JP5066781B2 - 映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子であるＬＥＤ等の光源を複数配列した光源ユニットからの光を透過型液晶や反射型液晶、あるいはＤＭＤ（微小ミラー）等の映像表示素子に照射し、上記映像表示素子上に形成された光学像を拡大投射する映像表示装置に関する。

透過型液晶や反射型液晶、あるいはＤＭＤ等の映像表示素子に、光源からの光を照射し、映像表示素子上に形成された光学像を拡大投射する映像表示装置が知られている。

最近の動向としては、半導体発光素子である発光ダイオード、有機ＥＬ等のいわゆるＬＥＤ素子を光源とした映像表示装置が検討されている。

従来の技術としては、平行化手段の平行化要素のピッチと、インテグレータ光学系のレンズアレイ体の要素レンズのピッチとが、不一致となるように設定することにより、平行化要素の中心と要素レンズの光軸とが一致することなく、非照明体上の照度の均一化を図ることが開示されている（特許文献１を参照）。

特開２００３−２８００９４号公報

一般に、レンズアレイの境目部分は鋭角になるため、製造する際に、Ｒが付いてしまう。そして、その部分は、レンズとして機能しない。

上記特許文献１に記載の技術では、１個の半導体発光素子は１個のレンズアレイセルに対して１対１に配置されていないために、一部の半導体発光素子の発光中心がセルレンズの境目部分に配置されているので、光の利用効率が低下するという問題がある。

本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光の利用効率を向上した映像表示装置を提供することである。

上記目的を達成する為、本発明による映像表示装置では、複数個の半導体発光素子で構成される光源と、該複数個の半導体発光素子毎に対応して配置した複数個のセルレンズで構成される平行化手段と、光学像を形成する映像表示素子と、前記平行化手段と該映像表示素子との間に配置した一対のレンズアレイ群（平行化手段側に第１のレンズアレイ、映像表示素子側に第２のレンズアレイ）と、該映像表示素子で形成された光学像を拡大して投射する投射手段とを有し、前記複数個の半導体発光素子は、前記平行化手段のセルレンズの略焦点上に配置され、該半導体発光素子の光軸上の光線が該レンズアレイ群の光軸と異なる直線上にある半導体発光素子グループが、少なくとも２種類あるように構成する。

本発明によれば、光の利用効率を向上した映像表示装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳細に説明する。なお、各図において、同一機能を有する構成要素には同一符号を付して示す。

なお、本実施例では映像表示素子として透過型の液晶パネルを適用した場合について説明するが、反射型の液晶パネル、ＤＭＤパネル等の映像表示素子においても本発明は適用可能であることは言うまでもない。

図１は本発明による実施例１である映像表示装置を上から見た概略構成図を示している。

図１において、１００は光源ユニットであり、該光源ユニット１００は単色光を発光する複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤ光源２００と、ＬＥＤ光源２００からの光を平行化するコリメータレンズ（平行化手段）３００から構成されている。４と５はインテグレータ光学系を構成する第１のレンズアレイと第２のレンズアレイであり、６は偏光変換素子、７は集光レンズ、８はコンデンサレンズ、９は入射側偏光板、１０は映像表示素子である透過型の液晶パネル、１１は出射側偏光板、１２は投射レンズ、１３はスクリーンを示している。４００はＬＥＤ光源２００を点灯駆動するＬＥＤ光源駆動回路で、Ｌは照明光学系の光軸である。また、これら以外に主な部品としては図示しない映像信号駆動回路、電源回路などがある。

なお、今後の説明の都合上、直交座標系を導入する。図１において、光軸Ｌの方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に直交するＸＹ面内で図紙面に平行な方向をＸ軸方向、Ｘ軸に直交する図紙面裏側から表側に向かう方向をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸方向は矩形状の液晶パネル１０の長辺方向に平行で、Ｙ軸方向が液晶パネル１０の短辺方向であるものとする。

最初に、光源ユニット１００について説明する。光源ユニット１００は、複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ｍ_１行×ｎ_１列）に配列された単色光を発光するＬＥＤ光源２００と、同じく複数個のアレイ状（ｍ_１行×ｎ_１列）に配列された矩形のセルレンズからなるコリメータレンズ３００で構成されており、ＬＥＤ光源２００の要素である各ＬＥＤ素子とコリメータレンズ３００の各セルレンズは１対１で対応している。

ＬＥＤ光源２００の各ＬＥＤ素子は、対応するコリメータレンズ３００のセルレンズの光軸に対して２種類の所定角度で交差（これらの角度はコリメータレンズ３００のセルレンズの光軸に対して略対称である）している。このうち、Ｘ軸方向（長辺方向）の正方向（以下、この方向を「左」と称する）を向いたＬＥＤ素子の符号を２００ａ、Ｘ軸方向（長辺方向）の負方向（以下、この方向を「右」と称する）を向いたＬＥＤ素子の符号を２００ｂとする。ＬＥＤ素子２００ａとＬＥＤ素子２００ｂの数は略等しく、各ＬＥＤ素子２００ａは互に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４００の駆動回路４００ａで駆動され、同様に、各ＬＥＤ素子２００ｂは互に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４００の駆動回路４００ｂでＬＥＤ素子２００ａとは独立して駆動されている。

なお、ＬＥＤ光源駆動回路４００の４００ｄは駆動回路４００ａと４００ｂを制御する制御回路である。制御回路４００ｄは、外部から操作できる調整キー５００を介しての操作入力で、ＬＥＤ素子２００ａのグループとＬＥＤ素子２００ｂのグループの明るさをそれぞれ独立に可変できるように駆動回路４００ａと４００ｂを制御する。駆動回路４００ａ，４００ｂは、制御回路４００ｄからの制御により、例えばＬＥＤ素子の駆動電流やＬＥＤ素子への印加電圧または駆動時間を可変して、その明るさを変えるよう駆動する。

コリメータレンズ３００の各セルレンズは、片面は凸面を有し、他方の面は平坦面からなる平凸レンズであり、個々のセルレンズの略焦点位置に個々のＬＥＤ素子の発光中心が位置するように配置されている。このように配置することで、ＬＥＤ光源２００の各ＬＥＤ素子から出射した光は、コリメータレンズ３の対応する各セルレンズにより略平行光に変換される。したがって、光源ユニット１００を出射する光は略平行光となる。

なお、図１では、コリメータレンズ３００のセルレンズの平坦面が光源側を向いているが、反対に光源側に凸面を向けるように配置してもよい。あるいは、両方の面を凸面とした両凸レンズのセルレンズとしてもよい。また、コリメータレンズは１体型ではなくｍ_１×ｎ_１個の小レンズの集合体でもよい。

次に、インテグレータ光学系について説明する。インテグレータ光学系を構成する第１のレンズアレイ４および第２のレンズアレイ５は、凸面を有する面と平坦な面からなる平凸レンズである矩形のセルレンズが、複数個のアレイ状（ｍ_１行×ｎ_１列）に配列されている。すなわち、個々のＬＥＤ素子に対して、第１のレンズアレイ４および第２のレンズアレイ５の個々のセルレンズが１対１で対応するようになっている。

図２は、図１に示す本発明の映像表示装置において、ｍ_１行×ｎ_１列のアレイ状に配置された要素のうち、相互に対応する任意の１組のＬＥＤ素子とコリメータレンズ３００，第１のレンズアレイ４，第２のレンズアレイ５の各セルレンズを抜き出して示した拡大詳細図である。

ここで、ｍ_１行×ｎ_１列の中の１組の要素を示すのに同一添字を付して示すこととし、最初の１組の添字を１として、ＬＥＤ素子を２００_１、コリメータレンズ３００のセルレンズを３００_１、第１のレンズアレイ４のセルレンズを４_１、第２のレンズアレイ５のセルレンズを５_１とする。なお、１００₁はＬＥＤ素子２００_１とセルレンズ３００_１とからなる光学ユニット１の要素である。

図２に示すように、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１と第２のレンズアレイ５のセルレンズ５_１は、お互いに平坦面が対向するように配置されている。また、コリメータレンズ３００のセルレンズ３００_１の光軸３００_１Ｌは、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１の中心４_１Ｃと、第２のレンズアレイ５のセルレンズ５_１の中心５_１Ｃを通る様にそれぞれ配置されている。すなわち、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１と第２のレンズアレイ５のセルレンズ５_１とコリメータレンズ３００のセルレンズ３００_１の光軸は一致する様に配置している（以下では、便宜上、この一致した光軸を「セルレンズ光軸」と称す）。上述したように、このセルレンズ光軸３００_１Ｌ上に、ＬＥＤ素子２００_１の発光中心２００_１Ｃが位置している。なお、３００_１Ｃはコリメータレンズ３００のセルレンズ３００_１の中心である。

また、図２に示すように、ＬＥＤ素子２００_１の光軸２００_１Ｌはコリメータレンズ３００のセルレンズ３００_１の光軸３００_１Ｌに対して傾いており、ＬＥＤ素子２００_１の光軸２００_１Ｌ上の光線は、コリメータレンズ３００のセルレンズ３００_１の中心３００_１Ｃからずれた位置３００_１Ｑを通過して平行光となり、セルレンズ４_１の中心４_１Ｃからずれた点４_１Ｑに照射されるようになっている。

ここで、第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５のセルレンズはお互いの平坦面が対向するように配置したが、お互いの凸面が対向するように配置することもできる。また、お互いの凸面が同方向に向くように配置することもできる。

上記したのは、ｍ_１行×ｎ_１列の中の１組だけであるが、他の組のＬＥＤ光源２００のＬＥＤ素子、コリメータレンズ３００のセルレンズ、第１のレンズアレイ４のセルレンズ、第２のレンズアレイ５のセルレンズにおいても同様である。即ち、対応する任意の１組（以下、任意の１組を示すのに添字ｉを用いる）のコリメータレンズ３００のセルレンズ３００_ｉ、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_ｉ、第２のレンズアレイ５のセルレンズ５_ｉの光軸は一致し、この光軸の延長上にＬＥＤ素子２００_ｉの発光中心２００_ｉＣが位置するように配置され、さらにはＬＥＤ素子２００_ｉの光軸２００_ｉＬはセルレンズの光軸３００_ｉＬに対して所定角度傾けられている。

続いて、図１に戻り第２のレンズアレイ５を出射した光について説明する。第２のレンズアレイ５を出射した光は、偏光変換素子６により所定の偏光方向に揃えられる。そして、第１のレンズアレイ４の各セルレンズに投影されたＬＥＤ素子の光源像は集光レンズ７、及びコンデンサレンズ８により液晶パネル１０上に重畳されて結像される。ここで、液晶パネル１０の形状と、液晶パネル１０上に重畳されて結像される第１のレンズアレイ４の各セルレンズの投影像は略相似形で、かつ略同一であることが望ましく、したがって、第１のレンズアレイ４のセルレンズ、第２のレンズアレイ５のセルレンズの形状も液晶パネル１０の形状と略相似形が望ましい。

液晶パネル１０に入射する光は、偏光変換素子６にて所定の偏光方向にそろえられるが、偏光変換素子６に入射する光は、所定の入射角度を持っており、完全に偏光方向をそろえることは困難である。したがって、偏光変換素子６を透過する光の中には若干偏光方向が異なる光もあり、このままでは、コントラスト性能が劣化してしまう。そこで、入射側偏光板９を液晶パネル１０の直前に配置し、偏光方向の異なった光を除去するようにしている。

液晶パネル１０においては、図示しない映像信号駆動回路により、液晶パネル１０に照射される光を映像信号に応じて、液晶パネル１０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い、光学像を形成する。さらに、液晶パネル１０上の光学像は、出射側偏光板１１により、不要な偏光方向の光を除去し、投射レンズ１２によってスクリーン１３上へと投射され、大画面映像を得ることができる。

図３はＬＥＤ素子の光出力特性を示す図、図４は図２で抜き出した１つのＬＥＤ素子のみがスクリーンに投射された場合の投影画像を示したものである。

図３に示すように、ＬＥＤ素子２００_１から出射される光は、その光軸方向（角度０°）が最も光出力が大きく、光軸方向から離れていくほど光出力は小さくなっている。したがって、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１に投射されるＬＥＤ素子２００_１からの光は、ＬＥＤ素子２００_１の光軸２００_１Ｌ上の光が通過する点４_１Ｑが最も明るく、点４_１Ｑから離れるほど、徐々に暗くなっていく。この第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１上に照射された光が第２のレンズアレイ５のセルレンズ５_１、集光レンズ７、コンデンサレンズ８により液晶パネル１０に投影され、その液晶パネル１０上の画像がスクリーン１３に拡大投影される為、スクリーン１３に投影される投影画像４０は、図４に示すように、第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１上の点４_１Ｑに対応する点４０_Ｑが最も明るく、この点４０_Ｑから離れるにしたがって徐々に暗くなっていく。

なお、図４において、４０_Ｃは第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_１上の中心４_１Ｃに対応する点で、投影画像４０の略中心である。また、４０_Ｑ’は、光軸方向の傾きがＬＥＤ素子２００_１とは逆であるＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が対応する第１のレンズアレイ４のセルレンズ上を通過する点に対応するスクリーン上の点である。

図１から明らかなように、ＬＥＤ素子の光軸方向が相異なる２種類の傾きは、セルレンズ光軸に対して略対称なので、スクリーン上の点４０_Ｑと点４０_Ｑ’は点４０_Ｃに対して（点４０_Ｃを通る短辺に平行な方向軸に対して）略左右対称となる。従って、光軸方向が相異なる２種類のＬＥＤ素子から光がスクリーンに投射された場合、明るさが平均化されることになる。勿論、点４０_Ｑと点４０_Ｃの間の距離を適切に設定しないと明るさの平均化はできないので、明るさが平均化されるようにＬＥＤ素子の光軸の傾きが選ばれるのはいうまでもない。

以下では、便宜上、ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が、例えば図４に示すように、スクリーン上の投影画像の中心４０_Ｃからずれた（偏移した）点４０_Ｑ（またはセルレンズの中心４_１Ｃからからずれた点４_１Ｑ）に結像することを「ＬＥＤ素子の光軸のずれ」と表現し、また、そのずれ方向（偏移方向）を「光軸のずれ方向」と表現する。

図５はＬＥＤ光源２００を構成する各ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が第１のレンズアレイ４の各セルレンズを照射する位置を示した図、すなわち第１のレンズアレイ４の入射面上におけるＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図である。図５において、第１のレンズアレイ４で、１行目（長辺方向）の左上のセルレンズの符号を４_１とすると、４_１Ｃはセルレンズ４_１の中心、黒丸点の４_１Ｑは図示しないＬＥＤ素子２００_１の発光中心から出射する光軸上の光（以下、「光軸上の光」と略す）が照射される点である（図２参照）。この場合、ＬＥＤ素子２００_１は図１の長辺方向（Ｘ軸方向）の左方向（正方向）を向いたＬＥＤ素子２００ａに対応する。隣のセルレンズ４_２においても同様に４_２Ｃがセルレンズ４_２の中心、４_２Ｑは図示しないＬＥＤ素子２００_２の光軸上の光が照射される点であり、ＬＥＤ素子２００_２は図１の長辺方向（Ｘ軸方向）の右方向（負方向）を向いたＬＥＤ素子２００ｂに対応する。４_１，４_２以外のセルレンズについても同様に、図中の黒丸点「・」はＬＥＤ素子の光軸上の光が照射される点である。

図５から明らかなように、セルレンズ４_１で、セルレンズ４_１に対応するＬＥＤ素子２００_１の光軸は図中左方向にずれて（偏移して）おり、またセルレンズ４_１で、セルレンズ４_２に対応するＬＥＤ素子２００_２の光軸は図中右方向にずれて（偏移して）いる。以下、同様に、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向は交互に逆となっている。

次の行では、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向は１行目とは逆となっており、以下同様に、列方向でＬＥＤ素子の光軸のずれ方向は交互に逆となっている。

上記したようにＬＥＤ光源２００のＬＥＤ素子を配列すれば、ＬＥＤ素子２００ａとＬＥＤ素子２００ｂの数は略等しいので、図５に示すように、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向をほぼ左右均等にできる。これにともない、第１のレンズアレイ４の各セルレンズ上に形成された左右に光軸がずれたＬＥＤ素子の光源像が液晶パネル１０上に重畳して結像されるので、液晶パネル１０での明るさ（輝度）は、輝度の不均一さがお互いに補われ、全体がほぼ均一な明るさとなる。即ち、スクリーン上では、画面全体がほぼ均一な明るさの輝度ムラが低減された投影画像を得ることができる。

図５の例では、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を行方向で交互となるようにしたが、これに限定されるものではなく、各ずれ方向での総光量がほぼ等しければ、全体の明るさを均一にできるので、例えば、図６のように、第１のレンズアレイ４の左側と右側でずれ方向を変えてもよい。

上記特許文献１に記載の従来の技術のように、ＬＥＤ光源のＬＥＤ素子の光軸を、第１のレンズアレイ４のセルレンズの光軸に対して平行にずらすことによっても、本発明の映像表示装置と同様に、スクリーン上では中心からずれた位置が最も明るい投影画像を得ることができる。そこで、ＬＥＤ素子の光軸をずらす方向を均等にばらすことにより、画面全体がほぼ均一な明るさの投影画像を得ることができる。

しかし、従来の技術においては、ＬＥＤ素子の光を直接第１のレンズアレイに照射している為、第１のレンズアレイに入射する光は平行光ではない。したがって、ＬＥＤ素子の光軸を第１のレンズアレイのセルレンズの光軸に対して平行にずらしているため、第１のレンズアレイのセルレンズの光軸に平行で、最も光強度の大きなＬＥＤ素子の光軸上の光が、第１のレンズアレイのセルレンズの光軸上に位置しなくなる。その為、第１のレンズアレイ４のセルレンズに投射された光は第２のレンズアレイ５のセルレンズの中心に結像せず、第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５を透過する際に明るさが低下してしまう。

これに対して、本発明の映像表示装置においては、ＬＥＤ素子の発光中心は、コリメータレンズ３のセルレンズの光軸上に位置する為、第１のレンズアレイ４のセルレンズに照射された光は第２のレンズアレイ５のセルレンズの中心に結像する。従って、第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５を透過する際に明るさが低下せず、第１のレンズアレイ４のセルレンズに入射する光を効率よく液晶パネルに導き、スクリーンに投影することができ、輝度ムラを低減することができる。

また、例えば部品の公差等によって液晶パネル上（つまりスクリーン上）で左右の明るさが異なった場合は、本実施例によれば、外部から操作できる調整キー５００で制御回路４００ｄを介して駆動回路４００ａ，４００ｂを制御し、光軸を右側にずらすＬＥＤ素子のグループの明るさと、光軸を左側にずらすＬＥＤ素子のグループの明るさを変え、明るさが均一となるようにすることができる。このようにＬＥＤ光源駆動回路４００で光軸のずれ方向が異なるＬＥＤ素子グループを独立に調光することにより、輝度ムラを低減できる。

以上により、本実施例１の映像表示装置においては、光源からの光を効率よくスクリーンに投影でき、さらには輝度ムラのない高品位な投影画像を得ることができる。

以上述べたように、本発明の本質は、ＬＥＤ光源を構成する各ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光を液晶パネルの中心点からずらして照射させ、重畳させることにより、液晶パネル上の輝度（明るさ）の不均一さを相補して、全体がほぼ均一な明るさとなるようにすることにある。

従って、液晶パネル上で、各ＬＥＤ素子の光軸上の光が照射する点のグループを複数個（本実施例ではＬＥＤ素子２００ａ，２００ｂの２グループ）とし、その照射点を液晶パネルの中心点に対して略対称（本実施例では略左右対称）となるようにし、かつ各グループの総光量をほぼ等しくする（本実施例では各グループに属するＬＥＤ素子の数は略等しい）ことで、液晶パネル上の輝度（明るさ）の不均一さを低減している。

勿論、液晶パネルの中心点からＬＥＤ素子の光軸上の光の結像点までの距離を適切にして、各グループで生じる輝度ムラを互いに相殺できるようにするのはいうまでもない。そのために、図１では、コリメータレンズのセルレンズ光軸に対するＬＥＤ素子の光軸の傾きを所定の角度とし、かつその角度がセルレンズ光軸に対して略対称となるようにしている。

本実施例では、光軸のずれ方向が異なるＬＥＤ素子のグループを２つとし、また、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を左と右としたが、これに限定されるものではない。ＬＥＤ素子の数、第１のレンズアレイのセルレンズの大きさ、ＬＥＤ素子の光出力相対値、液晶パネルのアスペクト比などにより、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向およびずれ方向の数を適宜変えてもよい。

例えば、液晶パネルのアスペクト比が１６：９の場合のようなワイド画面の場合は、左と右の２方向に加えて、ＬＥＤ素子のうちの一部を、ＬＥＤ素子の光軸とコリメータレンズ３００，第１のレンズアレイ４のセルレンズ光軸を一致（即ち、光軸ずれがない）させて、ＬＥＤ素子の光軸を図５の第１のレンズアレイ４の各セルレンズの中心４_ｉＣ（ｉは任意のセルを示す添字）に結像すれば、即ち、図４の投影画像４０の中心点４０_Ｃに投影すれば、横長のワイド画面であっても輝度ムラを良好にすることができる。このようにすれば、投影画像の点４０_Ｑ，点４０_Ｑ’と投影画像の中心点４０_Ｃとの間があきすぎて画面中央の明るさが不足する場合、適切に輝度ムラを低減することができる。この場合は、各グループに属するＬＥＤ素子の数は総数の略１／３にするのが望ましい。

また、ＬＥＤ素子に対して、第１のレンズアレイのセルレンズが大きい場合は、図１のＬＥＤ素子２００ａ，２００ｂの各グループにおいて、そのほぼ半数の光軸をセルレンズ光軸に対してＹ軸方向（短辺方向）の正方向（以下、この方向を「上」と称する）に所定角度傾斜させ、またほぼ半数の光軸をセルレンズ光軸に対してＹ軸方向（短辺方向）の負方向（以下、この方向を「下」と称する）に所定角度傾斜させ、図７のように、スクリーン１３上に投影された投影画像４１に４つのＬＥＤ素子グループの光軸上の光の投影点４１_ＱＵ，４１_ＱＤ，４１_ＱＵ’，４１_ＱＤ’を形成させ、投影画像４１の明るさを均一として、輝度ムラを低減するようにしてもよい。即ち、ＬＥＤ素子のずれ方向に左右方向のみでなく上下方向を加え、右上、右下、左上、左下の４方向とすればよい。この場合は、各グループのＬＥＤ素子の数は総数のほぼ１／４とするのが好ましい。

また、ＬＥＤ素子の特性が、光軸（角度０°）から離れるにしたがって、光出力が大きく減少するような特性のＬＥＤ素子の場合は、例えば、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を右上，右，右下、上，中心，下、左上，左，左下の９方向にするなどして、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向とその数をできる限り多くすれば、輝度ムラをより低減することができる。

また、本実施例では、図４に示すように、点４０_Ｃを通る短辺に平行な方向軸に対して略対称となるようにＬＥＤ素子を配列した。しかし、これにとらわれる必要はなく、例えば、図４の点４０_Ｃを通る長辺に平行な方向軸に対して略対称となるようにＬＥＤ素子を配列してもよい。また、図４の点４０_Ｃに略点対称になるようにＬＥＤ素子を配列してもよい。上記したように、投影画像４１の明るさを均一にするようにＬＥＤ素子を配列すれば、輝度ムラを低減できることはいうまでもない。ただし、ＬＥＤ素子の発光中心がレンズアレイのレンズセルの繋ぎ目部分にあると、１つのレンズセルの外周の形状精度は良くない為に、光の利用効率が低下してしまう。従って、ＬＥＤ素子の発光中心が、レンズアレイのレンズセルの繋ぎ目部分にないようにＬＥＤ素子を配置することが望ましい。また本発明による映像表示装置を設計する際に、ＬＥＤ素子を傾けて配置することにより、設計を平易にすることが可能となる。

本実施例では、第１のレンズアレイ４のセルレンズと第２のレンズアレイ５のセルレンズの光軸を、コリメータレンズ３のセルレンズの光軸に一致させているが、これに限定されるものではない。レンズアレイ方式のインテグレータ光学系では、例えば特許第３４７３０７５号のように、第１のレンズアレイのセルレンズが偏心していても、そのセルレンズに形成された光源像が液晶パネル上に重畳結像するように設計されるものであり、矩形形状のセルレンズの中心点は液晶パネルの中心に結像する。従って、ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が第１のレンズアレイのセルレンズの矩形形状中心に照射しないようにすれば、本発明の目的を達成することができ、ＬＥＤ素子の発光中心がコリメータレンズ３００のセルレンズの光軸上にあれば、第１のレンズアレイのセルレンズと第２のレンズアレイのセルレンズの光軸は、コリメータレンズの光軸と一致していなくてもよい。すなわち、第１のレンズアレイ４のセルレンズと第２のレンズアレイ５のセルレンズは偏心していてもよい。

実施例１では、コリメータレンズ３００の各セルレンズ光軸に対して対応するＬＥＤ素子の光軸を傾斜させ、ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が第１のレンズアレイ４のセルレンズの矩形形状の中心からずれて（偏移して）入射するようにしている。このようにすれば、第１のレンズアレイ４のセルレンズに形成されたＬＥＤ素子の光源像が液晶パネルに投影されるので、各ＬＥＤ素子の光軸上の光を液晶パネルの中心点からずらして重畳照射させることができる。

しかし、本発明の本質は、ＬＥＤ光源を構成する各ＬＥＤ素子の光軸上の光を液晶パネルの中心点からずらして重畳照射させること、つまり、第１のレンズアレイ４のセルレンズの矩形形状の中心からずらして入射させることにある。

そこで、コリメータレンズのセルレンズを偏心させ、かつ対応するＬＥＤ素子の光軸をセルレンズの光軸に一致させ、ＬＥＤ素子の光軸上の光を第１のレンズアレイ４のセルレンズの矩形形状の中心からずらして入射させてもよい。この方法による実施例２について、図８、図９を用いて以下述べる。

図８は本発明による実施例２を示す映像表示装置を上から見た概略構成図、図９は図８における相互に対応する任意の１組のＬＥＤ素子とコリメータレンズ，第１のレンズアレイ，第２のレンズアレイの各セルレンズを抜き出して示した拡大詳細図である。図８において、１１０は光源ユニットで、光源ユニット１１０は単色光を発光する複数個のＬＥＤ素子を２次元状（アレイ状）に配列したＬＥＤ光源２１０と、ＬＥＤ光源２１０の各ＬＥＤ素子に１：１に対応する偏心したセルレンズを２次元状（アレイ状）に配列したコリメータレンズ３１０から構成されている。また、図９において、相互に対応する任意の１組のＬＥＤ素子とコリメータレンズ，第１のレンズアレイ，第２のレンズアレイの各セルレンズを示すのに同一添字ｉ（ｉは任意の１組の要素を示す添字符号）を付して示す。その他の図１，図２に同一符号のものは、同じ機能を有するものであり、煩雑さを避けるために、その説明を省略する。

ＬＥＤ光源２１０の各ＬＥＤ素子２１０_ｉの光軸２１０_ｉＬは、対応するコリメータレンズ３１０のセルレンズ３１０_ｉの光軸と一致しており、対応する第１のレンズアレイ４および第２のレンズアレイ５の各セルレンズ４_ｉ，５_ｉの光軸４_ｉＬに対して一致しておらず、所定方向にずれている。このうち、光軸４_ｉＬに対してＸ軸方向（長辺方向）の正方向（左方向）にずれたＬＥＤ素子の符号を２１０ａ、Ｘ軸方向（長辺方向）の負方向（右方向）にずれたＬＥＤ素子の符号を２１０ｂとする。ＬＥＤ素子２１０ａとＬＥＤ素子２１０ｂの数は略等しく、各ＬＥＤ素子２１０ａは互に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４００の駆動回路４００ａで駆動され、同様に、各ＬＥＤ素子２１０ｂは互に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４００の駆動回路４００ｂでＬＥＤ素子２１０ａとは独立して駆動される。

コリメータレンズ３１０の各セルレンズ３１０_ｉは偏心しており、各セルレンズ３１０_ｉの光軸３１０_ｉＬは対応する第１のレンズアレイ４および第２のレンズアレイ５の各セルレンズの光軸４_ｉＬと一致していない。また、コリメータレンズ３１０の各セルレンズの偏心方向は、ＬＥＤ素子に対応して、長辺方向（Ｘ方向）で、かつ、例えば照明光学系の光軸Ｌを境にして、その偏心方向（偏心量はほぼ等しい）が異なるように構成されている。

なお、ＬＥＤ光源２１０の各ＬＥＤ素子２１０_ｉの発光中心２１０_ｉＣはコリメータレンズ３１０のセルレンズ３１０_ｉの略焦点位置にある。

図９に示すように、ＬＥＤ光源２１０のＬＥＤ素子２１０_ｉの発光中心２１０_ｉＣから出射した光はコリメータレンズ３１０のセルレンズ３１０_ｉで平行光となって第１のレンズアレイ４の対応するセルレンズ４_ｉに入射する。このとき、ＬＥＤ素子２１０_ｉとセルレンズ３１０_ｉの光軸２１０_ｉＬ，３１０_ｉＬがインテグレータ光学系である第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５の各セルレンズ４_ｉ，５_ｉの光軸４_ｉＬに対してずれている（偏心している）ので、ＬＥＤ素子２１０_ｉの発光中心２１０_ｉＣから出射した光軸上の光は第１のレンズアレイ４のセルレンズ４_ｉの中心４_ｉＣからずれた点４_ｉＱに入射する。セルレンズ４_ｉに形成された光源像は液晶パネル１０に重畳照射されるが、セルレンズ４_ｉの中心は液晶パネル１０の中心に投影されるので、ＬＥＤ素子２１０_ｉの光軸上の光は液晶パネル１０の中心からずれた位置に投影されることになる。

各ＬＥＤ素子は、インテグレータ光学系の光軸に対してその光軸のずれ方向が異なる２種類の２１０ａ，２１０ｂのグループからなり、かつ各グループに属する数がほぼ等しいので、液晶パネル上に形成されたＬＥＤ素子２１０ａおよび２１０ｂの各グループの光学像はお互いに輝度ムラ（明るさ）が補われ、全体がほぼ均一な明るさとなり、スクリーン１３上では、画面全体がほぼ均一な明るさの輝度ムラが低減された投影画像を得ることができる。

また、本実施例では、光軸のずれ方向が異なるＬＥＤ素子のグループを２つとし、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を左と右としたが、これに限定されるものではない。ＬＥＤ素子の数、第１のレンズアレイのセルレンズの大きさ、ＬＥＤ素子の光出力相対値、液晶パネルのアスペクト比などにより、実施例１と同様に、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向およびずれ方向の数を適宜変えてもよい。

図１０は本発明による実施例３である映像表示装置の概略構成図を示している。図１０は、ＬＥＤ光源ユニットからの光を液晶パネル上に照射する図１の照明光学系と同一構成の照明光学系を、赤色，緑色，青色光のＬＥＤパネル毎に備えている。

図１０において、１００_Ｒは赤色用光源ユニットであり、１００_Ｇは緑色用光源ユニットであり、１００_Ｂは青色用光源ユニットである。

赤色用光源ユニット１００_Ｒは複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）に配列された赤色光を発光するＬＥＤ光源２００_Ｒと、同じく複数個のアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）のセルレンズからなるコリメータレンズ３００_Ｒから構成されている。緑色用光源ユニット１００_Ｇ，青色用光源ユニット１００_Ｂも同様に、それぞれ、緑色光を発光する複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）に配列されたＬＥＤ光源２００_Ｇと複数個のアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）のセルレンズからなるコリメータレンズ３００_Ｇ、青色光を発光する複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）に配列されたＬＥＤ光源２００_Ｂと複数個のアレイ状（ｍ_２行×ｎ_２列）のセルレンズからなるコリメータレンズ３００_Ｂから構成されている。

４００_Ｒ，４００_Ｇ，４００_Ｂは、それぞれ、赤色用ＬＥＤ光源２００_Ｒ，緑色用ＬＥＤ光源２００_Ｇ，青色用ＬＥＤ光源２００_Ｂを駆動する各色用のＬＥＤ光源駆動回路で、その機能は、制御するＬＥＤ素子の発光色が異なる点を除いて実施例１のＬＥＤ光源駆動回路４００に同じである。

各色のＬＥＤ素子の光軸は、図１と同様に、対応するコリメータレンズのセルレンズの光軸に対して傾斜しており、ＬＥＤ素子の発光中心はそのセルレンズの光軸上にあり、かつその焦点位置にある。従って、コリメータレンズ３００_Ｒ，３００_Ｇ，３００_Ｂの各セルレンズは、各ＬＥＤ光源２００_Ｒ，２００_Ｇ，２００_Ｂの各ＬＥＤ素子から出射した光を略平行光に変換する。

また、図１と同様に、各色のあるＬＥＤ素子に対応する１組のコリメータレンズ，第１のレンズアレイ，第２のレンズアレイの各セルレンズの光軸は一致している。

赤色用光源ユニット１００_Ｒ，緑色用光源ユニット１００_Ｇ，青色用光源ユニット１００_Ｂを出射した光が、それぞれ赤色用液晶パネル１０_Ｒ，緑色用液晶パネル１０_Ｇ，青色用液晶パネル１０_Ｂに均一に照射するまでは、実施例１と同様であり、ここでは説明を省略する。

各色の液晶パネル１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ上には、図示しない映像信号駆動回路により各液晶パネル１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ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い、各色に対応した光学像が形成される。さらに、各色の液晶パネル１０_Ｒ，１０_Ｇ，１０_Ｂ上の光学像は、出射側偏光板１１_Ｒ，１１_Ｇ，１１_Ｂを経て、色合成用のクロスプリズム２９に入射し、合成されて投射レンズ３０によってスクリーン１３上へと投射され、カラーの大画面映像を得ることができる。

ここで、実施例１と同様に、各色用の光源ユニット１００_Ｒ，１００_Ｇ，１００_Ｂ内のＬＥＤ光源２００_Ｒ，２００_Ｇ，２００_Ｂの各ＬＥＤ素子の光軸上の光は、それぞれのＬＥＤ素子が対応する第１のレンズアレイ４_Ｒ，４_Ｇ，４_Ｂのセルレンズにおいて、セルレンズの光軸に対して左右方向にずれた位置に結像するので、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を左右均等にばらすことにより、実施例１と同様に均一な明るさの投影画面を得ることができる。

また、部品の公差等により、各色光での左右の明るさが異なって、輝度ムラが発生した場合は、ＬＥＤ光源駆動回路４００_Ｒ，４００_Ｇ，４００_Ｂにより、光軸のずれ方向が異なる２種類のＬＥＤ素子の光量を調光する事により低減でき、色ムラにおいては、各色のＬＥＤ素子の全体光量を調光することにより低減できる。

また、上記した各色のＬＥＤ光源２００_Ｒ，２００_Ｇ，２００_Ｂ、コリメータレンズ３００_Ｒ，３００_Ｇ，３００_Ｂ、第１のレンズアレイ４_Ｒ，４_Ｇ，４_Ｂ、第２のレンズアレイ５_Ｒ，５_Ｇ，５_Ｂにおいて、すべて同じｍ_２行×ｎ_２列の配列としているが、各色ＬＥＤ光源２００_Ｒ，２００_Ｇ，２００_Ｂの光量差や、ホワイトバランスにより、色によって配列の数を変えてもよい。

以上により、本実施例の映像表示装置においては、光源からの光を効率よくスクリーンに投影でき、輝度ムラ、色ムラのない高品位なカラー投影画像を得ることができる。

図１１は本発明による実施例４である映像表示装置の概略構成図を示している。本実施例は、実施例１において、ＬＥＤ光源を、１組の赤色光を発光する赤色用ＬＥＤ素子と緑色光を発光する緑色用ＬＥＤ素子と青色光を発光する青色用ＬＥＤ素子を単位として、複数組をアレイ状に配置して構成し、各組の赤色，緑色，青色用の各ＬＥＤ素子を時分割に順次点灯させるとともに、ＬＥＤ素子の発光色に同期させて映像信号に応じた光学像を液晶パネル上に形成するようにしたものである。そして、１組の赤色用ＬＥＤ素子と緑色用ＬＥＤ素子と青色用ＬＥＤ素子を単位（以下、「単位ＬＥＤ素子」と称する）として、単位ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向を変えて、単位ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光を液晶パネルの中心点からずらして照射させ、そのずれを上下左右で略均等となるようにして、液晶パネル上での輝度ムラや色ムラを低減することを特徴とする。

図１１において、１０１は光源ユニットであり、該光源ユニット１０１は複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ｍ_３行×ｎ_３列）に配列されたＬＥＤ光源２０１と、同じく複数個のアレイ状（ｍ_３行×ｎ_３列）のセルレンズからなるコリメータレンズ３０１から構成されている。４０１はＬＥＤ光源２０１を駆動するＬＥＤ光源駆動回路、６０は液晶パネル１０上に映像信号に応じた光学像を形成させる映像信号駆動回路である。

図１１において、その他の部材の構成、作用に関しては実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図１２は光源ユニット内のＬＥＤ光源２０１の一配列例を模式的に示す図で、図１３はＬＥＤ光源を構成する各単位ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が対応する第１のレンズアレイ４の各セルレンズを照射する位置を示した図、すなわち第１のレンズアレイ４の入射面上における各単位ＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図である。

図１２において、図紙面左上部の２０１_１Ｒは赤色光を発光するＬＥＤ素子であり、２０１_１Ｇは緑色光を発光するＬＥＤ素子、２０１_１Ｂは青色光を発光するＬＥＤ素子である。図１２に示すように、ＬＥＤ光源２０１では、３色のＬＥＤ素子２０１_１Ｒ，２０１_１Ｇ，２０１_１Ｂの１組を単位ＬＥＤ素子として、単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｉ（ただし、Ｕは単位ＬＥＤ素子を示す添字符号、ｉは任意の単位ＬＥＤ素子を示す添字符号）が複数２次元状に配置されている。

各単位ＬＥＤ素子Ｕ_ｉは、実施例１と同様に、対応するコリメータレンズ３０１のセルレンズ光軸に対して２種類の所定角度で傾斜している。そして、図１３に示すように、各ＬＥＤ素子は、単位ＬＥＤ素子毎にその光軸のずれ方向がほぼ左右に均等となるように、配置されている。即ち、行方向（長辺方向）で単位ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向が交互に反転しており、また列方向（短辺方向）で単位ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向が交互に反転している。従って、上記した実施例１乃至実施例３と同様に、液晶パネル上（つまりスクリーン上）での輝度ムラや色ムラを低減できる。

２種類の所定角度で傾斜している単位ＬＥＤ素子のうち、図１４のように、一方の所定角度の単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｊ（２０１_ｊＲ，２０１_ｊＧ，２０１_ｊＢ）のグループは、それぞれ色毎に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４０１の駆動回路４０１ａで駆動され、同様に、他方の所定角度の単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｋ（２_ｋＲ，２_ｋＧ，２_ｋＢ）もそれぞれ色毎に接続されて、ＬＥＤ光源駆動回路４０１の駆動回路４０１ｂで単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｊとは独立して駆動される。また、各駆動回路４０１ａ，４０１ｂはそれぞれ赤色と緑色と青色の光量を独立して調光できるように構成されている。

なお、ＬＥＤ光源駆動回路４０１の４０１ｄは駆動回路４０１ａと駆動回路４０１ｂを制御する制御回路である。制御回路４０１ｄは、外部から操作できる調整キー５００を介しての操作入力で、単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｊと単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｋの明るさを、色毎にかつ光軸の傾斜角度に応じて、それぞれ独立に可変できるように駆動回路４０１ａと４０１ｂを制御する。

そして、ＬＥＤ光源駆動回路４０１の制御回路４０１ｄは、各駆動回路４０１ａ，４０１ｂを制御して、３色の単位ＬＥＤ素子２０１Ｕ_ｉ（２０１_ｉＲ，２０１_ｉＧ，２０１_ｉＢ）を順次時分割で切り替えて発光させている。

液晶パネル１０においては、映像信号駆動回路６０により液晶パネル１０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い、光学像が形成される。このとき、ＬＥＤ光源駆動回路４０１の制御回路４０１ｄは、発光しているＬＥＤ素子の色に同期して、発光色に対応した映像信号の光学像を形成するように、映像信号駆動回路６０を制御する。

以上のように、ＬＥＤ素子２_ｉＲ，２_ｉＧ，２_ｉＢの切り替えを高速で行い、液晶パネル１０では、ＬＥＤ素子の色に同期して各色用の光学像を形成するよう制御することで、スクリーン１３に投影される３色の画像は高速で切り替わる為、見る人の網膜上で混合されて任意の色と認識されるのでカラー画像の表示が可能となる。

次に、本実施例による輝度ムラ，色ムラの低減について述べる。図１３で述べたように、各ＬＥＤ素子は、単位ＬＥＤ素子毎にその光軸のずれ方向がほぼ左右に均等となるように、配置してある。したがって、上記した実施例１乃至実施例３と同様に、液晶パネル上（つまりスクリーン上）での輝度ムラや色ムラを低減できる。また、部品の公差等によって液晶パネル上（つまりスクリーン上）で左右の明るさが異なった場合に関しては、ＬＥＤ光源駆動回路４０１で、コリメータレンズ３０１のセルレンズ光軸に対する傾斜角度が異なり、結果として光軸のずれ方向が異なる単位ＬＥＤ素子のグループを独立して調光する事により低減でき、また、色ムラにおいては、各駆動回路４０１ａ，４０１ｂが赤色と緑色と青色の各ＬＥＤ素子の光量を独立に調光できるように構成されているので、各色のＬＥＤ素子の全体光量を独立して調光することにより低減できる。

また、上記した光源ユニット１０１においては、赤色用ＬＥＤ素子、緑色用ＬＥＤ素子、青色用ＬＥＤ素子の数を同じとしているが、各色のＬＥＤ素子２_ｉＲ，２_ｉＧ，２_ｉＢの光量差や視感度の差により色によりＬＥＤ素子２_ｉＲ，２_ｉＧ，２_ｉＢの数を変えてもよい。

以上により、本実施例の映像表示装置においては、光源からの光を効率よくスクリーンに投影でき、輝度ムラ、色ムラのない高品位なカラー投影画像を得ることができる。さらには、高価な部品である液晶パネルは１個でカラー表示が可能な為、実施例３に対して、コンパクトで低コストな映像表示装置が実現できる。

本実施例の説明では、ＬＥＤ光源ユニットの基本構成として実施例１で述べたものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、実施例２で述べたＬＥＤ光源ユニットの基本構成を用いてもよいことはいうまでもない。また、本実施例では、単位ＬＥＤ素子毎に、ＬＥＤ光源駆動回路を設けているが、複数単位ＬＥＤ素子毎にＬＥＤ光源駆動回路を設けてもよいことはいうまでもない。

図１５は、本発明による実施例５である光源ユニット内のＬＥＤ光源の一配列を模式的に示す図であり、図１６は、図５と同様に、各ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光が第１のレンズアレイ４の各セルレンズを照射する位置を示した図である。

本実施例では、複数個（本実施例では、例えば４個）の同色のＬＥＤ素子を単位として、複数組をアレイ上に配置して構成し、各組の赤色，緑色，青色用の各ＬＥＤ素子を時分割に順次点灯させるとともに、ＬＥＤ素子の発光色に同期させて映像信号に応じた光学像を液晶パネル上に形成するようにしたものである。そして、この１組の複数個の同色のＬＥＤ素子（以下、「同色単位ＬＥＤ素子」と称する）を第１のレンズアレイの１個のセルレンズに、液晶パネルの中心点からずらして照射させ、そのずれをあらゆる方向で略均等となるようにして、液晶パネル上での色ムラを低減することを特徴とする。

図１５において、光源ユニットは、複数個のＬＥＤ素子がアレイ状（ａ_３行×ｂ_３列）に配列されたＬＥＤ光源２０１と、同じく複数個のアレイ状（ａ_３行×ｂ_３列）のセルレンズからなるコリメータレンズ（図示せず）から構成されている。そして、２０１_１Ｒは赤色光を発光するＬＥＤ素子であり、２０１_１Ｇは緑色光を発光するＬＥＤ素子、２０１_１Ｂは青色光を発光するＬＥＤ素子である。図１５に示すように、ＬＥＤ光源２０１では、ＬＥＤ素子２０１_１Ｒ，２０１_２Ｒ，２０１_３Ｒ，２０１_４Ｒの１組を同色単位ＬＥＤ素子（太字枠）として、同色単位ＬＥＤ素子２０１Ｖ_ｉ（ただし、Ｖは同色単位ＬＥＤ素子を示す添字符号、ｉは任意の同色単位ＬＥＤ素子を示す添字符号）が複数２次元状に配置されている。

図１６において、第１のレンズアレイ４で、１行目（長辺方向）の左上のセルレンズの符号を４_１とすると、４_１Ｃはセルレンズ４_１の中心、黒丸点の４_１１Ｒ，４_１２Ｒ，４_１３Ｒ，４_１４Ｒは、ＬＥＤ素子２００_１の発光中心から出射する光軸上の光が照射される点である。そして、図１５の様に、ＬＥＤ素子を配置すれば、ＬＥＤ素子の光軸のずれ方向をあらゆる方向で略均等にでき、色ムラを低減できる。さらに、ＬＥＤ素子を配列しやすいという利点がある。

図１７は本発明による実施例６である映像表示装置の概略構成図を示している。本実施例では、光源の一例として、実施例１に用いられた光源ユニットを用いる。勿論、実施例２に用いられた光源ユニットを用いてもよいことはいうまでもない。

図１７において、１９，２２，２８はそれぞれＲＧＢの３原色に対応する映像表示素子である透過型の液晶パネルで、図示しない映像信号駆動回路により光源ユニット１００からの光束を映像信号に応じた光強度変調を行い、光学像を形成する。１４はミラー、１５は集光レンズ、１６，２０は色分離のためのダイクロイックミラー、２３は第１リレーレンズ、２５は第２リレーレンズ、２７は第３リレーレンズ、１７，２４，２６はミラー、１８，２１はコンデンサレンズ、２９は色合成用のクロスプリズム、３０は投射レンズ、１３はスクリーンを示している。また、これら以外に主な部品としては図示しない電源回路がある。

光源ユニット１００から出射した白色光は、インテグレータ光学系をなす第１のレンズアレイ４、第２のレンズアレイ５により均一化され、液晶パネル１９，２２，２８に投影される。このとき、第１のレンズアレイ４の各セルレンズの投影像を集光レンズ１５、及びコンデンサレンズ１８，２１、第１リレーレンズ２３、第２リレーレンズ２５、第３リレーレンズ２７により赤（Ｒ）用液晶パネル１９，緑（Ｇ）用液晶パネル２２，青（Ｂ）用液晶パネル２８上に重ね合わせる。

その過程で、色分離手段を構成するダイクロイックミラー１６と２０により、光源ユニット１００より出射された白色光はＲ，Ｇ，Ｂの３原色の色光に分離され、それぞれ対応する液晶パネル１９，２２，２８に照射される。なお、ここでは、ダイクロイックミラー１６は赤透過緑青反射特性であり、ダイクロイックミラー２０は緑反射青透過特性である。

各液晶パネル１９，２２，２８は、図示しない入出射偏光板とともに図示しない映像信号駆動回路により液晶パネル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い、光学像を形成する。

さらに、明るく照射された液晶パネル１９，２２，２８上の各光学像は、クロスプリズム２９によって色合成され、さらに、投射レンズ３０によってスクリーン１３上へと投射され、大画面映像を得ることができる。

また、第１リレーレンズ２３、第２リレーレンズ２５、第３リレーレンズ２７は液晶パネル１９，２２に対して液晶パネル２８の光路長が長くなっていることを補うものである
以上により、本実施例の映像表示装置においては、光源からの光を効率よくスクリーンに投影でき、輝度ムラ、色ムラのない高品位なカラー投影画像を得ることができる。さらには、光源ユニット１００以外の部品は、高圧水銀ランプなどを用いた液晶プロジェクタの部品をそのまま流用できる為、大きな設備投資などを必要としないで実現できる。

本実施例においては、白色光のＬＥＤ素子を用いたが、実施例４乃至実施例５と同様にＲＧＢ３色のＬＥＤ素子を用いても良い。この場合は、ＲＧＢのＬＥＤ素子の発光を切り替える必要はなく、常時点灯させればよい。

図１８は本発明による実施例７である映像表示装置の概略構成図を示している。図１８において、５０_１、５０_２は上記した本発明の実施例１乃至実施例６の映像表示装置であり、それぞれの投影画像４２_１，４２_２を左右につなげて大画面化を図っている。

上記した本発明による実施例１乃至実施例６の映像表示装置においては、ＬＥＤ光源を構成する各ＬＥＤ素子の発光中心から出射する光軸上の光を例えば液晶パネルの中心点即ちスクリーンの中心点から左側と右側にずらして重畳照射させることができる。つまり、スクリーン（液晶パネル）上で、各ＬＥＤ素子の光軸上の光が照射する点のグループの数を複数個とし、その照射点をスクリーン（液晶パネル）の中心点に対して略対称となるようにし、かつ各グループの総光量をほぼ等しくすることで、スクリーン（液晶パネル）上の輝度（明るさ）の不均一さを低減している。そして、例えば部品のバラツキ等により、輝度ムラや色ムラが生じても、各照射点に対応するＬＥＤ素子グループをＬＥＤ光源駆動回路でそれぞれ独立に駆動できるように構成しているので、各ＬＥＤ素子グループの発光量を変えて、明るさ（輝度）と色とを調光し、輝度ムラや色ムラを低減できる。

従って、各投影画像内に輝度ムラや色ムラがあっても、各投影画像内で輝度ムラや色ムラを低減できる。また、投影画像４２_１と投影画像４２_２との間で輝度ムラや色ムラがある場合は、第１映像表示装置５０_１と第２映像表示装置５０_２の各ＬＥＤ光源の発光量を変えて低減できるが、この際、従来光源として用いられている発光管とは異なり、暗い投影画像側のＬＥＤ光源の発光量を増大させてバランスをとることができる。

また、投影画像４２_１と投影画像４２_２との繋ぎ目部分で輝度ムラや色ムラがある場合には、第１映像表示装置５０_１の右側部と、第２映像表示装置５０_２の左側の輝度と色を、各ＬＥＤ光源駆動回路で、合わせるように調整することにより、２つの投影画像４２_１，４２_２の繋ぎ目部が目立たなくなり、高品位で大画面な映像を得ることができる。

本発明による実施例１の映像表示装置の概略構成図。 １組のＬＥＤ素子から第２のレンズアレイのセルレンズまでを抜き出した部分拡大図。 ＬＥＤ素子の光出力特性。 １つのＬＥＤ素子による投影画像。 ＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図。 ＬＥＤ素子の別の配置例によるＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図。 光軸傾斜の異なるＬＥＤ素子による投影画像。 本発明による実施例２の映像表示装置の概略構成図。 本発明による実施例２の１組のＬＥＤ素子から第２のレンズアレイのセルレンズまでを抜き出した部分拡大図。 本発明による実施例３の映像表示装置の概略構成図。 本発明による実施例４の映像表示装置の概略構成図。 本発明による実施例４のＬＥＤ素子の配列を示す図。 本発明による実施例４のＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図。 本発明による実施例４のＬＥＤ光源駆動回路を示す図。 本発明による実施例５のＬＥＤ素子の配列を示す図。 本発明による実施例５のＬＥＤ素子の光軸のずれを示す図。 本発明による実施例６の映像表示装置の概略構成図。 本発明による実施例７の映像表示装置の概略構成図。

符号の説明

４…第１のレンズアレイ、５…第２のレンズアレイ、６…偏光変換素子、７，１５…集光レンズ、８，１８，２１…コンデンサレンズ、９…入射側偏光板、１０…液晶パネル、１１…出射側偏光板、１２，３０…投射レンズ、１３…スクリーン、１４，１７，２４，２６…ミラー、１６，２０…ダイクロイックミラー、２３…第１リレーレンズ、２５…第２リレーレンズ、２７…第３リレーレンズ、２９…クロスプリズム、４０，４１，４２…投影画像、５０…映像表示装置、６０…映像信号駆動回路、１００，１０１，１１０…光源ユニット、２００，２０１，２１０…ＬＥＤ光源、３００，３０１，３１０…コリメータレンズ（平行化手段）、４００，４０１…ＬＥＤ光源駆動回路、５００…調整キー。

Claims (13)

1. 光軸を中心に放射角度の光出力分布特性をもつ半導体発光素子と、
   複数個の前記半導体発光素子で構成される光源と、
   該複数個の半導体発光素子毎に対応して配置した複数個のセルレンズで構成される平行化手段と、
   光学像を形成する映像表示素子と、
   前記平行化手段と該映像表示素子との間に配置されインテグレータ光学系を構成する一対のレンズアレイ群と、
   該映像表示素子で形成された光学像を拡大して投射する投射手段とを有し、
   前記インテグレータ光学系のレンズアレイ群は、前記半導体発光素子に対して１対１に対応するセルレンズを備え、
   前記複数個の半導体発光素子は、前記平行化手段のセルレンズの入射側の略焦点上に配置され、前記複数個の半導体発光素子のうちのいくつかの前記平行化手段から出射される半導体発光素子の光束の光軸が、前記レンズアレイ群の光軸と平行であって、前記平行化手段から出射される半導体発光素子の光束の光軸が、前記レンズアレイ群の光軸に対して前記映像表示素子の素子面の所定の一方向にずれて偏移している半導体発光素子グループが形成され、前記半導体発光素子グループが、前記偏移方向が逆方向の少なくとも２種類あることを特徴とする映像表示装置。
2. 前記光源は、前記半導体発光素子グループの各々に属する前記半導体発光素子の数が略等しくなるように構成することを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
3. 前記複数個の半導体発光素子のうちのいくつかは、該半導体光素子の光軸を、前記レンズアレイ群の光軸と異なる前記映像表示素子の素子面の所定の一方向に傾斜して設置されて、半導体発光素子グループを形成し、
   前記半導体発光素子グループに属する各々の半導体発光素子の光軸は、各々の該半導体発光素子に対応する前記平行化手段の光軸に対して略対称な所定の角度で交差していることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
4. 前記半導体発光素子グループに属する各々の該半導体発光素子の光軸は、各々の該半導体発光素子に対応する前記平行化手段の光軸と略一致しており、
   該平行化手段の光軸は、各々の該半導体発光素子に対応する前記レンズアレイ群の光軸に対して略平行であって、且つ異なる直線上にあることを特徴とする請求項２に記載の映像表示装置。
5. 前記半導体発光素子グループの各々に対して、該半導体発光素子グループの発光量を制御する発光制御手段を有することを特徴とする請求項３乃至請求項４の何れか１項に記載の映像表示装置。
6. 前記光源は、少なくともＲ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の半導体発光素子を含む複数個の半導体発光素子で構成されることを特徴とする請求項４乃至請求項５の何れか１項に記載の映像表示装置。
7. 前記Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の半導体発光素子の個数は、各々略同数あることを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
8. 前記Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の半導体発光素子の個数は、各々異なることを特徴とする請求項６に記載の映像表示装置。
9. 光軸を中心に放射角度の光出力分布特性をもつ半導体発光素子と、
   複数個の半導体発光素子を有する組が、複数組で構成される光源と、
   該複数個の半導体発光素子毎に対応して配置した複数個のセルレンズで構成される平行化手段と、
   光学像を形成する映像表示素子と、
   前記平行化手段と該映像表示素子との間に配置されインテグレータ光学系を構成する一対のレンズアレイ群と、
   前記映像表示素子で形成された光学像を拡大して投射する投射手段とを有し、
   前記インテグレータ光学系のレンズアレイ群は、前記半導体発光素子に対して１対１に対応するセルレンズを備え、
   前記複数個の半導体発光素子は、前記平行化手段のセルレンズの入射側の略焦点上に配置され、前記組のそれぞれの半導体発光素子の前記平行化手段から出射される半導体発光素子の光束の光軸が、前記レンズアレイ群の光軸と平行であって、前記平行化手段から出射される半導体発光素子の光束の光軸が、前記レンズアレイ群の光軸に対して前記映像表示素子の素子面の所定の一方向にずれて偏移し、前記平行化手段から出射される半導体発光素子の２つの組の光軸偏移は、前記映像表示素子の中心点に対称な関係にあることを特徴とする映像表示装置。
10. 前記組は、同色の前記半導体発光素子で構成されることを特徴とする請求項９に記載の映像表示装置。
11. 前記光源は、少なくともＲ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の前記組を含んで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の映像表示装置。
12. 前記Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の組の数は、略同数あることを特徴とする請求項１１に記載の映像表示装置。
13. 前記Ｒ光用、Ｇ光用、Ｂ光用の組の数は、各々異なることを特徴とする請求項１１に記載の映像表示装置。

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