JPH07294922A - 表示装置及びそれを用いた投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶ライトバルブにより形成された画像情報
を所定面上に光量の損失を少なく明るく投影することが
できる表示装置及びそれを用いた投射装置を得ること。 【構成】 複数の画素をマトリックス状に配列し、駆動
信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入射光
束を光変調して画像情報の表示を行なう反射型のライト
バルブと、該複数の画素毎に対応して複数の集光部材を
対向配置した第１集光手段とを有する表示装置におい
て、該集光部材はその焦点位置が該第１集光手段と該ラ
イトバルブの間隔の１．３倍から２．５倍の範囲内とな
るように設定していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示装置及びそれを用い
た投射装置に関し、特に駆動信号（電気信号）によって
光学特性、例えば透過率が変化する画素をマトリックス
状に複数個配置した、例えば液晶ライトバルブ（液晶表
示パネル）に光源からの光束を入射させ、該入射光束を
該ライトバルブで光変調させて画像表示を行ない、又該
画像情報を所定面（スクリーン面）上に投影する際に好
適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より液晶ライトバルブ（液晶表示パ
ネル）を用いて画像情報の表示を行なう表示装置や、該
表示装置で形成された画像情報をスクリーン面上に投影
するようにした投射装置が種々と提案されている。

【０００３】一般に液晶ライトバルブは複数の画素をマ
トリックス状に配列して構成しており、複数の画素の透
過率を駆動電圧を印加して変化させて入射光束を光変調
させることにより画像情報の表示を行なっている。

【０００４】図９は従来の液晶ライトバルブを用いてカ
ラー画像を投影する投射装置（液晶プロジェクター）の
要部概略図である。

【０００５】図中１１１，１１２，１１３は各々青色
（Ｂ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）の各色に対応したモノ
クローム画像を表示するＴＮ型などの液晶パネルであ
る。

【０００６】１０１はメタルハライドランプなどの白色
光源である。１０２は白色光源１０１から発した光束を
効果的に液晶パネル１１１，１１２，１１３の方向へ導
く為の放物面形状などのリフレクターである。１０３は
白色光に含まれる紫外線と赤外線をカットするためのフ
ィルターである。

【０００７】１０４は白色光源１０１からの光束を第１
の色光（例えばＧ）と第２，３の色光（Ｒ，Ｂ）に分離
するための第１のダイクロイックミラーである。１０５
は第２の色光（Ｒ）と第３の色光（Ｂ）に分離するため
の第２のダイクロイックミラーである。１０９は第１の
色光（Ｇ）を反射する全反射ミラーで、１０８は第３の
色光（Ｂ）を反射する全反射ミラーである。１０６は第
１の色光（Ｇ）と第２の色光（Ｒ）を合成するための第
３のダイクロイックミラーである。１０７は第１，２の
色光（Ｇ，Ｒ）と第３の色光（Ｂ）を合成するための第
４のダイクロイックミラーである。

【０００８】１１０は液晶パネル１１１，１１２，１１
３の画像をスクリーンＳに投影する投影レンズである。
１１４，１１５，１１６は各液晶パネル１１１，１１
２，１１３に至る照明光を投射レンズ１１０のパネル側
瞳上に集光するためのコンデンサーレンズである。

【０００９】尚、各液晶パネル１１１，１１２，１１３
の前後には偏光方向の直交する偏光フィルターがおか
れ、液晶パネルの入射側の偏光フィルターは照明光を偏
光とする偏光子としての作用をし、射出側の偏光フィル
ターは液晶パネルで偏光方向が旋回しない光をカットし
変調する検光子としての作用をしている。

【００１０】同図では以上のような構成により液晶パネ
ル１１１，１１２，１１３に形成された画像情報を重ね
合わせて投写レンズ１１０によりスクリーンＳ面上に投
影している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】液晶ライトバルブ（液
晶パネル）を用いた投射装置では、その液晶パネルの開
口率が数１０％しかなく、液晶パネルにより投射光量が
大幅に減少してしまう欠点があった。

【００１２】これを解決する手段として特開平２−１１
５８８９号公報では図９に示すように液晶パネルの各画
素８１ごとに微小なレンズ８２を設け、液晶パネル上に
集光するようにして、光量の損失を少なくするようにし
た投射装置を提案している。

【００１３】しかしながら同公報で提案されている投射
装置では図９に示すように液晶パネルから射出する光束
が大きく広がりＦナンバーＦＮｏの小さな明るい投射レ
ンズを用いる必要があった。

【００１４】又、特開平２−２６２１８５号公報では図
１０に示すように各画素毎の液晶素子９１をはさんで対
称な位置に液晶素子９１に焦点のある微小レンズ９２，
９３を置き、液晶パネル９１からの出射光束を平行と
し、光束の広がりを抑えた投射装置を提案している。

【００１５】しかしながら同公報で提案されている投射
装置は図１０に示すように２つの微小レンズ９２，９３
の大きさは画素の大きさより大きくできないので、第２
のレンズ９３による光束のケラレが発生し、微小レンズ
の効果を損なってしまうという欠点があった。

【００１６】本発明は複数の画素をマトリックス状に配
列した液晶ライトバルブ（液晶パネル）に対して複数の
微小レンズ（集光部材）を有した集光手段を適切に配置
した表示装置を用いることにより、比較的大きなＦナン
バーの暗い投射レンズであっても液晶パネルに表示され
た画像情報を光量の損失を少なくしつつ明るく投射する
ことができる表示装置及びそれを用いた投射装置の提供
を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の表示装置は、 （１−１）複数の画素をマトリックス状に配列し、駆動
信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入射光
束を光変調して画像情報の表示を行なう反射型ライトバ
ルブと、該複数の画素毎に対応して複数の集光部材を対
向配置した第１集光手段とを有する表示装置において、
該集光部材はその焦点位置が該第１集光手段と該ライト
バルブの間隔の１．３倍から２．５倍の範囲内となるよ
うに設定していることを特徴としている。

【００１８】又本発明の表示装置を用いた投射装置とし
ては、 （２−１）複数の画素をマトリックス状に配列し、駆動
信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入射光
束を光変調して画像情報の表示を行なう反射型ライトバ
ルブと、該複数の画素毎に対応して複数の集光部材を対
向配置した第１集光手段とを有する表示装置を光源から
の光束で照明し、該表示装置に表示された画像情報を投
影系で所定面上に投影する際、該集光部材はその焦点位
置が該第１集光手段と該ライトバルブの間隔の１．３倍
から２．５倍の範囲内となるように設定していることを
特徴としている。

【００１９】特に、前記ライトバルブの前記第１集光手
段を配置した側と反対側に該ライトバルブの複数の画素
に対応して複数の集光部材を対向配置した第２集光手段
を設けたことや、前記第１集光手段の集光部材と前記第
２集光手段の集光部材は互いに相手方の焦点位置近傍に
配置していること等を特徴としている。

【００２０】反射型の表示素子を用いた投影装置の場
合、前記第１集光手段の集光部材と前記第２の集光手段
を構成する集光部材を共通の集光部材で単一の集光手段
とし、集光部材により集光された光は、反射型表示素子
で反射され、前記単一の集光手段近傍に集光することを
特徴としている。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の表示装置を用いた投射装置の
構成例１の要部概略図である。

【００２２】図１の構成例１は一般的なカラー液晶に形
成された投影像原画を投影するカラー液晶プロジェクタ
ーに適用した場合を示している。

【００２３】図中、３０は白色光源でコリメートされた
光束を射出している。２１，２２，２３は各々赤用、緑
用、青用の液晶表示素子（液晶ライトバルブ）を用いた
表示装置である。各表示装置２１，２２，２３は制御手
段３６からの制御信号によって光の偏光方向を変調する
複数の画素より成り、不図示の偏光フィルターなどによ
り光源３０からの光を検光し、画像を形成している。

【００２４】液晶ライトバルブは複数の画素をマトリッ
クス状に配列した構成より成っている。３３ａ，３３
ｂ，３３ｃは各々反射ミラー、３１は赤反射ダイクロイ
ックミラーで赤色光を反射し赤用の表示装置２１を照明
している。３２，３３は緑反射ダイクロイックミラーで
緑用の表示装置２２を照明及び反射している。

【００２５】青用の表示装置２３は赤反射ダイクロイッ
クミラー３１と緑反射ダイクロイックミラー３２を通過
した青色光で照明される。３４は青反射ダイクロイック
ミラーである。光源３０、反射ミラー３３ａ，３３ｂ，
３３ｃ、ダイクロイックミラー３１，３２，３３，３４
等は照明手段の一要素を構成している。

【００２６】同図においては白色光源３０からの白色光
をダイクロイックミラー（３１，３２，３３，３４）で
赤、緑、青の各色光に色分解し、これら赤、緑、青の各
色光により各々赤、緑、青用の表示装置（２１，２２，
２３）を照明し、これらの各色光に基づく表示装置（２
１，２２，２３）の像を投影系３５によりスクリーンＳ
面上に重ねて投影し、カラー画像を得ている。

【００２７】図２は図１に用いた表示装置２１，２２，
２３の説明図である。図２では表示装置を構成する複数
の画素のうちの１つの画素近傍を示している。

【００２８】図２において１は液晶ライトバルブを構成
する複数の画素のうちの１画素である。１１は１画素１
のうちの光が透過する開口部、１２は光が遮光される遮
蔽部である。２は各画素毎に設けた照明光を集光する集
光部材であり、例えばレンズ、フレネルレンズ、回折格
子、または表面に垂直な軸から半径方向に屈折率分布を
持つ平行平板等から成っている。同図ではレンズを用い
た場合を示している。本構成例では図２に示した画素１
を複数個、マトリックス状に配列して液晶ライトバルブ
を構成している。又複数の画素に各々対応してレンズ２
に示すような集光部材を複数個対向配置して第１集光手
段を構成している。１つの画素１と１つの集光部材２は
１つの画素ユニット１ａを構成している。

【００２９】本構成例ではこのような構成の液晶ライト
バルブと第１集光手段より表示装置を構成している。

【００３０】本構成例では図２に示すようにレンズ２か
らレンズ２の集光点２ａまでの距離（即ちレンズ２の焦
点距離）をｆ、レンズ２の後面から画素１の中心までの
距離をＬとしたとき、 １．３＜ｆ／Ｌ＜２．５ ‥‥‥‥（１） となるように各要素を設定している。

【００３１】これにより液晶ライトバルブの照明光が画
素１の開口部１１を通過し、集光点２ａで集光状態とな
るようにして、画素１から射出する光束の拡がり角が従
来の画素上に集光する場合に比べて約半分となるように
しており、これにより光束の有効利用を図っている。

【００３２】図３は本発明の表示装置の構成例２の説明
図である。図２と同様に表示装置を構成する複数の画素
のうちの１つの画素近傍を示している。

【００３３】本構成例では図２の実施例１に比べて画素
１の射出側にも複数の画素に対応して各々複数の集光部
材３より成る第２集光手段を配置している点が異なって
いる。

【００３４】集光部材３は画素１からの射出光束の拡が
り角を小さくなるように各画素１から射出する光束の向
きを制御して、光束のケラレを少なくしている。本構成
例では集光部材３をレンズより構成している。

【００３５】集光部材３は集光部材２の集光点２ａ近傍
に配置されており、又集光部材３の焦点位置が集光部材
２近傍に位置するように各要素の屈折力を設定してい
る。画素１と集光部材２そして集光部材３は１つの画素
ユニット１ａを構成している。

【００３６】尚、本構成例において第１集光手段と第２
集光手段とを液晶ライトバルブと共に貼り合わせて構成
しても良い。又第１集光手段と第２集光手段とを同一形
状のレンズより構成しても良い。

【００３７】又、第１集光手段と液晶ライトバルブとの
間又は第２集光手段と液晶ライトバルブとの間に偏光フ
ィルターや位相フィルターそしてカラーフィルター等を
設けて構成しても良い。

【００３８】図５は本発明の表示装置を用いた投射装置
の構成例２の要部概略図である。本構成例の表示装置４
０は図３に示す画素ユニット１ａを図６に示すようにマ
トリックス状に複数個配列した構成より成っている。

【００３９】図５において４１はメタルハライドランプ
等の白色光源、４２は放物面等のコールドミラーから成
る反射鏡で白色光源４１からの光束を反射させている。
４３はコンデンサーレンズであり、白色光源４１からの
照明光を効率良く表示装置４０に導光している。表示装
置４０は図６に示すように複数の集光部材を有する第１
集光手段４４、複数の画素を有する液晶ライトバルブ４
５そして複数の集光部材を有する第２集光手段４６より
成っている。

【００４０】図５において４７は投影系であり、表示装
置４０に形成された画像情報をスクリーン（不図示）面
上に投影している。４７ａは投影系４７のライトバルブ
側入射瞳面であり、その面上に各画素より射出する光束
がほぼ重なるようにしている。

【００４１】表示装置４０は図６に示すように各画素の
開口部の中心と投影系４７の入射瞳４７ａの中心を結ぶ
線Ｌａ_i （ｉ＝１，〜ｎ）が第１集光手段４４の各レン
ズの中心と第２集光手段４６の各レンズの中心とを通過
するように各要素を構成している。

【００４２】これにより各画素からの射出光束が入射瞳
４７ａ上で重なるようにして、液晶ライトバルブ４５か
らの光束を効率良く投影系４７の入射瞳４７ａに集光し
ている。

【００４３】本構成例において第１集光手段４４と液晶
ライトバルブ４５との間、及び第２集光手段４６と液晶
ライトバルブ４５との間に偏光フィルターや位相フィル
ターを設けても良い。

【００４４】又、Ｒ，Ｇ，Ｂ色用のカラーフィルターを
設けてカラー画像の投影を行なっても良い。コンデンサ
ーレンズ４３と表示装置４０の組合わせを３つ用いて図
１の表示装置２１，２２，２３の位置に各々配置してカ
ラー画像の投影を行なうようにしても良い。

【００４５】図７は上述の表示装置を用いた投射装置の
構成例３の要部概略図である。

【００４６】同図において６３は第１集光手段、６４は
液晶ライトバルブ、６５は第２集光手段であり、これよ
り表示装置４０を構成しており、この構成は図６に示す
構成と略同じである。６６１，６６２は各々投影系６６
の一部を構成するレンズである。

【００４７】本構成例では投影系６６の表示装置４０側
をテレセントリック系とし、投影系６６の入射瞳６６ａ
が無限遠に位置するようにしている。これにより第１集
光手段６３と第２集光手段６５とを液晶ライトバルブ６
４に対して対称形となるように構成している。この他の
構成は図５の構成例２と同様である。

【００４８】図８は投射装置の実施例を表わす図であ
る。同図において、７５は集光手段で、７６は液晶ライ
トバルブで、７７は反射部であり、これより反射型の表
示装置７０を構成している。また、７３は偏光ビームス
プリッターで、７４１、７４２は各々投影系７４の一部
を構成するレンズ群である。

【００４９】図４は表示装置７０を詳細に表わした図
で、集光手段７５を構成するレンズ７５１と反射部７７
は画素１毎に設けられている。点線の光束Ｌａは光源か
らの照明光であり、実線Ｌｂは反射部７７で反射した画
像情報を有した光束で、レンズ７５１の近傍に集光する
ように構成されている。このように反射型の表示装置を
用いて投影装置を構成する場合は、集光手段をライトバ
ルブの片側にのみ配置し、他の実施例で述べた第１の集
光手段の働きと第２の集光手段の働きを一つの集光手段
で実現することができる。

【００５０】このように第２の集光手段を第１の集光手
段の焦点位置近傍に配置することにより、第１の集光手
段に入射した光束は、その入射角度に応じた第２の集光
手段近傍の位置に集光する。そして、この入射角度に応
じて集光した光束の中心の光線は第１の集光手段の中心
付近を透過した光であるので、第１の集光手段を第２の
集光手段の焦点位置近傍に配置することにより、その光
線は第２の集光手段を構成する集光部材（例えばレン
ズ）の光軸に平行に出射されることとなる。第１および
第２の集光手段を構成する集光部材上のあらゆる光束
が、ここで説明したようになり、第２の集光手段から出
射する光束の中心の光線は光軸に平行となる。よってラ
イトバルブから出射した全ての光束は第２の集光手段か
ら出射するときには投射レンズに対してテレセントリッ
クな光束群となっている。これにより、投射レンズの瞳
上では全ての光束がほぼ一つに重なり、投射レンズに必
要な瞳径を最小にすることが可能となる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば前述の如く複数の画素を
マトリックス状に配列した液晶ライトバルブ（液晶パネ
ル）に対して複数の微小レンズ（集光部材）を有した第
１集光手段を適切に配置した表示装置を用いることによ
り、比較的大きなＦナンバーの暗い投射レンズであって
も液晶パネルに表示された画像情報を光量の損失を少な
くしつつ明るく投射することができる表示装置及びそれ
を用いた投射装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例１
の要部概略図

【図２】本発明の表示装置の実施例１の一部分の説明図

【図３】本発明の表示装置の実施例２の一部分の説明図

【図４】本発明の表示装置の実施例３の一部分の説明図

【図５】本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例２
の要部概略図

【図６】図５の一部分の説明図

【図７】本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例３
の要部概略図

【図８】本発明の表示装置を用いた投射装置の実施例４
の要部概略図

【図９】従来の投射装置の概略図

【図１０】従来の表示装置の概略図

【図１１】従来の表示装置の概略図

【符号の説明】

１ 画素 ２，３ 集光部材 １ａ 画素ユニット ２１，２２，２３ 液晶ライトバルブ ３１，３２，３３ ダイクロイックミラー ３０，４１ 光源 ３５，４７，６６ 投射系 ３６ 制御手段 ４０ 表示装置 ４３ コンデンサーレンズ ４４ 第１集光手段 ４５ ライトバルブ ４６ 第２集光手段

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の画素をマトリックス状に配列し、
   駆動信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入
   射光束を光変調して画像情報の表示を行なう反射型ライ
   トバルブと、該複数の画素毎に対応して複数の集光部材
   を対向配置した第１集光手段とを有する表示装置におい
   て、該集光部材はその焦点位置が該第１集光手段と該ラ
   イトバルブの間隔の１．３倍から２．５倍の範囲内とな
   るように設定していることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 複数の画素をマトリックス状に配列し、
   駆動信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入
   射光束を光変調して画像情報の表示を行なう反射型ライ
   トバルブと、該複数の画素毎に対応して複数の集光部材
   を対向配置した第１集光手段とを有する表示装置を光源
   からの光束で照明し、該表示装置に表示された画像情報
   を投影系で所定面上に投影する際、該集光部材はその焦
   点位置が該第１集光手段と該ライトバルブの間隔の１．
   ３倍から２．５倍の範囲内となるように設定しているこ
   とを特徴とする投射装置。
3. 【請求項３】 複数のマトリックス状に配置し、駆動信
   号により該複数の画素の光学特性を変化させて入射光束
   を光変調して透過し画像情報の表示を行うライトバルブ
   と、該ライトバルブの複数の画素毎に対応して複数の集
   光部材を対向配置した第１集光手段と、前記ライトバル
   ブの前記第１集光手段を配置した反対側に該ライトバル
   ブの複数の画素毎に対応して複数の集光部材を対向配置
   した第２集光手段とを有し、前記第１集光手段の集光部
   材と前記第２集光手段の集光部材は互いに相手側の焦点
   位置近傍に配置することを特徴とする表示装置。
4. 【請求項４】 複数の画素をマトリックス状に配置し、
   駆動信号により該複数の画素の光学特性を変化させて入
   射光束を光変調して反射し画像情報の表示を行うライト
   バルブと、該ライトバルブの複数の画素毎に対応して複
   数の集光部材を対向配置した集光手段を有し、前記集光
   手段の集光部材は、前記ライトバルブで反射された前記
   集光手段の集光部材の焦点位置近傍に配置することを特
   徴とする表示装置。
5. 【請求項５】 複数のマトリックス状に配置し、駆動信
   号により該複数の画素の光学特性を変化させて入射光束
   を光変調して画像情報の表示を行うライトバルブを有す
   る投影装置において、光源側から順に、光源と、リフレ
   クターと、 複数の画素毎に対応して複数の集光部材を対向配置した
   第１集光手段と、前記ライトバルブと、該ライトバルブ
   の複数の画素毎に対応して複数の集光部材を対向配置し
   た第２集光手段と、投影手段を有することを特徴とする
   投影装置。
6. 【請求項６】 光源と前記第１集光手段の間、または、
   前記第２集光手段と投影手段の間に光を投影手段に集光
   するための集光補助手段を有することを特徴とする前記
   請求項５に記載の投影装置。
7. 【請求項７】 前記第１集光手段と前記第２集光手段が
   同一の部材で構成されていることを特徴とする前記請求
   項５または６に記載の投影装置。
8. 【請求項８】 前記ライトバルブは入射光を反射する反
   射部材を有し、前記第１集光手段と前記第２集光手段が
   一つの部材で構成されていることを特徴とする前記請求
   項６または７に記載の投影装置。