JPH09318904A

JPH09318904A - 投影表示装置

Info

Publication number: JPH09318904A
Application number: JP8160717A
Authority: JP
Inventors: Tadaaki Nakayama; 唯哲中山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【構成】平行に近い光源光９８は、色分離反射板３７
で反射され、わずかに進行方向の異なったＲＧＢの３つ
の光束に分離される。次にオプティカルインテグレータ
３８入射し、これを通過した光束は、矩形形状の液晶パ
ネルを均一な照度で照明する。液晶パネル１１の直前に
配されたマイクロレンズ板１０内のマイクロレンズ１６
はＲＧＢの各色光を集光分離し、各色光が別々の画素開
口部６６を通過する。投影レンズ１２は、液晶パネル１
１に表示されたカラー映像をスクリーン３９上に拡大表
示する。【効果】液晶パネルが効率良く均一に照明され、さら
に液晶パネルを効率よく光束が通過するので、総合的な
光利用効率が高く、しかも表示の輝度が均一で高品位で
ある。さらに投影レンズを従来よりも小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶パネルを用いた投
影表示装置の光学系に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の投影表示装置の光学系としては、
例えば特開平８−１１４７８０号広報に記載されている
ものがある。この光学系では、まず光源からの極めて平
行性の高い光束を重ねて配置された３枚のダイクロイッ
クミラーによって反射させる。３枚のダイクロイックミ
ラーはわずかな角度をなしおり、赤色光、緑色光、青色
光がそれぞれわずかに異なった方向に反射される。液晶
パネルの直前にはマイクロレンズアレイが配置されてお
り、液晶パネル上の赤色（Ｒ）画素、緑色（Ｇ）画素、
青色（Ｂ）画素からなる１つの絵素に対応して１つのマ
イクロレンズがある。それぞれのマイクロレンズに入射
する光束は、液晶パネル上にＲＧＢの三つの集光スポッ
トを形成し、それぞれが対応する画素を通過する。この
光学系は、１枚の液晶パネルでカラー画像を表示する場
合において、液晶パネルに入射する光束が損失無く通過
するため、液晶パネルの光透過効率を向上させる有効な
方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、光源光として平行性の高い光束を必要とするた
め、用いられる光源装置の構成は、球面リフレクタと平
行化レンズで光源ランプからの放射光束を平行化する方
式の、元々効率の低い構成が用いられていた。しかも、
矩形の液晶パネルが円形で照明されるため、全体的な光
束の利用効率が低くなるという問題点があった。さらに
この光学系では、液晶パネルを透過した光束の平行性が
極めて悪くなっているため、非常に大きな開口部を有す
る投影レンズが必要であるという問題点があった。ま
た、光源ランプからの放射光束を効率よく液晶パネルに
照射する方法としては、オプティカルインテグレータを
用いる、例えば米国特許第５,０９８，１８４号広報に
開示された方法があるが、この光学系は平行性の低い光
束で液晶パネルを照射するため、前記の光学系にそのま
ま用いることは一般的に不可能であると考えられてい
た。

【０００４】そこで本発明による照明装置は、このよう
な問題点を解決するためのもので、その目的とするとこ
ろは、液晶パネルの光源側にマイクロレンズを用いてカ
ラー映像を表示する従来の光学系にオプティカルインテ
グレータを付加し、それぞれの要素を最適な関係で配置
することによって、光源からの放射光束を最大の効率で
利用し、しかも投影レンズの開口径が小さくてもよい投
影表示装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の投影表示装置
は、平行に近い光束を出射する光源装置と、複数のレン
ズを平面的に並べた第１レンズ板及び第２レンズ板によ
るオプティカルインテグレータと、入射光束を変調して
映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルに表示された
映像をスクリーン上に拡大投影する投影レンズとを含ん
で構成される投影表示装置であって、前記光源装置と前
記オプティカルインテグレータとの間に、可視光を選択
的に反射する複数の色選択反射板をお互いの面がわずか
な角度を有するような向きで配置して、前記第２レンズ
板上に複数の色光スポットが形成されるようにし、さら
に前記液晶パネルの直前にマイクロレンズアレイを有す
るマイクロレンズ板を配置し、前記液晶パネルの各画素
上に前記第２レンズ板上に形成された色光スポットの像
を選択的に形成することによってカラー映像を表示する
ことを特徴とする。

【０００６】また本発明の投影表示装置は、平行に近い
光束を出射する光源装置と、複数のレンズを平面的に並
べた第１レンズ板及び第２レンズ板によるオプティカル
インテグレータと、入射光束を変調して映像を表示する
液晶パネルと、液晶パネルに表示された映像をスクリー
ン上に拡大投影する投影レンズとを含んで構成される投
影表示装置であって、前記オプティカルインテグレータ
と前記液晶パネルとの間に、可視光を選択的に反射する
複数の色選択反射板をお互いの面がわずかな角度を有す
るような向きで配置して、前記液晶パネル側から見た前
記第２レンズ板上の光源スポット像が複数の色光スポッ
トに分離して見えるようにし、さらに前記液晶パネルの
直前にマイクロレンズアレイを有するマイクロレンズ板
を配置し、前記液晶パネルの各画素上に前記色光スポッ
トの像を選択的に形成することによってカラー映像を表
示することを特徴とする。

【０００７】

【実施例】本発明における投影表示装置の基本的な構成
が図１に示されている。光源光９８は平行に近い光束と
して色光分離反射板３７に入射して反射され、それぞれ
進行方向がわずかに異なったＲＧＢの３つの光束６５に
分離される。これらの光束は、次にオプティカルインテ
グレータ３８に入射し、矩形形状の液晶パネル１１を均
一な照度で照明する。液晶パネル１１の直前には平行化
レンズ９とマイクロレンズ板１０が配置されており、平
行化レンズ９は、オプティカルインテグレータ３８から
の発散光束を平行化する。マイクロレンズ板１０内のマ
イクロレンズ１６はオプティカルインテグレータ３８か
らわずかに異なった角度で入射するＲＧＢの各光束を液
晶パネル１１の画素面に集光して、それぞれ別の画素開
口部６６を通過させる。液晶パネル１１を通過して面積
変調された光束は投影レンズ１２を通過し、液晶パネル
１１に表示されたカラー映像が、スクリーン３９上に拡
大表示される。

【０００８】本発明における投影表示装置の具体的な構
成を、図２（Ａ）に示す。光源１にはハロゲンランプや
メタルハライドランプ、キセノンランプなど点に近い光
源ランプが用いられ、この光源ランプ１からの放射光束
は、リフレクタ２で反射され平行に近い光束に変換され
る。リフレクタ２の形状としては、回転放物面や回転楕
円面などのほか、特殊な設計による曲面を用いる方法が
ある。この光源装置から出射する平行光束は、重ねて配
置された３枚の色選択反射板３，４，５で反射される。
この色選択反射板には、Ｒ光反射のダイクロイックミラ
ーとＧ光反射のダイクロイックミラーとＢ光反射のダイ
クロイックミラーが用いられる。ここで、光源からの光
束が最後に反射される色選択反射板５としては、単に可
視光全てを反射するミラーを用いても良い。これら色選
択反射板３，４，５はわずかに角度を変えて配置される
ため、各色選択反射板で反射されたそれぞれの色光束
は、わずかに異なった方向に向かう。これらの光束は、
次に第１レンズ板６と第２レンズ板７で構成されるオプ
ティカルインテグレータに入射する。第１レンズ板６
は、矩形レンズ２０を平面的に並べた構成をしており、
第２レンズ板７もこれと全く同じものが用いられるか、
あるいは相似形状で第１レンズ板６よりも小さいものが
用いられる。第１レンズ板６の各矩形レンズ２０は、液
晶パネル１１の矩形形状と相似であり、この矩形レンズ
２０のそれぞれの像が、第２レンズ板７を通して液晶パ
ネル１１に重畳結像されるため、液晶パネル１１は、矩
形形状で均一に、しかも高効率で照明される。補助レン
ズ８は光束を液晶パネル１１の中心に向けるために配置
されるが、省略されてもよい。液晶パネル１１の光源側
に配置される平行化レンズ９は、オプティカルインテグ
レータからの発散光束を平行化するためのもので、焦点
距離は第２レンズ板７と液晶パネル１１間の距離に等し
くする。このとき、液晶パネル１１上のどの画素から見
ても第レンズ板７が垂直方向に見え、このことが本光学
系において不可欠であるため、このレンズを省略するこ
とはできない。さて、第２レンズ板７の各矩形レンズ内
には光源像のスポットが形成されるのであるが、この場
合第１レンズ板６にはＲＧＢの各色光がそれぞれ異なっ
た方向で入射するため、各色光に対応して３つの光源ス
ポット像１３，１４，１５が形成され、それぞれはお互
いに重ならないように矩形レンズ内に形成される。液晶
パネル１１の光源側には、マイクロレンズ板１０が貼付
されており、このマイクロレンズ板１０上の各マイクロ
レンズは、第２レンズ板７の像を液晶パネル１１上に結
像させる。そのようすを以下に詳しく説明する。

【０００９】図２（Ｂ）は、液晶パネル１１の画素配置
とマイクロレンズアレイ１８の配置関係を示す図であ
る。一つの絵素１７はＲＧＢの３つの画素で構成され、
この図の場合、各絵素は千鳥配列となっている。マイク
ロレンズアレイ１８は、この場合６角形のマイクロレン
ズが隙間なく配置されており、本図に示された中心部の
マイクロレンズによって液晶パネル１１上に形成される
第２レンズ板７上の光源スポット１３，１４，１５の像
が図示されている。この光源スポット像１９は、それぞ
れ各画素の開口部を通過し、それぞれの光源スポット像
の色光は各画素の色に一致している。従って、本発明の
光学系では、第２レンズ板７上に形成される光源スポッ
ト像１３，１４，１５の配列と、液晶パネル１１の画素
配列が同一であることが必要不可欠である。通常、液晶
パネル１１の画素配列が優先的に決定され、第２レンズ
板７の形状を画素配列に合わせるように工夫するので、
場合によっては、第１レンズ板６と第２レンズ板７が相
似形状にならず、各レンズ板の外形の縦横比が異なる場
合がある。マイクロレンズアレイ１８は、各絵素に一対
一で対応したマイクロレンズで構成されても良いが、こ
の図で示されるように、４つの絵素に１つというよう
に、絵素の数よりも少ない数で構成されることが可能で
ある。このマイクロレンズアレイ１８は、例えばガラス
基板上にイオン交換法によって生成し、そのガラス基板
を液晶パネル１１上に貼り付けられる。さて、このよう
に、液晶パネル１１の各画素の開口部には複数のマイク
ロレンズによって形成されるスポット状の色光が通過す
る。液晶パネル１１の各画素を通過した光束は、図２
（Ａ）に示されるようにすべて同一の方向に出射する。
投影レンズ１２は液晶パネル１１に表示されたカラー映
像をスクリーン上に拡大表示するのであるが、このレン
ズの開口径は、液晶パネル１１からの光束の平行性が高
いほど小さくすることができる。本発明の場合、液晶パ
ネル１１から出射するＲＧＢの各色光は、殆ど同じ方向
に出射するので、投影レンズの１２開口径を小さくする
ことができる。

【００１０】図３（Ａ）には、オプティカルインテグレ
ータの別の構成の場合が示されている。この場合、第１
レンズ板２１及び第２レンズ板２２は、各矩形レンズ２
０はマトリックス状に配置される。第２レンズ板２２上
には前述の場合と同様にＲＧＢの各色光の光源スポット
像１３，４，１５が形成される。図３（Ｂ）の左には液
晶パネル２３とマイクロレンズアレイ２４の配置関係が
示されている。ＲＧＢの３つの画素で形成される各絵素
２５は、この場合格子状に配置されている。この場合も
マクロレンズアレイ２４は６角形状のマイクロレンズが
隙間なく配置され、２つの絵素に一つの割合でマイクロ
レンズがある。図の中心部のマイクロレンズによって形
成される光源スポット像２６が示されている。この場合
も、液晶パネル２３の画素配置と第２レンズ板２２上の
光源スポット像１３，１４，１５の配列が同一となって
いるので、各画素の色に対応した色の各光源スポット像
が画素開口部に形成される。図３（Ｂ）の右側には、マ
イクロレンズアレイ２８をシリンドリカルレンズで構成
した場合について図示されている。図では液晶パネル２
３の縦方向の絵素列に一対一の関係でシリンドリカルレ
ンズが配置されているが、例えば２列に１つのシリンド
リカルレンズであっても良い。これらのシリンドリカル
レンズは、第２レンズ板２２上の光源スポット像１３，
１４，１５をストライプ状の色光像２７として液晶パネ
ル２３上に結像する。各画素の開口部を、対応する色光
が通過するのであるが、この場合は完全な光源像を形成
するわけではないので、前述の場合よりも幾らか光束の
通過効率が小さい。ただし、画素開口部が縦長で光の遮
蔽される部分が小さい場合は、前述の６角形のマイクロ
レンズの場合とさほど効率的な違いがなくなる。

【００１１】本発明の別な構成を、図４（Ａ）に示す。
本構成では、色分離を行うための３枚の色選択反射板
３，４，５がオプティカルインテグレータと液晶パネル
１１の間に配置される。光源ランプ１とリフレクタ２で
構成される光源装置からは、前述の場合と同様、ほぼ平
行な光束が出射され、まず第１レンズ板２９と第２レン
ズ板３０で構成されるオプティカルインテグレータに入
射する。オプティカルインテグレータの例として、矩形
レンズを左右にずらせて配置した第１レンズ板２９及び
第２レンズ板３０の場合と、矩形レンズをマトリックス
状に配置した第１レンズ板３１及び第２レンズ板３２の
場合の二通りが示されている。このどちらの場合も、第
２レンズ板３０，３２の各矩形レンズ内には、矩形レン
ズ内に納まるように光源スポット像３３が形成される。
第２レンズ板３０を出射した光束は、次に重ねて配置さ
れた色選択反射板３，４，５に入射し、これら色選択反
射板３，４，５は、前述の場合と同様に、お互いわずか
に角度を変えて配置されているため、液晶パネル１１に
は反射されたＲＧＢの各色光が、異なる角度で入射する
ことになる。液晶パネル１１から見た第２レンズ板３
０，３２の様子が図４（Ｂ）に示されている。第２レン
ズ板の反射像４０は第２レンズ板３０に対応し、第２レ
ンズ板の反射像４１は、第２レンズ板３２に対応する。
それぞれの第２レンズ板の反射像４０，４１には、第２
レンズ板３０，３２の矩形レンズ内に形成された光源ス
ポット像３３がＲＧＢの３つの光源スポット像３４，３
５，３６に分離されて見える。その色分離された光源ス
ポット像３４，３５，３６の配置は、前述の図２（Ａ）
の第２レンズ板７の場合及び前述の図３（Ａ）の第２レ
ンズ板２２の場合と全く同じになる。従って、本構成と
前述の構成は全く同一の機能を有していると言える。補
助レンズ８は、前述の場合と同様に省略することが可能
である。また、平行化レンズ９は、その焦点距離が第２
レンズ板３０と液晶パネル１１間の距離と同じにされ
る。マイクロレンズ板１０内のマイクロレンズアレイと
液晶パネル１１の画素配列の関係は、前述の場合と全く
同じである。

【００１２】図５（Ａ）には、液晶パネルを２枚用いた
場合の構成例が示されている。本例では、２枚の液晶パ
ネルのうち１枚は緑色光束を変調する液晶パネル４８
で、もう一方は、赤色光束と青色光束を変調する液晶パ
ネル５０である。さて、光源部分の構成は、前述の場合
と同様であり、光源からのほぼ平行な光束は、２枚のわ
ずかに角度を変えて重ねて配置された色選択反射板４
２，４３で反射される。色選択反射板４２，４３として
は、多くの場合が考えられるが、例えば４２を赤色光反
射ダイクロイックミラーとし、４３を緑色光及び青色光
（シアン）を反射するダイクロイックミラーで構成され
る。このとき４３は、単に可視光全てを反射するミラー
が用いられても良い。オプティカルインテグレータは、
第１レンズ板４４と第２レンズ板４５で構成され、第２
レンズ板４５の各矩形レンズ内には、２つの光源スポッ
ト像４６，４７が形成される。この場合、その一方は赤
色光で、もう一方は、シアン光である。オプティカルイ
ンテグレータを出射した光束は、赤色光及び青色光（マ
ゼンダ）を反射するダイクロイックミラー４８に入射
し、透過する緑色光と反射するマゼンダ光に分離され、
そしてそれぞれ全反射ミラー４９，５０で反射される。
このとき液晶パネル５０から見た第２レンズ板４５は、
その矩形レンズ内に赤色光源スポット像と青色光源スポ
ット像が並んでいるように見える。液晶パネル５０の画
素配列とマイクロレンズ板４９の構成関係が図５（Ｂ）
に示されいる。マイクロレンズアレイ５３は、それに含
まれる各マイクロレンズが第２レンズ板４５の像を液晶
パネル５０上に形成し、それぞれの光源スポット像５４
は、画素の開口部を通過する。液晶パネル５０の各画素
は、赤色光と青色光で交互に照明されるので、画素への
信号も赤色信号と青色信号が交互に入力される。一方緑
色光は、液層パネル４８に入射するが、全ての画素が緑
色光用なのでマイクロレンズ板は特に設けなくても良
い。さて、赤色光と青色光用の液晶パネル５０を透過し
たマゼンダ光と、緑色光用の液晶パネル４８を透過した
光束は、色合成プリズム５１で合成され、ついで投影レ
ンズ１２に入射する。色合成プリズムは、特にプリズム
とする必要はなく、緑色反射のダイクロイックミラーで
あってもよい。また、光源装置からの出射光を反射する
複数の色選択反射板の構成としては、前述の場合のよう
にＲＧＢに対応する３枚の色選択反射板が配置されても
良い。この場合、第２レンズ板４５の各矩形レンズの中
心に緑色光の光源スポットが形成され、他の光源スポッ
ト４６，４７と部分的に重なっても良い。

【００１３】図６（Ａ）には、液晶パネルを２枚用いる
場合の別の構成が示されている。本例では、２枚の液晶
パネル６１，６３はどちらもカラーの映像を表示し、両
者がスクリーン上で合成される。光源側の構成と３枚の
色選択反射板３，４，５の構成は、前述の図２（Ａ）の
場合と同じである。オプティカルインテグレータの第１
レンズ５５板及び第２レンズ板５６は、ここでは２×４
のマトリックス構成とした。第２レンズ板５６に含まれ
る各光源スポット像５７，５８，５９は、ＲＧＢの各色
光に対応している。また、ここではこれら光源スポット
像の配列が液晶パネル６１，６３の画素配列に一致する
ように特別な工夫がなされており、第２レンズ板５６の
１列目と２列目の矩形レンズ内にある光源スポット像が
極めて近接するようにずらされており、同様に３列目と
４列目の光源スポット像が近接している。それは、第１
レンズ板５５内の矩形レンズの光軸を、矩形レンズの中
心からわずかにずらせることで実現される。さて、オプ
ティカルインテグレータから出射した光束は、偏光ビー
ムスプリッター６０で分離され、ｐ偏光は透過し、ｓ偏
光は反射し、それぞれの偏光光束は次に全反射ミラー４
９，５０で反射され、各液晶パネルに向かう。液晶パネ
ル６１，６３の画素配列とマイクロレンズ板６０，６２
内のマイクロレンズアレイの配置関係が図６（Ｂ）の左
に示されている。液晶パネル６１，６３は、ＲＧＢの３
画素で構成される各絵素が正方格子に近い形状で配列さ
れており、マイクロレンズアレイ６０，６２は、４つの
絵素に１つの６角形マイクロレンズが対応するように並
べられている。図のように１つのマイクロレンズは、対
応する４つの絵素上に第２レンズ板５６の像を形成す
る。そして、縦長になっている各画素の開口部を２つの
光源スポット像が通過し、対応する色信号で決まる透過
率によって変調される。それぞれの液晶パネル６１，６
３はミラー反転の対称関係になっており、また各液晶パ
ネルを通過した２つの変調光束は一方がｐ偏光でもう一
方がｓ偏光なので、偏光ビームスプリッター６４によっ
て合成される。合成された光束は投影レンズ１２に入射
し、スクリーン上で２つのカラー画像が合成される。こ
のとき、スクリーン上での画素合成の様子が図６（Ｂ）
の右側に示されている。スクリーン上の画素配列６８は
液晶パネル６１による画素配列６９と液晶パネル６３に
よる画素配列７０が、斜め方向にずれるように合成され
ている。各画素の変調信号は、このスクリーン上での配
列に基づいて決められているので、このような配列にす
ることは、垂直方向の解像度と水平方向の解像度を約２
倍にし、元の液晶パネルの映像よりも精細な表示を行う
ことができる。例えば、各液晶パネルが６４０×４８０
（ＶＧＡ）の格子配列であるとき、１２８０×９６０の
格子配列に匹敵する精細な映像が表示されることにな
る。実際は、絵素が千鳥配列になるので１２８０×９６
０正方格子のハーフ表示であるが、通常の映像では垂直
及び水平方向の解像度が重要なのでかなり高精細になっ
たように見える。また、さらに液晶パネルの縦横比を１
６：９とすれば、ＶＧＡのパネル２枚を使って、いわゆ
る高品位テレビ（ＨＤＴＶ）の画像をフルスペックに近
い精細度で表示することが可能である。なお、本構成の
投影表示装置では、光源からの光束に含まれる無偏光光
を全て利用するので、光束の利用損失が発生せず、また
２枚の液晶パネルそれぞれに視差のある映像を表示すれ
ば、立体表示も可能となるため非常に利点の多い光学系
である。

【００１４】図７（Ａ）には、液晶パネルを２枚用いる
場合のさらに別の構成が示されている。色選択反射板７
１には、緑の可視光を反射するものか、緑以外の可視光
を反射するものが用いられ、反射板７２としては色選択
反射板７１を透過した光束を全て反射するようなものが
用いられる。つまり光源からの可視光束は、緑色光とマ
ゼンダ色の光束に分離される。従って、第１レンズ板７
３と第２レンズ板７４で構成されるオプティカルインテ
グレータでは、第２レンズ板７４の構成要素である各矩
形レンズ内に２つの光源スポット像１１２，１１３が形
成され、それぞれ緑色とマゼンダ色である。ダイクロイ
ックミラー７５は、オプティカルインテグレータからの
光束を、５５０ｎｍ付近の波長を境にして２つの可視光
束に分離する。いま、このダイクロイックミラー７５が
５５０ｎｍ以上の波長の可視光束を反射するとすると、
反射する光束は赤色光（Ｒ）と黄色に近い緑色光（Ｇ
１）であり、透過する光束は青色光（Ｂ）とシアンに近
い緑色光（Ｇ２）である。分離されたそれぞれの光束
は、マイクロレンズ板７６，７８を備えた液晶パネル７
７，７９に入射するのであるが、そのときのようすが図
７（Ｂ）に示されている。液晶パネル８１は格子配列
で、マイクロレンズアレイ８２は液晶パネルの画素２列
に１つのシリンドリカルレンズを対応させた縦ストライ
プ状である。従って例えば図の中心部のシリンドリカル
レンズは、液晶パネル８１上にストライプ状の光束８
３，１１４を形成する。２枚のうちの一方の液晶パネル
において、８３が前記Ｇ１光であれば１１４はＲ光とな
り、もう一方の液晶パネルにおいては、８３がＧ２光で
あれば１１４がＢ光となる。２枚の液晶パネル７７，７
９を通過した光束は、ダイクロイックプリズム８０で合
成されて投影レンズ１２に入射し、スクリーン上で各映
像が合成される。スクリーン上で画素が合成されるよう
すが図７（Ｃ）に示されている。２枚の液晶パネルの画
素配列８４，８５がスクリーン上で８６のように合成さ
れるのであるが、このとき各Ｇ２画素がＧ１画素の配列
の間に入るように合成される。さてこのＧ１画素とＧ２
画素には、映像信号のうちの緑色信号が表示される。従
って、緑色の信号が表示される画素の数は、赤色または
青色の画素数の２倍になるので、映像の表示品質に強く
影響する緑色画素数が比較的多い本構成では、ＲＧＢの
画素数を均等にした場合よりも高精細な映像となる。な
お、Ｇ１画素とＧ２画素はわずかに異なる色が交互に配
列されたパターンになるが、通常スクリーンを見るよう
な距離からはそのパターンは殆ど認識されない程度であ
る。

【００１５】これまで説明されたように、オプティカル
インテグレータの第２レンズ板には光源スポット像が形
成されるのであるが、光源の大きさが必要以上に大きい
場合に色分離が十分になされず、各光源スポット像がわ
ずかに重なりあう場合がある。このような場合は、第２
レンズ板にフィルタ層を形成して互いの色の干渉を防止
することができる。例えば、図２（Ａ）の第２レンズ板
７の場合では、図８（Ａ）の左に示された第２レンズ板
８７のようなフィルタ構成とすればよい。ここでは、１
つの矩形レンズ内に３つのフィルタ９１，９２，９３が
配置されている。このフィルタはダイクロイックミラー
や顔料フィルタで形成され、対応する色光のみ透過し他
の色光に対しては、反射あるいは吸収する。同様に、図
３（Ａ）の第２レンズ板２２の場合では、図８（Ａ）の
右に示された第２レンズ板８８のフィルタ構成となる。
また、図４（Ａ）で示された第２レンズ板３０，３２の
場合には光源スポット像が必要以上に大きくなってしま
うときがある。このような場合は、図８（Ｂ）で示され
るように第２レンズ板８９，９０上に光束を全く透過し
ない層９４を設ければよい。

【００１６】オプティカルインテグレータの第２レンズ
板上に形成される光源スポット像は、一般に周辺部より
も中心に近いところに形成されるものの方が大きくなる
ため、中心部の光源スポット像のみ色分離が完全にでき
ず、色の干渉が発生してしまうことがある。このような
場合には、第２レンズ板にフィルタを形成する以外に、
図９に示された構成を用いる方法がある。この例では、
リフレクタ２は特殊設計され、第１レンズ板９６の面の
全範囲には角度のばらつきが均一な光束が入射される。
このとき、各位置に入射される光束の方向が一定ではな
いので、レンズ９５を配して各部に入射する光束の方向
を同一にすればよい。そうすれば、第２レンズ板９７の
各矩形レンズに形成される光源スポットの像は、全て同
じ大きさとなり、フィルタ層を設ける必要がなくなる。

【００１７】図１０（Ａ）には、光源の無偏光光を全て
偏光光に変換する方法が示されている。光源の無偏光光
９８は、まず偏光分離プリズム９９に入射して反射さ
れ、わずかに方向の異なるｐ偏光とｓ偏光に分離され
る。この偏光分離プリズム９９は、２つの硝材プリズム
１００，１０１とそれらの間にある偏光反射面１０２で
形成されており、この偏光反射面１０２は、無偏光光９
８に含まれる互いに垂直な２つの偏光光のうち、一方を
反射させる。そして偏光反射面１０２を透過したもう一
方の偏光光は、硝材プリズム１０１における空気との境
界面で全反射され、再び偏光反射面１０２を通過する。
偏光反射面１０２と全反射面はわずかに方向が異なって
いるので２つの偏光が分離されるのである。この偏光反
射面１０２としては、偏光ビームスプリッターのように
誘電体多層膜を用いる場合のほかに、複屈折性のある物
質、例えば液晶を用いて形成することができる。液晶を
用いる場合は二つの硝材プリズム１００，１０１の間に
液晶を偏光反射面１０２の方向ベクトルに垂直に配向さ
せる。例えば液晶の屈折率が、常光に対して１．５、異
常光に対して１．７のものを用いるとき、硝材の屈折率
は１．７のものが選択される。このとき、入射する無偏
光光９８に含まれる常光は、液晶面で全反射され異常光
は透過することになる。さて方向的に分離された２つの
偏光光は、オプティカルインテグレータの第１レンズ板
１０３を通過し、第２レンズ板１０５上に偏光光による
光源スポット像を形成する。２つの偏光光は集光位置で
分離されるので、この面に偏光変換板１０４を配置すれ
ば、互いに垂直な２つの偏光光を同じ方向の偏光光に変
換することができる。この偏光変換板１０４は、図の斜
線で示される１／２波長板が一方の偏光光に対応する部
分にのみ配置されおり、１／２波長板を通過する偏光光
はその偏光方向が９０度捻られるので、もう一方の偏光
光と同じ方向になるのである。

【００１８】この偏光変換系と本発明の光学系を組み合
わる方法を図１０（Ｂ）及び（Ｃ）に示す。図１０
（Ｂ）はその構成の一例である。まず光源ランプ１とリ
フレクタ２からの無偏光光束は、さきに説明した偏光変
換系でその偏光方向がそろえられる。図１０（Ｃ）には
第２レンズ板１０４の様子が示されている。斜線で示さ
れる範囲は１／２波長板１０８のある部分である。光源
側からの光束は、第２レンズ板１０４内の各矩形レンズ
上に２つの光源スポット像１１０，１１１を形成する。
一方の光源スポット像１１０は、１／２波長板のない領
域１０９を通過するので偏光方向は保存される。もう一
方の光源スポット像１１１は１／２波長板のある領域１
０８を通過するので、その偏光方向が９０度捻られ、も
う一方の偏光光の方向に揃えられる。次に、オプティカ
ルインテグレータを出た光束は、ミラー１０６で反射さ
る。この後は、先に図４で説明した場合と同一である。
すなわち、重ねて配置された色選択反射板３，４，５で
光束が反射されるとＲＧＢの各光束の進行方向がわずか
に異って液層パネル１１を照明する。液晶パネル１１を
通過した光束は投影レンズ１２に入射するが、この投影
レンズ１２に効率よく光束を入射させるため、この図で
は集光レンズ１１５が配置されている。このように、偏
光変換系と本発明の光学系を組み合わせれば、光源ラン
プからの放射光束を殆ど無駄なく利用する非常に優れた
投影光学系を実現することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて述べてきたよう
に、本発明による投影表示装置では、マイクロレンズア
レイを用いて各画素に選択的に色光を透過させるカラー
表示光学系に対して、オプティカルインテグレータの照
明系を特別な方法を用いて適用することによって、光源
ランプからの放射光束を効率よく均一に液晶パネルに照
明し、さらに液晶パネルを効率よく透過させることがで
きる。また、光源の無偏光光を偏光光に変換する光学用
素を付加することで、原理的には全ての光源光束を投影
光束として利用することができる。また、本発明の光学
系においては、投影レンズの外径を小さくする（Ｆナン
バーを大きくする）ことができ、投影レンズの設計が容
易になるという利点もある。従って、本発明の投影表示
装置では、明るく高品位な表示を容易に実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す図。

【図２】（Ａ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における液晶パネルとマイ
クロレンズアレイの構成関係を示す図。

【図３】（Ａ）本発明の投影表示装置におけるオプティ
カルインテグレータの構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における液晶パネルとマイ
クロレンズアレイの構成関係を示す図。

【図４】（Ａ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における第２レンズ板の反
射像を示す図。

【図５】（Ａ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における液晶パネルとマイ
クロレンズアレイの構成関係を示す図。

【図６】（Ａ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における液晶パネルとマイ
クロレンズアレイの構成関係及びスクリーン上での画素
配列を示す図。

【図７】（Ａ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置における液晶パネルとマイ
クロレンズアレイの構成関係を示す図。（Ｃ）本発明の投影表示装置におけるスクリーン上での
画素配列を示す図。

【図８】（Ａ）本発明の投影表示装置の第２レンズ板に
用いられる色選択フィルタの構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置の第２レンズ板に用いられ
るフィルタの構成を示す図。

【図９】本発明の投影表示装置に用いられる光源装置の
構成を示す図。

【図１０】（Ａ）本発明の投影表示装置に用いられる偏
光変換光源装置の構成を示す図。（Ｂ）本発明の投影表示装置の構成を示す図。（Ｃ）本発明の投影表示装置に用いる第２レンズ板の構
成例を示す図。

【符号の説明】

１光源ランプ２リフレクタ３，４，５色選択反射板６第１レンズ板７第２レンズ板９平行化レンズ１０マイクロレンズ板１１液晶パネル１２投影レンズ１６マイクロレンズ３７色分離反射板３８オプティカルインテグレータ３９スクリーン６５ＲＧＢ各光束６６液晶パネル画素開口部９８光源光

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に近い光束を出射する光源装置と、
複数のレンズを平面的に並べた第１レンズ板及び第２レ
ンズ板によるオプティカルインテグレータと、入射光束
を変調して映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルに
表示された映像をスクリーン上に拡大投影する投影レン
ズとを含んで構成される投影表示装置において、前記光
源装置と前記オプティカルインテグレータとの間に、可
視光を選択的に反射する複数の色選択反射板をお互いの
面がわずかな角度を有するような向きで配置して、前記
第２レンズ板上に複数の色光スポットが形成されるよう
にし、さらに前記液晶パネルの直前にマイクロレンズア
レイを有するマイクロレンズ板を配置し、前記液晶パネ
ルの各画素上に前記第２レンズ板上に形成された色光ス
ポットの像を選択的に形成することによってカラー映像
を表示することを特徴とする投影表示装置。
【請求項２】平行に近い光束を出射する光源装置と、
複数のレンズを平面的に並べた第１レンズ板及び第２レ
ンズ板によるオプティカルインテグレータと、入射光束
を変調して映像を表示する液晶パネルと、液晶パネルに
表示された映像をスクリーン上に拡大投影する投影レン
ズとを含んで構成される投影表示装置において、前記オ
プティカルインテグレータと前記液晶パネルとの間に、
可視光を選択的に反射する複数の色選択反射板をお互い
の面がわずかな角度を有するような向きで配置して、前
記液晶パネル側から見た前記第２レンズ板上の光源スポ
ット像が複数の色光スポットに分離して見えるように
し、さらに前記液晶パネルの直前にマイクロレンズアレ
イを有するマイクロレンズ板を配置し、前記液晶パネル
の各画素上に前記色光スポットの像を選択的に形成する
ことによってカラー映像を表示することを特徴とする投
影表示装置。