JPH11183847A - 光学装置と光学装置を備える表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば液晶表示パネル等の表示デバイスに対
して効率よく光を照射し、かつ小型化を図ることができ
る光学装置と光学装置を備える表示装置を提供するこ
と。 【解決手段】 光学ブロック１に関して光の入射側に位
置されて、複数のレンズを集合して構成されている第１
レンズアレー１２と、光学ブロック１に関して光の出射
側に位置されて、複数のレンズ１２ａを集合して構成さ
れている第２レンズアレー１３と、を備え、第１プリズ
ム３ａに対応する第２レンズアレー１３の複数のレンズ
１３ａの焦点距離が、第２プリズム３ｂに対応する第２
レンズアレー１３の複数のレンズ１３ｂの焦点距離と異
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶表示パ
ネル等の表示デバイスに対して効率よく光を照射し、か
つ小型化を図ることができる光学装置と光学装置を備え
る表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、例えば液晶表示パネル等の光
変調素子を用いたプロジェクタ装置、テレビジョン受像
機、コンピュータ用のディスプレイ等の表示装置が広い
分野で普及している。液晶表示パネル等を用いた表示装
置は、メタルハライドランプやハロゲンランプ等を有す
る光源から出射される光を３原色に分光して、各色に対
応した色純度を高めるカラーフィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を
有する液晶表示パネルに入射し、この液晶表示パネルに
おいて入力した映像信号によって光変調した後に合成し
て、カラー映像信号を生成している。そして、このカラ
ー映像信号を投射レンズを介してスクリーンに投影して
いる。

【０００３】ところで、通常の光源から放射される光は
直交する２つの偏光面を有しており、これらの偏光面は
一般的にＰ偏光成分（以下、Ｐ波という）とＳ偏光成分
（以下、Ｓ波という）と呼ばれている。このような表示
装置では、その光源から出射された光を液晶表示パネル
に入射する以前に偏光手段を配し、液晶表示パネルの前
面に設けられている偏光板に対応して、Ｐ波かＳ波のい
ずれか一方の偏光面を有する光を照射するようにしてい
る。

【０００４】Ｐ波又はＳ波を得る手段としては、偏光ビ
ームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｂｅａｍｓｐ
ｌｉｔｔｅｒｓ・・・以下ＰＢＳという）が用いられ
る。そして、例えばプリズムの中に配置されたＰＢＳに
対して所定の角度でランダム偏光（Ｐ＋Ｓ波）の光を入
射して、例えばＰ波は透過、Ｓ波は反射させる。Ｐ波、
Ｓ波ともにプリズムの端面で屈折させて平行光に戻し
て、例えばＳ波のみを１／２λ板を通過させることによ
りＰ波に変換する方法や、ＰＢＳを透過したＰ波の進行
方向と平行となるように、Ｓ波をプリズムの端面で屈折
させるか、又はミラー等の反射手段等で１／２λ板に対
して反射しＰ波に変換する方法などが知られている。こ
のような、光学ブロックとしては前者は１ユニット、後
者は１又は２ユニットで対称性をもった装置とされてい
る。

【０００５】図８は従来の偏光手段の構成及び光路の一
例を示す図である。光源５３０は例えばハロゲンラン
プ、メタルハライドランプ等で構成され、ここで出射さ
れた光線は光学ブロック５４０を介すことによって、例
えばＰ波のみが図示されていない液晶表示パネルに入射
するようになる。光学ブロック５４０は複数の例えばガ
ラス製のプリズム５４０ａ〜５４０ｆを貼り合わせるこ
とによって構成されている。プリズム５４０ｂと５４０
ｃ間、及びプリズム５４０ｄと５４０ｅ間にはＰＢＳ５
４２，５４２が、またプリズム５４０ａ及び５４０ｆの
前方には波長板５４３，５４３が設けられている。すな
わち、光源５３０から出射されるＰ＋Ｓ波は黒塗りの矢
印で示しており、光学ブロック５４０によって分光され
るＰ波の光路は白抜きの矢印、そしてＳ波の光路は斜線
を施した矢印で示している。

【０００６】まず、光源５３０から入射したＰ＋Ｓ波は
ＰＢＳ５４２，５４２で分光され、Ｐ波はそのまま透過
して液晶表示パネル側に入射する。Ｓ波はＰＢＳ５４
２，５４２で反射した後にプリズム５４０ａ，５４０ｆ
によって前方に反射され、波長板５４３，５４３によっ
てＰ波とされ上記液晶表示パネルに入射される。つま
り、プリズム５４０ｃ，５４０ｄ、及び波長板５４３，
５４３による前面部分からＰ波のみが出射されることと
なる。このように、光源５３０から出射されたＰ＋Ｓ波
のうち、光学ブロック５４０によっていずれか一方の偏
光成分の光のみを、図示されていない液晶表示パネルに
入射するようにしている。

【０００７】ところで、このような光学ブロック５４０
を用いない場合、光源５３０の開口は、液晶表示パネル
の有効エリアと相似形となるが、例えば１６：９アスペ
クト比の横長画像を形成する液晶表示パネルに対して
は、その側部に対しても均等に光が照射することが困難
とされ、照度が均一にならない。また、発散角の大きい
ランプ光源の光束は、効率良く液晶表示パネルに入射す
ることが困難であるため、光学手段として例えば小さな
レンズを多数配置した構造を持つマルチレンズアレー等
を用いて、液晶表示パネルに到達する光束を増加し、か
つ照度の分布を均一にすることも知られている。

【０００８】例えば図９に示されているように、マルチ
レンズアレー５４４の複数の各凸レンズ５４４ａは、光
変調手段である液晶表示パネルの有効開口のアスペクト
比に等しい相似形で形成されると共に、複数の凸レンズ
５４４ａが正方配列されている。図示されていない光源
側に配置されている平型のマルチレンズアレー５４４の
複数の凸レンズ５４４ａは、マルチレンズアレー５４５
の複数の凸レンズ５４５ａに対向して形成されている。
そして、図示されていない光源の光束が、液晶表示パネ
ルの有効開口に照射されるようになっている。

【０００９】液晶プロジェクタ装置の光源から出射され
たマルチレンズアレー５４４に入射した光束は、各凸レ
ンズ５４４ａによって、それぞれマルチレンズアレー５
４５の凸レンズ５４５ａ上に集束される。各凸レンズ５
４５ａ及び出射側の凸レンズ５４５ｂ、コンデンサレン
ズ５４６は、各凸レンズ５４４ａの結像を液晶表示パネ
ル５４７上に重畳結像する。

【００１０】なお、図９においては、緑色光Ｇの光路の
みを実線で示しているが、赤色光Ｒ及び青色光Ｂは図示
していない各色の液晶表示パネルによって同様に光変調
された後に、矢印で示されているように、クロスダイク
ロイックプリズム５４８に対してそれぞれ異なる方向か
ら入射する。

【００１１】液晶表示パネル５４７で変調された光は、
ダイクロイックプリズム（クロスプリズムともいう）５
４８によって、赤色光Ｒは反射面５４８ａで、また青色
光Ｂは反射面５４８ｂによって図示されていない投写レ
ンズ側に対して反射される。さらに緑色光Ｇは反射面５
４８ａ，５４８ｂを透過するので、ダイクロイックプリ
ズム５４８でＲＧＢ各光束が１つの光軸に合成され投写
レンズに入射することになる。

【００１２】このように、凸レンズ５４４ａ，５４５ａ
が正方配列されたマルチレンズアレー５４４，５４５を
光源の後に設けることにより、コンデンサレンズ５４６
のみを配置した場合よりも光源から出射された光束が効
率よく、かつ均一に液晶表示パネル５４７の有効開口に
照射することができる。

【００１３】さらに、図１０に示すように、光源５３０
の開口部に光学ブロック５４０を配置して、この光学ブ
ロック５４０の開口部にマルチレンズアレー５４４，５
４５を用いることにより、図８と図９に示した場合より
も、より効率良く光源５３０から出射された光束を利用
することが可能になる。

【００１４】しかし、図１０の光学ブロック５４０で
は、その入射側が光源５３０の開口に比例した大きさで
形成されるので、光学ブロック５４０以降の出射側は光
源５３０よりも大きく形成されてしまい、配置場所とし
てかなりのスペースが必要になるとともに、コスト高と
なってしまう。また、図９のようにマルチレンズアレー
５４４，５４５のみを設けた場合、光源から出射された
ランダム偏光をそのまま偏光板に入射させることになる
ので、総光量の約６０％程度が遮断され、光源の利用効
率がよいものではない。さらに、図１０のように光学ブ
ロック５４０とマルチレンズアレー５４４，５４５を組
み合わせる場合でも、マルチレンズアレー５４４，５４
５を光学ブロック５４０の出射側の開口と同等の大型化
してしまい、これによってマルチレンズアレー５４５か
ら液晶表示パネル５４７までの光路距離が長くなってし
まうという問題がある。

【００１５】最近では前記問題点を改善するために、例
えば図１１に示すような表示装置の光源が提案されてい
る。この光源で使用の光学ブロックは、その入射側及び
出射側を光源の開口と同等の大きさで形成することがで
きるとともに、光学ブロックを薄型に構成することがで
きるので、省スペース化及び軽量化を図ることができ
る。

【００１６】図１１の光学装置は、光空間変調素子であ
る液晶表示パネル５１７，５２１，５２６の有効開口の
アスペクト比にほぼ等しい相似形をした外形を持つ、複
数の凸レンズ５１２ａ，５１２ａ，５１２ａ・・・が正
方配列されているマルチレンズアレー５１２と、所定の
光学部品によって構成されている光学ブロック５０１
と、この光学ブロック５０１の前方に配置され複数の凸
レンズ５１３ａが形成されているマルチレンズアレー５
１３によって構成されている。

【００１７】光学ブロック５０１は複数のプリズムを貼
り合わせて形成されており、マルチレンズアレー５１２
によって収束した光が、光学ブロック５０１の所定のプ
リズムに入射する。そして、光学ブロック５０１によっ
てランダム偏光（Ｐ＋Ｓ波）から、例えばＰ波（又はＳ
波）に偏光され、さらに、マルチレンズアレー５１３、
ダイクロイックミラー等の各種光学素子を経て、ＲＢＧ
各色光に分光されて液晶表示パネル５１７，５２１，５
２６に照射される。すなわち、マルチレンズアレー５１
２，５１３及び光学ブロック５０１を配置することによ
り、光源５０６の光束が効率よく、かつ均一に液晶表示
パネルの有効開口に照射することができるようになる。

【００１８】光学ブロック５０１の後段に配置されるマ
ルチレンズアレー５１３は、光学ブロック５０１との対
向面、すなわち入射側には複数の凸レンズ５１３ａが形
成され、出射側とされる液晶表示パネル側はコンデンサ
レンズとされている１個の凸面で形成されている。マル
チレンズアレー５１３と液晶表示パネル５１７，５２
１，５２６の有効開口の間には、光源５１０から出射さ
れた光を赤、緑、青の各色に分解するダイクロイックミ
ラー５１４，５１９が配置されている。

【００１９】次に図１２と図１３にしたがい光学ブロッ
ク５０１について説明する。図１２は光学ブロック５０
１の外観を前方から示す斜視図、図１３は光学ブロック
５０１の上面の一部分を拡大して示す平面図である。光
学ブロック５０１は例えば３角形のプリズム５０２ａ，
５０２ｂ、及び平行四辺形のプリズム５０３ａ及びプリ
ズム５０３ｂを貼り合わせて形成されている。そして黒
塗りの矢印で示されている方向から、光源５０６から出
射されマルチレンズアレー５１２を経て入射するランダ
ム光束（Ｐ＋Ｓ波）を入射して、白抜きの矢印で示され
ているように各プリズム５０３ａ，５０３ｂから例えば
Ｐ波のみが出射される。

【００２０】プリズム５０３ａの出射側の斜面には、例
えばＳ波を反射してＰ波を透過するＰＢＳ５０４が配置
され、このＰＢＳ５０４を透過したＰ波はプリズム５０
３ｂ又はプリズム５０２ｂの前面から前方に出射され
る。またプリズム５０３ａにおいてＰＢＳ５０４に対向
する斜面には、ＰＢＳ５０４で反射されたＳ波を前方に
反射するミラー５０５が配置されている。さらに、プリ
ズム５０３ａの前面には、ハッチングによって示されて
いるように１／２λ板５０６が配置され、ＰＢＳ５０４
で反射したＳ波をＰ波に変換して前方に出射する。

【００２１】つまり、プリズム５０３ａが光学ブロック
５０１の入射部分を構成し、プリズム５０３ａに入射し
た光束が、ＰＢＳ５０４によって偏光されプリズム５０
２ｂ及びプリズム５０３ａ，５０３ｂから前方に出射さ
れる。プリズム５０３ａはマルチレンズアレー５１２，
５１３に形成される凸レンズ５１２ａ，５１３ａの数に
対応して設けられている。

【００２２】このように、各プリズム、ＰＢＳ５０４、
ミラー５０５等によって光学ブロック５０１を構成する
ことにより、入射したランダム偏光（Ｐ＋Ｓ波）の光束
をＰ波に変換して出射することができるとともに、入射
側、出射側の面積を同一にすることができるようにな
る。また、従来よりも薄型の構造とすることができるの
で光学ブロック５０１を配置する場所の省スペース化が
可能になる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図９に示すよ
うなマルチレンズアレーのみによる光学手段の場合、マ
ルチレンズアレー５４４，５４５の各凸レンズ５４４
ａ，５４５ａの焦点距離は、原理的にマルチレンズアレ
ー５４４と５４５間の空気換算距離とほぼ等しく選ぶの
が光利用効率上良い。しかし、図１１に示すようなマル
チレンズアレー５１２，５１３と光学ブロック５４０を
組み合わせた表示装置の光源の場合、図１１のマルチレ
ンズアレー５１２からの光束がマルチレンズアレー５１
３に至る間に、光学ブロック５０１を通過するため、図
１３に示すようにＰＢＳ５０４を透過してマルチレンズ
アレー５１３に至る光路５０１と、ＰＢＳ５０４とミラ
ー５０５で反射して、１／２λ板５０６を通過した後マ
ルチレンズアレー５１３に至る光路５０２とでは、空気
換算距離に差が生じる。

【００２４】このような光路差に関するマルチレンズア
レー５１２と液晶表示パネル５１７の結像関係を図１４
（Ａ)(Ｂ）に比較して示す。図１４（Ａ)(Ｂ）におい
て、マルチレンズアレー５１２の凸レンズ５１２ａを像
点ＩＭ１とした時、その像点ＩＭ１をマルチレンズアレ
ー５１３及びコンデンサレンズ５１６により液晶表示パ
ネル５１７上に像点ＩＭ２として結像させる。従来のマ
ルチレンズアレー５１３の各レンズの焦点距離が、光路
５０１の空気換算距離に合わせてすべて同一であるの
で、光路５０２の場合、光学ブロック５０１を通過する
際の光路５０１との空気換算距離差のため、液晶表示パ
ネル上の像は焦点がずれたいわゆる「ピンボケ」の状態
ＰＸとなり、液晶表示パネル５１７を通過できる光量が
低下し光源の光利用効率が低下する原因となる。

【００２５】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、例えば液晶表示パネル等の表示デバ
イスに対して効率よく光を照射し、かつ小型化を図るこ
とができる光学装置と光学装置を備える表示装置を提供
することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にあ
っては、光の第１偏光成分を透過しかつ光の第２偏光成
分を反射する偏光成分透過反射部と、この偏光成分透過
反射部により反射された光の第２偏光成分を反射する偏
光成分反射部と、偏光成分反射部により反射された光の
第２偏光成分を光の第１偏光成分に変換する偏光成分変
換部とを有し、偏光成分変換部から第１偏光成分を出射
させるための複数の第１プリズムと、第１プリズムの隣
りに配置されて、第１プリズムの偏光成分透過反射部で
透過した光の第１偏光成分を出射させるための複数の第
２プリズムと、を備える光学ブロックと、光学ブロック
に関して光の入射側に位置されて、複数のレンズを集合
して構成されている第１レンズアレーと、光学ブロック
に関して光の出射側に位置されて、複数のレンズを集合
して構成されている第２レンズアレーと、を備え、第１
プリズムに対応する第２レンズアレーの複数のレンズの
焦点距離が、第２プリズムに対応する第２レンズアレー
の複数のレンズの焦点距離と異なることを特徴とする光
学装置により、達成される。

【００２７】また上記目的は、本発明にあっては、光の
第１偏光成分を透過しかつ光の第２偏光成分を反射する
偏光成分透過反射部と、この偏光成分透過反射部により
反射された光の第２偏光成分を反射する偏光成分反射部
と、偏光成分反射部により反射された光の第２偏光成分
を光の第１偏光成分に変換する偏光成分変換部と有する
光学ブロックであり、偏光成分変換部から第１偏光成分
を出射させるための複数の第１プリズムと、第１プリズ
ムの隣りに配置されて、偏光成分透過反射部で透過した
光の第１偏光成分を出射させるための複数の第２プリズ
ムと、を備える光学ブロックと、光学ブロックに関して
光の入射側に位置されて、複数のレンズを集合して構成
されている第１レンズアレーと、光学ブロックに関して
光の出射側に位置されて、複数のレンズを集合して構成
されている第２レンズアレーと、を備え、第１プリズム
に対応する第２レンズアレーの複数のレンズの焦点距離
が、第２プリズムに対応する第２レンズアレーの複数の
レンズの焦点距離と異なることを特徴とする光学装置に
より、達成される。

【００２８】本発明では、第１プリズムに対応する第２
レンズアレーの複数のレンズの焦点距離が、第２プリズ
ムに対応する第２レンズアレーの複数のレンズの焦点距
離と異なる構成にしている。これにより、この光学装置
を用いて照明しようとする照明対象、例えば液晶表示パ
ネルのような光変調手段に対する照明光のピンボケ現象
を減少して、照明対象における光の利用効率を高めるこ
とができる。

【００２９】上記目的は、本発明にあっては、光源と、
光源の光の第１偏光成分を透過しかつ光の第２偏光成分
を反射する偏光成分透過反射部と、この偏光成分透過反
射部により反射された光の第２偏光成分を反射する偏光
成分反射部と、偏光成分反射部により反射された光の第
２偏光成分を光の第１偏光成分に変換する偏光成分変換
部とを有し、偏光成分変換部から第１偏光成分を出射さ
せるための複数の第１プリズムと、第１プリズムの隣り
に配置されて、第１プリズムの偏光成分透過反射部で透
過した光の第１偏光成分を出射させるための複数の第２
プリズムと、を備える光学ブロックと、光学ブロックに
関して光の入射側に位置されて、複数のレンズを集合し
て構成されている第１レンズアレーと、光学ブロックに
関して光の出射側に位置されて、複数のレンズを集合し
て構成されている第２レンズアレーと、を備える光学装
置と、を有し、第１プリズムに対応する第２レンズアレ
ーの複数のレンズの焦点距離が、第１プリズムに対応す
る第２レンズアレーの複数のレンズの焦点距離と異な
り、光源の光が光学装置を介して照射される光変調素子
と、変調された光束を投写する投写レンズとを備える光
学装置を備える表示装置により、達成される。

【００３０】これにより、この光学装置を用いて照明し
ようとする照明対象、例えば液晶表示パネルのような光
変調手段に対する照明光のピンボケ現象を減少して、照
明対象における光の利用効率を高めることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、
技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明
の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨
の記載がない限り、これらの形態に限られるものではな
い。

【００３２】図１は、本発明の光学装置の好ましい実施
の形態を有する投写型表示装置を備える投写型テレビジ
ョンセット１００を示す外観図であり、図２は、図１の
投写型表示装置１Ａを備える液晶方式の背面投写型テレ
ビジョンセット１００を示しており、液晶プロジェクタ
装置ともいう。図２はテレビジョンセット１００の内部
構造を示している。まずこのテレビジョンセット１００
の概略の構造について説明すると、図１及び図２におい
て、テレビジョンセット１００はキャビネット１０１、
スクリーン１０２、ミラー１０３、そして投写型表示装
置１Ａを内蔵している。投写型表示装置１Ａが光源１０
の光を用いて投写しようとする投写光５は、ミラー１０
３で反射して、スクリーン１０２の背面１０４から投写
するようになっている。スクリーン１０２に投写された
映像は、ユーザＵがスクリーン１０２においてカラー映
像あるいは白黒映像として見ることができる。

【００３３】以下の実施の形態の説明においては、スク
リーン１０２においてカラー映像が表示できるものにつ
いて説明する。図３と図４の投写型表示装置１Ａは、光
学装置１１、光源１０及び投写レンズ鏡筒３０を有して
いる。光源１０と投写レンズ鏡筒３０は、光学装置１１
の本体１１ａに可能に取り付けられている。

【００３４】光源１０は、例えば放物面状の反射鏡１０
ａとランプ１０ｂを有している。このランプ１０ｂはメ
タルハライドランプあるいはハロゲンランプ等を用いる
ことができる。投写レンズ鏡筒３０は、光学装置１１か
ら導かれる合成光（カラー画像光）１３Ａを、図２のス
クリーン１０２の背面１０４に対してオートフォーカス
できる機構を有している。光源１０の反射鏡１０ａの焦
点位置に例えばメタルハライドランプ１０ａが配置され
ており、光軸にほぼ平行の光ＬＰがその開口から出射さ
れる。そして光源１０から出射された光ＬＰの中で、赤
外領域及び紫外領域の不要光線はＵＶ−ＩＲカットフィ
ルタ１１によって遮断され有効な光線のみが前方の光学
装置１１の光学系に導かれることになる。

【００３５】次に、光学装置１１の中の光学系について
説明する。光源１０の近くには、フィルター１１Ａ、第
１レンズアレー１２と第２レンズアレー１３が配置され
ている。これらのレンズアレーはマルチレンズアレーと
もいう。フィルター１１Ａ、第１レンズアレー１２と、
光学ブロック１、第２レンズアレー１３は、光源１０か
ら出る光（光束）ＬＰの光軸ＯＰに関して直交し互いに
平行に配置されている。

【００３６】第１レンズアレー１２と第２レンズアレー
１３は、例えば長方形状の複数のレンズが平面的に集合
したものであり、フィルター１１Ａを通ってきた光ＬＰ
を均等化して、液晶表示パネル１７，２１，２６側に照
明光を供給し、投写レンズ鏡筒３０に送る。フィルター
１１Ａ、第１レンズアレー１２と、光学ブロック１、そ
して第２レンズアレー１３を通った光は、例えばＰ波の
みの光であり赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、そして青色
光（Ｂ）を含んでいるが、次に説明する光学系により、
光は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）に分
割された後に、所定の光変調が与えられて、再びこれら
三原色が構成されることにより、投写レンズ鏡筒３０側
にカラー画像光である合成光１３Ａを合成するようにな
っている。

【００３７】光軸ＯＰに沿って、ダイクロイックミラー
１４，１９、リレーレンズ２２、ミラー１７が配列され
ている。この光軸ＯＰと直交する方向の別の光軸ＯＰ１
に沿っては、ダイクロイックミラー１４に対応してミラ
ー１５が配列されている。光軸ＯＰに平行な光軸ＯＰ２
に沿ってはミラー１５、コンデンサレンズ１６と、及び
光変調部材としての液晶表示パネル１７が配置されてい
る。

【００３８】また光軸ＯＰ１と平行な光軸ＯＰ３に沿っ
て、ダイクロイックミラー１９に対応してコンデンサレ
ンズ２０と、光変調部材としての液晶表示パネル２１が
配置されている。光軸ＯＰ１、光軸ＯＰ３と平行な光軸
ＯＰ４に沿って、ミラー１７に対応してリレーレンズ２
３とミラー２４が配置されている。そして、ミラー２４
を通る光軸ＯＰ５は、光軸ＯＰ２と一致しており、この
光軸ＯＰ５に沿って、コンデンサレンズ２５、そして光
変調部材としての液晶表示パネル２６が配置されてい
る。

【００３９】これらの液晶表示パネル１７，２１，２６
に対応して、ダイクロイックプリズム（光合成部材、又
は色分離／合成光学素子、あるいはクロスプリズムとも
呼ぶ）１８が配置されている。このダイクロイックプリ
ズム１８に対応して投写レンズ鏡筒３０が位置してい
る。ダイクロイックミラー１４，１９は、波長に応じて
光を反射する光反射特性及び光を透過する光透過特性を
有するミラーである。

【００４０】図４の光の赤色光（Ｒ）は、ダイクロイッ
クミラー１４で反射されてミラー１５側に送られるとと
もに、光の緑色光（Ｇ）と青色光（Ｂ）はダイクロイッ
クミラー１４を透過して、ダイクロイックミラー１９側
に送られる。緑色光（Ｇ）は、このダイクロイックミラ
ー１９で反射されて、コンデンサレンズ２０、及び液晶
表示パネル２１に送られる。青色光（Ｂ）は、ダイクロ
イックミラー１９を通過し、リレーレンズ２２を通りミ
ラー１７で反射されて、そしてリレーレンズ２３を通っ
てミラー２４で反射されることにより、コンデンサレン
ズ２５と、液晶表示パネル２６を通る。一方、赤色光
（Ｒ）はミラー１５で反射されて、コンデンサレンズ１
６及び、液晶表示パネル１７を通る。

【００４１】次に、図４に示すダイクロイックプリズム
１８について説明する。このダイクロイックプリズム１
８は、赤色光（Ｒ）、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）を合
成して、合成光１３Ａを作るプリズムである。このダイ
クロイックプリズム１８は、４つの断面三角形状のプリ
ズム４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを接着剤で貼り合
わせて、立方体あるいは直方体状に形成されたプリズム
である。

【００４２】各プリズム４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１
Ｄの１つの面あるいは２つの面には、光透過特性及び光
反射特性を有する光学薄膜１８ａ，１８ｂが形成されて
いる。このようなあらかじめ定められた光透過特性及び
光反射特性を有する光学薄膜（光学多層膜）１８ａと１
８ｂは、プリズム４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄの接
着しようとする面に対して形成されている。このダイク
ロイックプリズム１８の各プリズム４１Ａ〜４１Ｄは、
プラスチックあるいはガラスにより断面三角形状に作ら
れている。

【００４３】次に、図４において光源１０のランプ１０
ｂが発生する光ＬＰがスクリーン１０２に到達するまで
の経路を簡単に説明する。ランプ１０ｂが発生する光Ｌ
Ｐは、フィルター１１Ａを通って不要光線（赤外光と紫
外光）を除去し、第１レンズアレー１２と光学ブロック
１、そして第２レンズアレー１３を通り例えばＰ波のみ
の均一な光Ｌに形成される。第２レンズアレー１３と液
晶表示パネルの有効開口の間には、光源１０から出射さ
れた光を赤、緑、青の各色に分解するダイクロイックミ
ラー１４，１９が配置されている。この光Ｌの赤色光Ｒ
は、ダイクロイックミラー１４で反射されて、ミラー１
５で反射後に、コンデンサレンズ１６、及び液晶表示パ
ネル１７を通って、ダイクロイックプリズム１８の光学
薄膜１８ａで反射される。

【００４４】一方、光Ｌの緑色光Ｇと青色光Ｂの成分
は、ダイクロイックフィルター１４を通り、そのうちの
緑色光Ｇがダイクロイックミラー１９で反射されてコン
デンサレンズ２０、液晶表示パネル２１を通りダイクロ
イックプリズム１８の光学薄膜１８ａ，１８ｂを通る。
ダイクロイックミラー１９を通った青色光Ｂは、リレー
レンズ２２を通りミラー１７で反射されて、リレーレン
ズ２３を通りさらにミラー２４で反射する。この青色光
Ｂは、コンデンサレンズ２５、及び液晶表示パネル２６
を通って、ダイクロイックプリズム１８の光学薄膜１８
ｂで反射する。

【００４５】このように、ダイクロイックプリズム１８
に集合した赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂは光学薄膜１
８ａ，１８ｂの光透過特性と光反射特性により合成され
て、合成光１３Ａとして液晶表示パネル１７，２１，２
６が表示している画像の情報を含むようにして、投写レ
ンズ鏡筒３０の投写レンズより投写スクリーン１０２の
背面に拡大投写される。

【００４６】次に、図４の第１レンズアレー１２、光学
ブロック１及び第２レンズアレー１３についてより詳し
く説明する。図５は、この第１レンズアレー１２、光学
ブロック１及び第２レンズアレー１３と、例えばコンデ
ンサレンズ２０と液晶表示パネル２１を代表して示して
いる。図１４と図５の第１レンズアレー１２は、複数の
凸レンズ１２ａ，１２ａ・・・が正方配列されてなるマ
ルチレンズアレーである。第２レンズアレー１３は、複
数の異なる凸レンズ１３ａ，１３ｂが交互に配置された
マルチレンズアレーである。この第２レンズアレー１３
の凸レンズ１３ａ，１３ｂは、凸レンズ１３ｃに対して
一体的に配列されている。第１レンズアレー１２の各凸
レンズ１２ａは、光学ブロック１の隣接する第１プリズ
ム３ａと第２プリズム３ｂにほぼ対応した大きさを有す
る。これに対して、第２レンズアレー１３の凸レンズ１
３ａ，１３ｂは、それぞれ光学ブロック１の第１プリズ
ム３ａと第２プリズム３ｂに対応し、凸レンズ１３ａ，
１３ｂに比べると小さい寸法のものである。

【００４７】光学ブロック１は、第１レンズアレー１２
と第２レンズアレー１３の間の空気の空間の間に配置さ
れている。この光学ブロック１の構造について、図６と
図７を参照して説明する。光学ブロック１は、第１プリ
ズム３ａと第２プリズム３ｂを交互に配置して、しかも
両端部には三角形状のプリズム２ａ，２ｂを配置して図
６に示すように板状に形成したものである。第１プリズ
ム３ａと第２プリズム３ｂは断面で見て平行四辺形のプ
リズムであり、プリズム２ａ，２ｂは断面で見て三角形
のプリズムである。これらの第１プリズム３ａと第２プ
リズム３ｂは交互に接着剤により貼り合わせてある。第
１プリズム３ａは、偏光成分透過反射部としての偏光ビ
ームスプリッタ（ＰＢＳ）４と、ミラー（偏光成分反射
部）５を有している。偏光ビームスプリッタ４とミラー
５は、プリズム３ａの傾斜面に対向するように形成され
ている。これらの偏光ビームスプリッタ４とミラー５
は、光学ブロック１の面に対してθの傾きを持って形成
されている。プリズム３ａの入射面３ｊに入射した光Ｌ
の（Ｐ波＋Ｓ波）は、偏光ビームスプリッタ４に達し、
光ＬのうちのＰ波のみが光路ＰＨ１に沿って進むことか
ら、隣りの第２プリズム３ｂを通り、第２プリズム３ｂ
の出射面３ｋから光路ＰＨ１に沿ってＰ波のみが出射さ
れることになる。

【００４８】これに対して光ＬのＳ波は、偏光ビームス
プリッタ４で９０°反射されて、ミラー５に向かう。ミ
ラー５はこのＳ波を９０°反射する。反射されたＳ波
は、第１プリズム３ａの出射面３Ｌに形成された１／２
波長板６を通る。Ｓ波は、Ｐ波に変換される。この１／
２波長板は、偏光変換部である。これにより、Ｐ波とな
った光は、光路ＰＨ２に沿って、すなわち光路ＰＨ１と
平行に、出射されることになる。

【００４９】図５において、偏光ビームスプリッタ４を
透過した光路ＰＨ１のＰ波は、第２プリズム３ｂの出射
面３ｋから、直接第２レンズアレー１３の凸レンズ１３
ｂに入射する。これに対して、図７の偏光ビームスプリ
ッタ４で一度反射されたＳ波は、ミラー５で反射され
て、１／２波長板６によりＰ波に偏光された後に、光路
ＰＨ２に沿って図５の第２レンズアレー１３の凸レンズ
１３ａに入射する。

【００５０】第２レンズアレー１３の凸レンズ１３ａ，
１３ｂを通った光束ＬＲ１，ＬＲ２は、第２レンズアレ
ー１３の凸レンズ１３ｃとコンデンサレンズ２０（１
６，２５）を通り、液晶表示パネル２１（１７，２６）
に照明光として、均一に光量の損失を少くして重畳され
る。特徴的なのは、第２レンズアレー１３のレンズ１３
ａの焦点距離が、第２レンズアレー１３のレンズ１３ｂ
の焦点距離と異なっていることである。このように隣接
するレンズ１３ａ，１３ｂの焦点距離の値を変えること
により、次のようなメリットがある。すなわち、図７に
おける第１プリズム３ａ、偏光ビームスプリッタ４及び
第２プリズム３ｂを通った光路ＰＨ１のＰ波の光路長
と、偏光ビームスプリッタ４及びミラー５により反射さ
れたＳ波を１／２波長板６で変換後に、隣接するレンズ
１３ａ，１３ｂの焦点距離を変えることで、レンズ１３
ｂ，１３ａを通るそれぞれの照明光は、光変調素子であ
る液晶表示パネル２１（あるいは１７，２６）におい
て、ほぼ均一にフォーカスすることができる。このこと
から、液晶表示パネル２１（あるいは１７，２６）にお
ける像の焦点のずれ“ピンぼけ”現象をなくして、液晶
表示パネル２１（１７，２６）を通過できる光量の低下
を防ぎ、光源の光の利用効率を向上させることができ
る。第１と第２レンズアレー１２，１３及び光学ブロッ
ク１を配置することにより、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ
１１を通過した光源１０の光がＰ波に偏光され、効率よ
く、かつ均一に液晶表示パネル１７，２１，２６の有効
開口に合わせて照射することができる。

【００５１】尚、第１レンズアレー１２と第２レンズア
レー１３の各レンズ１２ａは、好ましくは光変調素子
（光空間変調素子）である液晶表示パネル１７，２１，
２６の有効開口のアスペクト比にほぼ等しい相似形をし
た外形を持つ。

【００５２】光学ブロック１の後段に配置される第２レ
ンズアレー１３は、光学ブロック１との対向面、すなわ
ち入射側には複数の凸レンズ１３ａ，１３ｂが形成さ
れ、出射側とされる液晶表示パネル側はコンデンサレン
ズとされている１個の凸レンズ１３ｃで形成されてい
る。第２レンズアレー１３の複数の凸レンズ（凸レン
ズ）１３ｂは、第１レンズアレー１２の凸レンズ１２ａ
を経た後光学ブロック１の偏光ビームスプリッタ４を透
過する光路ＰＨ１に配置され、凸レンズ１３ａは同じく
第１レンズアレー１２の凸レンズ１２ａを経た後、偏光
ビームスプリッタ４、ミラー５で反射、１／２λ板６を
通過する光路ＰＨ２に配置されている。

【００５３】尚、液晶表示パネル１７，２１，２６の前
段には入射した光の偏光方向を一定方向に揃えるための
偏光板が、また後段には出射した光の所定の偏光面を持
つ光のみ透過する偏光板（図示せず）が配置され、液晶
を駆動する回路の電圧により光の強度を変調するように
構成されている。

【００５４】上記実施の形態では３板式投射型の液晶プ
ロジェクタ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこの
他にも例えば単板式投射型の液晶プロジェクタ装置や、
３Ｄ（３−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）方式の液晶プロジェク
タ装置、又は、レーザ光の偏光高効率交換光学系等に適
用しても良い。

【００５５】本発明の実施の形態では、光学ブロックの
入射側及び出射側を光源の開口と同等の大きさで形成す
ることができ、光学ブロック１を薄型に構成して省スペ
ース化及び軽量化を図ることができるような表示装置の
光源において、例えば液晶表示パネル等の表示デバイス
に対して、更に効率よく光を照射することが可能にな
る。

【００５６】ところで本発明は上記実施の形態に限定さ
れない。上述した実施の形態では、液晶表示パネルを３
枚用いたいわゆる３板式と呼ばれる特に背面投写型の表
示装置の例を示している。しかしこれに限らず、液晶表
示パネルは１枚しか用いないようないわゆる通常の単板
式のもの等にも採用できる。また光変調素子は、液晶表
示パネルに限らず他の種類の表示パネルを用いることも
できる。また図１のようないわゆるスクリーンの背面側
から合成光を投写する背面投写型の表示装置に限らず、
合成光を直接スクリーンに投写するフロントプロジェク
タと呼ばれる方式のプロジェクタ等にも本発明は適用で
きる。

【００５７】本発明の実施の形態の表示装置は、第１と
第２レンズアレーと、偏光ビームスプリッタとミラーと
１／２λ板を複数組み合わせた光学ブロックとを使用
し、偏光ビームスプリッタで分離された光路ＰＨ１の光
と光路ＰＨ２の光に対応した各第２レンズアレーのレン
ズの焦点距離を、それぞれ最適化して光利用効率を高め
ている。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば液晶表示パネル等の表示デバイスに対して効率よ
く光を照射し、かつ小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学装置を備える表示装置の好ましい
実施の形態を示す斜視図。

【図２】図１の表示装置の内部構造を示す図。

【図３】図１の表示装置に用いられている光学装置の一
例を示す図。

【図４】図３の光学装置の内部構造を示す図。

【図５】図４の光学装置の第１レンズアレー、光学ブロ
ック、第２レンズアレー等を示す図。

【図６】図５の光学ブロックの一例を示す斜視図。

【図７】図６の光学ブロックの一部を示す平面図。

【図８】従来の光源と偏光変換装置を示す図。

【図９】従来の偏光変換装置を備えていない従来の光学
装置の例を示す図。

【図１０】従来の偏光変換装置を備えた光学装置の例を
示す図。

【図１１】従来の偏光変換装置を備える表示装置を示す
図。

【図１２】図１１の偏光変換装置を示す斜視図。

【図１３】図１２の従来の偏光変換装置を示す平面図。

【図１４】従来の２組のレンズアレーを用いた場合の液
晶表示パネルにおける像点のぼけの例を示す図。

【符号の説明】

１・・・光学ブロック、３ａ・・・第１プリズム、３ｂ
・・・第２プリズム、４・・・偏光ビームスプリッタ
（偏光成分透過反射部）、５・・・ミラー（偏光成分反
射部）、６・・・１／２波長板（偏光変換部）、１２・
・・第１レンズアレー、１２ａ・・・第１レンズアレー
のレンズ、１３・・・第２レンズアレー、１３ａ・・・
第２レンズアレーのレンズ、１３ｂ・・・第２レンズア
レーの凸レンズ、Ｐ・・・第１偏光成分、Ｓ・・・第２
偏光成分

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の第１偏光成分を透過しかつ光の第２
   偏光成分を反射する偏光成分透過反射部と、この偏光成
   分透過反射部により反射された光の第２偏光成分を反射
   する偏光成分反射部と、偏光成分反射部により反射され
   た光の第２偏光成分を光の第１偏光成分に変換する偏光
   成分変換部とを有し、偏光成分変換部から第１偏光成分
   を出射させるための複数の第１プリズムと、 第１プリズムの隣りに配置されて、第１プリズムの偏光
   成分透過反射部で透過した光の第１偏光成分を出射させ
   るための複数の第２プリズムと、を備える光学ブロック
   と、 光学ブロックに関して光の入射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第１レンズアレーと、 光学ブロックに関して光の出射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第２レンズアレーと、
   を備え、 第１プリズムに対応する第２レンズアレーの複数のレン
   ズの焦点距離が、第２プリズムに対応する第２レンズア
   レーの複数のレンズの焦点距離と異なることを特徴とす
   る光学装置。
2. 【請求項２】 光学ブロックの偏光成分透過反射部と偏
   光成分反射部が挾まれるようにして第１プリズムと第２
   プリズムが交互に配置されている請求項１に記載の光学
   装置。
3. 【請求項３】 光学ブロックの偏光成分透過反射部は偏
   光ビームスプリッタであり、偏光成分反射部はミラー面
   である請求項１に記載の光学装置。
4. 【請求項４】 光の第１偏光成分を透過しかつ光の第２
   偏光成分を反射する偏光成分透過反射部と、この偏光成
   分透過反射部により反射された光の第２偏光成分を反射
   する偏光成分反射部と、偏光成分反射部により反射され
   た光の第２偏光成分を光の第１偏光成分に変換する偏光
   成分変換部とを有する光学ブロックであり、偏光成分変
   換部から第１偏光成分を出射させるための複数の第１プ
   リズムと、第１プリズムの隣りに配置されて、偏光成分
   透過反射部で透過した光の第１偏光成分を出射させるた
   めの複数の第２プリズムと、を備える光学ブロックと、 光学ブロックに関して光の入射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第１レンズアレーと、 光学ブロックに関して光の出射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第２レンズアレーと、
   を備え、 第１プリズムに対応する第２レンズアレーの複数のレン
   ズの焦点距離が、第２プリズムに対応する第２レンズア
   レーの複数のレンズの焦点距離と異なることを特徴とす
   る光学装置。
5. 【請求項５】 光源と、 光源の光の第１偏光成分を透過しかつ光の第２偏光成分
   を反射する偏光成分透過反射部と、この偏光成分透過反
   射部により反射された光の第２偏光成分を反射する偏光
   成分反射部と、偏光成分反射部により反射された光の第
   ２偏光成分を光の第１偏光成分に変換する偏光成分変換
   部とを有し、偏光成分変換部から第１偏光成分を出射さ
   せるための複数の第１プリズムと、 第１プリズムの隣りに配置されて、第１プリズムの偏光
   成分透過反射部で透過した光の第１偏光成分を出射させ
   るための複数の第２プリズムと、を備える光学ブロック
   と、 光学ブロックに関して光の入射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第１レンズアレーと、 光学ブロックに関して光の出射側に位置されて、複数の
   レンズを集合して構成されている第２レンズアレーと、
   を備える光学装置と、を有し、 第１プリズムに対応する第２レンズアレーの複数のレン
   ズの焦点距離が、第１プリズムに対応する第２レンズア
   レーの複数のレンズの焦点距離と異なり、 光源の光が光学装置を介して照射される光変調素子と、 光変調素子で変調された光束を投写する投写レンズと、
   を備える光学装置を備える表示装置。
6. 【請求項６】 光学ブロックの偏光成分透過反射部は偏
   光ビームスプリッタであり、偏光成分反射部はミラー面
   である請求項５に記載の光学装置を備える表示装置。