JP3972701B2 - 光学ユニットおよびそれを用いた投写型映像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源からの光を液晶パネルあるいは反射型映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して光強度変調し、スクリーン上に映像を投影する光学ユニット、およびそれを用いた、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射型映像表示プロジェクタ装置、液晶テレビジョン、投写型ディスプレイ装置等の投写型映像表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、特開平10−171045号公報に開示されているように、光源からの光を液晶パネルなどのライトバルブ素子(映像表示素子ともいう)で映像信号に応じて光強度変調し形成した映像光を、投射レンズによりスクリ−ンなどに拡大投射する液晶プロジェクタ等の投写型映像表示装置が知られている。
【0003】
ライトバルブ素子(映像表示素子)として液晶パネルを用いた投写型映像表示装置の概略構成図を図3に示す。図3を用いて、光源から投射レンズまでの光学系(以下、光学ユニットと称す)およびそれを用いた投写型映像表示装置について説明する。
【0004】
図3において、光源1から出射した光束は第1レンズアレイ3に入射する。第1レンズアレイ3は、入射した光束をマトリックス状に配置された複数のレンズセルで複数の光束に分割して、効率よく第2レンズアレイ4と偏光変換素子5を通過するように導く。第1レンズアレイ3と同様に、マトリックス状に配置された複数のレンズセルを持つ第2レンズアレイ4は、構成するレンズセルそれぞれが対応する第1レンズアレイ3のレンズセルの形状を液晶表示素子21,22,23側に投影する。この時、偏光変換素子5は第2レンズアレイ4からの光束を所定の偏光方向に揃える。そして、これら第1レンズアレイ3の各レンズセルの投影像を集光用レンズ6、及びコンデンサレンズ13,14,15、第1リレ−レンズ19、第2リレ−レンズ20により各液晶表示素子21,22,23上に重ね合わせる。なお、2は光源1からの光線を示す。
【0005】
その過程で、集光用レンズ6の出射光束は、赤反射緑青透過ダイクロイックミラ−8,緑反射青透過ダイクロイックミラ−9により、赤(R),緑(G),青(B)の3原色に分離される。赤反射緑青透過ダイクロイックミラ−8で分離された赤光束は全反射ミラ−11で反射されて液晶表示素子21に照射され、緑反射青透過ダイクロイックミラ−9で分離された緑光束は液晶表示素子22に照射され、緑反射青透過ダイクロイックミラ−9を透過した青光束は全反射ミラ−10と全反射ミラ−12で反射されて液晶表示素子23に照射される。
【0006】
各液晶表示素子21,22,23は入射側に入射側偏光板(図示せず)を、出射側に出射側偏光板(図示せず)を有し、所定の偏光方向の光を通すようになっている。そして、図示しない映像信号駆動回路により液晶表示素子を透過する光量を制御して画素ごとに濃淡を変える光強度変調を行う。
【0007】
光強度変調で形成された液晶表示素子21,22,23上の映像は、色合成プリズム24によって色合成され、さらに、投射手段である投射レンズ25によってスクリ−ン(図示せず)上へと投射され、大画面映像を得ることができる。
なお、第1リレ−レンズ19と第2リレ−レンズ20は、液晶表示素子21,22に対して青色の液晶表示素子23の、光源1から液晶表示素子面までの光路長が長くなっていることを補うものである。また、コンデンサレンズ13,14,15は液晶表示素子21,22,23へ入射する光線が入射角度が垂直であるものが最も多くなるように光線角度を補正するレンズであり、投射レンズ25によって効率のよい投射を実現する。コンデンサレンズ15は光路長補正のため第1リレ−レンズ19と第2リレ−レンズ20と組合せて用いられるので、広い意味で、第1リレ−レンズ19と第2リレ−レンズ20とコンデンサレンズ15で光線角度補正をしていると考えることができる。本発明では、以下このように考えるものとする。
【0008】
このように構成された投写型映像表示装置の光学ユニットが筐体30に格納されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
この種の投写型映像表示装置に求められる主な要求としては、高輝度でかつ装置サイズが小さいことである。このため、図3で述べたように、光源1から投射レンズ25までの光路を、ダイクロイックミラ−や反射ミラ−を用いて折り曲げ、装置サイズを小さくしている。
【0010】
図4は、図3の投写型映像表示装置に用いられる光学ユニットの概略構成の一部を光路の折り曲げを省略して示した光路説明図である。図4では、偏光変換素子、色合成プリズム、投射レンズは省略し、光源1から液晶表示素子21、22、23までの光路を示している。図4において、図3に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0011】
図4において、各光学部品は、その中心が主光軸40に略一致するように配置されおり、従って、各光学部品は主光軸40に対して上下左右が対称である。また、図4で集光用レンズ6から出射する周辺光の光線径φは、集光用レンズの作用により集光されるため、液晶表示素子側に近い程小さくなっている。
【0012】
このため、図3で斜線部で示すデッドスペ−ス26が生じており、スペ−スが有効利用されていない。
【0013】
本発明の目的は、上記課題を解決し、デッドスペ−スを低減する光学ユニットおよびこれを用いた投写型映像表示装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、投射型映像表示装置において、光源と、映像光を生成するための映像表示素子と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの光の光線方向を補正する光線角度補正レンズと、該光線角度補正レンズからの光を前記映像表示素子の画素ごとに光強度変調して前記映像光を生成するために、前記映像表示素子を駆動する映像信号駆動回路と、前記映像表示素子からの映像光を拡大して投射する投射レンズと、前記装置の外殻を為す筐体と、を備え、前記集光レンズは、前記集光レンズが前記筐体の最も近接する壁面の方向に偏芯して形成され、前記集光レンズは、前記筐体の最も近接する壁面と、前記集光レンズからの光束における前記壁面に近接する境界面とがほぼ平行になるように、前記集光レンズからの光束の通過範囲を前記壁面側にシフトさせ、前記光線角度補正レンズは、前記集光レンズによる前記光束の通過範囲のシフト方向と逆方向に偏芯され、前記映像表示素子に入射する光線角度が略直角になるように、前記集光レンズでシフトされた光束の方向を補正することを特徴とする。
【0015】
この構成により、従来問題となっていたデッドスペースをなくし、光学ユニットの縦寸法が短くすることができるので、その分装置の外形サイズを小さくすることが可能となる。また、この構成により、上記光線角度補正レンズは、集光レンズで筐体の壁面方向へシフトされた光束をそのシフト方向と逆方向にシフトし、該シフトされた光束を映像表示装置に対し、略直角に入手させるように補正するので、上記補正された光束をほぼ平行光にして映像表示装置に入射させることができる。したがって、装置の外形サイズを小さくしつつ、光の利用効率を向上させ、明るく輝度ムラの少ない映像を得ることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
【0020】
図1は本発明による1実施の形態の光学ユニットの概略構成の一部を光路の折り曲げを省略して示した光路説明図である。偏光変換素子、色合成プリズム、投射レンズは省略している。図1において、7は偏芯した集光用レンズで、16と17は集光用レンズ7の偏芯方向とは逆側に偏芯したコンデンサレンズで、18はコンデンサレンズ16,17と同一方向に偏芯した第1リレ−レンズである。コンデンサレンズ16,17、および、第1リレ−レンズ18と第2リレ−レンズ20(図示せず)とコンデンサレンズ15(図示せず)は光線角度補正を行ない、液晶表示素子21,22,23通過後の光線の広がりを押さえる。液晶表示素子21,22,23では、入力映像信号に基づいて駆動回路(図示せず)により光強度変調されて映像光を生成し、生成した映像光を投射レンズ25(図示せず)によって効率のよい投射を実現する。図1において、図3、図4に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0021】
図4の従来技術においては、各光学部品はその中心が主光軸40に略一致するように配置されおり、各光学部品は主光軸に対して上下左右が対称である。これに対して、図1においては、集光用レンズ7を所定方向(図2では紙面に対し上方向)に偏芯させ、かつ、コンデンサレンズ16、17および第1リレ−レンズ18を集光用レンズ7とは反対方向に偏芯させる。これにより、図1で示すように、光源1からの各光線2は集光用レンズ7で偏芯した方向に屈折するので、液晶表示素子21、22、23の中心は光源1などの中心からシフトする。なお、コンデンサレンズ16、17および第1リレ−レンズ18を集光用レンズ7とは反対方向に偏芯させるのは、集光用レンズ7でシフトした光線を補正し、液晶表示素子21、22、23に略平行に照射するようにするものである。このようにすることにより、光学ユニットの周辺部の光線高さを略揃えることができる。
図2は、図1の構成の光学ユニットを液晶パネルを用いた投写型表示装置に適用したものである。図2において、図1,図3,図4に同一な部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【0022】
図2において、集光用レンズ7の偏芯方向は筐体31の近接する壁側方向である。これにともない、図2から明らかなように、光学ユニットの周辺部の光線高さを筐体31に近接するように略揃えることができる。これにより、図3の斜線部で示すデッドスペ−ス26を低減することができる。即ち、図2の筐体サイズA(横)×C(縦)、図3の筐体サイズをA(横)×B(縦)とするとき、C寸法をB寸法より小さくすることができる。
【0023】
一般に、投写型映像表示装置の装置サイズは光学ユニットの最大縦寸法と最大横寸法に若干の構造部品サイズを足したサイズとなる。従来からの構成の図3の光学ユニットサイズは最大横寸法A×最大縦寸法Bであり、本発明を適用した図2の構成の光学ユニットサイズは最大横寸法A×最大縦寸法Cである。図2の構成は図3の構成に対してデッドスペース26が無くなるため縦寸法が短くなり、即ちC寸法をB寸法より小さくすることができるので、その分だけ光学ユニットが小型となる。したがって、装置サイズも同じ分だけ小さくすることができる。
【0024】
なお、上記では、映像表示素子として透過型の液晶パネルを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、反射型の液晶パネルやDMD(Digital Micro Mirror Device)を用いても同様の効果を得ることができる。また、上記では、液晶パネルを3枚用いたが、液晶パネルを1枚だけ用いる投写型映像表示装置にも本発明を適用できることは明らかである。
【0025】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光学ユニットおよびそれを用いた投写型映像表示装置は、偏芯した集光用レンズおよび光線角度補正用レンズを用いることにより、高輝度を維持したまま装置の小型化が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による1実施形態を示す光学ユニットの概略構成の一部を示す光路説明図である。
【図2】本発明の−実施形態を示す投写型映像表示装置の概略構成図である。
【図3】従来の投写型映像表示装置の概略構成図である。
【図4】従来の投写型映像表示装置に用いられる光学ユニットの概略構成の一部を示す光路説明図である。
【符号の説明】
1…光源、2…光線、3…第1レンズアレイ、4…第2レンズアレイ、5…偏光変換素子、6…集光用レンズ、7…集光用レンズ、8…赤反射緑青透過ダイクロイックミラー、9…緑反射青透過ダイクロイックミラー、10、11、12…全反射ミラー、13、14、15、16、17…コンデンサレンズ、18…第1リレーレンズ、19…第1リレーレンズ、20…第2リレーレンズ、21、22、23…液晶表示素子、24…色合成プリズム、25…投射レンズ、26…デッドスペース、30…筐体、31…筐体、40…主光軸。
Claims (1)
- 投射型映像表示装置において、
光源と、映像光を生成するための映像表示素子と、前記光源からの光を集光する集光レンズと、前記集光レンズからの光の光線方向を補正する光線角度補正レンズと、該光線角度補正レンズからの光を前記映像表示素子の画素ごとに光強度変調して前記映像光を生成するために、前記映像表示素子を駆動する映像信号駆動回路と、前記映像表示素子からの映像光を拡大して投射する投射レンズと、前記装置の外殻を為す筐体と、を備え、
前記集光レンズは、前記集光レンズが前記筐体の最も近接する壁面の方向に偏芯して形成され、
前記集光レンズは、前記筐体の最も近接する壁面と、前記集光レンズからの光束における前記壁面に近接する境界面とがほぼ平行になるように、前記集光レンズからの光束の通過範囲を前記壁面側にシフトさせ、
前記光線角度補正レンズは、前記集光レンズによる前記光束の通過範囲のシフト方向と逆方向に偏芯され、前記映像表示素子に入射する光線角度が略直角になるように、前記集光レンズでシフトされた光束の方向を補正することを特徴とする投射型映像表示装置。
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