JP3904352B2 - 光学部品及び画像表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子、及びこの液晶表示素子を照明するバックライトを備えた画像表示装置、及びこの画像表示装置を構成する光結像ユニットや光拡大ユニット、又は光学部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータの急速な進歩により、画像表示装置の解像度が飛躍的に向上している。またそれに伴い、表示画面も大型化の一途を辿っている。
以前から使用されてきた陰極線管タイプの画像表示装置は、解像度はよいがこれに比例して重量、消費電力が増加し、更には高価になった。また、大画面化する場合には奥行、重量が増大すると言う課題があるため、高解像度化、大画面化には自ずと限界がある。
液晶表示素子を使った画像表示装置は解像度の点では技術革新が著しく、常に市場ニーズに合わせて高解像度化が進められているが、その殆どが半導体プロセスにより作られているため、大画面化の点では急速な進歩は見られない。
【０００３】
そこで、液晶表示素子を使用した画像表示装置の大画面化について、いろいろな試みがなされている。なかでも、一番実用化が進んでいるのが小型の液晶表示素子を投写レンズで拡大投写する方法であるが、長い投写距離が必要で、液晶表示素子の特長である装置の薄型が損なわれると言った課題がある。
【０００４】
液晶パネルを継ぎ目無く接続する方法についても、いくつかの方式が提案されている。例えば、特開平５−１８８３４０号公報には、液晶パネルに表示画像の結像ユニットと拡大ユニットを設け、隣接する液晶パネル間の繋ぎ部分を埋める分だけ拡大投写する技術が開示されている。この従来例では、拡大率が小さい分薄型化し易い。以下、図２３、２４を用いて、本発明に関連する画像表示装置について説明する。
【０００５】
図２３は液晶パネルの継ぎ目を埋めた画像表示装置の平面図、図２４は図２３のＡ−Ａ１断面図である。図２３、２４において、５１ａ、５１ｂは透過型の液晶表示素子、５２は前記液晶表示素子を照明するバックライト、５３はバックライトを構成する陰極管、５４はバックライトの出力光の発散角を狭くする手段、即ち発散角制御手段、５５ａ、５５ｂは液晶表示素子５１ａ、５１ｂ上の表示画像（図示せず）を正立等倍に投写する結像ユニット、５６ａ、５６ｂは結像ユニット５５ａ、５５ｂにより正立等倍に投写される実像を拡大する拡大ユニット、５７は背面投写型スクリーン、５８はこれらの部品をその内部に納める筐体である。
【０００６】
次に、各構成部品の動作について説明する。バックライト５２は、その構成部品である陰極管５３の発光により、透過型の液晶表示素子５１ａ、５１ｂを照明する。しかし、透過型の液晶表示素子５１ａ、５１ｂには視角特性があり、所定以上の斜めに通る光線に対しコントラストが反転すると言った課題がある。そこで、バックライト５２から出る余分な光線をカットするため、バックライトの出力光の発散角を狭くする発散角制御手段５４をこのバックライト５２と透過型の液晶表示素子５１ａ、５１ｂの間に設ける。バックライトの出力光の発散角を狭くする発散角制御手段５４としては、ある角度範囲内の入射角に対して光の角度を狭くし、この角度範囲内を超える入射角の光を出力させないようにもとに戻す手段がある。又、富士通技報（ＦＵＪＩＴＳＵ．４７、４、（０７，１９９６）、ｐ３５５）では、円錐型の光透過性導光体を配列することにより実現している。これにより、透過型の液晶表示素子５１ａ、５１ｂ上に表示された表示画像は、所定の発散角を持つことになる。この発散角よりも大きな画像取込角を持つ結像ユニット５５ａ、５５ｂにより、液晶表示素子５１ａ、５１ｂ上に表示された表示画像は、正立等倍に投写される。結像ユニット５５ａ、５５ｂは、例えば特開昭６４−１７０１７号公報に開示されている。この公報には、２つのロッドレンズをその長さ方向に接合させたものを多数並設してロッドレンズアレイを構成することによって実現している。結像ユニット５５ａ、５５ｂにより投写された表示画像は、拡大ユニット５６ａ、５６ｂにより拡大され、背面投写型スクリーン５７上に結像される。拡大ユニット５６ａ、５６ｂとしては、例えば特開平９−９６７０４号公報に開示されている凹フレネルレンズを使用することができる。
【０００７】
以上説明した様な投写ユニットを複数個並べ、背面投写型スクリーン５７上で各投写画像が切れ目無く配置することにより、高解像度の大画面映像を得ることが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上説明した従来技術では、結像ユニット５５ａ、５５ｂにロッドレンズアレイを用いており、ロッドレンズアレイの製法上の特徴からロッドレンズアレイを用いた結像ユニット５５ａ、５５ｂは高価であるばかりでなく大量生産に不向きであるといった課題がある。
【０００９】
結像ユニット５５ａ、５５ｂに、例えば特開平９−２７４１７７号公報に開示されている2枚1対のマイクロレンズアレイを用いれば、マイクロレンズアレイが型成形で容易に量産可能であることからこの課題を解決できる。しかし、2枚1対のマイクロレンズアレイは各々のマイクロレンズアレイの入出射面のマイクロレンズの光軸合わせ並びに2枚のマイクロレンズアレイの各マイクロレンズの光軸合わせが困難で製造が極めて難しい。特に大型のマイクロレンズアレイでは、2枚1対のマイクロレンズアレイを全面で密着させる必要があるにも拘らず、薄肉の大型成形品は周囲の温湿度条件で容易に変形することからそのままでは恒常的に密着させることができないと言った課題がある。
【００１０】
また、以上説明した従来技術では、バックライト５２の出力光の発散角を狭くする必要がある。バックライト５２を構成する陰極管５３の出力光は極めて広い発散角を持っており、この発散角を狭くするには大きな効率の低下を伴う。更に、前述した円錐型の光透過性導光体を配列したバックライトの出力光の発散角を狭くする手段５４は奥行きが大きく、液晶表示装置の特長である装置の薄型が損なわれると言った課題がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記した課題を解決し、薄型で効率の良い画像表示装置及び前記画像表示装置を構成する結像ユニット又は拡大ユニット、又はこれらを含む光学部品を提供することにある。
本発明の他の目的は成形による変形を補正した結像ユニット、この結像ユニットを含む光学部品及びこれを用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的はバックライトの出力光の発散角が大きくても、迷光が生じない、高画質が得られる結像ユニット、拡大ユニット、この結像ユニットを含む光学部品及びこれを用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、第１の発明では、画像表示装置は、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトと、前記液晶表示素子上の表示画像を投写する結像ユニットを含む光学部品と、投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、前記光学部品は入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、前記入射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第１の光透過板と、前記出射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び第２の光透過板で挟み、これらの端部を固定または半固定するように構成する。
第１の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部を接着する。また、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部は加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤、超音波溶着のいずれかで接着されるように構成する。
また、第１の発明において、前記第２の光透過板は拡大ユニットである。前記拡大ユニットは凹フレネルレンズであると好適である。また、前記凹フレネルレンズに防湿効果のあ物質でコーティングするように構成する。前記凹フレネルレンズはポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料を用いて構成される。
【００１４】
また、第１の発明において、前記凹フレネルレンズはそのフレネル面が前記出射側マイクロレンズアレイに接触するように配置される。前記凹フレネルレンズはそのフレネルの頂部に先端が平らな突起部が設けられ、前記突起部の先端部分には遮光のための遮光部が設けられている。前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさが全て同じもの、及び周辺部から中心部になるに従い狭くなるようにしたものから選択されようにする。また、前記凹フレネルレンズの中心部の前記突起部が設けられていない部分に減光フィルタを設ける。
第１の発明において、コ字状の取付具を設け、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記第１の光透過板、前記第２の光透過板の端部を前記コ字状の取付具の隙間に挿入して、前記コ字状の取付具の両端で締め付けて前記取付具で半固定するように構成する。また、前記入射側マイクロレンズアレイと、前記出射側マイクロレンズアレイと、前記第１及び前記第２の光透過板の端部は接着、溶着又は粘着される。前記第１及び第２の光透過板の板厚を等しくすると好適である。また、前記第１及び第２の光透過板を同じ材質で構成する。また、前記第１及び第２の光透過板の反り量をほぼ等しくする。
【００１５】
第１の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設ける。前記ストップアレイは複数の光通過部が設けられている遮光板である。また、前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイは各々レンズ群から構成され、前記レンズ群の数は前記ストップアレイの有効に使用される光通過部の数とほぼ同じである。また、前記レンズ群の光軸と前記光通過部の位置が一致するように構成される。前記ストップアレイに設けられた前記光通過部の径は前記ストップアレイの中央部に比べて周辺部の径を大きくするように構成してもよい。前記ストップアレイを構成する材料と前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイを構成する材料の線膨張率はほぼ同じであると好適である。また、前記ストップアレイを構成する材料は前記入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイの少なくとも一方塗布され、前記レンズ群の光軸と一致する部分を除去したフォトレジスト剤である。
【００１６】
第２の発明では、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトと、前記液晶表示素子上の表示画像を投写し拡大する結像ユニットを含む光学部品と、投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、前記光学部品は入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイとを備えた結像ユニットと、前記結像ユニット側に凸形状に反らせた拡大ユニットと、結像ユニット側に凸形状に反らせた光透過性のサポート板とで構成され、前記結像ユニットを前記結像ユニット側に凸形状に反らせた拡大ユニットと光透過性のサポート板とで挟み、前記拡大ユニットと前記光透過性のサポート板の周囲を固定乃至半固定するように構成される。
【００１７】
第２の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部を接着するように構成される。前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部は加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤、超音波溶着のいずれかで接着される。
第２の発明において、前記拡大ユニットは凹フレネルレンズである。前記凹フレネルレンズに防湿効果のある物質でコーティングしてもよい。前記凹フレネルレンズはポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料を用いて構成される。
【００１８】
第２の発明において、前記凹フレネルレンズはそのフレネル面が前記出射側マイクロレンズアレイに接触するように配置される。前記凹フレネルレンズはそのフレネルの頂部に先端が平らな突起部が設けられ、前記突起部の先端部分には遮光のための遮光部が設けられている。前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさがが全て同じもの、及び周辺部から中心部になるに従い徐々に狭くなるようにしたものから選択されるようにする。また、前記凹フレネルレンズの中心部の突起部が設けられていない部分に減光フィルタが設けられる。
第２の発明において、コ字状の取付具を設け、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記第１の光透過板、前記第２の光透過板の端部を前記コ字状の取付具の隙間に挿入して、前記コ字状の取付具の両端で締め付けて前記取付具で半固定するように構成される。前記入射側マイクロレンズアレイと、前記出射側マイクロレンズアレイと、前記拡大ユニット及び前記光透過性サポート板の端部を接着又は粘着するように構成される。前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板は略等しい板厚である。また、前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板の材質を同じ材質で構成してもよい。前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板の反り量をほぼ等しくすると好適である。
【００１９】
第２の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設ける。前記ストップアレイは複数の光通過部が設けられている遮光板である。また、前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイは各々レンズ群から構成され、前記レンズ群の数は前記ストップアレイの有効に使用される光通過部の数とほぼ同じである。前記レンズ群の光軸と前記光通過部の位置が一致すると好適である。前記ストップアレイに設けられた前記光通過部の径は前記ストップアレイの中央部に比べて周辺部の径を大きくしてもよい。
第２の発明において、前記ストップアレイを構成する材料と前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイを構成する材料の線膨張率はほぼ同じである。前記ストップアレイを構成する材料は前記入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイの少なくとも一方塗布され、前記レンズ群の光軸と一致する部分を除去したフォトレジスト剤である。
【００２０】
第３の発明では、光学部品は、液晶表示素子を照明するバックライトによって液晶表示素子上の表示画像をスクリーンに投写するために使用する光学部品において、入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、前記入射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第１の光透過板と、前記出射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び第２の光透過板で挟み、これらの端部を固定または半固定するように構成される。
【００２１】
第３の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記入出射マイクロレンズアレイの周辺部で互いに接着するように構成される。前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部は加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤で接着、超音波溶着のいずれかで保持される。
第３の発明において、前記第２の光透過板は拡大ユニットである。また、前記拡大ユニットは凹フレネルレンズである。前記凹フレネルレンズに防湿効果のある物質でコーティングすると好適である。前記凹フレネルレンズをポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料を用いて構成してもよい。
【００２２】
第３の発明において、前記凹フレネルレンズはそのフレネル面が前記出射側マイクロレンズアレイに接触するように配置される。前記凹フレネルレンズはそのフレネルの頂部に先端が平らな突起部が設けられ、前記突起部の先端の部分には遮光のための遮光部が設けられている。前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさが全て同じもの、及び周辺部から中心部になるに従い狭くなるようにしたものから選択してもよい。前記凹フレネルレンズの中心部の前記突起部が設けられていない部分に減光フィルタを設ける。
第３の発明において、コ字状の取付具を設け、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記第１の光透過板、前記第２の光透過板の端部を前記コ字状の取付具の隙間に挿入して、前記コ字状の取付具の両端で締め付けて前記取付具で半固定するように構成される。また、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記第１及び前記第２の光透過板の端部を接着又は粘着するように構成される。
【００２３】
また、第３の発明において、前記第１及び第２の光透過板の板厚を等しくする。また、前記第１及び第２の光透過板を同じ材質で構成する。また、前記第１及び第２の光透過板の反り量をほぼ等しくするように構成する。
また、第３の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設ける。前記ストップアレイは複数の光通過部が設けられている遮光板である。前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイは各々レンズ群から構成され、前記レンズ群の数は前記ストップアレイの有効に使用される光通過部の数とほぼ同じであるように構成される。また、前記レンズ群の光軸と前記光通過部の位置が一致するように構成される。また、前記ストップアレイに設けられた前記光通過部の径は前記ストップアレイの中央部に比べて周辺部の径を大きくするように構成してもよい。前記ストップアレイを構成する材料と前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイを構成する材料の線膨張率をほぼ同じにすると好適である。前記ストップアレイを構成する材料が前記入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイの少なくとも一方に塗布され、前記レンズ群の光軸と一致する部分を除去したフォトレジスト剤でもよい。
【００２４】
第４の発明では、液晶表示素子を照明するバックライトによって液晶表示素子上の表示画像をスクリーンに拡大投写するために使用する光学部品において、入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイとを備えた結像ユニットと、前記結像ユニット側に凸形状に反らせた拡大ユニットと、結像ユニット側に凸形状に反らせた光透過性のサポート板とで構成され、前記結像ユニットを前記結像ユニット側に凸形状に反らせた拡大ユニットと光透過性のサポート板とで挟み、前記拡大ユニットと前記光透過性のサポート板の周囲を固定乃至半固定するように構成される。
【００２５】
第４の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記入出射マイクロレンズアレイの周辺部で互いに接着するように構成する。また、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部は加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤による接着、超音波溶着のいずれかで保持されるように構成される。
第４の発明において、前記拡大ユニットは凹フレネルレンズである。また、前記凹フレネルレンズに防湿効果のある物質でコーティングしてもよい。前記凹フレネルレンズはポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料を用いて構成される。
【００２６】
第４の発明において、前記凹フレネルレンズはそのフレネル面が前記出射側マイクロレンズアレイに接触するように配置される。前記凹フレネルレンズはそのフレネルの頂部に先端が平らな突起部が設けられ、前記突起部の先端の部分には遮光のための遮光部が設けられている。前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさがが全て同じものでもよいし、及び周辺部から中心部になるに従い狭くなるようにしたものでもよい。また、前記凹フレネルレンズの中心部の前記突起部が設けられていない部分に減光フィルタを設ける。
また、第４の発明において、コ字状の取付具を設け、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記第１の光透過板、前記第２の光透過板の端部は前記コ字状の取付具の隙間に挿入され、前記コ字状の取付具の両端で締め付けて前記取付具で半固定してもよい。また、前記入射側マイクロレンズアレイ、前記出射側マイクロレンズアレイ、前記拡大ユニット及び前記光透過性サポート板の端部を接着又は粘着してもよい。
【００２７】
第４の発明において、前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板は略等しい板厚にしてもよい。前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板を同じ材質で構成してもよい。また、前記拡大ユニット及び前記光透過性のサポート板の反り量をほぼ等しくすると好適である。
第４の発明において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設けた。前記ストップアレイは複数の光通過部が設けられている遮光板である。前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイは各々レンズ群から構成され、前記レンズ群の数を前記ストップアレイの有効に使用される光通過部の数とほぼ同じにしてもよい。前記レンズ群の光軸と前記光通過部の位置が一致するように構成すると好適である。また、前記ストップアレイに設けられた前記光通過部の径は前記ストップアレイの中央部に比べて周辺部の径を大きくしてもよい。前記ストップアレイを構成する材料と前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイを構成する材料の線膨張率はほぼ同じにしてもよい。また、前記ストップアレイを構成する材料が前記入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイの少なくとも一方に塗布され、前記レンズ群の光軸と一致する部分を除去したフォトレジスト剤であってもよい。
【００２８】
第５の発明では、結像ユニットは、入射側マイクロレンズアレイと出射側マイクロレンズアレイの周辺部を接着するように構成される。
【００２９】
第５の発明において、入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部は加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤による接着、超音波溶着のいずれかで保持される。また、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設けるように構成してもよい。前記ストップアレイは複数の光通過部が設けられている遮光板であってもよい。前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイは各々レンズ群から構成され、前記レンズ群の数は前記ストップアレイの有効に使用される光通過部の数とほぼ同じであってもよい。また、前記レンズ群の光軸と前記光通過部の位置が一致するように構成すると好適である。前記ストップアレイに設けられた前記光通過部の径は前記ストップアレイの中央部に比べて周辺部の径を大きくするように構成してもよい。前記ストップアレイを構成する材料と前記入射側及び出射側マイクロレンズアレイを構成する材料の線膨張率はほぼ同じにしてもよい。また、前記ストップアレイを構成する材料は前記入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイの少なくとも一方塗布され、前記レンズ群の光軸と一致する部分を除去したフォトレジスト剤であってもよい。
【００３０】
第６の発明では、拡大ユニットは、結像ユニットの出射面に対向して配置される面にフレネルを設けた凹フレネルレンズで構成される。
【００３１】
第６の発明において、前記凹フレネルレンズを防湿効果のあ物質でコーティングする。また、前記凹フレネルレンズはポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料を用いて構成される。
第６の発明において、前記凹フレネルレンズのフレネルの頂部に突起部が設けられ、前記突起部の先端部分に遮光部が設けられるように構成される。前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさが略同じように構成される。また、前記凹フレネルレンズの前記突起部の大きさは周辺部から中心部になるに従い小さくなるように構成してもよい。前記凹フレネルレンズの中心部の前記突起部が設けられていない部分に減光フィルタを設けると好適である。
【００３２】
第７の発明では、画像表示装置は、結像ユニットの出射面に対向して配置される面をフレネルを設けた凹フレネルレンズで構成する拡大ユニットを用いるように構成される。
【００３３】
第８の発明では、画像表示装置は、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトと、前記液晶表示素子上の表示画像を投写する結像ユニットを含む光学部品と、投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、前記光学部品は入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、弾性を有する第１の光透過板と、弾性を有する第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び前記第２の光透過板で挟み、前記第1及び前記第２の光透過板の復元力で前記入射側マイクロレンズアレイ及び前記出射側マイクロレンズアレイを押し付けるように構成される。
【００３４】
第９の発明では、画像表示装置は、透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトと、前記液晶表示素子上の表示画像を投写し拡大する結像ユニットを含む光学部品と、投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、前記光学部品は入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイとを備えた結像ユニットと、弾性を有する拡大ユニットと、弾性を有する光透過性のサポート板とで構成され、前記結像ユニットを前記拡大ユニットと前記光透過性のサポート板とで挟み、前記拡大ユニットと前記サポート板の弾性復元力で前記結像ユニットを押し付けるように構成される。
【００３５】
第１０の発明では、光学部品は、液晶表示素子を照明するバックライトによって液晶表示素子上の表示画像をスクリーンに投写するために使用する光学部品において、入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、弾性を有する第１の光透過板と、弾性を有する第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び前記第２の光透過板で挟み、前記第１及び前記第２の光透過板の弾性復元力で前記入射側マイクロレンズアレイ及び前記出射側マイクロレンズアレイを押し付けるように構成される。
【００３６】
第１１の発明では、光学部品は、液晶表示素子を照明するバックライトによって液晶表示素子上の表示画像をスクリーンに拡大投写するために使用する光学部品において、入射側マイクロレンズアレイ及び出射側マイクロレンズアレイとを備えた結像ユニットと、弾性を有する拡大ユニットと、弾性を有する光透過性のサポート板とで構成され、前記結像ユニットを前記拡大ユニットと前記光透過性のサポート板とで挟み、前記拡大ユニットと前記光透過性のサポート板の弾性復元力で前記結像ユニットを押し付けるように構成される。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、幾つかの実施例を用い、図を参照して説明する。
図１は本発明による画像表示装置の一実施例を示す平面図であり、図２は図１に示す画像表示装置のＢ−Ｂ１縦断面図である。この図に示す画像表示装置においては液晶パネルを継ぎ目無く接続投写することができる。また、図1、2においては、液晶表示素子を４枚用いる４面繋ぎの場合を例にとって示しているが、縦、横とも何面繋ぎであっても本発明は実現可能である。
【００３８】
図１、２において、１ａ、１ｂは透過型の液晶表示素子、２はこの液晶表示素子１ａ、１ｂを照明するバックライト、３はバックライト２を構成する陰極管、４は陰極管３と液晶表示素子１ａ、１ｂ間に設けられたバックライトの出力光の発散角を狭くする手段、即ち発散角制御手段である。５ａ、５ｂは液晶表示素子１ａ、１ｂ上の表示画像（図示せず）を正立等倍に投写する結像ユニット、６ａ、６ｂは結像ユニット５ａ、５ｂにより正立等倍に投写される実像を拡大する拡大ユニット、７ａ、７ｂは光透過性のサポート板、８は背面投写型スクリーン、９は隔壁板、１０はこれらの部品をその内部に納める筐体である。
【００３９】
次に、各構成部品の動作について説明する。バックライト２は、その構成部品である陰極管３の発光により、透過型の液晶表示素子１ａ、１ｂを照明する。しかし、透過型の液晶表示素子１ａ、１ｂには視覚特性があり、所定以上の斜めに通る光線に対しコントラストが反転すると言った課題がある。そこで、バックライト２から出る余分な光線をカットするため、バックライトの出力光の発散角を狭くする発散角制御手段４をバックライト２と透過型の液晶表示素子１ａ、１ｂの間に設ける。バックライト２の出力光の発散角を狭くする発散角制御手段４としては、例えば、特開昭６０−７０６０１号公報に開示されているような、片面に微小プリズムを形成した薄い弾性フィルムを２枚用い、この２枚のフィルムのプリズムが直交するように重ねたものを使用することが出来る。この発散角制御手段４を使用することにより、バックライト２の出力光の発散角を±３０°程度にすることが出来る。
【００４０】
透過型の液晶表示素子１ａ、１ｂ上に表示された表示画像は、結像ユニット５ａ、５ｂにより、背面投写型スクリーン８上に正立等倍に投写される。結像ユニット５ａ、５ｂにより投写された表示画像は、拡大ユニット６ａ、６ｂにより拡大され、背面投写型スクリーン８上に結像される。本実施例に於いては拡大ユニット６ａ、６ｂとして凹フレネルレンズを使用する。結像ユニット５ａ、５ｂ、光透過性サポート板７ａ、７ｂ及び拡大ユニット６ａ、６ｂの構成については後で詳細に述べる。
本発明の実施例では、背面投写型スクリーン８上に結像された映像は、隣同士で重ね合せない。そのため、組立精度から生じる誤差や経時変化により重なる部分が出来ないように隔壁板９が設けてある。
以上説明した様な投写ユニットを複数個、背面投写型スクリーン８上で各投写画像が切れ目無く配置することにより、高解像度の大画面映像を得ることが出来る。
【００４１】
次に、本発明による結像ユニット５ａ、５ｂの構成について、図３、４を用いて説明する。
図３は、本発明による結像ユニットの一実施例を示す側面図である。図において、５は結像ユニット、１１は結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ、１２は同じく出射側マイクロレンズアレイである。入射側マイクロレンズアレイ１１を構成する各レンズの光軸と出射側マイクロレンズアレイ１２を構成する各レンズの光軸は、１対１で対応し、且つ一致している。
【００４２】
図４は図３の左側から見た結像ユニット５の斜視図である。図において、結像ユニット５は入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２から構成され、１３は入射側マイクロレンズアレイ１１のコバである。
図３において、矢印Ａは、液晶表示素子１（図示せず）上に表示された画像、矢印Ｂは、背面投写型スクリーン８上に正立等倍に投写された映像である。今、入射側マイクロレンズアレイ１１のレンズｒに着目すると、画像Ａの上端部ｐから出た光は図の実線のような経路を辿り、映像Ｂの上端部ｕに到達する。同じく下端部ｑから出た光は図の破線のような経路を辿り、映像Ｂの下端部ｖに到達する。
【００４３】
以上説明したマイクロレンズアレイ１１、１２は通常射出成形で作られるが、その外形寸法に対し板厚が極めて薄い。例えば、アスペクト比４：３の対角１４．１インチの液晶表示素子１ａ、１ｂに対し、この液晶表示素子１ａ、１ｂと入射側マイクロレンズアレイ１１の距離が３０ｍｍで光取込角±１２°の場合、発明者等の設計ではマイクロレンズアレイ１１、１２の外形寸法が１５．３インチ（アスペクト比４：３の対角寸法）で板厚（レンズ部のサグ量を含まない）は１．６ｍｍになった。このような薄肉の大型成形品は反り変形が課題になる。
【００４４】
以下、薄肉の大型成形品の反り変形のメカニズムについて図５、６を用いて説明する。
図５は結像素子を製造する金型に樹脂を充填した状態を示す断面図であり、図６は金型の中で樹脂が収縮変形した状態を示す断面図である。
図５、６において、１５は可動側の金型、１６は固定側の金型、１７ａは上キャビティ、１７ｂは下キャビティ、１９は樹脂を注入するスプール、２０ａは上ランナー、２０ｂは下ランナー、２１ａは上キャビティ１７ａに充填された樹脂材料、２１ｂは下キャビティ１７ｂに充填された樹脂材料である。樹脂材料は注入口２３から注入され、スプール１９、上ランナー２０ａ、下ランナー２０ｂを通して可動側の金型１５と固定側の金型１６で形成された上キャビティ１７ａと下キャビティ１７ｂに充填される。図５は充填直後の状態を示しており、充填された樹脂材料はキャビティ１７ａ、１７ｂ内に隙間無く充填されている。
【００４５】
図６は型内で樹脂が冷却された状態を示しており、充填された樹脂材料２１ａ、２１ｂはキャビティ１７ａ、１７ｂ内で収縮変形し型離れを生じている。この金型内の型離れが成形品の反り変形となって現れる。
従って、金型でマイクロレンズアレイ１１、１２を成形すると同様に型離れが起こり、反り変形が生じる。また、成形されるマイクロレンズアレイ１１、１２は入射面側と出射面側が対称であり可動側の金型１５と固定側の金型１６が全く同じ場合、どちら側が型離れするか分からない。この型離れが逆の方向に生じると逆の反りになるため、この条件では成形品の反り変形をコントロールすることは出来ない。
【００４６】
成形品の反り変形をコントロールする方法として可動側の金型１５と固定側の金型１６に温度差を付けることが一般的に行われる。しかしこの方法は、マイクロレンズアレイ１１、１２の入射面側と出射面側の収縮量を変えることになり、マイクロレンズの光軸がマイクロレンズアレイ１１、１２の入射面側と出射面側の周辺部でずれてしまうため採用できない。そこで本発明による結像ユニット５ａ、５ｂではこれを以下の構成にすることにより解決した。
【００４７】
まず、本発明の結像ユニット５ａ、５ｂについて説明する。
図７は本発明による結像ユニットの一実施例を示す平面図であり、図８は図７に示す結像ユニットのＣ−Ｃ１断面図である。
図において、５は結像ユニット、１１は結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ、１２は同じく出射側マイクロレンズアレイ、１３は入射側マイクロレンズアレイ１１及び出射側マイクロレンズアレイ１２のコバ、１４は入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２をそのコバ１３部分で接着している接着剤である。
接着剤１４で接着する場合、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２を構成している各レンズの軸心を一致させた状態で固化させる必要がある。ここで用いられる接着剤１４としては、位置合わせをする時は接着剤として機能せず、位置合わせ完了後に外部からの刺激により接着剤として機能させる必要がある。このための接着剤として以下の物が実用化されている。
【００４８】
（１）加熱溶融型フィルム状接着剤
これは、常温で固体で加熱すると液体になる接着剤で、本接着剤が被接着物の間に挟んであっても、常温ではシート状の固体であり接着作用がないため被接着物は互いにフリーな状態にある。以下、本発明を例にその使用法を説明する。
入射側マイクロレンズアレイ１１のコバ１３に接着剤１４を仮止めしておき、次に出射側マイクロレンズアレイ１２を載せ位置合せ後、接着剤１４を外部からコバ１３を通し加熱溶融する。完全に融解した後、冷却固化させることにより接着が完了する。この時、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２より融点が低い接着剤１４を選定することは言うまでもない。
【００４９】
（２）光硬化型接着剤
これは、常温で液体で紫外線を照射すると固体になる接着剤で、本接着剤が被接着物の間に挟んであっても、常温では液体であり接着作用がないため被接着物は互いにフリーな状態にある。以下、本発明を例にその使用法を説明する。
入射側マイクロレンズアレイ１１のコバ１３に液状の接着剤１４を塗布しておき、次に出射側マイクロレンズアレイ１２を載せ位置合せ後、接着剤１４を外部からコバ１３を通し紫外線照射することにより固化させる。これにより接着が完了する。この場合、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２は、紫外線が通る材料を選定することは言うまでもない。
【００５０】
（３）超音波溶着
これは接着剤ではないが、これを用いることにより本発明が実施できる。超音波溶着は、被接着物の接着面に突起を設けておきこの突起を挟んで被接着物の接着面を突き合わせ外部から超音波振動子で超音波振動を加え、そのエネルギーでこの突起を融解させ接着する技術である。以下、本発明を例にその使用法を説明する。
入射側マイクロレンズアレイ１１のコバ１３に突起（図示せず）を設け、次に出射側マイクロレンズアレイ１２を載せ位置合せ後、超音波振動子でコバ１３を通し突起に振動エネルギーを加えこの突起を融解させ接着する。
本実施例においては、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２のコバ１３を加熱溶融型フィルム状接着剤、光硬化型接着剤、粘着剤又は超音波溶着で溶着している。本発明においては、これら接着、粘着又は溶着を含め、接着と言う。クレームにおいても、接着とは、接着のみならず、粘着、又は溶着を含むものとする。
以上説明したコバ１３の部分で互いに接着した入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２からなる結像ユニット５は、以下の特長がある。
【００５１】
図９、図１０を用いて本発明による結像ユニット５の効果を説明する。
図９は本発明を実施しない場合の結像ユニット５の断面図、図１０は本発明を実施した場合の結像ユニット５の断面図である。図９、図１０において図８と同じ部品には同一番号を付ける。
【００５２】
図９は、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２をコバ１３で接着していない状態で入射側マイクロレンズアレイ１１を加熱した時の状態を模式的に表している。図から明らかなように、加熱された入射側マイクロレンズアレイ１１が線膨張し、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２のレンズが周辺部で軸ずれを生じている。
マイクロレンズアレイのレンズピッチを７５０μｍとすると、軸ずれの許容値は５０μｍである。マイクロレンズアレイ材料の線膨張係数を７Ｅ−５ｃｍ／ｃｍ・℃とすると、１５．３インチ（アスペクト比４：３の対角寸法）のマイクロレンズアレイの温度差の許容値は４．８℃と小さく実用上問題がある。
【００５３】
図１０は、本発明を実施することにより入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２をコバ１３で接着した状態で入射側マイクロレンズアレイ１１を加熱した時の状態を模式的に表している。図から明らかなように、加熱された入射側マイクロレンズアレイ１１が線膨張し、出射側マイクロレンズアレイ１２側に反っている。これは、コバ１３で両マイクロレンズアレイが接着されているため、図９のようにずれずに反ることによる。このように反りが生じても、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２のレンズの軸心は傾くだけでずれることはない。図ではわかり易く大きな反りとして表しているが、例えば、１０℃温度差があっても１５．３インチのマイクロレンズアレイでは２０００ｍｍ以上の曲率半径で反る程度で実用上何等問題はない。
【００５４】
次に、本発明による結像ユニットを含む光学部品について説明する。
図１１、１２は本発明による結像ユニットを含む光学部品の一実施例を示す側面図であり、図１１は組立て前の状態を示し、図８は組立て後の状態を示す。
図において、５は結像ユニット、１１は結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ、１２は同じく出射側マイクロレンズアレイ、１４は入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２を接着する接着剤、６は前記結像ユニット５側を凸形状に反らせた凹フレネルレンズで構成される拡大ユニット、７は光透過性のサポート板であり、好ましくは結像ユニット５側に凸形状に反らせた光透過性のサポート板であり、２２はコ字状の取付具である。
【００５５】
薄肉の大型成形品である入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２から構成される結像ユニット５を結像ユニット側に凸形状に反らせた光透過性のサポート板７と同じく結像ユニット側に凸形状に反らせた凹フレネルレンズで構成される拡大ユニット６とで挟む。図１１に示すように光透過性のサポート板７と拡大ユニット６が反り成形されているため、図１２に示すように光透過性のサポート板７と拡大ユニット６の周囲をコ字状の取付具２２の隙間に挿入し、このコ字状の取付具２２の両側を締め付けて半固定すると結像ユニット５は両側から挟み付けられる構成になるため、結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２は初期の反り方向に関係無く互いに密着する。
【００５６】
本実施例においては、光透過性のサポート板７、結像ユニット５及び拡大ユニット６をコ字状の取付具２２で半固定しているが、光透過性のサポート板７、結像ユニット５及び拡大ユニット６の端部に接着剤を塗布し接着、若しくは両面テープのような粘着剤により粘着してもよい。
また、本発明において、固定とは接着剤や超音波溶着によって固定することを言い、半固定とは本実施例のように取付具やクリップで固定したり、ボルト、ナットで固定することを言い、光透過性のサポート板７、結像ユニット５や拡大ユニット６をばらばらに取外す場合、これらを壊すこと無く取外せるように固定することを言う。
【００５７】
本発明における凹フレネルレンズで構成される拡大ユニット６は、その両面にフレネルレンズ面が形成された物でも、片面にフレネルレンズ面が形成された物でも本発明の効果に変わりなく適用できる。但し、片面にフレネルレンズ面が形成された物を使う場合には、本発明では、フレネルレンズ面を結像ユニット５側にする。これにより図１２に示す組立て品の両側は平板になり外部からの汚染に強くなる。また、光透過性のサポート板７と拡大ユニット６は、略等しい板厚、略等しい反り量とすることにより、図１２に示す組立て品に反り変形が残ることが無くなる。また、光透過性のサポート板７と拡大ユニット６の材質を同じにすることにより温度変化等に対しても図１２に示す組立て品に反り変形が生じることが無くなる。湿度変化に関しては、図１２に示す組立て品の両側から吸湿することになることから、光透過性のサポート板７と拡大ユニット６は最初に与えられた反り方向とは逆方向に反り変形が進む。
【００５８】
この吸湿による反り量が最初にサポート板７と拡大ユニット６に与えられた反り量を上回ると、結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２を互いに押し付ける力が無くなり、入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２の間に隙間ができ結像ユニット５の解像度が低下する。そこで本発明では、光透過性のサポート板７と拡大ユニット６を防湿効果のある有機物例えば塩化ビニリデン等、若しくは防湿効果のある無機物例えば二酸化珪素等でコーティングする。若しくは、光透過性のサポート板７と拡大ユニット６の材料をポリメチルメタクリレート樹脂よりも吸湿し難い材料例えばスチレンとメチルメタクリレートの共重合樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネイト樹脂等にする。
【００５９】
次に本発明による凹フレネルレンズで構成される拡大ユニット６について実施例を用い、図を参照して説明する。
図１３は光線の入射面側がフレネルレンズ面になっている凹フレネルレンズの断面図、図１４は本発明による光線の入射面側がフレネルレンズ面になった凹フレネルレンズの断面図である。
前述のように、凹フレネルレンズで構成される拡大ユニット６として片面のみにフレネルレンズ面が形成された物を使う場合には、本発明では、フレネルレンズ面を結像ユニット５側にしている。しかし、この場合には以下に述べる問題が生じる。これについて図１３を用いて説明する。
【００６０】
凹フレネルレンズ６６に垂直に入射する光線ｄはフレネル面ｉで屈折し出射面ｊで更に屈折することにより光線ｄ１として出射される。
同じく凹フレネルレンズ６６に垂直に入射する光線ｅも同様に光線ｅ１として出射され、光線ｄ１と光線ｅ１は平行になる。しかし、光線ｆはフレネル面ｉで屈折した後フレネル立上げ面ｋで全反射し出射面ｊで更に屈折することにより光線ｆ１となり光線ｄ１、光線ｅ１と平行にならない。この現象は光線ｇまで続き実際にはゴースト（迷光）となって現れ、画質を著しく損なう。
【００６１】
図１４は本発明による光線の入射面側がフレネルレンズ面になった凹フレネルレンズ６の一実施例を示す断面図である。図１３の凹フレネルレンズ６６と異なる点は、フレネルの頂部に先端が平らな突起部４１を設けた点である。また、突起部４１の先端の平らな部分には遮光のための黒色印刷が施された遮光部４２が儲けられている。これにより、凹フレネルレンズ６に垂直に入射する光線ｄ、ｅ、ｇは図１３に示す凹フレネルレンズ６６の場合と同じ経路を辿り出射面ｊから出射するが、図１３の凹フレネルレンズ６６でゴースト（迷光）になった光線ｆは、フレネルの頂部に設けられた先端が平らな突起部４１に施された遮光部４２で遮られるため出射面ｊからゴーストとして出射することはない。
【００６２】
次に、突起部４１の幅ｈについて説明する。凹フレネルレンズ６のフレネル角θは凹フレネルレンズ６の周辺部から中心部に行くに従い小さくなることからゴーストの出る範囲も凹フレネルレンズの周辺部から中心部に行くに従い小さくなって行き、中心では０になる。突起部４１の幅ｈはゴーストのでない最小寸法で良いが、これを忠実に実現しようとすると、突起部４１の幅ｈは凹フレネルレンズ６の中心部に行くに従い限りなく零に近づけなければならない。しかし、これを実現することは現状技術では極めて困難である。そこで本発明では、突起部４１の幅ｈは周辺部から中心部まで一定若しくは実現可能な幅まで暫減させる。即ち、画像表示装置として均一な輝度分布が欲しいときにはこの突起部４１の幅ｈは周辺部から中心部まで一定とし、画像表示装置として中心部を若干明るくしたい時は突起部４１の幅ｈを周辺部から中心部まで実現可能な幅まで暫減させる。
【００６３】
本発明による突起部４１の付いた凹フレネルレンズ６を成形で実現するには金型を作る必要がある。
【００６４】
図１５は本発明による突起部の付いた凹フレネルレンズを成形するための金型の突起部を実現するための溝を切削している状態を模式的に表した図である。図において、３７は金型本体、２４は溝を切削するためのバイト、２５は既に切削が終了した溝、２６はその内側の現在切削中の溝である。金型３７の切削に於いて、通常は金型３７を回転させバイト２４を金型に押し付け切削して行く。バイト２４において切削に関与する部分は刃先部ｙで、その他の部分は金型に接触しないように逃げが取ってある。しかし、溝２５を切った後その内側の溝２６を切るとき、溝２５に対し溝２６はその曲率半径が小さくなっており、バイト２４の外側の逃げ面ｗが切削中の溝２６に当りびびりを生じたり、最悪の場合はバイト２４は折れてしまう。
【００６５】
従って、金型の中心部まで突起部４１を実現するための溝を彫ることが出来ない。この様な金型３７で成形された凹フレネルレンズ６もその最中心部には突起部４１を作ることが出来ないため、この様な凹フレネルレンズを画像表示装置に用いると最中心部だけ明るい画像になる。そこで、本発明では、突起部を設けることの出来ない最中心部だけ減光フィルタ、例えばＮＤフィルターを設けることにより解決した。
【００６６】
図１６は本発明による突起部の付いた凹フレネルレンズの一実施例を示す正面図である。フレネル溝及び突起部４１は凹フレネルレンズ６全面に設けられているが、図では中心部以外は省略してある。図において、６は突起部４１の付いた凹フレネルレンズ、２７は減光フィルタ、例えばＮＤフィルタである。減光フィルタ２７は凹フレネルレンズ６の中心部の突起部４１のない部分だけに設けられる。減光フィルタ２７は所定の大きさに打ち抜いた粘着剤付きのプラスチックフィルタを使うと便利である。減光フィルタ２７の濃度は本突起部の付いた凹フレネルレンズ６を用いて映像を映出した時、輝度むらが生じないような濃度とすることは言うまでもない。
【００６７】
本発明の一実施例において、結像ユニットと拡大ユニットを一体に組み立てた物を光学部品として説明したが、本発明に於いては、拡大ユニットの代わりに他の光透過性サポート板を設けてもよい。この場合にはこの光学部品は結像ユニットと言うことができる。他の光透過性サポート板を設けた場合には、拡大ユニットを更にこの他の光透過性サポート板に取り付ける必要がある。本発明において、結像ユニットを含む光学部品とは結像ユニットそのもの及び結像ユニットに拡大ユニットを組み合わせたものの両方を指す。
【００６８】
次に、本発明のその他の実施の形態について実施例を用い、図１７、１８、１９を参照して説明する。
図１７は、本発明による結像ユニットの更に他の実施例を示す側面図である。図において、５は結像ユニット、１１は結像ユニット５を構成する入射側マイクロレンズアレイ、１２は同じく出射側マイクロレンズアレイ、２８は入射側マイクロレンズアレイ１１と出射側マイクロレンズアレイ１２の間に設けられたストップアレイである。入射側マイクロレンズアレイ１１を構成する各レンズの光軸と出射側マイクロレンズアレイ１２を構成する各レンズの光軸は、１対１で対応し、且つ一致している。また、ストップアレイ２８には光通過部２９が設けられており、この光通過部２９は入射側及び出射側マイクロレンズアレイ１１、１２の光軸と１対１で対応し、且つ一致している。
【００６９】
図１８は図１７の左側から見た結像ユニットの斜視図である。図において、入力側マイクロレンズアレイ１１側が最前面にあり、次にストップアレイ２８、出射側マイクロレンズアレイ１２の順で並んでいる。
図１７において、矢印Ａは、液晶表示素子１（図示せず）上に表示された画像、矢印Ｂは、背面投写型スクリーン７（図示せず）上に正立等倍に投写された映像である。今、入射側マイクロレンズアレイ１１のレンズｒに着目すると、画像Ａの上端部ｐから出た光は図の実線のような経路を辿り、映像Ｂの上端部ｕに到達する。同じく下端部ｑから出た光は図の破線のような経路を辿り、映像Ｂの下端部ｖに到達する。この時のレンズｒの光軸と光点ｑの為す角をγとする。レンズｒの光軸から更に離れた光点ｓから出た光は、レンズｒに対し一点鎖線の様な経路を辿りレンズｒに入射するが、ストップアレイ２８により遮られ出射側マイクロレンズアレイ１２に到達できない。この場合のレンズｒの光軸と光点ｓの為す角をδとする。ストップアレイ２８の光通過部２９の径ｄを調節することにより、光線の通る角度γと光線が遮光される角度δを自由に設定することが出来る。これらの角度γとδは以下に述べる目的のために設定される。
【００７０】
本発明では前述のように、バックライト２の出力光の発散角を狭くする発散角制御手段４（図１参照）として、例えば、片面に微小プリズムを形成した薄い弾性フィルムを２枚用い、この２枚のフィルムのプリズムが直交するように重ねたものを用いている。この発散角制御手段４を使用することにより、バックライト２（図１参照）の出力光の発散角を±３０°程度にすることができるが、この角度は富士通技報（ＦＵＪＩＴＳＵ．４７、４、（０７，１９９６）、ｐ３５５）に開示されている円錐型の光透過性導光体の角度に比べ広い。通常バックライト２の出力光が広い発散角を持っていると画質が悪くなるが、本発明を実施することにより、この様な広い角度でも画質に悪い影響を与えない。本発明を実施することにより広い発散角（角度δ）の光を遮光することができるためである。
【００７１】
図１９は本発明による結像ユニットのストップアレイの一実施例を示す斜視図である。図１９において、ストップアレイ２８には同じ径の光通過部２９が設けられている。
【００７２】
図２０は本発明による結像ユニットのストップアレイの他の実施例を示す正面図である。図において、３０はストップアレイであり、ストップアレイ３０には径の異なる光通過部３１、３２が設けられている。この光通過部は中央の光通過部３２に対し周辺部の光通過部３１の径を大きくしている。これは、結像ユニット５により投写された表示画像が、拡大ユニット６により拡大され、背面投写型スクリーン７上に結像される時、中央部では光線が背面投写型スクリーン７に垂直に入射するのに対し、背面投写型スクリーン７に対し斜め入射になり輝度劣化が生じるのを補正するためである。なお、図２０に示すストップアレイ３０において、光通過部の径は中央部では小さく、周辺部では大きくなるように徐々に大きくしていってもよいし、中央部から周辺部に段階的に大きくしいってもよい。
【００７３】
図１９、２０に示したストップアレイ２８、３０は、結像ユニット５の温湿度変化が小さい場合は金属材料のエッチング加工等で作っても良いが、結像ユニット５の温湿度変化が大きい場合には、結像ユニット５を構成するマイクロレンズアレイと同じ線膨張率の材料で作ると好適である。
【００７４】
図２１は本発明による結像ユニットの更にの実施例を示す断面図である。図において、３３はマイクロレンズアレイであり、３４はこのマイクロレンズアレイ３３の表面に塗布されたフォトレジスト剤である。３５は写真製版用のフォトマスクである。一般にフォトレジスト剤３４は水溶性であり、紫外線を照射することにより非水溶性になる。従って、図２１に示すように、フォトレジスト剤３４を塗布したマイクロレンズアレイ３３にフォトマスク３５を、フォトマスク３５のストップのパターンとマイクロレンズアレイ３３のレンズの光軸を一致させ、密着させる。次に、フォトマスク３５側から紫外線を照射し、フォトレジスト剤３４のフォトマスク３５のストップのパターン以外の部分を感光させた後水洗する。以上のようにすれば、紫外線により感光されなかった部分が洗い流され、マイクロレンズアレイ３３上にストップアレイ３８を形成することが出来る。完成したフォトレジスト剤によるストップアレイ３８付のマイクロレンズアレイ３６の拡大断面図を図２２に示す。
【００７５】
以上述べたように、片面に微小プリズムを形成した薄い弾性フィルムを２枚設け、前記プリズムが直交するように重ねたものはバックライトの出力光の発散角は±３０°程度あるが、本発明によればこのように広い発散角の発散角制御手段を用いることが出来る。
【００７６】
また、例えばＴＦＴ液晶では発散角が±３０°程度のバックライトの出力光を用い、従来の結像ユニットを用いた場合は、これでもまだ発散角が広すぎ、コントラストの反転が生じる。また、バックライトの出力光の発散角を±３０°程度に出来るといっても輝度半値の値であり、低輝度で広い角度に出光される。コントラストが反転した光は、マイクロレンズアレイに所定以上の角度で入射する。また、この光線は２枚のマイクロレンズアレイ間で最もレンズの光軸から離れた位置を通る。しかしながら、本発明においては、２枚のマイクロレンズアレイ間に設けたストップアレイ２８．３０でこの光線をカットすることが出来る。これにより、製作コストが安く、部品点数が少ない、従来より大幅に薄型にした画像表示装置を提供することができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、薄肉の大型成形品である入射側マイクロレンズアレイと出射側マイクロレンズアレイの型離れによる変形を補正した結像ユニットを含む光学部品及び画像表示装置を提供すること出来る。
【００７８】
また、温度変化、湿度変化等に対しても入出射側のマイクロレンズアレイがこのマイクロレンズアレイを構成するレンズ群の光軸ずれを起こしたり、両者が離れること無く常に密着させておくことが出来る光学部品及び画像表示装置を得ることが出来る。
【００７９】
また、本発明の一実施例の結像ユニットではバックライトから出る余分な光線をカットするために、バックライトと透過型の液晶表示素子の間に設けられた出力光の発散角を狭くする発散角制御手段を、片面に微小プリズムを形成した薄い弾性フィルム２枚をこれらプリズムが直交するように重ねたような簡単なものでも画質を損なうことはない。従って、発散角がある程度広い発散角制御手段を用いることができる。
【００８０】
また、中央の光通過部の径に対し周辺部の光通過部の径を大きくしたストップアレイを用いることにより、背面投写型スクリーンに対し光線が斜めに入射するよって起こる周辺部の輝度劣化を補正することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像表示装置の一実施例を示す平面図である。
【図２】図１に示す画像表示装置のＢ−Ｂ１断面図である。
【図３】本発明による結像ユニットの一実施例を示す拡大側面図である。
【図４】結像ユニットの斜視図である。
【図５】マイクロレンズアレイを製造する金型に樹脂を充填した状態を示す断面図である。
【図６】金型の中で、成形品が変形した状態を示す断面図である。
【図７】本発明による結像ユニットの他の実施例を示す正面図である。
【図８】図７に示す結像ユニットＣ−Ｃ１断面図である。
【図９】結像ユニットの周辺部が接着剤で固定されていない場合の温度変化による挙動を模式的に表した断面図である。
【図１０】図８に示す結像ユニットの端部を接着した場合の温度変化による挙動を模式的に表した断面図である。
【図１１】本発明による結像ユニットを含む光学部品の組立前の一実施例を示す側面図である。
【図１２】本発明による結像ユニットを含む光学部品の組立後の一実施例を示す側面図である。
【図１３】拡大ユニットに結像ユニット側にフレネル面を持つ凹フレネルレンズを用いた時の迷光の発生メカニズムを説明する断面図である。
【図１４】本発明による結像ユニット側にフレネル面を持つ凹フレネルレンズの断面図である。
【図１５】本発明による結像ユニット側にフレネル面を持つ凹フレネルレンズを成形するための金型の作成を説明するための正面図である。
【図１６】本発明による結像ユニット側にフレネル面を持つ凹フレネルレンズの正面図である。
【図１７】本発明による結像ユニットの更に他の実施例を示す側面図である。
【図１８】図１７の結像ユニットを図に向かった左側から見た場合の斜視図である。
【図１９】本発明によるストップアレイの一実施例を示す斜視図である。
【図２０】本発明によるストップアレイの他の実施例を示す平面図である。
【図２１】本発明によるストップアレイ付マイクロレンズアレイの製造方法の一実施例を説明するための断面図である。
【図２２】図２２は本発明によるストップアレイ付のマイクロレンズアレイの一実施例を示す断面図である。
【図２３】本発明にに関連する画像表示装置の平面図である。
【図２４】図２３に示す画像表示装置のＡ−Ａ１側面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ…透過型の液晶表示素子、２…バックライト、３…陰極管、４…発散角制御手段、５…結像ユニット、６…拡大ユニット、７…透明なサポート板、８…背面投写型スクリーン、９…隔壁板、１１…入射側マイクロレンズアレイ、１２…出射側マイクロレンズアレイ、１４…接着剤、２２…取付具、２７…減光フィルタ、２８、３０…ストップアレイ、２９、３１…光通過部、３６…マイクロレンズアレイ。

Claims (10)

1. 透過型の液晶表示素子と、前記液晶表示素子を照明するバックライトと、前記液晶表示素子上の表示画像を投写する結像ユニットを含む光学部品と、投写映像を映出する背面投写型スクリーンとを備え、
   前記光学部品は入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、前記入射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第１の光透過板と、前記出射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び第２の光透過板で挟み、これらの端部を固定または半固定することを特徴とする画像表示装置。
2. 請求項１記載の画像表示装置において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイの周辺部を接着することを特徴とする画像表示装置。
3. 請求項１記載の画像表示装置において、前記第２の光透過板は拡大ユニットであることを特徴とする画像表示装置。
4. 請求項３記載の画像表示装置において、前記拡大ユニットは凹フレネルレンズであることを特徴とする画像表示装置。
5. 請求項１記載の画像表示装置において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設けることを特徴とする画像表示装置。
6. 液晶表示素子を照明するバックライトによって液晶表示素子上の表示画像をスクリーンに投写するために使用する光学部品において、
   入射側マイクロレンズアレイと、出射側マイクロレンズアレイと、前記入射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第１の光透過板と、前記出射側マイクロレンズアレイ側に凸形状に湾曲した第２の光透過板から構成され、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記第１及び第２の光透過板で挟み、これらの端部を固定または半固定することを特徴とする光学部品。
7. 請求項６記載の光学部品において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとを前記入出射マイクロレンズアレイの周辺部で互いに接着することを特徴とする光学部品。
8. 請求項６記載の光学部品において、前記第２の光透過板は拡大ユニットであることを特徴とする光学部品。
9. 請求項８記載の光学部品において、前記拡大ユニットは凹フレネルレンズであることを特徴とする光学部品。
10. 請求項６記載の光学部品において、前記入射側マイクロレンズアレイと前記出射側マイクロレンズアレイとの間にストップアレイを設けることを特徴とする光学部品。

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