２から
の光束の拡がり角が図９に図示した従来技術と比べて小
さくなる、ということを表している。この条件式（１）
において、f/Lが下限値（1.3）を下回ると、従来技術
(図９)の画素上で照明光を集光させる場合の拡がり角と
比べて格別の差は見られない。よって、後続の投射系の
瞳にケラレる光の量は従来技術とあまり変わらなくなっ
てしまう。また、ｆ/Lが上限値（2.5）を上回る、即ち
レンズ２の焦点距離が長いということは、レンズ２の屈
折力が弱いということを示すこととなる。レンズ２の屈
折力が弱ければ、第１の集光手段に入射する照明光を前
記画素の開口部に集める力が弱まってしまう。そのた
め、画素の遮蔽部１２で遮蔽される光の量が増え、光の
利用効率が下がってしまう。以上の理由から、条件式
（１）を満たすことは、光の利用効率を上げるためには
必要不可欠である。
【００３４】図３は本発明の表示装置の実施例２の説明
図である。図２と同様に表示装置を構成する複数の画素
のうちの１つの画素近傍を示している。
【００３５】本実施例では図２の実施例１に比べて画素
１の射出側にも複数の画素に対応して各々複数の集光部
材３より成る第２集光手段を配置している点が異なって
いる。
【００３６】集光部材３は画素１からの射出光束の拡が
り角を小さくなるように各画素１から射出する光束の向
きを制御して、光束のケラレを少なくしている。本実施
例では集光部材３をレンズより構成している。
【００３７】集光部材３は集光部材２の集光点２ａ近傍
に配置されており、又集光部材３の焦点位置が集光部材
２近傍に位置するように各要素の屈折力を設定してい
る。画素１と集光部材２そして集光部材３は１つの画素
ユニット１ａを構成している。
【００３８】尚、本実施例において第１集光手段と第２
集光手段とを液晶ライトバルブと共に貼り合わせて構成
しても良い。又第１集光手段と第２集光手段とを同一形
状のレンズより構成しても良い。
【００３９】又、第１集光手段と液晶ライトバルブとの
間又は第２集光手段と液晶ライトバルブとの間に偏光フ
ィルターや位相フィルターそしてカラーフィルター等を
設けて構成しても良い。
【００４０】図４は本発明の表示装置の実施例３の説明
図である。図４では表示装置を構成する複数の画素のう
ちの１つの画素近傍を示している。
【００４１】本実施例では図２の実施例１の透過型の液
晶ライトバルブの代わりに反射型の液晶ライトバルブを
用いている点が異なっており、その他の構成は同じであ
る。
【００４２】図４において１３は反射部であり、画素１
毎に設けられている。点線の光束Ｌａは光源からの照明
光であり、実線の光束Ｌｂはライトバルブ１の反射部１
３で反射した画像情報を有した光束である。
【００４３】レンズ２から、その集光点２ａまでの距離
ｆとレンズ２から画素１の中心までの距離Ｌは前述の条
件式（１）を満足するように設定されている。
【００４４】図５は本発明の表示装置を用いた投射装置
の実施例２の要部概略図である。本実施例の表示装置４
０は図３に示す画素ユニット１ａを図６に示すようにマ
トリックス状に複数個配列した構成より成っている。
【００４５】図５において４１はメタルハライドランプ
等の白色光源、４２は放物面等のコールドミラーから成
る反射鏡で白色光源４１からの光束を反射させている。
４３はコンデンサーレンズであり、白色光源４１からの
照明光を効率良く表示装置４０に導光している。表示装
置４０は図６に示すように複数の集光部材を有する第１
集光手段４４、複数の画素を有する液晶ライトバルブ４
５そして複数の集光部材を有する第２集光手段４６より
成っている。
【００４６】図５において４７は投影系であり、表示装
置４０に形成された画像情報をスクリーン（不図示）面
上に投影している。４７ａは投影系４７の入射瞳であ
り、その面上に白色光源４１の像がコンデンサーレンズ
４３と表示装置４０を介して結像するようにしている。
【００４７】表示装置４０は図６に示すように各画素の
開口部の中心と投影系４７の入射瞳４７ａの中心を結ぶ
線Ｌａi （ｉ＝１，〜ｎ）が第１集光手段４４の各レン
ズの中心と第２集光手段４６の各レンズの中心とを通過
するように各要素を構成している。
【００４８】これにより各画素からの射出光束が入射瞳
４７ａ上で重なるようにして、液晶ライトバルブ４５か
らの光束を効率良く投影系４７の入射瞳４７ａに集光し
ている。
【００４９】本実施例において第１集光手段４４と液晶
ライトバルブ４５との間、及び第２集光手段４６と液晶
ライトバルブ４５との間に偏光フィルターや位相フィル
ターを設けても良い。
【００５０】又、Ｒ，Ｇ，Ｂ色用のカラーフィルターを
設けてカラー画像の投影を行なっても良い。コンデンサ
ーレンズ４３と表示装置４０の組合わせを３つ用いて図
１の表示装置２１，２２，２３の位置に各々配置してカ
ラー画像の投影を行なうようにしても良い。
【００５１】図７は本発明の表示装置を用いた投射装置
の実施例３の要部概略図である。
【００５２】同図において６３は第１集光手段、６４は
液晶ライトバルブ、６５は第２集光手段であり、これよ
り表示装置４０を構成しており、この構成は図６に示す
構成と略同じである。６６１，６６２は各々投影系６６
の一部を構成するレンズである。
【００５３】本実施例では投影系６６の表示装置４０側
をテレセントリック系とし、投影系６６の入射瞳６６ａ
が無限遠に位置するようにしている。これにより第１集
光手段６３と第２集光手段６５とを液晶ライトバルブ６
４に対して対称形となるように構成している。この他の
構成は図５の実施例２と同様である。
【００５４】
【発明の効果】本発明によれば前述の如く複数の画素を
マトリックス状に配列した液晶ライトバルブ（液晶パネ
ル）に対して複数の微小レンズ（集光部材）を有した第
１集光手段を適切に配置した表示装置を用いることによ
り、比較的大きなＦナンバーの暗い投射レンズであって
も液晶パネルに表示された画像情報を光量の損失を少な
くしつつ明るく投射することができる表示装置及びそれ
を用いた投射装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例
１の要部概略図
【図２】 本発明の表示装置の実施例１の一部分の説明
図
【図３】 本発明の表示装置の実施例２の一部分の説明
図
【図４】 本発明の表示装置の実施例３の一部分の説明
図
【図５】 本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例
２の要部概略図
【図６】 図５の一部分の説明図
【図７】 本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例
３の要部概略図
【図８】 従来の投射装置の概略図
【図９】 従来の表示装置の概略図
【図１０】 従来の表示装置の概略図
【符号の説明】
１ 画素 ２，３ 集光部材 １ａ 画素ユニット ２１，２２，２３ 液晶ライトバルブ ３１，３２，３３ ダイクロイックミラー ３０，４１ 光源 ３５，４７，６６ 投射系 ３６ 制御手段 ４０ 表示装置 ４３ コンデンサーレンズ ４４ 第１集光手段 ４５ ライトバルブ ４６ 第２集光手段

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マトリックス状の複数の画素と、該複数
    の画素の光入射側に複数の集光部材をマトリックス状に
    配置した第１集光手段とを有し、前記複数の画素の光学
    特性を変化させることにより光変調して画像情報を形成
    する投射装置用の表示装置であって、前記第1集光手段
    に入射した相異なる入射角度を有する複数の光束はそれ
    ぞれ前記画素を介して前記第1集光手段の焦点位置に集
    光した後、発散光束となって前記表示装置から出射し、
    前記第１集光手段の焦点距離は前記第１集光手段の後面
    から該画素の光軸方向の中心までの距離の１．３倍から
    ２．５倍の範囲内にあることを特徴とする投射装置用の
    表示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の投射装置用の表示装置
    と、該表示装置により形成した画像情報を投影する投影
    系とを有することを特徴とする投射装置。
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