JPH11281923A

JPH11281923A - 投写型表示装置

Info

Publication number: JPH11281923A
Application number: JP8234298A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kida; 博木田; Hidekazu Tode; 英一都出; Kenji Samejima; 研治鮫島; Toshihide Seki; 俊秀関; Akira Ookamito; 晃大上戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】輝度むら、色むらを軽減し高画質の投写型表
示装置を提供する。【解決手段】ランプ１と、反射鏡３と、ランプ１の発
光体２から放出され反射鏡３で反射された光束を複数の
光束に分割する第１レンズアレイ４と、この分割された
複数の光束のそれぞれを拡大してライトバルブ８の表示
領域上に重畳照射させる第２レンズアレイ５と、ライト
バルブ８の表示画面をスクリーンに拡大投影する投写レ
ンズを有し、第２レンズアレイ近傍に光束制御手段１２
を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射鏡で集光さ
れレンズアレイを構成する各レンズを通過した光束群を
ライトバルブに重畳照明して、ライトバルブの画像をス
クリーン上に拡大投写する投写型表示装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】高輝度の白色光源からの放射光を、反射
面が軸対称回転曲面である放物面鏡あるいは楕円面鏡に
より集光し、投写レンズによって液晶ライトバルブ上の
画像をスクリーンに拡大表示する従来の投写型表示装置
においては、主光軸近傍の光束密度が高くなり過ぎて、
表示画像に輝度むらが大きく現れていた。この問題を解
消するために、インテグレータと呼ばれるレンズアレイ
を用いた照明装置を投写型表示装置に適用する発明が、
例えば米国特許２，１８６，１２３号公報、特開平３−
１１１８０６号公報等に開示されている。

【０００３】図９は、レンズアレイを組み込んだ従来の
投写型表示装置の一構成例を示す断面説明図である。こ
の図に示されるように、この投写型表示装置は、発光体
２から高輝度の白色光を放射するランプ１と、内面が主
光軸（ｚ軸）を中心とする軸対称回転曲面である反射鏡
３と、複数の第１レンズセルを二次元配列して構成され
た第１レンズアレイ４（図９には、主光軸ｚの上方のセ
ル４１，４２，４３を示すが、後に説明する図２に平面
図を示す。）と、複数の第２レンズセルを二次元配列し
て構成された第２レンズアレイ５（同様に、セル５１，
５２，５３を示す）とを有する。

【０００４】第１レンズアレイ４の各第１レンズセル４
１，４２，４３の開口はほぼ同一形状で、且つライトバ
ルブ８の、例えば長方形の表示エリアと相似形状をなし
ている。そして、第１レンズアレイ４を構成する複数の
第１レンズセル４１，４２，４３は、反射鏡３で反射さ
れた光束を集光するとともに、第１レンズセル数に対応
する光束群に分割する。第２レンズアレイ５は、第１レ
ンズアレイ４の集光点付近に配置される。各第１レンズ
セル４１，４２，４３で集光された光束は、それぞれに
対応する第２レンズセル５１，５２，５３、第１の集光
レンズ６、及び第２の集光レンズ７を介してライトバル
ブ８に到達する。

【０００５】ここで、第２レンズセル５１と第１の集光
レンズ６は、第１レンズセル４１とライトバルブ８と
が、互いに物体と像の関係（共役関係）になるように設
計されているので、第１レンズセル４１で集光された光
束は、第１レンズセル４１の開口形状及び第１レンズセ
ル４１内の照度分布に応じて、ライトバルブ８上に拡大
照射される。同様に、第２レンズセル５２と第１の集光
レンズ６も、第１レンズセル４２とライトバルブ８とが
共役関係、また第２レンズセル５３と第１の集光レンズ
６も、第１レンズセル４３とライトバルブ８とが共役関
係となるように設計されている。

【０００６】第１レンズアレイ４に入射する前の光束
は、主光軸付近の光束密度が高い不均一な照度分布であ
る。しかし、この照度分布が不均一な光束を第１レンズ
アレイ４により部分分割することによって、不均一な照
度分布の一部から切り取った、第１レンズセル内の照度
分布が均一となる。したがって、各第２レンズセル５
１、５２、５３、及び第１の集光レンズ６を介して、分
割された光束をライトバルブ８に拡大して重畳照射する
ことで、ライトバルブ８に対しては均一性の高い照度分
布の照明が可能となる。

【０００７】９は投写レンズであり、その内部に開口絞
り１０を備えている。上記第２の集光レンズ７は、光束
を投写レンズ９の開口に効率よく透過させるためのレン
ズであり、投写レンズ９の入射瞳位置（即ち、ライトバ
ルブ側から見た投写レンズ９の開口絞り１０の虚像位
置）に照明光束が集光するように設定される。この投写
レンズ９を透過した光束はスクリーン１１に到達して、
ライトバルブ８の像が拡大投写される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このとき、ライトバル
ブ８に光の複屈折性や旋光性を制御して光変調する液晶
ライトバルブを用いるような投写型表示装置において
は、液晶ライトバルブ８を透過した光束をすべて投写レ
ンズ９に取り込んでスクリーン１１まで伝達しない場合
には、投影画面に輝度むらが発生するおそれがある。こ
れは、光の入射角により透過率が異なるという、後に説
明するような液晶ライトバルブの特性に起因するもので
あり、特に、このようなライトバルブの特性は、中間調
の透過状態において顕著である。

【０００９】一般的に投写レンズ９は、照明光が液晶ラ
イトバルブ８に集光する角度θと、投写レンズ９が光束
を受容する角度ψとがほぼ等しく（θ＝ψ）なるように
設計される。しかし、投写レンズ９のレンズロ径を大き
くすれば、大幅なコストアップとなるだけでなく、レン
ズの収差も大きくなるために、画質劣化につながる。こ
のため、液晶ライトバルブ８の主光軸を透過した光束が
限られた径の投写レンズ９を透過できるように、レンズ
ロ径及び開口絞り１０の径を設計するが、周辺を透過し
た光束については、構成レンズのエッジ等で故意にけら
れを持たせる設計とすることがある。

【００１０】図１０は、輝度むらの発生原理を説明する
ための図である。なお、図中の光線のうち、太線で示す
ものは光強度の高い成分を、細線で示す光線は光強度が
低い成分を表している。

【００１１】ライトバルブ８に透過率に入射角依存性が
ある液晶が使用された場合に、投写レンズ９のエッジに
液晶ライトバルブ８から入射する光のうち、液晶ライト
バルブ８のＲ１部を透過した光束は、透過強度の低い光
線が投写レンズ９のエッジにおいて、その一部がけられ
て損失を受ける。しかし、Ｒ１部とは反対側のＬ１部を
透過した光束は、透過強度の高い光線が投写レンズ９の
エッジにおいて、その一部がけられる。そのため、ライ
トバルブ８上の例えば左右端部（Ｒ１，Ｌ１部）に対応
するスクリーン上の光強度Ｉ_R2，Ｉ_L2の関係は、ライト
バルブ８のＣ１部での光強度Ｉ_C2に対して、Ｉ_C2＞Ｉ_R2＞Ｉ_L2 …（１）となって、スクリーン１１上では、そのＬ２部の光強度
が大きく低下して、輝度むらが発生する。このように、
透過率に入射角依存性がある液晶ライトバルブ８を使用
すると、光束の一部が投写レンズ９のエッジでけられる
ことにより、輝度むらが発生する。また、この輝度むら
は３板方式の液晶ライトバルブを用いた投写型表示装置
の場合、色むらとなって現れる。

【００１２】図１１は、３板方式の液晶プロジェクタに
おける色むらの発生を説明するための図である。横軸に
は液晶ライトバルブ上の左右方向の位置、縦軸にはＲ，
Ｇ，Ｂ三色の色光の透過強度を示す。実際には、スクリ
ーン１１上に発生する色むらは、各色の輝度むらが画面
斜め方向に発生し（詳細は後述する）、これがＲ，Ｇ，
Ｂ三色の画像が重なるとき、主として左右方向で顕著な
色むらとなって現れる。

【００１３】図１２は、３板方式の投写型表示装置の一
例を示す構成図である。図１０の構成に対応する部分に
は、同一の符号を付す。２１は白色光を反射する反射ミ
ラー、２２，２４は特定波長の光を透過、反射して白色
光をＲ，Ｇ，Ｂ三色の色光に分離するダイクロイックミ
ラー、２３，２５，２６はそれぞれの光路の光束を偏向
する反射ミラー、８ｒ，８ｇ，８ｂはそれぞれＲ，Ｇ，
Ｂの画像を表示する液晶ライトバルブ、３１，３２は第
２レンズアレイ５から、液晶ライトバルブ８ｒ，８ｇ，
８ｂまでの光路長が異なる光路について、光路長を補正
するための集光レンズである。１８は液晶ライトバルブ
８ｒ，８ｇ，８ｂのＲ，Ｇ，Ｂ画像を合成するため、接
合面において特定波長の光束を反射・透過させるダイク
ロイックプリズムである。

【００１４】このような光学系において、液晶ライトバ
ルブ８ｇと液晶ライトバルブ８ｒ，８ｂとはダイクロイ
ックプリズムでの反射回数の差により、互いに鏡像反転
の関係にある。つまり、液晶ライトバルブ８ｇ上のＲｇ
部、Ｌｇ部はそれぞれスクリーン１１上のＲ２，Ｌ２部
に対応するが、液晶ライトバルブ８ｒ上のＲｒ，Ｌｒ部
はそれぞれスクリーン１１上のＬ２，Ｒ２部に対応し、
同様に液晶ライトバルブ８ｂ上のＲｂ，Ｌｂ部もそれぞ
れスクリーン１１上のＬ２，Ｒ２部に対応する。このよ
うに、液晶ライトバルブ８ｇと８ｒ，８ｂとは輝度むら
の発生箇所が反転するため、色むらとなって現れるので
ある。

【００１５】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、輝度むら、色むらを補正し、高
品質の画質の投写型表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【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、主光軸に沿った光束を放出する光源手段と、入射
する光束を複数行複数列に配列されたレンズセルによっ
て複数の光束に分割する第１レンズアレイと、複数行複
数列に配列されたレンズセルによって第１レンズアレイ
で分割された複数の光束をそれぞれ拡大して同一面内に
重畳照射させる第２レンズアレイと、光源手段から第１
レンズアレイ、第２レンズアレイを介して照射される光
束を画像信号に応じて光変調するライトバルブと、ライ
トバルブの画像を拡大投写する投写レンズと、第２レン
ズアレイ近傍に配置され、第２レンズアレイから出射す
る光束を制御する光束制御手段とを備えたものである。

【００１７】また、請求項２の投写型表示装置は、請求
項１の投写型表示装置において、光源手段が、発光体か
ら光を放出するランプと、主光軸を中心軸とする軸対称
回転曲面を反射面として、発光体から放出された光束を
集光する反射鏡とを備えたものである。

【００１８】また、請求項３の投写型表示装置は、請求
項１又は２の投写型表示装置において、光束制御手段
が、円形開口を備えた光束遮蔽板であることを特徴とし
ている。

【００１９】また、請求項４の投写型表示装置は、請求
項１又は２の投写型表示装置において、光束制御手段
が、矩形開口を備えた光束遮蔽板であることを特徴とす
るものである。

【００２０】また、請求項５の投写型表示装置は、請求
項１乃至４のいずれかの投写型表示装置において、光束
制御手段が、開口の大きさを変更できる可変絞りを備え
た光束遮蔽板であることを特徴とするものである。

【００２１】また、請求項６の投写型表示装置は、請求
項１乃至５のいずれかの投写型表示装置において、光束
制御手段が、第２レンズアレイの有効領域を主光軸に直
交する軸に対して非軸対称に遮蔽するものである。

【００２２】

【発明の実施形態】以下、添付した図面を参照して、こ
の発明の実施の形態を説明する。

【００２３】実施の形態１．図１は、本発明による実施
の形態１による投写型表示装置の構成を概略的に示す図
であり、図２及び図５、図６は、いずれも第２レンズア
レイを出射する光束の有効領域を制御するための光束制
御手段を示す図である。

【００２４】図１に示すように、実施の形態１の投写型
表示装置は、発光体２から高輝度の白色光を放出するラ
ンプ１と、主光軸（ｚ軸）を中心軸とする軸対称回転曲
面を反射面として、発光体２から放出された光束を集光
する反射鏡３とから構成される光源装置を有する。この
光源装置のランプ１としては、高輝度の白色光を放射す
るものが好適であり、例えば、ハロゲンランプ、キセノ
ンランプ、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ等
が用いられる。反射鏡３には、形状が放物面鏡あるいは
楕円面鏡のものが使用され、内面には金属薄膜や誘電体
多層膜が施され、光を効率よく反射させるようにしてい
る。図１の反射鏡３は放物面鏡を想定しており、焦点付
近に発光体２を配置することにより、焦点位置を出射し
て反射鏡３を反射した光束は、主光軸（ｚ軸）方向に進
行する平行光束となる。

【００２５】第１レンズアレイ４は、ｚ軸に直交する平
面において複数行複数列に配列された第１レンズセル、
例えばセル４１，４２，４３等を有する。また、第２レ
ンズアレイ５は複数行複数列に配列された第２レンズセ
ル、例えばセル５１，５２，５３等を有する。第１レン
ズアレイ４の各第１レンズセル４１，４２，４３等の開
口はほぼ同一形状であり、ライトバルブ８（本実施の形
態においては長方形）の表示エリアと相似形状をなして
いる。この表示エリアの形状は、例えば、ＮＴＳＣ等の
テレビ画像表示、ＶＧＡ，ＳＶＧＡ，ΧＧＡ等のコンピ
ュータグラフィック表示用ライトバルブへの照明用途で
あればアスペクト比（縦：横）３：４の矩形となり、Ｅ
ＷＳ等のコンピュータグラフィック表示用ライトバルブ
への照明用途であればアスペクト比４：５の矩形とな
り、ΗＤＴＶ等のワイド画面表示用ライトバルブ対応で
あればアスペクト比９：１６の矩形となる。

【００２６】また、第１レンズアレイ４においては、断
面がほぼ円形の開口部を持つ反射鏡３からの光束のう
ち、その開口径外の光束は無効なものとなってしまうた
め、入射する円形光束をできるだけ埋め尽くすように、
第１レンズセル４１，４２，４３等が配列されているこ
とが望ましい。

【００２７】第２レンズアレイ５は、第１レンズアレイ
４の集光点付近に配置され、第１レンズアレイ４の各第
１レンズセル４１，４２，４３等で集光された光束は、
それぞれ対応する各第２レンズセル（即ち、第１レンズ
４１に対応する第２レンズ５１、第１レンズ４２に対応
する第２レンズ５２、第１レンズ４３に対応する第２レ
ンズ５３）に入射する。

【００２８】図１において、１２は第２レンズアレイ５
と第１の集光レンズ６の間に配置された光束制御手段で
ある。第１の集光レンズ６は、各第１レンズセル４１，
４２，４３等からの像をライトバルブ８上に一つに重ね
合わせる集光手段であり、図示したθは、ライトバルブ
８上での集光角である。即ち、第１の集光レンズ６は、
それぞれ第１レンズセル４１，４２，４３等、及び第２
レンズセル５１，５２，５３等の中心を透過した光線
（図中、破線で示す。）が、ライトバルブ８上で一点に
交わるようにレンズ形状が選ばれる。図１の光学系にお
いて、集光角θは第２レンズアレイ５の有効径、及び第
１の集光レンズ６と液晶ライトバルブ８との間の距離の
関係により、近似的に算出される。例えば、図１におい
て光束制御手段１２がない場合、第２インテグレータ
（第２レンズアレイ５）の有効径をφ６０ｍｍ、第１の
集光レンズ６と液晶ライトバルブ８の間の距離を１２０
ｍｍとしたとき、ライトバルブ８上の集光角θは１４ｄ
ｅｇ．となる。

【００２９】このように、第２レンズアレイ５と第１の
集光レンズ６の２枚のレンズを配置することによって、
各第１レンズセル４１，４２，４３等とライトバルブ８
とが共役な関係となり、第１レンズセル４１，４２，４
３等の開口形状及びそれらの照度分布に応じて、複数の
光束を重畳してライトバルブ８上の表示エリアに拡大照
射している。

【００３０】なお、第２の集光レンズ７は、投写レンズ
９の入射瞳（ライトバルブ８側から見た投写レンズ９の
開口絞り１０の虚像）に向かって効率良く光束を透過さ
せると共に、ライトバルブ８に入射する光束の角度を適
切に制御するために使用されるものである。一般的に
は、第２の集光レンズ７により第２レンズアレイ５と投
写レンズ９の入射瞳とが共役な関係となるように設計さ
れるので、入射瞳位置（投写レンズ９の開口絞り１０位
置）に第２レンズアレイ５の像が結像される。

【００３１】ライトバルブ８としては、液晶材料を用い
た光変調方式が主流であって、液晶ライトバルブは、例
えば透明電極を備える２枚の硝子基板と、それらの間に
挟持された液晶層とから構成される。この液晶層には、
電界により液晶分子の捻れ配向を制御して光変調を行う
ΤＮ（Twisted Nematic）型液晶材料が使用される。Τ
Ｎ型液晶のライトバルブによる光変調では、液晶を挟持
した硝子基板が、２枚の偏光板（クロスニコル）の間に
配置され、入射側の偏光板を透過した直線偏光光は、液
晶分子の捻れに沿って偏光方向が回転する。そのとき、
液晶層内で直線偏光光が受ける捻れ量は、光線の入射角
度及び方位に応じて異なるため、光の透過率が変化する
という問題がある。特に、透過率の変化は、中間調の光
に対して顕著となる。

【００３２】また、ここで説明したＴＮ型液晶は光の旋
光性を制御して光変調する素子であるが、複屈折性を制
御する液晶ライトバルブにおいても同様に、入射角依存
性の問題が発生する。

【００３３】図３は、ＴＮ型液晶ライトバルブにおける
透過特性の入射角依存性を説明するための図である。１
０１は入射側偏光板、１０２は出射側偏光板、１０３は
液晶層を挟持した透明電極を有する硝子基板である。図
３に示すように、入射側の直線偏光が９０度（ｙ軸）方
向であって、出射側の直線偏光が０度（ｘ軸）方向とな
る液晶ライトバルブ８であれば、ｘｙ平面内の４５度方
位に入射角が変化したときに、透過率の変化が最大とな
ることが知られている。

【００３４】図４は、テレセントリック照明系を説明す
るための図である。液晶ライトバルブ８への照明光は、
全表示エリア内の任意の点において、光線の入射角が等
しくなる平行化した照明系、つまりテレセントリック照
明となるように、第２の集光レンズ７の形状を設計する
ことが望ましい。テレセントリック照明とは、液晶ライ
トバルブ８の表示エリアの任意の点、例えばＲ１，Ｃ
１，Ｌ１部において、表示画面法線（ｚ軸）方向の光線
の拡がり角が等しく（∠αＣ＝∠βＣ，∠αＲ＝∠β
Ｒ，∠αＬ＝∠βＬ）なる条件の照明である。この照明
は上述した液晶ライトバルブ８の透過特性に入射角依存
性がある場合でも、各点Ｒ１，Ｃ１，Ｌ１を透過した光
線の積分強度は等しくなるので、投写レンズ９を介して
再びスクリーン１１上で一点に集光したときの、スクリ
ーン１１上の各点Ｒ２，Ｃ２，Ｌ２の光強度は等しくな
る。

【００３５】もし、液晶ライトバルブ８に非テレセント
リックな収束照明（∠αＣ＝∠βＣ，∠αＲ＜∠βＲ，
∠αＬ＞∠βＬ）を入射した場合、Ｒ１部での光束の積
分強度よりＬ１部での光束の積分強度の方が小さくな
り、スクリーン上ではＲ２部よりＬ２部の方が暗くなっ
て、輝度むらが発生することになる。

【００３６】前述した通り、投写レンズ９は、照明光束
をライトバルブ８上に集光する集光角θと、投写レンズ
９が光束を受容する角度ψとがほぼ等しく（θ＝ψ）な
るように設計される。しかし、これらの両角度が一致し
ていないと、投写レンズ９内の構成レンズのエッジ及び
入射瞳（ライトバルブ８側から見た投写レンズ９の開口
絞り１０の虚像）において、けられが発生して光損失要
因となる。

【００３７】テレセントリック照明系では、第２レンズ
アレイ５の像が無限遠で結像することになるため、投写
レンズ９もまた入射瞳位置が無限遠に存在するレンズで
ある。テレセントリックレンズを使用することにより、
効率良くライトバルブ８の透過光をスクリーンに導くこ
とができる。

【００３８】一方で、テレセントリックレンズは、レン
ズロ径が大きくなる問題がある。例えば、下記仕様にて
投写レンズ９を設計した場合には、照明系の集光角との
関係により、投写レンズ９の第１レンズ（後玉レンズ）
有効径は、以下に示す表１の通りである。

【００３９】ただし、テレセントリック投写レンズの仕
様は、以下の通りである。

【００４０】液晶パネル８の表示画面エリア：対角１．
３インチ（アスペクト比３：４）投写レンズ９のバックフオーカス：５０ｍｍ投写レンズ９と液晶パネル８の配置関係：投写レンズ光
軸とパネル中心が一致（光軸シフト無し）

【表１】

【００４１】さらに、投写レンズ９の光軸中心より投写
画面（スクリーン１１）の中心が高くなる位置に投影す
るための光軸シフトを考慮し、或いはライトバルブ８を
透過した後の回折効果により拡がる光束をすべて取り込
もうとする場合には、投写レンズ９の有効径をさらに大
きく見積もる必要がある。既に、発明が解決しようとす
る課題の項で述べたように、このようなレンズの大口径
化は、コストアップ要因となるだけでなく、レンズ収差
も大きくなって、画質劣化の要因となる。一方、レンズ
口径を制約して、ライトバルブ８の透過光束の一部が投
写レンズ９を構成するレンズの一部でけられが発生する
と、輝度むら、色むらの発生要因となる。

【００４２】レンズロ径を制約条件として投写レンズ９
を設計した場合に、照明光束の一部が投写レンズ９の第
１レンズ（後玉レンズ）のエッジでけられると仮定し
て、投写レンズ９の第１レンズ（後玉レンズ）径をφ５
０［ｍｍ］に制限した例について説明する。

【００４３】この投写レンズ９に集光角１４［deg.］の
照明光を入射すると、液晶パネル８の画面中心から出射
した光束は、第１レンズ（後玉レンズ）上で光束径がφ
２４．９となり、第１レンズの有効径を十分満たしてお
り損失は発生しない。しかし、周辺の光束はレンズの表
１に示す第１レンズ（後玉レンズ）の有効径を満たして
いないためエッジでけられ、輝度むら及び色むらの発生
要因となる。

【００４４】この実施の形態１では、上述した輝度むら
及び色むらを補正する手段として、照明光の集光角を変
えることとしている。照明光の集光角θは第２レンズア
レイ５から出射する光束径を制御することにより可能と
なる。そこで、この光束径を制御するために第２レンズ
アレイ５付近に光束制御手段１２を配置している。

【００４５】図２は、光束制御手段１２の形状を説明す
るための図である。光束制御手段１２は円形開口の絞り
により構成される。なお、光束制御手段１２は発光体２
の集光点付近に配置されるため、光吸収により高温とな
る可能性があるので、耐熱性があり且つ遮光効果のある
金属材料やセラミック材料等で構成することが望まし
い。

【００４６】光束制御手段１２によって制御される集光
角θは、下式により近似的に算出される。

【００４７】 θ＝ｔａｎ^-1｛Φ／（２ａ）｝ …（２） Φ：光束制御手段の円形開口径ａ：第１の集光レンズ６とライトバルブ８間の距離（≒第１の集光レンズ６の焦点距離）この式（２）によれば、有効径φ６０［ｍｍ］の第２レ
ンズアレイ５と第１の集光レンズ６と液晶ライトバルブ
８間の距離ａが１２０［ｍｍ］の光学系において、照明
光の集光角θと絞り開口径Φとは、次の表２に示す関係
となる。

【００４８】

【表２】

【００４９】ここで、上記投写レンズ９に対してφ４０
［ｍｍ］の絞りとなる円形開口の光束制御手段１２を適
用すれば、液晶ライトバルブ８を透過した光束は全表示
領域において、投写レンズ９の第１レンズ（後玉レン
ズ）でけられなくなる。即ち、ライトバルブ８上のＲ
１，Ｃ１，Ｌ１部を透過した光束に対応するスクリーン
１１上の光強度Ｉ_C2，Ｉ_R2，Ｉ_L2の関係は、Ｉ_C2＝Ｉ_R2＝Ｉ_L2 …（３）となり、輝度むら及び色むらを解消できる。

【００５０】実施の形態２．図５は、本発明による実施
の形態２の投写型表示装置における可変絞りの光束制御
手段を示す図である。

【００５１】実施の形態１の投写型表示装置では、円形
開口の光束制御手段１２を挿入すると、液晶ライトバル
ブ８に到達する光束が減るため、明るさは減少する。液
晶ライトバルブの輝度むら及び色むらは中間調表示で大
きく、飽和度（彩度）の大きい信号が入力されるにした
がって軽減していく特性がある。そこで、室内照明を点
灯した環境下でも明るい映像を見ることができるよう
に、輝度むら及び色むらが目立たない、比較的、飽和度
の高い信号を入力する場合は、光束制御手段１２の円形
開口径Φを大きく設定すればよい。また、ホームシアタ
ー用途として、中間調表示の多い動画信号を入力する場
合は、色むらを軽減して画質を向上させるために、円形
開口径Φを小さく設定すればよい。このように、この発
明の投写型表示装置を使用する場合には、状況に応じて
円形開口径Φの異なる光束制御手段１２を使い分ければ
よい。

【００５２】図５において、光束制御手段１３は既存の
カメラレンズ等に内蔵されている可変絞りを適用したも
のである。このような開口径を変更できる可変絞りの光
束制御手段１３によれば、集光角θの微調整ができる。
したがって、上述した投写型表示装置で光束制御手段１
３の開口径Φを変更することによって、使用する照明環
境、映像の明るさ、要求される画質に応じて集光角θを
微調整し、輝度むら及び色むらをなくすことが可能とな
る。

【００５３】実施の形態３．図６は、本発明による実施
の形態３の投写型表示装置における可変絞りの光束制御
手段を示す図である。

【００５４】図６において、光束制御手段１４は矩形開
口を備えている。このような矩形開口の光束制御手段１
４によれば、第２レンズアレイ５の両端の第２レンズセ
ルを対称に遮光できる。先に図１２及び図１１で説明し
た３板式の投写型表示装置に適用する場合には、第２レ
ンズアレイ５の対応する第２レンズセルを遮光すること
によって、左右方向の色むらを軽減できる。この光束制
御手段１４では、開口形状が矩形に構成されているが、
２枚の短冊形状の光束制御板を使用して、第２レンズア
レイ５を遮光しても、同様の効果を得ることができる。

【００５５】実施の形態４．図７は、本発明による実施
の形態４による投写型表示装置の構成を概略的に示す図
である。図８は、第１、第２レンズアレイ及び第２レン
ズアレイを出射する光束を制御する光束制御手段を示す
図である。図１の構成部材と対応する部分には同一の符
号を付す。

【００５６】実施の形態４の投写型表示装置において
は、図８に示すように、光束制御手段１５はｙ軸に対し
て非対称な開口形状をなしており、部分的に第２レンズ
セルを遮光して、ライトバルブ８の透過光強度が強くな
る方向成分の光束のみを制限するように制御している。
ライトバルブ８のＲ１部を透過した光束は、Ｃ１，Ｌ１
部に対して一部透過強度の弱い光線が、投写レンズ９の
第１レンズでけられるので、スクリーン１１上の光強度
は、Ｉ_C2＝Ｉ_L2＞Ｉ_R2 …（４）となるが、Ｉ_C2及びＩ_L2とＩ_R2との強度差は小さいの
で、全体の輝度むらが改善される。

【００５７】これにより、明るさの損失を最小限にして
且つ、輝度むら及び色むらの補正が可能となる。

【００５８】なお、図８は矩形開口の光束制御手段１５
であるが、部分的に第２レンズセルを遮光する短冊形状
の光束制御板を使用して、第２レンズアレイ５を遮光し
ても、同様の効果を得ることができる。

【００５９】また、図７ではｙ軸に対して非対称な矩形
開口の光束制御手段１５により、スクリーン上でｘ方向
に発生する輝度むら、色むらを軽減しているが、ｘ軸に
対して非対称な矩形開口の光束制御手段１５を適用すれ
ば、スクリーン上でｙ方向に発生する、輝度むら、色む
らを軽減できる。さらに両軸ｘ，ｙに対して非対称な開
口の光束制御手段１５を適用すれば、スクリーン上の輝
度及び色の均一性はさらに精度良く制御できる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１乃至６の
発明によれば、第２レンズアレイ近傍に、光束制御手段
を配置したことにより、投写レンズ等の光学素子により
受ける表示画面周辺から出射した光束の損失により発生
する輝度むらを解消でき、品質の高い投影画像を得るこ
とができる。

【００６１】また、請求項５の発明によれば、光束制御
手段の開口径を可変構造としたので、投影画面に応じ
て、画質が調整できるようになる。

【００６２】また、請求項６の発明によれば、光束制御
手段の遮光領域を、主光軸に直交する軸に対して非軸対
称に設定したので、投影画面の明るさ損失を最小限にし
て、かつ輝度むら、色むらを補正できる。

【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
の構成図である。

【図２】実施の形態１の投写型表示装置における第
１、第２レンズアレイ及び円形開口の光束制御手段を示
す図である。

【図３】液晶ライトバルブを透過する光線の入射角依
存性を示す図である。

【図４】テレセントリック照明系を説明するための図
である。

【図５】実施の形態２の投写型表示装置の第１、第２
レンズアレイ及び可変絞りの光束制御手段を示す図であ
る。

【図６】実施の形態３の投写型表示装置の第１、第２
レンズアレイ及び矩形開口の光束制御手段を示す図であ
る。

【図７】本発明の実施の形態４を示す投写型表示装置
の構成図である。

【図８】実施の形態４の投写型表示装置の第１、第２
レンズアレイ及び非軸対称の開口の光束制御手段を示す
図である。

【図９】レンズアレイを組み込んだ従来の投写型表示
装置を示す構成図である。

【図１０】従来の投写型表示装置において輝度むら発
生原因を説明するための図である。

【図１１】３板の液晶ライトバルブを用いた投写型表
示装置における色むらの発生を説明するための図であ
る。

【図１２】３板の液晶ライトバルブを用いた投写型表
示装置の構成図ある。

【符号の説明】

１ランプ、２発光体、３反射鏡、４第１レ
ンズアレイ、５第２レンズアレイ、６第１の集
光レンズ、７第２の集光レンズ、８ライトバル
ブ、９投写レンズ、１０投写レンズの開口絞
り、１１スクリーン、１２円形開口の光束制御
手段、１３可変絞りの光束制御手段、１４矩形開
口の光束制御手段、１５非対称な開口の光束制御手
段、４１，４２，４３第１レンズセル、５１，５
２，５３第２レンズセル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関俊秀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 (72)発明者大上戸晃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】主光軸に沿った光束を放出する光源手段
と、入射する光束を複数行複数列に配列されたレンズセルに
よって複数の光束に分割する第１レンズアレイと、複数行複数列に配列されたレンズセルによって前記第１
レンズアレイで分割された複数の光束をそれぞれ拡大し
て同一面内に重畳照射させる第２レンズアレイと、前記光源手段から前記第１レンズアレイ、第２レンズア
レイを介して照射される光束を画像信号に応じて光変調
するライトバルブと、前記ライトバルブの画像を拡大投写する投写レンズと、前記第２レンズアレイ近傍に配置され、前記第２レンズ
アレイから出射する光束を制御する光束制御手段とを備
えたことを特徴とする投写型表示装置。
【請求項２】前記光源手段は、発光体から光を放出す
るランプと、主光軸を中心軸とする軸対称回転曲面を反
射面として、前記発光体から放出された光束を集光する
反射鏡とを備えた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】前記光束制御手段は、円形開口を備えた
光束遮蔽板であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の投写型表示装置。
【請求項４】前記光束制御手段は、矩形開口を備えた
光束遮蔽板であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の投写型表示装置。
【請求項５】前記光束制御手段は、開口の大きさを変
更できる可変絞りを備えた光束遮蔽板であることを特徴
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】前記光束制御手段は、前記第２レンズア
レイの有効領域を前記主光軸に直交する軸に対して非軸
対称に遮蔽することを特徴とする請求項１乃至５のいず
れかに記載の投写型表示装置。