JP3960733B2 - 画像投影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像投影装置に係わり、特に、反射型液晶表示装置と投影レンズとの間の距離を短くした画像投影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像投影装置からスクリーンに画像を投影して、画像を表示する画像表示装置に使用される画像投影装置として、反射型液晶表示装置を使用したものが知られている。
図７は、従来の反射型液晶表示装置を用いた画像投影装置の光学系を示す側面図である。
図７に示すように、従来の画像投影装置は、１つの光源１と、１つの反射・透過面を持つビームスプリッタ３と、投影レンズ４とを組み合わせた光学系を有する。
図７に示す画像投影装置では、ビームスプリッタ３は、反射型液晶表示装置２と投影レンズ４との間に配置される。
そして、光源１より放射された光は、ビームスプリッタ３に入射され、ビームスプリッタ３の反射・透過面で反射されて反射型液晶表示装置２に入射される、また、反射型液晶表示装置２で反射された光は、ビームスプリッタ３の反射・透過面を透過して投影レンズ４に入射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、省スペース化のために、画像投影装置の小型化（特に、光軸方向の小型化）が要望されている。
画像投影装置の光軸方向（反射型液晶表示装置２の中心と投影レンズ４の中心とを結ぶ方向）のサイズを小さくするためには、反射型液晶表示装置２と投影レンズ４との間の距離を短くする必要がある。
しかしながら、従来の画像投影装置では、反射型液晶表示装置２と投影レンズ４のと間に、ビームスプリッタ３が存在する。
そのため、図８に示すように、反射型液晶表示装置２の高さをＨとすると、ビームスプリッタ３の光軸方向の長さは、最低でも反射型液晶表示装置２の高さ（Ｈ）分必要であった。
即ち、従来の画像投影装置では、液晶表示装置２と投影レンズ４との間の距離を、反射型液晶表示装置２の高さ（Ｈ）に相当する距離より短くすることができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、画像投影装置において、光軸方向の長さを短くして、小型化を図ることが可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の前記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
即ち、本発明は、反射型表示装置と投影レンズとの間に、光源から照射される光を反射型表示装置に反射するとともに、反射型表示装置で反射された光を投影レンズに入射する光学素子を有する画像投影装置であって、光学素子は、光源から照射される光を反射するとともに反射型表示装置で反射された光を透過させる反射・透過面を有し、光学素子の反射・透過面は、反射型表示装置の中心と投影レンズの中心とを結ぶ光軸に直交するある面で切断したときの断面形状が、先端部が前記反射型表示装置側に突出するくの字型形状であることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明は、反射型液晶表示装置と投影レンズとの間に、２つの光源から照射される光を反射型液晶表示装置に反射するとともに、反射型液晶表示装置で反射された光を投影レンズに入射する光学素子を有する画像投影装置であって、光学素子は、一辺が互いに交わり、各光源から照射される光を反射するとともに反射型表示装置で反射された光を透過させる２つの反射・透過面を有し、２つの反射・透過面の断面形状は、２つの反射・透過面の互いに交わる一辺と直交する面で切断したときに、先端部が反射型表示装置側に突出するくの字型形状であり、２つの反射・透過面の互いに交わる一辺は、反射型液晶表示装置の中心と投影レンズ中心とを結ぶ光軸と直交し、かつ、反射型液晶表示装置の一辺とほぼ平行であることを特徴とする。
【０００６】
前記手段によれば、反射型表示装置（例えば、反射型液晶表示装置）と、投影レンズとの間に配置され、光源から照射される光を反射型表示装置に反射するとともに、反射型表示装置で反射された光を投影レンズに入射する光学素子（例えば、偏光ビームスプリッタ）として、反射型表示装置の中心と投影レンズの中心とを結ぶ光軸に直交するある面で切断したときの断面形状が、先端部が反射型表示装置側に突出するくの字型形状の反射・透過面を有する光学素子を用いるようにしたので、画像投影装置の光軸方向の長さを短くして、画像投影装置の小型化を図ることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の画像投影装置の光学系を示す側面図である。
同図に示すように、本実施の形態の画像投影装置は、２つの光源（１Ａ，１Ｂ）と、反射型液晶表示装置２と、ビームスプリッタ３と、投影レンズ４を含む光学系を有する。
２つの光源（１Ａ，１Ｂ）は、反射型液晶表示装置２の中心と投影レンズ４の中心とを結ぶ光軸Ｚに対称に配置されている。
【０００８】
図２は、本実施の形態のビームスプリッタ３の概略構成を示す斜視図である。
図２に示すように、ビームスプリッタ３は、反射・透過面３Ａ（図２の（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で囲まれる四角形）と、反射・透過面３Ｂ（図２の（Ｅ，Ｂ，Ｃ，Ｆ）で囲まれる四角形）との２つの反射・透過面とを有する。
この２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）は、一辺（図２のＢとＣを結ぶ辺）が互いに交わり、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）の断面形状は、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）の互いに交わる一辺と直交する面で切断したときに、先端部が反射型液晶表示装置側に突出するくの字型形状（図２のＡ→Ｂ→Ｅを結ぶくの字形状）を有する。
また、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）の互いに交わる一辺は、光軸Ｚと直交し、かつ、反射型液晶表示装置２の一辺と平行になるように配置されている。
さらに、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）は、互いに直交している。
ビームスプリッタ３は、偏光ビームスプリッタであり、ｐ偏光透過し、ｓ偏光を反射する。
この偏光ビームスプリッタは、例えば、ガラスの間に、高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜（例えば、ＭｇＦ₂、ＺｒＯ₂からなる交互多層膜）を介在させて作製される。
【０００９】
本実施の形態において、光源（１Ａ，１Ｂ）とビームスプリッタ３との光路中には、偏光板５が配置される。
なお、偏光板５に代えて、例えば、無偏光の光、あるいはＰ偏光（またはＳ偏光）の光を、Ｓ偏光（またはＰ偏光）に変換する偏光変換素子を用いてもよい。
本実施の形態において、光源（１Ａ，１Ｂ）から投影レンズ４へ到達する光の経路は、以下の通りである。
光源（１Ａ，１Ｂ）から照射された無偏光の光は、偏光板（あるいは偏光変換素子）５により、Ｓ偏光のみになる。
それぞれのＳ偏光は、ビームスプリッタ３の反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）で反射され、反射型液晶表示装置２へ導かれる。
反射型液晶表示装置２によって、Ｐ偏光に変換されて反射された光は、今度はビームスプリッタの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）を透過し投影レンズ４に達する。
【００１０】
本実施の形態の反射型液晶表示装置２の高さ（Ｈ）とビームスプリッタ３の最小となる光軸方向の長さを図３に示す。
図３に示すように、反射型液晶表示装置２の高さをＨとおくと、ビームスプリッタ３の光軸方向の長さは、Ｈ／２となる。
一方、従来の画像投影装置では、図７に示すように、ビームスプリッタ３の光軸方向の長さは、最低でも反射型液晶表示装置２の高さ（Ｈ）分必要であった。
このように、本実施の形態では、ビームスプリッタ３の光軸方向の長さを、従来の画像投影装置に比べて１／２にできるので、反射型液晶表示装置２と投影レンズ４との間の距離を、従来のものに比べて、短くすることができる。
なお、本実施の形態では、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）と、ビームスプリッタ３の投影レンズ側の面（図２の（Ａ，Ｅ，Ｆ，Ｄ）で囲まれる四角形）とで囲まれる領域が三角柱状の場合について説明したが、例えば、反射・透過面と、ビームスプリッタ３の投影レンズ側の面とで囲まれる領域が、円錐状、多角錐状等（即ち、反射・透過面を、反射型液晶表示装置２の中心と投影レンズ４の中心とを結ぶ光軸Ｚに直交するある面で切断したときの断面形状が、先端部が反射型液晶表示装置２に突出するくの字型形状）の形状であっても、本実施の形態と同様の効果を有する。
【００１１】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２の画像投影装置の光学系を示す側面図である。
前記実施の形態の画像投影装置は、ビームスプリッタ３として、２つの反射・透過面（３Ａ，３Ｂ）が、くの字型に直交した偏光ビームスプリッタを用いた実施の形態であるが、本実施の形態では、２つの反射・透過面が直交しておらず、それらがハーフミラー（６ａ，６ｂ）である場合の実施の形態である。
図５は、本実施の形態のハーフミラー（６ａ，６ｂ）の概略構成を示す斜視図である。
図５に示すように、２つのハーフミラー（６ａ，６ｂ）は、一辺が互い交わり、２つのハーフミラー（６ａ，６ｂ）の断面形状は、２つのハーフミラー（６ａ，６ｂ）の互いに交わる一辺と直交する面で切断したときに、先端部が反射型液晶表示装置側に突出するくの字型形状を有する。
また、２つのハーフミラー（６ａ，６ｂ）の互いに交わる一辺は、光軸Ｚと直交し、かつ、反射型液晶表示装置２の一辺と平行になるように配置されている。
【００１２】
図４において、光源（１Ａ，１Ｂ）は、光軸Ｚに対して対称で、かつ、ハーフミラー（６ａ，６ｂ）による反射光が，反射型液晶表示装置２に入射できるように配置されている。
光源１Ａから照射された光は、ハーフミラー（６ａ）の反射・透過面ＨＭＡで、反射もしくは透過する。
反射・透過面ＨＭＡで反射された光は、反射型液晶表示装置２に入射され、反射型液晶表示装置２で反射された光は、ハーフミラー（６ａ）の反射・透過面ＨＭＡを透過して投影レンズ４に至る。
光源１Ｂから照射された光は、ハーフミラー（６ｂ）の反射・透過面ＨＭＢで、反射もしくは透過する。
反射・透過面ＨＭＢで反射された光は、反射型液晶表示装置２に入射され、反射型液晶表示装置２で反射された光は、ハーフミラー（６ｂ）の反射・透過面ＨＭＢを透過して投影レンズ４に至る。
【００１３】
一方、光源１Ａから照射され、反射・透過面ＨＭＡを透過する光の光路としては、反射・透過面ＨＭＢに入射し、透過する経路（図４のＬ１）、反射・透過面ＨＭＢに入射し反射する経路（図４のＬ２）、反射・透過面ＨＭＢに入射しない経路（図４のＬ３）の３通り存在する。
これらの光が、投影レンズ４に入射され、さらに射出されると、画像のコントラストを低下させる。
しかし、本実施の形態では、ハーフミラー（６ａ）の反射・透過面ＨＭＡと、ハーフミラー（６ｂ）の反射・透過面ＨＭＢとが直交していないので、光（Ｌ２，Ｌ３）が投影レンズ４に入射しない配置や、投影レンズ４に入射しても、投影レンズ４の縁や絞りなどでけられて射出されない配置をとることができる。
したがって、本実施の形態では、画像投影装置からスクリ−ン（図示せず）に表示される画像のコントラストが低下することがない。
なお、前述の説明では、光源１Ａから照射される光について説明したが、光源１Ｂから照射される光についても同様である。
【００１４】
本実施の形態では、図６に示すように、反射型液晶表示装置２の高さをＨとおくと、ハーフミラー（６ａ，６ｂ）の光軸方向の長さをＨ／２より小さくできる。
一方、従来の画像投影装置では、図７に示すように、ビームスプリッタ３の光軸方向の長さは、最低でも反射型液晶表示装置２の高さ（Ｈ）分必要であった。
このように、本実施の形態では、ハーフミラー（６ａ，６ｂ）の光軸方向の長さを、従来の画像投影装置に比べて１／２以下にできるので、反射型液晶表示装置２と投影レンズ４との間の距離を、従来のものに比べて、より短くすることができる。
なお、本実施の形態のハーフミラー（６ａ，６ｂ）を、前記実施の形態のように偏光ビームスプリッタに置き換え、偏光板もしくは偏光変換素子を用いることも可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下前記の通りである。
本発明によれば、画像投影装置の光軸方向の長さを短くして、画像投影装置の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の画像投影装置の光学系を示す側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のビームスプリッタの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１の画像投影装置における、ビームスプリッタと、反射型液晶表示装置のサイズを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２の画像投影装置の光学系を示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態２のハーフミラーの概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２の画像投影装置における、ハーフミラーと、反射型液晶表示装置のサイズを説明するための図である。
【図７】従来の画像投影装置の光学系を示す側面図である。
【図８】従来の画像投影装置における、ビームスプリッタと反射型液晶表示装置のサイズを説明するための図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ…光源、２…反射型液晶表示装置、３…ビームスプリッタ、３Ａ，３Ｂ…ビームスプリッタ３の反射・透過面、４…投影レンズ、５…偏光板（または偏光変換素子）、６ａ，６ｂ…ハーフミラー、ｚ…光軸、ＨＭＡ，ＨＭＢ…ハーフミラー（６ａ，６ｂ）の反射・透過面、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…光線。

Claims (3)

1. ２つの光源と、
   反射型液晶表示装置と、
   投影レンズと、
   前記反射型液晶表示装置と前記投影レンズとの間に配置され、前記２つの光源から照射される光を前記反射型液晶表示装置に反射するとともに、前記反射型液晶表示装置で反射された光を前記投影レンズに入射する光学素子とを有する画像投影装置であって、
   前記光学素子は、一辺が互いに交わり、前記各光源から照射される光を反射するとともに、前記反射型表示装置で反射された光を透過させる２つの反射・透過面を有し、
   前記２つの反射・透過面の断面形状は、前記２つの反射・透過面の互いに交わる一辺と直交する面で切断したときに、先端部が前記反射型表示装置側に突出するくの字型形状であり、
   前記反射型表示装置側に突出するくの字型形状の前記先端部の角度は、９０°よりも大きく、
   前記２つの反射・透過面の互いに交わる一辺は、前記反射型液晶表示装置の中心と前記投影レンズ中心とを結ぶ光軸と直交し、かつ、前記反射型液晶表示装置の一辺とほぼ平行であることを特徴とする画像投影装置。
2. 前記光学素子は、偏光方向の違いによって光源から照射される光を反射、あるいは透過する偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１に記載の画像投影装置。
3. 前記光源から前記偏光ビームスプリッタに至る光路中に、偏光板、あるいは偏光変換素子を有することを特徴とする請求項２に記載の画像投影装置。

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