JP3291448B2

JP3291448B2 - 偏光照明装置及び該偏光照明装置を用いた投写型表示装置

Info

Publication number: JP3291448B2
Application number: JP00845097A
Authority: JP
Inventors: 栄明宮下; 義広佐々木; 弘樹木場; 真一奥野; 直之池田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-21
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH10206983A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光方向を揃えた
光を用いて、液晶パネルの照明領域を照明する装置及び
該照明装置を用いて、スクリーンに画像を表示する投写
型表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、大画面映像を表示する装置と
して、液晶パネル等に表示された画像を、光源からの強
力な光で照明し、スクリーン上に投写する投写型表示装
置が知られている。ここに於いて、液晶パネル内の液晶
分子の配列方向に対応する偏光だけが、液晶パネルを通
過するから、一般的には光源と液晶パネル間に偏光板を
挟んで、該偏光板を透過可能な偏光のみを液晶パネルに
照射するようにしている。偏光には、Ｓ波と呼ばれる垂
直偏光と、Ｐ波と呼ばれる水平偏光とがあるが、偏光板
は何れか一方の偏光のみを透過させるから、光源からの
光は半分しか液晶パネルを照射しない。

【０００３】かかる問題に鑑みて、光源からの光を有効
に利用せんとする装置が、提案されている(特開平５−
３１３１２０号参照)。これは、図５に示すように、光
源(１)から液晶パネル(９)に至るまでの光路上に、２つ
の第１、第２ＰＢＳ(PolarizedBeam Splitter)(４)(４
a)、全反射ミラー(73)、λ／２偏光板(82)を配置したも
のである。光源(１)からの光は、不定偏光と呼ばれるＰ
波とＳ波が混合したものであり、ＰＢＳは、入射する光
をＰ波とＳ波とに分離して、Ｐ波を反射し、Ｓ波を通過
させる。また、λ／２偏光板(82)は、縦横方向の屈折率
が異なり、入射されたＳ波の偏光面を９０度回転させ、
Ｐ波に変換する周知のものである。

【０００４】光源(１)からの光は、最初に第１ＰＢＳ
(４)に入射する。第１ＰＢＳ(４)はＰ波を、液晶パネル
(９)に向けて反射し、Ｓ波を全反射ミラー(73)に向けて
通過させる。Ｓ波は全反射ミラー(73)により反射され
て、λ／２波長板(82)に入射する。λ／２波長板(82)は
入射したＳ波の偏向面を回転させて、Ｐ波に変換して、
第２ＰＢＳ(４a)に出射する。Ｐ波は、該第２ＰＢＳ(４
a)により液晶パネル(９)に向けて反射される。これによ
り、光源(１)からの不定偏光は全てＰ波に変換され、光
源(１)からの全ての光が液晶パネル(９)を照射するか
ら、光源(１)からの光を有効に利用できる。尚、液晶パ
ネル(９)と第１、第２ＰＢＳ(４)(４a)との間には、周
知の如く、集光用のコンデンサレンズ(72)が設けられ
る。

【０００５】然るに、図５に示す装置では、全反射ミラ
ー(73)を設けるスペースが必要となり、装置全体が大型
化する。そこで、図６に示す装置が提案されている(特
開平８−３０４７３９号参照)。これは、光源(１)から
液晶パネル(９)までの光路上に、光源(１)からの不定偏
光を集光する板状の第１レンズアレイ体(３)と第２レン
ズアレイ体(５)を互いに離して配置する。第１、第２レ
ンズアレイ体(３)(５)は互いに同数のレンズ(30)(50)を
光軸に直交する面内に配置し、第２レンズアレイ体(５)
の前面には、プリズムアレイ(７)が設けられている。プ
リズムアレイ(７)は、内部に偏光分離膜(40)を具えたプ
リズム合成体であるＰＢＳ(４)と、内部に反射膜(80)を
具えたプリズム合成体であるミラー体(８)とからなる対
を基本構成単位とし、複数の対を第２レンズアレイ体
(５)に対向させている。第２レンズアレイ体(５)を構成
する各レンズ(50)には、プリズムアレイ(７)の一対の基
本構成単位が対向する。また、各ミラー体(８)の前面
に、λ／２波長板(82)が設けられている。

【０００６】光源(１)からの光は、第１、第２レンズア
レイ体(３)(５)により集光された後に、プリズムアレイ
(７)の各ＰＢＳ(４)に入射する。図７は、プリズムアレ
イ(７)を拡大した図である。ＰＢＳ(４)に入射した光
は、Ｐ波のみ通過を許され、Ｓ波は反射される。Ｓ波は
ミラー体(８)の反射膜(80)に反射されて、λ／２波長板
(82)に入射し、該λ／２波長板(82)により偏向面が回転
され、Ｐ波に変換される。このようにして、プリズムア
レイ(７)を通過する光は、全てＰ波に変換される。図５
に示す装置に比して、プリズムアレイ(７)が薄形化でき
るから、装置の小型化に対応できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】レンズアレイ体(３)
(５)は、一般に透明ガラス又は透明プラスチック等から
形成されており、所定の屈折率を有する。図７に示す装
置では、光源(１)からの不定偏光は、第１、第２レンズ
アレイ体(３)(５)を通過して、プリズムアレイ(７)に達
するから、２つのレンズアレイ体(３)(５)を通過した光
は、僅かに屈折する。その結果、プリズムアレイ(７)内
の光路が僅かにずれ、ＰＢＳ(４)を通過したＰ波と、λ
／２波長板(82)を通過したＰ波が平行光とならず、液晶
パネル(９)を一様に照射しない虞れがある。また、一般
にλ／２波長板(82)はシート状であり、プリズムアレイ
(７)に貼り付けられることが多い。このとき、プリズム
アレイ(７)上の誤った位置にλ／２波長板(82)を貼り付
けると、Ｐ波とＳ波が正確に分離されないから、そのプ
リズムアレイ(７)は使用できない。しかし、プリズムア
レイ(７)は高価であり、一旦誤ってλ／２波長板(82)を
貼り付けると、損失が大きい。本発明は、上記問題の解
決を目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】偏光照明装置は、複数のレ
ンズ(30)(50)を光軸と直交する同一面内に配置して平板
状に構成し、集光機能を有する第１、第２レンズアレイ
体(３)(５)と、光源(１)からの不定偏光を垂直偏光たる
Ｓ波と、水平偏光たるＰ波に分離して出射するプリズム
アレイ(７)と、プリズムアレイ(７)により出射されたＰ
波又はＳ波の何れか一方の偏光光の回転面を回転して、
他方の偏光光に変換する補助偏光手段とを有する。プリ
ズムアレイ(７)の入射側に第１レンズアレイ体(３)、出
射側に第２レンズアレイ体(５)が夫々配備され、補助偏
光手段は、第２レンズアレイ体(５)とプリズムアレイ
(７)間に設けられている。また、補助偏光手段は、第２
レンズアレイ体(５)の入射側に貼り付け可能なλ／２波
長板(82)であり、プリズムアレイ(７)は、第１、第２レ
ンズアレイ体(３)(５)のレンズ(30)(50)配列方向に沿っ
て、Ｓ波とＰ波を分離するＰＢＳ(４)と該ＰＢＳ(４)に
より分離された一方の偏光光を反射して、第２レンズア
レイ体(５)に出射するミラー体(８)とを交互に配して成
り、前記λ／２波長板(82)は、プリズムアレイ(７)と第
２レンズアレイ体(５)の間に設けられ、第２レンズアレ
イ体(５)の各レンズ(50)は、ＰＢＳ(４)及びミラー体
(８)が配列された方向に沿って、ＰＢＳ(４)を通過した
偏光光及びミラー体(８)により出射された偏光光に夫々
対向して設けられている。

【０００９】

【作用及び効果】本発明に係わる投写装置にあっては、
第２レンズアレイ体(５)をプリズムアレイ(７)の出射側
に設けているから、光源(１)からの不定偏光は、第１レ
ンズアレイ体(３)のみを通過して、プリズムアレイ(７)
に達する。従って、不定偏光の屈折量は小さく、偏光光
であるＰ波及びＳ波はプリズムアレイ(７)内の光路を正
確に辿る。その結果、投写手段が照射すべき液晶パネル
(９)を一様に照射できる。また、補助偏光手段たるλ／
２波長板(82)は、第２レンズアレイ体(５)とプリズムア
レイ(７)の間に位置するから、λ／２波長板(82)は第２
レンズアレイ体(５)の入射側に貼り付けることができ
る。一般にプリズムアレイ(７)に比して、第２レンズア
レイ体(５)は安価であり、第２レンズアレイ体(５)上の
誤った位置にλ／２波長板(82)を取り付けても、損失は
小さくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につき、
図面を用いて詳述する。図１は、投写型表示装置の内部
を示す側面図である。装置本体(21)の前方には、スクリ
ーン(６)が設けられ、装置本体(21)の前端部には、レン
ズ群からなる投写レンズ(20)が、スクリーン(６)に対向
して設けられている。装置本体(21)の後端部には、メタ
ルハライドランプ等からなる光源(１)が設けられ、該光
源(１)から発せられる不定偏光はリフレクタ(２)に反射
されて直進する。光源(１)から投写レンズ(20)に達する
までの光路上には、複数のプラスチック製の凸レンズ(3
0)(50)から構成されるレンズアレイ体(３)(５)、後記す
るプリズムアレイ(７)、光路に対して傾いた３枚のダイ
クロイックミラー(60)(61)(62)、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に
対応した３つの液晶パネル(９)(90)(91)及び３枚の全反
射ミラー(63)(64)(65)が、３列に亘って設けられてい
る。

【００１１】ダイクロイックミラー(60)で赤色光のみが
通過し、該通過光は全反射ミラー(64)で反射されて、赤
色光用の液晶パネル(９)を照射する。一方、ダイクロイ
ックミラー(60)により反射された光束は、ダイクロイッ
クミラー(61)により緑色光が反射され、該反射光は緑色
光用の液晶パネル(91)を照射する。また、ダイクロイッ
クミラー(61)を通過した光束は、ダイクロイックミラー
(62)及び全反射ミラー(65)により反射された後に、青色
光用の液晶パネル(90)を照射する。赤色光用、緑色光
用、青色光用の液晶パネル(９)(91)(90)を通過した光束
は、色合成プリズム(92)に入射し、該色合成プリズム(9
2)にて、赤、青、緑の各光に対応した画像が合成され、
投写レンズ(20)によりスクリーン(６)に照射される。

【００１２】図２は、第２レンズアレイ体(５)の近傍を
拡大した図である。本例にあっては、第２レンズアレイ
体(５)はプリズムアレイ(７)の出射側に設けられてい
る。第２レンズアレイ体(５)は、複数のレンズ(50)(50)
を、光軸に直交する水平面内にて縦横規則的に配列して
なる(図３参照)。プリズムアレイ(７)は、内部に偏光分
離膜(40)を具えたプリズム合成体であるＰＢＳ(４)と、
内部に反射膜(80)を具えたプリズム合成体であるミラー
体(８)とからなる対を基本構成単位として、各対を第２
レンズアレイ体(５)を構成するレンズ(50)の各列に対向
させている。各ＰＢＳ(４)とミラー体(８)は、細長に形
成されて、光軸と直交する面内に横並びに配置され、プ
リズムアレイ(７)は板状になっている(図４参照)。

【００１３】ＰＢＳ(４)の偏光分離膜(40)はＰ波のみを
通過させて、Ｓ波をミラー体(８)に向けて反射し、ミラ
ー体(８)は該Ｓ波を出射する。各ミラー体(８)の出射側
には、ミラー体(８)により反射されたＳ波をＰ波に偏光
するλ／２波長板(82)が設けられている。λ／２波長板
(82)はシート状であり、第２レンズアレイ体(５)の入射
側に貼り付けられることが多い。また、各ミラー体(８)
の入射側には、光の入射を防ぐ遮光板(81)が設けられて
いる。斯種装置に於いては、液晶パネル(９)の入射側に
偏光板を設けたものが多いが、本例にあっては、λ／２
波長板(82)が第２レンズアレイ体(５)に貼り付けられて
いるので、該偏光板を設ける必要はない。

【００１４】第２レンズアレイ体(５)を構成する各レン
ズ(50)は、ＰＢＳ(４)及びミラー体(８)が配列された方
向に沿って、ＰＢＳ(４)及びミラー体(８)の数と同数設
けられている。即ち、図７に示す従来の第２レンズアレ
イ体(５)に比して、本例に係わる第２レンズアレイ体
(５)は、ＰＢＳ(４)及びミラー体(８)が配列された方向
に沿った一列当りのレンズ(50)の数が２倍である。第２
レンズアレイ体(５)の各レンズ(50)は、夫々対応するＰ
ＢＳ(４)及びミラー体(８)に対向しているから、図７に
示す従来の第２レンズアレイ体(５)のレンズ(50)に比し
て小型であり、厚みも薄い。従って、第１レンズアレイ
体(３)から第２レンズアレイ体(５)の出射面までの距離
を短くできる。

【００１５】図７に示す従来の第２レンズアレイ体(５)
の各レンズ(50)は、最大厚みが約４.５mmに対し、本例
に係わる第２レンズアレイ体(５)の各レンズ(50)は、最
大厚みが約４.０mmである。従って、第２レンズアレイ
体(５)は約０.５mm薄くでき、出願人は第１レンズアレ
イ体(３)の入射面から、第２レンズアレイ体(５)の頂部
までの距離(図１のＬ)を、４０mm程度に設定できること
を確認している。

【００１６】光源(１)をＯＮにすると、光源(１)からの
不定偏光は、第１レンズアレイ体(３)により集光された
後に、遮光板(81)に遮られて、プリズムアレイ(７)のＰ
ＢＳ(４)のみに入射する。ＰＢＳ(４)はＰ波のみが通過
し、Ｓ波が反射され、該Ｓ波はミラー体(８)の反射膜(8
0)により反射された後に、λ／２波長板(82)により偏光
面が回転され、Ｐ波に変換される。Ｐ波は第２レンズア
レイ体(５)に集光され、図１に示すコンデンサレンズ(7
2)を通過した後に、各液晶パネル(９)(90)(91)に達す
る。

【００１７】本例に係わる投写装置にあっては、第２レ
ンズアレイ体(５)をプリズムアレイ(７)の出射側に設け
ているから、光源(１)からの不定偏光は、第１レンズア
レイ体(３)のみを通過して、プリズムアレイ(７)に達す
る。従って、不定偏光の屈折量は小さく、Ｐ波及びＳ波
はプリズムアレイ(７)内の光路を正確に辿る。その結
果、偏光光は液晶パネル(９)(90)(91)を一様に照射する
ことができる。

【００１８】また、λ／２波長板(82)は、第２レンズア
レイ体(５)とプリズムアレイ(７)の間にあり、第２レン
ズアレイ体(５)の入射側に貼り付けることができる。第
２レンズアレイ体(５)は透明プラスチックの射出成型に
より形成されるものであるから、内部に偏光分離膜(40)
や反射膜(80)を設けたプリズムアレイ(７)に比して安価
である。具体的には、幅１６mm、長さ６９mmのＰＢＳ
(４)及びミラー体(８)の対を８列配して成るプリズムア
レイ(７)で、その値段は５０００円〜７０００円であ
る。これに比して、該プリズムアレイ(７)に対向する第
２レンズアレイ体(５)は、千数百円である。従って、λ
／２波長板(82)を第２レンズアレイ体(５)上の誤った位
置に貼り付けると、その第２レンズアレイ体(５)は使用
できないが、かかる場合にも、λ／２波長板(82)をプリ
ズムアレイ(７)に貼り付けた場合に比して、損失は少な
い。

【００１９】また、レンズは一般に凸面の曲率半径が大
きい、即ち扁平に近いほど、屈折率が小さく、焦点距離
の精度が良い。即ち、バラ付きが少ない。本例に係わる
第２レンズアレイ体(５)のレンズ(50)は、従来に比して
薄く、凸面の曲率半径も大きいから、第２レンズアレイ
体(５)の焦点距離の精度は良くなる。

【００２０】本例では、Ｓ波をＰ波に変換する手段とし
てλ／２波長板(82)を用いているが、λ／２波長板(82)
に代えて、入射するＳ波をＰ波に偏向する液晶素子を用
いてもよい。また、両レンズ体(３)(５)は膨らみを、光
源(１)に向けているが、膨らみ方向は逆でもよい。更
に、レンズアレイ体(３)(５)に、赤外線等を除去するフ
ィルタ(図示せず)を取り付けてもよい。

【００２１】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】光源、第１、第２レンズアレイ体、プリズムア
レイ、液晶パネルの位置関係を示す側面図である。

【図２】プリズムアレイ近傍の拡大図である。

【図３】第２レンズアレイ体の斜視図である。

【図４】プリズムアレイの斜視図である。

【図５】従来の投写装置の側面図である。

【図６】他の従来の投写装置の側面図である。

【図７】図６の投写装置に於いて、プリズムアレイ近傍
の拡大図である。

【符号の説明】

(１) 光源 (３) 第１レンズアレイ体 (４) ＰＢＳ (５) 第２レンズアレイ体 (７) プリズムアレイ (８) ミラー体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥野真一大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者池田直之大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (56)参考文献特開平８−234205（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03B 21/00 F21V 9/14 G02F 1/13 505 G02F 1/13357 G03B 33/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のレンズ(30)(50)を光軸と直交する
同一面内に配置して平板状に構成し、集光機能を有する
第１、第２レンズアレイ体(３)(５)と、光源(１)からの
不定偏光を、垂直偏光たるＳ波と水平偏光たるＰ波に分
離して出射するプリズムアレイ(７)と、該プリズムアレ
イ(７)により出射されたＳ波又はＰ波の何れか一方の偏
光光の偏光面を回転して、他方の偏光光に変換する補助
偏光手段とを有する偏光照明装置に於いて、プリズムアレイ(７)の入射側に第１レンズアレイ体
(３)、出射側に第２レンズアレイ体(５)が夫々配備さ
れ、補助偏光手段は、第２レンズアレイ体(５)のプリズ
ムアレイ(７)側に貼り付けられることを特徴とする偏光
照明装置。
【請求項２】補助偏光手段は、λ/２波長板(82)であ
り、プリズムアレイ(７)は、第１、第２レンズアレイ体(３)
(５)のレンズ(30)(50)配列方向に沿って、Ｓ波とＰ波を
分離するＰＢＳ(４)と該ＰＢＳ(４)により分離された一
方の偏光光を反射して、第２レンズアレイ体(５)に出射
するミラー体(８)とを交互に配して成り、前記λ/２波
長板(82)は、プリズムアレイ(７)と第２レンズアレイ体
(５)の間に設けられ、第２レンズアレイ体(５)の各レンズ体(50)は、ＰＢＳ
(４)及びミラー体(８)が配列された方向に沿って、ＰＢ
Ｓ(４)を通過した偏光光及びミラー体(８)により反射さ
れた偏光光に夫々対向して設けられた請求項１に記載の
偏光照明装置。
【請求項３】偏光照明装置と、該偏光照明装置からの
偏光を、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色に分離するダイクロイックミラ
ー(60)(61)(62)と、該ダイクロイックミラー(60)(61)(6
2)により分離された各色光に対応した液晶パネル(９)(9
0)(91)と、合成された液晶パネル(９)(90)(91)の画像を
スクリーン(６)に向けて投写する投写レンズ(20)を具
え、偏光照明装置は、複数のレンズ(30)(50)を光軸に直交す
る同一面内に配置して平板状に構成し、集光機能を有す
る第１、第２レンズアレイ体(３)(５)と、光源(１)から
の不定偏光を、垂直偏光たるＳ波と水平偏光たるＰ波に
分離して出射するプリズムアレイ(７)と、該プリズムア
レイ(７)により出射されたＳ波又はＰ波の何れか一方の
偏光光の偏光面を回転して、他方の偏光光に変換する偏
光手段とを有する投写型表示装置に於いて、プリズムアレイ(７)の入射側に第１レンズアレイ体
(３)、出射側に第２レンズアレイ体(５)が夫々配備さ
れ、補助偏光手段は、第２レンズアレイ体(５)のプリズ
ムアレイ(７)側に貼り付けられることを特徴とする投写
型表示装置。