JPH08286164A

JPH08286164A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH08286164A
Application number: JP8009870A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kida; 博木田; Shinsuke Shikama; 信介鹿間; Akira Ookamito; 晃大上戸; Shinji Okamori; 伸二岡森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1996-11-01
Also published as: US5695266A

Abstract

(57)【要約】【課題】高輝度の画像が得られる小型で軽量な投写型
表示装置を提供する。【解決手段】本発明に係る装置は、ランプ１と、楕円
面鏡２と、絞り３と、その開口部３ａを通過した光束２
１を、青色光束２１Ｂと赤及び緑色光束２１ＲＧとに分
離する第１の色分離系ダイクロイックミラー１１と、こ
れにより分離された赤及び緑色光束２１ＲＧを、赤色光
束２２Ｒと緑色光束２２Ｂとに分離する第２の色分離系
ダイクロイックミラー１２と、ライトバルブ６Ｒ，６
Ｇ，６Ｂと、ライトバルブに入射する光束を平行光束又
は収束光束にする第１のレンズ４ＲＧ，４Ｂと、ライト
バルブを透過した光束２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂを合成す
る色合成系ダイクロイックミラー１５，１６と、投写レ
ンズ７とを有する。そして、第１のレンズ４ＲＧ，４Ｂ
を、第１の色分離系ダイクロイックミラー１１より、光
束の進行方向下流側に配置している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像をスクリーン
上に投写する投写型表示装置に関し、特に、その光学系
の小型化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の投写型表示装置としては、例え
ば、特開平３−５３２２１号公報に記載のもの、及び特
開平６−３２４４０１号公報に記載のものがある。これ
らに記載の装置は、ライトバルブを照射する平行光束を
得るために、楕円面鏡と集光レンズとを用いている。楕
円面鏡を用いた照明用の光学系は、絞りの開口径を変え
るだけで光束の平行度が変えられるため、散乱型液晶を
使用した投写型表示装置に適している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、楕円面
鏡と集光レンズを用いた場合には、ランプ出射光を一度
楕円面鏡の第２焦点付近に集光させ、長焦点のレンズに
より集光された光束を平行化する構成であるため、ラン
プから集光レンズまでの光路長を長くしなければなら
ず、このため、照明用の光学系が大型化し、装置全体も
大型となり、装置の重量も重くなるという問題があっ
た。

【０００４】また、楕円面鏡と集光レンズの組合せに代
えて、放物面鏡を用いる場合には、集光効率が高くで
き、光学系が簡単になるが、収差が大きいために、発光
部が有限の大きさを有するランプを用いる場合の平行度
が低いという問題があった。また、球面鏡と集光レンズ
を用いる場合には、光学系は比較的小型に構成できる
が、集光効率が低いという問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、光の損失が少なく、高
輝度の投写画像が得られる、小型で軽量な投写型表示装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の投写型表示装
置は、ランプと、上記ランプから出射された光束を集光
する楕円面鏡と、上記楕円面鏡の第２焦点付近に配置さ
れた絞りと、上記絞りの開口部を通過した光束を、第１
の波長領域内の波長を持つ第１の光束と、第１の波長領
域外の波長を持つ光束とに分離する第１の色分離手段
と、上記第１の色分離手段により分離された第１の波長
領域外の波長を持つ光束を、第２の波長領域内の第２の
光束と、第２の波長領域外の波長を持つ第３の光束とに
分離する第２の色分離手段と、上記第１乃至第３の光束
のそれぞれに対応した画像を表示する第１乃至第３のラ
イトバルブと、上記第１乃至第３のライトバルブにそれ
ぞれ入射する上記第１乃至第３の光束を発散光束から平
行光束又は収束光束にする第１のレンズと、上記第１乃
至第３のライトバルブのそれぞれを透過した第１乃至第
３の光束を合成する色合成手段と、上記色合成手段によ
り合成された光束をスクリーン上に拡大投写する投写レ
ンズとを有し、上記第１のレンズを、上記第１の色分離
手段より、光束の進行方向下流側に配置したことを特徴
としている。

【０００７】また、請求項２の投写型表示装置は、上記
第１のレンズが、上記第１の色分離手段の光束の進行方
向下流側直後に配置された第１及び第２の発散光束集光
用のレンズを有することを特徴としている。

【０００８】また、請求項３の投写型表示装置は、請求
項１又は２の装置において、上記第１乃至第３のライト
バルブのそれぞれの近傍に配置された第２のレンズをさ
らに有することを特徴としている。

【０００９】また、請求項４の投写型表示装置は、請求
項１の装置において、上記第１のレンズが、上記第１乃
至第３のライトバルブのそれぞれの近傍に配置された第
１乃至第３の発散光束集光用のレンズを有することを特
徴としている。

【００１０】また、請求項５の投写型表示装置は、請求
項１乃至４のいずれかの装置において、上記第１のレン
ズが、凸レンズにより構成されることを特徴としてい
る。

【００１１】また、請求項６の投写型表示装置は、請求
項１乃至４のいずれかの装置において、上記第１のレン
ズが、フレネルレンズにより構成されることを特徴とし
ている。

【００１２】また、請求項７の投写型表示装置は、請求
項２の装置において、上記第１のレンズが、平面又は曲
面からなる第１の面と輪状の段差を有する第２の面とを
有するフレネルレンズにより構成され、上記第１の面を
上記第１の色分離手段側に向けたことを特徴としてい
る。

【００１３】また、請求項８の投写型表示装置は、請求
項４の装置において、上記第１のレンズが、輪状の段差
を有する第３の面と平面又は曲面からなる第４の面とを
有するフレネルレンズにより構成され、上記第４の面を
上記第１乃至第３のライトバルブ側に向けたことを特徴
としている。

【００１４】また、請求項９の投写型表示装置は、請求
項２又は４の装置において、上記第１のレンズが、平面
又は曲面からなる第５の面と輪状の段差を有する第６の
面とを有する第１のフレネルレンズと、輪状の段差を有
する第７の面と平面又は曲面からなる第８の面とを有す
る第２のフレネルレンズにより構成され、上記第６の面
と上記第７の面とが互いに向い合うように、上記第１及
び第２のフレネルレンズを配置したことを特徴としてい
る。

【００１５】また、請求項１０の投写型表示装置は、請
求項３の装置において、上記第２のレンズが、凸レンズ
により構成されることを特徴としている。

【００１６】また、請求項１１の投写型表示装置は、請
求項３の装置において、上記第２のレンズが、フレネル
レンズにより構成されることを特徴としている。

【００１７】また、請求項１２の投写型表示装置は、請
求項３の装置において、上記第２のレンズが、輪状の段
差を有する第９の面と平面又は曲面からなる第１０の面
とを有するフレネルレンズにより構成され、上記第１０
の面を上記第１乃至第３のライトバルブ側に向けたこと
を特徴としている。

【００１８】また、請求項１３の投写型表示装置は、請
求項１乃至１２のいずれかの装置において、上記楕円面
鏡の第２焦点近傍に錐体状レンズを備えたことを特徴と
している。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１図１は、本発明の実施の形態１による投写型表示装置の
光学系の構成を概略的に示す構成図である。実施の形態
１による投写型表示装置は、白色光を出射するランプ１
と、このランプ１から出射された光束を集光する楕円面
鏡２と、この楕円面鏡２の第２焦点付近に配置された絞
り３と、この絞り３の開口部３ａを通過した発散光束２
１の進行方向を変える反射ミラー１０とを有する。ラン
プ１は、例えば、メタルハライドランプ、キセノンラン
プ、ハロゲンランプ等の高輝度の白色光源であり、楕円
面鏡２の第１焦点付近にランプ１の発光中心が位置する
ように、配置されている。反射ミラー１０は、装置を小
型化するために使用しているが、赤外線及び紫外線を透
過し可視光線のみを反射するコールドミラーを用いて、
不要光を除去することが望ましい。

【００２０】また、実施の形態１による投写型表示装置
は、一例として青色光成分を透過させ、青色光以外の赤
及び緑色光成分を反射させる第１の色分離系ダイクロイ
ックミラー１１と、この第１の色分離系ダイクロイック
ミラー１１を透過した青色光束２１Ｂを平行光束２２Ｂ
にする集光レンズ４Ｂと、第１の色分離系ダイクロイッ
クミラー１１で反射された光束２１ＲＧを平行光束２２
ＲＧにする集光レンズ４ＲＧと、赤色光成分を透過さ
せ、赤色光以外の緑色光成分を反射させることによっ
て、光束２２ＲＧを赤色光束２２Ｒと緑色光束２２Ｇと
に分離する第２の色分離系ダイクロイックミラー１２と
を有する。実施の形態１においては、集光レンズ４Ｒ
Ｇ，４Ｂは、ガラス又はプラスチック材料で形成された
凸レンズである。

【００２１】さらに、実施の形態１による投写型表示装
置は、第２の色分離系ダイクロイックミラー１２を透過
した赤色光束２２Ｒを集光させる集光レンズ５Ｒと、赤
色用の画像を表示する液晶ライトバルブ６Ｒと、この液
晶ライトバルブ６Ｒを透過した光束２３Ｒの進行方向を
変える反射ミラー１４と、第２の色分離系ダイクロイッ
クミラー１２で反射された緑色光束２２Ｇを集光する集
光レンズ５Ｇと、緑色用の画像を表示する液晶ライトバ
ルブ６Ｇと、第１の色分離系ダイクロイックミラー１１
を透過した青色光束２２Ｂの進行方向を変える反射ミラ
ー１３と、この反射した青色光束２２Ｂを集光する集光
レンズ５Ｂと、青色用の画像を表示する液晶ライトバル
ブ６Ｂとを有する。ここで、集光レンズ５Ｒ，５Ｇ，５
Ｂは、ガラス又はプラスチック材料で形成された凸レン
ズである。また、集光レンズ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂは、後述
の投写レンズ７の入射瞳７０を通して光束を効率よく透
過させるための素子であり、その焦点位置に投写レンズ
７の入射瞳７０が位置するように設計すれば、液晶ライ
トバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの後側（即ち、光束の進行方
向下流側）に配置してもよい。また、液晶ライトバルブ
６Ｒ，６Ｇ，６Ｂには、最小表示単位である画素が規則
的に配列されており、各画素に独立した駆動電圧を印加
することにより液晶の光学特性を変化させて、画像を表
示する。各画素を独立に駆動する方式には、単純マトリ
クス方式やＴＦＴ等のスイッチング素子を設けたアクテ
ィブマトリクス方式がある。液晶には、直線偏光光の旋
光性を制御するＴＮ液晶やＳＴＮ液晶、光散乱性を制御
するＬＣＰＣ（Liquid Crystaland Polymer Composit
e）やＤＳＭ（Dynamic Scattering Mode）等の散乱型液
晶が使用されるが、偏光板を必要としない散乱型液晶を
使用することが、投写型表示装置の高輝度化に効果的で
ある。また、反射ミラー１３，１４には、低コストの波
長選択性のないアルミミラーがよく使用されるが、反射
率を向上するために増反射コートを施すことが望まし
い。

【００２２】さらにまた、実施の形態１による投写型表
示装置は、液晶ライトバルブ６Ｂを透過した青色光束２
３Ｂを透過させ、液晶ライトバルブ６Ｇを透過した緑色
光束２３Ｇを反射させることによって、青色光束２３Ｂ
と緑色光束２３Ｇとを合成して合成光束２３ＧＢとする
第１の色合成系ダイクロイックミラー１５と、この合成
光束２３ＧＢを反射させ、液晶ライトバルブ６Ｒを透過
した赤色光束２３Ｒを透過させる第２の色合成系ダイク
ロイックミラー１６と、合成された光束２３を投写光束
２４にしてスクリーンＳ上に拡大投写する投写レンズ７
とを有する。

【００２３】尚、ダイクロイックミラーの分光特性には
入射角依存性があるため、面内でダイクロイックミラー
への入射角が異なる収束光束内に配置した色合成系ダイ
クロイックミラー１５，１６、及び、発散光束内に配置
した色分離系ダイクロイックミラー１１，１２は、面内
の異なる入射位置、及び入射角で同一分光特性となるウ
ェッジフィルタを適用するのが、色度均一性に優れた投
写画像を得るために有効である。

【００２４】また、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ
の画像表示領域は、一般に、辺の縦横比が３：４又は
９：１６の長方形である。液晶ライトバルブ６Ｒ，６
Ｇ，６Ｂの配置の仕方には、図１のｘｚ面に平行に画像
表示領域の長辺を配置する（図１のｙ軸に平行に画像表
示領域の短辺を配置する）場合と、図１のｘｚ面に平行
に画像表示領域の短辺を配置する（図１のｙ軸に平行に
画像表示領域の長辺を配置する）場合とがある。

【００２５】以上説明したように、実施の形態１におい
ては、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂにそれぞれ入
射する光束２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを平行化する集光レ
ンズ４ＲＧ，４Ｂを、第１の色分離系ダイクロイックミ
ラー１１より、光束２１Ｂ，２１ＲＧの進行方向下流側
に配置している。このようにして、ランプ１と集光レン
ズ４ＲＧ，４Ｂとの間に設けなければならない距離（光
路）と、色分離系ダイクロイックミラー１１を含む色分
離系の光路とを共有させているので、共有領域分だけ光
学系の容積が減少し、装置全体の小型化とともに軽量化
を図ることができる。

【００２６】また、不要光を除去するために、ランプ１
から液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂまでの光路中
に、可視光のみを透過するＵＶ／ＩＲ（紫外線及び赤外
線）カットフィルタを配置すれば、紫外線や赤外線によ
る液晶の劣化を抑制することができる。

【００２７】また、図１のｘｚ面に平行に液晶ライトバ
ルブの画像形成領域の短辺を配置する場合の方が、液晶
ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに対し傾いて配置されて
いる（図１に示されるように、４５度傾いて配置されて
いる）ダイクロイックミラー１１，１２，１５，１６及
び反射ミラー１３，１４の有効面積を小さく設計でき、
光学系の容積を小さくでき、また、投写レンズ７のバッ
クフォーカスが短くなり、設計的な負荷が軽減される。

【００２８】また、図２に示されるように、錐体状レン
ズ３０等の光学素子を楕円面鏡２の第２焦点付近に配置
すれば、照度均一性に優れ、平行度が高く、投写レンズ
７の入射瞳７０上に対する集光性に優れた照明光束が得
られる。また、散乱型液晶を使用した投写型表示装置に
おいて、投写レンズ７の入射瞳７０の径に応じて照明系
の絞り３の開口径を変える構成を採用すれば、映像を鑑
賞する室内の明るさにかかわりなく、常に視認性の高
い、高輝度で高コントラストの映像を得ることができ
る。さらに、実施の形態１による投写型表示装置は、レ
ンズによる集光性が高い照明光が要求されるマイクロレ
ンズを備えた液晶ライトバルブを使用した投写型表示装
置（例えば、特開平３−５３２２１号公報に開示されて
いる装置）に対しても、効果的である。

【００２９】実施の形態２図３は、本発明の実施の形態２よる投写型表示装置の光
学系の構成を概略的に示す構成図である。図３におい
て、図１と同一又は対応する構成には、同一の符号を付
す。実施の形態２による投写型表示装置は、第１の色分
離系ダイクロイックミラー１１ａの特性、及び、各構成
の配置が実施の形態１（図１）の場合と相違する。

【００３０】上記実施の形態１における第１の色分離系
ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過させ、
青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実施の
形態２おける第１の色分離系ダイクロイックミラー１１
ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤及び緑色
光成分を透過させる。また、上記実施の形態１の光学系
配置は、図１に示されるように、ｚ方向に２段のミラー
（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方向に３段のミ
ラー（例えば、１１，１２，１４）が配置されているに
対し、実施の形態２の光学系配置は、図３に示されるよ
うに、ｚ方向に３段のミラー（例えば、１１ａ，１２，
１４）が配置され、ｘ方向に２段（例えば、１１ａ，１
３）が配置されている。従って、ｘｚ面に対してライト
バルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの短辺が平行になるように配置
する場合には、ｘ方向が装置の高さ方向となるので、実
施の形態２の場合の方が実施の形態１の場合より装置の
高さを低くすることができる。尚、実施の形態２におい
て、上記以外の点は、上記実施の形態１の場合と、同一
である。

【００３１】実施の形態３図４は、本発明の実施の形態３による投写型表示装置の
光学系の構成を概略的に示す構成図である。図４に示さ
れるように、実施の形態３による投写型表示装置は、上
記実施の形態１（図１）における集光レンズ４Ｂ，４Ｒ
Ｇをそれぞれフレネルレンズ３４Ｂ，３４ＲＧに置き換
えた点、及び、上記実施の形態１における集光レンズ５
Ｒ，５Ｇ，５Ｂをそれぞれフレネルレンズ３５Ｒ，３５
Ｇ，３５Ｂに置き換えた点のみが上記実施の形態１の場
合と相違する。

【００３２】図４に示されるフレネルレンズ３４Ｂ，３
４ＲＧは、ガラス又はプラスチック材料で形成され、図
５（ａ）に示されるように、平面（又は曲面）４１と、
輪状の段差を有する段差面（フレネル面）４０とを有し
ている。実施の形態３においては、図４又は図５（ａ）
に示されるように、平面４１（図５（ａ）では、フレネ
ルレンズ３４Ｂの場合を示すが、フレネルレンズ３４Ｒ
Ｇについても同様な構成である。）を第１の色分離系ダ
イクロイックミラー１１側に向けている。言い換えれ
ば、平面４１を発散光束２１（図４における２１Ｂ）側
に向け、フレネル面４０を平行光束２２（図４における
２２Ｂ）側に向けている。これは、仮にフレネル面４０
を発散光束２１側に配置した場合には、図５（ｂ）に示
されるように、斜面４０ａに入射した光束のみが平行化
され、境界面４０ｂに入射した光束２１（斜線部分）は
平行化されず光損失となり、しかも、フレネルレンズの
一面だけで発散光束から平行光束への屈折を行うため収
差が大きくなり、平行度の低下、その結果、入射瞳７０
への集光性の低下を生じさせるからである。

【００３３】また、図４に示される液晶ライトバルブ６
Ｒ，６Ｇ，６Ｂ近傍のフレネルレンズ３５Ｒ，３５Ｇ，
３５Ｂは、ガラス又はプラスチック材料で形成され、図
６（ａ）に示されるように平面（又は曲面）５１と輪状
の段差を有するフレネル面５０とを有している。実施の
形態３においては、図４又は図６（ａ）に示されるよう
に、平面５１（図６（ａ）では、フレネルレンズ３５Ｒ
の場合を示すが、フレネルレンズ３５Ｇ，３５Ｂについ
ても同様の構成である。）を液晶ライトバルブ６Ｒ側に
向けている。言い換えれば、フレネル面５０を入射する
平行光束２２（図４における２２Ｒ）側に向けている。
これは、仮にフレネル面５０を液晶ライトバルブ６Ｒ，
６Ｇ，６Ｂ側に配置した場合には、図６（ｂ）に示され
るように、フレネルレンズの縞模様（斜線部分）が発生
しやすくなりスクリーン上に投写され、さらに液晶ライ
トバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素とフレネルレンズの縞
とが干渉してモアレの発生による画質の劣化が起こり得
るからである。特に、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６
Ｂに散乱型液晶を使用した場合、高コントラストの映像
を得るためには、投写レンズ７のＦ値を大きく設定する
必要があり、フレネル縞がより一層投写されやすくなる
傾向がある。

【００３４】以上説明したように、実施の形態３におい
ては、上記実施の形態１の場合と同様の理由により、装
置全体の小型化とともに軽量化を図ることができる。ま
た、実施の形態３によればレンズの小型化及び軽量化を
一層図ることができ、プラスチック材料を使用すれば、
圧縮成形及び射出成形等により量産性に優れた低コスト
のレンズを製作できるので、装置の製作コストの削減が
可能になる。

【００３５】尚、図４乃至図６（ａ），（ｂ）に示した
フレネルレンズ３４Ｂ，３４ＲＧ及びフレネルレンズ３
５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂは、フレネル面の反対の面４１，
５１が平面である場合を示したが、レンズパワーを高め
るため面４１，５１を凸状の曲面で構成してもよい。ま
た、フレネル面４０，５０は、凸状の曲面上に段差を形
成したものであってもよい。また、フレネルレンズ３４
ＲＧ，３４Ｂ又はフレネルレンズ３５Ｒ，３５Ｇ，３５
Ｂを、後述の図１２に示されるように、２枚のフレネル
レンズで構成してもよい。

【００３６】また、Ｆ値の大きい投写レンズ７を使用す
る場合、液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂに近接配置
するフレネルレンズ３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂのフレネル
縞の投影をさらに抑制するため、フレネルピッチを液晶
ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画素ピッチより小さく
することが望ましい。また、実施の形態３において、上
記以外の点は、上記実施の形態１の場合と同一である。

【００３７】実施の形態４図７は、本発明の実施の形態４による投写型表示装置の
光学系の構成を概略的に示す構成図である。実施の形態
４による投写型表示装置は、第１の色分離系ダイクロイ
ックミラー１１ａの特性、及び、各構成の配置のみが上
記実施の形態３（図４）の場合と相違する。

【００３８】上記実施の形態３における第１の色分離系
ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過させ、
青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実施の
形態４における第１の色分離系ダイクロイックミラー１
１ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤及び緑
色光成分を透過させる。また、上記実施の形態３におけ
る光学系配置は、図４に示されるように、ｚ方向に２段
のミラー（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方向に
３段のミラー（例えば、１１，１２，１４）が配置され
ているのに対し、実施の形態４における光学系配置は、
図７に示されるように、ｚ方向に３段のミラー（例え
ば、１１ａ，１２，１４）が配置され、ｘ方向に２段
（例えば、１１ａ，１３）が配置されている。従って、
ｘｚ面に対して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画
像表示領域の短辺が平行になるように各構成を配置する
場合には、ｘ方向が装置の高さ方向となるので、実施の
形態４の方が上記実施の形態３の場合より装置の高さを
低くできる。尚、実施の形態４は、上記以外の点は、上
記実施の形態３の場合と同一である。

【００３９】実施の形態５図８は、本発明の実施の形態５による投写型表示装置の
光学系の構成を概略的に示す構成図である。図８におい
て、図１と同一又は対応する構成には、同一の符号を付
す。図８に示されるように、実施の形態５においては、
図１に示される集光レンズ４Ｂ，４ＲＧと液晶ライトバ
ルブに近接して配置された集光レンズ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ
を、集光レンズ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂで置き換えた構成を持
つ。また、実施の形態５では、図１に示される反射ミラ
ー１０は備えられていない。

【００４０】実施の形態５においては、ランプ１の出射
光２０は楕円面鏡２で反射されて第２焦点付近に配置し
た絞り３の開口部３ａを通過した後、第１の色分離系ダ
イクロイックミラー１１により青色光束２１Ｂを透過さ
せ、赤及び緑色光束２１ＲＧを反射させる。このうち、
発散光束である赤及び緑色光束２１ＲＧは第２の色分離
系ダイクロイックミラー１２で赤色光２１Ｒを透過さ
せ、緑色光束２１Ｇを反射させる。それぞれの発散光束
２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂはそれぞれ、集光レンズ８Ｒ，
８Ｇ，８Ｂによりそれぞれの光束が収束光に変換され
る。

【００４１】実施の形態５では、絞り３からの発散光束
２１の光路中に、第１，第２の色分離系ダイクロイック
ミラー１１，１２、及び反射ミラー１３を配置している
ため、上記実施の形態１の場合よりさらに共有光路長を
長く取ることができるので、光学系の容積を減少させる
ことができ、装置全体の小型化と軽量化を一層図ること
ができる。尚、実施の形態５において、上記以外の点
は、上記実施の形態１の場合と同一である。

【００４２】実施の形態６図９は、本発明の実施の形態６による投写型表示装置の
光学系の構成を概略的に示す構成図である。図９におい
て、図８と同一又は対応する構成には、同一の符号を付
す。実施の形態６による投写型表示装置は、第１の色分
離系ダイクロイックミラー１１ａの特性、及び、各構成
の配置が上記実施の形態５（図８）の場合と相違する。

【００４３】上記実施の形態５における第１の色分離系
ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過させ、
青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実施の
形態６における第１の色分離系ダイクロイックミラー１
１ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤及び緑
色光成分を透過させる。また、上記実施の形態５におけ
る光学系配置は、図８に示されるように、ｚ方向に２段
のミラー（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方向に
３段のミラー（例えば、１１，１２，１４）が配置され
ているに対し、実施の形態６における光学系配置は、図
９に示されるようにｚ方向に３段のミラー（例えば、１
１ａ，１２，１４）が配置され、ｘ方向に２段（例え
ば、１１ａ，１３）が配置されている。従って、ｘｚ面
に対して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像表示
領域の短辺が平行になるように各構成を配置する場合に
は、ｘ方向が装置の高さ方向となるので、実施の形態６
の方が上記実施の形態５の場合より装置の高さを低くで
きる。尚、実施の形態６において、上記以外の点は、上
記実施の形態５の場合と同一である。

【００４４】実施の形態７図１０は、本発明の実施の形態７による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１０に
おいて、図８と同一又は対応する構成には、同一の符号
を付す。図１０に示されるように、実施の形態７による
投写型表示装置は、図８の集光レンズ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ
をそれぞれフレネルレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂで置
き換えた点のみが、上記実施の形態５（図８）の場合と
相違する。

【００４５】図１０のフレネルレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，
３８Ｂは、ガラス又はプラスチック材料で形成され、平
面（又は曲面）８１と、輪状の段差を有するフレネル面
８０とを有している。実施の形態７においては、図１０
又は図１１（ａ），（ｂ）に示されるように、平面８１
（図１１（ｂ）では、フレネルレンズ３８Ｒの場合を示
すが、フレネルレンズ３８Ｇ，３８Ｂについても同じで
ある。）を液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂ側に向け
ている。言い換えれば、フレネル面８０を発散光束２１
（図１０における２１Ｒ）側に向け、平面８１を収束光
束２３（図１０における２３Ｒ）側に向けている。これ
は、仮にフレネル面８０を収束光束２３側に配置した場
合には、フレネル縞がより発生しやすくなり、スクリー
ン上に液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像ととも
にフレネル縞が投写されるおそれがあるからである。

【００４６】以上説明したように、実施の形態７におい
ては、上記実施の形態５の場合と同様の理由により、装
置全体の小型化とともに軽量化を図ることができる。ま
た、実施の形態７によればレンズの小型化及び軽量化を
一層図ることができ、プラスチック材料を使用すれば、
圧縮成形及び射出成形等により量産性に優れた低コスト
のレンズが製作でき、よって装置の製造コストの削減が
可能になる。

【００４７】尚、図１１（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、フレネルレンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂは、フレネ
ル面の反対の面８１が平面である場合を示したが、レン
ズパワーを高めるため面８１を凸状の曲面で構成しても
よい。また、フレネル面８０は、凸状の曲面上に段差を
形成したものであってもよい。この場合にも、フレネル
レンズ３８Ｒのフレネル面８０を発散光束２１側に配置
することにより、フレネル縞の投写を抑制できる。

【００４８】また、図１２（ａ），（ｂ）に示されるよ
うに、集光レンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂを、片面が平
面でフレネルピッチが等しい２枚のフレネルレンズ８
３，８４のフレネル面８３ａ，８４ａを対向させた構成
としてもよい。このレンズを使用すれば、第１のフレネ
ルレンズ８３を透過する光束は、フレネル面の斜面８３
ａの境界面８３ｂでの光損失はないものの、影が発生す
る。しかし、この影の領域（図１２（ｂ）における斜線
部分）は、第２のフレネルレンズ８４の斜面８４ａを透
過した後、境界面８４ｂに入射する領域に当たるため、
集光光束２３では影が解消されている。このように、図
１０に示される集光レンズ３８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂとし
て、図１２に示される２枚のフレネルレンズ８６を採用
することによって、透過率を高くでき、かつ、フレネル
縞の発生を防止することができる。また、レンズパワー
を高めるため面８２，８５を凸状の曲面で構成してもよ
い。尚、実施の形態７において、上記以外の点は、上記
実施の形態５の場合と同一である。

【００４９】実施の形態８図１３は、本発明の実施の形態８による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１３に
おいて、図１０と同一又は対応する構成には、同一の符
号を付す。実施の形態８は、第１の色分離系ダイクロイ
ックミラー１１ａの特性、及び、各構成の配置が上記実
施の形態７（図１０）の場合と相違する。

【００５０】上記実施の形態７における第１の色分離系
ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過させ、
青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実施の
形態８における第１の色分離系ダイクロイックミラー１
１ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤及び緑
色光成分を透過させる。また、上記実施の形態７におけ
る光学系配置は、図１０に示されるように、ｚ方向に２
段のミラー（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方向
に３段のミラー（例えば、１１，１２，１４）が配置さ
れているに対し、実施の形態８における光学系配置は、
図１３に示されるようにｚ方向に３段のミラー（例え
ば、１１ａ，１２，１４）が配置され、ｘ方向に２段
（例えば、１１ａ，１３）が配置されている。従って、
ｘｚ面に対して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画
像表示領域の短辺が平行になるように配置する場合に
は、ｘ方向が装置の高さ方向となるので、実施の形態８
の方が上記実施の形態７の場合より装置の高さを低くで
きる。尚、実施の形態８において、上記以外の点は、上
記実施の形態７の場合と同一である。

【００５１】実施の形態９図１４は、本発明の実施の形態９による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１４に
おいて、図１と同一又は対応する構成には、同一の符号
を付す。図１４に示されるように、実施の形態９におい
ては、図１に示される集光レンズ４Ｂ，４ＲＧを集光レ
ンズ９Ｂ，９ＲＧで置き換え、液晶ライトバルブ６Ｒ，
６Ｇ，６Ｂの近傍に集光レンズを配置しない構成を持
つ。

【００５２】実施の形態９においては、ランプ１の出射
光２０は楕円面鏡２で反射されて第２焦点付近に配置し
た絞り３の開口部３ａを通過した後、第１の色分離系ダ
イクロイックミラー１１により青色光束２１Ｂを透過さ
せ、赤及び緑色光束２１ＲＧを反射させる。それぞれの
発散光束２１ＲＧ，２１Ｂはそれぞれ、集光レンズ９Ｒ
Ｇ，９Ｂによりそれぞれの光束が収束光束２３ＲＧ，２
３Ｂに変換される。このうち、収束光束である赤及び緑
色光束２３ＲＧは第２の色分離系ダイクロイックミラー
１２で赤色光束２３Ｒを透過させ、緑色光束２３Ｇを反
射させる。

【００５３】実施の形態９においては、上記実施の形態
１と同様に、共有光路長を長く取ることができるので、
光学系の容積を減少でき、装置全体の小型化と軽量化を
図ることができる。また、実施の形態９は、上記実施の
形態１乃至８より集光性の高い光束内に液晶ライトバル
ブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを配置できるため、より小型の液晶
ライトバルブに適した光学系の構成である。尚、実施の
形態９において、上記以外の点は、上記実施の形態１の
場合と同一である。

【００５４】実施の形態１０図１５は、本発明の実施の形態１０による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１５
において、図１４と同一又は対応する構成には、同一の
符号を付す。実施の形態１０による投写型表示装置は、
第１の色分離系ダイクロイックミラー１１ａの特性、及
び、それ以外の構成の配置が実施の形態９（図１４）の
場合と相違する。

【００５５】上記実施の形態９における第１の色分離系
ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過させ、
青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実施の
形態１０における第１の色分離系ダイクロイックミラー
１１ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤及び
緑色光成分を透過させる。また、上記実施の形態９の光
学系配置は、図１４に示されるように、ｚ方向に２段の
ミラー（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方向に３
段のミラー（例えば、１１，１２，１４）が配置されて
いるに対し、実施の形態１０における光学系配置は、図
１５に示されるようにｚ方向に３段のミラー（例えば、
１１ａ，１２，１４）が配置され、ｘ方向に２段（例え
ば、１１ａ，１３）が配置されている。従って、ｘｚ面
に対して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像表示
領域の短辺が平行になるように配置する場合には、ｘ方
向が装置の高さ方向となるので、実施の形態１０の方が
上記実施の形態９の場合より装置の高さを低くできる。
尚、実施の形態１０において、上記以外の点は、上記実
施の形態９の場合と同一である。

【００５６】実施の形態１１図１６は、本発明の実施の形態１１による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。図１６
において、図１４と同一又は対応する構成には、同一の
符号を付す。図１６に示されるように、実施の形態１１
による投写型表示装置は、上記実施の形態９（図１４）
の集光レンズ９ＲＧ，９Ｂをそれぞれフレネルレンズ３
９ＲＧ，３９Ｂで置き換えた点のみが実施の形態９の場
合と相違する。

【００５７】図１６のフレネルレンズ３９ＲＧ，３９Ｂ
は、ガラス又はプラスチック材料で形成され、平面（又
は曲面）８１と、輪状の段差を有するフレネル面８０と
を有している。実施の形態１１においては、図１６又は
図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、平面８１（図
１７では、フレネルレンズ３９ＲＧの場合を示すが、フ
レネルレンズ３９Ｂについても同じである。）を第１の
色分離系ダイクロイックミラー１１側に向けている。言
い換えれば、フレネル面８０を収束光束２３（図１６に
おける２３ＲＧ）側に向け、平面８１を発散光束２１
（図１６における２１ＲＧ）側に向けている。これは、
入射光束の損失を低く抑えるためである。以上説明した
ように、実施の形態１１においては、上記実施の形態９
の場合と同様の理由により、装置全体の小型化とともに
軽量化を図ることができる。また、実施の形態１１によ
ればレンズの小型化及び軽量化を一層図ることができ、
プラスチック材料を使用すれば、圧縮成形及び射出成形
等により量産性に優れた低コストのレンズが製作でき、
装置の製作コストの削減が可能になる。

【００５８】尚、図１７（ａ），（ｂ）に示されるよう
に、フレネルレンズ３９Ｂ，３９ＲＧ、フレネル面の反
対の面が平面である場合を示したが、レンズパワーを高
めるため凸状の曲面で構成してもよい。また、凸状の曲
面上にフレネル縞を構成したフレネル面であってもよ
い。

【００５９】また、図１２（ａ），（ｂ）に示されるよ
うに、集光レンズ３９Ｂ，３９ＲＧを、片面が平面でフ
レネルピッチが等しい２枚のフレネルレンズ８３，８４
のフレネル面８３ａ，８４ａを対向させた構成としても
よい。尚、実施の形態１１において、上記以外の点は、
上記実施の形態９の場合と同一である。

【００６０】実施の形態１２図１８は、本発明の実施の形態１２による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。実施の
形態１２による投写型表示装置は、第１の色分離系ダイ
クロイックミラー１１ａの特性、及び、各構成の配置が
実施の形態１１（図１６）の場合と相違する。

【００６１】上記実施の形態１１における第１の色分離
系ダイクロイックミラー１１は、青色光成分を透過さ
せ、青色光以外の赤及び緑色光成分を反射させたが、実
施の形態１２における第１の色分離系ダイクロイックミ
ラー１１ａは、青色光成分を反射させ、青色光以外の赤
及び緑色光成分を透過させる。また、上記実施の形態１
１の光学系配置は、図１６に示されるように、ｚ方向に
２段のミラー（例えば、１１，１３）が配置され、ｘ方
向に３段のミラー（例えば、１１，１２，１４）が配置
されているに対し、実施の形態１２の光学系配置は、図
１８に示されるようにｚ方向に３段のミラー（例えば、
１１ａ，１２，１４）が配置され、ｘ方向に２段（例え
ば、１１ａ，１３）が配置されている。従って、ｘｚ面
に対して液晶ライトバルブ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの画像表示
領域の短辺が平行になるように配置する場合には、ｘ方
向が装置の高さ方向となるので、実施の形態１２の方が
実施の形態１１の場合より装置の高さを低くできる。
尚、実施の形態１２において、上記以外の点は、上記実
施の形態１１の場合と同一である。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ライトバルブに入射する光束を平行光束又は収束光束と
する集光レンズを、第１の色分離系ダイクロイックミラ
ーより光束の進行方向下流側に配置することによって光
路を共有させているので、光学系の容積が減少し、装置
全体の小型化とともに軽量化を図ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図２】実施の形態１において錐体状レンズを備えた
変形例を示す構成図である。

【図３】本発明の実施の形態２による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図４】本発明の実施の形態３による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図５】（ａ）は実施の形態３におけるフレネルレン
ズの機能を示す説明図であり、（ｂ）はフレネルレンズ
を逆向きにした場合の問題点を示す説明図である。

【図６】（ａ）は実施の形態３におけるフレネルレン
ズの機能を示す説明図であり、（ｂ）はフレネルレンズ
を逆向きにした場合の問題点を示す説明図である。

【図７】本発明の実施の形態４による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図８】本発明の実施の形態５による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図９】本発明の実施の形態６による投写型表示装置
の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１０】本発明の実施の形態７による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１１】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態７における
フレネルレンズの機能を示す説明図である。

【図１２】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態７の変形例
におけるフレネルレンズの機能を示す説明図である。

【図１３】本発明の実施の形態８による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１４】本発明の実施の形態９による投写型表示装
置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１５】本発明の実施の形態１０による投写型表示
装置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１６】本発明の実施の形態１１による投写型表示
装置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【図１７】（ａ）及び（ｂ）は実施の形態１１におけ
るフレネルレンズの機能を示す説明図である。

【図１８】本発明の実施の形態１２による投写型表示
装置の光学系の構成を概略的に示す構成図である。

【符号の説明】

１ランプ、２楕円面鏡、３絞り、３ａ開
口部、４Ｂ，４ＲＧ，５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ，８Ｒ，８
Ｇ，８Ｂ，９Ｂ，９ＲＧ集光レンズ、６Ｒ，６Ｇ，
６Ｂ液晶ライトバルブ、７投写レンズ、１０，
１３，１４反射ミラー、１１，１１ａ，１２色分
離系ダイクロイックミラー、１５，１６色合成系ダイ
クロイックミラー、２１，２１Ｂ，２１ＲＧ発散光
束、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ平行光束、２３，２
３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ収束光束、３０錐体状レン
ズ、３４Ｂ，３４ＲＧ，３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ，３
８Ｒ，３８Ｇ，３８Ｂ，３９Ｂ，３９ＲＧフレネルレ
ンズ、７０入射瞳、Ｓスクリーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ａ 9/31 9/31 Ｃ (72)発明者岡森伸二東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ランプと、上記ランプから出射された光束を集光する楕円面鏡と、上記楕円面鏡の第２焦点付近に配置された絞りと、上記絞りの開口部を通過した光束を、第１の波長領域内
の波長を持つ第１の光束と、第１の波長領域外の波長を
持つ光束とに分離する第１の色分離手段と、上記第１の色分離手段により分離された第１の波長領域
外の波長を持つ光束を、第２の波長領域内の第２の光束
と、第２の波長領域外の波長を持つ第３の光束とに分離
する第２の色分離手段と、上記第１乃至第３の光束のそれぞれに対応した画像を表
示する第１乃至第３のライトバルブと、上記第１乃至第３のライトバルブにそれぞれ入射する上
記第１乃至第３の光束を発散光束から平行光束又は収束
光束にする第１のレンズと、上記第１乃至第３のライトバルブのそれぞれを透過した
第１乃至第３の光束を合成する色合成手段と、上記色合成手段により合成された光束をスクリーン上に
拡大投写する投写レンズとを有する投写型表示装置にお
いて、上記第１のレンズを、上記第１の色分離手段より、光束
の進行方向下流側に配置したことを特徴とする投写型表
示装置。
【請求項２】上記第１のレンズが、上記第１の色分離
手段の光束の進行方向下流側直後に配置された第１及び
第２の発散光束集光用のレンズを有することを特徴とす
る請求項１記載の投写型表示装置。
【請求項３】上記第１乃至第３のライトバルブのそれ
ぞれの近傍に配置された第２のレンズをさらに有するこ
とを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の投写
型表示装置
【請求項４】上記第１のレンズが、上記第１乃至第３
のライトバルブのそれぞれの近傍に配置された第１乃至
第３の発散光束集光用のレンズを有することを特徴とす
る請求項１記載の投写型表示装置
【請求項５】上記第１のレンズが、凸レンズにより構
成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに
記載の投写型表示装置。
【請求項６】上記第１のレンズが、フレネルレンズに
より構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れかに記載の投写型表示装置。
【請求項７】上記第１のレンズが、平面又は曲面から
なる第１の面と輪状の段差を有する第２の面とを有する
フレネルレンズにより構成され、上記第１の面を上記第１の色分離手段側に向けたことを
特徴とする請求項２記載の投写型表示装置。
【請求項８】上記第１のレンズが、輪状の段差を有す
る第３の面と平面又は曲面からなる第４の面とを有する
フレネルレンズにより構成され、上記第４の面を上記第１乃至第３のライトバルブ側に向
けたことを特徴とする請求項４記載の投写型表示装置。
【請求項９】上記第１のレンズが、平面又は曲面から
なる第５の面と輪状の段差を有する第６の面とを有する
第１のフレネルレンズと、輪状の段差を有する第７の面
と平面又は曲面からなる第８の面とを有する第２のフレ
ネルレンズにより構成され、上記第６の面と上記第７の面とが互いに向い合うよう
に、上記第１及び第２のフレネルレンズを配置したこと
を特徴とする請求項２又は４のいずれかに記載の投写型
表示装置。
【請求項１０】上記第２のレンズが、凸レンズにより
構成されることを特徴とする請求項３記載の投写型表示
装置。
【請求項１１】上記第２のレンズが、フレネルレンズ
により構成されることを特徴とする請求項３記載の投写
型表示装置。
【請求項１２】上記第２のレンズが、輪状の段差を有
する第９の面と平面又は曲面からなる第１０の面とを有
するフレネルレンズにより構成され、上記第１０の面を上記第１乃至第３のライトバルブ側に
向けたことを特徴とする請求項３記載の投写型表示装
置。
【請求項１３】上記楕円面鏡の第２焦点近傍に錐体状
レンズを備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のい
ずれかに記載の投写型表示装置。