JP4650015B2 - 映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネル、又は映像表示素子などのライトバルブ素子を使用して、スクリーン上に映像を投影する投射装置、例えば、液晶プロジェクタ装置や、反射式映像表示プロジェクタ装置、投射型リアプロジェクションテレビ等の光学エンジン、投射型映像表示装置に係わり、特にライトバルブ素子に入射する複数の色の光を回転多面体を用いてライトバルブ素子の異なった場所に照射し、この場所を順次移動させて投射する技術に関するものである。

従来、ランプからの光を第１及び第２のアレイレンズ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、コリメータレンズを通過させた後、複数のダイクロイックミラーを使用してＲ光、Ｂ光及びＧ光に分離し、各分離された光をそれぞれの回転プリズムを用いて光路を変えて、各光がライトバルブ素子（以下単に表示素子あるいは映像表示素子と言う）のそれぞれ異なった場所に照射され、かつ、各光の照射される場所が順次表示素子上を一定方向に移動（スクロール）させるようにした光学ユニットが知られている。

上記従来の光学ユニットは、単板の表示素子を用いた、組み立てが容易である等の利点があるが、複数の回転プリズムを使用しなければならないため、光学ユニットが大型となる。また、複数の回転プリズム、多数のレンズ及び多くのダイクロイックミラーを使用するために高価になると共に多くのレンズを使うために光の利用効率が悪くなる。更に、Ｒ、Ｇ、Ｂ光が照射される表示素子上の位置を合わせるためには複数の回転プリズムの回転位相を合わせなければならず、この調節が困難である。また、複数のモータを使うことによる騒音対策をしなければならない等の問題がある。

本発明の目的はコンパクトで安価な光学ユニット提供することにある。
本発明の他の目的は表示素子上に照射されるの複数の光の位置合わせが容易であり、光の利用効率がよい、新規かつ有用な映像表示技術を提供することにある。

上記の目的を達成するために、光学ユニットは、光源と、該光源の出射光から映像信号に応じた光学像を形成する表示素子と、該光源から出射された光を複数色の光に分離する色光分離手段と、該色光分離手段から出射された各複数色の光が入射され、光軸の方向を変えて出射して該表示素子の異なった場所に該複数色の光を照射すると共に該複数色が照射される場所を一方向に移動させることができる回転多面体と、該表示素子から出射された光をカラー映像として投射する投射装置とを備える。

この光学ユニットにおいて、該色分離手段はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムと反射ミラーから構成される。また、該回転多面体から出射された該複数色の光の内、２つの光の光軸は交差した後、該表示素子に照射される。また、該回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に該複数色の光を照射し、該反射型回転多面体からの反射光を該表示素子に照射する。また、該回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に該複数色の光の一つを結像させ、該反射型回転多面体からの反射光を該表示素子に照射する。また、該回転多面体は透過型回転多面体であり、該透過型回転多面体に該複数色の光を照射し、該透過型回転多面体の内部を透過させることによって、該複数色の光を該表示素子に照射する。また、該回転多面体より後の光路に結像光学系を設けて、該表示素子に２次像を結像させる。また、該光源からの光を第１のアレイレンズ及び第２のアレイレンズを透過させた後、該色分離手段に照射し、該表示素子に照射された複数色の光の内、一つの光の形状を該第１アレイレンズの各レンズセルの形状と相似形とする。また、光の偏光方向を揃えない場合には、マイクロミラー型映像表示素子を用いる。該光源から出射された光の偏光方向を揃えるための偏光ビームスプリッタを設け、光の偏光方向が揃えられた複数色の光を透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、強誘電性液晶表示素子のいずれかで構成される表示素子に照射する。

本発明の映像表示装置は、上記の光学ユニットと、映像処理回路と、電源とを備える。

本発明によれば、構成が簡単な単板式の光学ユニットを得ることができる。また、光の利用効率のより光学ユニットを得ることができる。また、表示素子上での複数色の位置合わせを容易に行うことができる。

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は本発明による光学ユニットの第１の実施例を示す構成図である。
図において、ランプから出射された光をリフレクタで反射して得られる光源１からの光は複数の２次光源像を形成するための第１のアレイレンズ２に入射され、さらに複数の集光レンズにより構成され、複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子１２に第１のアレイレンズ２の個々のレンズ像を結像させる第２のアレイレンズ３を通過する。第２のアレイレンズ３を通過したＰ偏光光とＳ偏光光が混在した光は偏光ビームスプリッタ４（以下、単にＰＢＳと言う）及びλ／２波長板４ａで、例えばＳ偏光光に揃えられ、第１のコリメートレンズ５ａ及び第２のコリメートレンズ５ｂを通して、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー７ａ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー７ｂ、Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラーあるいは反射ミラー７ｃ、（以降ダイクロイックミラー群と呼称する）によってそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射される。各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は第３のコリメートレンズ５ｃを通過して、それぞれ反射型回転多面体４３の異なる場所に照射され、反射型回転多面体４３で反射される。本実施例では、この反射型回転多面体４３は８面体で構成されているが、面の数は限定されるものではない。また、本実施例ではダイクロイックミラー群7ａ，7ｂ，7ｃは、赤光（Ｒ），緑光（Ｇ），青光（Ｂ）の３色であるが、Ｒ，Ｇ，Ｂ、Ｗ（白色光）の組合せ色切替、またはＹ（黄色光）、Ｃ（シアン光）、Ｍ（マゼンダ光）の組合せ色切替、または、Ｒ、Ｙ、Ｇ、Ｃ、Ｍの組合せ色切替、Ｒ、Ｏ（オレンジ光）、Ｇ、Ｂ、Ｖ（紫光）の組合せ色切替でもよく、この場合は、色分離手段であるダイクロイックミラー群が３枚以上の複数枚になることもある。この場合は表示素子上のスクロール帯は３種類以上になる場合がある。
また、２板式（表示素子２枚を利用しキューブ型のＰＢＳの２面にそれぞれ配置する構成）の光学エンジンの場合は、スクロールさせる光のみを回転ポリゴンミラーを介して第1の表示素子に到達し、残りのスクロールしない光は、固定ミラー、レンズを介して直接、第２の表示素子に到達するように構成する構成も可能である。

Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が反射型回転多面体４３の１つの面で反射された場合、各光の光軸は一旦交差される。また、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のいずれか二つの光が反射型回転多面体４３の１つの面で反射された場合には、例えば、これら光の光軸は交差される（後述する図４、５参照）。反射型回転多面体４３を出射したＲ光、Ｇ光及びＢ光は結像レンズ６、コンデンサレンズ８、偏光板９ａを透過し、ＰＢＳ１０で反射された後、λ／４波長板１１を通過して表示素子１２の異なった場所に照射される。表示素子１２から出射されＳ偏光光からＰ偏光光に変換された光はＰＢＳ１０を透過し、更に偏光板９ｂを透過した後、投射レンズ１３を通してスクリーン（図示せず）に拡大投影された映像を表示する。
なお、表示素子としては、透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子、強誘電性液晶表示素子及びマイクロミラー型映像表示素子等があるが、本発明では適宜これら表示素子のいずれかを使用することができる。本実施例では、表示素子１２として反射型液晶表示素子または強誘電性液晶表示素子を使用することができる。

図１の実施例において、各ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃによって反射されたＲ光、Ｇ光、Ｂ光の光軸の方向は、それぞれＲ光、Ｇ光およびＢ光が表示素子１２上で所定の場所に照射されるように調整される。また、反射型回転多面体４３はこれを回転させた時、表示素子１２上のＲ光、Ｇ光およびＢ光が略同等速度で一方向に移動できるように、その大きさ、多面体の数を決める。
また、ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃの代わりに、ダイクロイックプリズムと反射ミラーを組み合わせて、ダイクロイックプリズムでＲ光、Ｇ光及びＢ光に分離し、反射ミラーで光軸の方向を制御するようにしても良い。

次に、ある時刻において、反射型回転多面体４３で反射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の表示素子１２上における照射状況について図２を用いて説明する。

図２は表示素子上における３色の光の照射状況を説明するための表示素子の斜視図である。図２において、１２ＲはＲ光が照射された場所を示し、１２ＧはＧ光が照射された場所を示し、１２ＢはＢ光が照射された場所を示す。これらＲ光、Ｇ光およびＢ光は表示素子１２上に同時に照射される。また、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂはそれぞれ次にＲ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される場所であり、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を照射するためのアドレッシングを行っている。この場所の大きさは表示素子１２の書き込み時間、すなわち表示素子１２の応答時間とスクロール速度によって決まるもので、スクロールの１ラインの移動時間より、応答時間が十分早い場合には１ラインでもよい。応答時間が遅い場合には、その応答時間に合わせたライン数を振り分ける。

これらの光を最初に表示素子１２上にスクロールにより上から照射する場合には、場所１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂにそれぞれアドレスを各色に合った情報として、各色は上から順に書き込み、その後に、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を表示素子１２上に各色エリアの上から順に照射していく。その間に、場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂにアドレス書き込みを行う。場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂへのアドレスの書き込みが完了すると、それぞれ場所１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂに照射されているＲ光、Ｇ光、Ｂ光が表示素子１２の下の方向に場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂの分だけ移動して、この場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１ＢにＲ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される。また、場所２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂへのアドレスの書き込みが完了すると、その下のラインに対してアドレス書き込みが行われる。このようにして、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が照射される場所は順次下方に移動される。
また、各場所１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの大きさは本実施例では略同じであるため、第１のアレイレンズ２の各レンズの形状はＲ光、Ｇ光、又はＢ光が照射される表示素子１２上の場所１２Ｒ、１２Ｇ、又は１２Ｂの光の帯形状と相似形になるように構成される。

次に、図３〜図５を用いて、本発明の第２の実施例について説明する。
図３、図４、図５は本発明による光学ユニットの第２の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図であり、図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）はそれぞれ光学ユニットの構成図を、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）はＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射される表示素子上での場所を示す。図において、反射型回転多面体４３が矢印Ａの方向に回転している場合、図３（ａ）はダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光が反射型回転多面体４３の一つの面に照射された場合の実施例であり、この場合図３（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が照射される場所は、表示素子１２の右から左に向かって順に、１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂとなる。図４（ａ）はダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光の内Ｒ光及びＧ光が一つの面に照射され、Ｂ光が次の面に照射された場合の実施例であり、この場合、図４（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が照射される場所は、表示素子１２の右から順に場所１２Ｂ、１２Ｒ、１２Ｇとなる。
図５（ａ）はダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射された光の内、Ｒ光のみが一つの面に照射され、Ｇ光およびＢ光は次の面に照射された場合の実施例を示し、この場合、図５（ｂ）に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が照射される場所は、表示素子１２の右から順に場所１２Ｇ、１２Ｂ、１２Ｒとなる。

図３〜図５において、図１と同じものに対しては同一の符号を付けてその説明を省略する。図３〜図５において、図１と相違する点は、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路では、λ／２波長板４ａ、第のコリメートレンズ５ｂは省略されている。ダイクロイックミラー７ａ、７ｂ、７ｃから反射型回転多面体４３までの光路では、第３のコリメートレンズ５ｃは省略され、その代わりに結像レンズ６ａが使用されている。反射型回転多面体４３から投射レンズ１３までの光路では略同じ構成である。本実施例においても図１の実施例と同様に動作し、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光をそれぞれ表示素子１２上の場所１２ａ、１２ｂ、１２ｃに照射すると共に、その場所は表示素子１２の一方向に順次移動され、一つの表示素子１２でカラーの映像をスクリーン（図示せず）に表示することができる。

図３はダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ反射型回転多面体４３の一つの面に合焦された場合を示している。この場合は、反射型回転多面体４３の面から反射された各Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の光軸は反射型回転多面体４３とＰＢＳ１０の入射面の間で交差される。なお、本実施例では８面体を例にとって説明するが、面の数はこれに限定されるものではない。
図４のように、反射型回転多面体４３の一つの面にＲ光及びＢ光が照射され、次の面にＢ光が照射される場合、反射型回転多面体４３から反射されたＲ光およびＧ光の光軸は交差された後、ＰＢＳ１０に照射されるが、Ｂ光の光軸はＲ光及びＧ光の光軸と交わることなくＰＢＳ１０に入射される。
図５に示すように、Ｒ光が反射型回転多面体４３の一面に照射され、Ｇ光及びＢ光が回転方向に対し、次の面に照射される場合、反射型回転多面体４３の次の面から反射されたＧ光及びＢ光は交差した後、ＰＢＳ１０の入射面に入射される。
以上のことから、反射型回転多面体４３の一つの面に複数の色の光が照射された場合、反射型回転多面体４３から反射された複数色の光の光軸は一旦交差した後、ＰＢＳ１０に入射されることが分かる。

次に、本発明による表示装置の一実施例について、説明する。
図６は本発明による表示装置の一実施例を示す構成図である。図において、図１、図３〜図５の各構成要素と同じものには同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例では、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路は図１の実施例を同じであり、ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃから投射レンズ１３までの光路は図３〜図５の光路と同じである。本実施例の光学ユニットにおいても、図１、図３〜図５と同様に動作するため、投射レンズ１３から照射された光によって、スクリーン（図示せず）にカラーの映像を表示することができる。

図６の実施例において、２４は電源、２５は映像信号を処理するための映像表示回路、２６は排気ファンであり、これに光源１から投射レンズ１３までの光路を有する光学ユニットを搭載することによって、表示装置が構成される。

次に、図７を用いて、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃまでの光路の方向と、反射型回転多面体４３から投射レンズ１３までの光路の方向が同一方向である場合の実施例のついて説明する。
図７は本発明による光学ユニットの第３の実施例を示す構成図である。図において、図１、図３〜図５の実施例と同じ構成要素にたいして同一の符号を付けてその説明を省略する。
図において、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃ間での光路は図１に示す光路において、第２のコリメートレンズ５ｂが除かれているが、他の構成要素は同じである。また、ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃから反射型回転多面体４３までの光路は図１に示す光路において、第３のコリメートレンズ５ｃが除かれているがこのコリメートレンズ５ｃを用いてもよい。反射型回転多面体４３からＰＢＳ１０までの光路には２種類の結像レンズ６ａ、６ｂが使用されている。ＰＢＳ１０以降は図１と同じように構成されている。なお、図７で、点線はＧ光を示し、一点鎖線はＧ光の光軸を示す。Ｒ光、Ｂ光の光軸については省略されているが、それらの光軸は図１のように示すことができる。

本実施例において、ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射された３つの光の内、真中の光り、すなわちＧ光を反射型回転多面体４３の一つの面に集光し結像させるようにしている。この場合、反射型回転多面体４３上のＧ光を中心にＲ光、Ｂ光が照射されることになるため、Ｇ光を反射型回転多面体４３の中心以外に結像させる場合と比較して反射型回転多面体４３の各面を小さくすることができる。
また、本実施例においては、光源１からダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃの光の光軸方向と略平行な光軸でＲ光、Ｇ光およびＢ光の投射光を投射レンズ１３から出射させることができる。

ここで、コリメートレンズの枚数は、これに限定するものではなく、ダイクロイックミラー群７ａ，7ｂ，7ｃの後ろに配置しても良い。さらにダイクロイックミラー群7ａ，7ｂ，7ｃの特性を入れ替えて、ＲＧＢ、ＢＧＲ，等のいずれの場合も可能であるが、光源であるランプの出力光に従って、弱い波長の光を優先させるすなわち、透過回数を減少させるため最初に反射させる方法が良い。

以下、図８を用いて光学ユニットの第４の実施例について説明する。
図８は本発明による光学ユニットの第４の実施例を示す構成図である。図において、光源１からの光は第１のコリメートレンズ５ａ、第２のコリメートレンズ５ｂを透過した後、第１のライトパイプ４６に入射される。第１のライトパイプ４６の内面を反射しながら進行した光はＰＢＳ４５ａ、ＰＢＳまたは全反射プリズム又は全反射ミラー４５ｂ、λ／２波長板４ｂによって偏光方向が揃えられ、たとえばＳ偏光光として第２のライトパイプ４４に入射される。第２のライトパイプ４４に入射されたＳ偏光光は第２のライトパイプ４４の内部を反射しながら進行してダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃでそれぞれＲ光、Ｇ光、Ｂ光として反射され、反射型回転多面体４３に入射される。反射型回転多面体４３から反射された各Ｒ光、Ｇ光およびＢ光は第１の結像レンズ６ａ、第２の結像レンズ６ｂ、第３の結像レンズ６ｃ、偏光板９ａを透過してＰＢＳ１０に入射される。それ以降の光路は図１の場合と同様である。

本実施例においても、スクリーンにカラーの映像を表示することができる。また、本実施例では、光源１からダイクロイックミラー７ａ、７ｂ、７ｃの光軸に対して直角方向に、投射レンズ１３から投射光を出射させることができる。
本実施例において、光はＰＢＳ４５ａと全反射プリズム４５ｂによってＳ偏光光となるため、ＰＢＳ４５ａから出射されたＳ偏光光と全反射プリズム４５ｂから出射されたＳ偏光光の間に筋ができる。この２つのＳ偏光光を光第２のライトパイプ４４を透過させると、２つのＳ偏光光は第２のライトパイプ４４の内部で反射することによって２つのＳ偏光光間に生じた筋はなくなる。従って、２つのＳ偏光光間に生じた筋をあまり気にしない場合には、すなわち、偏光方向を揃えた光に第２のライトパイプ４４を省略してもよい。

さらに、ＰＢＳ４５ａの挿入によりライトパイプ４６の幅の光が、一方向に略２倍の幅に拡大されるので、ライトパイプ４４の出射開口形状が、表示素子上のスクロール帯形状と相似形状（帯状の矩形形状）とし易い。かつ、ライトパイプ４６の入射開口形状を光のスポット形状に適した形状（例えば、略正方形の形状）に設計できるので、光を無理なく、光損失を抑えて、矩形形状に引き伸ばして成形ができるので、効率が非常に良い。さらに、矩形アパーチャを設けることなく、上記ライトパイプ４４の出射開口形状を表示素子上に再度結像させるので、矩形アパーチャのように光をカットする必要がないので、効率が良い。
また、本実施例において、表示素子１２としてマイクロミラー型映像表示素子を用いる場合には、偏光光の方向をそろえる必要はないので、ＰＢＳ４５ａ、全反射プリズム又は全反射ミラー４５ｂ、λ／２波長板４ｂは不要となる。

次に、本発明による光学ユニットの第５の実施例について説明する。
図９は本発明による光学ユニットの第５の実施例を示す構成図であり、図では、点線でＧ光のみを示しており、一点鎖線はその光軸を示す。他色光の光軸は、例えば図１の場合と同様になる。また、図において、図１と同じ機能を持つ素子に対しては同じ符号を付し、その説明を省略する。
本実施例においては、光源１からの光は複数の２次光源像を形成するための第１のアレイレンズ２に入射され、さらに複数の集光レンズにより構成され、複数の２次光源像が形成される近傍に配置され、かつ液晶表示素子１２に第１のアレイレンズ２の個々のレンズ像を結像させる第２のアレイレンズ３を通過する。第２のアレイレンズ３を通過したＰ偏光光とＳ偏光光が混在した光は偏光ビームスプリッタ４でＳ偏光光に揃えられ、第１のコリメートレンズ５ａを通して、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー７ａ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー７ｂ、Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラーあるいは反射ミラー７ｃ（これは、ＵＶ透過ミラーでも良く、Ｒ光を最後に反射させる構成ならば、ＩＲ光透過ミラーの場合でも成立する。）によってそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射される。各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はそれぞれ反射型回転多面体４３の異なる場所に照射され、反射型回転多面体４３で反射される。反射型回転多面体４３で反射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は第２のコリメートレンズ５ｂを透過した後、反射ミラー１６で反射され、その光路が略９０度変えられ、コンデンサレンズ８を透過する。コンデンサレンズ８を透過したＲ光、Ｇ光及びＢ光は第１の偏光板９ａを透過してＰＢＳ１０で反射され、λ/４波長板１１を透過して反射型の表示素子１２に入射される。表示素子１２でＰ偏光光に変換されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は今度はＰＢＳ１０を透過して第２の偏光板９ｂを通して出射される。ＰＢＳ１０から出射される光軸は光源１からの光の方向と平行で、かつ、光源１からの光の向きと逆向きに出射される。
本実施例では、結像光学系を使用することなく光学ユニットを構成することができる。

次に、光学ユニットに透過型回転多面体を使用した場合の実施例について説明する。

図１０、図１１、図１２は本発明による光学ユニットの第６の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図であり、図１０（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）はそれぞれ光学ユニットの構成図を、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）はＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射される表示素子上での場所を示す。
図１０（ａ）では透過型回転多面体の一面に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射され、その一面と対向する面からＲ光、Ｇ光及びＢ光が出射される場合の実施例であり、表示素子１２面上には図１０（ｂ）に示すように、上から順に、場所１２Ｒ、１２Ｇ、１２ＢにそれぞれＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射されている。図１１では透過型回転多面体の２つの面に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光を照射し、その２つの面と対向する面からＲ光、Ｇ光及びＢ光が出射された場合の実施例であり、表示素子１２面上には図１１（ｂ）に示すように、上から順に、場所１２Ｇ、１２Ｂ、１２ＲにそれぞれＧ光、Ｂ光及びＲ光が照射されている。図１２（ａ）では透過型回転多面体の２つの面に互いに光軸の方向が異なるＲ光、Ｇ光及びＢ光が照射され、その２つの面と対向する面からＲ光、Ｇ光及びＢ光が出射された場合の実施例であり、表示素子１２面上には図１２（ｂ）に示すように、上から順に、場所１２Ｂ、１２Ｒ、１２ＧにそれぞれＢ光、Ｒ光及びＧ光が照射されている。

図１０〜図１２において、光源１からの光は第１のアレイレンズ２、第２のアレイレンズ３を透過し、ＰＢＳ４で光の偏光光が揃えられえ、例えばＳ偏光光として、コリメートレンズ５を透過し、Ｒ光を反射するＲ用ダイクロイックミラー７ａ、Ｇ光を反射するＧ用ダイクロイックミラー７ｂ、Ｂ光を反射するＢ用ダイクロイックミラーまたは反射ミラー７ｃによってそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光として反射される。ダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで反射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は透過型回転多面体４７を透過する。透過型回転多面体４７を透過してＲ光、Ｇ光及びＢ光はコンデンサレンズ８、第１の偏光板９ａを透過した後、ＰＢＳ１０で反射されλ/４波長板１１を透過して表示素子１２に入射される。この表示素子１２で反射され、Ｐ偏光光に偏光された各Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はＰＢＳ１０を透過して投射レンズ１３に入射される。この実施例では光源１から出射された光の方向と投射レンズ１３から出射される光の方向は略平行であり、向きは逆になる。
なお、図１０〜図１２の実施例において、この透過型回転多面体４７は図面に向かって時計方向（矢印Ａ方向）に回転されている。

図１０ではダイクロイックミラー群７ａ、７ｂ、７ｃで互いに光軸方向が異なるように反射されたＲ光、Ｇ光及びＢ光は透過型回転多面体４７の一面に入射され、透過型回転多面体４７を透過し、透過型回転多面体４７の対向する面から出射された後、これらの光軸は一旦交差された後、コンデンサレンズ８に入射される。

図１１では、透過型回転多面体４７は図１０の場合より時計方向に回転されており、図１１の一つの面にＲ光が、次の面にＧ光、Ｂ光が入射され、それぞれＲ光、Ｇ光及びＢ光は透過型回転多面体４７を透過し、Ｒ光は一つの面に対向する面とは異なる前の面から出射され、Ｇ光は次の面から入射され、この面に対向する面から出射され、Ｂ光は次の面から入射され、一つの面に対向する面とは異なる前の面から出射される。本実施例では異なった面から入射されたＧ光とＢ光は異なる面から出射され、交差した後ＰＢＳ１０に入射される。

図１２では、Ｒ光は透過型回転多面体４７の一つの面に入射し、Ｇ光及びＢ光は次の面から入射され、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光はそれぞれ透過型回転多面体４７を透過する。Ｒ光は次の面に対向する面から出射され、Ｇ光は一つの面に対向する面から出射され、Ｂ光は次の面に対向する面から出射される。次の面に対向する面から出射されたＲ光とＢ光は交差した後、コンデンサレンズを透過してＰＢＳ１０に入射される。

図１０から図１２の実施例ではＲ光、Ｇ光及びＢ光の内、少なくとも２つの光は透過型回転多面体４７から出射された後、交差する。
また、本実施例において、透過型回転多面体４７は光を透過する材質のものならば何でも適用できる。また、透過型回転多面体４７の数は８面体に限定されるものではなく、３面以上であればどのような多角形でも適用できるし、また、透過型回転多面体４７の大きさについても限定されるものではない。

以上述べたように、本発明によれば、光を複数色に分離して反射するダイクロイックミラー群とこの複数色の色の方向を変える回転多面体をもちいることによって、１枚の表示素子上の異なった場所にそれぞれ複数色を照射することができ、しかもこの回転多面体を回転させることによって、表示素子上で複数色が照射される場所を順次一定方向に変化させることができるため、１枚の表示素子をもちい、しかも簡単な構成でカラーの映像光を得ることができる。
また、本発明においては、光源からの光を複数色に分け、この分離された複数の光を表示素子に効率良く照射することができるので、光の利用効率が良い。

また、本発明では、回転多面体は一つしか使用しないので、表示素子上に照射されるの複数色の光の位置合わせが容易である。

本発明による光学ユニットの第１の実施例を示す構成図である。 表示素子上における３色の光の照射状況を説明するための表示素子の斜視図である。 本発明による光学ユニットの第２の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。 本発明による光学ユニットの第２の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。 本発明による光学ユニットの第２の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。 本発明による表示装置の一実施例を示す構成図である。 本発明による光学ユニットの第３の実施例を示す構成図である。 本発明による光学ユニットの第４の実施例を示す構成図である。 本発明による光学ユニットの第５の実施例を示す構成図である。 本発明による光学ユニットの第６の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。 本発明による光学ユニットの第６の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。 本発明による光学ユニットの第６の実施例を示す構成図及び表示素子の平面図である。

符号の説明

１…光源、２…第１のアレイレンズ、３…第２のアレイレンズ、４…ＰＢＳ、４ａ、４ｂ…λ?２波長板、５…コリメートレンズ、５ａ…第１のコリメートレンズ、５ｂ…第２のコリメートレンズ、５ｃ…第３のコリメートレンズ、６…結像レンズ、６ａ…第１の結像レンズ、６ｂ…第２の結像レンズ、７ａ…Ｒ光用ダイクロイックミラー、７ｂ…Ｇ光用ダイクロイックミラー、７ｃ…Ｂ光用ダイクロイックミラー、４３…反射型回転多面体、８…コンデンサレンズ、９ａ…第１のコンデンサレンズ、９ｂ…第２のコンデンサレンズ、１０…ＰＢＳ、１１…λ/４波長板、１２…表示素子、１３…投射レンズ、１２Ｒ…表示素子上でＲ光が照射される場所、１２Ｇ…表示素子上でＧ光が照射される場所、１２Ｂ…表示素子上でＢ光が照射される場所、２１Ｒ…Ｒ光用のアドレスが書き込まれている場所、１６…反射ミラー、２１Ｇ…Ｇ用のアドレスが書き込まれている場所、２１Ｂ…Ｂ用のアドレスが書き込まれている場所、２４…電源、２５…映像表示回路、２６…排気ファン、４４…第２のライトパイプ、４６…第１のライトパイプ、４５ａ…ＰＢＳ、４５ｂ…全反射プリズムまたは全反射ミラー、４７…透過型回転多面体。

Claims (10)

1. 光源と、
   該光源からの光を複数色の光に分離する色分離手段と、
   該色分離手段からの各複数色の光の光軸の方向を変えて出射すると共に、該複数色の光の出射方向を所定方向に移動させる回転多面体と、
   該回転多面体からの出射光に基づいて、映像信号に応じた光学像を形成する反射型映像表示素子と、
   該反射型映像表示素子から出射された光をカラー映像光として投射する投射レンズと、
   前記光源と前記色分離手段の間に設けられ、前記反射型映像表示素子に入射される前記複数色の光の各色光の形状と略相似な帯状の矩形形状の出射開口をもつライトパイプと、を有し、
   前記ライトパイプの出射光を前記色分離手段を介して前記回転多面体に入射させるように構成したことを特徴とする映像表示装置。
2. 前記ライトパイプは、光の偏光方向を揃えるＰＢＳと、全反射プリズムまたは全反射ミラーと、出射側に前記ＰＢＳが設けれれた第1のライトパイプと、前記ＰＢＳの出射光と全反射プリズムまたは全反射ミラーの光が入射する前記第2のライトパイプから構成されることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記色分離手段はダイクロイックミラーまたはダイクロイックプリズムと反射ミラーから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れか１項に記載の映像表示装置。
4. 前記回転多面体から出射された前記複数色の光の内、少なくとも２つの光の光軸は交差した後、前記反射型映像表示素子に照射されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の映像表示装置。
5. 前記回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に前記複数色の光を照射し、該反射型回転多面体からの反射光を前記反射型映像表示素子に照射することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の映像表示装置。
6. 前記回転多面体は反射型回転多面体であり、該反射型回転多面体の表面に該複数色の光の少なくとも一つを略結像させ、該反射型回転多面体からの反射光を前記反射型映像表示素子に照射することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の映像表示装置。
7. 前記回転多面体は透過型回転多面体であり、該透過型回転多面体に前記複数色の光を照射し、該透過型回転多面体の内部を透過させることによって、前記複数色の光を前記反射型映像表示素子に照射することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の映像表示装置。
8. 前記回転多面体より後の光路に結像光学系を設けて、前記反射型映像表示素子に略矩形の光像を結像させることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の映像表示装置。
9. 前記反射型映像表示素子は反射型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の映像表示装置。
10. 前記反射型映像表示素子はマイクロミラー型映像表示素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の映像表示装置。

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