JPH0618842A - 液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶セルにマイクロレンズを対向配置させた
液晶パネルに対して凹面反射鏡で反射させた光源の光を
集束反射光として照射させる方式の液晶プロジェクタに
おいて、投影画像に照度ムラを発生させず、また製造が
容易で液晶パネルに対する位置合わせも簡単なマイクロ
レンズアレイを使用できるようにする。 【構成】 凹面反射鏡2と液晶パネル4の間で凹面反射鏡
2の反射光における最も内側の光線が光軸9に集束する位
置Pに凹レンズ3を配置して反射光を平行光束にし、液晶
パネル4と投影部7の間に凸レンズ6を配置させて液晶パ
ネル4を透過した光を投影部7の入射瞳へ集束入射させ
る。この構成により、液晶パネル4への入射光が均一光
量の光束になり、マイクロレンズアレイ5についても各
レンズを液晶セルのピッチに対応させて均等に形成した
ものを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大画面表示用の液晶プロ
ジェクタに係り、特に透過型液晶パネルにマイクロレン
ズアレイを対向させて凹面反射鏡による反射光の利用率
を向上させる方式を採用したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、受動方式の大画面表示装置と
して液晶ライトバルブや透過型液晶パネルが用いられて
いるが、透過型液晶パネルを用いた液晶プロジェクタに
おいては図３から図７に示すような光学系が採用されて
いる。各図において、21は光源、22a〜22dは凹面反射
鏡、23は液晶パネル、24は投影部、25,26はコンデンサ
レンズ、27はスクリーンを示す。

【０００３】図３の構成ではコンデンサレンズを使用せ
ず、比較的大きな凹面反射鏡22aで光源21の光を集束せ
しめて液晶パネル23へ直接入射させているが、大口径の
凹面反射鏡22aは高価であるため、一般には図４から図
６に示す構成のようにコンデンサレンズ25,26で凹面反
射鏡22b〜22dの反射光を集束させて液晶パネル23へ入射
させている。図４の構成は、コンデンサレンズ25,26に
高い精度が要求されないという長所があるが、コンデン
サレンズ26が投影部24が内蔵したレンズの焦点深度に近
付くとレンズ表面の汚れ等が投影画像に表われ、また反
射光が光源21で遮られて光利用率が低下すると共に光源
の過熱を防止する対策を施す必要がある。図５の構成
は、深い凹面反射鏡22cを用いて光利用率を向上させる
ことができるが、その口径がコンデンサレンズ26の口径
と大きく異なると照度分布にムラが生じるためにマルチ
ミラー設計にする必要がある。図６の構成は、反射光の
光線を一度クロスさせてコンデンサレンズ25に入射させ
ており、更に深い凹面反射鏡22dを用いて光利用率を高
めることができ、光源21と反射面の間隔を大きくして過
熱を防止できる等の長所があるが、カラー対応の場合に
はコンデンサレンズ25に対する光線の入射角度が大きく
なるために色ムラが発生する等の不具合がある。

【０００４】また、カラー対応液晶プロジェクタでは、
図７に示すように、光源28から出た光をコールドミラー
29及びUV・RIカットフィルタ30で赤外・紫外領域を吸収し
た後、各反射ミラー31R,31G,31BでR・G・Bの単色光のみを
反射させて各々のコンデンサレンズ26R,26G,26Bを介し
て液晶パネル23R,23G,23Bへ入射させ、その透過光を合
成したものを投影部24によってスクリーン27に投影させ
る。尚、この場合の各単色光に係る液晶パネル23R,23G,
23Bに対する入射光学系は図５の構成が採用されてい
る。

【０００５】一方、最近のビデオカメラ等ではそのCCD
撮像素子の前面にマイクロレンズアレイを配置して入射
光を各CCD素子へ集束させることにより受光感度を向上
させる方式が採用されているが、前記の液晶プロジェク
タにおいても同様に各液晶セルに個々のマイクロレンズ
を対向させるようにマイクロレンズアレイを取付けるこ
とが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の図３
から図７に示した液晶プロジェクタでは、何れの光学的
構成においても液晶パネル23,23R,23G,23Bに対して光源
21,28の光を集束させて入射させる方法を採用している
が、液晶パネルの前面にマイクロレンズアレイを取付け
る場合には、図８に示すように、液晶パネル23の各液晶
セル23cに対してマイクロレンズアレイ40の各マイクロ
レンズ40cをずらせて配設する必要が生じる。即ち、液
晶パネル23の中心から離れた領域へは傾斜した光線が入
射するため、マイクロレンズ40cと液晶セル23cの中心を
微小間隔(d)だけずらせて光束を効率よく各液晶セル23c
に入射させるようにしなければならない。更に、入射す
る集束光は液晶パネル23の中心領域になるほど傾斜角度
が小さくなるため、各マイクロレンズ40cのピッチもそ
れに対応させて変化させる必要がある。

【０００７】しかし、前記のようにマイクロレンズ40c
をずらせたりそのピッチを変化させることは、マイクロ
レンズアレイ40の位置合わせや製造が非常に困難にな
る。換言すれば、マイクロレンズ40cの光軸と液晶セル2
3cの中心法線とが一致するようにマイクロレンズアレイ
40を調整することが最も容易であり、またマイクロレン
ズアレイ40の製造においてもマイクロレンズ40cを一様
なピッチで平面的に配置させることが最も簡単になる。

【０００８】一方、前記のように位置合わせと製造が最
も簡単になる構造のマイクロレンズアレイを使用するに
は、図９に示すように、光源21の光の反射光を平行光束
にする凹面反射鏡22を用いる必要があるが、その場合に
は反射光のうちの光源21の部分へ戻る光線が光源21で遮
られ、結果的にスクリーン27に投影された画像の中心領
域の光量が不足することになる。

【０００９】そこで、本発明は、前記の方式の液晶プロ
ジェクタにおいて、マイクロレンズアレイの調整や製造
が容易で、且つ投影画像の中心領域の光量が不足するよ
うな不具合を生じない液晶プロジェクタを提供すること
を目的として創作された。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロレン
ズアレイを対向配置させた液晶パネルに対して凹面反射
鏡で反射した光源の光を集束反射光として照射させる方
式の液晶プロジェクタにおいて、前記凹面反射鏡と前記
液晶パネルの間の光路で集束反射光の最も内側の光線が
集光する位置に前記凹面反射鏡の集束反射光を平行光束
にする凹レンズ系を配置し、且つ前記液晶パネルと投影
部の間の光路に前記液晶パネルを透過した光束を前記投
影部の入射瞳へ集束させる凸レンズ系を配置したことを
特徴とする液晶プロジェクタに係る。

【００１１】

【作用】本発明によれば、凹面反射鏡から液晶パネル側
へ照射された光束は、凹レンズ系によって光量が均一な
平行光束とされて液晶パネルのマイクロレンズアレイに
入射する。従って、各マイクロレンズの光軸と各液晶セ
ルの中心法線を一致させておけば各マイクロレンズに入
射した光が各液晶セルに集束せしめられ、位置合わせが
容易で製造も簡単であるマイクロレンズアレイを用いて
光利用率が優れた液晶パネルへの入射系を構成させるこ
とができる。

【００１２】一方、液晶パネルの透過光はほぼ平行光束
になっており、そのままでは投影部へ入射させることが
できない。そこで、前記透過光を凸レンズ系によって集
束光束にして投影部の入射瞳へ入射させ、投影部が透過
光で構成される画像をスクリーン上に投影させる。

【００１３】尚、ここに「凹レンズ系」及び「凸レンズ系」
とは凸レンズや凹レンズの機能を有した光学要素を意味
し、収差補正用の組合せレンズ等も含む概念として用い
られている。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２を用
いて詳細に説明する。図１は単板液晶パネルを用いた液
晶プロジェクタの光学的構成図であり、同図において、
1はハロゲンランプやメタルハロゲンランプである光源
を、2は楕円ミラーである凹面反射鏡を、3は凹レンズ
を、4は液晶パネルを、5は液晶パネル4の前面に設けら
れたマイクロレンズアレイを、6は凸レンズを、7は投影
部を、8はスクリーンを示し、これらの要素は光軸9上に
配置されている。また、凹レンズ3と凸レンズ6は液晶パ
ネル4の前後に近接させて配置されている。

【００１５】本実施例では、凹面反射鏡2が光源1の光を
集束光束として反射させ、コンデンサレンズを用いてい
ない。そして、凹レンズ3は凹面反射鏡2の反射光におけ
る最も内側の光線が光軸9に集光する位置Pに配置されて
おり、入射した反射光を平行光束にして液晶パネル5側
へ出射させる。従って、凹面反射鏡2で反射された光は
全て凹レンズ3へ入射すると共に反射光が光源1で遮られ
ることにより生じる陰影は凹レンズ3の入射面では消滅
し、液晶パネル5側へ出射される平行光束は全体が均一
光量になった光束となる。

【００１６】次に、前記の凹レンズ3から出射された均
一な平行光束は液晶パネル5の前面に設けられたマイク
ロレンズアレイ5に入射する。そして、このマイクロレ
ンズアレイ5は液晶パネル4の液晶セル4cのピッチと同等
の間隔で微細なマイクロレンズ5cが多数形成されたもの
であり、図２に示すように、マイクロレンズアレイ5は
その各マイクロレンズ5cの光軸が液晶パネル4の各液晶
セル4cの中心法線と一致するように位置決めされてい
る。従って、ミクロ的にみると入射された平行光束は各
マイクロレンズ5cで集束せしめられて、その各マイクロ
レンズ5cに対向した液晶セル4cの中央領域へ出射され、
マイクロレンズ5cが存在しない場合より大きな光量を液
晶セル4cへ入射させる。

【００１７】一方、液晶パネル4は液晶ドライバ(図示せ
ず)によって制御されており、画像情報に対応させて各
液晶セル4cの分子配向が透過/非透過状態に変化せしめ
られる。即ち、明るい画素を表現する場合にはその液晶
セル4cが透過状態に、暗い画素を表現する場合にはその
液晶セル4cが非透過状態に制御される。その結果、図２
に示すように、入射された光は明るい画素部分に相当し
た液晶セル4cのみを透過してほぼ平行光束になって凸レ
ンズ6側へ出射される。

【００１８】そして、液晶パネル4の背後に配置されて
いる凸レンズ6が液晶セル4cを透過した光束を集束して
投影部7の入射瞳へ入射させ、投影部7が集束光をスクリ
ーン8上に拡大投影させる。当然にその投影画像は液晶
パネル4の各液晶セル4cが制御されることにより描かれ
た画像の投影画像となる。特に、本実施例によれば、凹
レンズ3を前記の特定位置Pに配置させて凹面反射鏡2で
反射した光を均一な平行光束として液晶パネル4に入射
させるようにしているため、投影画像の中央部で光量が
不足して照度ムラが発生するような不具合が生じない。

【００１９】また、液晶パネル4に平行光束が入射され
るため、マイクロレンズアレイ5は前記のように液晶セ
ル4cのピッチに対応させてマイクロレンズ5cを均一に配
置させたものであればよく、液晶パネル4に対する取付
け工程においても液晶セル4cの中心法線とマイクロレン
ズ5cの光軸を一致させるように設定すれば足りることに
なるため、その製造及び調整工程が簡単になる。

【００２０】尚、本実施例では単板液晶パネル4を用い
た場合の光学的構成について説明したが、その構成は図
７に示したカラー対応の液晶プロジェクタにおけるR・G・
Bの各光路に対しても適用できる。更に、凸レンズ6を収
差補正用レンズと組合わせることにより、投影画像の品
質を向上させることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明の液晶プロジェクタは、以上の構
成を有していることにより、次のような効果を奏する。
前面にマイクロレンズアレイを配置させた液晶パネルに
対して凹面反射鏡で反射させた光源の光を集束反射光と
して照射する方式の液晶プロジェクタにおいて、液晶パ
ネルに入射する反射光を凹レンズ系で平行光束にしてい
るため、マイクロレンズアレイには液晶プロジェクタの
各液晶セルのピッチに対応させてマイクロレンズを一様
に形成したものを使用でき、その製造と液晶パネルに対
する位置合わせ工程を容易にする。また、凹面反射光に
よる集束反射光の最も内側の光線が集光する位置に凹レ
ンズ系を配置させているため、投影画像の中央領域に光
量不足が生じることがなく、前記のマイクロレンズアレ
イの機能と相俟って反射光の利用効率を向上させながら
照度ムラのない投影画像を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る液晶プロジェクタの光学
的構成図である。

【図２】マイクロレンズの光軸と液晶セルの中心法線を
合致させてマイクロレンズアレイを取付けた液晶パネル
の拡大断面図である。

【図３】従来技術に係る液晶プロジェクタの光学的構成
図である。

【図４】従来技術に係る液晶プロジェクタの光学的構成
図である。

【図５】従来技術に係る液晶プロジェクタの光学的構成
図である。

【図６】従来技術に係る液晶プロジェクタの光学的構成
図である。

【図７】従来技術に係るカラー対応液晶プロジェクタの
光学的構成図である。

【図８】マイクロレンズの光軸と液晶セルの中心法線を
ずらせてマイクロレンズアレイを取付けた場合の液晶パ
ネルの拡大断面図である。

【図９】凹面反射鏡で光源の光を平行光束にして反射さ
せる場合の光束の状態を示す図(凹面反射鏡の断面図及
び正面図)である。

【符号の説明】

1…光源、2…凹面反射鏡、3…凹レンズ、4…液晶パネ
ル、4c…液晶セル、5…マイクロレンズアレイ、5c…マ
イクロレンズ、6…凸レンズ、7…投影部、8…スクリー
ン、9…光軸、P…凹面反射鏡の反射光の内の最も内側の
光線が光軸に集光する位置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロレンズアレイを対向配置させた
   液晶パネルに対して凹面反射鏡で反射した光源の光を集
   束反射光として照射させる方式の液晶プロジェクタにお
   いて、前記凹面反射鏡と前記液晶パネルの間の光路で集
   束反射光の最も内側の光線が集光する位置に前記凹面反
   射鏡の集束反射光を平行光束にする凹レンズ系を配置
   し、且つ前記液晶パネルと投影部の間の光路に前記液晶
   パネルを透過した光束を前記投影部の入射瞳へ集束させ
   る凸レンズ系を配置したことを特徴とする液晶プロジェ
   クタ。