JPH0462532A - 投影型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、マトリクス状に配列された多数の絵素を有す
る透過型の表示パネル上に形成された画像を、スクリー
ン上に投影するための投影型画像表示装置に関し、特に
、大画面の投影型テレビシステムや、情報システムに用
いられるものである。

（従来の技術） 従来より、投影型画像表示装置に於いては、光源からの
光を平行光線とするために、パラボラ反射鏡、楕円反射
鏡、球面鏡等が用いられている。

パラボラ反射鏡を用いる場合には、光源はその焦点に置
かれる。楕円反射鏡を用いる場合には、光源はその第１
焦点に置かれ、該楕円反射鏡からの反射光は第２焦点に
収束する。収束した光は、該第２焦点の位置に焦点を有
するコンデンサレンズによって平行光線とされる。球面
鏡を用いる場合には、光源はその球心に置かれ、球面鏡
によって反射した光は再び光源に収束する。このように
収束した光は、光源からの直接光と共に、該球心にその
焦点を有するコンデンサレンズによって、平行光線とさ
れる。

平行光線は透過型表示パネルに入射し、該パネルの各絵
素によってその強度が調整され、画像や文字として表示
を行うことになる。表示パネルとしては、液晶表示パネ
ル、エレクトロクロミックデイスプレィ、ＰＬＺＴ（ジ
ルコン酸チタン酸鉛ランタン）等のセラミックを用いた
デイスプレィ等を挙げることができる。これらの中で、
液晶表示パネルは携帯用テレビ、ワードプロセッサのデ
イスプレィ等に広く用いられており、完成度が高いので
、投影型画像表示装置にも多用されている。

従って、以下では液晶表示パネルを透過型表示パネルと
して用いた場合について説明する。

マトリクス型の液晶表示パネルでは、絵素と呼ばれる最
小の表示単位が規則的に配列されており、それらの絵素
を構成する絵素電極に独立した駆動電圧が印加される。

この電圧により、個々の絵素を構成する液晶層の透過率
が調整され、画面上に画像や文字が表示される。各絵素
電極に独立した駆動電圧を印加する方式として、単純マ
トリクス方式、Ｍ　Ｉ　Ｍ　（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌ
ａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）等の非線形２端子素子や薄膜ト
ランジスタ等の３端子スイツチング素子を各絵素電極毎
に設けたアクティブマトリクス方式等がある。

アクティブマトリクス方式の液晶表示パネルを用いて高
精細な表示を行うには、各絵素間のピッチをちいさくし
なければならない。絵素間のピッチが小さくなると、開
口率、即ち、表示画面全体の面積に対する表示に寄与す
る絵素の面積の割合が低下する。開口率の低下は、絵素
間のピッチを小さくしても液晶表示パネルの構成要素の
全てを相似的に小さくすることができないということに
起因している。エツチング精度、フォトリングラフィに
於けるマスクの位置合わせ精度には限界があるため、絵
素電極に接続される金属配線の幅、非線形素子、薄膜ト
ランジスタ等の大きさを、ある程度以下には小さくする
ことができないからである。従って、絵素間のピッチを
小さくして高精細な画面を得ようとすると、画面の明る
さは低下してしまうことになる。

（発明が解決しようとする課題） 画面の高精細化に伴う明るさの低下を防止するため、液
晶表示パネルの光源側、又は両側に、各絵素に対応した
マイクロレンズを有するマイクロレンズアレイが配され
る。このようなマイクロレンズを設けた構成は、例えば
特開昭６０−２６２１３１号、及び特開昭６１−１１７
８８号に開示されている。マイクロレンズを用いた場合
に平行光線が収束する様子を第４図に示す。マイクロレ
ンズ１５によって平行光線は液晶表示パネル１上に収束
する。しかし、平行光線に対して±θの角度をもって入
射する光は、平行光線が収束する位置とは異なる位置に
収束し、２ＸｆＸｔａｎθの直径を有するスポットとな
る。マイクロレンズ１５はこのようにスポット状に入射
する光の全てを絵素に収束させることができないことに
なる。従って、マイクロレンズに入射する光には、高度
に平行であることが要求される。

ところが、パラボラ反射鏡や楕円反射鏡を用いて得られ
る平行光線の平行の程度には限界がある。

第５図（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ楕円反射鏡及びパ
ラボラ反射鏡を用いた場合に光源からの光が進行する様
子を示す。第５図（ａ）に示すように楕円反射鏡を用い
た場合には、楕円反射鏡の第１焦点に位置する光源がら
発せられた光は、光源が完全な点光源であれば全て楕円
反射鏡の第２焦点に収束する。しかし、実際の光源の発
光部分はある程度の長さを持っているため、また、反射
鏡の精度により、光源から発せられた光は第２焦点に完
全には収束しない。また、第５図（ｂ）に示すように、
パラボラ反射鏡を用いた場合にも、光源の発光部分の長
さが長くなるほど、平行光線がらのずれの角度αは大き
くなる。このように、楕円反射鏡又はパラボラ反射鏡に
よって得られる平行光線を用いると、前述の第４図に示
すように、マイクロレンズの効果を十分に発揮すること
が困難となる。また、光源の発光部分の長さ方向を光軸
と一致させるように配すると、光源の電極の陰により、
その進行方向に垂直な断面がリング状の平行光線となる
。このような光を用いてスクリーン上に画像を投影する
と、照度むらが生じて均一な画像を得ることができない
。

球面鏡の球心に光源を配し、コンデンサレンズの焦点を
該球心に一致させた構成では、前述の楕円反射鏡又はパ
ラボラ反射鏡を用いた場合より良好な平行光線が得られ
る。この構成では球面鏡へ向かう光は球面鏡で反射され
た後、再び光源に収束する。その後、光源を通過してコ
ンデンサレンズによって平行光線とされる。

ところが、一般に光源はガラス、石英等の透明材料から
なる球状体であるため、球面鏡からの反射光は光源自体
によって反射、屈折されてしまう。

従って、球面鏡によって反射した光は、光源から直接コ
ンデンサレンズに到達する光の５０〜６０％の強度とな
ってしまう。

本発明はこのような問題点を解決するために為されたも
のであり、本発明の目的は、光源からの光を有効に利用
した投影型画像表示装置を提供することである。本発明
の他の目的は、マイクロレンズの効果を十分に発揮させ
ることにより、明るい画面を有する投影型画像表示装置
を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の投影型画像表示装置は、球面鏡と、該球面鏡の
球心に焦点を有するコンデンサレンズと、該球面鏡と該
コンデンサレンズとの間に位置する光源と、該コンデン
サレンズの該光源とは反対側に設けられ多数の絵素を有
するマトリクス型透過パネルと、該マトリクス型透過パ
ネルの該光源側に設けられ該絵素のそれぞれに対応する
マイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、を備
えた投影型画像表示装置であって、該光源が、該球面鏡
の球心を通り光軸に垂直な直線上の該球心とは異なる位
置に配されており、そのことによって上記目的が達成さ
れる。

また、前記光源からの直接光と前記球面鏡からの反射光
とが、前記マイクロレンズの一つによって、それぞれ隣
接する前記絵素に収束するように、該光源が配されてい
る構成とすることができ、そのことによって上記目的が
達成される。

（作用） 本発明の投影型画像表示装置では、球面鏡の球心にコン
デンサレンズの焦点が置かれている。光源は、球面鏡の
球心を通り光軸に垂直な直線上の該球心とは異なる位置
に配されている。この構成により、光源から球面鏡に同
かつて発せられた光は球面鏡によって反射された後、光
源とは異なる位置に収束する。従って、収束した光が光
源によって反射、屈折等を受けず、光源からの光を有効
に利用することができる。

また、本発明の投影型画像表示装置では、光源からの直
接光と球面鏡からの反射光とが、マイクロレンズの一つ
によって、それぞれ隣接する絵素に収束するように光源
が配されている構成とすることにより、マイクロレンズ
の効果を十分に発揮させることができる。

（実施例） 本発明の実施例について以下に説明する。第１図に本発
明の投影型画像表示装置の一実施例の模式図を示す。本
実施例の投影型画像表示装置は、球面鏡３と、球面鏡３
の球心に焦点を有するコンデンサレンズ４と、球面鏡３
とコンデンサレンズ４との間に位置する光源２と、コン
デンサレンズ４の光源２とは反対側に設けられ多数の絵
素を有するマトリクス型透過パネル１と、マトリクス型
透過パネル１の光源２側に設けられ該絵素のそれぞれに
対応するマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ
５とを備えている。マトリクス型透過パネル１のコンデ
ンサレンズ４とは反対側には、フィールドレンズ６、及
び投影レンズ７が順に配されている。この投影型画像表
示装置による画像は、スクリーン８上に投影される。

本実施例では光源２として、アーク長５−のメタルハラ
イドランプを用いた。ここでアーク長とは、アーク放電
を行う電極間の距離をいう。光源２としてはメタルハラ
イドランプ以外に、ハロゲンランプ、キセノンランプ等
を用いることができ不、 また、本実施例ではマトリクス型透過パネル１として、
アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示パネルを用い
た。絵素の縦方向のピッチは１９０μｍ１　横方向のピ
ッチは１６１μｍである。絵素の開口部は、縦８８μｍ
×横１０４μｍ１　マトリクス型透過パネル１の開口率
は３０％である。

コンデンサレンズ４は非球面を有し、その直径は８０職
、焦点距離は６０＋ｍｎである。コンデンサレンズ４の
一方の焦点は、前述のように球面鏡３の球心に一致する
ように設定されている。

マイクロレンズアレイ５は、マトリクス型透過パネル１
の各絵素に対応した多数のマイクロレンズ１５を有して
いる。各マイクロレンズ１５の焦点距離７２０μｍであ
る。マイクロレンズアレイ５は、イオン交換法によって
ガラスに屈折率分布をもたせることにより形成した。

フィールドレンズ６には、焦点距離２００　ｍｍ。

直径１００口の平凸レンズを用いた。投影レンズ７には
、焦点距離２００閣、直径４０ｍｍの凸レンズを用いた
。

第２ｆｆｉ　（ａ）に、コンデンサレンズ４の側から光
軸ａに沿って球面鏡３と光源２とを見た図を示す。第２
図（ａ）に示すように、本実施例では、光源２は光軸ａ
上の球心には位置せず、該球心を通り光軸ａに垂直な直
線上の該球心とは異なる位置に配されている。このよう
な配置によれば、光源２から発せられて球面鏡３によっ
て反射した光の結像点Ｂと、光源２とは光軸ａに関して
対称の位置関係となる（第２図（ａ））。マイクロレン
ズ１５としてレンチキュラーレンズを用いた場合には、
レンチキュラーレンズの長辺ガロと、光源２の発光部分
の縦長の方向とを一致させるのが好ましい。

光源２と結像点Ｂとの距離りは、絵素間のピッチに、マ
イクロレンズ１５の焦点距離とコンデンサレンズ４の焦
点距離との比を掛は合わせた値、即ち、 Ｌ＝１９０μｍｘ　　（６０ｗｍ／７２０μｍ）＝１５
．８ｍｍ に設定した。

Ｌの値を上述の１５．８ｍｍに設定して第１図の光学系
を構成した。球面鏡３を用いず、コンデンサレンズ４の
みを用いて集光した場合の光の利用率を１とすると、従
来のように光源２を球面鏡３の球心に一致させた場合に
は、光の利用率は１゜５〜１．６であった。これに対し
、本実施例では光の利用率は１．７〜１．８に向上した
。このような光の利用率の向上は、以下のように説明す
ることができる。即ち、本実施例では光源２と結像点Ｂ
との位置が異なるので、結像点Ｂに収束した光が光源２
による反射、屈折等を受けず、結像点Ｂに収束した反射
光を全てコンデンサレンズ４に入射させることができる
からである。更に、第２図（ｂ）に示すように、光源２
からの直接光１０と、球面鏡３から結像点Ｂを通過して
きた反射光２０とは、一つのマイクロレンズ１５によっ
て、それぞれ隣接する絵素に収束する。従って、直接光
１０と反射光２０とを有効に利用でき、マイクロレンズ
１５の効果を十分に発揮させることができる。

第３図に示すように、絵素の列が互いに２分の１ピツチ
づつずれたデルタ配列を有するマトリクス型透過パネル
を用いる場合には、例えば、光源２からの直接光１０が
絵素Ｘに収束するように、また、球面鏡３からの反射光
２０が絵素Ｙに収束するように、光源２の位置を設定す
れば、上述と同様に、光源からの光を有効に利用するこ
とができる。

（発明の効果） 本発明の投影型画像表示装置に於いては、光源からの光
が有効に利用されているので、明るく均一な画像を得る
ことができる。また、高精細な画像の要求に対しても、
本発明を適用することにより、画面の明るさを低下させ
ることなく対応することが可能となる。

４、　　　　　の　　　なｔ　日 第１図は本発明の投影型画像表示装置の一実施例の模式
図、第２図（ａ）は第１図の表示装置に於いてコンデン
サレンズの側から光軸に沿って球面鏡と光源とを見た図
、第２図（ｂ）は直接光と反射光とがマイクロレンズに
よって絵素に収束する様子を示す図、第３図は本発明を
構成する他のマトリクス型透過パネルを示す図、第４図
はマイクロレンズによって光が収束する様子を示す図、
第５図（ａ）及び（１））はそれぞれ楕円反射鏡及びパ
ラボラ反射鏡を用いた場合の集光状態を示す図である。

１・・・マトリクス型透過パネル、２・・・光源、３・
・・球面鏡、４・・・コンデンサレンズ、５・・・マイ
クロレンズアレイ、６・・・フィールドレンズ、７・・
・投影レンズ、８・・・スクリーン、１０・・・直接光
、１５・・・マイクロレンズ、２０・・・反射光。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、球面鏡と、該球面鏡の球心に焦点を有するコンデン
   サレンズと、該球面鏡と該コンデンサレンズとの間に位
   置する光源と、該コンデンサレンズの該光源とは反対側
   に設けられ多数の絵素を有するマトリクス型透過パネル
   と、該マトリクス型透過パネルの該光源側に設けられ該
   絵素のそれぞれに対応するマイクロレンズを有するマイ
   クロレンズアレイと、を備えた投影型画像表示装置であ
   って、 該光源が、該球面鏡の球心を通り光軸に垂直な直線上の
   該球心とは異なる位置に配されている投影型画像表示装
   置。 ２、前記光源からの直接光と前記球面鏡からの反射光と
   が、前記マイクロレンズの一つによって、それぞれ隣接
   する前記絵素に収束するように、該光源が配されている
   請求項１に記載の投影型画像表示装置。