JP3957602B2

JP3957602B2 - 投写型映像表示装置

Info

Publication number: JP3957602B2
Application number: JP2002282226A
Authority: JP
Inventors: 貴司池田; 剛孝黒坂
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004117927A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、立方体形状の色分離合成素子を備えて構成される投写型映像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は立方体形状の色分離合成素子２０を用いた液晶プロジェクタを示した斜視図である。この液晶プロジェクタは本願出願人による先の特許出願において開示されているものである（特許文献１参照）。色分離合成素子２０は、光源部１０に対向させる光入射面と、各反射型の液晶パネル３１，３２，３３に対向させる３つの光出入面と、投写光学系４０に対向させる光出射面と、他の１面とを備える。その内部には前記光源部１０より入射した光を３原色の色成分に分光して対応する光出入面より出射させるとともに、各光出入面に対向して配置した反射型の液晶表示パネル３１，３２，３３で偏光方向を９０°回転させて反射した３原色の色成分を合成して光出射面より投写光学系４０に与える色分離合成手段５０を備える。
【０００３】
色分離合成手段５０は、例えば誘電体多層膜にて形成されており、図７，図８，図９に示すように、３つの光学面５１，５２，５３から成る。青色光は光学面５１を透過して青色用の液晶表示パネル３１で反射して戻り、光学面５１にて反射して光出射面より出射する。緑色光は光学面５１にて反射して緑色用の液晶表示パネル３２で反射して戻り、光学面５１を透過して光出射面より出射する。赤色光は光学面５２にて反射して赤色用の液晶表示パネル３３で反射して戻り、光学面５３にて反射して光出射面より出射する。
【０００４】
図６は上記の反射型液晶プロジェクタの光学系の概要を示した説明図である。同図（ｂ）では光源部１０と色分離合成素子２０と反射型の液晶表示パネル３１との関係を簡略化して（位相差板等も省略して）示しており、同図（ａ）には反射型の液晶表示パネル３１による反射光（変調光）と色分離合成手段５０の光学面５３との関係を示している。ランプ１１の光出射側にはインテグレータレンズ１２が配置されている。インテグレータレンズ１２は、一対のレンズアレイ１２ａ，１２ｂから構成され、個々の凸レンズが反射型の液晶パネル３１（３２，３３）の全面を照射するように設計されており、ランプ１１から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化して画面中央と周辺部とでの光量差を低減するものである。インテグレータレンズ１２から出射された光はコンデンサレンズ１３，１４を経て色分離合成素子２０の光入射面に入射する。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１６２５２０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示したように、入射側レンズアレイ１２ａの中心から離れて位置する一つの凸レンズに入射した光は、出射側レンズアレイ１２ｂの中心から離れて位置する凸レンズ付近で焦点を結び、コンデンサレンズ１３，１４によって中心方向に屈折して液晶表示パネル３１に斜めに導かれ、この液晶表示パネル３１にて反射した光は斜めに色分離合成素子２０に入射することになる。一例として、色分離合成手段５０における光学面５３は、青色用の液晶表示パネル３１の光入出射方向に平行に配置されており、青色用の液晶表示パネル３１にて反射して斜めに入射してくる変調光に対して一部を通過させ一部を反射させる。図６（ｃ）に示すように、液晶表示パネル３１反射後に光学面５３に到達する光は全反射し、パネル上の点ａにて変調された光があたかもパネル上の点ｂから出射したかのようにスクリーン上の対応する位置に結像する。また、図６（ａ）に示すように、液晶表示パネル３１反射後に光学面５３に到達しない光で、そのままパネル上の点ｂにて変調された光は、スクリーン上の対応する位置に結像する。このことにより、スクリーン上の点ｂに相当する位置には、パネルの点ａと点ｂの２点からの光が重畳して結象することになり、二重像が発生する。
【０００７】
この発明は、上記の事情に鑑み、二重像の発生を防止できる投写型映像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の投写型映像表示装置は、上記の課題を解決するために、透明立方体内に複数の互いに異なる面の色分離合成手段が配置され、光源からの所定偏光を立方体第１面に入射し、立方体第２面と第３面と第４面に各々対面配置された反射型光変調素子に光を与えると共にその反射変調光を入射し、入射した各反射変調光を合成して第５面から出射する色分離合成素子を備えた投写型映像表示装置において、光源からの所定偏光を二光束化し、当該二光束が所定の色分離合成手段の面で互いに交差して所定の反射型光変調素子の第１照射領域と第２照射領域に導かれるように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、二光束が色分離合成手段の面で互いに交差した上で反射型光変調素子の第１照射領域と第２照射領域に導かれるため、反射型光変調素子にて変調された反射光は光軸に平行な光学面から離れていく方向に反射し、光軸に平行な光学面を横切ることがなくなるので、光軸に平行な光学面での全反射と透過による二重像の形成が防止されることになる。
【００１０】
反射型光変調素子のアスペクト比をＡ：Ｂとすると、第１照射領域及び第２照射領域はＡ：Ｂ／２に領域分けされているのがよい。
【００１１】
また、個々の凸レンズが前記光源からの光を前記反射型光変調素子の第１照射領域に導くように入射側レンズアレイと出射側レンズアレイとを有して構成された第１インテグレータレンズと、個々の凸レンズが前記光源からの光を前記反射型光変調素子の第２照射領域に導くように入射側レンズアレイと出射側レンズアレイとを有して構成された第２インテグレータレンズと、を備えて構成されているのがよい。
【００１２】
二光束の照射角度の調節機構を備えるのがよい。また、二光束の照射開始位置をシフトさせる機構を備えるのがよい。これによれば、反射型光変調素子上での二光束の照射位置にずれが生じて暗線ができるといった不具合を解消することが可能となる。
【００１３】
インテグレータレンズを備える構成においては、各出射側レンズアレイの出射側にそれぞれ集光レンズを備え、各集光レンズを光軸に直交する方向に移動調節可能に設け、二光束の照射角度の調節が行えるように構成するのがよい。また、各出射側レンズアレイの光出射側にそれぞれ集光レンズを備えて各インテグレータレンズ及びこれに対応する集光レンズの組を形成し、各組を個別に位置シフトできるように設け、二光束の照射開始位置のシフト操作が行えるように構成するのがよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態の反射型液晶プロジェクタを図１乃至図４及び従来項で用いた図５に基づいて説明する。なお、この実施形態の反射型液晶プロジェクタは、従来項の図５に示した光学部材及び配置形態を有して構成される。すなわち、色分離合成素子２０は、光源部１０に対向させる光入射面と、各反射型の液晶パネル３１，３２，３３に対向させる３つの光出入面と、投写光学系４０に対向させる光出射面と、他の１面とを備える。その内部には前記光源部１０より入射した光を３原色の色成分に分光して対応する光出入面より出射させるとともに、各光出入面に対向して配置した反射型の液晶表示パネル３１，３２，３３で偏光方向を９０°回転させて反射した３原色の色成分を合成して光出射面より投写光学系４０に与える色分離合成手段５０を備える。各光学要素の詳細は特開２００２−１６２５２０号公報に示している通りである。また、以下に述べることは各色光において生じることであるが、一例として、青色用の液晶表示パネル３１について説明している。
【００１５】
図１は、色分離合成手段５０における光学面５３と青色用の液晶表示パネル３１との関係を示した斜視図である。液晶表示パネル３１の中央ライン（点線で示している）は、光学面５３と平行にしてある。液晶表示パネル３１の中央水平ラインを境に一方は第１照射領域とされ、他方は第２照射領域とされる。液晶表示パネル３１のアスペクト比をＡ：Ｂとすると、第１照射領域及び第２照射領域はＡ：Ｂ／２に領域分けされていることになる。第１照射領域には光源１０からの第１光束が導かれ、第２照射領域には光源１０から第２光束が導かれる。
【００１６】
図２はこの実施形態の反射型液晶プロジェクタの光学系の概要を示した説明図である。同図（ｂ）では光源部１０と色分離合成手段５０と反射型の液晶表示パネル３１との関係を簡略化して（位相差板等も省略して）示しており、同図（ａ）には反射型の液晶表示パネル３１による反射光（変調光）と色分離合成手段５０の光学面５３との関係を示している。
【００１７】
ランプ１１の光出射側にはランプ１１から出射された光に存在する部分的な輝度ムラを平均化する第１インテグレータレンズ１５及び第２インテグレータレンズ１６が配置される。第１インテグレータレンズ１５により第１光束が生成され、第２インテグレータレンズ１６により第２光束が生成される。
【００１８】
第１インテグレータレンズ１５は、一対のレンズアレイ１５ａ，１５ｂから構成され、個々の凸レンズ（凸レンズの向きが光入射側か光出射側かは問わない）が反射型の液晶パネル３１の第１照射領域を照射する。すなわち、第１インテグレータレンズ１５において、入射側レンズアレイ１５ａの一つの凸レンズに入射した光は、出射側レンズアレイ１５ｂの対応する凸レンズ付近で焦点を結び、コンデンサレンズ１３によって屈折し、色分離合成手段５０の光学面５３に交わるようにして液晶表示パネル３１に導かれる。
【００１９】
第２インテグレータレンズ１６は、一対のレンズアレイ１６ａ，１６ｂから構成され、個々の凸レンズ（凸レンズの向きが光入射側か光出射側かは問わない）が反射型の液晶パネル３１の第２照射領域を照射する。すなわち、第２インテグレータレンズ１６において、入射側レンズアレイ１６ａの一つの凸レンズに入射した光は、出射側レンズアレイ１６ｂの対応する凸レンズ付近で焦点を結び、コンデンサレンズ１３によって屈折し、色分離合成手段５０の光学面５３に交わるようにして液晶表示パネル３１に導かれる。
【００２０】
このように、第１インテグレータレンズ１５と第２インテグレータレンズ１６とにより、光源１０からの光は二光束化される。そして、当該二光束は色分離合成手段５０の光学面５３で互いに交差して液晶パネル３１の第１照射領域と第２照射領域とに導かれることになる。なお、各インテグレータレンズにおける凸レンズ部の形状は、第１，第２照射領域の形状に対応したものとされる。
【００２１】
かかる構成により、反射型の液晶表示パネル３１にて変調された反射光は色分離合成手段５０の光学面５３から離れていく方向に反射し、色分離合成手段５０の光学面５３を横切ることがなくなるので、色分離合成手段５０の光学面５３での全反射と透過による二重像の形成が防止されることになる。なお、二光束が光学面５３に入射する際に透過と全反射が生じることになるが、液晶表示パネル入射前における光学面の一方の面での全反射は他方の面での全反射と相殺されることになり、液晶表示パネルの第１，第２照射領域での明るさにアンバランスが生じるわけではない。
【００２２】
ところで、二光束を液晶パネル３１の第１照射領域と第２照射領域とに導くこととすると、第１照射領域と第２照射領域との境界に十分に光が導かれずにパネルセンターに暗線ができてしまう場合がある。
【００２３】
図３の斜視図には、上記暗線の不具合を解消する機構を備えた投写型映像表示装置を示している。この図３に示す構成では、第１，第２インテグレータレンズ１５，１６の各出射側レンズアレイ１５ｂ，１６ｂの出射側にそれぞれコンデンサレンズ１７，１８を備え、各コンデンサレンズ１７，１８を光軸に直交する方向に個別に移動調節可能に設けている。ここで、光軸に直交する方向は、光学面５３の面に直交する方向となっている。各コンデンサレンズ１７，１８を移動させる機構としては、レンズ支持枠、このレンズ支持枠を案内するガイド、レンズ支持枠をガイドに沿って押し引きする螺子部材といった構成要素により実現できるが、このような機構に限定されるものではない。また、コンデンサレンズ１７，１８間は遮光されるように構成している。
【００２４】
更に、第１インテグレータレンズ１５とコンデンサレンズ１７とが一体化されて組を成し、第２インテグレータレンズ１６とコンデンサレンズ１８とが一体化されて組を成し、各組は個別に位置シフトできるようになっている。各組を位置シフトさせる機構としては、各組支持枠、この各組支持枠を案内するガイド、レンズ支持枠をガイドに沿って押し引きする螺子部材といった構成要素により実現できるが、このような機構に限定されるものではない。
【００２５】
ここで、各組による液晶表示パネル上での照射範囲は、それぞれ第１照射領域及び第２照射領域よりも幾分大きめとされている。幾分大きめとしていることにより、各組を位置シフトさせても、それぞれ第１照射領域及び第２照射領域の照射を維持でき、これに加えてその境目に非照射範囲ができてしまうのを防止できることになる。この様子を、図４に基づいて説明すると、照射範囲のシフト（位置シフト）により、図の▲１▼の照射状態から▲２▼に示すごとく、パネル上での照射範囲が拡大されたことになり、パネル中心への照射光量が増大して中心部の暗線が除去されることになる。
【００２６】
照射範囲のシフト（位置シフト）させただけでは、図４の▲２▼に示しているごとく、光学面５３に光束が触れてしまうことになる。このとき、各コンデンサレンズ１７，１８を図３に示したごとく移動させることにより、光束の入射角を大きくさせることができ（レンズ周辺側ほど屈性作用が大きい）、図４の▲３▼に示すように、光束が光学面５３に触れるのを回避できることになる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の投写型映像表示装置であれば、透明立方体内に複数の互いに異なる面の色分離合成手段が配置され、光源からの所定偏光を立方体第１面に入射し、立方体第２面と第３面と第４面に各々対面配置された反射型光変調素子に光を与えると共にその反射変調光を入射し、入射した各反射変調光を合成して第５面から出射する色分離合成素子を備える構成において、色分離合成手段による反射変調光の全反射を防止し、二重像が発生するのを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態の反射型液晶プロジェクタにおける色分離合成手段の光学面と青色用の液晶表示パネルとの関係を示した斜視図である。
【図２】この発明の実施形態の反射型液晶プロジェクタの光学系の概要を示した平面図である。
【図３】この発明の実施形態を示す図であって、コンデンサレンズを二分割したタイプの反射型液晶プロジェクタを示した斜視図である。
【図４】図３の作用説明図である。
【図５】立方体形状の色分離合成素子を有した反射型液晶プロジェクタの概要を示した斜視図である。
【図６】従来の反射型液晶プロジェクタの光学系の概要を示した平面図である。
【図７】色分離合成手段の光学面と光入出射光との関係を示した説明図である。
【図８】色分離合成手段の光学面と光入出射光との関係を示した説明図である。
【図９】色分離合成手段の光学面と光入出射光との関係を示した説明図である。
【符号の説明】
１０光源
１１ランプ
１３コンデンサレンズ
１５第１インテグレータレンズ
１６第２インテグレータレンズ
１７第１コンデンサレンズ
１８第２コンデンサレンズ
２０色分離合成素子
３１，３２，３３反射型の液晶表示パネル
５０色分離合成手段
５１，５２，５３光学面

Claims

透明立方体内に３つの互いに異なる光学面からなる色分離合成手段が配置され、前記３つの光学面は一つの線で交わり、光源からの所定偏光を立方体第１面に入射し、立方体第２面と第３面と第４面に各々対面配置された反射型光変調素子に光を与えると共にその反射変調光を入射し、入射した各反射変調光を合成して第５面から出射する色分離合成素子を備えた投写型映像表示装置において、
光源からの所定偏光を二光束化し、当該二光束が前記色分離合成手段の前記光学面に向かって進み、当該光学面で互いに交差する状態を経て、前記反射型光変調素子上の前記一つの線の投影線を境にして領域分けされる第１照射領域と第２照射領域とに各々導かれるように構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１に記載の投写型映像表示装置において、反射型光変調素子のアスペクト比をＡ：Ｂとすると、第１照射領域及び第２照射領域はＡ：Ｂ／２に領域分けされていることを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１又は請求項２に記載の投写型映像表示装置において、個々の凸レンズが前記光源からの光を前記反射型光変調素子の第１照射領域に導くように入射側レンズアレイと出射側レンズアレイとを有して構成された第１インテグレータレンズと、個々の凸レンズが前記光源からの光を前記反射型光変調素子の第２照射領域に導くように入射側レンズアレイと出射側レンズアレイとを有して構成された第２インテグレータレンズと、を備えて構成されたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、二光束の照射角度の調節機構を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の投写型映像表示装置において、二光束の照射開始位置をシフトさせる機構を備えたことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項３に記載の投写型映像表示装置において、各出射側レンズアレイの出射側にそれぞれ集光レンズを備え、各集光レンズを光軸に直交する方向に移動調節可能に設け、二光束の照射角度の調節が行えるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。
請求項３又は請求項６に記載の投写型映像表示装置において、各出射側レンズアレイの光出射側にそれぞれ集光レンズを備えて各インテグレータレンズ及びこれに対応する集光レンズの組を形成し、各組を個別に位置シフトできるように設け、二光束の照射開始位置のシフト操作が行えるように構成したことを特徴とする投写型映像表示装置。